[发明专利]可替换的能量存储装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可替换的能量存储装置以及一种用于替换能量存储装置、特别是用于电运行车辆的具有模块化的电池系统的能量存储装置的方法。

背景技术

呈现出，将来在诸如风力发电设施或太阳能设施的静止应用中以及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电子系统，所述电子系统将新的能量存储技术与电驱动技术相组合。

多相电流到电机中的馈送通常通过脉冲逆变器形式的变换器来实现。对此，可以将由直流电压中间电路所提供的直流电压变换为多相交流电压、例如三相交流电压。直流电压中间电路在此由串联的电池模块构成的支路来馈电。为了可以满足针对相应的应用给出的对功率和能量的要求，经常在牵引电池中串联多个电池模块。

出版物DE 10 2010 027 857 A1和DE 10 2010 027 861 A1公开了能量存储装置中的模块化接线的电池单池，这些电池单池可以通过耦合单元的适当操控选择性地耦合到由串联的电池单池组成的支路中或从该支路去耦。这种类型的系统由名称Battery Direct Converter（电池直接转换器，BDC）而已知。这样的系统包括能量存储模块支路中的直流电流源，所述直流电流源可以连接到用于通过脉冲逆变器给电机或电网供应电能的直流电压中间电路上。

能量存储模块支路在此具有多个串联的能量存储模块，其中每个能量存储模块具有至少一个电池单池和所分配的可控制的耦合单元，该耦合单元允许根据控制信号跨接分别分配的至少一个电池单池或将分别分配的至少一个电池单池接到相应的能量存储模块支路中。可选地，耦合单元可以被形成为，使得该耦合单元附加地允许分别所分配的至少一个电池单池也以相反的极性被接到相应的能量存储模块支路中或也中断相应的能量存储模块支路。

BDC相对于常规的系统通常具有更高的效率和更高的失效安全性。失效安全性尤其通过以下来保证，即有缺陷的、已失效的或没有完全有功效的电池单池可以通过耦合单元的适当跨接操控从能量供应支路断开。能量存储模块支路的总输出电压可以通过耦合单元的相应的操控而变化并且尤其是可以分级地被调整。输出电压的分级在此由单个的能量存储模块的电压得出，其中最大可能的总输出电压通过能量存储模块支路的所有能量存储模块的电压之和来确定。

为了调整能量存储模块的输出电压，可以进行耦合单元的脉冲宽度调制（PWM）操控。由此可以通过接通或关断时间的有针对性的变化将所期望的平均值作为能量存储模块电压输出。

被构建在能量存储模块中的能量存储单池在功率、充电容量和/或输出电压上经受老化和磨损引起的退化，使得能量存储单池在一定的运行持续时间之后必须被替换。尤其是在电运行车辆中，这种替换可以显示出显著的成本因素。

出版物US 2011/0064981 A1公开了一种例如用于电动汽车的模块化的电池系统，其中区域状（fachartig）布置的耦合系统的各个电池单池在需要时可以被替换。

然而，对于BDC来说存在对替换部件的需求，这些替换部件在现有BDC的寿命结束之后可以无问题地并且灵活地匹配于现有的总系统。

发明内容

本发明根据一个方面提出一种能量存储装置，该能量存储装置具有多个串联在能量供应支路中的能量存储模块，这些能量存储模块分别包括具有至少一个能量存储单池的能量存储单池模块和具有耦合元件的耦合装置，这些耦合元件被设计用于将能量存储单池模块选择性地接到能量供应支路中或跨接所述能量存储单池模块。在此能量存储单池和/或能量存储单池模块被配置为可替换的。

根据另一方面，本发明提出一种系统部件，该系统部件具有根据本发明的能量存储装置和耦合电感，该耦合电感与能量存储装置的输出端子耦合。

根据另一方面，本发明提出一种系统，该系统具有根据本发明的可替换的系统部件、与可替换的系统部件的能量存储装置耦合的直流电压中间电路、与直流电压中间电路耦合并且由该直流电压中间电路来馈送输入电压的脉冲逆变器、与脉冲逆变器耦合并且由该脉冲逆变器供应相电压的电机、以及控制装置，该控制装置与耦合装置耦合并且被设计用于选择性地操控能量存储装置的耦合装置以便提供能量存储装置的总输出电压。