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用于儲能裝置的充電電路和為儲能裝置充電的方法與流程

文檔序號:11970921閱讀:332來源:國知局
用于儲能裝置的充電電路和為儲能裝置充電的方法與流程
本發(fā)明涉及一種用于儲能裝置的充電電路和一種為儲能裝置充電的方法,尤其是以直流電壓為電池直接變換器充電的方法。

背景技術(shù):
可以看到:在將來不僅在諸如風(fēng)力設(shè)備或太陽能設(shè)備的固定應(yīng)用中而且在車輛如混合驅(qū)動車輛或電動車輛中越來越多地使用將新儲能技術(shù)與電驅(qū)動技術(shù)相結(jié)合的電子系統(tǒng)。多相電流饋送進電機器中通常通過脈寬調(diào)制逆變器形式的變換器來實現(xiàn)。為此,由直流中間電路提供的直流電壓例如可以變換為多相交流電壓,例如三相交流電壓。直流中間電路在此由串聯(lián)連接的電池模塊構(gòu)成的一相來饋電。為了能夠滿足針對相應(yīng)的應(yīng)用對功率和能量的要求,通常牽引用蓄電池中的多個電池模塊串聯(lián)連接。多個電池模塊的串聯(lián)電路帶來了如下問題:當(dāng)唯一的一個電池模塊故障時,整個相故障。能量供給相的這樣的故障會導(dǎo)致整個系統(tǒng)故障。此外,單個電池模塊的暫時或持久出現(xiàn)的效率下降會導(dǎo)致整個能量供給相的效率降低。在出版物US5,642,275A1中描述了一種帶有集成逆變功能的電池系統(tǒng)。這類系統(tǒng)以名稱級聯(lián)多電平逆變器以及電池直接逆變器(Batteriedirektumrichter,BDI)而知曉。這樣的系統(tǒng)在多個儲能模塊相中包括直流電源,其可以直接連接到電機器或電網(wǎng)上。在此,可以生成單相或多相電源電壓。儲能模塊相在此具有多個串聯(lián)連接的儲能模塊,其中每個儲能模塊具有至少一個電池單元和關(guān)聯(lián)的可控耦合單元,耦合單元允許根據(jù)控制信號將相應(yīng)關(guān)聯(lián)的至少一個電池單元跨接或?qū)⑾鄳?yīng)關(guān)聯(lián)的至少一個電池單元連接到相應(yīng)儲能模塊相中。在此,耦合單元可以構(gòu)建為使得其附加地允許將相應(yīng)關(guān)聯(lián)的至少一個電池單元也以相反的極性連接到相應(yīng)的儲能模塊相中或者也將相應(yīng)的儲能模塊相中斷。通過例如借助脈寬調(diào)制適當(dāng)激勵耦合單元也可以提供適于控制相輸出電壓的相信號,使得可以省去獨立的脈寬調(diào)制逆變器??刂葡噍敵鲭妷核璧拿}寬調(diào)制逆變器由此可以說集成到BDI中。BDI相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)通常具有更高的效率、更高的故障安全性和其輸出電壓的諧波成分明顯更小。故障安全性尤其通過如下方式來保證:有缺陷的、出故障的或功能不完整的電池單元通過對與其關(guān)聯(lián)的在能量供給相中的耦合單元的適當(dāng)激勵可以被跨接。儲能模塊相的相輸出電壓可以通過相應(yīng)地激勵耦合單元而變化并且尤其是分級地調(diào)節(jié)。輸出電壓的階梯在此由各電壓儲能模塊的電壓形成,其中最大可能相輸出電壓通過儲能模塊相的所有儲能模塊的電壓之和來確定。出版物DE102010027857A1和DE102010027861A1例如公開了電池直接逆變器,其帶有多個電池模塊相,這些電池模塊相可以直接連接到電機器上。在BDI的輸出端上沒有提供恒定的直流電壓,因為儲能單元被劃分到不同的儲能模塊上并且其耦合裝置必須被有目的地激勵以產(chǎn)生電壓電平。通過分配,BDI基本上并不作為直流電源例如為電動車輛的車載電源饋電所使用。相應(yīng)地,儲能單元的充電也通過傳統(tǒng)直流電源并非毫無困難地實現(xiàn)。因此,需要儲能裝置的充電電路和用于驅(qū)動該充電電路的方法,利用其通過使用直流電壓可以對儲能裝置的儲能單元充電,其中在充電運行中直流電壓可以通過儲能裝置向外部提供。

技術(shù)實現(xiàn)要素:
根據(jù)一個方面,本發(fā)明提出了一種用于儲能裝置的充電電路,該充電電路具有多個能量供給支路,其分別帶有多個用于在儲能裝置的多個輸出端子上產(chǎn)生交流電壓的儲能模塊,該充電電路具有:帶有多個饋電端子的半橋電路,饋電端子分別與儲能裝置的輸出端子之一耦合;第一饋電節(jié)點,其與半橋電路耦合;第二饋電節(jié)點,其與儲能裝置的參考電勢匯流排耦合;饋電電路,其與充電電路的輸入端子耦合,并且該饋電電路被設(shè)計成至少部分有時提供充電直流電壓;轉(zhuǎn)換器電感線圈和調(diào)節(jié)開關(guān)元件構(gòu)成的串聯(lián)電路,調(diào)節(jié)開關(guān)元件耦合在第一饋電節(jié)點與饋電電路之間,并且該串聯(lián)電路被設(shè)計成提供用于為儲能模塊充電的直流電流;以及續(xù)流二極管,續(xù)流二極管耦合在調(diào)節(jié)開關(guān)元件與第二饋電節(jié)點之間。根據(jù)另一方面,本發(fā)明提出了一種電驅(qū)動系統(tǒng),其具有儲能裝置,該儲能裝置具有多個能量供給支路,所述能量供給支路分別具有多個用于在儲能裝置的多個輸出端子上產(chǎn)生交流電壓的儲能模塊,根據(jù)本發(fā)明的充電電路,其饋電端子分別與儲能裝置的輸出端子之一耦合,并且其第二饋電節(jié)點與儲能裝置的參考電勢匯流排耦合,以及直流電壓截取裝置。直流電壓截取裝置具有參考端子,該參考端子與充電電路的第二饋電節(jié)點耦合,以及升壓轉(zhuǎn)換器(Hochsetzsteller),該升壓轉(zhuǎn)換器耦合在充電電路的第一饋電節(jié)點與參考端子之間,并且該升壓轉(zhuǎn)換器被設(shè)計成根據(jù)在半橋電路與參考端子之間的電勢在直流電壓截取裝置的截取端子上提供直流電壓。在此,充電電路的轉(zhuǎn)換器電感線圈同時是直流電壓截取裝置的升壓轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器電感線圈,并且充電電壓的調(diào)節(jié)開關(guān)元件同時是直流電壓截取裝置的升壓轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)開關(guān)元件。根據(jù)另一方面,本發(fā)明提出了一種用于利用根據(jù)本發(fā)明的充電電路為儲能裝置充電的方法,其中該儲能裝置具有多個能量供給支路,其各具有多個用于在多個儲能裝置的輸出端子上產(chǎn)生交流電壓的儲能模塊,該方法具有如下步驟:根據(jù)充電直流電壓至少部分產(chǎn)生直流電流、以時鐘控制方式利用預(yù)給定的占空比激勵調(diào)節(jié)開關(guān)元件、通過半橋電路將直流電流饋送進儲能裝置的輸出端子中,以及通過儲能裝置的參考電勢匯流排反饋直流電流。本發(fā)明的構(gòu)思是電路與儲能裝置尤其電池直接變換器的輸出端耦合,利用該電路可以將用以為儲能裝置的儲能單元充電的直流電流饋送進儲能裝置的輸出端中。為此設(shè)計的是,二極管半橋作為饋電裝置耦合到儲能裝置的輸出端子上,借助該二極管半橋可以將充電電路的充電電流引導(dǎo)通過所有輸出端子。在此特別有利的是,直流電壓截取裝置的二極管半橋可以用作充電電路的饋電裝置,該二極管半橋已經(jīng)存在用于提供另一直流電壓電平,例如從儲能裝置為車載電源的中間電路電容器饋電。充電電路的重大優(yōu)點在于:該充電電路與直流電壓截取裝置兼容,也就是說,充電電路和直流電壓截取裝置在運行中并不相互影響。另一優(yōu)點在于:對于同時構(gòu)建充電電路和直流電壓截取裝置而言部件的數(shù)目可以保持得小,因為若干部件具有雙重功能。由此,器件需求降低并且由此安裝空間需求降低以及系統(tǒng)的總量降低,尤其是在例如電驅(qū)動的車輛中的電驅(qū)動系統(tǒng)中。有利地,根據(jù)儲能裝置的運行狀態(tài)可以在充電電路的有源運行與直流電壓截取裝置之間選擇。例如,在具有儲能裝置的電驅(qū)動的車輛的行駛運行模式中(該儲能裝置具有充電電路和直流電壓截取裝置)可以激活直流電壓截取裝置,而在車輛的靜止模式或停車模式中可以將充電電路激活。然而特別有利的是,充電電路和直流電壓截取裝置可以被同時驅(qū)動。在此情況下,例如由充電電路提供的能量并不完全而是僅部分輸送給儲能裝置的儲能單元,而其余部分輸送給車載電源,為了向其饋送能量的目的。耦合輸出電能來向車載電源饋電在此通過間歇截止、優(yōu)選時鐘控制直流電壓截取裝置的升壓轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)開關(guān)元件來進行。同樣,例如在行駛運行中,從儲能裝置的儲能單元獲取的能量可以同時完全或部分通過根據(jù)本發(fā)明的充電電路又輸送給儲能單元。在此,充電電路例如可以由所謂的增程器(RangeExtender)的發(fā)電機供給電能量。通過使用二極管半橋作為饋電裝置有利地可以保證儲能裝置可以被輸送充電能量,因為儲能裝置對于每個能量供給支路具有一雙極性電壓調(diào)節(jié)范圍??蛇x地,充電電路可以包含附加的半導(dǎo)體開關(guān),該半導(dǎo)體開關(guān)能夠通過間歇截止和打開來實現(xiàn)充電電路的時鐘控制的降壓轉(zhuǎn)換器運行。按照根據(jù)本發(fā)明的充電電路的一個實施形式,半橋電路可以具有多個二極管,所述二極管分別耦合在第一饋電節(jié)點與多個饋電端子之間。在一個有利的實施形式中,半橋電路可以具有多個換向電感線圈,所述換向電感線圈分別耦合在多個二極管與第一饋電節(jié)點之間。由此,可以補償或衰減掉在輸出端子上的電勢的波動,尤其是在激勵儲能裝置的確定時刻的高頻波動。按照根據(jù)本發(fā)明的充電電路的另一實施形式,饋電電路可以具有饋電電容器,該饋電電容器耦合在充電電路的輸入端子之間,并且該饋電電容器被設(shè)計成提供充電直流電壓用于為儲能模塊充電。按照根據(jù)本發(fā)明的充電電路的另一實施形式,饋電電路可以具有變壓器,該變壓器的初級繞組耦合在充電電路的輸入端子之間;以及具有全橋整流器,該全橋整流器耦合到變壓器的次級繞組上,并且該全橋整流器被設(shè)計成提供脈沖式(pulsierend)充電直流電壓用于為儲能模塊充電。按照根據(jù)本發(fā)明的充電電路的另一實施形式,充電電路還可以包括半導(dǎo)體開關(guān),該半導(dǎo)體開關(guān)耦合在第二饋電節(jié)點與饋電電路之間,并且該半導(dǎo)體開關(guān)被設(shè)計成通過選擇性地斷開來激活充電電路或通過間歇地、優(yōu)選時鐘控制地斷開和閉合能夠?qū)崿F(xiàn)充電電路的加壓轉(zhuǎn)換器運行。按照根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)的一個實施形式,該驅(qū)動系統(tǒng)還可以包括n相電機,該電機具有n個相端子,所述n個相端子與儲能裝置的輸出端子耦合,其中n≥1。按照根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施形式,該方法可以用于利用根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動系統(tǒng)為電驅(qū)動的車輛的儲能裝置充電。按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實施形式,該方法還可以包括如下步驟:按時鐘控制方式以預(yù)給定的占空比激勵調(diào)節(jié)開關(guān)元件;將與該占空比有關(guān)的比例的直流電流通過直流電壓截取裝置的升壓轉(zhuǎn)換器的輸出二極管饋送進直流電壓截取裝置的中間回路電容器和與直流電壓截取裝置連接的負(fù)載;以及將與該占空比有關(guān)的比例的直流電壓通過連接節(jié)點反饋到充電電路。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點從以下參考所附的附圖的描述來得到。附圖說明在圖中:圖1示出了具有儲能裝置的系統(tǒng)的示意圖;圖2示出了儲能裝置的儲能模塊的示意圖;圖3示出了儲能裝置的儲能模塊的示意圖;圖4示出了具有根據(jù)本發(fā)明的一個實施形式的直流電壓截取裝置和儲能裝置的系統(tǒng)的示意圖;圖5示出了具有根據(jù)本發(fā)明的另一實施形式的直流電壓截取裝置和儲能裝置的系統(tǒng)的示意圖;圖6示出了用于根據(jù)本發(fā)明的另一實施形式的儲能裝置的能量供給支路的充電電路的示意圖;圖7示出了用于根據(jù)本發(fā)明的另一實施形式的儲能裝置的能量供給支路的充電電路的示意圖;圖8示出了具有根據(jù)本發(fā)明的另一實施形式的直流電壓截取裝置、充電電路和儲能裝置的系統(tǒng)的示意圖;圖9示出了具有根據(jù)本發(fā)明的另一實施形式的直流電壓截取裝置、充電電路和儲能裝置的系統(tǒng)的示意圖;圖10示出了具有根據(jù)本發(fā)明的另一實施形式的直流電壓截取裝置、充電電路和儲能裝置的系統(tǒng)的示意圖;圖11示出了用于為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的儲能裝置充電的方法的示意圖。具體實施方式圖1示出了系統(tǒng)100的示意圖,該系統(tǒng)100具有用于將通過儲能模塊3提供的直流電壓一方面電壓轉(zhuǎn)換成n相交流電壓而另一方面電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的儲能裝置1。儲能裝置1包括多個能量供給支路Z,其中在圖1中示例性地示出了三個能量供給支路,所述能量供給支路Z適于產(chǎn)生例如用于三相電機2的三相交流電壓。然而清楚的是,其他任意數(shù)目的能量供給支路Z同樣會是可能的。能量供給支路Z可以具有多個儲能模塊3,所述儲能模塊3串聯(lián)連接成能量供給支路Z。例如,在圖1中示出每個能量供給支路Z各三個儲能模塊3,然而其他任意數(shù)目的儲能模塊3同樣會是可能的。儲能裝置1在能量供給支路Z的每個上擁有輸出端子1a、1b和1c,所述輸出端子分別連接到相線路2a、2b或2c上。該系統(tǒng)100還可以包括控制裝置6,該控制裝置6與儲能裝置1連接,并且借助該控制裝置6可以控制儲能裝置1,以便在相應(yīng)的輸出端子1a、1b、1c上提供所期望的輸出電壓。儲能模塊3各具有兩個輸出端子3a和3b,儲能模塊3的輸出電壓可以通過輸出端子3a和3b來提供。由于儲能模塊3初始串聯(lián)連接,所以儲能模塊3的輸出電壓加和成總輸出電壓,該總輸出電壓可以在儲能裝置1的輸出端子1a、1b和1c的相應(yīng)的輸出端子上被提供。儲能模塊3的示例性結(jié)構(gòu)形式在圖2和圖3中以較大細(xì)節(jié)圖示出。儲能模塊3在此各包括一個帶有多個耦合元件7a、7c、7b和7d的耦合裝置7。此外,儲能模塊3還各包括一個帶有一或多個串聯(lián)連接的儲能單元5a至5k的儲能單元模塊5。儲能單元模塊5在此例如具有串聯(lián)連接的電池5a至5k,例如鋰離子電池。在此,在圖2和圖3中所示的儲能模塊3中的儲能單元5a至5k的數(shù)目示例性地為二個,然而其他任意數(shù)目的儲能單元5a至5k同樣是可能的。儲能單元模塊5通過連接線路與相關(guān)的耦合裝置7的輸入端子連接。耦合裝置7在圖2中示例性地構(gòu)建為各帶兩個耦合元件7a、7c和兩個耦合元件7b、7d的全橋電路。耦合元件7a、7b、7c、7d在此可以分別具有有源開關(guān)元件,例如半導(dǎo)體開關(guān),和與其并聯(lián)連接的續(xù)流二極管。在此可以設(shè)計的是,耦合元件7a、7b、7c、7d構(gòu)建為已具有本征二極管的MOSFET開關(guān)或IGBT開關(guān)??商孢x地,可能的是,分別僅構(gòu)建兩個帶有有源開關(guān)元件的耦合元件7a、7d,使得(如圖3中示例性所示)實現(xiàn)非對稱的半橋電路。耦合元件7a、7b、7c、7d可以例如借助圖1中所示的控制裝置6激勵為使得相應(yīng)的儲能單元模塊5選擇性地連接在輸出端子3a與3b之間,或使得跨接儲能單元模塊5。參照圖2,通過將耦合元件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)中而耦合元件7b和7c的其余兩個有源開關(guān)元件置于斷開狀態(tài)中的方式,儲能單元模塊5例如可以在正向方向上連接在輸出端子3a與3b之間??缃訝顟B(tài)例如可以通過如下方式來設(shè)置:耦合元件7a和7b的兩個有源開關(guān)元件被置于閉合狀態(tài)中,而耦合元件7c和7d的兩個有源開關(guān)元件保持在斷開狀態(tài)中。第二跨接狀態(tài)可以通過如下方式來設(shè)置:耦合元件7a和7b的兩個有源開關(guān)元件被置于斷開狀態(tài)中,而耦合元件7c和7d的兩個有源開關(guān)元件被置于閉合狀態(tài)中。最后,通過將耦合元件7b的有源開關(guān)元件和耦合元件7c的有源開關(guān)元件置于閉合狀態(tài)中而耦合元件7a和7d的其余兩個有源開關(guān)元件置于斷開狀態(tài)中的方式,儲能單元模塊5例如可以在反向方向上連接在輸出端子3a與3b之間。分別針對圖3中的非對稱的半橋電路可以進行類似考慮。通過合適激勵耦合裝置7因此可以將儲能模塊3的各個儲能單元模塊5有針對地并且以任意極性集成到能量供給支路的串聯(lián)電路中。例如,圖1中的系統(tǒng)100可以用于為例如電驅(qū)動的車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)中的三相電機饋電。然而也可以設(shè)計的是,儲能裝置1用于產(chǎn)生能量供給電源2的電流。能量供給支路Z可以在其連接成中性點的端部上與參考電勢4(參考電勢匯流排)連接。參考電勢4例如可以是地電勢。在與能量供給裝置1之外的參考電勢沒有其他連接的情況下,連接成中性點的端部的電勢也可以通過定義而確定為參考電勢4。為了在一方面為輸出端子1a、1b和1c與另一方面為參考電勢匯流排4之間產(chǎn)生相電壓通常僅需要儲能模塊3的儲能單元模塊5的一部分。儲能模塊3的耦合裝置7可以激勵為使得能量供給支路Z的總輸出電壓可以階梯式地設(shè)置在一方面為與儲能模塊3的數(shù)目相乘的各儲能單元模塊5的負(fù)電壓和與儲能模塊3的數(shù)目相乘的各儲能單元模塊5的正電壓與另一方面為通過各儲能模塊3的負(fù)額定電流和正額定電流之間的矩形電壓/電流調(diào)節(jié)區(qū)域中。如圖1中所示的這種儲能裝置1在輸出端子1a、1b、1c上在運行中的不同時刻具有不同的電勢,并且因此不能容易地用作直流電壓源。特別在電驅(qū)動的車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)中,通常期望車輛的車載電源例如高電壓車載電源或低電壓車載電源由儲能裝置1來饋電。因此,設(shè)置直流電壓截取裝置,該直流電壓截取裝置被設(shè)計成連接到儲能裝置1上并且由儲能裝置1饋電地提供例如用于電驅(qū)動的車輛的車載電源的直流電壓。圖4示出了具有儲能裝置1和這種直流電壓截取裝置8的系統(tǒng)的示意圖。直流電壓截取裝置8與儲能裝置1一方面通過聚集端子8a、8b和8c而另一方面通過參考端子8d耦合。直流電壓截取裝置8的直流電壓UZK可以在截取端子8e和8f上被截取。例如,用于電驅(qū)動的車輛的車載電源的(未示出)直流電壓轉(zhuǎn)換器可以連接到截取端子8e和8f上,或(在截取端子8e和8f與車載電源電壓之間的電壓UZK車載電源電壓之間合適平衡時)該車載電源可以直接連接到截取端子8e和8f上。直流電壓截取裝置8具有半橋電路9,該半橋電路9通過聚集端子8a、8b、8c分別與儲能裝置1的輸出端子1a、1b、1c之一耦合。聚集端子8a、8b、8c在此例如可以耦合到系統(tǒng)200的相線路2a、2b或2c上。半橋電路9可以具有多個二極管9a,所述二極管9a分別耦合到聚集端子8a、8b、8c之一上,使得二極管9a的正極分別與相線路2a、2b或2c耦合。二極管9a的負(fù)極可以在半橋電路9的聚集點(Sammelpunkt)連接在一起。由此,在半橋電路9的聚集點上分別存在相線路2a、2b或2c的瞬時最高電勢。附加地,可以可選地設(shè)置多個換向電感線圈9b,所述換向電感線圈分別耦合在二極管9a與聚集點之間。換向電感線圈9b在此可以衰減掉電勢波動,使得二極管9a承受頻繁的換向過程的負(fù)荷不強,所述電勢波動可能是由于激勵引起的階梯式電勢變換而在相應(yīng)的相線路2a、2b和2c中出現(xiàn)的。此外,直流電壓截取裝置8具有參考端子8d,該參考端子8d與儲能裝置1的參考電勢匯流排4耦合。在半橋電路9的聚集點與參考端子8d之間因此存在電勢差,該電勢差可以通過升壓轉(zhuǎn)換器14被增加,其中該升壓轉(zhuǎn)換器耦合在半橋電路9與參考端子8d之間。升壓轉(zhuǎn)換器14在此涉及為根據(jù)在半橋電路9與參考端子8d之間的電勢在直流電壓截取裝置8的截取端子8e、8f上提供直流電壓UZK。升壓轉(zhuǎn)換器14例如可以具有串聯(lián)電路中的轉(zhuǎn)換器電感線圈10和輸出二極管,該串聯(lián)電路的中點抽頭將調(diào)節(jié)開關(guān)元件12與參考端子8d耦合??商孢x地,轉(zhuǎn)換器電感線圈10也可以設(shè)置在參考端子8d與調(diào)節(jié)開關(guān)元件12之間,或者,在升壓轉(zhuǎn)換器14的兩個輸入端子上可以設(shè)置兩個轉(zhuǎn)換器電感線圈10。類似內(nèi)容適用于輸出二極管11,輸出二極管11可替選地也可以設(shè)置在輸出抽頭8f與調(diào)節(jié)開關(guān)元件12之間。調(diào)節(jié)開關(guān)元件12例如可以具有功率半導(dǎo)體開關(guān),譬如MOSFET開關(guān)或IGBT開關(guān)。例如,n溝道IGBT可以用于調(diào)節(jié)開關(guān)元件12,該n溝道IGBT在正常狀態(tài)中截止。然而要清楚的是,其他任意功率半導(dǎo)體開關(guān)同樣可以用于調(diào)節(jié)開關(guān)元件12。尤其是當(dāng)半導(dǎo)體半橋電路9的聚集點與參考端子8d之間的電勢差始終在通過連接到截取端子8e、8f上的另外的部件預(yù)給定的輸入電壓范圍之內(nèi)時,才存在如下可能性:省去調(diào)節(jié)開關(guān)元件12或讓調(diào)節(jié)開關(guān)元件12保留持續(xù)的截止?fàn)顟B(tài)。在此情況下,在一些實施形式中也可以省去輸出二極管11。此外,直流電壓截取裝置8可以具有中間回路電容器13,該中間回路電容器連接在直流電壓截取裝置8的截取端子8e、8f之間,并且該中間回路電容器13被設(shè)計成緩沖由升壓轉(zhuǎn)換器14輸出的電流脈沖并且這樣在升壓轉(zhuǎn)換器14上產(chǎn)生平滑過的直流電壓UZK。通過中間回路電容器13于是例如可以為電驅(qū)動的車輛的車載電源的直流電壓轉(zhuǎn)換器饋電,或者該車載電源在確定的情況下也可以直接連接到中間回路電容器13上。半橋電路9中的二極管9a的數(shù)目在圖4中示例性地用三個來說明,并且與儲能裝置1的輸出端子1a、1b、1c的數(shù)目匹配。在此應(yīng)清楚的是,根據(jù)由儲能裝置1產(chǎn)生哪些相電壓,在半橋電路9中的二極管的其他任意數(shù)目同樣是可能的。圖5示出了具有儲能裝置1和直流電壓截取裝置8的系統(tǒng)300的示意圖。該系統(tǒng)300與圖4中所示的系統(tǒng)200不同之處主要在于:二極管9a用其負(fù)極連接到儲能裝置1的相線路2a、2b、2c上。在圖5的直流電壓截取裝置8中,因此在半橋電路9的聚集點上始終存在相線路2a、2b、2c的相應(yīng)瞬時最低電勢。在圖5的直流電壓截取裝置8中,在半橋電路9的聚集點與參考端子8d之間也存在電勢差,該電勢差可以通過聲壓轉(zhuǎn)換器14被升高到直流電壓UZK。為了為圖4或圖5的儲能裝置1的儲能模塊3充電,需要實現(xiàn)如下充電電路,該充電電路可以與直流電壓截取裝置8組合。優(yōu)選地,該充電電路應(yīng)與直流電壓截取裝置8的部件一起使用,以便將部件需求和安裝空間需要保持得盡可能小。在此,期望的是,直流電壓截取裝置8的功能能力不受影響,無論充電電路處于充電運行中與否。尤其是,充電電路應(yīng)能夠同時不僅為儲能裝置1的儲能模塊3而且為直流電壓截取裝置8供給電能量。圖6和圖7示出了充電電路30或40的示意圖,所述充電電路例如可以用于為儲能裝置1的能量供給支路Z充電。圖6示出了充電電路30的示意圖,該充電電路30具有輸入端子36a、36b,在所述輸入端子36a、36b上可以饋送進充電直流電壓UN。充電直流電壓UN在此可以通過(未示出)電路裝置來產(chǎn)生,例如通過直流電壓轉(zhuǎn)換器、帶有功率因數(shù)校正(PFC“powerfactorcorrection”)的受控或受調(diào)節(jié)的整流器等等來產(chǎn)生。充電直流電壓UN例如可以通過輸入側(cè)所連接的能量供給電源來提供。此外,充電電路30可以具有中間回路電容器35,直流電壓通過中間回路電容器35來截取并且該中間回路電容器35極大地減小了脈沖式電流不僅對充電電路30的輸入側(cè)而且輸出側(cè)的反作用或在充電電路30本身中的開關(guān)過程對充電直流電壓UN的反作用。在充電電路30的饋電節(jié)點37a和37b上可以截取充電電路30的輸出電壓UL,該輸出電壓可以用于為連接到饋電節(jié)點37a和37b上的儲能裝置例如一列儲能模塊5或儲能裝置1的支路(如圖1至圖5中所示)充電。充電電路30具有半導(dǎo)體開關(guān)33,續(xù)流二極管32和轉(zhuǎn)換器電感線圈31,它們實現(xiàn)了降壓轉(zhuǎn)換器。在此不言而喻的是,半導(dǎo)體開關(guān)33和/或轉(zhuǎn)換器電感線圈31在充電電路30的相應(yīng)電流路徑中的布置可以改變,使得例如轉(zhuǎn)換器電感線圈31也可以設(shè)置在續(xù)流二極管32與饋電節(jié)點37b之間。同樣地,半導(dǎo)體開關(guān)33也可以連接在續(xù)流二極管32與輸入端子36b之間。例如要充電的儲能裝置例如一列儲能模塊5或儲能裝置1的支路的輸出電壓或可替選地通過半導(dǎo)體開關(guān)33實現(xiàn)的降壓轉(zhuǎn)換器的占空比可以用作流經(jīng)轉(zhuǎn)換器電感線圈31的充電電流IL的調(diào)節(jié)量。也可能的是,在中間回路電感器35之上的輸入電壓UN用作充電電流IL的調(diào)節(jié)量。降壓轉(zhuǎn)換器例如也可以在運行狀態(tài)中以為1的恒定占空比來驅(qū)動,使得半導(dǎo)體開關(guān)33可以保持持續(xù)閉合。在此也可能的是省去帶有續(xù)流二極管32的續(xù)流路徑和半導(dǎo)體開關(guān)33。圖7示出了充電電路40的示意圖,該充電電路40具有輸入端子46a、46b,在所述輸入端子46a、46b上可以饋送進充電交流電壓uch。充電交流電壓uch在此可以通過(未示出)電路裝置來產(chǎn)生,例如通過逆變器全橋等等來產(chǎn)生。充電交流電壓優(yōu)選具有矩形非連續(xù)或連續(xù)的變化過程和高基頻。充電交流電壓uch例如可以通過具有連接在下游的逆變器電橋或變換器電橋的輸入側(cè)所連接的能量供給電源來提供。此外,充電電路40還可以具有變壓器45,該變壓器45的初級繞組與輸入端子46a、46b耦合。變壓器45的次級繞組可以與四個二極管構(gòu)成的全橋整流器電路44耦合,在全橋整流器電路44的輸出端上可以截取脈沖式直流電壓uN。脈沖式直流電壓的間隔長度的變化可以通過時間間隔的變化來實現(xiàn),在所述時間間隔中在變壓器45的初級繞組上的充電交流電壓uch并且由此在變壓器45的次級繞組上的相應(yīng)次級電壓具有0值。充電電路40的輸出電壓UL可以在充電電路40的饋電節(jié)點47a和47b上截取,該輸出電壓UL可以用于為連接到饋電節(jié)點47a和47b上的儲能裝置例如一列儲能模塊5或儲能裝置1的支路(如圖1至圖5中所示)充電。充電電路40具有續(xù)流二極管42和轉(zhuǎn)換器電感線圈41,其中轉(zhuǎn)換器電感線圈41用于平滑由全橋整流器電路44提供的脈沖式直流電壓。在此不言而喻的是,轉(zhuǎn)換器電感線圈41在充電電路40的相應(yīng)電流路徑中的布置可以改變,使得例如轉(zhuǎn)換器電感線圈41也可以設(shè)置在續(xù)流二極管42與饋電節(jié)點47b之間。例如要充電的儲能裝置例如一列儲能模塊5或儲能裝置1的支路(如在圖1至圖5中所示)的輸出電壓或可替選地脈沖式直流電壓uN的直流成分可以用作流經(jīng)轉(zhuǎn)換器電感線圈41的充電電流IL的調(diào)節(jié)量。在另一實施形式中,可以無替換地省去續(xù)流二極管42。在此情況下,全橋整流器電路44的二極管附加地承擔(dān)續(xù)流二極管42的功能。由此,節(jié)省了部件,但相反降低了充電電路40的效率。在圖8、圖9和圖10中示出了圖6或圖7的充電電路30如何可以與圖4和圖5的系統(tǒng)200組合的實施例。在此,圖8、圖9和圖10中所示的系統(tǒng)400、500或600的優(yōu)點在于:相應(yīng)的充電電路30或40和直流電壓截取裝置8尤其共同使用轉(zhuǎn)換器電感線圈10或31或41以及半橋電路9。在圖8中,圖6中所示的充電電路30與圖4中所示的系統(tǒng)200組合成一個系統(tǒng)400,其中該系統(tǒng)200具有儲能裝置1和直流電壓截取裝置8。在此,通過充電電路的輸入端子36b系接在升壓轉(zhuǎn)換器14的調(diào)節(jié)開關(guān)元件12與直流電壓截取裝置8的參考端子8d之間的節(jié)點38的方式,直流電壓截取裝置8的半橋電路9用作充電電路30的饋電電路。以此方式,轉(zhuǎn)換器電感線圈10同樣可以作為充電電路30的轉(zhuǎn)換器電感線圈31來起作用。充電電路30的饋電節(jié)點37b由此與半橋電路9的陰極聚集點耦合,并且通過半橋電路9的二極管9a分別與聚集端子8a、8b、8c之一連接。直流電壓截取裝置8的聚集端子8a、8b、8c因此用作充電電路30的饋電端子8a、8b、8c。充電電路30的第二饋電節(jié)點37a與儲能裝置1的參考電勢匯流排4耦合,使得充電電流IL可以經(jīng)由第二饋電節(jié)點37a、參考電勢匯流排4、能量供給支路Z的儲能模塊3、半橋電路9、第一饋電節(jié)點37b、轉(zhuǎn)換器電感線圈10或31和節(jié)點38又返回至充電電路30中。充電電路30的續(xù)流路徑可以通過如下方式來實現(xiàn):續(xù)流二極管32耦合在節(jié)點38與參考端子8d之間。續(xù)流二極管32防止了充電電路30在其有源運行狀態(tài)中在第二饋電節(jié)點37a與節(jié)點38之間短路。同時,續(xù)流二極管32在充電電路30去激活時將升壓轉(zhuǎn)換器14的節(jié)點38與直流電壓截取裝置的參考端子8d連接并且由此防止升壓轉(zhuǎn)換器14的輸入電流從節(jié)點38流經(jīng)充電電路30的中間回路電容器35并且對充電電路30負(fù)向充電。二極管32因此同時起用于充電電路30的中間回路電容器35的反極性保護二極管的作用。通過半橋電路9的二極管9a保證了實際也能夠?qū)㈦娔芰恳雰δ苣K3中。升壓轉(zhuǎn)換器14的調(diào)節(jié)開關(guān)元件12在此可以用于根據(jù)調(diào)節(jié)開關(guān)元件12的占空比t將充電電流IL的一部分要么引導(dǎo)通過調(diào)節(jié)開關(guān)元件12要么通過升壓轉(zhuǎn)換器14的輸出二極管11和直流電壓截取裝置8的中間回路電容器13。占空比t在此表示調(diào)節(jié)開關(guān)元件12被置于斷開狀態(tài)中的間隔的相對時間比例。在此調(diào)節(jié)開關(guān)元件12的占空比越小,則與在調(diào)節(jié)開關(guān)元件12上降落的電壓的直流成分相比,在直流電壓截取裝置8的中間回路電容器13之上的直流電壓UZK就越小。以此方式例如根據(jù)可連接到直流電壓截取裝置8的截取端子8e、8f上的車載電源的負(fù)載需求可以對調(diào)節(jié)開關(guān)元件12的占空比t進行調(diào)節(jié)使得在中間回路電容器13之上的直流電壓UZK基本上保持恒定。利用充電電路30和直流電壓截取裝置8構(gòu)成的配置于是可能之處在于:在充電運行中也就是說在充電電路30的有源運行中,通過調(diào)節(jié)開關(guān)元件12在間歇運行中即在時鐘控制的運行中以占空比t來激勵的方式,因此為直流電壓截取裝置8提供直流電壓。在圖8的系統(tǒng)400中,省去了圖6中的充電電路30的半導(dǎo)體開關(guān)33。由此不可能利用充電電路30中的升壓轉(zhuǎn)換器功能。因此可替選地還可以設(shè)計成:半導(dǎo)體開關(guān)33耦合在中間回路電容器35的與充電電路30的輸入端子36a連接的極與饋電節(jié)點37a之間或在節(jié)點38與中間回路電容器35的與充電電路30的輸入端子36b連接的極之間,以便能夠?qū)崿F(xiàn)充電直流電壓UN的相應(yīng)的降低。儲能裝置1的輸出端子1a、1b、1c的輸出電勢可以在充電運行模式中即在充電電路激活的情況下設(shè)置到統(tǒng)一的尤其是為負(fù)的值上。如果該值的數(shù)值小于充電直流電壓UL減去與調(diào)節(jié)開關(guān)元件12的占空比相乘的在直流電壓截取裝置8的輸出端上的中間回路電壓UZK的值,則充電電流IL升高。如果該值的數(shù)值大于充電直流電壓UL減去與調(diào)節(jié)開關(guān)元件12的占空比相乘的在直流電壓截取裝置8的輸出端上的中間回路電壓UZK的值,則充電電流IL降低。以此方式,可以調(diào)節(jié)充電電流IL。為了保證充電電流IL均勻分布到儲能裝置1的各能量供給支路Z上,調(diào)節(jié)器可以預(yù)給定能量供給支路Z的輸出電勢之間的偏差。為此,半橋電路9的換向電感線圈9b可以用作對稱電感線圈。換向電感線圈9b例如也可以設(shè)置在一個、兩個或三個芯上,使得只有在通過各支路的充電電流之間的偏差會引起磁場,而總充電電流IL不會引起磁場。在圖9中,圖7中所示的充電電路40與圖4中所示的系統(tǒng)200組合成一個系統(tǒng)500,其中該系統(tǒng)200具有儲能裝置1和直流電壓截取裝置8。在此,通過充電電路40的全橋整流器電路44的陽極聚集點系接在升壓轉(zhuǎn)換器14的調(diào)節(jié)開關(guān)元件12與直流電壓截取裝置8的截取端子8f之間的節(jié)點48的方式,將直流電壓截取裝置8的半橋電路9用作充電電路40的饋電電路。以此方式,轉(zhuǎn)換器電感線圈10同樣可以作為充電電路40的轉(zhuǎn)換器電感線圈41來起作用。充電電路40的饋電節(jié)點47b因此與半橋電路9的陰極聚集點耦合,并且通過半橋電路9的二極管9a分別與聚集端子8a、8b、8c之一連接。直流電壓截取裝置8的聚集端子8a、8b、8c因此用作充電電路40的饋電端子8a、8b、8c。充電電路40的第二饋電節(jié)點47a與儲能裝置1的參考電勢匯流排4耦合,使得充電電流IL可以經(jīng)由第二饋電節(jié)點47a、參考電勢匯流排4、能量供給支路Z的儲能模塊3、半橋電路9、第一饋電節(jié)點47b、調(diào)節(jié)開關(guān)元件12或輸出二極管11和中間回路電容器13和節(jié)點48構(gòu)成的串聯(lián)電路又返回至充電電路40中。在節(jié)點48與參考端子8d中間設(shè)置續(xù)流二極管42。續(xù)流二極管42防止了充電電路40在其有源運行狀態(tài)中在第二饋電節(jié)點47a與節(jié)點48之間短路。同時,續(xù)流二極管42在充電電路40去激活時將升壓轉(zhuǎn)換器14的節(jié)點48與直流電壓截取裝置8的參考端子8d連接并且由此防止升壓轉(zhuǎn)換器14的輸入電流從節(jié)點48流經(jīng)充電電路40的中間回路電容器44并且在那里引起導(dǎo)通損耗提高。但在圖9所示的實施形式中,也可以省去二極管42,因為半橋整流器電路44也提供了與續(xù)流二極管42并聯(lián)的續(xù)流路徑,其中通過全橋整流器電路44的續(xù)流路徑與通過續(xù)流二極管42的續(xù)流路徑相比具有更高的導(dǎo)通電壓。通過半橋電路9的二極管9a保證了實際也能夠?qū)㈦娔芰恳雰δ苣K3中。升壓轉(zhuǎn)換器14的調(diào)節(jié)開關(guān)元件12在此可以如結(jié)合圖8所描述的那樣根據(jù)調(diào)節(jié)開關(guān)元件12的占空比t將充電電流IL的一部分要么引導(dǎo)通過調(diào)節(jié)開關(guān)元件12要么通過升壓轉(zhuǎn)換器14的輸出二極管11和直流電壓截取裝置8的中間回路電容器13。在圖9的系統(tǒng)500中,省去了如在根據(jù)圖6的充電電路30中設(shè)置的半導(dǎo)體開關(guān)33。由此在此不可能通過間歇優(yōu)選時鐘控制地切換半導(dǎo)體開關(guān)33來使用充電電路40的升壓轉(zhuǎn)換器功能。然而,充電電路40的續(xù)流狀態(tài)也可以通過脈沖式充電直流電壓uN的瞬時值置于0值來調(diào)節(jié)。這例如可以通過在變壓器45的初級繞組上的充電交流電壓uch具有0值的時間間隔的相應(yīng)預(yù)給定來實現(xiàn)。通過這樣引起的充電直流電壓uN的占空比的變化可以改變充電直流電壓的直流成分。可選地,但也可以將(在圖9中未示出的)半導(dǎo)體開關(guān)33插接在升壓轉(zhuǎn)換器的節(jié)點48與全橋整流器電路44的陽極聚集點之間或在全橋整流器電路44的陰極聚集點與饋電節(jié)點47a之間。這能夠通過間歇優(yōu)選時鐘控制地切換實現(xiàn)充電電路40的真實降壓轉(zhuǎn)換器運行。然而在此情況下不允許省去續(xù)流二極管42,因為在半導(dǎo)體開關(guān)33斷開時通過全橋整流器電路44的并聯(lián)續(xù)流路徑截止。圖10示出了系統(tǒng)600的示意圖,該系統(tǒng)600通過圖6中的充電電路30與圖5的系統(tǒng)300組合來形成。該系統(tǒng)600與系統(tǒng)400不同之處主要在于:充電電路30以相反的極性系接到直流電壓截取裝置8上,并且在儲能裝置1的充電運行中能量供給支路被設(shè)置到統(tǒng)一的尤其為正的輸出電勢上。同樣地,應(yīng)清楚的是,具有相反的極性的系統(tǒng)也可以通過圖7的充電電路與圖5的系統(tǒng)300組合來實現(xiàn)。所說明的電路裝置的所有開關(guān)元件可以包括功率半導(dǎo)體開關(guān),例如常斷或常通的n溝道或p溝道MOSFET開關(guān)或相應(yīng)的IGBT開關(guān)。圖11示出了用于為儲能裝置尤其是如結(jié)合圖1至圖10所描述的儲能裝置1充電的方法20的示意圖。該方法20例如可以用于為具有圖6、9或10的電驅(qū)動系統(tǒng)400、500或600的電驅(qū)動的車輛的儲能裝置1充電。在可選的步驟S1中首先可以進行對儲能裝置1的運行狀態(tài)的檢測。例如,在儲能裝置1的運行狀態(tài)是儲能裝置1為輸出端子1a、1b、1c提供交流電壓的狀態(tài)(例如針對電驅(qū)動的車輛的電機2的行駛運行)時,在不管充電電路的情況下對升壓轉(zhuǎn)換器14的調(diào)節(jié)開關(guān)元件12進行激勵。充電電路本身并不妨礙對用于為車輛的車載電源提供直流電壓的升壓轉(zhuǎn)換器14的激勵。附加地,同時可以激活充電電路30,、40并且將附加的充電直流電流饋送進該系統(tǒng)中。通過儲能裝置1的支路的輸出電壓相應(yīng)同向推移可以借助充電電流立即又為儲能裝置輸送電能量。在儲能裝置1的運行狀態(tài)是儲能裝置1沒有為輸出端子1a、1b、1c提供交流電壓的狀態(tài)(例如在電驅(qū)動的車輛的靜止模式(或Ruhebetrieb))時,通過在充電電路的輸入端子上提供充電直流電壓UN或充電交流電壓uch的方式可以激活充電電路。直流電壓截取裝置8的調(diào)節(jié)開關(guān)元件12在此可以持久地閉合,也就是說,選擇為0的占空比,使得將直流電壓截取裝置8去激活。對此可替選地,調(diào)節(jié)開關(guān)元件12可以以不同于零的占空比t來激勵,使得在截取端子8e、8f上可以提供直流電壓,該直流電壓與減去通過在截取端子8e、8f上的未示出的負(fù)載獲取的電荷的、通過充電電流IL的一部分對中間回路電容器13充電的電荷量有關(guān)。在方法20的步驟S2中,根據(jù)充電直流電壓UN至少偶爾可以產(chǎn)生直流電流IL。在步驟S3中,可以利用預(yù)給定的占空比t以時鐘控制方式激勵調(diào)節(jié)開關(guān)元件12,使得比例與占空比t有關(guān)的通過輸出二極管11的直流電流IL被輸送給直流電壓截取裝置8的截取端子8e、8f和中間回路電容器13。在步驟S4中,直流電流IL通過半橋電路9被饋送進儲能裝置1的輸出端子1a、1b、1c,并且在步驟S5中通過儲能裝置1的參考電勢匯流排4又反饋到充電電路中。由于儲能裝置1在雙極性電壓調(diào)節(jié)范圍中被驅(qū)動,所以通過半橋電路9可以保證至少偶爾充電電流流經(jīng)儲能裝置1的儲能單元模塊5。在此情況下特別有利的是,轉(zhuǎn)換器電感線圈31或41和半橋電路9不僅是充電電路30的部件而且是直流電壓截取裝置8的部件。由此,電驅(qū)動系統(tǒng)的部件需求降低,而直流電壓截取裝置8或充電電路30或40的功能能力并未受相應(yīng)其他電路妨礙。同樣,特別有利的是,儲能裝置1、電機2、直流電壓截取裝置8和充電電路30或40可以同時被驅(qū)動,使得儲能裝置1同時通過電機2獲取或輸送電能量,通過直流電壓截取裝置8和連接到其截取端子8e、8f上的車載電源獲取電能量以及可以由充電電路30或40輸送電能。
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