[发明专利]用于将电气元件集成到承有负载的电路中的装置和方法

说明书

本发明涉及在电路正处运行期间将至少一个电气元件集成到该电路中的装置和方法。此外，本发明提出了一种元模块，通过借助于该元模块添加任何希望数量的电气元件使得电路的动态扩展成为可能。

技术领域

本发明涉及在电路正处运行期间将至少一个电气元件集成到该电路中的装置和方法。此外，本发明涉及一种元模块，该元模块允许在运行期间还添加至少一个另外的元模块或电气元件。

本发明尤其涉及一种用于将并非相同类型的不同电能存储器、能量源和/或能量消耗器集成到电路中的装置，其方式为使得该电路可以在运行中根据需要来扩展、并且与此同时用作关于一个或多个端子或者一对或多对端子的电气变换器或逆变器。

背景技术

随着分布式能源发生系统(例如，私人光伏太阳能发电厂、风力发电厂、水力发电厂、以及热电联产发电厂)的引入，为了补偿在通过大量(尤其可再生)能源产生能量时由技术引发的按时间顺序的波动，在集成电能存储器方面进行了越来越多的研究。多个可选分布的电能源、能量存储器和/或能量消耗器的组合在此通常被称为所谓的微电网。

在传统的概念中，不同的电能源、能源存储器和/或能量消耗器通常分别地与相应的单独功率电子器件集成到一个系统中。包括具有不同特性的电能源、能量储存器和/或能量消耗器的各个单元在此需要单独的由变换器或逆变器构成的功率电子器件，以便使电输出变量(即，电流分布曲线和电压分布曲线)适配于共用电网(例如，共用母线)。一方面，这样的系统由于单独需要的与最大功率相适配的变换器或逆变器而非常昂贵。此外，它们产生增大的损耗，因为每个变换器或逆变器必须符合常见的电输出参数，例如230V AC或三相电流，并且同时通常必须要桥接大的电压差。此外，它们限制操作性调节器达到总体系统的最佳工作点的自由度，因为常见的电输出参数产生了使工作点变化必须保留在其内的外围条件，即使系统的总体最佳点在这些条件之外。

具体而言，在车辆的情况下，根据具有振荡电机或三相电机的传统电驱动系统，对于电机通常使用用于产生大致正弦的电流分布曲线或电压分布曲线的简单变换器。这些变换器典型地涉及流控或压控两点式电路。流控两点式电路通常使用双极型部件(在此为晶闸管)，以便通过相位角控制来产生电机的幅值。这样的电路还广泛用于如火车中的大型驱动器中。相对新型的车辆几乎只使用压控电路。然而，在此在电流和电压方面通常存在非常高的畸变，这可能导致相应电子装置中出现干扰和驱动部件的老化以及振荡和扭矩波动。所谓的多电平变换器可以解决这个问题。多电平变换器(例如中性点钳位型(NPC)变换器、飞跨电容器型变换器、模块化多电平变换器、或MMSPC(具有串联和并联模块连接性的模块化多电平变换器))通常可以仅产生一个交变电压或一个三相电压，例如用于一个或多个驱动器。这些供电电压一般在高于60V、典型地高于200V的高电压范围内并且通常由一个或多个高压蓄能器馈送。多电平变换器的相应输出端不与彼此电流方面断开和/或至少不与该至少一个高压蓄能器电流方面断开。然而，电动的车辆、船舶、航空器等通常不仅具有至少一个电压系统(通常为驱动系统)，而且还具有另外的能量供应系统(通常为低压供应系统)。这些系统例如可以是照明系统，以便应对次要组件、控制器或通信设备。例如，在当代车辆中，通常存在具有12V、24V和/或48V DC电压的至少一个供应系统。在更小的程度上，在家用插座形式中也广泛使用110V或230V的交变电压。

此外，除了多电平变换器之外，其他电力电子系统以及电池也越来越多地具有模块化设计。然而，由于硬接线，通常不能够容易地扩展或更换单独的模块。为了更换单独的电池模块(例如，网络访问存储器)，必须使对应的蓄能器暂时停止运行。

CN 204360204描述了一种用于限制车辆速度的控制单元。该控制单元在此是由微控制器(MCU)构成，该微控制器连接至尤其用于紧急警告、转向控制、挡风玻璃刮水器、雾灯等不同模块。

US 7,146,260B2披露了一种可动态配置的多处理器系统。

US 2012/0053754A1和WO 2013/052043A1披露了一种在车辆中使用的电通信与控制模块的设计。