儲(chǔ)能器設(shè)備的衰減電路和用于衰減儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流振蕩的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能器設(shè)備的衰減電路，該儲(chǔ)能器設(shè)備具有串聯(lián)在一條或多條供能線路內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能器模塊，所述儲(chǔ)能器模塊包括至少一個(gè)儲(chǔ)能器單池和帶有大量耦合元件的耦合設(shè)備，該耦合設(shè)備設(shè)計(jì)為，將儲(chǔ)能器單池有選擇地連接到或橋接到各自的供能線路內(nèi)。衰減電路包括電流檢測(cè)設(shè)備，其設(shè)計(jì)為檢測(cè)供能線路或儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流并產(chǎn)生取決于輸出電流的輸出電流信號(hào)；與電流檢測(cè)設(shè)備耦合的調(diào)節(jié)電路，其設(shè)計(jì)為將輸出電流信號(hào)調(diào)節(jié)到額定電流信號(hào)上并輸出相應(yīng)的電流調(diào)節(jié)信號(hào)；以及與調(diào)節(jié)電路耦合的脈沖寬度調(diào)制設(shè)備，其設(shè)計(jì)為在取決于電流調(diào)節(jié)信號(hào)的情況下以時(shí)鐘方式控制至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊的耦合設(shè)備。
【專利說(shuō)明】?jī)?chǔ)能器設(shè)備的衰減電路和用于衰減儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流振蕩的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能器設(shè)備的衰減電路和一種用于衰減儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流振蕩的方法，特別是用于向作為可變電源出現(xiàn)的負(fù)載、例如電動(dòng)水上或陸地車輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)供應(yīng)電壓的電池變換器電路。

【背景技術(shù)】
[0002]情況表明，未來(lái)無(wú)論是在例如像風(fēng)力發(fā)電設(shè)備或太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備這種固定應(yīng)用中，還是在如混合動(dòng)力車輛或電動(dòng)車輛這種車輛中，越來(lái)越多地使用將新的儲(chǔ)能器工藝與電驅(qū)動(dòng)技術(shù)加以組合的電子系統(tǒng)。
[0003]為將三相電流饋入電機(jī)內(nèi)，傳統(tǒng)上通過(guò)脈沖逆變器形式的逆變器，將由直流電壓中間電路提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓。直流電壓中間電路由串聯(lián)互連的電池模塊構(gòu)成的線路供電。為能夠滿足向各自應(yīng)用給定的對(duì)功率和能量的要求，通常將牽引電池中的多個(gè)電池模塊進(jìn)行串聯(lián)。這種儲(chǔ)能器系統(tǒng)例如經(jīng)常在電動(dòng)車輛中使用。
[0004]多個(gè)電池模塊的串聯(lián)電路帶來(lái)的問(wèn)題是，如果唯一的電池模塊失效的話，整個(gè)線路失效。供能線路的這種失效可能導(dǎo)致總系統(tǒng)失效。此外，單個(gè)電池模塊偶爾或永久出現(xiàn)的功率降低可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)供能線路中的功率降低。
[0005]文獻(xiàn)DE10 2010 027 857 Al 和 DE 10 2010 027 861 Al 公開了儲(chǔ)能器設(shè)備中模塊式互連的電池單池，這些儲(chǔ)能器設(shè)備通過(guò)耦合單元的適當(dāng)控制，可以有選擇地耦合到由串聯(lián)互連的電池單池組成的線路中或從該線路斷開。這種類型的系統(tǒng)以Battery DirectConverter (電池直接轉(zhuǎn)換器，BDC)的名稱公知。這種系統(tǒng)包括儲(chǔ)能器模塊線路中的直流電源，為通過(guò)脈沖逆變器向電機(jī)或電網(wǎng)供應(yīng)電能，所述直流電源可與直流電壓中間電路連接。
[0006]BDC與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比通常具有更高的效率和更高的防失效性。防失效性尤其是通過(guò)以下方式得到保證，即有故障的、失效的或效率不完全的電池單池通過(guò)耦合單元的適當(dāng)橋接控制可以從供能線路中退出。
[0007]儲(chǔ)能器模塊線路在此方面具有多個(gè)串聯(lián)的儲(chǔ)能器模塊，其中，每個(gè)儲(chǔ)能器模塊具有至少一個(gè)電池單池和所分配的可控耦合單元，該耦合單元能夠在取決于控制信號(hào)的情況下分別橋接所分配的至少一個(gè)電池單池或分別將所分配的至少一個(gè)電池單池連接到各自的儲(chǔ)能器模塊線路內(nèi)。可選地，耦合單元可以這樣構(gòu)成，其附加地能夠分別將所分配的至少一個(gè)電池單池也以相反的極性連接到各自的儲(chǔ)能器模塊線路內(nèi)或也斷開各自的儲(chǔ)能器模塊線路。
[0008]BDC的總輸出電壓通過(guò)耦合單元的控制狀態(tài)加以確定并可以被分級(jí)地調(diào)整，其中，總輸出電壓的級(jí)取決于儲(chǔ)能器模塊的單個(gè)電壓。根據(jù)儲(chǔ)能器模塊及其部件的本征復(fù)數(shù)電阻，儲(chǔ)能器設(shè)備以及后置連接的中間電路電容器作為諧振電路工作。這種諧振電路的諧振頻率可以隨著根據(jù)電壓需求而不同的接入的儲(chǔ)能器模塊數(shù)量和時(shí)鐘速率而變化。這一點(diǎn)意味著，在將儲(chǔ)能器設(shè)備耦合到作為可變電源作用的負(fù)載、例如逆變器和連接在逆變器之后的電機(jī)上時(shí)，可能出現(xiàn)不希望的諧振。
[0009]因此存在對(duì)以下措施的需求，利用這些措施可以減少或抑制在將BDC耦合到用于向作為可變電源作用的負(fù)載供電的中間電路電容器上時(shí)出現(xiàn)這種諧振或電流波動(dòng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明依據(jù)一種實(shí)施方式提供一種儲(chǔ)能器設(shè)備的衰減電路，該儲(chǔ)能器設(shè)備具有串聯(lián)在供能線路內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能器模塊，所述儲(chǔ)能器模塊包括至少一個(gè)儲(chǔ)能器單池和帶有大量耦合元件的耦合設(shè)備，該耦合設(shè)備設(shè)計(jì)為，將儲(chǔ)能器單池有選擇地連接到或橋接到各自的供能線路內(nèi)。衰減電路包括電流檢測(cè)設(shè)備，該電流檢測(cè)設(shè)備被設(shè)計(jì)為檢測(cè)儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流并產(chǎn)生取決于輸出電流的輸出電流信號(hào)；調(diào)節(jié)電路，該調(diào)節(jié)電路與電流檢測(cè)設(shè)備耦合和設(shè)計(jì)為將輸出電流信號(hào)調(diào)節(jié)到額定電流信號(hào)上并輸出相應(yīng)的電流調(diào)節(jié)信號(hào)；以及脈沖寬度調(diào)制設(shè)備，該脈沖寬度調(diào)制設(shè)備與調(diào)節(jié)電路耦合和設(shè)計(jì)為在取決于電流調(diào)節(jié)信號(hào)的情況下以時(shí)鐘的方式控制至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊的耦合設(shè)備。
[0011]依據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括儲(chǔ)能器設(shè)備，其具有串聯(lián)在一條或多條供能線路內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能器模塊，所述儲(chǔ)能器模塊包括至少一個(gè)儲(chǔ)能器單池和帶有大量耦合元件的耦合設(shè)備，該耦合設(shè)備設(shè)計(jì)為，將儲(chǔ)能器單池有選擇地連接到或橋接到各自的供能線路內(nèi)，該系統(tǒng)還包括依據(jù)本發(fā)明的衰減電路。
[0012]依據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明提供一種用于衰減儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流振蕩的方法，該儲(chǔ)能器設(shè)備具有串聯(lián)在一條或多條供能線路內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能器模塊，所述儲(chǔ)能器模塊包括至少一個(gè)儲(chǔ)能器單池和帶有大量耦合元件的耦合設(shè)備，該耦合設(shè)備設(shè)計(jì)為，將儲(chǔ)能器單池有選擇地連接到或橋接到各自的供能線路內(nèi)。該方法包括的步驟有，檢測(cè)供能線路或儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流，產(chǎn)生取決于所檢測(cè)的輸出電流的輸出電流信號(hào)，將輸出電流信號(hào)調(diào)節(jié)到額定電流信號(hào)上，輸出與調(diào)節(jié)相應(yīng)的電流調(diào)節(jié)信號(hào)，以及以時(shí)鐘的方式控制至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊的耦合設(shè)備，以產(chǎn)生補(bǔ)償儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流內(nèi)波動(dòng)的補(bǔ)償電流。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0014]本發(fā)明的思路是，使具有由儲(chǔ)能器模塊的串聯(lián)電路組成的模塊式構(gòu)建的供能線路的儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流與補(bǔ)償電流疊加，從而由于通過(guò)儲(chǔ)能器設(shè)備供電的可變電源的電流波動(dòng)而產(chǎn)生的諧振得到衰減。在此方面，檢測(cè)儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流并在取決于所檢測(cè)的輸出電流或輸出電流內(nèi)波動(dòng)的情況下，在儲(chǔ)能器設(shè)備內(nèi)本身內(nèi)有源地產(chǎn)生補(bǔ)償電流。為此可以使用儲(chǔ)能器設(shè)備的至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊，該儲(chǔ)能器模塊在脈沖寬度調(diào)制的控制運(yùn)行下運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電流。在其振幅上得到靈活適配的補(bǔ)償電流在此方面用于對(duì)可能的諧振進(jìn)行有源衰減。
[0015]通過(guò)這種衰減，車載電網(wǎng)諧振可以在功率路徑內(nèi)無(wú)附加損耗的情況下得到衰減。通過(guò)經(jīng)由電流反饋回路的自調(diào)節(jié)，具有優(yōu)點(diǎn)地可以使衰減與諧振頻率的位置和諧振電路的品質(zhì)相適配，而與儲(chǔ)能器設(shè)備的瞬間運(yùn)行狀態(tài)無(wú)關(guān)。特別是不再需要測(cè)量出儲(chǔ)能器設(shè)備的諧振頻率。對(duì)在儲(chǔ)能器設(shè)備的運(yùn)行持續(xù)期間可能例如由于老化或例如通過(guò)較長(zhǎng)的高壓線路導(dǎo)致的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化而出現(xiàn)的變化，也通過(guò)衰減電路得到靈活和自動(dòng)補(bǔ)償。
[0016]通過(guò)有源調(diào)節(jié)，可以具有優(yōu)點(diǎn)的方式通過(guò)可調(diào)的頻率范圍選擇衰減度。衰減電路的設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)參數(shù)在此方面與連接在儲(chǔ)能器設(shè)備上的中間電路電容器的瞬間值無(wú)關(guān)。
[0017]衰減電路可以具有優(yōu)點(diǎn)地在傳統(tǒng)的車載電網(wǎng)中使用。此外，已經(jīng)存在的部件，例如儲(chǔ)能器設(shè)備的儲(chǔ)能器模塊之一可以在衰減電路的構(gòu)成上加以利用，這樣降低成本、減少開支和降低結(jié)構(gòu)空間需求。此外可以具有優(yōu)點(diǎn)的方式取消向產(chǎn)生補(bǔ)償電流的構(gòu)件供電，因?yàn)樵摌?gòu)件已經(jīng)與儲(chǔ)能器設(shè)備一體化并因此通過(guò)該儲(chǔ)能器設(shè)備本身供應(yīng)能量。
[0018]依據(jù)本發(fā)明衰減電路的一種實(shí)施方式，衰減電路此外可以包括帶通濾波器，該帶通濾波器耦合在電流檢測(cè)設(shè)備與調(diào)節(jié)電路之間和設(shè)計(jì)為，濾除在可預(yù)先規(guī)定的頻率范圍外的輸出電流信號(hào)的頻率部分。這樣可以具有優(yōu)點(diǎn)的方式在臨界的諧振頻率范圍內(nèi)進(jìn)行按需求的衰減，從而在非臨界的范圍內(nèi)不進(jìn)行衰減并因此沒(méi)有不必要的資源消耗。但特別是在本來(lái)必須使用大功率進(jìn)行有源衰減的頻率范圍內(nèi)，電流波動(dòng)性的衰減不一定需要，這樣可以使衰減電路的效率得到提高。
[0019]依據(jù)本發(fā)明衰減電路的另一種實(shí)施方式，脈沖寬度調(diào)制設(shè)備可以設(shè)計(jì)為，這樣控制至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊的耦合設(shè)備，使至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊產(chǎn)生補(bǔ)償儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流內(nèi)波動(dòng)的補(bǔ)償電流。這樣可以實(shí)現(xiàn)高度的兼容性，因?yàn)椴恍枰緛?lái)就不是用于控制儲(chǔ)能器設(shè)備的控制信號(hào)。
[0020]依據(jù)本發(fā)明衰減電路的另一種實(shí)施方式，調(diào)節(jié)電路可以具有從額定電流信號(hào)中減去輸出電流信號(hào)的求和元件和在取決于求和元件的輸出信號(hào)情況下產(chǎn)生電流調(diào)節(jié)信號(hào)的電流調(diào)節(jié)器。
[0021]依據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的一種實(shí)施方式，該系統(tǒng)此外可以具有與儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出接線端耦合的直流電壓中間電路。具有優(yōu)點(diǎn)的是，該系統(tǒng)此外可以包括與直流電壓中間電路耦合的逆變器和與該逆變器耦合的電機(jī)。在此方面，該逆變器可以設(shè)計(jì)為，將直流電壓中間電路的電壓轉(zhuǎn)換成電機(jī)的輸入電壓。這一點(diǎn)特別具有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)可以從作為可變電源的逆變器和電機(jī)中通過(guò)直流電壓中間電路將具有取決于頻率的波動(dòng)的電流反饋到儲(chǔ)能器設(shè)備內(nèi)。這些取決于頻率的波動(dòng)可以通過(guò)衰減電路得到特別好的衰減。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]本發(fā)明實(shí)施方式的其他特征和優(yōu)點(diǎn)來(lái)自后面參照附圖的說(shuō)明。其中:
[0023]圖1示出依據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式具有儲(chǔ)能器設(shè)備和衰減電路的系統(tǒng)的示意圖；
[0024]圖2示出依據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的儲(chǔ)能器設(shè)備的儲(chǔ)能器模塊的一個(gè)實(shí)施例的不意圖；
[0025]圖3示出依據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的儲(chǔ)能器設(shè)備的儲(chǔ)能器模塊的另一實(shí)施例的不意圖；以及
[0026]圖4示出依據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式用于衰減儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流振蕩的方法的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]圖1示出一種包括儲(chǔ)能器設(shè)備10的系統(tǒng)，該儲(chǔ)能器設(shè)備用于通過(guò)在儲(chǔ)能器設(shè)備10的兩個(gè)輸出接線端la、lb之間串聯(lián)在供能線路內(nèi)的儲(chǔ)能器模塊3提供供電電壓。儲(chǔ)能器設(shè)備10也可以替換地具有多條并聯(lián)的供能線路。儲(chǔ)能器設(shè)備10根據(jù)對(duì)儲(chǔ)能器模塊3的控制而作為可變輸出電流的電源。
[0028]儲(chǔ)能器設(shè)備10在此方面可以通過(guò)儲(chǔ)能器設(shè)備10的輸出接線端Ia上的儲(chǔ)能器電感2a與直流電壓中間電路9a的輸入接線端耦合。儲(chǔ)能器電感2a例如可以通過(guò)一個(gè)集總的元件、如限流線圈或多個(gè)分配的元件實(shí)現(xiàn)。替換地，儲(chǔ)能器設(shè)備10的寄生電感也可以作為儲(chǔ)能器電感2a使用。通過(guò)相應(yīng)地控制儲(chǔ)能器設(shè)備10，可以控制向直流電壓中間電路9a內(nèi)的電流流動(dòng)。如果儲(chǔ)能器電感2a前面的平均電壓高于瞬間的中間電路電壓，那么電流向直流電壓中間電路9a內(nèi)進(jìn)行流動(dòng)，如果儲(chǔ)能器電感2a前面的平均電壓相反低于瞬間的中間電路電壓，那么電流向儲(chǔ)能器設(shè)備10內(nèi)進(jìn)行流動(dòng)。最大電流在此方面通過(guò)儲(chǔ)能器電感2a與直流電壓中間電路9a的共同作用限制。
[0029]儲(chǔ)能器設(shè)備10具有至少兩個(gè)串聯(lián)在供能線路內(nèi)的儲(chǔ)能器模塊3。例如圖1中儲(chǔ)能器模塊3的數(shù)量為2，但同樣可以是其他任何數(shù)量的儲(chǔ)能器模塊3。儲(chǔ)能器模塊3分別具有兩個(gè)輸出接線端3a和3b，通過(guò)它們可以提供儲(chǔ)能器模塊3的模塊輸出電壓。儲(chǔ)能器模塊3的模塊輸出電壓可以選擇地相加成儲(chǔ)能器設(shè)備10的總輸出電壓。
[0030]一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能器模塊3可以作為儲(chǔ)能器模塊30構(gòu)成。儲(chǔ)能器模塊30在此方面作為儲(chǔ)能器設(shè)備10內(nèi)補(bǔ)償電流的內(nèi)部產(chǎn)生模塊使用，正如下面詳細(xì)介紹的那樣。
[0031]儲(chǔ)能器模塊3的示例性結(jié)構(gòu)形式在圖2和3中更為詳細(xì)地示出。儲(chǔ)能器模塊3分別包括具有多個(gè)耦合元件7a和7c以及需要時(shí)7b和7d的耦合設(shè)備7。儲(chǔ)能器模塊3此外分別包括具有一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的儲(chǔ)能器單池5a、5k的儲(chǔ)能器單池模塊5。圖1中的儲(chǔ)能器模塊30在此方面可以類似于儲(chǔ)能器模塊3構(gòu)建，區(qū)別在于，儲(chǔ)能器模塊30可以通過(guò)單獨(dú)的脈沖寬度調(diào)制設(shè)備4加以控制。
[0032]儲(chǔ)能器單池模塊5在此方面例如可以具有串聯(lián)的電池5a_5k，例如鋰離子電池或鋰離子蓄電池。在此方面，儲(chǔ)能器單池5a-5k的數(shù)量在圖2所示的儲(chǔ)能器模塊3中例如為2，但同樣可以是其他任何數(shù)量的儲(chǔ)能器單池5a-5k。
[0033]儲(chǔ)能器單池模塊5通過(guò)連接線路與所屬的耦合設(shè)備7的輸入接線端連接。耦合設(shè)備7在圖2中例如作為各具有兩個(gè)耦合元件7a、7c和兩個(gè)耦合元件7b、7d的全橋電路構(gòu)成。耦合元件7a、7b、7c、7d在此方面可以分別具有有源的開關(guān)元件，例如半導(dǎo)體開關(guān)，和與該開關(guān)元件并聯(lián)的自振蕩二極管。半導(dǎo)體開關(guān)例如可以具有場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。在這種情況下，自振蕩二極管也可以分別與半導(dǎo)體開關(guān)一體化。
[0034]圖2中的耦合元件7a、7b、7c、7d可以這樣被控制，使儲(chǔ)能器單池模塊5有選擇地連接在輸出接線端3a與3b之間或橋接儲(chǔ)能器單池模塊5。因此通過(guò)適當(dāng)控制耦合設(shè)備7，可以有針對(duì)性地使儲(chǔ)能器模塊3的各個(gè)儲(chǔ)能器單池模塊5與供能線路的串聯(lián)電路一體化。
[0035]參照?qǐng)D2，儲(chǔ)能器單池模塊5例如在正向上可以連接在輸出接線端3a與3b之間，方法是將耦合元件7d的有源開關(guān)元件和耦合元件7a的有源開關(guān)元件置于閉合狀態(tài)，而耦合元件7b和7c的兩個(gè)其余有源開關(guān)元件則置于斷開狀態(tài)。在這種情況下，耦合設(shè)備7的輸出端子3a與3b之間施加電壓Umo 一種橋接狀態(tài)例如可以通過(guò)以下方式得到調(diào)整，即將耦合元件7a和7b的兩個(gè)有源開關(guān)元件置于閉合狀態(tài)，而將耦合元件7c和7d的兩個(gè)有源開關(guān)元件置于斷開狀態(tài)。第二橋接狀態(tài)例如可以通過(guò)以下方式得到調(diào)整，即將耦合元件7c和7d的兩個(gè)有源開關(guān)置于閉合狀態(tài)，而將耦合元件7a和7b的有源開關(guān)元件保持在斷開狀態(tài)。在兩種橋接狀態(tài)下，耦合設(shè)備7的兩個(gè)輸出端子3a與3b之間施加電壓O。儲(chǔ)能器單池模塊5在反向上同樣可以連接在耦合設(shè)備7的輸出接線端3a與3b之間，方法是將耦合元件7b和7c的有源開關(guān)元件置于閉合狀態(tài)，而耦合元件7a和7d的有源開關(guān)元件則置于斷開狀態(tài)。在這種情況下，耦合設(shè)備7的兩個(gè)輸出端子3a與3b之間施加電壓_UM。
[0036]供能線路的總輸出電壓在此方面分別可以被分級(jí)調(diào)整，其中，級(jí)的數(shù)量隨著儲(chǔ)能器模塊3的數(shù)量加減。在第一和第二儲(chǔ)能器模塊3的數(shù)量為η時(shí)，供能線路的總輸出電壓可以在-η.UM，...0，...，+η.Um之間的2η+1個(gè)級(jí)內(nèi)調(diào)整。
[0037]圖3示出儲(chǔ)能器模塊3的另一示例實(shí)施方式。圖3中所示的儲(chǔ)能器模塊3與圖2中所示的儲(chǔ)能器模塊3的區(qū)別僅在于，耦合設(shè)備7具有兩個(gè)，而不是四個(gè)耦合元件，這些耦合元件互連為半橋電路而不是全橋電路。
[0038]在所示的實(shí)施方案中，有源開關(guān)元件作為例如IGBT(Insulated Gate BipolarTransistors,絕緣柵雙極晶體管)、JFET (Junct1n Field-Effect Transistor,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)形式的功率半導(dǎo)體開關(guān)或作為MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField-Effect Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)實(shí)施。
[0039]利用親合元件7a、7b、7c、7d，供能線路的輸出電壓通過(guò)適當(dāng)控制可以在從負(fù)最大值到正最大值的級(jí)中變化。電壓電平的等級(jí)在這種情況下取決于各個(gè)儲(chǔ)能器單池模塊5的級(jí)。例如，為了獲得兩個(gè)通過(guò)儲(chǔ)能器單池模塊5的級(jí)預(yù)先規(guī)定的電壓級(jí)之間的平均電壓值，儲(chǔ)能器模塊3的耦合元件7a、7b、7c、7d可以被以時(shí)鐘方式控制，例如在脈沖寬度調(diào)制(PWM)中，從而相關(guān)的儲(chǔ)能器模塊3以時(shí)間平均值提供模塊電壓，其可以具有零與通過(guò)儲(chǔ)能器單池5a_5k確定的最大可能的模塊電壓之間的值。親合元件7a、7b、7c、7d的控制在此方面例如可以通過(guò)控制設(shè)備進(jìn)行，該控制設(shè)備設(shè)計(jì)為，例如利用下級(jí)電壓控制裝置進(jìn)行電流調(diào)節(jié)，從而可以進(jìn)行各個(gè)儲(chǔ)能器模塊3的分級(jí)接通或斷開。
[0040]圖1中的系統(tǒng)除了儲(chǔ)能器設(shè)備10外，還包括逆變器12以及電機(jī)13。例如，圖1中的系統(tǒng)用于三相電機(jī)13的供電。但還可以規(guī)定儲(chǔ)能器設(shè)備I用于為供能網(wǎng)產(chǎn)生電流。作為替換，電機(jī)13也可以是同步或異步電動(dòng)機(jī)、磁阻機(jī)或無(wú)電刷的直流電動(dòng)機(jī)(BLDC，“brushlessDC motor”)。在此方面，儲(chǔ)能器設(shè)備10也可以在固定系統(tǒng)中使用，例如在發(fā)電廠、電能量生產(chǎn)設(shè)備(例如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、光伏設(shè)備或熱電耦合設(shè)備)，儲(chǔ)能器設(shè)備(例如氣動(dòng)儲(chǔ)能發(fā)電廠、電池儲(chǔ)能發(fā)電廠、飛輪儲(chǔ)能器、泵儲(chǔ)能器或類似的系統(tǒng))中使用。圖1中系統(tǒng)的另一種應(yīng)用可能性是為在水上或水下連續(xù)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的客運(yùn)或貨運(yùn)交通工具，例如船舶、摩托艇或諸如此類的交通工具。
[0041]直流電壓中間電路9a在圖1的示例性實(shí)施方式中向脈沖逆變器12供電，該脈沖逆變器從直流電壓中間電路9a的直流電壓中提供三相交流電壓給電機(jī)13。但為逆變器12也可以根據(jù)電機(jī)13要求的供電電壓使用任何其他類型的變換器類型，例如直流電壓變換器。逆變器12例如可以在空間矢量調(diào)制的脈沖寬度調(diào)制(SVPWM，” space vector pulsewidth modulat1n”，空間矢量脈沖寬度調(diào)制)中運(yùn)行。
[0042]通過(guò)逆變器12的控制和電機(jī)13的變換的功率消耗，逆變器和電機(jī)的組合相對(duì)于直流電壓中間電路9a起到可變電源的作用，該組合可以激勵(lì)由儲(chǔ)能器設(shè)備10、儲(chǔ)能器電感2a和直流電壓中間電路9a組成的振蕩電路發(fā)生諧振。該振蕩電路的諧振頻率尤其是取決于所接入的儲(chǔ)能器模塊3的數(shù)量、中間電路電壓的瞬間值和儲(chǔ)能器電感的內(nèi)含能量。此外，諧振頻率可能會(huì)承受例如可以取決于構(gòu)件公差、構(gòu)件老化、溫度和其他影響的長(zhǎng)期波動(dòng)。為減少這些振蕩并因此降低電流去往直流電壓中間電路9a和從其離開的波動(dòng)性，有必要采取可以衰減這種諧振或電流波動(dòng)性的措施。
[0043]為此在圖1的系統(tǒng)中，作為衰減電路的部分具有電流檢測(cè)設(shè)備8，其被設(shè)計(jì)為，檢測(cè)儲(chǔ)能器設(shè)備10的輸出電流并產(chǎn)生取決于輸出電流的輸出電流信號(hào)。電流檢測(cè)設(shè)備8例如可以具有電流傳感器8a，其檢測(cè)從直流電壓中間電路9a向儲(chǔ)能器設(shè)備10內(nèi)流動(dòng)的電流或從儲(chǔ)能器設(shè)備10向直流電壓中間電路9a內(nèi)流動(dòng)的電流。
[0044]電流檢測(cè)設(shè)備8也可以這樣設(shè)計(jì)，即在具有多條供能線路的儲(chǔ)能器設(shè)備10的內(nèi)部，在每條供能線路上檢測(cè)輸出電流信號(hào)。由此可以單獨(dú)調(diào)節(jié)每條供能線路，特別是因?yàn)槊織l供能線路與直流電壓中間電路9a —起形成自己的諧振電路。
[0045]該系統(tǒng)此外包括調(diào)節(jié)電路6作為衰減電路的部分，該調(diào)節(jié)電路與電流檢測(cè)設(shè)備8耦合和設(shè)計(jì)為，將輸出電流信號(hào)調(diào)節(jié)到額定電流信號(hào)6c上并輸出相應(yīng)的電流調(diào)節(jié)信號(hào)。調(diào)節(jié)電路6為此可以具有從額定電流信號(hào)6c中減去輸出電流信號(hào)的求和元件6b。利用電流調(diào)節(jié)器6a可以在取決于求和元件6b的輸出信號(hào)情況下產(chǎn)生電流調(diào)節(jié)信號(hào)。額定電流信號(hào)6c例如可以是零。作為替換，也可以為額定電流信號(hào)6c預(yù)先規(guī)定其他任何值。電流調(diào)節(jié)器6a例如可以是PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。
[0046]電流調(diào)節(jié)信號(hào)可以被饋入到脈沖寬度調(diào)制設(shè)備4內(nèi)，該脈沖寬度調(diào)制設(shè)備與調(diào)節(jié)電路6耦合和設(shè)計(jì)為，在取決于電流調(diào)節(jié)信號(hào)的情況下以時(shí)鐘方式控制至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊30的耦合設(shè)備7或耦合元件7a、7b、7c、7d。在此方面如圖1所示，專用的儲(chǔ)能器模塊30可以與脈沖寬度調(diào)制設(shè)備4耦合。作為替換，也可以所有或多個(gè)儲(chǔ)能器模塊30與脈沖寬度調(diào)制設(shè)備4耦合。儲(chǔ)能器模塊30的控制可以周期性交換，從而在時(shí)間平均上來(lái)說(shuō)每個(gè)儲(chǔ)能器模塊3均勻地有助于產(chǎn)生補(bǔ)償電流。
[0047]脈沖寬度調(diào)制設(shè)備4在圖1的示例中可以設(shè)計(jì)為，這樣控制至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊30的耦合設(shè)備7，使至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊30產(chǎn)生補(bǔ)償儲(chǔ)能器設(shè)備10的輸出電流內(nèi)波動(dòng)的補(bǔ)償電流。作為替換或附加，脈沖寬度調(diào)制設(shè)備4在控制至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊30時(shí)可以考慮其他的傳感數(shù)值，例如直流電壓中間電路9a內(nèi)的中間電路電壓或逆變器12內(nèi)的電流。
[0048]利用脈沖寬度調(diào)制設(shè)備4可以具有優(yōu)點(diǎn)的方式利用儲(chǔ)能器設(shè)備10內(nèi)已經(jīng)存在的結(jié)構(gòu)元件，以便這樣調(diào)節(jié)儲(chǔ)能器設(shè)備10的輸出電流，使來(lái)自可變電源14的反饋得到有源衰減。
[0049]可選地，可以設(shè)置帶通濾波器11，其耦合在電流檢測(cè)設(shè)備8與調(diào)節(jié)電路6之間和設(shè)計(jì)為，濾除在可預(yù)先規(guī)定的頻率范圍外的輸出電流信號(hào)的頻率部分。這樣例如阻止對(duì)以下頻率范圍內(nèi)有源衰減的干預(yù)，在這些頻率范圍內(nèi)，為調(diào)節(jié)電流波動(dòng)性需要大的功率，但不要求或不明顯要求降低電流波動(dòng)性。
[0050]圖4示出一種示例性方法20的示意圖，該方法用于衰減儲(chǔ)能器設(shè)備、特別是儲(chǔ)能器設(shè)備10的輸出電流振蕩，正如結(jié)合圖1-4介紹的那樣。方法20為此例如可以利用如圖1和4所示的衰減電路。
[0051]用于衰減儲(chǔ)能器設(shè)備10的輸出電流振蕩的方法20包括:在第一步驟21中檢測(cè)儲(chǔ)能器設(shè)備的輸出電流。在第二步驟22中，產(chǎn)生取決于所檢測(cè)的輸出電流的輸出電流信號(hào)。在第三步驟23中，將輸出電流信號(hào)調(diào)節(jié)到額定電流信號(hào)上。此后在第四步驟24中，輸出與調(diào)節(jié)相應(yīng)的電流調(diào)節(jié)信號(hào)，在此基礎(chǔ)之上的步驟25中，以時(shí)鐘方式控制25至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊3的耦合設(shè)備7，以產(chǎn)生補(bǔ)償儲(chǔ)能器設(shè)備10的輸出電流內(nèi)波動(dòng)的補(bǔ)償電流。
[0052]分別受控的儲(chǔ)能器模塊3可以周期性交換，從而每個(gè)儲(chǔ)能器模塊3可以交替負(fù)責(zé)產(chǎn)生補(bǔ)償電流。這一點(diǎn)可以使具有衰減功能的儲(chǔ)能器模塊3均衡滿載或負(fù)載。對(duì)耦合設(shè)備7的以時(shí)鐘方式的控制在此方面可以包括在脈沖寬度調(diào)制(PWM)的控制運(yùn)行中控制各自的親合元件7a_7d。
【權(quán)利要求】
1.儲(chǔ)能器設(shè)備(10)的衰減電路，該儲(chǔ)能器設(shè)備具有串聯(lián)在供能線路內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能器模塊(3 ;30)，所述儲(chǔ)能器模塊包括至少一個(gè)儲(chǔ)能器單池(5a.....5k)和帶有大量耦合元件的耦合設(shè)備(7)，該耦合設(shè)備被設(shè)計(jì)為，將儲(chǔ)能器單池(5a.....5k)有選擇地連接到或橋接到各自的供能線路內(nèi)，該衰減電路包括: 電流檢測(cè)設(shè)備(8)，其設(shè)計(jì)為檢測(cè)儲(chǔ)能器設(shè)備(10)的輸出電流并產(chǎn)生取決于該輸出電流的輸出電流信號(hào)； 與電流檢測(cè)設(shè)備(8)耦合的調(diào)節(jié)電路(6)，其設(shè)計(jì)為將輸出電流信號(hào)調(diào)節(jié)到額定電流信號(hào)(6c)上并輸出相應(yīng)的電流調(diào)節(jié)信號(hào)；以及 與調(diào)節(jié)電路(6)耦合的脈沖寬度調(diào)制設(shè)備(4)，其設(shè)計(jì)為在取決于電流調(diào)節(jié)信號(hào)的情況下以時(shí)鐘方式控制至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊(30)的耦合設(shè)備(7)。
2.按權(quán)利要求1所述的衰減電路，此外包括:帶通濾波器(11)，其耦合在電流檢測(cè)設(shè)備(8)與調(diào)節(jié)電路(6)之間并設(shè)計(jì)為，濾除在可預(yù)先規(guī)定的頻率范圍外的輸出電流信號(hào)的頻率部分。
3.按權(quán)利要求1和2之一所述的衰減電路，其中，脈沖寬度調(diào)制設(shè)備(4)設(shè)計(jì)為，控制至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊(30)的耦合設(shè)備(7)，使至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊(30)產(chǎn)生補(bǔ)償儲(chǔ)能器設(shè)備(10)的輸出電流內(nèi)波動(dòng)的補(bǔ)償電流。
4.按權(quán)利要求1-3之一所述的衰減電路，其中，調(diào)節(jié)電路(6)具有從額定電流信號(hào)(6c)中減去輸出電流信號(hào)的求和元件(6b)和在取決于求和元件(6b)的輸出信號(hào)情況下產(chǎn)生電流調(diào)節(jié)信號(hào)的電流調(diào)節(jié)器(6a)。
5.系統(tǒng)，包括: 儲(chǔ)能器設(shè)備(10)，其具有串聯(lián)在一條或多條供能線路內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能器模塊(3;30)，所述儲(chǔ)能器模塊包括至少一個(gè)儲(chǔ)能器單池(5a.....5k)和帶有大量耦合元件的耦合設(shè)備(7)，該耦合設(shè)備設(shè)計(jì)為，將儲(chǔ)能器單池(5a.....5k)有選擇地連接到或橋接到各自的供能線路內(nèi)；以及 按權(quán)利要求1-4之一所述的衰減電路。
6.按權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，此外包括:與儲(chǔ)能器設(shè)備(10)的輸出接線端(la、lb)耦合的直流電壓中間電路(9a)。
7.按權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，此外包括: 與直流電壓中間電路(9a)耦合的逆變器(12);以及 與逆變器(12)耦合的電機(jī)(13)， 其中，逆變器(12)設(shè)計(jì)為，將直流電壓中間電路(9a)的電壓轉(zhuǎn)換成電機(jī)(13)的輸入電壓。
8.用于衰減儲(chǔ)能器設(shè)備(10)的輸出電流振蕩的方法(20)，該儲(chǔ)能器設(shè)備具有串聯(lián)在一條或多條供能線路內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能器模塊(3 ;30)，所述儲(chǔ)能器模塊包括至少一個(gè)儲(chǔ)能器單池(5a.....5k)和帶有大量耦合元件的耦合設(shè)備(7)，該耦合設(shè)備設(shè)計(jì)為，將儲(chǔ)能器單池(5a.....5k)有選擇地連接到或橋接到各自的供能線路內(nèi)，該方法包括的步驟有: 檢測(cè)(21)供能線路或儲(chǔ)能器設(shè)備(10)的輸出電流； 產(chǎn)生(22)取決于所檢測(cè)的輸出電流的輸出電流信號(hào)； 將輸出電流信號(hào)調(diào)節(jié)(23)到額定電流信號(hào)(6c)上； 輸出(24)與調(diào)節(jié)相應(yīng)的電流調(diào)節(jié)信號(hào)； 以時(shí)鐘方式控制(25)至少一個(gè)儲(chǔ)能器模塊(30)的耦合設(shè)備(7)，以產(chǎn)生補(bǔ)償儲(chǔ)能器設(shè)備(10)的輸出電流內(nèi)波動(dòng)的補(bǔ)償電流。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104488161SQ201380030507
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月11日
【發(fā)明者】M·凱斯勒 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司