CN105453370A - 具有直流电压供电电路的蓄能装置和用于从蓄能装置提供直流电压的方法 - Google Patents

具有直流电压供电电路的蓄能装置和用于从蓄能装置提供直流电压的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有蓄能装置和直流电压供电电路的系统，其中所述蓄能装置具有至少两个并联的供能分支，这些分支在第一输出上分别与蓄能装置的至少一输出端子耦联，用于在输出端子上产生交流电压并且在第二输出上与公共的汇流排耦联，其中每个供能分支具有许多串联的蓄能模块。所述蓄能模块分别包括一个具有至少一蓄能电池的蓄能电池模块，和一个具有由耦联部件组成的耦联电桥电路的耦联装置，其中所述耦联部件设计成，使所述蓄能电池模块选择性地接通到各自的供能分支里面，或者在供能分支里面旁路。所述直流电压供电电路具有一个具有许多第一馈电端子的电桥电路，这些端子分别与蓄能装置的输出端子的一个端子耦联，该直流电压供电电路还具有两个馈电节点，其中至少一节点与电桥电路耦联，并且具有一个模块引出电路，该电路具有至少两个具有整流二极管的模块控制分支，其中一个模块控制分支使一个供能分支的至少一蓄能模块的蓄能电池模块的第一输入端子可通断地与第一馈电节点连接，并且另一模块控制分支使至少一蓄能模块的蓄能电池模块的第二输入端子可通断地与第二馈电节点连接。

Description

具有直流电压供电电路的蓄能装置和用于从蓄能装置提供直流电压的方法
技术领域
本发明涉及一种具有直流电压供电电路的蓄能装置以及一种用于从蓄能装置提供直流电压的方法、尤其一种电池直接逆变器，该电池直流逆变器以直流电压供电车载电网。
背景技术
已经越来越显示出，未来不仅在固定的应用中、例如风力设备或太阳能设备中，而且在机动车、例如混合动力车或者电动汽车中越来越多地使用电子系统，它们使新型蓄能技术与电驱动技术组合。
一般通过脉冲逆变器形式的逆变器实现馈送多相电流到电机里面。为此可以将由直流电压中间回路提供的直流电压转换成多相交流电压、例如三相交流电压。在此直流电压中间回路由串联的电池模块组成的支路供电。为了可以满足对于各自的应用给出对于功率和能量的需求，经常在牵引电池里面串联多个电池模块。
多个电池模块的串联随之带来问题，当单个电池模块失效时，这个支路失效。供能支路的这种失效可能导致整个系统失效。此外暂时或持久出现的单一电池模块的功率最小化可能导致在整个供能支路中功率减小。
在文献US5,642,275A1中描述了一种具有组合的逆变器功能的电池系统。这种形式的系统以名称MultilevelCascadedInverter或者BatteryDirectInverter（电池直接逆变器，BDI）所公知。这些系统包括在多个蓄能模块支路中的直流源，它们可以直接连接在电机或者电网上。在此可以产生单相或多相的供电电压。在此蓄能模块支路具有许多串联的蓄能模块，其中每个蓄能模块具有至少一蓄能电池和从属的可控的耦合单元，该耦合单元允许，根据控制信号分别搭接从属的至少一蓄能电池，或者分别接通从属的至少一蓄能电池到各自的蓄能模块支路里面。在此可以这样构成耦合单元，使它附加地允许，从属的至少一蓄能电池分别也以可逆的极性接通到各自的蓄能模块支路里面或者也中断各自的蓄能模块支路。通过适合地控制耦合单元，例如借助于脉宽调制也可以通过适合的相位信号，用于控制相输出电压，由此可以省去独立的脉冲逆变器。因此可以说，用于控制相输出电压所需的脉冲逆变器组合到BDI里面。
与常见的系统相比，BDI一般具有更高的效率、更高的可靠性和明显更低的其输出电压的相对谐波含量。尤其由此保证可靠性，通过适合地控制附属于蓄能电池的耦联单元在供能支路中可以搭接有缺陷的、失效的或者不完全有效的蓄能电池。供能模块支路的相输出电压可以通过相应的控制耦联单元改变并且尤其分级地调整。在此输出电压的分级由单个蓄能模块的电压给出，其中通过一个蓄能模块支路的所有蓄能模块的电压总和确定最大可能的相输出电压。
文献DE102010027857A1和DE102010027861A1例如公开了具有多个电池模块支路的电池直接逆变器，它们可以直接连接在电机上。
在BDI的输出上不提供恒定的直流电压，因为蓄能电池分布在不同的蓄能模块上并且为了产生电压必需有目的地控制器耦联装置。由于这种分布BDI基本不作为直流电压源，例如为电动车的车载电网供电。因此也不能容易地通过常见的直流电压源充电蓄能电池。
因此存在需求，具有直流电压供电电路的蓄能装置和运行该蓄能装置的方法，通过它们可以由蓄能装置以直流电压供电直流电压用电器，或者说可以耦联直流电压充电电路在蓄能装置上。
发明内容
本发明按照一个方面实现一种具有蓄能装置和直流电压供电电路的系统，其中所述蓄能装置具有至少两个供能分支，这些分支在第一输出上分别与蓄能装置的至少一输出端子耦联，用于在输出端子上产生交流电压，并且在第二输出上与公共的汇流排耦联，其中每个供能分支具有许多串联的蓄能模块。所述蓄能模块分别包括一个具有至少一蓄能电池的蓄能电池模块，和一个具有由耦联部件组成的耦联电桥电路的耦联装置，其中所述耦联部件设计成，使所述蓄能电池模块选择性地接通到各自的供能分支里面，或者在供能分支里面旁路。所述直流电压供电电路具有一个具有许多第一馈电端子的电桥电路，这些端子分别与蓄能装置的输出端子的一个端子耦联，该直流电压供电电路还具有两个馈电节点，其中至少一节点与电桥电路耦联，并且具有一个模块引出电路，该电路具有至少两个具有整流二极管的模块控制分支，其中一个模块控制分支使一个供能分支的至少一蓄能模块的蓄能电池模块的第一输入端子可通断地与第一馈电节点连接，并且另一模块控制分支使至少一蓄能模块的蓄能电池模块的第二输入端子与第二馈电节点连接。
按照另一方面本发明实现一种方法，用于由按照第一方面的按照本发明的系统提供直流电压，具有步骤，获得蓄能装置的输出端子上的供能分支的输出电压，并且如果获得的输出电压小于单个蓄能模块的最大输出电压，可通断地耦联供能分支的至少一蓄能模块的蓄能电池模块的第一输入端子与第一馈电节点，并且可通断地耦联至少一蓄能模块的蓄能电池模块的第二输入端子与第二馈电节点。
本发明的优点
本发明的思想是，提供一种用于模块化构成的蓄能装置、尤其是电池直接逆变器的输出的电路，通过该电路在用于控制电机的蓄能装置运行期间可以对于直流电压用电器、例如电运行的机动车的车载电网的直流电压变换器的运行提供直流电压。为此规定，一个二极管电桥电路耦联在蓄能装置的输出端子上，借助于该电桥电路可以在输出端子上截取直流电压。同时一个模块引出电路用于，选择性地由单个蓄能模块在直流电压用电器上取出直流电压。
在此特别有利的是，由蓄能装置总是存在另一直流电压水平，例如用于馈电车载电网的中间回路电容器，无论在哪个运行状态所述蓄能装置都正好运行。尤其在蓄能装置微小的总输出电压时，该输出电压低于单个蓄能模块的输出电压，可以利用模块引出电路，用于截取单个蓄能模块的输入电压并且选择性地馈入到直流电压用电器。
这个模块引出电路的另一优点是，例如在电运行的机动车中的行驶范围放大器的充电电路可以与直流电压用电器串联，并且至少也可以在蓄能装置供电运行期间馈入用于充电蓄能电池的能量到通过模块引出电路耦联的蓄能模块里面。
按照本发明的系统的实施例，至少一模块控制分支中的至少一模块控制分支附加地对于整流二极管具有与这个整流二极管串联的模块耦联开关。
按照本发明的系统的实施例，所述系统还可以包括一个直流电压变换器，该变换器耦联在第一馈电节点与第二馈电节点之间。在此按照一实施例，所述直流电压变换器可以具有升压斩波器或者通流变换器。
按照本发明的系统的另一实施例，所述直流电压供电电路可以具有两个充电电路端子和一个充电电路，该充电电路通过两个充电电路端子与直流电压变换器串联或者直接耦联在馈电节点上，并且其中所述充电电路设计成，对于蓄能装置的蓄能电池模块提供充电直流电压。
按照本发明的系统的另一实施例，所述电桥电路可以具有许多第一电桥电路分支，该分支具有二极管或由二极管和桥式耦合开关组成的串联电路，这些电桥电路分支分别耦联在与电桥电路连接的馈电节点与许多第一馈电端子或第二馈电端子中的一个馈电端子之间。
按照本发明的系统的另一实施例，所述电桥电路可以具有另一第一馈电端子或另一第二馈电端子，该馈电端子与汇流排连接。
按照本发明的系统的另一实施例，所述电桥电路不仅可以具有许多第一馈电端子，而且具有许多第二馈电端子，这些端子分别与蓄能装置的输出端子或汇流排耦联。
按照本发明的系统的另一实施例，所述电桥电路可以具有另一电桥电路分支，该分支使另一第一馈电端子或另一第二馈电端子与两个馈电节点的那个节点连接，该馈电节点通过电桥电路与第一馈电端子或者与第二馈电端子连接。
按照本发明的系统的另一实施例，所述电桥电路可以具有许多第一电桥电路分支和许多第二电桥电路分支，它们分别具有二极管或由二极管和桥式耦合开关组成的串联电路，其中第一电桥电路分支分别接通在许多第一馈电端子之一与第一馈电节点之间，并且第二电桥电路分支分别接通在许多第二馈电端子之一与第二馈电节点之间。
按照本发明的系统的另一实施例，所述模块控制分支使供能分支的位于汇流排最近的蓄能模块的蓄能电池模块可通断地与第一或第二馈电节点连接。
按照本发明的系统的另一实施例，所述系统还可以具有n相电机，具有n相端子，该电机与蓄能装置的输出端子耦联，其中n≥1。
按照本发明的另一实施例，所述n相电机可以具有从电机引出来的绕组星点。此外这个绕组星点可以与蓄能装置的汇流排连接。这在两相电机（n=2）中是特别有利的。
附图说明
本发明实施例的其它特征和优点由下面借助于附图的描述给出。
附图示出：
图1具有蓄能装置的系统示意图；
图2蓄能装置的蓄能模块的示意图；
图3按照本发明实施例的系统示意图，具有蓄能装置和直流电压供电电路；
图4按照本发明另一实施例的系统示意图，具有蓄能装置和直流电压供电电路；
图5按照本发明另一实施例的系统示意图，具有蓄能装置和直流电压供电电路；
图6按照本发明另一实施例的用于直流电压供电电路的模块控制分支或电桥电路分支的示意图；
图7按照本发明另一实施例的用于由蓄能装置提供直流电压的方法示意图；
图8按照图3至5的按照本发明另一实施例的用于系统的充电电路的示意图；和
图9按照图3至5的按照本发明另一实施例的用于系统的另一充电电路的示意图。
具体实施方式
图1示出系统100的示意图，具有用于将在蓄能模块3中提供的直流电压转换成n相交流电压的蓄能装置1。蓄能装置1包括许多供能分支Z，在图1中示例地示出其中的两个分支，它们适合于产生两相交流电压、例如用于横向磁通电机2。但是显然，同样可以实现各种其它数量的供能分支Z。供能分支Z可以具有许多蓄能模块3，它们在供能分支Z中串联。示例地在图1中示出每个供能分支Z的各三个蓄能模块3，但是同样可以实现各种其它数量的蓄能模块3。蓄能装置1在每个供能分支Z上具有输出端子1a和1b，它们分别连接在相导线2a和2b上。电机2的相导线2c在图1的示例中直接通过电机2的星点与汇流排2c连接，汇流排又与供能分支Z的输入端子、最好星点耦联。但是也能够，使电机2不通过相导线2c与功能装置1回耦。这一点可以根据电机2的类型和布线选择。
系统100还可以包括控制装置S，它与蓄能装置1连接，并且借助于控制装置可以控制蓄能装置1，用于在各自的输出端子1a,1b或1c上提供所期望的输出电压。
蓄能模块3分别具有两个输出端子3a和3b，通过它们可以提供蓄能模块3的输出电压。因为蓄能模块3初始时串联，蓄能模块3的输出电压相加成总输出电压，它可以在蓄能装置1的各个输出端子1a,1b或1c上提供。
在图2中以放大细节图示出蓄能模块3的示例结构形式。在此蓄能模块3分别包括耦联装置7，具有多个耦联部件7a,7b，7c和7d。蓄能模块3还分别包括蓄能电池模块5，具有一个或多个串联的蓄能电池5a至5k。
在此蓄能电池模块5例如可以具有串联的蓄能电池5a至5k,例如锂离子电池。在此蓄能电池5a至5k的数量在图2和3所示的蓄能模块3中示例地为两个，但是同样能够实现各种其它数量的蓄能电池5a至5k。
蓄能电池模块5通过连接导线与从属的耦联装置7的输入端子连接。耦联装置7在图2中示例地以全桥电路构成，具有各两个耦联部件7a,7c和两个耦联部件7b，7d。在此耦联部件7a,7b,7c,7d可以分别具有有源的通断部件、例如半导体开关和与其并联的续流二极管。在此可以规定，耦联部件7a,7b,7c,7d由MOSFET开关或IGBT开关构成，MOSFET开关已经具有固有的二极管。
可以这样控制耦联部件7a,7b,7c,7d,例如借助于在图1中所示的控制装置S，有选择地在输出端子3a与3b之间接通相应的蓄能电池模块5，或者桥接蓄能电池模块5。参考图2，蓄能电池模块5例如在向前方向上在输出端子3a与3b之间接通，其中使耦联部件7d的有源通断部件和耦联部件7a的有源通断部件置于闭合状态，而耦联部件7b和7c的其余两个有源通断部件置于断开状态。例如可以由此调整桥接状态，耦联部件7a和7b的两个有源通断部件置于闭合状态，而耦联部件7c和7d的两个有源通断部件保持断开状态。可以由此调整第二桥接状态，使耦联部件7a和7b的两个有源通断部件保持断开状态，而耦联部件7c和7d的两个有源通断部件置于闭合状态。最后，蓄能电池模块5例如在向后方向上在输出端子3a与3b之间接通，其中耦联部件7b的有源通断部件和耦联部件7c的有源通断部件置于闭合状态，而耦联部件7a和7d的其余两个有源通断部件置于断开状态。因此通过适合地控制耦联装置7可以使蓄能模块3的单个蓄能电池模块5有目的地且以任意的极性组合到供能分支Z的串联电路里面。
此外蓄能模块3可以分别包括节点（接口）3c和3d,它们分别与蓄能电池模块5的输入端子耦联。对于在图1中的蓄能装置1例如部分蓄能模块3可以具有这种节点3c和3d并且部分蓄能模块3没有节点3c和3d地设置在供能分支Z里面。在此可以自由选择具有节点3c和3d的蓄能模块3的部分并且尤其适配于蓄能装置1的要求，如同结合图3至5还要在下面更详细地解释的那样。
图1中的系统100示例地用于馈电两相电机2，例如在用于电运行的机动车的电驱动系统里面。但是也可以规定，蓄能装置1用于产生用于供能电网2的电流。供能分支Z可以在其与星点连接的端部上与汇流排2c（基准电位汇流排）连接。与星点连接的供能分支Z端部的电位也可以没有与位于功能装置1外部的基准电位没有其它连接地通过定义作为基准电位被确定。
为了在输出端子1a和1b一端与汇流排2c另一端之间产生相电压一般只需蓄能模块3的一部分蓄能电池模块5。可以这样控制它们的耦联装置7，使供能分支Z的总输出电压可以在一方面矩形的电压/电流-调整范围中分级地在与蓄能模块3的数量相乘的单个蓄能电池模块5的负电压和与蓄能模块3的数量相乘的单个蓄能电池模块5的正电压与另一方面通过单个蓄能模块3的负和正的额定电流另一端之间调整。
这种如图1所示的蓄能装置1在输出端子1a,1b上对于在运行中的不同时刻具有不同的电位，并因此不能容易地作为直流电压源使用。特别在电运行的机动车的电驱动系统中经常期望，机动车的车载电网、例如高压车载电网或低压车载电网由蓄能装置1馈电。因此设有直流电压供电电路，该电路敷设成，连接在蓄能装置1上，并且由蓄能装置馈电地提供直流电压，例如用于电运行机动车的车载电网。
图3示出系统200的示意图，具有蓄能装置1和这种直流电压供电电路8。直流电压供电电路8与蓄能装置1在一端通过第一汇流端子8a,8b和8c并且在另一端通过第二汇流端子8d,8e和8f耦联。在引出端子8g和8h上可以引出直流电压供电电路8的直流电压UZK。在引出端子8g和8h上例如可以连接其它（未示出的）用于电运行机动车车载电网的直流电压变换器，或者在引出端子8g和8h之间的电压UZK与车载电压之间适合地平衡的时候也可以直接连接这个车载电网。
直流电压供电电路8在图3的示例中具有全桥电路9，它通过第一和第二汇流端子8a至8f分别与蓄能装置1的输出端子1a,1b，1c之一耦联。在此汇流端子8a至8f例如可以耦联在系统200的相导线2a,2b或汇流排2c上。全桥电路9可以具有电桥电路分支A,它们在图6中示例地以放大细节图示出。在此在图6中所示的电桥电路分支A的极标识“+”和“-”与在图3中（和下面也在图4和5中）所示的部件A的极标识“+”和“-”一致，即在图6中以“+”表示的电桥电路分支A的输入端子与在图3至5中以“+”表示的部件A的输入端子一致，并且在图6中以“-”表示的电桥电路分支A的输入端子与在图3至5中以“-”表示的部件A的输入端子一致。以“+”表示的电桥电路分支开关的极在下面称为其阳极，以“-”表示的极相应地称为其阴极。
如同在图6中所示，电桥电路分支A分别具有由整流二极管16和有源桥式耦联开关17组成的串联电路。在电桥电路分支A内部的整流二极管16与桥式耦联开关17的布置可以交换。在此桥式耦联开关17例如可以具有MOSFET或IGBT功率半导体开关。这样设置电桥电路分支A,汇流端子8a,8b，8c使连接在其上的电桥电路分支A的阳极与相导线2a,2b或2c耦联，并且汇流端子8d,8e,8f使连接在其上的电桥电路分支与相导线2a,2b或2c耦联。与汇流端子8a,8b，8c耦联的电桥电路分支的阴极本身可以一起接通到全桥电路9的公共阴极汇总点上，而与汇流端子8d,8e,8f耦联的电桥电路分支A的阳极一起接通到全桥电路9的公共阳极汇总点上。阴极汇总点又与第一馈电节点14a连接，阳极汇总点与第二馈电节点14b连接。
通过这种电路在分别连接桥式耦联开关17在全桥电路9的阴极汇总点上并由此连接在馈电节点14a上时分别处于相导线2a,2b或汇流排2c的瞬时最高电位，并且在全桥电路9的阳极汇总点上并由此在馈电节点14b上分别处于相导线2a,2b或汇流排2c的瞬时最低电位。附加地可以选择，在每个电桥电路分支A中设有整流电阻15，它分别与二极管16和桥式耦联开关17串联。在此整流电阻15在由整流二极管16、桥式耦联开关17和整流电阻15组成的串联电路内部的布置是任意的。在此整流电阻15可以缓冲由于控制引起的分级电位交变有时可能在各自的相导线2a,2b里面产生的电位振荡（波动），由此二极管16不太剧烈地由于频繁的整流过程被加载。
如果直流电压供电电路只用于从蓄能装置1取出电能，例如用于供给车载电网，则可以省去有源桥式耦联开关17。在这种情况下通过导电连接替换有源桥式耦联开关。而如果也要通过直流电压供电电路8馈送电能到蓄能装置1里面，则需要有源桥式耦联开关17。
直流电压供电电路8还具有模块引出电路6，它具有至少两个模块控制分支A。在本实施例中设四个模块控制分支A。模块控制分支A可以与图6中的电桥电路分支A类似地构成，其中图6中的电桥电路分支A的极标识“+”和“-”仍然与图3至5中的模块控制分支A的极标识“+”和“-”一致。在此一个模块控制分支A使一个供能分支Z的至少一蓄能模块3的蓄能电池模块5的第一输入端子3c可通断地与直流电压供电电路8的阴极汇总点连接，并且另一模块控制分支A使至少一蓄能模块3的蓄能电池模块5的第二输入端子3d可通断地与直流电压供电电路8的阳极汇总点连接。然后阴极汇总点和阳极汇总点可以与直流电压输入级14的馈送节点14a或14b耦联。
按照本发明模块引出电路6含有在按照图3的实施例中所示的四个模块控制分支A中的至少两个。同样也能够实现模块引出电路6实施例，其中蓄能装置1的其它蓄能模块3具有相应的输入端子3c和3d,并且通过模块控制分支A与直流电压输入级14的第一馈电节点14a和/或第二馈电节点14b连接。在此与馈电节点14a连接的模块控制分支A总是通过其阴极连接在这个馈电节点14a上，并且与馈电节点14b连接的模块控制分支A总是通过去阳极连接在这个馈电节点14b上。
因此在全桥电路9与模块引出电路6的汇总点之间存在电位差，它可以通过直流电压输入级14-在图3的示例中的升压斩波器14-升压。在此升压斩波器14可以设计成，根据全桥电路9与模块引出电路6的汇总点之间的电位在直流电压供电电路8的引出端子8g,8h上提供直流电压UZK。升压斩波器14例如可以在第一馈电节点14a上具有串联的转换电阻10和输出二极管11，其中间引出点将调整控制元件12与第二馈电节点14b耦联。也可以选择在阳极汇总点与调整控制元件12之间设有变换器电阻10，或者可以在升压斩波器14的两个输入端子上设有两个变换器电阻10。
调整控制元件12例如可以具有功率半导体开关，例如MOSFET开关或者IGBT开关。例如对于调整控制元件12可以使用n通道IGBT，它在正常状态是截止的。但是在此要清楚，各种其它功率半导体开关同样可以用于调整控制元件12。
存在可能性，省去调整控制元件12，或者调整控制元件12保留在持久截止的状态，尤其当阴极与阳极汇总点之间的电位差总是位于通过连接在引出端子8g,8h上的其它元件给定的输入单元范围以内的时候。在这种情况下在某些实施例中也可以放弃输出二极管11。
直流电压供电电路8还可以具有中间回路电容器13，它连接在直流电压供电电路8的引出端子8g,8h之间，并且它设计成，缓冲从升压斩波器输出的电流脉冲，并由此在升压斩波器14的输出上产生平滑的直流电压UZK。通过中间回路电容器13例如可以馈电电运行机动车的车载电网的直流电压变换器，或者这个车载电网可以在某些情况下也直接连接在中间回路电容器13上。
与在图3至5中示例示出的不同，直流电压输入级14也可以通过另一直流电压变换器实现，例如在半桥电路或全桥电路中的通流变换器。
在图3中在电桥电路9中的电桥电路分支A的数量示例地以六个给出，并且适配于蓄能装置1的输出端子1a,1b，1c的数量。在此要清楚，同样能够实现任何其它数量的电桥电路分支A,根据由蓄能装置1产生多少相电压。
类似地，模块引出电路6同样可以具有多于两个模块控制分支A,尤其当不仅一个蓄能模块3通过端子3c和3d耦联在模块引出电路6上的时候。同样可以规定，不是在一个蓄能模块3的所有供能分支中、而是只在一个或几个供能分支中与模块引出电路6耦联。最好分别使蓄能装置1的供能分支Z的蓄能模块3的那个供能分支与模块引出电路6耦联，该供能分支位于汇流排2c最近。由此可以始终准确地确定在阳极汇总点上的基准电位。
还可以选择，直流电压供能模块8具有两个充电电路端子8j和8k,通过它们连接充电电路，充电电路通过两个充电电路端子8j和8k与直流电压变换器14串联，并且它设计成，对于蓄能装置1的蓄能电池模块5提供充电直流电压。如果在这个位置没有充电电路，则充电电路端子8j与8k相互间导电连接。
图8和9示出充电电路30或40的示意图，它们例如可以用于充电蓄能装置1的一个或多个供能分支Z，并且尤其用于馈电充电电路端子8j和8k。
图8示出充电电路30的示意图，它具有输入端子36a,36b，在其上可以馈电输入直流电压UN。在此输入直流电压UN可以通过（未示出的）电路结构产生，例如直流电压变换器、具有功率系数修正（PFC,powerfactorcorrection）的受控或调节的整流逆变器或者类似器件。输入直流电压UN例如可以通过输入端连接的供能分支或者通过行驶范围放大器（RangeExtender（增程器））提供。充电电路30还可以具有输入电容35，通过它可以截取输入直流电压，并且该电容明显降低脉冲电流不仅对于充电电路30输入端而且对于输出端的反作用，或者在充电电路30中的通断过程本身对于输入直流电压UN的反作用。在充电电路30的充电电路端子8j和8k上可以引出充电电路30的输出电压uL，它可以用于充电连接的蓄能装置，例如蓄能装置1的一串蓄能模块3或供能分支Z，如同在图3至5中所示的那样。
充电电路30具有半导体开关33和续流二极管39，它们形成降压斩波器。作为充电电路30的充电电流IL的调整参数例如可以是要充电的蓄能装置1、例如蓄能装置1的一串蓄能模块3或供能分支的输出电压，如同在图3至5中所示的那样，或者可以选择通过半导体开关33实施的降压斩波器占空比。也可以实现，通过输入电容器35施加的输入直流电压UN作为充电电流IL的调整参数。降压斩波器例如也可以在运行状态中以1的恒定占空比运行，由此半导体开关33可以保持持久地闭合。在此也能够，省去半导体开关33并且通过导电连接替换它。
图9示出充电电路40的示意图，它具有输入端子46a,46b，在其上可以馈电输入交流电压uN。在此可以通过（未示出的）电路结构、例如交流变压器全桥或者类似器件产生输入交流电压uN。输入交流电压uN最好具有矩形间隔的或者不间隔的变化曲线和高基频。输入交流电压uN例如可以通过输入端连接的具有后置的交流或整流电桥的供能电网或行驶范围放大器（RangeExtender）提供。充电电路40还可以具有变压器45，其初级绕组与输入端子46a,46b耦联。变压器45的次级绕组可以与由四个二极管组成的全桥直流整流电路44耦联，在其输出上可以截取脉冲的直流电压。脉冲的直流电压的间隔长度的变化可以通过时间间隔的变化实现，在该时间间隔中施加在变压器45初级绕组上的输入交流电压uN和相关地施加在变压器45次级绕组上的相应的次级电压具有瞬时值0。在充电电路40的充电电路端子8j，8k上可以截取充电电路40的输出电压uL，它可以用于充电例如如同在图3至5中所示的蓄能装置1的一串蓄能模块5或供能分支Z。
充电电路40具有续流二极管42和半导体开关43，它们作为用于全桥直流整流电路44的脉冲直流电压的降压斩波器。在此也可以规定，在充电电路40里面组合用于平滑充电电流IL的变换器电阻41。但是这种变换器电阻41的功能也可以通过在直流电压供电电路8中存在的变换器电阻10实现，因为直流电压供电电路8的输入和充电电路30或40的输出在电上串联。作为用于充电电流IL的调整参数例如使用如同在图3至5中所示的蓄能装置1的一个或多个供能分支Z的要充电的蓄能模块3的输出电压，和/或选择使用脉冲的直流电压在全桥直流整流器44的输出上的直流分量和/或半导体开关43的相对接通持续时间。
在另一实施例中可以无替换地省去半导体开关43，并且通过导电连接替换。在这种情况下全桥直流整流器44的脉冲输出电压直接施加在充电电路端子8a,8b上，并因此是充电电压uL。
在这个另一实施例的改进方案中附加地可以无替换地省去续流二极管42。在这种情况下全桥直流整流电路44附加地承担续流二极管42的功能。由此节省元器件，但是相反降低充电电路40的效率。
通过图3中的蓄能装置1和直流电压供电电路8可以在要求更低的设备电压的电机2的运行点、例如电运行的机动车的低行驶速度或者停车时，激活模块引出电路6，其中接通模块控制分支A的相应模块耦联开关17。由此保证，模块引出电路6的输出电压不会下降到单个蓄能模块3的电压以下。在充电运行中，即在激活充电电路30或40时在所谓的Range-Extender运行中，模块控制分支A或桥式控制分支A的模块耦联开关17可以截止，由此模块引出电路6的输出电压也可以变负。
图4示出系统300的示意图，具有蓄能装置1和直流电压供电电路8。系统300与在图3中所示的系统200的主要不同在于，电桥电路9由具有阴极汇总点的半桥电路构成，即，仅仅设有相引出端子8a和8b，通过它们连接电桥电路分支A在蓄能装置1的相导线2a,2b上。因此在图4的直流电压供电电路8中在半桥电路9的阴极汇总点上总是存在相导线2a,2b的或者通过模块控制分支A与这个阴极汇总点耦联的蓄能装置1的蓄能模块3的输入端子3c的瞬时最高电位。这个阴极汇总点又与第一馈电节点14a连接。而第二馈电节点14b与蓄能装置1的汇流排2c耦联。在图4的直流电压供电电路8中也存在在半桥电路8的阴极汇总点与相关的馈电节点14a和馈电节点14b之间的电位差，它可以通过升压斩波器14升高到直流电压UZK。馈电节点14b通过二极管18与电机2的汇流排2c或星点端子连接，由此在蓄能装置1内部不会通过模块控制分支A产生不期望的短路。因此在图4的直流电压供电电路8的馈电节点14b上总是存在汇流排2c的或者通过模块控制分支A与这个馈电节点14b耦联的蓄能装置1的蓄能模块3的输入端子3d的瞬时最低电位。
以类似的方式图5示出系统400的示意图，具有蓄能装置1和直流电压供电电路8。系统400与在图3中所示的系统200的主要不同在于，电桥电路9由半桥电路构成，具有阳极汇总点，即，仅仅设有相引出端子8d和8e,通过它们电桥电路分支A连接在蓄能装置1的相导线2a,2b上。因此在图5的直流电压供电电路8中在半桥电路9的阳极汇总点上总是存在相导线2a,2b的或通过模块控制分支A与这个阳极汇总点耦联的蓄能装置1的蓄能模块3的输入端子3d的瞬时最低电位。这个阳极汇总点也与第二馈电节点14b连接。而第一馈电节点14a在这个实施例中与蓄能装置1的汇流排2c耦联。在图5的直流电压供电电路8中也存在在馈电节点14a与半桥电路9的阳极汇总点和相关的馈电节点14b之间的电位差，它可以通过升压斩波器14升压到直流电压UZK。馈电节点14a通过二极管19与汇流排2c或电机2的星点端子连接，由此在蓄能装置1内部不会通过模块控制分支A产生不期望的短路。在图5的直流电压供电电路8的馈电节点14a上总是存在汇流排2c的或通过模块控制分支A与这个馈电节点14a耦联的蓄能装置1的蓄能模块3的输入端子3c的瞬时最高电位。
代替在馈电节点14b上也可以在馈电节点14a上设置可选择的充电端子8j和8k。
在图4和5的直流电压供电电路8中可以选择通过电桥电路分支A替换二极管18或19。
通过图4和5的系统300和400可以在要求低设备电压的电机2的运行点、例如在电运行的机动车的低行驶速度或停车时激活模块引出电路6，其中接通模块控制分支A的相应的模块耦联开关17。由此保证，模块引出电路6的输出电压不会下降到单个蓄能模块3的电压以下。在充电运行时，即在激活充电电路30或40时在所谓的Range-Extender运行中可以截止模块控制分支A的模块耦联开关17，由此模块引出电路6的输出电压也可以变负。
所给出的电路结构的所有控制部件可以包括功率半导体开关，例如正常截止的或者正常导通的n或p通道-MOSFET开关或者相应的IGBT开关。在使用具有确定的且足够的向后截止能力的功率半导体开关下可以省去相应的具有二极管的串联电路。
图7示出一种方法20的示意图，用于由蓄能装置、尤其如同结合图1至6和8至9所述的蓄能装置1提供直流电压。该方法20例如可以用于由电运行的机动车的蓄能装置1提供直流电压，该蓄能装置具有图3,4,或5的电驱动系统200,300或400，尤其用于机动车的直流电压车载电网。
在步骤21中首先获得供能分支Z在蓄能装置1的输出端子1a,1b上的输出电压。然后根据所获得的输出电压可以在步骤22中使一个供能分支Z的至少一蓄能模块3的蓄能电池模块5的第一输入端子3c与第一馈电节点14a可通断地耦联，并且在步骤23中使至少一蓄能模块3的蓄能电池模块5的第二输入端子3d与第二馈电节点14b可通断地耦联。尤其当所获得的输出电压小于单个蓄能模块3的最大输出电压的时候，执行步骤22和23。

Claims (14)

1.一种具有蓄能装置（1）和直流电压供电电路（8）的系统（200；300；400），其中所述蓄能装置（1）具有至少两个供能分支（Z），这些分支在第一输出上分别与蓄能装置（1）的至少一输出端子（1a,1b）耦联用于在输出端子（1a,1b）上产生交流电压并且在第二输出上与公共的汇流排（2c）耦联，其中每个供能分支（Z）具有许多串联的蓄能模块（3），它们分别包括：
一个具有至少一蓄能电池（5a,5k）的蓄能电池模块（5），和
一个具有由耦联部件（7a,7b,7c,7d）组成的耦联电桥电路的耦联装置（7），其中所述耦联部件（7a,7b,7c,7d）设计成，使所述蓄能电池模块（5）选择性地接通到各自的供能分支（Z）里面，或者在供能分支（Z）里面旁路，并且其中所述直流电压供电电路（8）具有：
一个电桥电路（9），其具有许多第一馈电端子（8a,8b,8c），这些端子分别与蓄能装置（1）的输出端子（1a,1b）的一个端子耦联；
两个馈电节点（14a,14b），其中至少一节点与电桥电路（9）耦联；和
一个模块引出电路（6），该电路具有至少两个具有整流二极管（16）的模块控制分支（A），其中一个模块控制分支（A）使一个供能分支（Z）的至少一蓄能模块（3）的蓄能电池模块（5）的第一输入端子（3c）可通断地与第一馈电节点（14a）连接，并且另一模块控制分支（A）使至少一蓄能模块（3）的蓄能电池模块（5）的第二输入端子（3d）可通断地与第二馈电节点（14b）连接。
2.如权利要求1所述的系统（200；300；400），其中，至少一模块控制分支（A）中的至少一模块控制分支附加地对于整流二极管（16）具有一个与这个整流二极管（16）串联的模块耦联开关（17）。
3.如权利要求1或2所述的系统（200；300；400），还具有：
一个直流电压变换器（14），该直流电压变换器耦联在第一馈电节点（14a）与第二馈电节点（14b）之间。
4.如权利要求3所述的系统（200；300；400），其中，所述直流电压变换器（14）具有升压斩波器或者通流变换器。
5.如权利要求1至4中任一项所述的系统（200；300；400），其中，所述直流电压供电电路（8）具有两个充电电路端子（8j，8k）和一个充电电路（30;40），该充电电路通过两个充电电路端子（8j，8k）与直流电压变换器（14）串联或者直接耦联在馈电节点（14a,14b）上，并且其中所述充电电路（30;40）设计成，为蓄能装置（1）的蓄能电池模块（5）提供充电直流电压。
6.如权利要求1至5中任一项所述的系统（200；300；400），其中，所述电桥电路具有许多第一电桥电路分支（A），该分支具有二极管（16）或由二极管（16）和桥式耦合开关（17）组成的串联电路，这些电桥电路分支分别耦联在与电桥电路（9）连接的馈电节点（14a,14b）与许多第一馈电端子（8a,8b）或第二馈电端子（8d,8e）中的一个馈电端子之间。
7.如权利要求1至6中任一项所述的系统（200；300；400），其中，所述电桥电路（9）具有另一第一馈电端子（8c）或另一第二馈电端子（8f），该端子与汇流排（2c）连接。
8.如权利要求1至7中任一项所述的系统（200；300；400），其中，所述电桥电路（9）不仅具有许多第一馈电端子（8a,8b,8c），而且具有许多第二馈电端子（8d,8e,8f），这些端子分别与蓄能装置（1）的输出端子（1a,1b）之一或汇流排（2c）耦联。
9.如权利要求7所述的系统（200；300；400），其中，所述电桥电路（9）具有另一电桥电路分支（A）或二极管（18,19），该分支使另一第一馈电端子（8c）或另一第二馈电端子（8f）与一个馈电节点（14a；14b）连接。
10.如权利要求8所述的系统（200；300；400），其中，所述电桥电路（9）具有许多第一电桥电路分支（A）和许多第二电桥电路分支（A），它们分别具有二极管（16）或由二极管（16）和桥式耦合开关（17）组成的串联电路，其中第一电桥电路分支（A）分别接通在许多第一馈电端子（8a,8b,8c）之一和第一馈电节点（14a）之间，并且第二电桥电路分支（A）分别接通在许多第二馈电端子（8d,8e,8f）之一和第二馈电节点（14b）之间。
11.如权利要求1至10中任一项所述的系统（200；300；400），其中，所述模块控制分支（A）使一个或多个供能分支（Z）的位于汇流排（2c）最近的蓄能模块（3）的蓄能电池模块（5）可通断地与第一或第二馈电节点（14a；14b）连接。
12.如权利要求1至11中任一项所述的系统（200；300；400），还具有：
一个n相电机（2），其具有n相端子，该电机与蓄能装置（1）的输出端子（1a,1b,1c）耦联，其中n≥1。
13.如权利要求12所述的系统（200；300；400），其中，所述n相电机（2）具有引出来的绕组星点，并且其中该绕组星点与汇流排（2c）连接。
14.一种用于由如权利要求1至13中任一项所述的系统（200；300；400）提供直流电压的方法（20），具有步骤：
获得（21）蓄能装置（1）的输出端子（1a,1b）上的供能分支（Z）的输出电压；并且如果获得的输出电压小于单个蓄能模块（3）的最大输出电压，则将供能分支（Z）的至少一蓄能模块（3）的蓄能电池模块（5）的第一输入端子（3c）与第一馈电节点（14a）可通断地耦联（22），并且将至少一蓄能模块（3）的蓄能电池模块（5）的第二输入端子（3d）与第二馈电节点（14b）可通断地耦联（23）。
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