[发明专利]可控储能器和用于运行可控储能器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可控储能器和一种用于运行可控储能器的方法。

背景技术

显现出：在将来不仅在诸如风力发电设备的静态应用中而且在诸如混合动力车辆或电动车辆的车辆中越来越多地使用将新储能技术与电驱动技术相结合的电子系统。在传统应用中，例如实施为感应式电机的电机通过逆变器形式的变流器来控制。对于这种系统而言表征性的是所谓的直流电压中间回路，储能器（通常为电池）通过该直流电压中间回路连接到逆变器的直流电压侧上。为了能够满足针对相应的应用而对功率和能量提出的要求，多个电池单元串联连接。由于由这种储能器提供的电流必然流经所有电池单元并且一个电池单元仅能传导有限电流，所以常常还将电池单元并联连接，以便提高最大电流。

多个电池单元的串联电路除了总电压高之外还带来了如下问题：在唯一的电池单元故障时，整个储能器故障，因为不能再有电池电流流动。储能器的这种故障可导致整个系统故障。在车辆中，驱动电池的故障可导致车辆的“停驶”。在诸如风力发电设备的转子叶片调整的其他应用中，在诸如强风的不利框架条件下甚至可能出现危及安全性的情况。因此，不断地追求高可靠性的储能器，其中用“可靠性”来表示系统在预给定的时间中无故障工作的能力。

在较早的申请DE 10 2010 027857和DE 10 2010 027861中描述了带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连接的电池模块，其中每个电池模块都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，这两个较早的申请全面地结合到本申请中。

发明内容

本发明提出了一种可控储能器，其具有n个并行的能量供给分支，其中n≥1，所述能量供给分支分别具有至少两个串联连接的储能模块，所述储能模块分别包括至少一个带有所分配的可控耦合单元的电储能单元。根据控制信号，耦合单元跨接分别所分配的储能单元或耦合单元将分别所分配的储能单元连接到相应的能量供给分支中。在此，至少一个储能模块被构造为，使得所述至少一个储能模块与在相应能量供给分支中的其他储能模块相比具有减小的、尤其是减小了至少10%的开关损耗。

此外，本发明还提出了一种用于运行根据本发明的可控储能器的方法，其中可控储能器的、可通过至少一个具有减小的开关损耗的储能模块或通过其他储能模块来实施的开关过程增多地、尤其是始终通过所述至少一个具有减小的开关损耗的储能模块来实施。

本发明的优点

由于耦合单元中的、对储能模块的储能单元的接入或接出所需的开关过程，形成了开关损耗，该开关损耗损害可控储能器的能量效率。有关储能模块中的寄生电感越大，则开关损耗就越大。如果可控储能器应提供例如针对风力发电设备或者车辆（如混合动力车辆或电动车辆）中的使用所需的量级的功率，则储能模块达到具有高寄生电感并且由此也具有高开关损耗的规模。本发明所基于的基本构思是设置与相应能量供给分支中的其他储能模块相比具有减小的开关损耗的单个储能模块，并且增多地将该储能模块用于开关过程。为了实现显著减小整个可控储能器的开关损耗，开关损耗减小的储能模块的开关损耗应至少为10%。

为了能够实现减小在能量供给分支中的每个能量供给分支中的开关损耗，根据本发明的一种实施形式设置，在每个能量供给分支中布置至少一个具有减小的、尤其是减小了至少10%的开关损耗的储能模块。

根据本发明的一种实施形式，在至少一个储能模块中的开关损耗减小通过如下方式来实现：至少一个储能模块具有如下耦合单元，该耦合单元包括用于减小耦合单元中的开关损耗的卸载电路。连接到耦合单元的开关元件上的卸载电路能够通过如下方式实现开关损耗和形成的过电压的减小：换向到电池单元上的电流在该电流被相应的储能模块的电池单元的寄生电感承受之前首先在电容器中被中间缓冲。接着，电容器通过卸载电路的电感缓慢地放电至相应储能模块的电压水平上。在此，在卸载电路上丝毫不存在由原理引起的损耗。