[发明专利]用于为储能器充电的系统和用于运行该充电系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于为储能器充电的系统和一种用于运行根据本发明的充电系统的方法。

背景技术

展示出，在未来既在例如风力发电设备的静态应用中也在如混合动力汽车或电动汽车的汽车中越来越多地采用将新的储能器技术与电驱动技术相组合的电子系统。在常规应用中，例如实施为感应式电机的电机经由逆变器形式的变换器被控制。对于这种系统表征性的是所谓的直流电压中间回路，储能器、一般是电池经由该直流电压中间回路连接到逆变器的直流电压侧。为了能够满足针对相应的应用所给出的对于功率和能量的要求，将多个电池单元串联。因为由这种储能器提供的电流必然流经所有的电池单元并且一个电池单元仅能传导有限的电流，常常附加地并联电池单元，以便提高最大电流。

多个电池单元的串联除了高的总电压以外随之带来如下问题，即当唯一的电池单元失灵时，整个储能器也失灵，因为由此电池电流不再能够流动。储能器的这种失灵可以导致总系统的失灵。在汽车中，驱动电池的失灵可导致汽车“卡住”。在其他应用中，例如风力发电设备的转子叶片调整，可能在不利的框架条件、例如强风的情况下甚至导致危及安全的状况。因此始终致力于储能器的高可靠性，其中用“可靠性”来表示系统在预先给定的时间内无故障工作的能力。

在较早的申请DE 10 2010 027857和DE 10 2010 027861中描述了具有多个电池模块支路的电池，这些电池模块支路可直接连接到电机上。电池模块支路在此具有多个串联的电池模块，其中每个电池模块具有至少一个电池单元和所分配的可控的耦合单元，该耦合单元允许根据控制信号中断相应的电池模块支路或者跨接分别分配的至少一个电池单元或者将分别分配的至少一个电池单元接通到相应的电池模块支路中。通过例如借助于脉宽调制适当地操控耦合单元，还可以提供用于控制电机的适当的相信号，使得可以放弃单独的脉冲逆变器。控制电机所需的脉冲逆变器因此可以说被集成到电池中。出于公开的目的，这两个较早的申请全面地结合到本申请中。

发明内容

本发明提供一种用于对可控储能器中的至少一个储能器单元充电的系统，所述可控储能器用于对n相电机进行控制和电能供给，其中n≥1。在此，可控储能器具有n个并行的能量供给分支，这些能量供给分支分别具有至少两个串联的储能器模块，所述储能器模块分别包括至少一个电储能器单元与所分配的可控的耦合单元。能量供给模块在一侧能与参考汇流排连接，并且在另一侧能与电机的每一项连接。耦合单元在此构造为全桥。根据控制信号，耦合单元跨接分别所分配的储能器单元或者将所述分别所分配的储能器单元接通到相应的能量供给分支中。电机的星形点能在一侧与参考汇流排连接并且在另一侧与充电变压器的次级侧连接。

本发明此外还提供一种用于运行根据本发明的充电系统的方法，其中在电流建立阶段中在能量供给分支中将电压调整为在绝对值上比在充电变压器的次级侧处小，并且在跟随电流建立阶段的电流下降阶段中在能量供给分支中将电压调整为在绝对值上比在充电变压器的次级侧处高。

本发明的优点

如果可控储能器的储能器单元应当经由充电变压器被充电，则必须首先对在充电变压器的次级侧（次级绕组）处施加的交流电压进行整流。本发明基于的基本构思是，构造为全桥的耦合单元的开关元件用于对充电变压器的次级侧的交流电压进行整流。为此将充电变压器的次级侧分别经由充电电感与可控储能器的能量供给分支连接。该连接在此直接经由电机的星形点进行，其中电机的定子绕组充当充电电感。充电电感处的电压作为充电变压器的次级侧上的次级电压与可控储能器上的电压之间的差得出。整流功能现在通过如下方式实现：储能器单元分别以使得其被充电的极性接通到相应的能量供给分支中。在此在电流建立阶段中在能量供给分支中将电压调整为在绝对值上比在充电变压器的次级侧处小，使得能量被输送给充电电感并且储存在那里。在跟随电流建立阶段的电流下降阶段中在能量供给分支中将电压调整为在绝对值上比在充电变压器的次级侧处高，由此在总体上限制充电电流。能量供给分支中的电压在此分别通过在相应的能量供给分支中接通的储能器单元的数量来确定。通过两个阶段、也就是电流建立阶段和电流降低阶段，通过这种方式总体上得出了恒定的充电电流。

取消充电变压器的次级侧上的单独整流单元既导致费用节省也导致结构空间节省。几种开关网络拓扑、例如所谓的“Dual Active Bridge（双主动桥）”，同样需要变压器的次级侧上的可控的全桥。这种开关网络拓扑同样可以借助于本发明的装置被实现。