用于储能装置的充电电路和为储能装置充电的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于储能装置（1）的充电电路（30；40），所述储能装置（1）具有多个能量供给支路（Z），所述能量供给支路（Z）各具有多个用于在所述储能装置（1）的多个输出端子（1a，1b，1c）上产生交流电压的储能模块（3）。

【技术实现步骤摘要】
用于储能装置的充电电路和为储能装置充电的方法
本专利技术涉及一种用于储能装置的充电电路和一种为储能装置充电的方法，尤其是以直流电压为电池直接变换器充电的方法。
技术介绍
可以看到：在将来不仅在诸如风力设备或太阳能设备的固定应用中而且在车辆如混合驱动车辆或电动车辆中越来越多地使用将新储能技术与电驱动技术相结合的电子系统。多相电流馈送进电机器中通常通过脉宽调制逆变器形式的变换器来实现。为此，由直流中间电路提供的直流电压例如可以变换为多相交流电压，例如三相交流电压。直流中间电路在此由串联连接的电池模块构成的一相来馈电。为了能够满足针对相应的应用对功率和能量的要求，通常牵引用蓄电池中的多个电池模块串联连接。多个电池模块的串联电路带来了如下问题：当唯一的一个电池模块故障时，整个相故障。能量供给相的这样的故障会导致整个系统故障。此外，单个电池模块的暂时或持久出现的效率下降会导致整个能量供给相的效率降低。在出版物US5,642,275A1中描述了一种带有集成逆变功能的电池系统。这类系统以名称级联多电平逆变器以及电池直接逆变器（Batteriedirektumrichter，BDI）而知晓。这样的系统在多个储能模块相中包括直流电源，其可以直接连接到电机器或电网上。在此，可以生成单相或多相电源电压。储能模块相在此具有多个串联连接的储能模块，其中每个储能模块具有至少一个电池单元和关联的可控耦合单元，耦合单元允许根据控制信号将相应关联的至少一个电池单元跨接或将相应关联的至少一个电池单元连接到相应储能模块相中。在此，耦合单元可以构建为使得其附加地允许将相应关联的至少一个电池单元也以相反的极性连接到相应的储能模块相中或者也将相应的储能模块相中断。通过例如借助脉宽调制适当激励耦合单元也可以提供适于控制相输出电压的相信号，使得可以省去独立的脉宽调制逆变器。控制相输出电压所需的脉宽调制逆变器由此可以说集成到BDI中。BDI相对于传统系统通常具有更高的效率、更高的故障安全性和其输出电压的谐波成分明显更小。故障安全性尤其通过如下方式来保证：有缺陷的、出故障的或功能不完整的电池单元通过对与其关联的在能量供给相中的耦合单元的适当激励可以被跨接。储能模块相的相输出电压可以通过相应地激励耦合单元而变化并且尤其是分级地调节。输出电压的阶梯在此由各电压储能模块的电压形成，其中最大可能相输出电压通过储能模块相的所有储能模块的电压之和来确定。出版物DE102010027857A1和DE102010027861A1例如公开了电池直接逆变器，其带有多个电池模块相，这些电池模块相可以直接连接到电机器上。在BDI的输出端上没有提供恒定的直流电压，因为储能单元被划分到不同的储能模块上并且其耦合装置必须被有目的地激励以产生电压电平。通过分配，BDI基本上并不作为直流电源例如为电动车辆的车载电源馈电所使用。相应地，储能单元的充电也通过传统直流电源并非毫无困难地实现。因此，需要储能装置的充电电路和用于驱动该充电电路的方法，利用其通过使用直流电压可以对储能装置的储能单元充电，其中在充电运行中直流电压可以通过储能装置向外部提供。
技术实现思路
根据一个方面，本专利技术提出了一种用于储能装置的充电电路，该充电电路具有多个能量供给支路，其分别带有多个用于在储能装置的多个输出端子上产生交流电压的储能模块，该充电电路具有：带有多个馈电端子的半桥电路，馈电端子分别与储能装置的输出端子之一耦合；第一馈电节点，其与半桥电路耦合；第二馈电节点，其与储能装置的参考电势汇流排耦合；馈电电路，其与充电电路的输入端子耦合，并且该馈电电路被设计成至少部分有时提供充电直流电压；转换器电感线圈和调节开关元件构成的串联电路，调节开关元件耦合在第一馈电节点与馈电电路之间，并且该串联电路被设计成提供用于为储能模块充电的直流电流；以及续流二极管，续流二极管耦合在调节开关元件与第二馈电节点之间。根据另一方面，本专利技术提出了一种电驱动系统，其具有储能装置，该储能装置具有多个能量供给支路，所述能量供给支路分别具有多个用于在储能装置的多个输出端子上产生交流电压的储能模块，根据本专利技术的充电电路，其馈电端子分别与储能装置的输出端子之一耦合，并且其第二馈电节点与储能装置的参考电势汇流排耦合，以及直流电压截取装置。直流电压截取装置具有参考端子，该参考端子与充电电路的第二馈电节点耦合，以及升压转换器（Hochsetzsteller），该升压转换器耦合在充电电路的第一馈电节点与参考端子之间，并且该升压转换器被设计成根据在半桥电路与参考端子之间的电势在直流电压截取装置的截取端子上提供直流电压。在此，充电电路的转换器电感线圈同时是直流电压截取装置的升压转换器的转换器电感线圈，并且充电电压的调节开关元件同时是直流电压截取装置的升压转换器的调节开关元件。根据另一方面，本专利技术提出了一种用于利用根据本专利技术的充电电路为储能装置充电的方法，其中该储能装置具有多个能量供给支路，其各具有多个用于在多个储能装置的输出端子上产生交流电压的储能模块，该方法具有如下步骤：根据充电直流电压至少部分产生直流电流、以时钟控制方式利用预给定的占空比激励调节开关元件、通过半桥电路将直流电流馈送进储能装置的输出端子中，以及通过储能装置的参考电势汇流排反馈直流电流。本专利技术的构思是电路与储能装置尤其电池直接变换器的输出端耦合，利用该电路可以将用以为储能装置的储能单元充电的直流电流馈送进储能装置的输出端中。为此设计的是，二极管半桥作为馈电装置耦合到储能装置的输出端子上，借助该二极管半桥可以将充电电路的充电电流引导通过所有输出端子。在此特别有利的是，直流电压截取装置的二极管半桥可以用作充电电路的馈电装置，该二极管半桥已经存在用于提供另一直流电压电平，例如从储能装置为车载电源的中间电路电容器馈电。充电电路的重大优点在于：该充电电路与直流电压截取装置兼容，也就是说，充电电路和直流电压截取装置在运行中并不相互影响。另一优点在于：对于同时构建充电电路和直流电压截取装置而言部件的数目可以保持得小，因为若干部件具有双重功能。由此，器件需求降低并且由此安装空间需求降低以及系统的总量降低，尤其是在例如电驱动的车辆中的电驱动系统中。有利地，根据储能装置的运行状态可以在充电电路的有源运行与直流电压截取装置之间选择。例如，在具有储能装置的电驱动的车辆的行驶运行模式中（该储能装置具有充电电路和直流电压截取装置）可以激活直流电压截取装置，而在车辆的静止模式或停车模式中可以将充电电路激活。然而特别有利的是，充电电路和直流电压截取装置可以被同时驱动。在此情况下，例如由充电电路提供的能量并不完全而是仅部分输送给储能装置的储能单元，而其余部分输送给车载电源，为了向其馈送能量的目的。耦合输出电能来向车载电源馈电在此通过间歇截止、优选时钟控制直流电压截取装置的升压转换器的调节开关元件来进行。同样，例如在行驶运行中，从储能装置的储能单元获取的能量可以同时完全或部分通过根据本专利技术的充电电路又输送给储能单元。在此，充电电路例如可以由所谓的增程器(RangeExtender)的发电机供给电能量。通过使用二极管半桥作为馈电装置有利地可以保证储能装置可以被输送充电能量，因为储能装置对于每个能量供给支路具有一双极性电压调节范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于储能装置（1）的充电电路（30；40），所述储能装置（1）具有多个能量供给支路（Z），所述能量供给支路（Z）各具有多个用于在所述储能装置（1）的多个输出端子（1a，1b，1c）上产生交流电压的储能模块（3），所述充电电路（30；40）具有：半桥电路（9），所述半桥电路具有多个馈电端子（8a，8b，8c），所述馈电端子（8a，8b，8c）分别与所述储能装置（1）的输出端子（1a，1b，1c）之一耦合；第一馈电节点（37a；37b；47a），所述第一馈电节点（37a；37b；47a）与所述半桥电路（9）耦合；第二馈电节点（37a；37b；47b），所述第二馈电节点（37a；37b；47b）与所述储能装置（1）的参考电势汇流排（4）耦合；馈电电路（35；44,45），所述馈电电路（35；44,45）与所述充电电路（30；40）的输入端子（36a，36b；46a，46b）耦合，并且所述馈电电路（35；44，45）被设计成至少偶尔提供充电直流电压（UN）；转换器电感线圈（31；41）和调节开关元件（12）构成的串联电路，所述串联电路耦合在所述第一馈电节点（37a；37b；47a）与所述馈电电路（35；44，45）之间，并且所述串联电路被设计成提供用于为所述储能模块（3）充电的直流电流（IL）。...

【技术特征摘要】
2012.02.24 DE 102012202867.61.一种用于储能装置的充电电路，所述储能装置具有多个能量供给支路，所述能量供给支路各具有多个用于在所述储能装置的多个输出端子上产生交流电压的储能模块，所述充电电路具有：半桥电路，所述半桥电路具有多个馈电端子，所述馈电端子分别与所述储能装置的输出端子之一耦合；第一馈电节点，所述第一馈电节点与所述半桥电路耦合；第二馈电节点，所述第二馈电节点与所述储能装置的参考电势汇流排耦合；馈电电路，所述馈电电路与所述充电电路的输入端子耦合，并且所述馈电电路被设计成至少偶尔提供充电直流电压；转换器电感线圈和调节开关元件构成的串联电路，所述串联电路耦合在所述第一馈电节点与所述馈电电路之间，并且所述串联电路被设计成提供用于为所述储能模块充电的直流电流。2.根据权利要求1所述的充电电路，具有：续流二极管，所述续流二极管耦合在所述调节开关元件与所述第二馈电节点之间。3.根据权利要求1所述的充电电路，其中所述半桥电路具有多个二极管，所述二极管分别耦合在所述第一馈电节点与所述多个馈电端子中的一个之间。4.根据权利要求3所述的充电电路，其中所述半桥电路具有多个换向电感线圈，所述换向电感线圈分别耦合在所述多个二极管与所述第一馈电节点之间。5.根据权利要求1至4之一所述的充电电路，其中所述馈电电路具有馈电电容器，所述馈电电容器耦合在所述充电电路的输入端子之间，并且所述馈电电容器被设计成提供用于为所述储能模块充电的充电直流电压。6.根据权利要求1至4之一所述的充电电路，其中所述馈电电路具有变压器和全桥整流器；所述变压器的初级绕组耦合在所述充电电路的所述输入端子之间，所述全桥整流器耦合到所述变压器的次级绕线上，并且所述全桥整流器被设计成提供用于为所述储能模块充电的脉冲式充电直流电压。7.根据权利要求1至4之一所述的充电电路，还具有：半导体开关，所述半导体开关耦合在所述第二馈电节点与所述馈电电路之间或在所述调节开关元件与所述馈电电路之间，并且所述半导体开关被设...

【专利技术属性】
技术研发人员：H拉普，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：