可再配置的电容能量储存装置、集成所述装置的供电系统和电动车辆制造方法及图纸

本发明专利技术旨在通过电容效应应用于电能储存领域，特别是用于对电力或混合自主车辆供电。本发明专利技术涉及一种可再配置的电能储存装置，即不同组成的能量储存模块之间的内部连接能够被修改的装置。根据本发明专利技术的装置(100)包括：M×N个储存模块(111‑122)，其中M和N是两个严格为正的自然数，其中每个储存模块能够在负端子和正端子之间借助电容效应储存电能；接触器(131‑140)，其被布置以允许Mi×Ni个储存模块通过其端子使用不同的组合进行连接，由下标i表示的每个组合包括Mi条并联连接的支路(151‑153)，每条支路包括Ni个串联连接的储存模块，其中Mi×Ni≤M×N，以及正电连接端子(102)和负电连接端子(101)，所述并联连接的支路的端部在每个组合中能够连接到所述正电连接端子和负电连接端子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可再配置的电容能量储存装置、集成所述装置的供电系统和电动车辆
本专利技术属于电能储存领域，特别是电容形式的能量储存。本专利技术特别适用于自主电动车辆的供电。更具体地，本专利技术涉及借助于电容效应的能量储存装置、集成该装置的供电系统和集成该装置或该供电系统的电动或混合动力车辆。
技术介绍
利用电能来工作的机器或设施通常需要适配于供应到该机器或设施的能量的性质。特别在能量以机械形式(例如通过飞轮)供应或者以具有不合适的电压属性和信号形式(例如交流或直流电压)的电力形式供应时更是如此。在自主电动车辆的供电领域，能量储存通常以电化学电荷转移装置的形式实现。这主要涉及电力电池(或蓄电池)和燃料电池。这些电化学能量储存装置传送直流电压，然而，车辆中的电力机器经常需要交流电压。为此原因，通常将能量转换装置与这些电化学能量储存装置结合。能量转换装置还能够使由电化学能量储存装置传送的电压范围适配于上述电力机器的供电电压或电压范围。为了使由电化学能量储存装置储存的能量的使用最优化，能量转换装置在这方面是高度优化的。特别地，能量转换装置的输入电压范围适配于储存装置的输出电压范围，其目的在于使焦耳效应损耗最小化并且提高能量效率。在实践中，该适配涉及将能量转换装置与能量储存装置配对，而不需要用具有不同特性的另一个储存装置来替代该储存装置，除非不利于能量效率。近年来，电容形式的能量储存装置已经得到快速发展。特别地，从现在开始，超级电容器将具有足够的重量/电容比以使得能够设想其作为推进电动车辆的主要能量来源来使用。然而，只使用超级电容器或多个超级电容器来替代电化学能量储存装置可能导致性能值的严重退化。事实上，电化学能量储存装置在相对窄的电压范围内工作，而超级电容器在相对宽的电压范围内工作。电化学能量储存装置通常在Uref±15％的电压范围内工作，其中Uref限定标称电压值。实际上，在电压范围[2/3Uref；Uref]能获取电化学能量储存装置的可使用能量的100％。相比之下，在同等电压范围[2/3Un；Un]内，其中Un是充电状态中电压的标称值，超级电容器仅能获取其可使用能量的50％。因此，在同一电压范围内并且对于同样的初始储存的能量而言，超级电容器传送的能量是电力电池或燃料电池的一半。将超级电容器与能量转换装置耦合不允许在低于2/3Un的电压值下有效地重获所储存的能量。事实上，在电压范围[2/3Umax；Umax]内，能量转换装置通常具有约98％的效率。但是，对于小于2/3Umax的电压来说，该效率可能显著地下降到90％以下。而且，能够转换装置通常以恒定功率工作。在电化学能量储存装置的情况下，装置端子处的电压不显著变化，因此与功率需求相关的焦耳效应损耗是有限的。在超级电容器的情况下，在工作期间电压显著变化，并且当电压下降时，电流必须补偿该下降，从而导致焦耳效应损失增大。
技术实现思路
本专利技术的目的特别地在于克服上述缺点中的所有或一部分。特别地，本专利技术的目的在于提出一种借助于电容效应的电能储存装置，其使得能够优化所储存能量的使用。本专利技术的另一目的在于提出一种借助于电容效应的电能储存装置，其使得能够有效地替代电化学能量储存装置。当替代与能量转换器耦合的电化学能量储存装置时，特别地，借助于电容效应的电能储存装置必须能够在具有相对高的效率(通常大于95％)的转换范围内使用该能量转化器。根据本专利技术的借助于电容效应的电能储存装置基于使用多个基本能量储存模块，并且重新配置这些模块之间的连接，使得能量储存装置在其端子处随时间具有期望电压范围内的电压。更具体地，本专利技术的目的在于一种可再配置的电能储存装置，其包括·M×N个储存模块，其中M和N是严格的正自然数，每个储存模块能够在负端子和正端子之间借助电容效应来储存电能，·接触器，其被布置以使得能够通过其端子以不同的组合连接Mi×Ni个储存模块，由索引i表示的每个组合包括Mi条并联连接的支路，每条支路包括Ni个串联连接的储存模块，其中Mi×Ni≤M×N，以及正电连接端子(102)和负电连接端子(101)，在每个组合中，并联连接的支路的端部能够连接到正电连接端子和负电连接端子。借助于电容效应的电能储存模块通常是超级电容器或超级电容器的组合。接触器能够是任何类型和任何技术的，只要所述接触器能够在至少两个电点之间建立电接触或断开电接触。例如，其可以是开关(特别是可控的)、可控逆变器或可控转接器。这些接触器能够被描述为可再配置接触器，因为这些接触器使得能够从储存模块的一个组合切换到另一个组合。尽管与借助电荷转移的电化学能量储存装置相比，借助于电容效应的能量储存模块的端子处的电压变化的幅度更大，但根据本专利技术的可再配置能量储存装置能够在不改变其电气环境(特别是能量转换器)的情况下替代这种装置。特别地，可再配置装置能够被布置以在两个连接端子之间具有能够在最小电压Umin和最大电压Umax之间变化的电压。此外，根据本专利技术的可再配置装置具有优化能量储存装置的内部连接的优点。事实上，能量转换器通常以高功率工作。能量储存装置工作的电压越低，流经其的电流的安培数越高，流经能量转换器的电流的安培数越高。当借助于电容效应的能量储存装置不能被再配置时，其内部连接必须被确定尺寸以通过在低电压下流动的高电流。这假设了使用相对大功率的连接器设计，具有用于通过电流的大横截面，这最终导致重量、体积和成本方面的额外限制。在根据本专利技术的可再配置装置的情况下，最大可允许电流被限定，涉及配置的改变以避免电流增大超过该阈值。能量转换器也受益于电流限制，这使得能够使用用于通过电流的较小的横截面。在更低的电流下工作，能量转换器也通常具有改进的能量效率的优点。当根据本专利技术的可再配置能量储存装置与能量转换器结合时，焦耳效应损耗也能够被减小。事实上，由于这些损耗是总电流的平方的函数，所以在使能量转换器在高电压范围内并因此在相对低的电流范围内工作时，这些损失被限制。根据本专利技术的可再配置能量储存装置能够被布置以处于安全配置内，即，正电连接端子和负电连接端子不通过储存模块连接在一起的配置。换言之，储存模块的每条支路与正电连接端子和负电连接端子中的至少一个相隔离。那么，没有电流从负电连接端子流到正电连接端子。安全配置能够是特别有用的以通过限制电击的危险而允许操作员进行维护工作。安全配置能够例如通过向根据本专利技术的可再配置电能储存装置提供安全接触器来获得，其中所述安全接触器被布置以能够采用隔离位置，其中，对于储存模块的至少一个组合，每条支路都与正电连接端子和/或与负电连接端子隔离。安全接触器例如布置在并联连接的支路的正端部和正电连接端子之间，或者在并联连接的支路的负端部和负电连接端子之间。当然，根据本专利技术的可再配置电能储存装置能够包括多个安全接触器，每个能够将正电连接端子或负电连接端子连接到一条或多条支路的端部或者与一条与多条支路的端部隔离。安全接触器能够是手动或受控接触器。如有必要，其能够由与驱动所布置的接触器的控制单元相同的控制单元来控制，以产生不同的储存模块组合。安全配置还能够在不引入任何特定安全接触器的情况下获得。再配置接触器，被布置以使得能够以不同组合连接储存模块，事实上能够以将每条支路与正电连接端子和/或负电连接端子隔离的方式被驱动。根据一个特别的实施例，M×N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可再配置的电能储存装置，其包括：·M×N个储存模块(111‑122)，其中M和N是严格为正的自然数，每个储存模块能够在负端子和正端子之间借助电容效应来储存电能，·接触器(131‑140)，其被布置以使得能够通过其端子以不同的组合连接Mi×Ni个储存模块，由索引i表示的每个组合包括Mi条并联连接的支路，每条支路包括Ni个串联连接的储存模块，其中Mi×Ni≤M×N，以及·正电连接端子(102)和负电连接端子(101)，在每个组合中，所述并联连接的支路的端部都能够连接到所述正电连接端子和负电连接端子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.23 FR 15569941.一种可再配置的电能储存装置，其包括：·M×N个储存模块(111-122)，其中M和N是严格为正的自然数，每个储存模块能够在负端子和正端子之间借助电容效应来储存电能，·接触器(131-140)，其被布置以使得能够通过其端子以不同的组合连接Mi×Ni个储存模块，由索引i表示的每个组合包括Mi条并联连接的支路，每条支路包括Ni个串联连接的储存模块，其中Mi×Ni≤M×N，以及·正电连接端子(102)和负电连接端子(101)，在每个组合中，所述并联连接的支路的端部都能够连接到所述正电连接端子和负电连接端子。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述接触器(131-140)是受控接触器。3.根据权利要求1和2之一所述的装置，其还包括布置成能够采用隔离位置的安全接触器(1001)，其中，对于所述储存模块(111-122)的至少一个组合，每条支路(151-153)与所述正电连接端子(102)和/或与所述负电连接端子(101)隔离。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述安全接触器(1001)是受控接触器。5.根据前述权利要求之一所述的装置，其中，所述M×N个储存模块(111-122)在其端子处具有相同的最大电压Umod-max，并且具有相同的电容。6.根据前述权利要求之一所述的装置，其中，所述接触器(131-140)被布置成使得对于每个组合，支路的数量与每条支路中的储存模块的数量的乘积Mi×Ni等于所述可再配置的电能储存装置(100、200、810)中的储存模块的数量M×N。7.根据前述权利要求之一所述的装置，其中，所述接触器(131-140)被布置使得在不同的组合中，每条支路中的储存模块的最大数量Nmax小于或等于每条支路中储存模块的最小数量Nmin的三倍。8.根据前述权利要求之一与权利要求2结合所述的装置，其中，还包括：·测量单元(201)，其被布置以测量M×N个储存模块中的第一储存模块的负端子和M×N个储存模块中的、与所述第一储存模块相同或不同的第二储存模块的正端子之间的控制电压，以及·控制单元(202)，其被布置以根据所述控制电压来驱动受控接触器。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述控制单元(202)被布置成使得当所述控制电压变为小于最小电压Umin或者大于最大电压Umax时，所述受控接触器(131-140)被驱动以在新组合中连接所述储存模块(111-122)，其中，所述控制电压被包含在最小电压Umin和最大电压Umax之间。10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述控制单元(202)被布置成使得：·当所述控制电压变为小于最小放电电压Udech时，所述受控接触器(131-140)被驱动以在新组合中连接所述储存模块(111-122)，其中，所述控制电压被包含在最小工作电压Umin和最大工作电压Umax之间，其中Udech<Umin<Umax，和/或·当所述控制电压变为大于最大负载电压Uch时，所述受控接触器(131-140)被驱动以在新组合中连接所述储存模块(111-122)，其中，所述控制电压被包含在最小工作电压Umin和最大工作电压Umax之间，其中Umin<Umax<Uch。11.根据权利要求8至10之一所述的装置，其中，所述测量单元(...

【专利技术属性】
技术研发人员：让·米歇尔·德蓬，
申请(专利权)人：布鲁解决方案公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR