可替换的能量存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及具有串联在供应支路中的存储模块（3）的能量存储装置（1），所述存储模块分别包括具有至少一个能量存储单池（5a、5k）的能量存储单池模块（5）和具有耦合元件（7a、7b、7c、7d）的耦合装置（7），所述耦合元件被设计用于将所述能量存储单池模块（5）选择性地接到所述供应支路中或跨接所述能量存储单池模块。所述能量存储单池或所述能量存储单池模块是可替换的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可替换的能量存储装置
本专利技术涉及一种可替换的能量存储装置以及一种用于替换能量存储装置、特别是用于电运行车辆的具有模块化的电池系统的能量存储装置的方法。
技术介绍
呈现出，将来在诸如风力发电设施或太阳能设施的静止应用中以及在诸如混合动力车辆或电动车辆的车辆中越来越多地使用电子系统，所述电子系统将新的能量存储技术与电驱动技术相组合。多相电流到电机中的馈送通常通过脉冲逆变器形式的变换器来实现。对此，可以将由直流电压中间电路所提供的直流电压变换为多相交流电压、例如三相交流电压。直流电压中间电路在此由串联的电池模块构成的支路来馈电。为了可以满足针对相应的应用给出的对功率和能量的要求，经常在牵引电池中串联多个电池模块。出版物DE102010027857A1和DE102010027861A1公开了能量存储装置中的模块化接线的电池单池，这些电池单池可以通过耦合单元的适当操控选择性地耦合到由串联的电池单池组成的支路中或从该支路去耦。这种类型的系统由名称BatteryDirectConverter（电池直接转换器，BDC）而已知。这样的系统包括能量存储模块支路中的直流电流源，所述直流电流源可以连接到用于通过脉冲逆变器给电机或电网供应电能的直流电压中间电路上。能量存储模块支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池和所分配的可控制的耦合单元，该耦合单元允许根据控制信号跨接分别分配的至少一个电池单池或将分别分配的至少一个电池单池接到相应的能量存储模块支路中。可选地，耦合单元可以被形成为，使得该耦合单元附加地允许分别所分配的至少一个电池单池也以相反的极性被接到相应的能量存储模块支路中或也中断相应的能量存储模块支路。BDC相对于常规的系统通常具有更高的效率和更高的失效安全性。失效安全性尤其通过以下来保证，即有缺陷的、已失效的或没有完全有功效的电池单池可以通过耦合单元的适当跨接操控从能量供应支路断开。能量存储模块支路的总输出电压可以通过耦合单元的相应的操控而变化并且尤其是可以分级地被调整。输出电压的分级在此由单个的能量存储模块的电压得出，其中最大可能的总输出电压通过能量存储模块支路的所有能量存储模块的电压之和来确定。为了调整能量存储模块的输出电压，可以进行耦合单元的脉冲宽度调制（PWM）操控。由此可以通过接通或关断时间的有针对性的变化将所期望的平均值作为能量存储模块电压输出。被构建在能量存储模块中的能量存储单池在功率、充电容量和/或输出电压上经受老化和磨损引起的退化，使得能量存储单池在一定的运行持续时间之后必须被替换。尤其是在电运行车辆中，这种替换可以显示出显著的成本因素。出版物US2011/0064981A1公开了一种例如用于电动汽车的模块化的电池系统，其中区域状（fachartig）布置的耦合系统的各个电池单池在需要时可以被替换。然而，对于BDC来说存在对替换部件的需求，这些替换部件在现有BDC的寿命结束之后可以无问题地并且灵活地匹配于现有的总系统。
技术实现思路
本专利技术根据一个方面提出一种能量存储装置，该能量存储装置具有多个串联在能量供应支路中的能量存储模块，这些能量存储模块分别包括具有至少一个能量存储单池的能量存储单池模块和具有耦合元件的耦合装置，这些耦合元件被设计用于将能量存储单池模块选择性地接到能量供应支路中或跨接所述能量存储单池模块。在此能量存储单池和/或能量存储单池模块被配置为可替换的。根据另一方面，本专利技术提出一种系统部件，该系统部件具有根据本专利技术的能量存储装置和耦合电感，该耦合电感与能量存储装置的输出端子耦合。根据另一方面，本专利技术提出一种系统，该系统具有根据本专利技术的可替换的系统部件、与可替换的系统部件的能量存储装置耦合的直流电压中间电路、与直流电压中间电路耦合并且由该直流电压中间电路来馈送输入电压的脉冲逆变器、与脉冲逆变器耦合并且由该脉冲逆变器供应相电压的电机、以及控制装置，该控制装置与耦合装置耦合并且被设计用于选择性地操控能量存储装置的耦合装置以便提供能量存储装置的总输出电压。根据另一方面，本专利技术提出一种用于替换电系统的能量存储装置的方法，该方法具有以下步骤：从系统的直流电压中间电路去耦第一能量存储装置，该第一能量存储装置具有多个串联在能量供应支路中的能量存储模块，这些能量存储模块分别包括具有至少一个能量存储单池的能量存储单池模块和具有耦合元件的耦合装置，这些耦合元件被设计用于将能量存储单池模块选择性地接到能量供应支路中或跨接该能量存储单池模块；将第二能量存储装置连接到系统的直流电压中间电路上，该第二能量存储装置具有多个串联在能量供应支路中的能量存储模块，这些能量存储模块分别包括具有至少一个能量存储单池的能量存储单池模块和具有耦合元件的耦合装置，这些耦合元件被设计用于将能量存储单池模块选择性地接到能量供应支路中或跨接该能量存储单池模块；以及根据第二能量存储装置的能量存储单池和/或能量存储单池模块的运行参数操控第二能量存储装置的耦合装置的耦合元件。本专利技术的优点本专利技术的构思是，具有串联在一个或多个支路中的电池单池的模块化构造的能量存储装置作为备用部件来提供，该备用部件可以灵活地适配于要替换的能量存储装置的特性。为此该能量存储装置具有带多个能量存储单池的各个能量存储模块，这些能量存储单池可以通过连接到能量存储装置上的或集成到能量存储装置中的控制装置选择性地接线到支路中。在此控制装置可以对装入到能量存储装置中的能量存储单池的运行参数与对于整个系统重要的技术上的事实情况进行比较，并且通过能量存储模块的耦合装置的适当控制来仿真替换能量存储装置的相应的运行特性。这有以下优点，即仅须维持作为备用品的可替换能量存储装置的如下构造方式，该构造方式可以灵活地被配置用于不同的应用。另一优点在于，利用可替换的能量存储装置可以使用分别当前的能量存储单池技术，而不存在以下风险，即当前的能量存储单池可能与较老的替换系统不兼容。此外有利地可能的是，根据需要尽快生产能量存储单池。因为能量存储单池也“根据日历（kalendarisch）”老化、即随着时间流逝即使不使用存储容量也损失，所以利用根据本专利技术的能量存储装置不需要提前生产与该能量存储装置兼容的能量存储单池。代替于此，在该能量存储装置中可以通过灵活的方式分别尽快地将新生产的能量存储单池与该替换系统相匹配。按照根据本专利技术的能量存储装置的一种实施方式，耦合装置可以被设计为，当能量存储装置不运行时对能量供应支路中的所有能量存储模块的能量存储单池模块进行跨接。按照根据本专利技术的能量存储装置的另一种实施方式，耦合装置可以被设计为，当能量存储装置不运行时对能量供应支路中的所有能量存储模块的能量存储单池模块进行跨接。按照根据本专利技术的能量存储装置的另一种实施方式，耦合装置可以具有功率MOSFET开关或IGBT开关。按照根据本专利技术的方法的一种实施方式，该方法此外可以包括步骤：确定第一能量存储装置的能量存储单池模块和/或能量存储单池的运行参数，和根据第二能量存储装置的能量存储单池模块和/或能量存储单池的运行参数通过第二能量存储装置的耦合装置的耦合元件的相应操控来仿真所确定的运行参数。本专利技术的实施方式的其它特征和优点由随后参考附图的说明得出。附图说明图1示出根据本专利技术的一种实本文档来自技高网...

【技术保护点】
能量存储装置（1），具有：多个串联在能量供应支路中的能量存储模块（3），所述能量存储模块分别包括：能量存储单池模块（5），所述能量存储单池模块具有至少一个能量存储单池（5a、5k）；和具有耦合元件（7a、7b；7c、7d）的耦合装置（7），所述耦合元件被设计用于将所述能量存储单池模块（5）选择性地接到所述能量供应支路中或跨接所述能量存储单池模块（5），其中所述能量存储单池（5a、5k）和/或所述能量存储单池模块（5）被配置为可替换的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.24 DE 102012202860.91.系统（100），具有：第一能量存储装置（1）；第二能量存储装置（1），用于替换第一能量存储装置（1）；耦合电感（2a），所述耦合电感与所述能量存储装置（1）的输出端子（1a）耦合；所述第一和第二能量存储装置（1）分别包括：多个串联在能量供应支路中的能量存储模块（3），所述能量存储模块分别包括：能量存储单池模块（5），所述能量存储单池模块具有至少一个能量存储单池（5a、5k），和具有耦合元件（7a、7b；7c、7d）的耦合装置（7），所述耦合元件被设计用于将所述能量存储单池模块（5）选择性地接到所述能量供应支路中或跨接所述能量存储单池模块（5），其中所述能量存储装置（1）的所述能量存储单池（5a、5k）和/或所述能量存储单池模块（5）被配置为可替换的；所述系统还具有：直流电压中间电路（2b），所述直流电压中间电路与第一能量存储装置（1）耦合；脉冲逆变器（4），所述脉冲逆变器与所述直流电压中间电路（2b）耦合，并且所述脉冲逆变器由所述直流电压中间电路（2b）馈送输入电压；电机（6），所述电机与所述脉冲逆变器（4）耦合，并且所述电机由所述脉冲逆变器（4）供应相电压；和控制装置（8），所述控制装置与所述耦合装置（7）耦合，并且所述控制装置被设计用于选择性地控制所述能量存储装置（1）的耦合装置（7）以提供所述能量存储装置（1）的总输出电压，并且根据第二能量存储装置（1）的能量存储单池模块（5）和/或能量存储单池（5a、5k）的运行参数，通过第二能量存储装置（1）的耦合装置（7）的耦合元件（7a、7b；7c、7d）的操控来仿真第一能量存储装置（1）的能量存储单池模块（5）和/或能量存储单池（5a、5k）的运行参数。2.根据权利要求1所述的系统（100），其中所述耦合装置（7）具有功率MOSFET开关或IGBT开...

【专利技术属性】
技术研发人员：B佐伊贝特，S贝恩斯，P福伊尔施塔克，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE