[发明专利]用于操控能量存储装置的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于操控能量存储装置、尤其是具有用于产生分级输出电压的模块化电池系统的能量存储装置的系统和方法。

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。

对于这种BDC存在对于借助其可以实现控制策略的操控方法和操控系统的需求，所述控制策略与BDC的电池单池的充电状态无关地保证了在系统损耗功率、各个系统部件中的损耗功率和/或直流电压中间电路中的电压稳定性被最小化的情况下直流电压中间电路中电压的最优调整。

发明内容

本发明根据一个方面提出一种用于操控能量存储装置的方法，所述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，所述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，所述耦合元件被设计用于将能量存储单池模块选择性地接到相应的能量供应支路中或者跨接所述能量存储单池模块。所述方法在此具有步骤：检测电机、与电机耦合的脉冲逆变器和能量存储装置的运行参数；根据所检测的运行参数中的至少一个来选择能量存储模块的数量；操控所选择的能量存储模块的耦合装置的耦合元件来将所选择的能量存储模块的能量存储单池模块接到能量供应支路中；以及为对脉冲逆变器馈电的直流电压中间电路提供能量供应支路的总输出电压。

根据另一个方面，本发明提供一种系统，所述系统具有能量存储装置，所述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，所述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，所述耦合元件被设计用于将能量存储单池模块选择性地接到相应的能量供应支路中或者跨接所述能量存储单池模块。所述系统还具有：直流电压中间电路，所述直流电压中间电路与能量存储装置耦合；脉冲逆变器，所述脉冲逆变器与直流电压中间电路耦合并且从直流电压中间电路中馈送输入电压；电机，所述电机与脉冲逆变器耦合并且从脉冲逆变器中供应相电压；以及控制装置，所述控制装置与耦合装置耦合并且被设计用于执行根据本发明的用于操控能量存储装置的方法。

本发明的优点