[发明专利]用于控制能量存储装置的耦合装置的方法和能量供应系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制能量存储装置的、尤其是具有模块化的电池组系统的能量存储装置的耦合装置的方法和能量供应系统。

背景技术

呈现出，今后不仅在诸如风力设备或太阳能设备的静止应用中，而且在如混合动力或电动车辆的车辆和船舶中，增加地使用将新型能量存储技术与电驱动技术或者与供电网相组合的电子系统。

单相或多相电流到电机或供电网中的馈送通常通过脉冲逆变器形式的变流器来实现。对此可以将由直流电压中间回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。该直流电压中间回路在此由串联的电池组模块构成的支路来馈电。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，通常将多个电池组模块串联在牵引电池组中。

在文献US 5 642 275 A1中描述了一种具有集成的逆变器功能的电池组系统。这样的系统以多级级联逆变器或者电池组直接逆变器（电池组直接变流器，BDI）的命名而已知。这样的系统在多个能量存储模块支路中包括直流源，其中所述能量存储模块支路可以直接连接到电机或电网上。在此可以产生单相或多相供电电压。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组电池和所分配的可控耦合单元，该耦合单元允许根据控制信号来断开相应的能量存储模块支路、或者跨接分别被分配的至少一个电池组电池、或者将分别被分配的至少一个电池组电池接入到相应的能量存储模块支路中。通过例如借助脉冲宽度调制合适地控制耦合单元，还可以提供合适的相位信号以控制相输出电压，使得可以放弃单独的脉冲逆变器。为了控制相输出电压所需的脉冲逆变器因此可以说是被集成到BDI中。

类似的系统在文献DE 10 2010 027 857 A1和DE 10 2010 027 861 A1中公开，所述文献例如示出具有多个电池组模块支路的电池组直接逆变器，其中所述电池组模块支路可以直接连接到电机上。

BDI相对于常规的系统通常具有更高的效率和更高的故障安全性。故障安全性此外通过如下来保证，即可以通过合适地跨接控制耦合单元将失效的、故障的或欠功率的电池组电池从能量供应支路中切断。能量存储模块支路的相输出电压可以通过相应地控制耦合单元而被改变，并尤其是分级地被调节。输出电压的分级在此由单个能量存储模块的电压来得出，其中最大可能的相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。

为了调节能量存储模块的输出电压，可以对耦合单元进行脉冲宽度调制（PWM）控制。由此可以通过有目的地改变接通时间以及断开时间来输出所期望的平均值作为能量存储模块电压。

在BDI或模块化构造的能量存储装置中要求：快速地、灵活地、可靠地、能量有效地且成本适宜地控制各个能量存储模块的耦合单元。随着能量存储模块的数量增加，该要求越发变难。

因此存在对于控制模块化构造的能量存储装置的耦合装置的需求，其中各个能量存储模块的功率电子装置能够以高的精度、高的速度、尽可能大的灵活性和小的实施耗费来控制。

发明内容

本发明根据一个方面创造一种能量供应系统，其具有能量存储装置。能量存储装置具有多个串联在至少一个能量供应分支中的能量存储模块，所述能量存储模块分别包括：具有至少一个能量存储电池的能量存储电池模块；和具有耦合元件的耦合装置，所述耦合元件被设计用于选择性地将能量存储电池模块接入到相应的能量供应分支中或者绕开能量存储电池模块；和多个驱动装置，所述驱动装置被分配给能量存储模块中的各一个并且与能量存储模块中的所述各一个耦合，并且所述驱动装置被设计用于根据驱动信号控制耦合装置的耦合元件。能量供应系统还包括控制装置，所述控制装置经由控制信号线路与驱动装置耦合，并且所述控制装置被设计用于将控制信号经由控制信号线路输出给驱动装置，所述控制信号具有物理的控制信号参数，用于驱动装置的控制模式被编码到所述控制信号参数的数值中。在此，驱动装置被设计用于接收控制信号，并且根据可预设的控制模式分配和控制信号参数的数值产生相应的驱动信号。