[发明专利]具有可可变地调节的中间电路电压的蓄电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有可可变地调节的中间电路电压的蓄电池系统以及一种用于驱动这样的蓄电池系统的方法。

背景技术

在未来，不仅在固定的应用中而且在如混合动力和电动车辆的车辆中更多地使用蓄电池系统。为了可以满足对于相应的应用给出的对电压和可提供的功率的要求，将多个蓄电池单元串联连接。因为由这样的蓄电池提供的电流必须流过所有的蓄电池单元并且蓄电池单元仅可以导通有限的电流，所以经常附加地将蓄电池单元并联连接，以便提高最大电流。这可以或者通过在蓄电池单元壳体之内设置更多的单元包(Zellwickeln)或者通过外部连接蓄电池单元来实现。

在图1中示出常见的电驱动系统的原理电路图，电驱动系统应用在诸如电动车辆和混合动力车辆中，或者也应用在静态应用(例如风力发电装置的转动叶片调节)中。蓄电池10连接至直流中间电路，该直流中间电路由电容器11缓冲保护。脉冲逆变器12连接至该直流电压中间电路，该脉冲逆变器经由两个可接通的半导体阀和两个二极管在三个输出端上分别提供相对彼此相位移位的正弦电压，以用于驱动电驱动电机13。电容器11的电容必须足够大，以便使直流中间电路中的电压稳定一时间段，在该时间段中接通可接通的半导体阀中的一个。在一个实际应用如电动车辆中产生位于mF的范围中的高电容。

图2在具体的方框电路图中示出了图1的蓄电池10。多个蓄电池单元串联连接，并可选地附加地并联连接，以实现对于各应用所期望的高的输出电压和蓄电池容量。在蓄电池单元的正极和蓄电池正端子14之间连接了充电和分隔装置16。可选地，能够附加地在蓄电池单元的负极和蓄电池负端子15之间连接分隔装置17。分隔和充电装置16和分隔装置17分别包括接触器18和19，其被设置为用于将蓄电池单元与蓄电池端子分离，从而使得蓄电池端子不带电压。否则，由于串联连接的蓄电池单元的高直流电压，对维护人员或类似的人将有巨大的危险电势。在充电和分隔装置16中附加地设置有充电接触器20和与充电接触器20串联连接的充电电阻21。如果蓄电池连接到直流中间电路，则充电电阻21限制电容器11的充电电流。在此，首先断开接触器18，并仅闭合充电接触器20。如果在蓄电池正端子14上的电压达到蓄电池单元的电压，则能够闭合接触器19，并且必要时断开充电接触器20。接触器18、19和充电接触器20明显提高蓄电池10的成本，因为对其可靠性和对由其导通的电流提出了高的要求。

发明内容

因此，依据本发明提出了一种蓄电池系统，其具有蓄电池、与所述蓄电池连接的直流中间电路、与所述直流中间电路连接的逆变器和与所述逆变器连接的电机。所述直流中间电路包含电容器，并且所述蓄电池包含具有多个串联连接的蓄电池模块的蓄电池模块组和控制单元，每个蓄电池模块包括耦合单元和至少一个连接在所述耦合单元的第一输入端与第二输入端之间的蓄电池单元。所述耦合单元被构造为根据第一控制信号接通在所述蓄电池模块的第一端子与所述蓄电池模块的第二端子之间的所述至少一个蓄电池单元，并且根据第二控制信号将所述第一端子与所述第二端子连接。所述控制单元被构造为将所述第一控制信号输出给所述蓄电池模块组的可变数量的蓄电池模块，并且将所述第二控制信号输出给所述蓄电池模块组的剩余的蓄电池模块，并且由此可变地调节所述直流中间电路的电压。

本发明具有的优点在于，直流中间电路的电压能够被可变地调节并因此适应于不同的运行情况。通过这种方式能够在更大程度上独立于电机的相应的功率对电机的转矩或转数进行调节。因此能够最优地为电机的各个当前运行状态例如在机动车的驱动系统中对直流中间电路的电压进行调节。此外，提高了蓄电池系统的可靠性，因为能够将有故障的蓄电池模块、也就是其至少一个蓄电池单元是有故障的蓄电池模块去激活。人们可以将可靠性理解为系统在预定的时间中正确工作的能力。如果将一个蓄电池模块去激活，那么直流中间电路的最大可能的电压对于蓄电池系统不再可用。但是这在驱动系统中不会导致整个系统的失灵，而是只导致具有减小了的功率的运行。

特别优选的是蓄电池在此直接与直流中间电路连接，也就是说不设有如图2中所示出的充电和分隔装置16以及分隔装置17。充电和分隔装置16、17必须对应于高要求并且实现了在负载下的蓄电池的安全分离。然而，因为耦合单元已经提供了这样的分离功能，所以能够通过相应地操控耦合单元来无电压地接通蓄电池触点。出于这个原因，假定没有维持对这种分隔装置的要求，因为没有电分离也实现了整个装置的期望的安全性。即使在耦合单元中多个半导体开关的有故障的串联连接(例如由于PN结的击穿)，也不会导致在蓄电池的连接端上存在不允许的高电压。