[发明专利]把至少一个直流源耦合到可控储能器的系统以及所属的运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于把至少一个直流源耦合到可控储能器的一种系统以及用于运行本发明系统的一种方法。

背景技术

预计将来不仅在例如风力设备的静止应用中而且在例如混合动力或电动车辆的车辆中越来越多地采用把新的能量存储技术与电驱动技术组合的电子系统。在常规的应用中，通过逆变器形式的变流器来控制例如作为感应式电机实施的电机。这种系统的特点是所谓的直流电压中间回路，储能器、通常是电池通过该直流电压中间回路连接到该逆变器的直流电压侧。为了能够满足针对相应应用而给定的对功率和能量的要求，多个电池单元被串联。因为由这种储能器所提供的电流必须流经所有的电池单元，并且一个电池单元仅能够传导有限的电流，所以经常额外地并联电池单元，以提高最大电流。

多个电池单元的串联电路除了高的总电压之外还带来以下问题，即如果唯一的电池单元失效，那么整个储能器就失效，因为于是不再能够流过电池电流。储能器的这种失效可能导致整个系统的失效。在车辆的情况下，驱动电池的失效可能导致车辆的“停驶”。在其他应用的情况下，例如在风力设备的转子叶片调节的情况下，在基本条件不利时，例如在有强风时甚至可能导致危及安全的状况。因此总是追求储能器的高可靠性，其中用“可靠性”来表示系统在预给定的时间内无故障工作的能力。

在较早的申请DE 10 2010 027857和DE 10 2010 027861中描述了具有多个电池模块支路的电池，这些电池模块支路可以直接连接到电机。这些电池模块支路在此具有多个串联的电池模块，其中每个电池模块都具有至少一个电池单元和所属的可控耦合单元，该耦合单元允许根据控制信号来断开相应的电池模块支路，或者桥接分别所属的至少一个电池单元，或者把分别所属的至少一个电池单元接通到相应的电池模块支路中。通过适当控制这些耦合单元，例如借助脉宽调制，也可以提供合适的相位信号来控制该电机，如此使得可以放弃单独的脉冲逆变器。由此，为控制该电机所需的脉冲逆变器可以说被集成在电池中。出于公开的目的，这两个较早的申请被全面引入本申请中。

如果这种电池应该例如被用在电动车辆中，那么应该注意的是，当今可用的电池技术显著限制了这种电动车辆的行驶距离。

发明内容

本发明提供了用于把至少一个直流源耦合到可控储能器的一种系统，该可控储能器用于对n相电机的控制和电能供给，其中n≥1。该可控储能器在此具有n个并联的能量供给支路，这些能量供给支路在一侧可以与一个参照母线相连接，并且在另一侧可以分别与该电机的一相相连接。为了馈入电能而设置了中间回路，该中间回路可以在输出侧通过可控耦合电路与该可控储能器的能量供给支路相连接，并且在输入侧直接或间接地与至少一个直流源相连接。

本发明另外还提供了用于运行本发明系统的一种方法，其中借助可控耦合电路来控制从至少一个直流源到可控储能器的能量供给支路中或者到电机的相中的电流流动。

本发明的优点

通过根据本发明把附加的直流源耦合到可控储能器，可以提供附加的电能，并以这种方式显著延长例如电动车辆的行驶距离。所提供的能量在此可以按照可控储能器以及电机的当前运行状态或者被用于给该可控能量源的储能器单元充电，或者被用于在给电机的能量供给时支持该可控能量源。本发明的系统在此其特征尤其在于简单可实现的并由此造价合理的电路拓扑结构。

根据本发明的一个实施方式，该中间回路可以与该参照母线相连接，并且该可控耦合电路针对每个能量供给支路分别具有电流调节的直流电压变换器、尤其是降压器。在此可以通过各个直流电压变换器的脉冲占空比同时并相互独立地把电流馈入到该电机的相中或者馈入到该可控储能器的能量供给支路中。在此通过对脉冲占空比的对应调制不仅可以实现直流电，而且还可以实现叠加的交流电。该可控储能器的调节在此在每个时间点都保证了正确的相电压。由此根据该电机的相电流的当前瞬时值，电流从该直流电压变换器流到该电机中以支持该可控储能器，或者流到该可控储能器中以给储能器单元充电。由此该电机保持不受通过中间回路瞬时馈入电流的程度的影响。

替换作为直流电压变换器的扩展方案，该可控耦合电路也可以包含有n相逆变器，其中每一个逆变器支路可以分别通过至少一个附加的电感而分别与该可控储能器的一个能量供给支路相连接。该直流源的这种耦合方式也实现了向该电机的相中或者向该可控储能器的能量供给支路中同时并且相互独立的电流馈入。在此根据该可控储能器的空间矢量调制以及要从该直流源馈入的功率来进行该逆变器的空间矢量调制。由此在该实施方式中不需要把该中间回路与该参照母线电连接。