[发明专利]独立模块、电变换器系统和电池系统

说明书

本发明涉及一种独立模块(10，20，30，60，70，…，150)，其用于与至少一个同类的第二独立模块(10，20，30，60，70，…，150)连接以提供电变换器系统(40)或者电池系统(50)，其中该独立模块(10，20，30，60，70，…，150)包括：至少一个储能器(12)、至少五个内部开关元件(16‑1，16‑2，16‑3，16‑4，16‑5，16‑6，16‑7，16‑8)、以及分别在该独立模块(10，20，30，60，70，…，150)的第一侧和第二侧的至少两个接线端(14a，14b，18a，18b)，其中该至少一个储能器(12)直接与该第一侧的该至少两个接线端(14a，14b)中的至少一个相连接，且这些内部开关元件(16‑1，16‑2，16‑3，16‑4，16‑5，16‑6，16‑7，16‑8)如下地安排且可连接：它们能够与该至少一个同类的第二独立模块(10，20，30，60，70，…，150)的相应内部开关元件(16‑1，16‑2，16‑3，16‑4，16‑5，16‑6，16‑7，16‑8)的开关状态无关地实现所有开关状态，这些开关状态用于动态切换该至少一个储能器(12)与该至少一个第二独立模块(10，20，30，60，70，…，150)的至少一个相应的储能器(12)之间的电连接。此外，本发明涉及一种电变换器系统(40)和一种电池系统(50)。

本发明涉及一种用于提供电变换器系统或电池系统的独立模块、以及一种相应的电变换器系统和一种相应的电池系统。

常见的电池可以是由独立部件、例如独立电池单元或子电池构成的固定布线的单元。这种电池在输出端基本提供直流电压。而许多耗电器例如需要有一定频率、振幅和/或相位的交流电压。此外，直流电压在充电状态中并非恒定。为了能在峰值电压及在充电终止电压的情况下驱动连接至电池的耗电器并能取用所需功率，耗电器须具有复杂的供电电路。

如果耗电器所需的电压截然不同于电池电压，则该电路因所谓的“低调制指数”而造成被提供给耗电器的输出电压的高损耗和高失真。在带有电驱动装置的机动车辆中，该电驱动装置尤其涉及在低速下一般需要低幅交流电压的驱动装置。在此，一般由脉宽调制引起的失真还加重隔离发动机的负担，进而不利地影响到发动机使用寿命。

为此，因为电池单元的物理和化学性能的离散性，须提供电池单元的复杂监测，以允许电池单元的均匀充电状态。

例如，如果电池的一个独立电池单元出故障，则一般整个电池不可用。于是，对于车辆而言，就必须考虑到车辆的彻底停用。在必要时，甚至必须主动迫使停车，以使故障电池部件在进一步负载时不会过热、或者甚至着火。

为了提供耗电器所需的输出电压，作为供电电路采用电变流器。各种类型的变流器用于将直流电转换为交流电(逆变器)、将交流电转换为直流电(整流器)或调整交流电压的频率和振幅(变换器)。与此相应，变流器可以具有不同的拓扑。

替代性地，代替变流器的使用，也可以通过相应电池连接的动态切换来产生耗电器所需的交流电压。在此，开关元件被动态切换，使电池的储能器以并联电路和/或串联电路的形式存在。这样的电池被称为连上的电池。不同于迄今的变换器，在此可以使将要预定的调制指数、即相应的频率调制的特征值在所有振幅下保持最大。此外，损耗在低电压时甚至降低，这是因为有效内电阻由于连上的电池的电池部件的并联电路而降低。此外，连上的电池(其中储能器可以在并联电路与串联电路之间来回切换)产生几乎无失真的输出电压，因为在两种配置的电压之间的分级可以保持很小。另外，通过开关调制可以在这样的电压之间进行调制，以进一步平滑。

电变换器、即子种类的电变流器将直流电压转换为交流电压。例如由DE 10 2010052 934 A1和DE 10 2011 108 920 B4已知用于电变换器的拓扑。