[发明专利]用于储能装置的充电电路和为储能装置充电的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于储能装置的充电电路和一种为储能装置充电的方法，尤其是以直流电压为电池直接逆变器充电的方法。

背景技术

可以看出：在将来不仅在诸如风力设备或太阳能设备的固定应用中而且在车辆如混合驱动车辆或电动车辆中越来越多地使用将新储能技术与电驱动技术相结合的电子系统。

通常以脉宽调制逆变器形式的变换器来实现将多相电流馈送进电机器中。为此，由直流中间电路提供的直流电压例如可以变换为多相交流电压，例如三相交流电压。直流中间电路在此由串联连接的电池模块构成的一相来馈电。为了能够满足针对相应的应用对功率和能量的要求，通常牵引用蓄电池中的多个电池模块串联连接。

多个电池模块的串联电路带来了如下问题：当唯一的一个电池模块发生故障时，整个相发生故障。能量供给相的这样的故障会导致整个系统故障。此外，单个电池模块的暂时或持久出现的效率下降会导致整个能量供给相的效率降低。

在出版物US 5,642,275 A1中描述了一种带有集成逆变功能的电池系统。这类系统以名称级联多电平逆变器以及电池直接逆变器（Batteriedirektumrichter，BDI）而知晓。这样的系统在多个储能模块相中包括直流电源，其可以直接连接到电机器或电网上。在此，可以生成单相或多相电源电压。储能模块相在此具有多个串联连接的储能模块，其中每个储能模块具有至少一个电池单元和关联的可控耦合单元，耦合单元允许根据控制信号将相应关联的至少一个电池单元跨接或将相应关联的至少一个电池单元连接到相应储能模块相中。在此，耦合单元可以构建为使得其附加地允许将相应关联的至少一个电池单元也以相反的极性连接到相应的储能模块相中或者也将相应的储能模块相中断。通过例如借助脉宽调制适当激励耦合单元也可以提供适于控制相输出电压的相信号，使得可以省去独立的脉宽调制逆变器。控制相输出电压所需的脉宽调制逆变器由此可以说集成到BDI中。

BDI相对于传统系统通常具有更高的效率、更高的故障安全性和其输出电压的谐波成分明显更小。故障安全性尤其通过如下方式来保证：有缺陷的、出故障的或功能不完整的电池单元通过对与其关联的在能量供给相中的耦合单元的适当激励可以被跨接。储能模块相的相输出电压可以通过相应地激励耦合单元而变化并且尤其是分级地调节。输出电压的阶梯在此由各电压储能模块的电压形成，其中最大可能相输出电压通过储能模块相的所有储能模块的电压之和来确定。

出版物DE 10 2010 027 857 A1和DE 10 2010 027 861 A1例如公开了电池直接逆变器，其带有多个电池模块相，这些电池模块相可以直接连接到电机器上。

在BDI的输出端上没有提供恒定的直流电压，因为储能单元被划分到不同的储能模块上并且其耦合装置必须被有目的地激励以产生电压电平。通过分配，BDI基本上并不作为直流电源例如为电动车辆的车载电源馈电所使用。相应地，储能单元的充电也通过传统直流电源并非毫无困难地实现。

因此，需要储能装置的充电电路和用于驱动该充电电路的方法，利用其通过使用直流电压可以对储能装置的储能单元充电。

发明内容

本发明根据一个方面提出了一种用于储能装置的充电电路，该储能装置具有多个能量供给支路，所述能量供给支路分别具有多个用于在储能装置的多个输出端上产生交流电压的储能模块，该充电电路具有：带有多个第一馈电端子的第一半桥电路，第一馈电端子分别与储能装置的输出端子之一耦合；带有多个第二馈电端子的第二半桥电路，第二馈电端子分别与储能装置的输出端子之一耦合；第一馈电节点，其与第一半桥电路耦合；第二馈电节点，其与储能装置的参考电势汇流排耦合；馈电电路，其耦合在第一馈电节点与第二馈电节点之间，并且该馈电电路被设计成至少偶尔提供充电直流电压；转换器电感线圈，其耦合在馈电节点之一与馈电电路之间；以及半导体开关，其耦合在馈电节点之一与馈电电路之间。