[发明专利]用于能量存储装置的充电电路和用于为能量存储装置充电的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于能量存储装置的充电电路和用于为能量存储装置充电、特别是用于利用直流电压为电池直接逆变器充电的方法。

背景技术

越来越明显地，未来不仅在固定的应用设备、例如风力发电设备或太阳能设备中，而且在车辆、例如混动车辆或电动车辆中也越来越多地使用电子系统，所述电子系统使得新型的能量存储技术与电驱动技术相组合。

将多相电流馈入到电机中通常通过形式为脉冲逆变器的逆变器来实现。为此，由直流电压中间电路提供的直流电压可以被转换成多相交流电压、例如三相交流电压。所述直流电压中间电路在此由串联连接的电池模块中的线路馈电。为了能够在功率和能量方面满足针对相应的应用而给出的要求，通常在牵引用电池中串联多个电池模块。

多个电池模块的串联引起下述问题，当唯一一个电池模块失效时，整个线路失效。能量供给线路的这种失效可能会导致整个系统失效。此外，各个电池模块的临时或永久出现的功率减小可能导致在整个能量供给线路中的功率减小。

在文献US5,642,275A1中描述了一种具有集成的换向器功能的电池系统。这种类型的系统已知命名为多级级联逆变器（MultilevelCascadedInverter）或者也命名为电池直接逆变器（Batteriedirektumrichter，BDI）。这种系统在多个能量存储模块线路中包括直流电源，该直流电源能直接连接到电机或电网上。在此，可以产生单相或多相的供给电压。所述能量存储模块线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体和配属的能被控制的耦接单元，其使得：根据控制信号跨接分别配属的至少一个电池单体，或者在相应的能量存储模块线路中接通分别配属的至少一个电池单体。在此可以如此设计耦接单元，使得所述耦接单元附加地允许，还以相反的极性在相应的能量存储模块线路中接通分别配属的至少一个电池单体，或者还断开相应的能量存储模块线路。通过例如利用脉冲宽度调制适合地操控耦接单元，还可以提供适合的相信号用于控制相输出电压，从而可以省略单独的脉冲逆变器。为了控制相输出电压所需的脉冲逆变器因此可以集成到BDI中。

BDI相对于传统的系统通常具有较高的效率、较高的可靠性和其输出电压的明显较低的谐波含量。此外所述可靠性通过下述方式确保，有故障的、失效的或不完全有效的电池单体可以通过适合地操控配属于其的耦接单元而跨接在能量供给线路中。能量存储模块线路的相输出电压可以通过相应地操控耦接单元来改变且特别是分级地被调整。输出电压的分级在此由各个能量存储模块的电压得出，其中最大可能的相输出电压通过能量存储模块线路的所有能量存储模块的电压之和来确定。

文献DE102010027857A1和DE102010027861A1例如公开了具有多个电池模块线路的电池直接逆变器，所述电池直接逆变器能直接连接到电机上。

在BDI的输出端上没有提供恒定的直流电压，因为能量存储单体被分成不同的能量存储模块，并且必须有针对性地操控其耦接装置以用于产生电压位置（Spannungslage）。通过这种分配，BDI基本上没有作为直流电压源例如被提供用于向电动车辆的车载电网馈电。与此相应，不能容易地通过传统的直流电压源为能量存储单体充电。

因此存在对用于能量存储装置的充电电路和用于运行所述充电电路的方法的需求，利用它们可以在使用直流电压的情况下为能量存储装置的能量存储单体充电，并且所述充电电路还可以用于为能量存储装置充电，在这期间提供输出电压用于运行电机和/或直流电压车载电网。

发明内容