[发明专利]用于加热蓄能装置的蓄能单元的方法和可加热的蓄能装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于加热蓄能装置的蓄能单元的方法和可加热的蓄能装置，特别是用于电动车辆的模块化电池系统的蓄能装置。

背景技术

有迹象表明，在将来不仅在静止应用中、例如风力发电系统或太阳能发电系统而且在车辆中，例如混合动力或电动车越来越多地采用电子系统，该电子系统将蓄能技术与电驱动技术组合。

通常通过脉冲逆变器形式的变流器实现将多相电流供电到电机中。为此能够将直流电压中间电路提供的直流电压转换为多相交流电压例如三相交流电压。直流电压中间电路在此通过由串联连接的蓄电池模块的组供电。为了能够满足对于相应的应用所产生的对于功率和电能的要求，经常将多个蓄电池模块串联连接在一个牵引蓄电池中。

多个蓄电池模块的串联连接随之带来的问题在于如果一个蓄电池模块故障，那么整个组故障。供能组的这种故障能够导致整个系统的故障。此外，单个蓄电池模块的临时或永久出现的功率降低能够导致在整个供能组中的功率降低。

在文献US5,642,275A1中描述了一种具有集成的逆变器功能的蓄电池系统。这种类型的系统以多级级联逆变器或蓄电池直流逆变器(Battery Direct Inverter,BDI)的名称而闻名。这样的系统包括多个蓄能模块组中的直流电源，它们可直接连接到电机或电网。在此能够产生单相或多相供电电压。蓄能模块组在此具有多个串联连接的蓄能模块，其中每个蓄能模块具有至少一个单元和一个对应的可控制的耦合单元，该耦合单元允许：根据控制信号中断分别对应的至少一个单元或者将分别对应的至少一个单元连接到相应的蓄能模块组中。通过耦合单元的适合的控制例如借助于脉宽调制也能够提供用于控制相输出电压的适合的相信号，从而能够省去独立的脉冲逆变器。对于相输出电压的控制需要的脉冲逆变器由此能够在某种程度中被集成到BDI中。

BDI通常具有相对于常规系统更高的效率和更高的可靠性。此外通过如下方式确保可靠性，即能够将损坏的、故障的或未完全具有功能的蓄电池单元通过耦合单元的适合的桥接控制从供能组中连接出来。能够通过耦合单元的相应控制改变并特别是逐级调节蓄能模块组的相输出电压。在此，根据单个蓄能模块的电压产生输出电压的分级，其中最大可能的相输出电压通过蓄能模块组的所有蓄能模块的电压的和确定。

文献ED102010027857A1和DE102010027861A1例如公开了具有多个蓄电池模块组的蓄电池直流逆变器，该多个电池模块组可直接连接到电机。

蓄能模块组在此具有多个串联连接的蓄能模块，其中每个蓄能模块具有至少一个蓄电池单元和一个对应的可控制的耦合单元，该耦合单元允许：根据控制信号桥接分别对应的至少一个蓄电池单元或者将分别对应的至少一个蓄电池单元连接到相应的蓄能模块组中。可选择地如此设计耦合单元，以使得耦合单元附加地允许：也分别将相应的至少一个蓄电池单元以相反的极性连接到相应的蓄能模块组或者中断相应的蓄能模块组。

BDI通常具有相对于常规系统更高的效率和更高的可靠性。此外通过如下方式确保可靠性，即能够将损坏的、故障的或未完全具有功能的蓄电池单元通过耦合单元的适合的桥接控制从供能组中连接出来。能够通过耦合单元的相应控制改变并特别是逐级调节每个蓄能模块组的总输出电压。在此，根据单个蓄能模块的电压产生输出电压的分级，其中最大可能的总输出电压通过蓄能模块组的所有蓄能模块的电压的和确定。

为了调节蓄能模块的输出电压能够实现耦合单元的脉宽调制(PWM)控制。由此可能的是，通过接通或断开的有针对性的变化输出作为蓄能模块电压的期望的平均值。

在应用到电驱动车辆例如电动车或混合动力车辆时能够出现的是，这种蓄能装置的蓄电池单元的温度非常低，例如在冬天车辆起动时。因为通常蓄电池单元具有温度相关的内阻，其随着温度的下降而上升，所以能够发生蓄电池单元在低温下不能够提供全部功率。

因此存在对一种方法的需求，即也能够在低温下确保蓄电池单元的完全的效率，而不必采用昂贵的加热元件或者耗时并且高耗能的外部加热过程。

发明内容