[发明专利]用于操控能量存储装置的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于尤其是在用于产生n相交变电压的电池直接变换电路中操控能量存储装置的系统和方法。

背景技术

呈现出的是，在未来不仅在诸如风力发电设备或太阳能设备的固定应用情况下而且在诸如混合动力车辆或电动车辆的车辆中越来越多地采用电子系统，所述电子系统将新的能量存储技术与电驱动技术相组合。

将多相电流馈入电机中通常通过脉冲逆变器形式的变换器实现。为此，可以将由直流电压中间回路提供的直流电压变换成多相交变电压，例如三相交变电压。直流电压中间回路在此被由串联接线的电池模块构成的支路馈电。为了能够满足针对相应的应用给定的对功率和能量的要求，经常将牵引电池中的多个电池模块串联。

在出版物US 5,642,275 A1中描述了具有集成逆变器功能的电池系统。这种类型的系统以名称Multilevel Cascaded Inverter（多电平级联变换器）或Battery Direct Inverter（电池直接变换器，BDI）已知。这样的系统包括多个能量存储模块支路中的直流电流源，所述能量存储模块支路可以直接连接到电机或电网上。在此，可以生成单相或多相供应电压。能量存储模块支路在此具有多个串联的能量存储模块，其中每个能量存储模块具有至少一个电池单池和所分配的可控制的耦合单元，所述耦合单元允许根据控制信号桥接分别所分配的至少一个电池单池或者将分别所分配的至少一个电池单池接入到相应的能量存储模块支路中。可选地，耦合单元可以被形成为使得所述耦合单元附加地允许将分别所分配的至少一个电池单池也以相反的极性接入到相应的能量存储模块支路中或者中断相应的能量存储模块支路。通过例如借助于脉宽调制适当地操控耦合单元，也可以提供适当的相信号用于控制相输出电压，使得可以放弃单独的脉冲逆变器。为了控制相输出电压所需要的脉冲逆变器因此可以说集成到BDI中。

BDI通常相对于传统系统具有较高的效率和较高的故障安全性。故障安全性尤其是通过以下方式来保证，即可以通过适当地桥接操控耦合单元从能量供应支路中断开有缺陷的、发生故障的或不是完全有效的电池单池。能量存储模块支路的相输出电压可以通过对应地操控耦合单元被改变并且尤其是分级地被调整。输出电压的分级在此由单个能量存储模块的电压得出，其中最大可能的相输出电压通过能量存储模块支路的所有能量存储模块的电压之和来确定。

为了调整能量存储模块的输出电压，可以对耦合单元进行脉宽调制（PWM）操控。由此可以通过有针对性地改变接通或关断时间输出希望的平均值作为能量存储模块电压。

从出版物DE 39 24 398 A1已知一种用于PWM操控多个串联的降压变换器的方法，其中所有在输出侧串联的降压变换器以统一的调节度和统一的PWM周期持续时间运行。各个降压变换器的输出电压变化曲线分别彼此位移操控周期的一小部分。由此可以获得总输出电压，该总输出电压围绕其平均值具有较小的波动宽度。

对于BDI来说存在对PWM操控方法的需求，其中尤其是当在n相BDI中产生n相输出电压系统时，可以优化总输出电压的波动。

发明内容

本发明根据一个方面提供一种用于操控能量存储装置的方法，所述能量存储装置具有：n个输出连接端，其中n≥2，用于在所述输出连接端中的每一个处输出供应电压；和n个能量供应分支，其分别与输出连接端之一耦合，其中能量供应分支中的每一个具有多个串联的能量存储模块，所述能量存储模块分别包括能量存储单池模块和具有全桥电路中的耦合元件的耦合装置，其中所述能量存储单池模块具有至少一个能量存储单池，所述耦合元件被设计用于将能量存储单池模块选择性地接入相应的能量供应分支中或者桥接所述能量存储单池模块。该方法在此具有以下步骤：对于至少一个第一能量供应分支的数目k个能量存储模块，产生第一脉宽调制操控信号用于通过将第一额定值信号与数目2k个具有脉冲周期T的周期性第一参考信号相比较来操控相应能量存储模块的耦合装置，所述第一参考信号相对于相邻的第一参考信号分别具有T/2k的相移，并且对于至少一个第二能量供应分支的数目k个能量存储模块，产生第二脉宽调制操控信号用于通过将第二额定值信号与数目2k个具有脉冲周期T的周期性第二参考信号相比较来操控相应能量存储模块的耦合装置，所述第二参考信号相对于相邻的第二参考信号分别具有T/2k的相移。在此，第二参考信号相对于第一参考信号分别具有T/4k的相移。