[发明专利]用于输出电能的多相换能器

说明书

技术领域

本发明涉及用于输出电能的换能器、具有这样的换能器的机动车以及用于为电驱动系统供电的方法。

背景技术

在将来，无论在静态的应用还是在诸如混合动力车辆和电动车辆的车辆中，将应用更多的蓄电池系统。为了能够满足针对各应用给出的对电压以及所能够提供的功率的要求，串联了较高数量的蓄电池单元。因为由一个这样的蓄电池提供的电流必须流过所有的蓄电池单元，并且一个蓄电池单元仅能够导通受限的电流，因此通常还附加地并联连接蓄电池单元，以便提高最大电流。这能够通过在蓄电池单元罩壳内设置更多的单元包(Zellwickeln)或通过外部连接蓄电池单元来实现。

在图1中示出了常见的电驱动系统的原理电路图，电驱动系统应用在诸如电动车辆和混合动力车辆中或者也应用在静态应用(例如风力发电装置的转动叶片调节)中。蓄电池110连接至直流中间电路，该直流中间电路由电容器111缓冲保护。脉冲逆变器112连接至直流中间电路，该脉冲逆变器112通过两个可接通的半导体阀和两个二极管在三个输出端上分别提供相对彼此相位移位的正弦电压，以用于驱动电驱动电机113。电容器111的电容必须足够大，以便使直流中间电路中的电压稳定一时间段，在该时间段内接通可接通的半导体阀中的一个。在实际的应用中，诸如在电动车辆中，高电容位于mF范围内。因为直流中间电路的电压通常相当高，只有在高成本并且以大的空间要求的情况下才能够实现这样大的电容。

图2在具体的方框电路图中示出了图1的蓄电池110。多个蓄电池单元串联连接，并可选地附加地并联连接，以实现对于各应用所期望的高的输出电压和蓄电池容量。在蓄电池单元的正极和蓄电池正端子114之间连接了负载装置和分隔装置116。可选地，能够附加地在蓄电池单元的负极和蓄电池负端子115之间连接分隔装置117。分隔装置和负载装置116和分隔装置117分别包括保护继电器118和119，其被设置为用于将蓄电池单元与蓄电池端子分开，从而不带电压地连接蓄电池端子。否则，由于串联连接的蓄电池单元的高直流电压，对维护人员或类似的人将产生相当的危险电势。在负载装置和分隔装置116中附加地设置有负载保护继电器120和与负载保护继电器120串联连接的负载电阻121。如果蓄电池连接到直流中间电路，则负载电阻121限制电容器111的充电电流。在此，首先断开保护继电器118，并仅闭合负载保护继电器120。如果在蓄电池正端子114上的电压达到蓄电池单元的电压，则能够闭合保护继电器119，并且必要时断开负载保护继电器120。保护继电器118、119和负载保护继电器120明显提高了蓄电池110的成本，因为对其可靠性和对由其导通的电流的提出高的要求。

目前，在本文献中的蓄电池和蓄电池单元将描述为典型的电化学换能器，同时也能够指其他种类的换能器。该文中尤其包括诸如太阳能蓄电池的光电换能器。

发明内容

因此，依据本发明引入了一种用于输出电能的换能器。所述换能器具有多个转换器支路，其中每条转换器支路包括至少一个第一转换器单元模块和第二转换器单元模块。所述转换器单元模块分别包含至少一个转换器单元和耦合单元。所述转换器单元模块的至少一个转换器单元连接在所述耦合单元的第一输入端和第二输入端之间且所述耦合单元被构造为响应于第一控制信号在所述转换器单元模块的第一端子和所述转换器单元模块的第二端子之间连接所述至少一个转换器单元并且响应于第二控制信号将所述的第一端子与所述第二端子连接。依据本发明，所述第一转换器单元模块的所述至少一个转换器单元以第一极性连接在所述各自的第一转换器单元模块的所述耦合单元的所述第一输入端和所述第二输入端之间，并且所述第二转换器单元模块的至少一个转换器单元以与所述第一极性相反的第二极性连接在所述各自的第二转换器单元模块的所述耦合单元的所述第一输入端和所述第二输入端之间。

所述耦合单元使得一个或多个在所述第一和所述第二输入端之间连接的转换器单元要么耦接到所述耦合单元的第一输出端和第二输出端，从而使得所述转换器单元的电压向外部提供，要么通过连接所述第一输出端和所述第二输出端来桥接所述转换器单元，从而使得从外部可见0V的电压。

以这样的方式，通过简单地激活(在所述耦合单元的输出端可见所述转换器单元的电压)或去激活(所述耦合单元的输出电压为0V)相应数量的转换器单元模块，便能通过对所述串联连接的转换器单元模块的耦合单元的适当的操控来设置所述换能器可变的输出电压。通过在所述换能器内设计具有第一极性的转换器单元模块和具有与所述第一极性相反的第二极性的这样的转换器单元模块，能够生成双极性的所述换能器的输出电压。