本发明专利技术涉及用于储能装置的充电电路和对储能装置充电的方法，该充电电路带有：感应式传输元件，与感应式传输元件耦合的整流器，以及储能装置。储能装置具有至少一个耦合在储能装置的两个输出端子之间的能量供给支路。能量供给支路具有一个或多个在能量供给支路中串联连接的储能模块。储能模块分别具有带有至少一个储能单元的储能单元模块以及带有多个耦合元件的耦合装置，耦合装置被设计为选择性地将储能单元模块连接到各自的能量供给支路中或者在各自的能量供给支路中绕开储能单元模块。整流器直接与储能装置的输出端子耦合，并且储能装置具有在储能装置的充电运行中通过整流器根据所属储能单元的充电状态来操控储能模块的耦合装置的控制装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，尤其是用于对电池直接逆变器电路和电池转换器电路充电的方法，其中所述电池直接逆变器电路和电池转换器电路例如被使用在电力运行交通工具的电驱动系统中。
技术介绍
看起来在未来无论在例如风力发电设备或者太阳能设备的静止应用中、还是在如混合动力或电动交通工具的交通工具中都越来越多地使用将新的储能技术与电驱动技术组合的电子系统。为了将交流电馈送到电机中，通常通过脉冲逆变器形式的逆变器将由直流电压中间回路提供的直流电压转换成三相交变电压。直流电压中间回路被由串联连接的电池模块构成的支路供电。为了能够满足针对各自的应用所提出的对功率和能量的要求，经常将多个电池模块串联连接成牵引电池。这种储能系统例如经常被应用在电力运行的交通工具中。为了对电力运行的交通工具的这种电池模块进行充电，经常使用感应式充电系统。为了能够高效率地运行感应式充电系统，有利的是，运行作为谐振系统的感应式传输段。谐振的感应式传输段在其输出功率方面只能以有限的规模被改变。尤其是，输出电压在窄的界限内与传输的充电功率成比例。电池模块正好在高的充电结束电压的范围中、也即在快要达到满充电状态之前仅仅还能处理减小的功率馈送而不会遭受损坏。谐振的感应式传输段的可能的调节范围在此可能是不够的。一种补偿可能性在于可以插入到谐振的感应式传输段中的附加直流斩波器，以便将传输段的输出电压在功率馈送减小的情况下上升到所希望的充电电压。但是这与提高的成本、结构空间和材料使用相关联。文献US 8 054 039 B2公开了用于对电动汽车的电池充电的方法，其中充电功率可以根据所测量的电池运行参数来加以调整。在文献US 5 642 275 Al中描述了 一种带有集成的逆变器功能的电池系统。这种类型的系统作为名称“多级级联逆变器”也或者“电池直接逆变器(Batteriedirektumrichter, BDI)”而被已知。这种系统包括在多个储能模块支路中的直流源，这些直流源可以直接被连接到电机上或电网上。在此，可以产生单相或多相供给电压。储能模块支路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一个相关联的可控的耦合单元，该耦合单元允许根据控制信号来中断各自的储能模块支路或者分别桥接关联的至少一个电池单元或者分别将关联的至少一个电池单元连接到各自的储能模块支路中。作为代替方案，文献DElO 2010 027 857 Al 和 DE 10 2010 027 861 Al 公开了在储能装置中的模块化连接的电池单元，它们通过对耦合单元的合适操控可以被选择性地耦合到由串联连接的电池单元构成的支路中或者从该支路中去耦。这种类型的系统作为名称“电池直接变换器”(Batteriedirektwandler, BDC)”而被已知。这种系统包括在储能模块支路中的直流源，它们可以被连接到直流电压中间回路上用于经由脉冲逆变器对电机或电网供给电能。BDC和BDI通常具有相对于传统系统更高的效率和更高的故障安全性。故障安全性尤其是可以通过如下方式来保证，即有缺陷的、故障的或者不完全功能正常的电池单元通过对耦合单元的合适的桥接操控可以从能量供给支路中脱离连接。
技术实现思路
按照一种实施方式，本专利技术实现了用于储能装置的充电电路，带有:感应式传输元件，所述感应式传输元件被设计用于感应式地接收充电交变电压；整流器，所述整流器与感应式传输元件耦合并且被设计用于将接收的充电交变电压转换成充电直流电压；以及储能装置。储能装置具有至少一个耦合在储能装置的两个输出端子之间的能量供给支路。能量供给支路具有一个或多个在该能量供给支路中串联连接的储能模块。储能模块分别具有带有至少一个储能单元的储能单元模块，以及带有多个耦合元件的耦合装置，该耦合装置被设计为选择性地将储能单元模块连接到各自的能量供给支路中或者在各自的能量供给支路中绕开储能单元模块。在此，整流器直接与储能装置的输出端子耦合，并且储能装置具有控制装置，该控制装置被设计为在储能装置的充电运行中通过整流器根据所属储能单元的充电状态来操控储能模块的耦合装置。按照另一实施方式，本专利技术实现了用于对储能装置充电的方法，具有步骤:利用感应式传输元件感应式地接收充电交变电压；利用整流器将接收的充电交变电压转换成充电直流电压；确定带有至少一个能量供给支路的储能装置的储能单元的充电状态，所述能量供给支路耦合在储能装置的两个输出端子之间；并且通过根据所确定的储能单元的充电状态对储能模块的耦合装置的操控来调整能量供给支路的输出电压。能量供给支路在此具有一个或多个在该能量供给支路中串联连接的储能模块，这些储能模块分别包括带有至少一个储能单元的储能单元模块以及带有多个耦合元件的耦合装置，该耦合装置被设计为选择性地将储能单元模块连接到各自的能量供给支路中或者在各自的能量供给支路中绕开储能单元模块。本专利技术的优点 本专利技术的构思是，使用具有由储能模块的串联电路构成的、模块化构建的能量供给支路的储能装置来对电驱动系统进行供给，其中储能模块分别具有可接通到能量供给支路中或可关断的储能单元。由此储能装置的输出电压可以适配于整流器的充电功率。特别有利的是，储能单元应当在其最终充电状态附近被充电:在该范围中分别同时待充电的储能单元的数量可以连续减少，以便不离开进行供给的整流器的最优调节范围。利用这种调节策略可以放弃在感应式功率传输路径中的附加的直流斩波器，这减少了结构空间、制造成本和在运行中的功率损耗。此外，功率电子装置所需的冷却功率较少。由此尤其是也可以在可能的设计变型方案中减少变化范围，由此简化了系统拓扑。例如在混合动力交通工具中典型地需要在150V和300V之间的范围中的电压充电，而电动交通工具以在250V和450V之间的范围内的更高的电压位置运行。通过储能装置中的输出电压的匹配，相同的充电电路既可以使用在混合动力交通工具中也可以使用在纯电动交通工具中，而在此原则上无需进行充电电路的感应式传输段的设计方面的改动。按照本专利技术充电电路的一种实施方式，耦合装置可以分别具有多个构成全桥电路的耦合元件。代替地，耦合装置可以分别具有多个构成半桥电路的耦合元件。按照本专利技术充电电路的另一实施方式，所述至少一个储能单元具有锂离子蓄电池。按照本专利技术充电电路的另一实施方式，所述充电电路可以具有直流电压中间回路，该直流电压中间回路耦合在储能装置的输出端子之间。这能够以有利的方式实现在充电运行中在储能装置的输出电压或输入电流中的电压或电流波动的减少，尤其是在脉宽调制地操控储能模块中的一个或多个时。按照本专利技术方法的一种实施方式，对储能模块的耦合装置的操控可以包括选择性地将储能单元模块接通到各自的能量供给支路中或关断。此外，该方法还可以包括周期地交换接通到各自的能量供给支路中的储能单元模块的步骤。由此，可以有利地保证，储能单元在时间上平均地被施加相同的充电功率。在此，在本专利技术方法的另一实施方式中，根据所确定的储能单元的充电状态来确定接通到各自的能量供给支路中的储能单元模块的数量。由此可以保证，如果各个储能单元的充电状态在充电过程的进行中上升则能量供给支路的最大输出电压不被超过。这能够实现针对整流器的最优的调节范围，而针对储能装置或储能单元的充电功率不会过高。本专利技术实施方式的另外本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于储能装置（10；20）的充电电路（100；200），带有：感应式传输元件（24b），所述感应式传输元件被设计用于感应式地接收充电交变电压；整流器（25），所述整流器与感应式传输元件（24b）耦合并且被设计用于将接收的充电交变电压转换成充电直流电压；以及储能装置（10；20），该储能装置具有至少一个耦合在储能装置（10；20）的两个输出端子（4a，4b；12a，13a；12b，13b；12c，13c）之间的能量供给支路（10a；10b），其中能量供给支路（10a；10b）具有：一个或多个在该能量供给支路（10a；10b）中串联连接的储能模块（3），该一个或多个储能模块分别具有：带有至少一个储能单元（5a，5k）的储能单元模块（5），以及带有多个耦合元件（7a，7b，7c，7d）的耦合装置（7），该耦合装置被设计为选择性地将储能单元模块（5）连接到各自的能量供给支路（10a；10b）中或者在各自的能量供给支路中绕开储能单元模块（5），其中，整流器（25）直接与储能装置（10；20）的输出端子（4a，4b；12a，13a；12b，13b；12c，13c）耦合，并且储能装置（10；20）具有控制装置（8；11），该控制装置被设计为在储能装置（10；20）的充电运行中通过整流器（25）根据所属储能单元（5a，5k）的充电状态来操控储能模块（3）的耦合装置（7）。...
【技术特征摘要】
2013.02.19 DE 102013202652.81.用于储能装置(10；20)的充电电路(100 ;200)，带有: 感应式传输元件(24b)，所述感应式传输元件被设计用于感应式地接收充电交变电压； 整流器(25)，所述整流器与感应式传输元件(24b)耦合并且被设计用于将接收的充电交变电压转换成充电直流电压；以及 储能装置(10 ;20)，该储能装置具有至少一个耦合在储能装置(10 ；20)的两个输出端子(4a，4b ;12a，13a ;12b，13b ; 12c，13c)之间的能量供给支路(IOa ;10b)，其中能量供给支路(10a ；10b)具有: 一个或多个在该能量供给支路(10a ；10b)中串联连接的储能模块(3)，该一个或多个储能模块分别具有:带有至少一个储能单元(5a，5k)的储能单元模块(5)，以及带有多个耦合元件(7a，7b, 7c, 7d)的耦合装置(7)，该耦合装置被设计为选择性地将储能单元模块(5)连接到各自的能量供给支路(10a ；10b)中或者在各自的能量供给支路中绕开储能单元模块(5)， 其中，整流器(25)直接与储能装置(10 ；20)的输出端子(4a，4b ;12a，13a ;12b，13b ；12c，13c)耦合，并且储能装置(10 ;20)具有控制装置(8 ; 11 )，该控制装置被设计为在储能装置(10 ;20)的充电运行中通过整流器(25)根据所属储能单元(5a，5k)的充电状态来操控储能模块(3)的耦合装置(7)。2.根据权利要求1所述的充电电路(100;200)，其中所述耦合装置(7)分别具有多个构成全桥电路的耦合元件(7a，7b，7c，7d)。3.根据权利要求1所述的充电电路(100;200)，其中所述耦合装置(7)分别具有多个构成半桥电路的耦合元件(7a，7c )。4.根据权利要求1至3之一所述的充电电路(100;200)，其中所述至少一个储...
【专利技术属性】
技术研发人员：P费伊尔施塔克，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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