專(zhuān)利名稱(chēng)：用于為儲(chǔ)能器充電的系統(tǒng)和用于運(yùn)行該充電系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于為儲(chǔ)能器充電的系統(tǒng)和一種用于運(yùn)行該充電系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
呈現(xiàn)出，在未來(lái)既在例如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的靜止應(yīng)用中也在如混合動(dòng)力車(chē)輛或電動(dòng)車(chē)輛的車(chē)輛中越來(lái)越多地采用將新的儲(chǔ)能技術(shù)與電驅(qū)動(dòng)技術(shù)相組合的電子系統(tǒng)。在常規(guī)應(yīng)用中，例如實(shí)施為感應(yīng)式電機(jī)的電機(jī)經(jīng)由逆變器形式的變換器被控制。對(duì)于這種系統(tǒng)表征性的是所謂的直流電壓中間回路，儲(chǔ)能器、一般是電池經(jīng)由該直流電壓中間回路連接到逆變器的直流電壓側(cè)。為了能夠滿(mǎn)足針對(duì)相應(yīng)的應(yīng)用所給出的對(duì)功率和能量的要求，將多個(gè)電池單元串聯(lián)。因?yàn)橛蛇@種儲(chǔ)能器提供的電流必須流經(jīng)所有的電池單元并且一個(gè)電池單元僅能傳導(dǎo)有限的電流，常常附加地并聯(lián)電池單元，以便提高最大電流。多個(gè)電池單元的串聯(lián)除了高的總電壓以外隨之帶來(lái)如下問(wèn)題，即當(dāng)唯一的電池單元失靈時(shí)，整個(gè)儲(chǔ)能器失靈，因?yàn)橛谑请姵仉娏鞑辉倌軌蛄鲃?dòng)。儲(chǔ)能器的這種失靈可以導(dǎo)致總系統(tǒng)的失靈。在車(chē)輛中，驅(qū)動(dòng)電池的失靈可能導(dǎo)致車(chē)輛“卡住”。在其他應(yīng)用中，例如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整，可能在不利的框架條件、例如強(qiáng)風(fēng)的情況下甚至發(fā)生危及安全的狀況。因此應(yīng)始終致力于儲(chǔ)能器的高可靠性，其中用“可靠性”來(lái)表示系統(tǒng)在預(yù)先給定的時(shí)間內(nèi)無(wú)故障工作的能力。在優(yōu)先的申請(qǐng)DE 10 2010 027857和DE 10 2010 027861中描述了具有多個(gè)電池模塊支路的電池，這些電池模塊支路可直接連接到電機(jī)上。電池模塊支路在此具有多個(gè)串聯(lián)的電池模塊，其中每個(gè)電池模塊具有至少一個(gè)電池單元和所分配的可控的耦合單元，該耦合單元允許根據(jù)控制信號(hào)中斷相應(yīng)的電池模塊支路或者跨接分別分配的至少一個(gè)電池單元或者將分別分配的至少一個(gè)電池單元接到相應(yīng)的電池模塊支路中。通過(guò)例如借助于脈寬調(diào)制適當(dāng)?shù)夭倏伛詈蠁卧€可以提供用于控制電機(jī)的適當(dāng)?shù)南嘈盘?hào)，使得可以放棄單獨(dú)的脈沖逆變器。控制電機(jī)所需的脈沖逆變器因此可以說(shuō)被集成到電池中。出于公開(kāi)的目的，這兩個(gè)優(yōu)先的申請(qǐng)全面地結(jié)合到本申請(qǐng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種用于為可控的儲(chǔ)能器中的至少一個(gè)儲(chǔ)能器單元充電的系統(tǒng)，所述儲(chǔ)能器用于對(duì)η相電機(jī)進(jìn)行控制和電能量供給，其中η > I。在此，可控的儲(chǔ)能器具有η個(gè)并行的能量供給分支，所述能量供給分支分別具有至少兩個(gè)串聯(lián)的儲(chǔ)能器模塊，所述儲(chǔ)能器模塊分別包括至少一個(gè)具有所分配的可控的耦合單元的電儲(chǔ)能器單元。所述能量供給分支在一側(cè)能與參考電勢(shì)——在下面稱(chēng)為參考匯流排——連接，并且在另一側(cè)分別與電機(jī)的相連接。所述耦合單元根據(jù)控制信號(hào)要么中斷能量供給分支要么所述耦合單元跨接分別所分配的儲(chǔ)能器單元要么所述耦合單元將分別所分配的儲(chǔ)能器單元接到能量供給分支中?？煽氐膬?chǔ)能器的能量供給分支和電機(jī)的相能經(jīng)由可控的η相雙向整流器單元與直流電壓中間回路連接?？煽氐膬?chǔ)能器的參考匯流排能與直流電壓中間回路的參考匯流排連接。為了使得能夠給儲(chǔ)能器單元中的至少一個(gè)充電，直流電壓中間回路能與充電裝置電連接。本發(fā)明還提出一種用于運(yùn)行本發(fā)明的充電系統(tǒng)的方法，其中對(duì)于直流電壓中間回路中的電壓水平高于要充電的儲(chǔ)能器單元的電壓水平的情況，將充電裝置連接到直流電壓中間回路上。在充電階段中，分配給要充電的儲(chǔ)能器單元的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元被接到能量供給分支中。位于要充電的儲(chǔ)能器單元的能量供給分支中、但是本身不分配給要充電的儲(chǔ)能器單元的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元被跨接。所有其余的耦合單元被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支被中斷。此外，可控的雙向整流器單元的、布置在與可控的儲(chǔ)能器的能量供給分支連接的整流器分支中的至少一個(gè)可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)被閉合，其中所述能量供給分支不具有要充電的儲(chǔ)能器單元。在充電階段后面的空轉(zhuǎn)階段中，分配給要充電的儲(chǔ)能器單元的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元被接到能量供給分支中。位于要充電的儲(chǔ)能器單元的能量供給分支中、但是本身不分配給要充電的儲(chǔ)能器單元的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元被跨接。所有其余的耦合單元被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支被中斷，以及可控的雙向整流器單元的可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)。如果電機(jī)可與可控的儲(chǔ)能器脫耦或分離，則也可以在充電階段期間閉合可控的雙向整流器單元的任意的可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)。本發(fā)明此外提出一種用于運(yùn)行本發(fā)明的充電系統(tǒng)的方法，其中對(duì)于直流電壓中間回路中的電壓水平低于要充電的儲(chǔ)能器單元的電壓水平的情況，將充電裝置連接到直流電壓中間回路上。在充電階段中，位于要充電的儲(chǔ)能器單元的能量供給分支中的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元被跨接。所有其余的耦合單元被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支被中斷。此外，可控的雙向整流器單元的、布置在與可控的儲(chǔ)能器的能量供給分支連接的整流器分支中的至少一個(gè)可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)被閉合，其中所述能量供給分支不具有要充電的儲(chǔ)能器單元。在充電階段后面的空轉(zhuǎn)階段中，分配給要充電的儲(chǔ)能器單元的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元被接到能量供給分支中。位于要充電的儲(chǔ)能器單元的能量供給分支中、但是本身不分配給要充電的儲(chǔ)能器單元的所有耦合單元被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元被跨接。所有其余的耦合單元被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支被中斷，以及可控的雙向整流器單元的可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)被閉合。如果電機(jī)可與可控的儲(chǔ)能器脫耦或分離，則也可以在充電階段期間在該方法的情況下閉合可控的雙向整流器單元的任意的可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明所基于的基本構(gòu)思是，將整流器單元實(shí)施為可控的和雙向的，并且一方面與耦合單元和另一方面與電機(jī)的定子繞組共同地一起使用該整流器單元用于充電功能。對(duì)于在將充電裝置連接到直流電壓中間回路上之后直流電壓中間回路中的電壓水平高于要充電的儲(chǔ)能器單元的電壓水平的情況，通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)所需的降壓調(diào)節(jié)器功能，即將構(gòu)造為橋式整流器的整流器單元的高側(cè)開(kāi)關(guān)和定子繞組在充電過(guò)程期間以類(lèi)似于降壓調(diào)節(jié)器的方式來(lái)運(yùn)行。在此，在充電階段中將能量輸送給定子繞組并且存儲(chǔ)在那里，所述能量隨后在空轉(zhuǎn)階段中輸出給要充電的儲(chǔ)能器單元。所需的降壓比通過(guò)相應(yīng)地脈沖式地、尤其是脈寬調(diào)制地操控整流器單元的至少一個(gè)高側(cè)開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)整。對(duì)于在將充電裝置連接到直流電壓中間回路上之后直流電壓中間回路中的電壓水平低于要充電的儲(chǔ)能器單元的電壓水平的情況，所需的升壓調(diào)節(jié)器功能可以通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)，即分配給要充電的儲(chǔ)能器單元的耦合單元和定子繞組與升壓調(diào)節(jié)器類(lèi)似地被運(yùn)行，其中能量被輸送給定子繞組并且存儲(chǔ)在那里，所述能量接著在空轉(zhuǎn)階段中被輸出給要充電的儲(chǔ)能器單元。所需的升壓比在此通過(guò)相應(yīng)地脈沖式地、尤其是脈寬調(diào)制地操控分配給要充電的儲(chǔ)能器單元的耦合單元來(lái)調(diào)整。在此分別僅產(chǎn)生最小的附加的硬件耗費(fèi)，這隨之帶來(lái)小的成本和小的位置需求。此外，可以利用本發(fā)明的系統(tǒng)必要時(shí)也為在直流電壓中間回路中存在的其他儲(chǔ)能器充電。利用本發(fā)明的系統(tǒng)和本發(fā)明的方法，既可以為單個(gè)儲(chǔ)能器模塊的儲(chǔ)能器單元充電，也可以同時(shí)為多個(gè)儲(chǔ)能器模塊的儲(chǔ)能器單元充電。在多相電機(jī)的情況下也可以同時(shí)對(duì)位于不同的能量供給分支中的儲(chǔ)能器模塊的儲(chǔ)能器單元充電。但是在此要考慮，在電機(jī)的運(yùn)行期間，僅能同時(shí)地為η-1個(gè)能量供給分支中的儲(chǔ)能器單元充電。但是，通過(guò)電機(jī)的脫耦和設(shè)置附加的充電電感，也可以同時(shí)為所有能量供給分支中的儲(chǔ)能器單元充電。如果應(yīng)該同時(shí)為多個(gè)模塊的儲(chǔ)能器單元充電，則有利的是，儲(chǔ)能器模塊是高歐姆對(duì)稱(chēng)的，使得在各個(gè)儲(chǔ)能器模塊上出現(xiàn)等值的電壓降。但是可替代地，耦合單元也可以被設(shè)計(jì)成相應(yīng)地高的截止能力。充電裝置的任務(wù)僅僅是提供合適的直流電壓。就此而言，充電裝置可以通過(guò)不同的途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述充電裝置例如可以構(gòu)造為單相或者多相的網(wǎng)絡(luò)充電設(shè)備或者也可以構(gòu)造為直流電壓充電站。在充電過(guò)程期間在電機(jī)中的不期望的力矩可以通過(guò)如下方式被避免，即電機(jī)在充電過(guò)程期間以機(jī)械方式被閉鎖，例如借助于傳動(dòng)系止動(dòng)爪?？商娲兀姍C(jī)的轉(zhuǎn)子位置也可以例如借助于相應(yīng)的傳感器系統(tǒng)被監(jiān)視，并且在探測(cè)到轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的情況下被關(guān)斷。如果電機(jī)的定子繞組的電感不足，則可以在充電裝置與電機(jī)之間或者在充電裝置與可控的儲(chǔ)能器之間接入附加的充電電感。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式設(shè)置隔離單元，通過(guò)該隔離單元可以在充電過(guò)程期間將電機(jī)與可控的儲(chǔ)能器分離。通過(guò)這種方式，附加的充電電感也可以與定子繞組無(wú)關(guān)地用于實(shí)現(xiàn)所需的升壓或降壓調(diào)節(jié)器功能，這開(kāi)啟了也同時(shí)對(duì)所有能量供給分支中的儲(chǔ)能器單元充電的可能性。本發(fā)明的實(shí)施方式的其他特征和優(yōu)點(diǎn)參照附圖從以下描述中得出。


圖1示出具有本發(fā)明充電系統(tǒng)的能量供給網(wǎng)絡(luò)的示意性框圖，
圖2示出當(dāng)直流電壓中間回路中的電壓水平高于要充電的儲(chǔ)能器單元的電壓水平時(shí)在充電階段中本發(fā)明充電系統(tǒng)的示意圖，
圖3示出在空轉(zhuǎn)階段中根據(jù)圖2的充電系統(tǒng)，
圖4示出當(dāng)直流電壓中間回路中的電壓水平低于要充電的儲(chǔ)能器單元的電壓水平時(shí)在充電階段中本發(fā)明充電系統(tǒng)的示意圖，
圖5示出具有附加的充電電感和隔離單元的本發(fā)明充電系統(tǒng)的示意圖，和 圖6示出沒(méi)有外部回線(xiàn)的充電系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出具有本發(fā)明充電系統(tǒng)的能量供給網(wǎng)絡(luò)的示意性框圖?？煽氐膬?chǔ)能器2連接到三相電機(jī)I上。可控的儲(chǔ)能器2包括三個(gè)能量供給分支3 — 1、3 — 2和3 — 3，這些能量供給分支在一側(cè)與在所示實(shí)施方式中引導(dǎo)低電勢(shì)的參考電勢(shì)T-(參考匯流排)連接，并且在另一側(cè)分別與電機(jī)I的各個(gè)相U、V、W連接(參照?qǐng)D2、3、4)。這些能量供給分支3 -
1、3 — 2和3 — 3中的每一個(gè)具有m個(gè)串聯(lián)的儲(chǔ)能器模塊4 一 11至4 一 Im或4 一 21至
4一 2m或4 一 31至4 一 3m，其中m彡2。儲(chǔ)能器模塊4又分別包括多個(gè)串聯(lián)的電儲(chǔ)能器單元，這些儲(chǔ)能器單元在圖2、3和4中由于清楚性的原因僅僅在與電機(jī)I的相W連接的能量供給分支3 - 3中配備有附圖標(biāo)記5 — 31至5 — 3m。儲(chǔ)能器模塊4此外分別包括耦合單元，所述耦合單元分配給相應(yīng)的儲(chǔ)能器模塊4的儲(chǔ)能器單元5。由于清楚性的原因，這些耦合單兀也僅僅在能量供給分支3 — 3中配備附圖標(biāo)記6 — 31至6 — 3m。在圖2、3和4中所示的實(shí)施變型方案中，耦合單元6分別通過(guò)兩個(gè)可控的開(kāi)關(guān)元件7 — 311和7 — 312至7 — 3ml和7 — 3m2形成。開(kāi)關(guān)元件在此可以實(shí)施為例如IGBT (絕緣柵雙極晶體管)形式的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或者實(shí)施為MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。耦合單元6使得能夠通過(guò)斷開(kāi)耦合單元6的兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件7來(lái)中斷相應(yīng)的能量供給分支3?？商娲?，儲(chǔ)能器單元5可以通過(guò)分別閉合耦合單元6的開(kāi)關(guān)元件7之一、例如通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)7 — 311要么被跨接，要么例如通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)7 - 312被接到相應(yīng)的能量供給分支3中。能量供給分支3 — I至3 — 3的總輸出電壓通過(guò)耦合單元6的可控的開(kāi)關(guān)元件7的相應(yīng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)被確定并且可以分級(jí)地被調(diào)整。分級(jí)在此根據(jù)各個(gè)儲(chǔ)能器模塊4的電壓得出。如果從類(lèi)似地構(gòu)造的儲(chǔ)能器模塊4的優(yōu)選實(shí)施方式出發(fā)，則從單個(gè)儲(chǔ)能器模塊4的電壓乘以每能量供給分支3串聯(lián) 的儲(chǔ)能器模塊4的數(shù)量m中得出最大可能的總輸出電壓。耦合單元6因此允許，將電機(jī)I的相U、V、W要么接到高的參考電勢(shì)上要么接到低的參考電勢(shì)上并且就此而言也可以履行已知的逆變器的功能。因此可以通過(guò)可控的儲(chǔ)能器2在適當(dāng)?shù)夭倏伛詈蠁卧?的情況下控制電機(jī)I的功率和運(yùn)行方式。也就是就此而言，可控的儲(chǔ)能器2履行雙重功能，因?yàn)槠湟环矫嬗糜陔娔芰抗┙o，而另一方面也用于電機(jī)I的控制。電機(jī)I具有定子繞組8-U、8_V和8-W，這些定子繞組在所示的實(shí)施例中以星形線(xiàn)路彼此接線(xiàn)。電機(jī)I在所示的實(shí)施例中實(shí)施為三相交流電機(jī)，但是也可以具有少于或者多于三個(gè)的相?？煽氐膬?chǔ)能器2中的能量供給分支3的數(shù)目當(dāng)然也視電機(jī)的相數(shù)而定。在所示的實(shí)施例中，每個(gè)儲(chǔ)能器模塊4分別具有多個(gè)串聯(lián)的儲(chǔ)能器單元5。但是，所述儲(chǔ)能器模塊4也可以替代地分別具有僅僅一個(gè)唯一的儲(chǔ)能器單元或者也可以具有并聯(lián)的儲(chǔ)能器單元。在所示的實(shí)施例中，耦合單元6分別由兩個(gè)可控的開(kāi)關(guān)元件7構(gòu)成。但是，耦合單元6也可以由或多或少的可控的開(kāi)關(guān)元件實(shí)現(xiàn)，只要能實(shí)現(xiàn)所需的功能(中斷能量供給分支、跨接儲(chǔ)能器單元以及將儲(chǔ)能器單元接到能量供給分支中)。耦合單元的示例性的替代的構(gòu)型從優(yōu)先的申請(qǐng)DE XX和DE YY中得出。但是此外也可設(shè)想的是，耦合單元具有全橋電路中的開(kāi)關(guān)元件，這在儲(chǔ)能器模塊的輸出端處提供電壓極性變換的附加可能性。可控的儲(chǔ)能器2在電機(jī)1的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間在輸出側(cè)提供用于操控電機(jī)I的交變電壓。但是與傳統(tǒng)的系統(tǒng)不同一在所述傳統(tǒng)的系統(tǒng)中電機(jī)經(jīng)由逆變器被控制并且通過(guò)與其分離的電儲(chǔ)能器被供給電能，不提供直流電壓用于對(duì)耗電器、例如車(chē)輛車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中的高伏消耗器進(jìn)行直接的能量供給或者作為直流電壓轉(zhuǎn)換器的輸入?yún)⒘?。因此設(shè)置在其相數(shù)方面與電機(jī)I的相數(shù)相匹配的、在本實(shí)施例中也就是三相的整流器單元9，該整流器單元在輸入側(cè)與可控的儲(chǔ)能器2的能量供給分支3和電機(jī)的分別所屬的相U、V、W連接并且在輸出側(cè)與直流電壓中間回路10連接。直流電壓中間回路10在此基本上由沒(méi)有特地示出的中間回路電容器形成。第二儲(chǔ)能器11連接在直流電壓中間回路10之后，沒(méi)有示出的耗電器可從該第二儲(chǔ)能器被供給直流電壓。根據(jù)應(yīng)用情況也可以在中間回路電容器之前或者之后連接直流電壓轉(zhuǎn)換器。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能器模塊4的儲(chǔ)能器單元5的充電，充電裝置12可以與直流電壓中間回路10連接。該充電裝置12提供用于為儲(chǔ)能器單元5充電的能量并且例如可以構(gòu)造為單相或多相的網(wǎng)絡(luò)充電設(shè)備或者也可以構(gòu)造為直流電壓充電站。如果為了調(diào)節(jié)電機(jī)I而應(yīng)該測(cè)量電機(jī)的相電流，則應(yīng)當(dāng)注意的是，電流測(cè)量在充電設(shè)備11的抽頭之后才進(jìn)行。這在圖1中通過(guò)具有附圖標(biāo)記30的框來(lái)表示。圖2至4示意性示出本發(fā)明的充電系統(tǒng)。三相整流器單元9包括三個(gè)并行的整流器分支20-1、20-2和20-3，這些整流器分支分別與可控的儲(chǔ)能器2的能量供給分支3_1、3-2或3-3以及電機(jī)I的分別所屬的相U、V或W連接。整流器單元9被實(shí)施為橋式電路中的二極管整流器。在此，可控的開(kāi)關(guān)元件22-11或22-21或22-31 (高側(cè)開(kāi)關(guān))分別同與高電勢(shì)連接的二極管21-11、21-21和21-31 (高側(cè)二極管)并聯(lián)。與直流電壓中間回路10的參考匯流排B的低電勢(shì)連接的二極管21-12、21-22和21-32 (低側(cè)二極管)在該實(shí)施例中實(shí)施為不具有并聯(lián)的可控的開(kāi)關(guān)元件。但是還可以設(shè)置相應(yīng)的低側(cè)開(kāi)關(guān)。還可以設(shè)想的是，二極管21完全由可控的開(kāi)關(guān)元件22代替。充電裝置12簡(jiǎn)化地以等效電路圖的形式示出為直流電壓源，其直接連接到整流器單元9上。在此，充電裝置12的正極與整流器單元9的引導(dǎo)高電勢(shì)的電壓匯流排連接并且充電裝置的負(fù)極與直流電壓中間回路10的參考匯流排B連接。直流電壓中間回路10的參考匯流排B此外與可控的儲(chǔ)能器2的參考匯流排T-連接，由此形成外部回線(xiàn)。接下來(lái)示范性地描述單個(gè)儲(chǔ)能器模塊4的儲(chǔ)能器單元5、即能量供給分支3-3中的儲(chǔ)能器模塊4-31的儲(chǔ)能器單元5-31的充電過(guò)程。首先假設(shè)，直流電壓中間回路10中的電壓水平高于要充電的儲(chǔ)能器單元5-31的電壓水平。在圖2中所示的充電階段期間，分配給要充電的儲(chǔ)能器單元5-31的耦合單元6-31由未示出的控制單元控制為，使得其被接到能量供給分支3-3中。這具體地通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)元件7-311，而閉合開(kāi)關(guān)元件7-312。位于能量供給分支3-3中(其中要充電的儲(chǔ)能器單元5-31也位于該能量供給分支3-3中)的所有其余的耦合單元6-32至6-3m由未示出的控制單元控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元5-32至5_3m被跨接。這具體地通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)，即閉合開(kāi)關(guān)元件7-321至3-ml，而斷開(kāi)開(kāi)關(guān)元件7-322至7_3m2。所有其余的耦合單元6、也就是另外兩個(gè)能量供給分支3-1和3-2的儲(chǔ)能器模塊4中的所有耦合單元6被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支3-1或3-2被中斷。這具體地通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)，即分別斷開(kāi)耦合單元6的兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件。高側(cè)開(kāi)關(guān)22-11被閉合。對(duì)耦合單元6和高側(cè)開(kāi)關(guān)22-11的這種操控弓I起電流流經(jīng)定子繞組8_U和8_W，使得在充電階段期間電能被存儲(chǔ)在定子繞組8-U和8-W中。該電流流動(dòng)在圖2中通過(guò)相應(yīng)的箭頭來(lái)表示。在充電階段后面的在圖3中所示的空轉(zhuǎn)階段中，分配給要充電的儲(chǔ)能器單元5 -31的耦合單元6 - 31此外被控制為，使得所分配的儲(chǔ)能器單元5 - 31被接到能量供給分支3 — 3中。處于要充電的儲(chǔ)能器單元5 - 31的能量供給分支3 - 3中、但是本身并不分配給要充電的儲(chǔ)能器單元的所有其余的耦合單元6 — 32至6 — 3m此外被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元被跨接。其余能量供給分支3 — I和3 — 2中的耦合單元6-11至
6-lm和6-21至6-2m此外被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支3 — I和3 — 2被中斷。整流器單元的高側(cè)開(kāi)關(guān)22-11、22-21和22-31在空轉(zhuǎn)階段期間斷開(kāi)。對(duì)耦合單元6和整流器單元12的高側(cè)開(kāi)關(guān)22的這種控制在定子繞組8_U、8_W和要充電的儲(chǔ)能器單元5-31之間產(chǎn)生閉合的電流回路。定子繞組8的電感在此繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電流并且通過(guò)這種方式對(duì)儲(chǔ)能器單元5-31充電。相應(yīng)的電流流動(dòng)在圖3中又通過(guò)箭頭來(lái)表
/Jn ο為儲(chǔ)能器單元5-31充電所需的降壓比通過(guò)脈沖式地操控高側(cè)開(kāi)關(guān)22-11來(lái)調(diào)整?，F(xiàn)在假設(shè)，直流電壓中間回路10中的電壓水平低于要充電的儲(chǔ)能器單元5-31的電壓水平。在這種情況下，在圖4中所示的充電階段期間，位于要充電的儲(chǔ)能器單元5-31的能量供給分支3-3中的所有耦合單元6-31至6-3m被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元5-31至5-3m被跨接。所有其余的耦合單元6、也就是另外兩個(gè)能量供給分支3_1和3_2的儲(chǔ)能器模塊4中的所有耦合單元6被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支3-1或3-2被中斷。整流器單元12的、布置在與可控的儲(chǔ)能器2的能量供給分支3連接的整流器分支中的至少一個(gè)高側(cè)開(kāi)關(guān)22在充電階段期間被閉合，其中所述能量供給分支3不具有要充電的儲(chǔ)能器單元5。例如，在圖4中高側(cè)開(kāi)關(guān)22-11是閉合的。對(duì)耦合單元6和高側(cè)開(kāi)關(guān)22的這種操控引起電流流經(jīng)定子繞組8-U和8_W，從而在充電階段期間電能被存儲(chǔ)在電子繞組8-U和8-W中。該電流流動(dòng)在圖4中又通過(guò)相應(yīng)的箭頭表示。在充電階段后面的空轉(zhuǎn)階段期間，耦合單元6和整流器單元的開(kāi)關(guān)元件22很大程度上類(lèi)似于根據(jù)圖3闡述的狀況以直流電壓中間回路10中的電壓水平被控制，該電壓水平高于要充電的儲(chǔ)能器單元5-31的電壓水平。與圖3中所示的空轉(zhuǎn)階段的唯一區(qū)別在于，高側(cè)開(kāi)關(guān)22-11這次在空轉(zhuǎn)階段中也保持閉合。為了避免重復(fù)，關(guān)于在空轉(zhuǎn)階段期間對(duì)其余開(kāi)關(guān)元件22和耦合單元6的控制參照關(guān)于圖3的相應(yīng)實(shí)施。為儲(chǔ)能器單元5-31充電所需的升壓比在該情況下通過(guò)脈沖式地操控分配給要充電的儲(chǔ)能器單元的耦合單元6-31來(lái)調(diào)整。如果發(fā)動(dòng)機(jī)電感不足，則可以采用附加的外部的充電電感50-1、50_2和50_3，這些充電電感被接在整流器單元12與電機(jī)I或可控的儲(chǔ)能器2之間(圖5)。如果附加地存在隔離單元51，通過(guò)該隔離單元51可以在充電過(guò)程期間將電機(jī)I與可控的儲(chǔ)能器2分離，則充電電感50-1、50-2和50-3也可以與定子繞組8_U、8_V和8-W無(wú)關(guān)地被用于對(duì)儲(chǔ)能器單元5充電。這于是也使得能夠同時(shí)對(duì)所有能量供給分支3-1、3-2和3-3中的儲(chǔ)能器單元5充電。此外，附加的充電電感50-1、50_2和50-3以及隔離單元51能夠?qū)崿F(xiàn)，在根據(jù)圖2至4闡述的充電方法的情況下在充電階段中可控的雙向整流器單元的任意的可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)可以被閉合。在充電過(guò)程期間的不期望的力矩可以通過(guò)如下方式被避免，即電機(jī)I在充電過(guò)程期間以機(jī)械方式被閉鎖，例如借助于傳動(dòng)系止動(dòng)爪?？商娲兀姍C(jī)I的轉(zhuǎn)子位置也可以例如借助于相應(yīng)的傳感器系統(tǒng)被監(jiān)視，并且在探測(cè)到轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的情況下被關(guān)斷。還可設(shè)想如下的充電系統(tǒng)和用于其運(yùn)行的方法，其沒(méi)有外部回線(xiàn)、也就是沒(méi)有在可控的儲(chǔ)能器2的參考匯流排T-與直流電壓中間回路10的參考匯流排B之間的電連接也行。在該情況下，用于電流流動(dòng)的回流分支在充電過(guò)程期間由可控的儲(chǔ)能器2的本身不具有要充電的儲(chǔ)能器單元5的能量供給分支3形成。但是為此在可控的儲(chǔ)能器2與電機(jī)I之間的連接線(xiàn)路中的至少兩個(gè)中可以分別設(shè)置附加的可控的開(kāi)關(guān)元件60-U或60-V或60-W，所述開(kāi)關(guān)元件能夠?qū)崿F(xiàn)回流分支與定子繞組8-U、8-V或8-W的脫耦。這是需要的，因?yàn)榉駝t的話(huà)電機(jī)I的星形點(diǎn)接地，這會(huì)導(dǎo)致短路。附加地可以在整流器單元12中至少在與具有附加開(kāi)關(guān)元件的連接線(xiàn)路連接的整流器分支20中設(shè)置低側(cè)開(kāi)關(guān)22-12、22-22和22-32。在圖6中示出用于這種充電系統(tǒng)的充電階段?？辙D(zhuǎn)階段與關(guān)于圖3的實(shí)施類(lèi)似地進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.于為可控的儲(chǔ)能器(2)中的至少一個(gè)儲(chǔ)能器單元(5)充電的系統(tǒng)，所述儲(chǔ)能器用于對(duì)η相電機(jī)(I)進(jìn)行控制和電能量供給，其中n≥ 1，其中 一可控的儲(chǔ)能器(2)具有η個(gè)并行的能量供給分支(3 - 1、3 - 2、3 — 3)，所述能量供給分支 分別具有至少兩個(gè)串聯(lián)的儲(chǔ)能器模塊(4)，所述儲(chǔ)能器模塊分別包括至少一個(gè)具有所分配的可控的耦合單元(6 )的電儲(chǔ)能器單元(5 )， 在一側(cè)能與參考匯流排(Τ-)連接，并且 在另一側(cè)能分別與電機(jī)(I)的相(U、V、W)連接， -所述耦合單元(6)根據(jù)控制信號(hào)中斷相應(yīng)的能量供給分支(3-1，3-2 ;3-3)或者跨接分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5)或者將分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5)接到相應(yīng)的能量供給分支(3 — 1、3 — 2 ；3 — 3)中， -可控的儲(chǔ)能器(2)的能量供給分支(3 - 1、3 - 2、3 - 3)和電機(jī)(I)的相(U、V、W)能經(jīng)由可控的η相的雙向整流器單元(9)與直流電壓中間回路(10)連接， -可控的儲(chǔ)能器(2)的參考匯流排(Τ-)能與直流電壓中間回路(10)的參考匯流排(B)連接，以及 -直流電壓中間回路(10)能與充電裝置(12)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中可控的雙向整流器單元(9)被構(gòu)造為橋式整流器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中整流器單元(9)包括η個(gè)并行的整流器分支(20-1、20-2、20-3)，這些整流器分支能分別與能量供給分支(3 -1 ；3 - 2 ；3 - 3)和電機(jī)(I)的所屬的相(U ;V;W)連接并且分別具有至少一個(gè)可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)(22-11 ；22-21 ;22_31)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的系統(tǒng)，其中在整流器單元(9)與可控的儲(chǔ)能器(2)之間能接入附加的充電電感(50-1、50-2、50-3 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中設(shè)置隔離單元(51)，通過(guò)該隔離單元能將電機(jī)(I)在充電過(guò)程期間與可控的儲(chǔ)能器(2)分離。
6.關(guān)于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求3或4之一的充電系統(tǒng)的方法，其中 -將充電裝置(12)連接到直流電壓中間回路(10)上，其中直流電壓中間回路(10)中的電壓水平高于要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的電壓水平， -在充電階段中 分配給要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的所有耦合單元(6-31)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5-31)被接到能量供給分支(3-3)中， 位于要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的能量供給分支(3-3)中、但是本身不分配給要充電的儲(chǔ)能器單元(5)的所有耦合單元(6-32至6-3m)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5-32至5-3m)被跨接， 所有其余的耦合單元(6)被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支(3-1、3-2)被中斷，以及 可控的雙向整流器單元(9)的、布置在與可控的儲(chǔ)能器(2)的能量供給分支(3-1)連接的整流器分支(20-1)中的至少一個(gè)可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)(22-11)被閉合，其中所述能量供給分支不具有要充電的儲(chǔ)能器單元(5 )， -在充電階段后面的空轉(zhuǎn)階段中 分配給要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的所有耦合單元(6-31)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5-31)被接到能量供給分支(3-3)中， 位于要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的能量供給分支(3-3)中、但是本身不分配給要充電的儲(chǔ)能器單元(5)的所有耦合單元(6-32至6-3m)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5-32至5-3m)被跨接， 所有其余的耦合單元(6)被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支(3-1、3-2)被中斷，以及 可控的雙向整流器單元(9)的可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)(22-11、22-21、22-31)被斷開(kāi)。
7.關(guān)于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求5的充電系統(tǒng)的方法，其中 -將充電裝置(12)連接到直流電壓中間回路(10)上，其中直流電壓中間回路(10)中的電壓水平高于要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的電壓水平， -在充電階段中 分配給要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的所有耦合單元(6-31)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5-31)被接到能量供給分支(3-3)中， 位于要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的能量供給分支(3-3)中、但是本身不分配給要充電的儲(chǔ)能器單元(5)的所有耦合單元(6-32至6-3m)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5-32至5-3m)被跨接， 所有其余的耦合單元(6)被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支(3-1、3-2)被中斷，以及 可控的雙向整流器單元(9)的至少一個(gè)可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)(22-11)被閉合， -在充電階段后面的空轉(zhuǎn)階段中 分配給要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的所有耦合單元(6-31)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5-31)被接到能量供給分支(3-3)中， 位于要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的能量供給分支(3-3)中、但是本身不分配給要充電的儲(chǔ)能器單元(5)的所有耦合單元(6-32至6-3m)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5-32至5-3m)被跨接， 所有其余的耦合單元(6)被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支(3-1、3-2)被中斷，以及 可控的雙向整流器單元(9)的可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)(22-11、22-21、22-31)被斷開(kāi)。
8.關(guān)于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求3或4之一的充電系統(tǒng)的方法，其中 -將充電裝置(12)連接到直流電壓中間回路(10)上，其中直流電壓中間回路(10)中的電壓水平低于要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的電壓水平， -在充電階段中 位于要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的能量供給分支(3-3)中的所有耦合單元(6-31至6-3m)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5_31至5_3m)被跨接， 所有其余的耦合單元(6)被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支(3-1、3-2)被中斷，以及 可控的雙向整流器單元(9)的、布置在與可控的儲(chǔ)能器(2)的能量供給分支(3-1)連接的整流器分支(20-1)中的至少一個(gè)可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)(22-11)被閉合，其中所述能量供給分支不具有要充電的儲(chǔ)能器單元(5 )， -在充電階段后面的空轉(zhuǎn)階段中 分配給要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的所有耦合單元(6-31)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5-31)被接到能量供給分支(3-3)中， 位于要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的能量供給分支(3-3)中、但是本身不分配給要充電的儲(chǔ)能器單元(5)的所有耦合單元(6-32至6-3m)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5-32至5-3m)被跨接， 所有其余的耦合單元(6)被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支(3-1、3-2)被中斷，以及 可控的雙向整流器單元(9)的可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)(22-11、22-21、22-31)被閉合。
9.關(guān)于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求5的充電系統(tǒng)的方法，其中 -將充電裝置(12)連接到直流電壓中間回路(10)上，其中直流電壓中間回路(10)中的電壓水平低于要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的電壓水平， -在充電階 段中 位于要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的能量供給分支(3-3)中的所有耦合單元(6-31至6-3m)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5_31至5_3m)被跨接， 所有其余的耦合單元(6)被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支(3-1、3-2)被中斷，以及 可控的雙向整流器單元(9)的至少一個(gè)可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)(22-11)被閉合， -在充電階段后面的空轉(zhuǎn)階段中 分配給要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的所有耦合單元(6-31)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5-31)被接到能量供給分支(3-3)中， 位于要充電的儲(chǔ)能器單元(5-31)的能量供給分支(3-3)中、但是本身不分配給要充電的儲(chǔ)能器單元(5)的所有耦合單元(6-32至6-3m)被控制為，使得分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5-32至5-3m)被跨接， 所有其余的耦合單元(6)被控制為，使得相應(yīng)的能量供給分支(3-1、3-2)被中斷，以及 可控的雙向整流器單元(9)的可控的高側(cè)開(kāi)關(guān)(22-11、22-21、22-31)被閉合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于為可控的儲(chǔ)能器(2)中的至少一個(gè)儲(chǔ)能器單元(5)充電的系統(tǒng)，所述儲(chǔ)能器用于對(duì)n相電機(jī)(1)進(jìn)行控制和電能量供給，其中n≥1。在此，可控的儲(chǔ)能器(2)具有n個(gè)并行的能量供給分支(3－1、3－2、3－3)，所述能量供給分支分別具有至少兩個(gè)串聯(lián)的儲(chǔ)能器模塊(4)，所述儲(chǔ)能器模塊分別包括至少一個(gè)具有所分配的可控的耦合單元(6)的電儲(chǔ)能器單元(5)，在一側(cè)與參考匯流排(T-)連接，并且在另一側(cè)分別與電機(jī)(1)的相(U、V、W)連接。所述耦合單元(6)根據(jù)控制信號(hào)中斷相應(yīng)的能量供給分支(3-1，3-2；3-3)或者所述耦合單元(6)跨接分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5)或者所述耦合單元(6)將分別所分配的儲(chǔ)能器單元(5)接到相應(yīng)的能量供給分支(3－1，3－2；3－3)中?？煽氐膬?chǔ)能器(2)的能量供給分支(3－1，3－2，3－3)和電機(jī)(1)的相(U、V、W)經(jīng)由可控的n相雙向整流器單元(9)與直流電壓中間回路(10)連接?？煽氐膬?chǔ)能器(2)的參考匯流排(T-)與直流電壓中間回路(10)的參考匯流排(B)連接。直流電壓中間回路(10)能與充電裝置(12)電連接。
文檔編號(hào)H02P27/14GK103098337SQ201180045012
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者P.福伊爾施塔克, E.魏森博恩 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司