[发明专利]用于对储能器充电和放电的变流器和变流器的子模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对储能器充电或放电的子模块，具有电容器单元和功率半导体电路，所述功率半导体电路具有可接通和可关断的功率半导体，其中，电容器单元和功率半导体电路互相连接为根据对功率半导体电路的功率半导体的控制在子模块的输出端接线端子上可以产生至少在电容器上降落的电压或零电压。

本发明还涉及具有变流器阀的变流器，所述变流器具有由这些子模块组成的串联电路。

背景技术

这样的子模块和这样的变流器从DE10103031中已经公知。那里描述的变流器具有构成桥式电路的变流器阀。在此，每个变流器阀在用于将变流器与交流电网相连的交流电压接头以及直流电压接头之间延伸。每个阀具有由双极子模块组成的串联电路，所述子模块分别具有与功率半导体电路并联的电容器单元。每个子模块的两个接线端子一个与电容器单元相连并且一个与在两个功率半导体开关之间的电位点相连，与所述功率半导体开关分别反并联一个续流二极管。以这种方式在每个子模块的两个接线端子上可以产生零电压或在电容器单元上降落的电容器电压。以这种方式提供了凸显为所谓的多级直流电压的变流器。

DE102007051052描述了一种用于对可充电锂蓄电池充电的方法。在此，在低压范围中的交流电压与开关电源相连，该开关电源在输出侧提供用于对蓄电池充电的直流电压。

另一个用于对蓄电池充电的充电装置从DE19913627A1中公知。

在对较大数量的储能器充电时产生大量问题。首先要将充电装置与分别待充电的储能器匹配。但是不同的储能器通常要求不同的充电电压或充电电流。特别是关于储能器的高的寿命来说有意义的是，就充电参数来说充电及放电过程针对各个储能器的需求。此外，用于对储能器充电及放电的装置还应当成本低。

发明内容

由此本发明要解决的技术问题是，提供本文开头提到种类的一种子模块和一种变流器，其实现了将充电过程与各个储能器的需求个别地匹配并且还是成本低的。

本发明通过如下解决上述技术问题，即，储能器能够经过直流电压转换器连接到子模块，其中，该直流电压转换器与电容器单元相连并且被构造为：将在电容器上降落的电容器电压转换为对储能器充电所需的充电电压，并且将在放电时在储能器上降落的放电电压转换为电容器电压。

从本文开头提到的变流器出发，本发明如下解决上述技术问题，即，设置变流器阀，其至少部分由这样的子模块的串联电路构成。

按照本发明使用模块化多级变流器的至少一个子模块用于对外部储能器充电。为了在对储能器充电或放电时能够个别地选择所需电压，设置所谓的直流电压转换器，其将在电容器中降落的电压转换为各个所需的充电或放电电压。这具有如下优点：降落在子模块的电容器上的电压最大程度上对于所有子模块可以保持恒定。与各个储能器的匹配通过直流电压转换器进行。在子模块的电容器单元上降落的电压可以借助功率半导体电路的可关断功率半导体这样选择，使得该电压大约处于通用的储能器充电或放电电压的范围中。用于对用于电动汽车的蓄电池充电的电容器电压例如位于大约10V的数量级。直流电压转换器由此在转换直流电压时无需产生大的电压差，从而对直流电压转换器的要求小，由此该直流电压转换器成本低。此外，在转换直流电压时形成的直流电压转换器的损耗被保持小。

优选地，直流电压转换器与电容器单元并联。

合适地，作为储能器，设置蓄电池。蓄电池是化学储能器，其中电能被转换为化学键合的能量并且这样存储。这样的蓄电池是最公知的，从而在此可以省略其详细构造。原则上在本发明的范围内可以采用任意的蓄电池。作为通用的蓄电池在此提到锂离子蓄电池或镍镉蓄电池。当然还可以借助按照本发明的装置或利用按照本发明的子模块对直到将来想要的锂空气储能器充电。

优选地，功率半导体电路和电容器单元互相连接成全桥电路，其中设置四个可关断功率半导体，与它们分别反并联续流二极管。这样的全桥电路已经作为变流器或可变电压源在能量传输和能量分配领域被采用。借助全桥电路可以除了零电压和电容器电压之外在每个子模块的输出端接线端子上产生反向电容器电压。

与此不同，功率半导体电路和电容器单元形成半桥电路，其具有两个可接通和可关断功率半导体，与它们分别反并联续流二极管。子模块合适地还具有两个接线端子，其中一个接线端子与电容器单元相连并且另一个接线端子与在两个可控功率半导体之间的电位点相连。替代与功率半导体反并联续流二极管，在本发明的范围内还可以采用反向导通的功率半导体开关。