CN109638805A - 用于为终端设备提供电能的能量提供装置和其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为至少一个终端设备提供电能的能量提供装置，其具有用于将能量提供装置联接到交变电网上的电网联接部和用于将通过电网联接部输入的交变电流转换成在中间回路中的直流电流的整流器装置。在此，设置多个电压转换器和多个直流联接部，其中，电压转换器分别一方面至少暂时地电联接到中间回路上并且另一方面至少暂时地与直流联接部中的一个电连接，其中，直流联接部中的多个可与电压转换器中的同一个相连接和/或电压转换器中的多个可与直流联接部中的同一个相连接和/或直流联接部中的至少一个第一直流联接部可通过电压转换器中的一个与直流联接部中的第二直流联接部电连接。此外，本发明涉及一种用于运行能量提供装置的方法。

Description

用于为终端设备提供电能的能量提供装置和其运行方法
技术领域
本发明涉及一种用于为至少一个终端设备提供电能的能量提供装置，其具有用于将能量提供装置联接到交变电网上的电网联接部和用于将通过电网联接部输入/供应的交变电流转换成在中间回路中的直流电流的整流器装置。此外，本发明涉及一种用于使能量提供装置运行的方法。
背景技术
能量提供装置用于为至少一个终端设备、优选地为多个终端设备提供电能。终端设备或终端设备中的至少一个优选地设计成机动车。借助于能量提供装置可将电能输送给机动车以用于为机动车的蓄能器充电。特别是，蓄能器以牵引电池的形式存在，在牵引电池中暂存有或可暂存用于使机动车的牵引驱动装置运行的电能。牵引驱动装置构造成，将电能、特别是暂存在蓄能器或牵引电池中的电能转换成用于驱动机动车的机械能。
能量提供装置具有电网联接部，能量提供装置可通过该电网联接部联接到交变电网上。交变电网例如为公共的交变电网。附加地，能量提供装置具有整流器装置，其一方面电联接到电网联接部上并且另一方面电联接到中间回路上。整流器装置用于将通过电网联接部从交变电网中提取的交变电流转换成在中间回路中存在的直流电流。
从现有技术中例如已知公开文献DE 10 2012 2010 284 A1。其涉及一种用于使在家庭中的电动车充电站运行的方法，充电站包括整流器、用于联接电动车的接口、开关系统和蓄能器。为了给蓄能器充电，整流器在交变电流侧借助于开关系统与家庭的电源网络相连接。如果通过接口为电动车充电，则整流器借助于开关系统与电源网络分离。
发明内容
本发明的目的是，提出一种能量提供装置，其相对于其它能量提供装置具有的优点是，特别是能实现极其灵活的运行并且特别优选地能实现多个终端设备的高度集成。
根据本发明，这通过具有权利要求1所述的特征的能量提供装置实现。在此，设置多个电压转换器和多个直流联接部，其中，电压转换器分别一方面至少暂时地电联接到中间回路上并且另一方面至少暂时地与多个直流联接部中的一个直流联接部电连接，其中，直流联接部中的多个可与电压转换器中的同一个相连接和/或电压转换器中的多个可与直流联接部中的同一个相连接和/或直流联接部中的至少第一直流联接部可通过电压转换器中的一个与直流联接部中的另一个、即第二直流联接部电连接。
电压转换器以直流电流压转换器的形式存在，即，用于将直流电流再次转换成直流电流。例如，在电压转换器中的一个的输入侧处存在的直流电流具有第一电压，并且在该电压转换器的输出侧处存在的直流电流具有第二电压，其中第二电压与第一电压不同。直流联接部用于联接至少一个终端设备、优选地多个终端设备。特别是，在直流联接部中的每一个上都联接一终端设备。作为终端设备，基本上可使用任意的装置，而与其是否消耗和/或提供电能无关。
以上已经提到了，终端设备中的一个可以以机动车的形式存在。终端设备的其它示例是光伏设备，用于暂存电能的静态蓄能器和家庭服务设备、例如热泵。然而对于终端设备来说共同的是，其以直流电流运行或者为能量提供装置提供直流电流。
电压转换器中的每一个一方面——特别是在输入侧——至少暂时与中间回路电连接。另一方面，即特别是在输出侧，电压转换器中的每一个可与直流联接部中的至少一个电连接。优选地，存在与直流联接部同样多的电压转换器，从而电压转换器中的每一个可与直流联接部中的至少刚好一个电连接，或者反之。
在能量提供装置的第一设计方案中或者备选地在能量提供装置的第一运行模式中，现在设置成，直流联接部中的多个与电压转换器中的同一个电连接或者可电连接。在第二实施形式中或在第二运行模式中设置成，电压转换器中的多个与直流联接部中的同一个电连接或可电连接。在能量提供装置的第三设计方案中或能量提供装置的第三运行模式中设置成，直流联接部中的至少第一直流联接部通过电压转换器中的一个与直流联接部中的另一第二直流联接部电连接或可电连接。能量提供装置可构造成用于仅实施所述运行模式中的一种。然而优选地，其至少能实施运行模式中的两种或甚至运行模式中的所有三种。
在本说明书的范围中，仅仅阐述各种运行模式。然而，显然的是，能量提供装置可设置和构造成用于仅仅实施运行模式中的一种、至少不是所有运行模式。例如可实现这样的能量提供装置，即，其设置和构造成用于实施仅仅第一运行模式、仅仅第二运行模式或仅仅第三运行模式。同样，能量提供装置也可设置和构造成用于仅仅实施第一运行模式和第二运行模式，仅仅实施第一运行模式和第三运行模式，或仅仅实施第二运行模式和第三运行模式。显然，特别优选的是能量提供装置的这样的设计方案，即，其设置和构造成用于实施所有三种运行模式。
应指出的是，显然可设置成，电压转换器中的几个和直流联接部中的几个在运行模式中的一种中运行，并且电压转换器中的其它电压转换器和直流联接部中的其它直流联接部在运行模式中的另一种中运行。为此，电压转换器和直流联接部被分成多个组，其中，每个组以运行模式中的一种运行。在此可设置成，组中的一个组或多个组在第一运行模式中运行，组中的一个组或多个组在第二运行模式中运行和/或组中的一个组或多个组在第三运行模式中运行。
在第一运行模式中，多个直流联接部应与唯一的电压转换器电连接。这意味着，联接到直流联接部上的终端设备全都通过这个电压转换器供电或者通过这个电压转换器将电能供给到中间回路中。当终端设备的瞬态实际功率或额定功率很小、特别是在总和中小于电压转换器的额定功率时，这种做法是特别合理的。此外，联接到直流联接部上的终端设备必须具有相同的或至少几乎相同的输入电压和/或输出电压。
在第二运行模式中，基本上设置与在第一运行模式中倒过来的方式，即，电压转换器中的多个与同一个直流联接部电连接。当单个电压转换器具有过低的额定功率，特别是具有比在直流联接部处所需的、联接到直流联接部上的设备的实际功率或额定功率更小的额定功率时，实施这种方式。
在第三运行模式中设置成，使第一直流联接部和第二直流联接部与电网联接部断开电耦联。代替地，第一直流联接部应在输入侧联接到电压转换器上并且第二直流联接部应在输出侧联接到电压转换器上。这实现了在旁路/绕过中间回路的情况下在第一直流联接部和第二直流联接部之间传输电能或者反之在第二直流联接部和第一直流联接部之间传输电能。
不仅在第一运行模式中而且在第二运行模式中，有利的是，优选地根据具有最大额定功率或实际功率的终端设备的输入电压，来匹配借助于整流器装置提供的直流电流的电压。通过这一做法使在整流器装置中的转换损失最小化。
这一点应根据示例进行说明。例如，作为终端设备，存在有光伏设备、机动车和家庭服务设备。光伏设备将具有第一功率的电能馈入到中间回路中，而应将具有第二功率的电能输入机动车并且将具有第三功率的电能输入家庭服务设备。这三个终端设备以不同的电压工作。第二功率和第三功率的和大于第一功率，从而应通过电网联接部从交变电网中输入电能，以便平衡该差值。
为了减小在这样的电压转换器中的损失，即，终端设备通过该电压转换器连结到中间回路上，现在设置成，根据具有最高功率的终端设备的电压来匹配在中间回路中存在的电压。在该示例的范围中，这是第二功率。通过电压转换器中的一个或多个将由光伏设备提供的电能调整到中间回路电压上。与此相似地，将电能输送给家庭服务设备，根据终端设备所需的电压为家庭服务设备匹配一个或多个相应的电压转换器。
代替通过电网联接部，也可从静态的蓄能器中输入在中间回路中所需的功率的至少一部分。然而，在此处描述的示例的范围中，使静态的蓄能器与中间回路断开耦联，特别是通过相应地操控能量提供装置、特别是相应的电压转换器。
相反地，如果不应继续将电能输送给机动车，例如因为机动车的蓄能器已经充满电，则对于第一功率大于第三功率的情况，设置成，将在中间回路中存在的电压调整到光伏设备的电压上。在该示例的范围中可设置成，代替家庭服务设备，将静态的蓄能器联接到能量提供装置上并且应以第三功率充电。
例如，可用以给蓄能器充电的功率小于由光伏设备提供的功率。在这种情况中，可通过电网联接部将电能馈入到交变电网中。特别是为了该目的，整流器装置优选地设计成双向的，即，实现电能向交变电网中的反馈。
本发明的另一实施形式设置成，整流器装置具有双向的整流器，或者具有双向的第一整流器和与第一整流器电并联的单向的第二整流器。已经指出了双向整流器的优选的应用方案。借助于双向整流器，由整流器装置不仅可从交变电网中提取电能并输送给中间回路，而且可从中间回路提取电能并输送给交变电网。
可设置成，双向整流器是整流器装置的唯一的整流器。然而为了降低成本，也可使用多个具有较低额定功率的整流器，即，第一整流器和第二整流器。第一整流器在此设计成双向整流器并且由此能将电能反馈到交变电网中。而第二整流器实施成单向的，即，仅能将从交变电网中提取的交变电流整流成中间回路的直流电流。显然，备选地，也可由多个双向整流器和/或多个单向整流器形成整流器装置。
本发明的另一优选的实施形式设置成，多个直流联接部布置在能量提供装置的共同的壳体中或壳体处，整流器装置和电压转换器位于该壳体中。由此，能量提供装置设计成高度集成的并且是联接着多个终端设备的中央单元。特别是，能量提供装置实现为家庭服务中心。
本发明的另一优选的实施形式设置成，直流联接部中的至少一个、特别是直流联接部中的每一个都可在旁路电压转换器的条件下与中间回路电连接。优选地，当终端设备能以在中间回路中存在的电压正常运行时，实现这种电连接。通过直流联接部与中间回路的直接连接，避免了否则会在一个或多个电压转换器中出现的损失。
在本发明的另一设计方案的范围中设置成，至少电压转换器中的这样一个电压转换器可借助于切断开关与中间回路断开电耦联，即，通过该一个电压转换器第一直流联接部可与第二直流联接部相连接。以上已经指出了电压转换器与中间回路断耦联。为此，设置切断开关。通过使电压转换器与中间回路断耦联，两个直流联接部、或者说联接到该处的终端设备能以与中间回路的电压不同的电压运行。这实现了能量提供装置的特别灵活的运行。
本发明的改进方案设置成，开关组件电联接到第一直流联接部和第二直流联接部上，借助于开关组件，在第一开关位置中，或者第一直流联接部或者第二直流联接部与所述一个电压转换器的输出侧相连接。即，通过或者将第一直流联接部或者将第二直流联接部联接到电压转换器的输出侧上，开关组件实现了灵活地使用电压转换器。在出现开关组件的第一开关位置时，优选地电压转换器的输入侧电联接到中间回路上，从而通过该电压转换器或者可将电能从中间回路输送给终端设备或者可将由终端设备提供的电能反馈到中间回路中。
本发明的一优选的改进方案设置成，在第二开关位置中，第一直流联接部和第二直流联接部并联地与所述一个电压转换器的输出侧电连接。尤其当两个直流联接部、或者说联接到该处的终端设备以相同的电压运行并且该电压转换器的额定功率足够用于供给这两个终端设备时，这是有利的。由于直流联接部的并联连接，实现了电压转换器的高负荷率并且因此实现其良好的效率。
本发明的另一实施形式设置成，在开关组件的第三开关位置中，第一直流联接部与所述一个电压转换器的输入侧电连接并且第二直流联接部与所述一个电压转换器的输出侧电连接。在第三开关位置中，例如可实现能量提供装置的以上描述的第三运行模式。优选地，当出现开关组件的第三开关位置时，电压转换器与中间回路电分离。第三开关位置实现了联接到直流联接部处的终端设备的与中间回路无关的运行，从而可实现高的效率。
最终，在本发明的另一优选的设计方案中可设置成，在开关组件的第四开关位置中，第一直流联接部和第二直流联接部分别与所述一个电压转换器的输入侧电连接。换句话说，在第四开关位置中，这两个直流联接部、或者说相应的终端设备直接与中间回路相连接。这实现了在没有否则可能会在电压转换器中出现的损失的情况下为终端设备供电或者相反将终端设备的电能输送到中间回路中。显然，当出现第四开关位置时，优选地，电压转换器的输入侧与中间回路相连接。
虽然在该说明书的范围中阐述了四个不同的开关位置，然而不是这些开关位置中的所有都必须借助于开关组件实现，尽管这当然是特别有利的。因此，可借助于开关组件实现开关位置的任意组合，类似于在已经指出的能量提供装置的运行模式方面的做法。
显然，本发明也涉及一种具有多个终端设备的电网，能量提供装置通过其直流联接部联接到电网上。即，一方面，能量提供装置通过电网联接部联接到交变电网上，并且另一方面，即通过直流联接部联接到电网的终端设备上。不仅能量提供装置而且终端设备可根据在说明书的范围中的实施方案来设计和/或改进。
此外，本发明涉及一种用于使用于为至少一个终端设备提供电能的能量提供装置、特别是根据在说明书的范围中的实施方案的能量提供装置运行的方法，其中，能量提供装置具有用于将能量提供装置联接到交变电网上的电网联接部以及用于将通过电网联接部输入的交变电流转换成在中间回路中的直流电流的整流器装置。在此，存在多个电压转换器和多个直流联接部，其中，电压转换器分别一方面至少暂时地电联接到中间回路上并且另一方面至少暂时地与多个直流联接部中的一个直流联接部电连接，其中，直流联接部中的多个可与电压转换器中的同一个相连接和/或电压转换器中的多个可与直流联接部中的同一个相连接，和/或直流联接部中的至少第一直流联接部可通过电压转换器中的一个与直流联接部中的另一个、即第二直流联接部电连接。
已经指出了这种做法或能量提供装置的这种设计方案的优点。不仅能量提供装置而且用于其运行的方法都可根据在说明书的范围中的实施方案改进，从而进行参考。
附图说明
下面根据在附图中示出的实施例详细解释本发明，但本发明并不局限于此。其中：
图1示出了用于为至少一个终端设备提供电能的能量提供装置的示意图，
图2示出了第一实施形式的能量提供装置的一部分的细节图，以及
图3示出了第二实施形式的能量提供装置的一部分的细节图。
具体实施方式
图1示出了能量提供装置1的示意图，其用于为至少一个终端设备(在此未示出)提供电能。能量提供装置1具有电网联接部2，能量提供装置1通过电网联接部联接到交变电网、优选地公共的交变电网上。整流器装置3联接在电网联接部2上，整流器装置在此处示出的实施例中具有双向整流器4。除了整流器4，还可存在另一整流器、优选地双向整流器，其与整流器4并联地电联接。
整流器装置3以及因此整流器4用于将通过电网联接部2从交变电网输入的交变电流转换成存在于中间回路5中的直流电流。在中间回路5处，多个直流联接部7可通过多个电压转换器6(在此处示出的实施例中为三个电压转换器6)与中间回路5相连接。优选地，为直流联接部7中的每一个分配开关组件8，其中，借助于开关组件8可实现能量提供装置1的不同运行模式。
附加地放大地示出了开关组件8中的一个。其它开关组件8优选地相似地构造。放大示出的开关组件8具有多个开关9，所述开关可设计成机械开关或者半导体开关。借助于开关9，相应的直流联接部7可选择性地与电压转换器6中的一个或多个电连接和/或直接与中间回路5电连接。
图2示出了能量提供装置1的一部分的细节图，其中，更具体地示出了电压转换器6中的一个、开关组件8和直流联接部7中的两个。在所示出的实施例中，开关组件8具有三个开关9并且配设给两个直流联接部7。开关组件8实现了不同的开关位置。在此处示出的第一开关位置中，两个直流联接部7彼此并联地联接到电压转换器6上。开关组件8的另一开关10在此优选地闭合，从而电压转换器6在输入侧与中间回路5电连接。
在第二开关位置中，如此切换开关9，使得直流联接部7中的仅仅一个与电压转换器6的输出侧电连接。而在第三开关位置中，如此切换开关9，使得直流联接部7中的一个与电压转换器6的输出侧电连接，并且直流联接部7中的相应另一个与电压转换器6的输入侧电连接。在该开关位置中，优选地断开开关10，从而电压转换器6与中间回路5电分离。
图3示出了第二实施形式的能量提供装置1的一部分的细节图。其与第一实施形式相似地构造，从而可参考相应的实施方案并且以下仅仅阐述区别。区别在于开关组件8的设计方案中，该开关组件仅仅具有两个开关9。这实现了不同的开关位置。
在此处示出的第一开关位置中，直流联接部7中的一个直接与电压转换器6的输入侧、特别是与中间回路5电连接，而直流联接部7中的另一个联接到电压转换器6的输出侧上。在第二开关位置中，如此布置开关9，使得两个直流联接部7又彼此并联地联接到电压转换器6的输出侧上。在第三开关位置中，如此切换开关9，使得两个直流联接部7直接联接到电压转换器6的输入侧上、特别是中间回路5上。
所描述的能量提供装置1具有的优点是，其可极其灵活地应用，因为直流联接部7可借助于开关组件8以不同方式通过电压转换器6或直接地与中间回路5相连接或者彼此连接。相应地，能量提供装置1具有高的集成度并且例如可用作家庭服务中心。

Claims (10)

1.一种用于为至少一个终端设备提供电能的能量提供装置(1)，其具有用于将所述能量提供装置(1)联接到交变电网上的电网联接部(2)和用于将通过所述电网联接部(2)输入的交变电流转换成在中间回路(5)中的直流电流的整流器装置(3)，其特征在于，设有多个电压转换器(6)和多个直流联接部(7)，其中，电压转换器(6)分别一方面至少暂时地电联接到所述中间回路(5)上并且另一方面至少暂时地与所述多个直流联接部(7)中的一个直流联接部(7)电连接，其中，直流联接部(7)中的多个能与电压转换器(6)中的同一个相连接和/或电压转换器(6)中的多个能与直流联接部(7)中的同一个相连接，和/或直流联接部(7)中的至少一个第一直流联接部能通过电压转换器(6)中的一个与直流联接部(7)中的第二直流联接部电连接。
2.根据权利要求1所述的能量提供装置，其特征在于，所述整流器装置(3)具有双向的整流器(4)，或者，所述整流器装置(3)具有双向的第一整流器(4)和与所述第一整流器(4)电并联的单向的第二整流器。
3.根据上述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其特征在于，所述多个直流联接部(7)布置在所述能量提供装置(1)的共同的壳体中或壳体上，所述整流器装置(3)和电压转换器(6)位于所述壳体中。
4.根据上述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其特征在于，直流联接部(7)中的至少一个、特别是直流联接部(7)中的每一个可在旁路电压转换器(6)的情况下与所述中间回路(5)电连接。
5.根据上述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其特征在于，至少电压转换器(6)中的如下一个电压转换器能借助于切断开关(10)与所述中间回路(5)断开电耦联，即，第一直流联接部(7)能通过该电压转换器与第二直流联接部(7)相连接。
6.根据上述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其特征在于，开关组件(8)电联接到第一直流联接部(7)和第二直流联接部(7)上，借助于所述开关组件，在第一开关位置中，或者第一直流联接部(7)或者第二直流联接部(7)与所述一个电压转换器(6)的输出侧相连接。
7.根据上述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其特征在于，在第二开关位置中，第一直流联接部和第二直流联接部(7)与所述一个电压转换器(6)的输出侧并联地电连接。
8.根据上述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其特征在于，在所述开关组件(8)的第三开关位置中，第一直流联接部(7)与所述一个电压转换器(6)的输入侧电连接并且第二直流联接部(7)与所述一个电压转换器(6)的输出侧电连接。
9.根据上述权利要求中任一项所述的能量提供装置，其特征在于，在所述开关组件(8)的第四开关位置中，第一直流联接部(7)和第二直流联接部(7)分别与所述一个电压转换器(6)的输入侧电连接。
10.一种用于运行用于为至少一个终端设备提供电能的能量提供装置(1)、特别是根据上述权利要求中任一项所述的能量提供装置(1)的方法，其中，所述能量提供装置(1)具有用于将所述能量提供装置(1)联接到交变电网上的电网联接部(2)以及用于将通过所述电网联接部(2)输入的交变电流转换成在中间回路(5)中的直流电流的整流器装置(3)，其特征在于，设有多个电压转换器(6)和多个直流联接部(7)，其中，电压转换器(6)分别一方面至少暂时地电联接到所述中间回路(5)上并且另一方面至少暂时地与所述多个直流联接部(7)中的一个直流联接部(7)电连接，其中，直流联接部(7)中的多个能与电压转换器(6)中的同一个相连接和/或电压转换器(6)中的多个能与直流联接部(7)中的同一个相连接，和/或直流联接部(7)中的至少一个第一直流联接部能通过电压转换器(6)中的一个与直流联接部(7)中的第二直流联接部(7)电连接。
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