專利名稱：具有集成的脈沖逆變器的蓄電池的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及具有集成的脈沖逆變器的蓄電池以及具有這種蓄電池的電機動車。
背景技術(shù)：
在將來，無論在靜態(tài)的應用還是在諸如混合動カ車輛和電動車輛的車輛中，將應用更多的蓄電池系統(tǒng)。為了能夠滿足針對各應用給出的對電壓以及所能夠提供的功率的要求，串聯(lián)了較高數(shù)量的蓄電池単元。因為由ー個這樣的蓄電池提供的電流必須流過所有的蓄電池単元，并且ー個蓄電池単元僅能夠?qū)ㄊ芟薜碾娏?，因此通常還附加地并聯(lián)連接蓄電池単元，以便提高最大電流。這能夠通過在蓄電池單元罩殼內(nèi)設置更多的単元包(Zellwickeln)或通過外部連接蓄電池單元來實現(xiàn)。然而，在此有問題的是，由于單元電容和電壓并不是精確地相同，在并聯(lián)連接的電池單元之間出現(xiàn)了均衡電流。在圖I中示出了常見的電驅(qū)動系統(tǒng)的原理電路圖，電驅(qū)動系統(tǒng)應用在諸如電動車 輛和混合動カ車輛中或者也應用在靜態(tài)應用(例如風カ發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)動葉片調(diào)節(jié))中。蓄電池10連接至直流中間電路，該直流中間電路由電容器11緩沖保護。脈沖逆變器12連接至直流中間電路，該脈沖逆變器12通過兩個可接通的半導體閥和兩個ニ極管在三個輸出端上分別提供相對彼此相位移位的正弦電壓，以用于驅(qū)動電驅(qū)動電機13。電容器11的電容必須足夠大，以便使直流中間電路中的電壓穩(wěn)定ー時間段，在該時間段內(nèi)接通可接通的半導體閥中的ー個。在實際的應用中，諸如在電動車輛中，高電容位于mF范圍內(nèi)。因為直流中間電路的電壓通常相當高，只有在高成本并且以大的空間要求的情況下才能夠?qū)崿F(xiàn)這樣大的電容。圖2在具體的方框電路圖中示出了圖I的蓄電池10。多個蓄電池単元串聯(lián)連接，并可選地附加地并聯(lián)連接，以實現(xiàn)對于各應用所期望的高的輸出電壓和蓄電池容量。在蓄電池單元的正極和蓄電池正端子14之間連接了負載裝置和分隔裝置16?？蛇x地，能夠附加地在蓄電池単元的負極和蓄電池負端子15之間連接分隔裝置17。分隔裝置和負載裝置16和分隔裝置17分別包括保護繼電器18和19，其被設置為用于將蓄電池單元與蓄電池端子分開，從而不帶電壓地連接蓄電池端子。否則，由于串聯(lián)連接的蓄電池単元的高直流電壓，對維護人員或類似的人將產(chǎn)生相當?shù)奈ｋU電勢。在負載裝置和分隔裝置16中附加地設置有負載保護繼電器20和與負載保護繼電器20串聯(lián)連接的負載電阻21。如果蓄電池連接到直流中間電路，則負載電阻21限制電容器11的充電電流。在此，首先斷開保護繼電器18，并僅閉合負載保護繼電器20。如果在蓄電池正端子14上的電壓達到蓄電池単元的電壓，則能夠閉合保護繼電器19，并且必要時斷開負載保護繼電器20。保護繼電器18、19和負載保護繼電器20明顯提高了蓄電池10的成本，因為對其可靠性和對由其導通的電流的提出高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)了具有至少ー個蓄電池組的蓄電池，該蓄電池組具有多個在相應的蓄電池正極和相應的蓄電池負極之間串聯(lián)連接的蓄電池単元。依據(jù)本發(fā)明，蓄電池包括脈沖逆變器，其集成在蓄電池中，并且至少具有第一和第二輸入端以及至少ー個輸出端。在此，脈沖逆變器的第一和第二輸入端分別與蓄電池正極和蓄電池負極相連接。因此本發(fā)明逆著趨勢前進，趨勢是將脈沖逆變器集成在電驅(qū)動電機中，并由此使得驅(qū)動電機從外面看起來是直流電機，其能夠直接與緩沖電容器和蓄電池相連接。在蓄電池中集成脈沖逆變器的優(yōu)點在于，能夠省去現(xiàn)有技術(shù)中設置的保護繼電器，因為蓄電池外部不再有蓄電池單元組的高直流電壓。替代依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)斷開保護繼電器，能夠簡單地將脈沖逆變器的輸出端接高阻，由此不需要脈沖逆變器的輸出端的附加的部件，并且由此不帶電壓地連接蓄電池的所有輸出端接。因為蓄電池組與脈沖逆變器不可分開地連接在一起，所以可能存在的緩沖電容器基本上具有蓄電池組的電壓，因此也能夠省去負載保護繼電器。如果設置有這樣的緩沖電容器，則其優(yōu)選地具有與蓄電池正極相連接的第一電容器端子和與蓄電池負極相連接的第二電容器端子，并同樣集成在蓄電池中。脈沖逆變器能夠具有η個輸出端，其中η是大于I的自然數(shù)。脈沖逆變器在此被構(gòu)造為，在每個輸出端產(chǎn)生并輸出分別相對于其他的輸出端相位延遲的正弦電壓。數(shù)量η 優(yōu)選為3，以便提供至在現(xiàn)有技術(shù)中常見的轉(zhuǎn)動場電機的合適的接ロ。蓄電池能夠具有η個蓄電池組，其中脈沖逆變器具有η對輸入端，該些輸入端中的每ー對分別與所述η個蓄電池組中相關(guān)聯(lián)的蓄電池組的蓄電池正極和蓄電池負極相連接。替代單一的蓄電池單元組和直流中間電路，由此得出和設置的脈沖逆變器的輸出端一祥多的直流中間電路。這樣的優(yōu)點在干，緩沖電容器的尺寸能夠較小或者能夠完全省去。此外蓄電池的電容被分到多個不相關(guān)的蓄電池單元組，由此，在否則并聯(lián)連接的蓄電池単元或蓄電池單元組之間不再出現(xiàn)均衡電流。脈沖逆變器能夠包含η個第一半導體閥和η個第二半導體閥，其中，所述η個第一半導體閥中的姆個連接在一對輸入端的相關(guān)聯(lián)的第一輸入端和η個輸出端中相應的輸出端之間，并且所述η個第二半導體閥中的每個連接在η個輸出端中所述相應的輸出端和所述ー對輸入端中相關(guān)聯(lián)的第二輸入端之間。蓄電池能夠具有2*η個ニ極管，其中每個ニ極管反并聯(lián)地連接至所述η個第一或所述η個第二半導體閥中的ー個。例如能夠以已知的方式通過脈沖寬度調(diào)制控制這樣的脈沖逆變器。蓄電池能夠包括冷卻裝置，其被構(gòu)造為冷卻蓄電池単元以及脈沖逆變器。通過將脈沖逆變器集成在蓄電池中，省去了分別用于脈沖逆變器和蓄電池単元的冷卻裝置的附加的開銷。在此能夠優(yōu)選地在冷卻蓄電池単元之后，對脈沖逆變器進行冷卻，因為脈沖逆變器能夠達到比蓄電池單元高的溫度，因此冷卻劑在流過蓄電池組之后還足夠冷，以便再冷卻脈沖逆變器。同樣可能的是，通過將蓄電池的控制裝置(単元均衡、充電和放電、充電狀態(tài)確定)和脈沖逆變器的控制裝置(半導體閥的控制裝置)結(jié)合在一起，來減少總開銷。蓄電池單元是鋰離子蓄電池單元是非常有利的。鋰離子蓄電池單元的優(yōu)點在于高單元電壓以及單位容量的電容特別高。第二發(fā)明方面涉及具有電驅(qū)電機的機動車，該電驅(qū)動電機用于驅(qū)動該機動車，并且該機動車具有與該電驅(qū)動電機相連接的、依據(jù)本發(fā)明第一方面的蓄電池。


下面根據(jù)附圖和下面的說明書進ー步解釋本發(fā)明的實施例。附圖中圖I示出了依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動系統(tǒng)；圖2示出了依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的蓄電池的方框電路圖；圖3示出了本發(fā)明的第一實施例，并且圖4示出了本發(fā)明的第二實施例。
具體實施例方式圖3示出了本發(fā)明的第一實施例。在蓄電池30中集成了蓄電池組31、緩沖電容器32和脈沖逆變器33，其中省略了用于分開蓄電池組的正極和負極的可能的保護繼電器。有利地，脈沖逆變器33被構(gòu)造為，當例如應當更換蓄電池30，并且由此應當將蓄電池30與連接至脈沖逆變器33的驅(qū)動電機或類似物分開時，將其所有輸出端接高阻。通過這種方式，蓄電池30對外完全不帶電壓，由此不會輸出危險電勢。圖4示出了本發(fā)明的第二實施例。蓄電池40具有多個蓄電池組，在所示出的例子中具有3個蓄電池組41-1、41-2、41-3。蓄電池40也能夠具有兩個或多于三個蓄電池組。三個蓄電池組的數(shù)量是有利的，因為其使得能夠簡單地將蓄電池40連接到標準化的具有三相端子的電機上。脈沖逆變器43在此分解為和設置的蓄電池組41-1、41-2、41-3同樣多的多個部分43-1、43-2、43-3。部分43-1、43_2、43_3中的每個在此分別與蓄電池組41_1、41-2、41-3相連接。由于每個蓄電池組41-1、41-2、41-3的負載非常小，在所示出的實施例中能夠通過脈沖逆變器43的部分43-1、43-2、43-3省略緩沖電容器。在所示出的例子中，脈沖逆變器43的每個部分43-1、43-2、43-3包括兩個半導體閥以及兩個反并聯(lián)于半導體閥連接的ニ極管。優(yōu)選地，通過控制単元的脈沖寬度調(diào)制來控制半導體閥。然而原則上也能夠應用任意形式的脈沖逆變器。
權(quán)利要求
1.具有至少ー個蓄電池組(31，41)的蓄電池(30，40)，所述蓄電池組具有多個在相應的蓄電池正極和相應的蓄電池負極之間串聯(lián)連接的蓄電池単元，其特征在于脈沖逆變器(33，34)，其集成在所述蓄電池(30，40)中，并且至少具有第一和第二輸入端以及至少ー個輸出端，其中，所述第一和第二輸入端分別與所述蓄電池正極和所述蓄電池負極相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池(30)，具有緩沖電容器(32)，其具有與所述蓄電池正極相連接的第一電容器端子以及與所述蓄電池負極相連接的第二電容器端子，并且集成在所述蓄電池(30)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2中任意一項所述的蓄電池(30，40)，其中，所述脈沖逆變器(33， 43)具有η個輸出端，其中η是大于I的自然數(shù)，并且其中，所述脈沖逆變器(33，43)被構(gòu)造為，在姆個輸出端上產(chǎn)生并輸出分別相對于其他的輸出端相位延遲的正弦電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄電池(40)，具有η個蓄電池組(41)，其中所述脈沖逆變器(43)具有η對輸入端，所述輸入端中的每ー對分別與所述η個蓄電池組(41)中相關(guān)聯(lián)的蓄電池組的蓄電池正極和蓄電池負極相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蓄電池(40)，其中，所述脈沖逆變器(43)包含η個第一半導體閥和η個第二半導體閥，其中，所述η個第一半導體閥中的每個連接在一對輸入端的相關(guān)聯(lián)的第一輸入端和η個輸出端中相應的輸出端之間，并且所述η個第二半導體閥中的每個連接在所述η個輸出端中所述相應的輸出端和所述ー對輸入端中相關(guān)聯(lián)的第二輸入端之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄電池(40)，具有2*η個ニ極管，其中每個ニ極管反并聯(lián)地連接至所述η個第一或所述η個第二半導體閥中的ー個。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-6中任意一項所述的蓄電池(40)，其中η等于3。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的蓄電池(30，40)，具有冷卻裝置，其被構(gòu)造為冷卻所述蓄電池單元以及所述脈沖逆變器(33，43)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的蓄電池(30，40)，其中，所述蓄電池単元是鋰離子蓄電池單元。
10.ー種具有電驅(qū)動電機(13)的機動車，所述電驅(qū)動電機(13)用于驅(qū)動所述機動車，并且所述機動車具有與所述電驅(qū)動電機(13)相連接的、根據(jù)前述權(quán)利要求中任意ー項所述的蓄電池(30，40)。
全文摘要
描述了一種具有至少一個蓄電池組(31，41)的蓄電池(30，40)。所述至少一個蓄電池組(31，41)具有多個在相應的蓄電池正極和相應的蓄電池負極之間串聯(lián)連接的蓄電池單元。依據(jù)本發(fā)明，蓄電池(30，40)包括脈沖逆變器(33，34)，其集成在所述蓄電池(30，40)中，并且至少具有第一和第二輸入端以及至少一個輸出端，其中，所述第一和第二輸入端分別與所述蓄電池正極和所述蓄電池負極相連接。此外提出了一種具有電驅(qū)動電機(13)的機動車，所述電驅(qū)動電機(13)用于驅(qū)動所述機動車，并且所述機動車具有與所述電驅(qū)動電機(13)相連接的、依據(jù)本發(fā)明的蓄電池(30，40)。
文檔編號B60L11/18GK102844221SQ201180019269
公開日2012年12月26日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者S·布茨曼, H·芬克 申請人:Sb鋰摩托有限公司, Sb鋰摩托德國有限公司