[发明专利]用于移动工作机的电容能量存储设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电容能量存储设备。更具体地，本发明涉及一种适于作为电容能量存储设备的基本构造单元的电容器模块以及一种具有模块化结构的电容能量存储设备。此外，本发明涉及一种包括机电动力传动链的移动工作机。

背景技术

机电动力传动链通常包括一个或多个电机以及电力转换器。机电动力传动链可以是串行传动链，其中电机之一作为发电机进行操作并且电力转换器被布置以将发电机所产生的电压转换为具有适用于一个或多个其它电机的振幅和频率的电压。该发电机可以利用内燃机进行驱动，该内燃机例如可以是柴油发动机、奥托循环发动机或涡轮发动机。其它电机例如可以是移动工作机的车轮中的电动机。电力转换器通常包括中间电路、发电机和该中间电路之间的转换器级、以及该中间电路和其它电机之间的一个或多个其它转换器级。另外，通常需要中间电路和过压保护电阻器之间的转换器级以及中间电路和诸如电池和/或高容量电容器之类的能量存储之间的转换器级。机电动力传动链也可能是并行传动链，其中发电机偶尔被用作辅助内燃机的电动机，特别是在需要高输出功率时。在这样的情况下，电力转换器通常包括中间电路、发电机和该中间电路之间的转换器级、以及该中间电路和一个或多个能量存储之间的一个或多个转换器级。此外，同样与并行传动链相结合，通常需要用于对过压保护电阻器的操作进行控制的转换器级。

由于机电动力传动链通常包括许多转换器级、能量存储和过压保护电阻器，所以组件数量很多并且因此组件的布置以及组件之间的连线会复杂且耗费空间。此外，与转换器级、能量存储和过压保护电阻器相关的冷却装置也会由于大量有待冷却的对象而复杂且耗费空间。

提高整合水平的典型方式是使用具有集成结构并且包括电力电子器件的电力电子模块，以使得例如连接至发电机的转换器级的主电路可以利用单个电力电子模块来实施。通常，以上所提到类型的电力电子模块包括切换分支，其中每个分支包括第一电气节点、第二电气节点、第三电气节点、以及用于选择将第三电气节点连接至第一电气节点还是第二电气节点的可控电力开关。由于交变电压系统的相位数量通常为三个，所以标准的电力电子模块包含三个切换分支。每个可控电力开关例如可以是被提供有反并联二极管的绝缘栅双极晶体管（IGBT），但并非必然如此。

尽管作为以上所描述类型的电力电子模块，在诸如通常利用一个或多个电子DC至DC电力转换器而连接至中间电路的电容能量存储设备之类的其它元件的实施方式、连线、控制和/或冷却方面仍然存在着挑战。此外，在通常作为以上所提到的电子DC至DC电力转换器的一部分的一个或多个电感的连线和/或冷却方面会存在着挑战。

发明内容

以下给出简要的发明内容以便提供对各个发明实施例的一些方面的基本理解。本发明内容并非是本发明的延展性概述。其并非意在标示出本发明的关键或必要要素也并非意在对本发明的范围进行限制。以下发明内容仅以简化形式给出本发明的一些概念而作为对于本发明示例性实施例更为详细的描述的前序。

依据本发明的第一方面，提供了一种新颖的电容器模块，其适于作为模块化电容能量存储设备的基本构造单元。根据本发明的电容器模块包括：

-电容器元件，

-连接至该电容器元件的第一极的第一电压端子，

-连接至该电容器元件的第二极的第二电压端子，

-用于对该电容器元件进行冷却的冷却管道系统，以及

-封装该电容器元件和冷却管道系统的外壳，该外壳包括用于该第一和第二电压端子的接线通路和用于该冷却管道系统的管路通路，

其中该冷却管道系统的壁将该冷却管道系统的内部空间与该外壳内包围该冷却管道系统的空间隔离开。

该外壳、接线通路和管路通路有利地被设计为防止水和/或外部杂质渗入该电容器模块之中。由于该电容器模块被封装并且包括冷却管道以及连线和管路通路，所以能够通过对以上所描述的类型的电容器模块进行互连而构建不同大小的模块化电容能量存储设备，并且无需单独构建被提供有冷却管道的封装。

该电容器模块的电容器元件例如可以包括通常被称作“超级电容器”的双电层电容器“EDLC”，或者许多电气互连的双电层电容器。