[发明专利]用于为储能器充电的系统和用于运行充电系统的方法

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，因为于是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。在车辆情况下，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中描述了一种具有多个电池模块支路的电池，所述电池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所分配的（至少一个）电池单元或者将分别所分配的（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这些耦合单元，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。

发明内容

本发明提出一种用于对可控的储能器中的至少一个储能器单元充电的系统，所述储能器用于对n相电机进行控制和电能量供给，其中n≥1。在此，可控的储能器具有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。所述耦合单元根据控制信号要么中断能量供给分支，要么所述耦合单元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。所有的能量供给分支能经由至少一个电感和整流器单元与外部能量供给网络、尤其是公共的交变电流网络或者交流电网连接。此外，参考汇流排能与整流器单元连接。

本发明还提出一种用于运行根据本发明的充电系统的方法。在此，所有的能量供给分支经由至少一个电感和整流器单元与外部能量供给网络、尤其是公共的电网连接，并且参考汇流排与整流器单元连接。在充电阶段中，处于要充电的储能器单元的能量供给分支中的储能器模块的所有耦合单元被控制为，使得分别所分配的储能器单元被跨接。在充电阶段后面的空转阶段中，分配给要充电的储能器单元的所有耦合单元被控制为，使得所分配的储能器单元被接到相应的能量供给分支中。处于要充电的储能器单元的能量供给分支中的、但是本身并不分配给要充电的储能器单元的所有耦合单元被控制为，使得分别所分配的储能器单元被跨接。

本发明的优点

为了遵守EMV标准（EMV＝电磁兼容性），对于充电设备来说需要使用功率因数修正——经常也被称为Power Factor Correction（功率因数修正）或者Power Factor Compensation（PFC，功率因数补偿）。该功率因数修正借助于功率开关按照正弦形的变化曲线调节所接收的网络电流并且在此使其谐波含量最小化。此外也可以均衡网络电压波动。PFC电路的典型实现包括桥式整流器以及随后的升压调节器级，如图1中所示那样。本发明基于的基本构思是，将可控的储能器的本来存在的耦合单元用于实现具有功率因数修正的充电功能。这通过如下方式实现，即在充电过程期间与升压调节器的开关元件类似地运行耦合单元，其中能量在充电阶段被输送给至少一个电感并且在那里被存储，所述能量接着在空转阶段被输出给要充电的储能器单元。在此对于所需的空转二极管仅产生最小的附加硬件耗费，这随之而来的是小的成本和小的位置需求。