[发明专利]用于为储能器充电的系统和用于运行该充电系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于为储能器充电的系统和一种用于运行该充电系统的方法。

背景技术

呈现出，在未来既在例如风力发电设备的静止应用中也在如混合动力车辆或电动车辆的车辆中越来越多地采用将新的储能技术与电驱动技术相组合的电子系统。在常规应用中，例如实施为感应式电机的电机经由逆变器形式的变换器被控制。对于这种系统表征性的是所谓的直流电压中间回路，储能器、一般是电池经由该直流电压中间回路连接到逆变器的直流电压侧。为了能够满足针对相应的应用所给出的对功率和能量的要求，将多个电池单元串联。因为由这种储能器提供的电流必须流经所有的电池单元并且一个电池单元仅能传导有限的电流，所以常常附加地并联电池单元，以便提高最大电流。

多个电池单元的串联除了高的总电压以外随之带来如下问题，即当唯一的电池单元失灵时，整个储能器失灵，因为由此电池电流不再能够流动。储能器的这种失灵可以导致总系统的失灵。在车辆中，驱动电池的失灵可能导致车辆“卡住”。在其他应用中，例如风力发电设备的转子叶片调整，可能在不利的框架条件、例如强风的情况下甚至发生危及安全的状况。因此应始终致力于储能器的高可靠性，其中用“可靠性”来表示系统在预先给定的时间内无故障工作的能力。

在优先的申请DE 10 2010 027857和DE 10 2010 027861中描述了具有多个电池模块支路的电池，这些电池模块支路可直接连接到电机上。电池模块支路在此具有多个串联的电池模块，其中每个电池模块具有至少一个电池单元和所分配的可控的耦合单元，该耦合单元允许根据控制信号中断相应的电池模块支路或者跨接分别分配的至少一个电池单元或者将分别分配的至少一个电池单元接到相应的电池模块支路中。通过例如借助于脉宽调制适当地操控耦合单元，还可以提供用于控制电机的适当的相信号，使得可以放弃单独的脉冲逆变器。控制电机所需的脉冲逆变器因此可以说被集成到电池中。出于公开的目的，这两个优先的申请全面地结合到本申请中。

与传统的系统不同——其中电机经由逆变器被控制并且通过与其分离的电储能器被供给电能，在优先的申请DE 10 2010 027857和DE 10 2010 027861中所述的电池情况下不提供恒定的直流电压，使得这种电池不能容易地集成到常规的能量供给网络中，例如电动车辆或者混合动力车辆的车载网络中。

发明内容

本发明提出一种能量供给网络，其具有可控的第一储能器，该第一储能器用于对n相电机进行控制和电能量供给，其中n≥1。在此，第一储能器具有n个并行的能量供给分支，所述能量供给分支分别具有至少两个串联的储能器模块，所述储能器模块分别包括至少一个具有所分配的可控的耦合单元的电储能器单元。所述能量供给分支在一侧能与参考电势——在下面称为参考汇流排——连接并且在另一侧能分别与电机的相连接。所述耦合单元根据控制信号要么跨接分别所分配的储能器单元要么所述耦合单元将分别所分配的储能器单元接到能量供给分支中。能量供给网络还具有第二储能器和用于第二储能器的充电设备，其中耗电器能从所述第二储能器被供给直流电压，所述充电设备在输入侧能与第一储能器的能量供给分支和电机的相连接并且在输出侧能与第二储能器连接。

本发明的优点

可控的第一储能器在电机的发动机运行期间在输出侧提供用于操控电机的交变电压。但是与传统的系统不同——在所述传统的系统中电机经由逆变器被控制并且通过与其分离的电储能器被供给电能，不提供直流电压用于对耗电器、例如车辆车载网络中的高伏消耗器进行直接的能量供给或者作为直流电压转换器的输入参量。

本发明所基于的基本构思是，设置第二储能器，耗电器可以从该第二储能器被供给直流电压并且该第二储能器被可控的第一储能器充电。通过这种方式，供给耗电器所需的直流电压可以用相对小的硬件耗费来生成。

根据一个实施方式，充电设备包括：n相整流器单元，该整流器单元包括n个并行的整流器分支，这些整流器分支能分别与能量供给分支和电机的所属相连接；中间回路电容器，该中间回路电容器连接在整流器单元之后并且由该整流器单元馈电；以及第一直流电压转换器，其连接在中间回路电容器之后并且将中间回路电容器的第一电压水平与第二储能器的第二电压水平相匹配。