[发明专利]多级快速充电系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种充电系统，并且更具体地涉及一种具有嵌套变换器和内部存储器级的多级快速充电系统。

背景技术

新的动力电池的出现（具体地具有纳米钛酸盐的锂离子，展现了一个非常低的内部阻抗、一个非常好的耐深度放电和成千上万的生命周期）有助于对快速充电器的强烈需求。现在在5分钟时间内对一车辆进行充电是可能的。例如，具有最小数量的车载电池的公共汽车可以自动地运行大约二十千米并且在终点站处在几分钟的时间内再充电。

一个问题存在于可以处理此类再充电速度所需的功率电平的充电器的经济构造中。所涉及的功率在火车和公共汽车的情况下大约为几百千瓦乃至兆瓦。

不仅充电器必须处理这些功率电平，而且与电力网络兼容的这些连接点是有限的或者昂贵的。在公交车站的情况下，可以将从该网络订购的功率作为峰值周期（该峰值周期对应于最大计费功率）的函数进行确立，但是在剩余的时间里消耗会更低。一个极端的例子是在住宅应用中，在住宅应用中，旨在每天使用大约10分钟的充电器来充满一个电动车辆，例如，以100千瓦的功率。

因此，需要一个非常大功率的充电器，该充电器具有一个旨在平滑由该电力网络所观察到的功率的内部存储器。

为了将能量存储在一个本地中间电池中，同样是一种功率类型电池，优选地在低能量需求时间期间，一种典型的解决方案在于使用一个长时间运行的小充电器。当一车辆被连接用于快速充电时，使用一个大功率的DC-DC变换器将一个大的能量块从该中间电池传递到车辆的中间电池。这一方案解决了利用因数的问题，但是始终需要一个大型变换器。

此外，该中间电池在形成它的各种电池和模块之间需要一个负载平衡系统。这一系统增加了成本并且甚至可能增加整体的能量损耗。

同样，具有动力电子设备的这些充电器的倍增有可能影响该网络的电波的质量。由斩波波形产生的谐波和干扰是主要的责任因素。这种类型的装置的标准可以仅通过收紧电磁辐射指标来演进。因此，需要改进此类充电器的电流波形质量。

为此目的，尽管必须使用引起切换损耗的高调制频率，具有正弦脉冲宽度调制（正弦PWM或SPWM）的单位功率因数功率变换器形成一个技术上有吸引力的解决方案。一个多级电压变体允许降低切换频率同时保持波形质量。然而，在DC侧上具有若干电平的持续电压的供应和保持引起控制和/或复杂性问题。

最终，对于在特定情况下能够为网络提供协助的网络连接装置有一个不断增长的需求。无论是对于功率平滑化（即，在峰值周期期间有助于在某种程度上提供功率），通过无功电源的电压支撑或甚至谐波滤波。因此，能够满足这些需求的充电器是一个优势。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有嵌套的中间存储器和能量传递级的多级快速充电系统。

本发明的另一个目的是提供这样一个快速充电系统，该系统可以是非常大功率的并且可以将从该电力网络所观察到的功率平滑化。

本发明的另一个目的是提供这样一个快速充电系统，该系统可以使用一个尺寸缩小的变换器。

本发明的另一个目的是提供这样一个快速充电系统，该系统可以允许提高此种类型的系统或充电器的电流波形质量。

本发明的另一个目的是提供这样一个快速充电系统，该系统可以被作为在特定情况下能够为网络提供协助的网络连接装置使用。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于与电功率设备交换能量的多级快速充电系统，，该快速充电系统包括：

用于与该电功率设备进行连接的多个端子；

在这些端子之间串联连接的n个变换器级和m个能量内部存储器级，其中n≥1，m≥0并且n+m≥2，每个变换器级具有一个耦合到一种安排的功率变换器，该安排包括一个中间动力电池模块和一个到供电电源的连接中的至少一个，每个能量内部存储器级具有一个中间动力电池模块，每个中间动力电池模块的特征在于相对于由该中间动力电池模块的内部阻抗引起的电压降的一个高空载电压，每个能量内部存储器级的中间动力电池模块和每个变换器级的功率变换器连接在一起，以便能与该电功率设备交换能量；以及

一个控制单元，控制每个变换器级以及当可适用时每个能量内部存储器级的贡献以用于与电功率设备交换能量。