能量存储装置、具有能量存储装置的系统和用于操控能量存储装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于产生n相供应电压的能量存储装置（1），其中n≥1，具有n个并联的能量供应分支，所述能量供应分支分别与能量存储装置（1）的一个输出连接端（1a，1b，1c）耦合，其中能量供应分支中的每一个均具有大量串联的能量存储模块（3）。所述能量供应分支在此分别包括能量存储单元模块（5），所述能量存储单元模块具有至少一个能量存储单元（5a，5n），和具有第一耦合元件（7a，7b，7c，7d）的耦合装置（7），所述第一耦合元件被设计用于将能量存储单元模块（5）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元模块（5）。在此，能量供应分支中的至少一个具有至少一个第二耦合元件（8），所述第二耦合元件分别耦合在在该至少一个能量供应分支中相邻的能量存储单元模块（5）的输出连接端之间，并且被设计用于将所耦合的能量存储单元模块（5）彼此并联地接入到相应的能量供应分支中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能量存储装置、具有能量存储装置的系统和用于操控能量存储装置的方法
本专利技术涉及能量存储装置、具有能量存储装置的系统以及用于尤其是在用于对电机供电的电池直接逆变器电路中操控能量存储装置的方法。
技术介绍
呈现出的是，未来不仅在诸如风力发电装置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将新的能量存储工艺与电驱动技术相组合的电子系统。将多相电流馈入电机中通常通过脉冲逆变器形式的逆变器实现。为此，可以将由直流电压中间电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。直流电压中间电路在此被由串联互连的电池模块组成的支路馈电。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，在牵引电池中的多个电池模块经常串联。多个电池模块的串联引起问题，即如果唯一的电池模块发生故障，则整个支路发生故障。能量供应支路的这种故障可能导致整个系统故障。此外，单个电池模块的暂时或永久出现的功率减小可能导致整个能量供应支路中的功率减小。在出版物US5,642,275A1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多电平级联逆变器（MultilevelCascadedInverter）或还有电池直接逆变器(BatteryDirectInverter)（BDI）公知。这样的系统包括多个能量存储模块支路中的直流电流源，这些直流电流源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元和所分配的可控制的耦合单元，所述可控制的耦合单元允许根据控制信号中断相应的能量存储模块支路或者桥接分别所分配的至少一个电池单元或者分别将所分配的至少一个电池单元接入到相应的能量存储模块支路中。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来控制相输出电压，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被集成到BDI中。BDI通常相对于传统系统具有更高的效率和更高的防故障安全性。防故障安全性尤其是通过以下方式来加以保证，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元。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而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由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。
技术实现思路
本专利技术根据一个方面提供一种用于产生n相供应电压的能量存储装置，其中n≥1，具有n个并联的能量供应分支，所述能量供应分支分别与能量存储装置的至少一个输出连接端耦合，其中能量供应分支中的每一个均具有大量串联的能量存储模块。能量供应分支在此分别包括能量存储单元模块，所述能量存储单元模块具有至少一个能量存储单元，并且包括具有第一耦合元件的耦合装置，所述第一耦合元件被设计用于将能量存储单元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元模块。在此，能量供应分支中的至少一个具有至少一个第二耦合元件，所述第二耦合元件分别耦合在在该至少一个能量供应分支中相邻的能量存储单元模块的输出连接端之间，并且被设计用于将所耦合的能量存储单元模块彼此并联地接入到相应的能量供应分支中。根据另一方面，本专利技术提供一种系统，具有：n个相线路，所述相线路可以分别与n相电机的n个相连接端之一耦合；本专利技术能量存储装置，其输出连接端分别与n个相线路之一耦合；以及控制装置，所述控制装置与能量存储装置耦合，并且被设计用于根据至少一个能量供应分支的能量存储单元模块的能量存储单元的电荷状态来操控至少一个第二耦合元件用于在相邻的能量存储模块之间实现电荷均衡。根据另一方面，本专利技术提供一种用于操控本专利技术能量存储装置的方法，具有步骤：操控至少一个能量供应分支的第一能量存储模块的第一耦合元件以用于将第一能量存储模块的能量存储单元模块接入到该能量供应分支中，操控至少一个能量供应分支的第二能量存储模块的第一耦合元件以用于将与该第一能量存储模块相邻的第二能量存储模块的能量存储单元模块接入到该能量供应分支中，闭合第二耦合元件，所述第二耦合元件耦合在第一能量存储模块和第二能量存储模块之间，以及根据第一能量存储模块和第二能量存储模块的能量存储单元模块的电荷状态以脉宽调制的时钟运行方式来操控第一能量存储模块的第一耦合元件之一。本专利技术优点本专利技术的构思是，能够实现在能量存储装置的各个能量存储模块之间的改善的电荷均衡，其方式是相邻的能量存储模块经由在其相应的能量存储单元模块之间的输出连接端之间的附加耦合元件而被连接。通过适当地操控附加的耦合元件，能够不仅在能量存储装置运行期间而且在静止状态下实现在两个相邻能量存储模块的能量存储单元模块之间的电荷均衡。该布置的显著优点在于，在运行中主动平衡是可能的，也就是说，可以在任何时候均衡模块的电荷状态出现的偏差并且例如不是仅在能量存储装置的充电过程中才能均衡。有利地，通过并联连接能量存储模块可以使在能量供应分支中出现的电流对称，使得可以补偿并联路径的阻抗和电压差异。这同时意味着各个能量存储模块的有利的均匀的载荷。在电路技术上的附加耗费有利地是小的。除此之外存在以下优点：可以将在平衡期间的损耗在运行中保持得小，因为对于电荷均衡不需要附加的电流设立（Stromaufbau）。根据一种实施方式，能量存储装置可以具有半导体开关，例如MOSFET开关作为耦合元件。根据另一实施方式可以规定，耦合元件以全桥电路的方式来构成。在可替换的实施方式中，耦合元件可以以半桥电路的方式来构成。根据另一实施方式，大量限制电流或电流变化的第一元件可以分别串联地与大量第二耦合元件之一耦合。这例如可以是电阻或电感，其限制可能的电流强度波动并且负责更均匀的运行。根据另一实施方式，在此情况下可以在至少一个能量供应分支的每两个相邻的能量存储模块之间分别耦合限制电流或电流变化的第二元件。根据本专利技术系统的一种实施方式，控制装置可以被设计用于以脉宽调制的时钟运行方式操控大量第二耦合元件。由此可以通过适当地选择频率和脉冲宽度来灵活地调整流经第二耦合元件的总电流的分量。根据本专利技术系统的一种实施方式，该系统此外可以具有n相电机，其中n≥1，所述n相电机具有n个相连接端，所述相连接端分别与n个相线路之一耦合。因此该系统良好地特别是适用于用在电运行的车辆中，诸如电动汽车或混合动力车辆。根据本专利技术方法的一种实施方式，可以借助于两点调节器和根据第一能量存储模块和第二能量存储模块的能量存储单元模块的电荷状态的比例来操控第一耦合元件之一。该方法能够实现用于在电池直接逆变器中的电荷均衡的灵活方法，这种方法在运行电池直接逆变器期间已经可以被采用。本专利技术的实施方式的其他特征和优点从参考附图的下面描述中得出。附图说明图1示出根据本专利技术一种实施方式的具有能量存储装置的系统的示意图；图2示出根据本专利技术另一实施方式的能量存储装置的能量存储模块的示意图；图3示出根据本专利技术另一实施方式的能量存储装置的能量存储模块的示意图；图4示出根据本专利技术另一实施方式的能量存储装置的能量存储模块的示意图；图5示出根据本专利技术另一实施方式的能量存储装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于产生n相供应电压的能量存储装置（1），其中n≥1，具有：n个并联的能量供应分支，所述能量供应分支分别与能量存储装置（1）的至少一个输出连接端（1a，1b，1c）耦合，其中能量供应分支中的每一个均具有大量串联的能量存储模块（3），所述能量供应分支分别包括：‑能量存储单元模块（5），所述能量存储单元模块具有至少一个能量存储单元（5a，5k），和‑具有第一耦合元件（7a，7b，7c，7d）的耦合装置（7），所述第一耦合元件被设计用于将能量存储单元模块（5）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元模块（5）；以及其中能量供应分支中的至少一个具有至少一个第二耦合元件（8），所述第二耦合元件分别耦合在在该至少一个能量供应分支中相邻的能量存储单元模块（5）的输出连接端（5m，5p）之间，并且被设计用于将所耦合的能量存储单元模块（5）彼此并联地接入到相应的能量供应分支中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.22 DE 102011089648.11.用于产生n相供应电压的能量存储装置（1），其中n≥1，具有：n个并联的能量供应分支，所述能量供应分支分别与能量存储装置（1）的至少一个输出连接端（1a，1b，1c）耦合，其中能量供应分支中的每一个均具有大量串联的能量存储模块（3），所述大量串联的能量存储模块分别包括：-能量存储单元模块（5），所述能量存储单元模块具有至少一个能量存储单元（5a-5k），和-具有第一耦合元件（7a，7b，7c，7d）的耦合装置（7），所述第一耦合元件被设计用于将能量存储单元模块（5）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元模块（5）；以及其中能量供应分支中的至少一个具有至少一个第二耦合元件（8），所述第二耦合元件分别耦合在该至少一个能量供应分支中相邻的能量存储单元模块（5）的输出连接端（5m，5p）之间，并且被设计用于将所耦合的能量存储单元模块（5）彼此并联地接入到相应的能量供应分支中。2.根据权利要求1所述的能量存储装置（1），其中耦合装置（7）包括全桥电路方式的耦合元件。3.根据权利要求1所述的能量存储装置（1），其中耦合装置（7）包括半桥电路方式的耦合元件。4.根据权利要求1至3之一所述的能量存储装置（1），其中至少一个限制电流或电流变化的第一元件（6a）串联地与至少一个第二耦合元件（8）耦合。5.根据权利要求4所述的能量存储装置（1），其中在至少一个能量供应分支的每两个相邻能量存储模块（3）之间分别耦合限制电流或电流变化的第二元件（6b）。6.根据权利要求5所述的能量存储装置（1），其中限制电流或电流变化的第一元件（6a）和限制电流或电流变化的第二元件（6b）是电感或欧姆电阻。7.用于向n相电机（2）供...

【专利技术属性】
技术研发人员：E魏森博恩，M凯斯勒，
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