KR20130133801A - 제어 가능한 에너지 저장 장치에 하나 이상의 직류원을 연결하기 위한 연결 시스템 및 관련 작동 방법 - Google Patents

제어 가능한 에너지 저장 장치에 하나 이상의 직류원을 연결하기 위한 연결 시스템 및 관련 작동 방법 Download PDF

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마르틴 케슬러
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, n ≥ 1인 조건에서 n상 전기 기계(1)의 제어 및 전기 에너지 공급을 위해 이용되는 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)에 하나 이상의 직류원(9)을 연결하기 위한 연결 시스템에 관한 것이다. 이 경우, 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)는 한편으로 기준 레일(T-)과 연결될 수 있고 다른 한편으로는 전기 기계(1)의 각각의 위상(U, V, W)과 연결될 수 있는 n개의 병렬 에너지 공급 분기(3-1, 3-2, 3-3)를 포함한다. 중간 회로(10)는, 출력 측에서, 제어 가능한 커플링 회로(12)를 통해, 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 에너지 공급 분기들(3-1, 3-2, 3-3)과 연결될 수 있고, 입력 측에서는, 하나 이상의 직류원(9)과 연결될 수 있다. 관련된 작동 방법에 따라서, 하나 이상의 직류원(9)으로부터 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 에너지 공급 분기들(3-1, 3-2; 3-3), 또는 전기 기계(1)의 위상들(U, V, W) 내로 유입되는 전류 흐름은 제어 가능한 커플링 회로(12)에 의해 제어된다.

Description

제어 가능한 에너지 저장 장치에 하나 이상의 직류원을 연결하기 위한 연결 시스템 및 관련 작동 방법{SYSTEM FOR COUPLING AT LEAST ONE DC SOURCE TO A CONTROLLABLE ENERGY STORE AND ASSOCIATED OPERATING METHOD}
본 발명은 제어 가능한 에너지 저장 장치에 하나 이상의 직류원을 연결하기 위한 연결 시스템, 및 본 발명에 따르는 연결 시스템의 작동 방법에 관한 것이다.
미래에는, 예컨대 풍력 발전 설비와 같은 고정 적용 분야에서뿐만 아니라, 하이브리드 또는 전기 자동차와 같은 차량에서도, 전기 구동 기술과 새로운 에너지 저장 기술을 조합하는 전자 시스템들의 이용이 점차 증가하는 추세가 뚜렷해질 것이다. 종래의 적용 분야에서, 예컨대 3상 기계로서 형성되는 전기 기계는 인버터 형태의 컨버터를 통해 제어된다. 상기 유형의 시스템들에 대한 특징은 이른바 직류 전압 중간 회로이며, 이 직류 전압 중간 회로를 통해 에너지 저장 장치, 대개 배터리는 인버터의 직류 전압 측에 연결된다. 각각의 적용에 대해 주어지는 출력 및 에너지에 대한 요건을 충족시킬 수 있도록 하기 위해, 다수의 배터리 셀은 직렬로 연결된다. 상기 유형의 에너지 저장 장치로부터 공급되는 전류는 모든 배터리 셀을 통해 흘러야 하고 하나의 배터리 셀은 제한된 전류만을 전도할 수 있기 때문에, 최대 전류를 높이기 위해, 빈번히 추가로 배터리 셀들이 병렬로 연결된다.
다수의 배터리 셀의 직렬 연결은 높은 총 전압 외에도, 하나의 배터리 셀이 고장 나면, 더 이상 배터리 전류가 흐를 수 없기 때문에, 전체 에너지 저장 장치가 고장 난다는 문제를 초래한다. 에너지 저장 장치의 상기 고장은 전체 시스템의 고장을 야기할 수 있다. 차량의 경우 구동 배터리의 고장은 차량의 "정지"를 야기할 수 있다. 예컨대 풍력 발전 설비의 로터 블레이드 조정 장치와 같은 또 다른 적용 분야의 경우, 예컨대 강풍과 같은 바람직하지 못한 일반 조건에서, 심지어 안전에 위험한 상황이 발생할 수 있다. 그러므로 항상 에너지 저장 장치의 높은 신뢰도를 달성하고자 노력해야 하며, 여기서 "신뢰도"는 사전 설정된 시간 동안 결함 없이 작동하는 시스템의 능력을 나타낸다.
더 오래된 출원 DE 10 2010 027857과 DE 10 2010 027861에는 전기 기계에 직접 연결될 수 있는 다수의 배터리 모듈 라인을 포함하는 배터리들이 설명되어 있다. 이 경우, 배터리 모듈 라인들은 직렬로 연결되는 다수의 배터리 모듈을 포함하며, 각각의 배터리 모듈은 하나 이상의 배터리 셀과, 할당되고 제어 가능한 커플링 유닛을 포함하며, 커플링 유닛은 제어 신호들에 따라 각각의 배터리 모듈 라인을 차단하거나, 또는 각각 할당된 하나 이상의 배터리 셀을 브리지하거나, 또는 각각의 배터리 모듈 라인 내로 각각 할당된 하나 이상의 배터리 셀을 스위칭하는 것을 허용한다. 또한, 예컨대 펄스폭 변조를 이용하여, 커플링 유닛들을 적합하게 제어하는 것을 통해, 전기 기계의 제어를 위한 적합한 위상 신호들이 제공될 수 있으며, 그럼으로써 별도의 펄스폭 변조 인버터는 생략될 수 있다. 따라서, 전기 기계의 제어를 위해 필요한 펄스폭 변조 인버터는 배터리 내에 통합된다. 공개를 목적으로 더 오래된 상기 두 출원은 전체 범위에서 본 출원에 포함된다.
상기 유형의 배터리가 예컨대 전기 자동차에서 이용된다고 한다면, 현재 이용 가능한 배터리 기술은 전기 자동차의 크루징 거리를 대폭 제한한다는 점에 유념해야 한다.
본 발명의 과제는 추가의 전기 에너지를 공급할 수 있어서, 예컨대 전기 자동차의 크루징 거리를 대폭 연장시킬 수 있도록, 제어 가능한 에너지 저장 장치에 추가의 직류원을 연결하기 위한 연결 시스템을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 이러한 연결 시스템의 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, n ≥ 1인 조건에서 n상 전기 기계의 제어 및 전기 에너지 공급을 위해 이용되는 제어 가능한 에너지 저장 장치에 하나 이상의 직류원을 연결하기 위한 연결 시스템을 제공한다. 이 경우, 제어 가능한 에너지 저장 장치는 n개의 병렬 에너지 공급 분기를 포함하며, 이들 에너지 공급 분기는 한편으로 기준 레일과 연결될 수 있고 다른 한편으로는 전기 기계의 각각의 위상과 연결될 수 있다. 전기 에너지의 공급을 위해, 출력 측에서, 제어 가능한 커플링 회로를 통해, 제어 가능한 저장 장치의 에너지 공급 분기들과 연결될 수 있고, 입력 측에서는, 하나 이상의 직류원과 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있는 중간 회로가 제공된다.
그 외에도 본 발명은 본 발명에 따르는 시스템의 작동 방법을 제공하며, 이 경우 하나 이상의 직류원으로부터 제어 가능한 에너지 저장 장치의 에너지 공급 분기들 또는 전기 기계의 위상들 내로 유입되는 전류 흐름은 제어 가능한 커플링 회로에 의해 제어된다.
제어 가능한 에너지 저장 장치에 추가의 직류원을 본 발명에 따라 연결하는 것을 통해, 추가의 전기 에너지가 공급될 수 있으며, 이로 인해 예컨대 전기 자동차의 크루징 거리가 대폭 연장될 수 있다. 이 경우, 공급되는 에너지는, 제어 가능한 에너지 저장 장치 및 전기 기계의 현재의 작동 상태에 따라서, 제어 가능한 에너지원의 에너지 저장 셀들을 충전하기 위해, 또는 전기 기계의 에너지 공급 시 제어 가능한 에너지원의 지원를 위해 이용될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따르는 시스템은 특히 간단하게 실현될 수 있고 그에 따라 경제적인 회로 토폴로지를 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 중간 회로는 기준 레일과 연결될 수 있고, 제어 가능한 커플링 회로는 각각의 에너지 공급 분기에 대해 각각 전류 제어식 직류 전압 컨버터, 특히 강압 컨버터를 포함한다. 이 경우, 개별 직류 전압 컨버터들의 듀티 사이클을 통해, 동시에 그리고 서로 무관하게 전류가 전기 기계의 위상들 내로, 또는 제어 가능한 에너지 저장 장치의 에너지 공급 분기들 내로 공급될 수 있다. 이 경우, 직류뿐 아니라 중첩된 교류는 듀티 사이클의 상응하는 변조를 통해 실현될 수 있다. 이 경우, 제어 가능한 에너지 저장 장치의 조절은 각각의 시점에 정확한 위상 전압을 보장한다. 그에 따라 전기 기계의 위상 전류들의 현재의 순간 값들에 따라서, 전류는 직류 전압 컨버터로부터 제어 가능한 에너지 저장 장치의 지원을 위해 전기 기계 내로 유입될 수 있거나, 또는 에너지 저장 셀들의 충전을 위해 제어 가능한 에너지 저장 장치 내로 유입될 수 있다. 그에 따라, 전기 기계는 중간 회로를 통한 순간 전류 공급의 정도에 의해 영향을 받지 않는 상태로 유지된다.
직류 전압 컨버터로서의 실시예에 대한 대안으로서, 제어 가능한 커플링 회로는 n상 인버터를 포함할 수 있으며, 각각의 인버터 분기는 각각 하나 이상의 추가 인덕터를 통해 제어 가능한 에너지 저장 장치의 각각의 에너지 공급 분기와 연결될 수 있다. 또한, 직류원의 상기 유형의 연결은 전기 기계의 위상들 내로, 또는 제어 가능한 에너지 저장 장치의 에너지 공급 분기들 내로 동시적인, 그리고 서로 무관한 전류 공급을 가능하게 한다. 이 경우, 인버터의 공간 벡터 변조는 제어 가능한 에너지 저장 장치의 공간 벡터 변조와, 직류원으로부터 공급되는 출력에 따라 이루어진다. 그럼으로써 본 실시예의 경우 기준 레일과 중간 회로의 전기 연결은 필요하지 않게 된다.
또한, 제어 가능한 커플링 회로가 n상 인버터를 포함한다면, 인버터 분기들은 직접, 다시 말하면 추가 인덕터의 중간 연결 없이, 제어 가능한 에너지 저장 장치의 각각의 에너지 공급 분기와 연결될 수 있다. 그러나 이 경우 중간 회로와 하나 이상의 직류원 사이에 하나 이상의 추가 인덕터가 연결되어야 한다. 따라서, 상기 인덕터는 말하자면 커플링 회로와 제어 가능한 에너지 저장 장치 사이의 연결 라인들 내 인덕터들을 대체한다.
높은 가용성 조건에서 특히 효율적인 에너지 공급은, 직류원이 내연기관을 통해 구동되는 발전기를 구비한 레인지 익스텐더(range extender)를 포함할 때 달성된다. 이 경우 발전기는 하류에 연결되는 정류기를 구비한 직류 발전기 또는 교류 발전기로서 형성될 수 있다.
그러나 대안으로서 또는 추가로, 예컨대 연료 전지, 광전 모듈 또는 풍력 발전 설비와 같은 임의의 또 다른 직류원들도 이용될 수 있다. 기본적으로 임의의 수많은 직류원이 임의의 실시예로 제공될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라서, 제어 가능한 에너지 저장 장치의 에너지 공급 분기들은 각각 직렬로 연결되는 2개 이상의 에너지 저장 모듈을 포함하고, 이들 에너지 저장 모듈은 할당되고 제어 가능한 커플링 유닛을 구비한 하나 이상의 전기 에너지 저장 셀을 각각 포함하며, 제어 가능한 커플링 유닛은 제어 신호들에 따라서 각각 할당된 에너지 저장 셀들을 브리지하거나, 또는 각각의 에너지 공급 분기 내로 각각 할당된 에너지 저장 셀들을 스위칭한다. 이러한 실시예를 통해, 제어 가능한 에너지 저장 장치의 이중 기능, 다시 말해 전기 기계의 제어 및 에너지 공급이 특히 간단하면서도 효율적인 방식으로 실현된다.
본 발명의 실시예들의 다른 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들과 관련한 하기의 설명으로부터 제시된다.
도 1은 제어 가능한 에너지 저장 장치에 하나 이상의 직류원을 연결하기 위한 본 발명에 따르는 연결 시스템의 제 1 실시예를 도시한 개략도이다.
도 2는 제어 가능한 에너지 저장 장치에 하나 이상의 직류원을 연결하기 위한 본 발명에 따르는 연결 시스템의 제 2 실시예를 도시한 개략도이다.
도 3은 제어 가능한 에너지 저장 장치에 하나 이상의 직류원을 연결하기 위한 본 발명에 따르는 연결 시스템의 제 3 실시예를 도시한 개략도이다.
도 1 내지 도 3에는 제어 가능한 에너지 저장 장치에 하나 이상의 직류원을 연결하기 위한 본 발명에 따르는 연결 시스템의 실시예들이 개략도로 도시되어 있다. 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)는 3상 전기 기계(1)에 연결된다. 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)는 3개의 에너지 공급 분기(3-1, 3-2 및 3-3)를 포함하고, 이들 에너지 공급 분기는 한편으로 도시된 실시예들에 따라 낮은 전위를 전달하는 기준 전위(T-)(기준 레일)와 연결되고, 다른 한편으로는 전기 기계(1)의 개별 위상들(U, V, W)과 각각 연결된다. 에너지 공급 분기들(3-1, 3-2 및 3-3) 각각은 직렬로 연결된 m개의 에너지 저장 모듈(4-11 내지 4-1m; 4-21 내지 4-2m; 4-31 내지 4-3m)을 포함하며, 이때 m ≥ 2이다. 에너지 저장 모듈들(4)은 직렬로 연결되는 다수의 전기 에너지 저장 셀을 각각 포함하며, 전기 에너지 저장 셀들은 명확성을 위해 전기 기계(1)의 위상(W)과 연결된 에너지 공급 분기(3-3) 내에서만 도면 부호 5-31 내지 5-3m으로 표시되어 있다. 또한, 에너지 저장 모듈들(4)은 각각의 커플링 유닛을 포함하고, 커플링 유닛은 각각의 에너지 저장 모듈(4)의 에너지 저장 셀들(5)에 할당된다. 또한, 명확성을 위해, 커플링 유닛들은 에너지 공급 분기(3-3) 내에서만 도면 부호 6-31 내지 6-3m으로 표시되어 있다. 도시된 실시예들에 따라서, 커플링 유닛들(6)은 각각 풀브리지의 형태로 서로 연결되는 4개의 제어 가능한 스위칭 부재(7-311, 7-312, 7-313 및 7-314 내지 7-3m1, 7-3m2, 7-3m3 및 7-3m4)를 통해 형성된다. 이 경우, 스위칭 부재들은 파워 반도체 스위치로서, 예컨대 IGBT(절연 게이트 쌍극 트랜지스터)의 형태로, 또는 MOSFET(금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터)로서 형성될 수 있다.
커플링 유닛들(6)은 커플링 유닛(6)의 모든 스위칭 부재(7)를 개방하는 것을 통해 각각의 에너지 공급 분기(3)를 차단하는 것을 가능하게 한다. 대안으로서, 에너지 저장 셀들(5)은 커플링 유닛(6)의 스위칭 부재들(7) 중에서 각각 2개의 스위칭 부재의 폐쇄를 통해, 예컨대 스위치(7-312 및 7-314)의 폐쇄를 통해 브리지될 수 있거나, 또는 예컨대 스위치(7-312 및 7-313)의 폐쇄를 통해 각각의 에너지 공급 분기(3) 내로 스위칭될 수 있다.
에너지 공급 분기들(3-1 내지 3-3)의 총 출력 전압은 커플링 유닛들(6)의 제어 가능한 스위칭 부재들(7)의 각각의 스위칭 상태를 통해 결정되고, 계단형으로 조정될 수 있다. 이 경우, 계단형 조정은 개별 에너지 저장 모듈들(4)의 전압에 따라 제공된다. 에너지 저장 모듈들(4)이 동일한 유형으로 형성되는 바람직한 실시예를 기초로 한다면, 최대 가능한 총 출력 전압은 단일의 에너지 저장 모듈의 전압과 에너지 공급 분기(3)당 직렬로 연결된 에너지 저장 모듈(4)의 개수(m)의 곱의 값으로 결정된다.
그에 따라 커플링 유닛들(6)은, 높은 기준 전위 또는 낮은 기준 전위 쪽을 향해 전기 기계(1)의 위상들(U, V, W)을 스위칭하는 것을 허용하며, 이런 점에서 공지된 인버터의 기능을 충족할 수 있다. 따라서, 전기 기계(1)의 출력 및 작동 모드는, 커플링 유닛들(6)의 적합한 제어가 이루어질 때, 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)를 통해 제어될 수 있다. 다시 말해, 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)는, 한편으로 전기 에너지 공급을 위해, 다른 한편으로는 전기 기계(1)의 제어를 위해 이용되기 때문에, 그런 점에서 이중 기능을 충족한다.
전기 기계(1)는 공지된 방식으로 성형 연결(star connection)로 서로 연결되어 있는 스테이터 권선부들(8-U, 8-V 및 8-W)을 포함한다.
전기 기계(1)는 도시된 실시예들에 따라 3상 기계로서 형성되지만, 3개의 위상보다 적거나 많은 위상도 포함할 수 있다. 전기 기계의 위상 개수에 따라서 자연히 제어 가능한 에너지 저장 장치(2) 내 에너지 공급 분기(3)의 개수도 결정된다.
도시된 실시예들에 따라서, 각각의 에너지 저장 모듈(4)은 각각 직렬로 연결되는 다수의 에너지 저장 셀(5)을 포함한다. 그러나 에너지 저장 모듈들(4)은 대안으로서 단일의 에너지 저장 셀만을, 또는 병렬로 연결되는 에너지 저장 셀들을 포함할 수도 있다.
도시된 실시예들에 따라서, 커플링 유닛들(6)은 각각 풀브리지 형태의 4개의 제어 가능한 스위칭 부재(7)에 의해 형성되며, 이는 또한 에너지 저장 모듈의 출력단에서 전압 반전의 가능성도 제공한다. 그러나 커플링 유닛들(6)은, 필요한 기능들(에너지 공급 셀들의 브리지 및 에너지 공급 분기 내 에너지 공급 셀들의 스위칭)이 실현될 수 있다면, 더 많거나 더 적은 제어 가능한 스위칭 부재에 의해서도 실현될 수 있다. 또한, 특히 커플링 유닛들은 하프 브리지의 형태로도 형성될 수 있다. 상기 유형의 실시예들은 예시로서 더 오래된 출원 DE 10 2010 027857 및 DE 10 2010 027861에 제시된다.
제어 가능한 에너지 저장 장치(2)에는 직류원(9)이 연결된다. 이를 위해 중간 회로(직류 전압 중간 회로)(10)는, 출력 측에서, 제어 가능한 커플링 회로(12)를 통해, 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 에너지 공급 분기들(3)과 연결되고, 입력 측에서는, 직류원(9)과 연결되는 중간 회로 커패시터(11)의 형태로 제공된다. 이 경우, 직류원(9)은 내연기관(14)을 통해 구동되는 교류 발전기(15)를 구비한 공지된 레인지 익스텐더(13)를 각각 포함하며, 교류 발전기(15)의 하류에는 정류기(16)가 연결된다. 또한, 하류에 연결되는 정류기(16)를 구비한 교류 발전기(15)에 대한 대안으로서, 직류 발전기도 제공될 수 있다. 또한, 레인지 익스텐더(13)에 대한 대안으로서 또는 추가로, 예컨대 연료 전지 및/또는 광전 모듈과 같은 임의의 또 다른 직류원들도 중간 회로(10)와 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에 따라서, 중간 회로(10)는 기준 레일(T-)과 연결되고, 제어 가능한 커플링 회로(12)는 에너지 공급 분기들(3-1, 3-2 및 3-3) 각각에 대해 도시된 실시예에서는 강압 컨버터로서 형성되는 각각의 전류 제어식 직류 전압 컨버터(17-1; 17-2; 17-3)를 포함한다. 이 경우, 직류 전압 컨버터(17)는 2개의 제어 가능한 스위칭 부재(18-1a 및 18-1b; 18-2a 및 18-2b; 18-3a 및 18-3b)의 각각의 직렬 회로를 포함한다. 각각 두 스위칭 부재 사이에 배치되는 접촉점(K1)에는 각각의 인덕터(19-1; 19-2; 19-3)가 연결되고, 이 인덕터를 통해 직류 전압 컨버터들(17-1, 17-2 및 17-3)은 제어 가능한 에너지 저장 장치의 에너지 공급 분기들(3-1; 3-2; 3-3) 및 전기 기계(1)의 위상들(U; V; W)과 연결된다.
직류 전압 컨버터(17)의 스위칭 부재들(18)은, 바람직하게는 커플링 유닛들(6)의 스위칭 부재들(7)도 제어하는 미도시된 제어 유닛에 의해 제어된다. 개별 직류 전압 컨버터들(17-1, 17-2 및 17-3)의 스위칭 부재들(18)을 위한 제어 신호들의 듀티 사이클을 통해, 동시에, 그리고 서로 무관하게 전류가 전기 기계(1)의 위상들(U; V; W) 내로, 또는 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 에너지 공급 분기들(3-1; 3-2; 3-3) 내로 공급된다. 듀티 사이클의 대응하는 변조를 통해서는 직류뿐 아니라 중첩된 교류도 공급될 수 있다. 이 경우, 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 조절은 각각의 시점마다 전기 기계의 위상들(U, V, W)에서 정확한 전압을 보장한다. 전기 기계(1)의 위상 전류들의 현재의 순간 값들에 따라서 전류는 직류 전압 컨버터(17)로부터 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 지원을 위해 전기 기계(1) 내로 유입되거나, 또는 에너지 저장 셀들(5)의 충전을 위해 제어 가능한 에너지 저장 장치(2) 내로 유입된다. 따라서, 전기 기계(1)는 중간 회로(10)를 통한 순간 전류 공급의 정도로부터 영향을 받지 않는 상태로 유지된다.
도 2에 도시되어 있는 본 발명의 제 2 실시예에 따라서, 제어 가능한 커플링 회로(12)는 3상 인버터(20)를 포함하고, 각각의 인버터 분기(21-1, 21-2, 21-3)는 각각 하나 이상의 추가 인덕터(22-1; 22-2; 22-3)를 통해 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 각각의 에너지 공급 분기(3-1; 3-2; 3-3) 및 전기 기계(1)의 각각의 위상(U; V; W)과 연결된다.
이 경우, 인버터(20)는 파워 스위치들의 형태로 제어 가능한 스위칭 부재들(23a ~ 23f)을 포함하며, 이들 스위칭 부재는 개별 인덕터들(22-1, 22-2, 223)과 연결되고, 높은 전압 전위 또는 낮은 전압 전위 쪽을 향해 상기 인덕터들을 스위칭한다. 스위칭 부재들(23a ~ 23f)은 예컨대 절연 게이트 쌍극 트랜지스터(IGBT)로서, 또는 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)로서 형성될 수 있다. 또한, 인버터(20)는 각각 스위칭 부재들(23a ~ 23f) 중에서 하나의 스위칭 부재에 대해 병렬로 배치되는 다수의 프리휠링 다이오드(24a ~ 24f)를 포함한다.
또한, 직류원의 상기 유형의 연결을 통해, 전기 기계(1)의 위상들(U, V, W) 내로, 또는 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 에너지 공급 분기들(3-1, 3-2, 3-3) 내로 동시에 그리고 서로 무관하게 전류가 공급될 수 있다. 이 경우, 인버터(20)의 스위칭 부재들(21)은 여기서도 바람직하게는 커플링 유닛들(6)의 스위칭 부재들(7)도 제어하는 미도시된 제어 유닛을 통해 제어된다. 이 경우, 스위칭 부재들(21)의 제어와 그에 따른 인버터(30)의 공간 벡터 변조는 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 공간 벡터 변조 및 각각 직류원(9)으로부터 공급되는 전기 출력에 따라 이루어진다.
도 3에 도시된 본 발명의 제 3 실시예는, 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 에너지 공급 분기들(3-1, 3-2 및 3-3)과 전기 기계(1)의 위상들(U, V 및 W)이 인덕터를 통해서가 아니라 인버터 분기들(21-1; 21-2; 21-3)과 직접 연결된다는 점에서만 도 2에 따르는 제 2 실시예와 구별된다. 이를 위해, 인버터(20)와 중간 회로(10) 사이에는 도 2에 따르는 인덕터들(22)의 기능을 담당하는 추가 인덕터(30)가 연결된다. 그러나 제 3 실시예의 기본적인 작동 원리는 제 2 실시예의 작동 원리와 다르지 않다.
1 n상 전기 기계
2 에너지 저장 장치
3-1, 3-2, 3-3 에너지 공급 분기
4 에너지 저장 모듈
5 에너지 저장 셀
6 커플링 유닛
7 스위칭 부재
9 직류원
10 중간 회로
12 제어 가능한 커플링 회로
13 레인지 익스텐더
20 n상 인버터
21-1, 21-2, 21-3 인버터 분기
22-1, 22-2, 22-3 인덕터

Claims (8)

  1. 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)에 하나 이상의 직류원(9)을 연결하기 위한 연결 시스템에 있어서,
    - n ≥ 1인 조건에서 n상 전기 기계(1)의 제어 및 전기 에너지 공급을 위해 이용되는 상기 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)로서,
    ■ 한편으로 기준 레일(T-)과 연결될 수 있고,
    ■ 다른 한편으로는 상기 전기 기계(1)의 각각의 위상(U, V, W)과 연결될 수 있는 n개의 병렬 에너지 공급 분기(3-1, 3-2, 3-3)를
    포함하는 상기 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)와,
    - 출력 측에서, 제어 가능한 커플링 회로(12)를 통해, 상기 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 상기 에너지 공급 분기들(3-1, 3-2, 3-3)과 연결될 수 있고, 입력 측에서는, 상기 하나 이상의 직류원(9)과 연결될 수 있는 중간 회로(10)를
    포함하는 연결 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중간 회로(10)는 상기 기준 레일(T-)과 연결될 수 있고, 상기 제어 가능한 커플링 회로(12)는 각각의 에너지 공급 분기(3-1, 3-2, 3-3)에 대해 각각의 전류 제어식 직류 전압 컨버터(17-1; 17-2; 17-3), 특히 강압 컨버터를 포함하는, 연결 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 가능한 커플링 회로(12)는 n상 인버터(20)를 포함하고, 각각의 인버터 분기(21-1; 21-2; 21-3)는 각각 하나 이상의 추가 인덕터(22-1; 22-2; 22-3)를 통해 상기 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 각각의 에너지 공급 분기(3-1; 3-2; 3-3)와 연결될 수 있는, 연결 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 가능한 커플링 회로(12)는 n상 인버터(20)를 포함하고, 하나 이상의 추가 인덕터(30)를 통해 상기 중간 회로(10)와 연결될 수 있는, 연결 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직류원(9)은 내연기관(14)을 통해 구동되는 발전기(15)를 구비한 레인지 익스텐더(13)를 포함하는, 연결 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직류원(9)은 하나 이상의 연료 전지 및/또는 하나 이상의 광전 모듈을 포함하는, 연결 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 상기 에너지 공급 분기들(3-1, 3-2, 3-3)은 각각 직렬로 연결되는 2개 이상의 에너지 저장 모듈(4)을 포함하고, 이들 에너지 저장 모듈은 각각 할당된 제어 가능한 커플링 유닛(6)을 구비한 하나 이상의 전기 에너지 저장 셀(5)을 포함하며, 상기 제어 가능한 커플링 유닛은 제어 신호들에 따라서 각각 할당된 에너지 저장 셀들(5)을 브리지하거나, 또는 각각의 에너지 공급 분기(3-1, 3-2; 3-3) 내로 각각 할당된 에너지 저장 셀들(5)을 스위칭하는, 연결 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 연결 시스템의 작동 방법에 있어서, 하나 이상의 직류원(9)으로부터 제어 가능한 에너지 저장 장치(2)의 에너지 공급 분기들(3-1, 3-2; 3-3) 또는 전기 기계(1)의 위상들(U, V, W) 내로 유입되는 전류 흐름은 제어 가능한 커플링 회로(12)에 의해 제어되는, 연결 시스템의 작동 방법.
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