能量?jī)?chǔ)存裝置、具有能量?jī)?chǔ)存裝置的系統(tǒng)及用于驅(qū)動(dòng)能量?jī)?chǔ)存裝置的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生n相電源電壓的能量?jī)?chǔ)存裝置(1)，其中，n≥1，該能量?jī)?chǔ)存裝置具有多個(gè)并聯(lián)連接的能量供給支路(1a)，且每個(gè)能量供給支路分別與能量?jī)?chǔ)存裝置(1)的輸出連接端(6)相連接。該能量供給支路(1a)分別具有多個(gè)串聯(lián)可控的能量?jī)?chǔ)存模塊(2)，該能量?jī)?chǔ)存模塊(2)分別具有至少一個(gè)能量?jī)?chǔ)存單元(2a)，以及多個(gè)分別與多個(gè)能量?jī)?chǔ)存模塊(2)中的一個(gè)相連接的耦合模塊(3)，該耦合模塊分別被設(shè)置用于分別將連接的能量?jī)?chǔ)存模塊(2)耦合入能量供給支路(1a)或者將其跨接。該能量?jī)?chǔ)存裝置(1)還包含與耦合模塊(3)相連接的控制裝置(9)，該控制裝置被設(shè)置用于依據(jù)能量?jī)?chǔ)存模塊(2)中的每個(gè)的老化函數(shù)的值來(lái)操控耦合模塊(3)中的每個(gè)，以將所述分別連接的能量?jī)?chǔ)存模塊(2)耦合入多個(gè)能量供給支路(1a)中的一個(gè)中，并且根據(jù)每個(gè)能量供給支路(1a)能量?jī)?chǔ)存模塊(2)的老化函數(shù)的和以及電的負(fù)載(8)的負(fù)載需求通過(guò)操控支路耦合模塊(4)來(lái)控制能量供給支路(1a)的通斷。
【專利說(shuō)明】能量?jī)?chǔ)存裝置、具有能量?jī)?chǔ)存裝置的系統(tǒng)及用于驅(qū)動(dòng)能量?jī)?chǔ)存裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能量?jī)?chǔ)存裝置、一種具有該能量?jī)?chǔ)存裝置的系統(tǒng)以及用于驅(qū)動(dòng)該能量?jī)?chǔ)存裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在將來(lái)，無(wú)論是在諸如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備或者太陽(yáng)能設(shè)備的靜態(tài)的應(yīng)用，還是在諸如混合動(dòng)力車輛或者電動(dòng)車輛的車輛中都將更多地應(yīng)用把電的操作技術(shù)和新的能量?jī)?chǔ)存技術(shù)相結(jié)合的電力系統(tǒng)。例如，如今通過(guò)在蓄電池單元組裝成組來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其中，其后連接的逆變器提供電機(jī)的電源電壓。
[0003]例如，在三相電機(jī)或者三相電源網(wǎng)絡(luò)的供電連接端處的交流電流供電時(shí)，直流電壓中間電路提供的直流電壓通過(guò)脈沖逆變器形式的變頻器轉(zhuǎn)換為三相交流電壓。該直流電壓中間電路從它那方面由蓄電池單元的線路供電。為了能夠滿足針對(duì)每一個(gè)應(yīng)用所給定的對(duì)于功率和能量的要求，更多的蓄電池單元被串聯(lián)連接起來(lái)。
[0004]在這樣的設(shè)計(jì)裝配中期望在供電回路中選擇性地接入單個(gè)的蓄電池單元，從而或者在其后連接的電子的功率放大級(jí)中獲得系統(tǒng)性的優(yōu)勢(shì)，或者有針對(duì)性的從供電回路中移除隨著時(shí)間的老化或者使用而致的功率降低的單個(gè)的蓄電池單元。蓄電池單元的老化是基于能量通量(Durchsatz)和/或功率通量、運(yùn)行溫度以及其他的參數(shù)的。由于與制造有關(guān)的實(shí)際功率的波動(dòng)或者單個(gè)的蓄電池單元的不穩(wěn)定的環(huán)境條件使得一些蓄電池單元比其他蓄電池單元老化得快。在多個(gè)相互連接的蓄電池單元中，由于不同的老化情況能夠?qū)е聠蝹€(gè)的蓄電池單元之間的不平衡，從而最弱的蓄電池單元就決定了電源電路的整體的實(shí)際功率。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的基于單元電壓的平衡方法在這里不區(qū)分不平衡是由短的時(shí)間內(nèi)很高的功率輸出導(dǎo)致還是由長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)低的功率輸出導(dǎo)致。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明完成了一種用于產(chǎn)生η相電源電壓的能量?jī)?chǔ)存裝置，其中，n ^ 1，其具有多個(gè)并聯(lián)連接的能量供給支路，所述能量供給支路分別與所述能量?jī)?chǔ)存裝置的輸出連接端相連接，其中，所述能量供給支路分別具有多個(gè)串聯(lián)可控的并且分別具有至少一個(gè)能量?jī)?chǔ)存單元的能量?jī)?chǔ)存模塊，以及多個(gè)分別與多個(gè)所述能量?jī)?chǔ)存模塊中的一個(gè)相連接的耦合模塊，所述耦合模塊分別被設(shè)置用于分別將分別連接的能量?jī)?chǔ)存模塊耦合入所述能量供給支路或者將其跨接，所述能量?jī)?chǔ)存裝置還具有與所述耦合模塊相連接的控制裝置，所述控制裝置被設(shè)置用于根據(jù)所述能量?jī)?chǔ)存模塊中的每個(gè)的老化函數(shù)的值來(lái)操控所述耦合模塊中的每個(gè)，以將所述分別連接的所述能量?jī)?chǔ)存模塊耦合入多個(gè)所述能量供給支路中的一個(gè)中。
[0006]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方 式，本發(fā)明提出了用于驅(qū)動(dòng)依據(jù)本發(fā)明的能量?jī)?chǔ)存裝置的方法，所述方法的步驟包括獲取所述能量?jī)?chǔ)存模塊中的每個(gè)的運(yùn)行參數(shù)、在所獲取的運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)上分別對(duì)于所述能量?jī)?chǔ)存模塊中的每個(gè)計(jì)算老化函數(shù)的值、確定能量?jī)?chǔ)存裝置的瞬時(shí)的負(fù)載需求，以及根據(jù)所述瞬時(shí)負(fù)載需求，在所有能量?jī)?chǔ)存模塊的老化函數(shù)的計(jì)算的值的基礎(chǔ)上選出一組能量?jī)?chǔ)存模塊，所述一組能量?jī)?chǔ)存模塊用于產(chǎn)生η相電源電壓。
[0007]在一個(gè)有利的實(shí)施方式中，所述能量?jī)?chǔ)存模塊的每個(gè)的所述老化函數(shù)被描述成單調(diào)遞增的損傷累積函數(shù)，在所述損傷累積函數(shù)中，老化決定的運(yùn)行參數(shù)的每個(gè)變化都會(huì)導(dǎo)致所述老化函數(shù)的值的升高。
[0008]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明提出了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有q相電機(jī)，其中，q>l，還具有與所述電機(jī)相連接的并被設(shè)置用于產(chǎn)生用于所述電機(jī)的運(yùn)行的q相交流電壓的逆變器，以及依據(jù)本發(fā)明的與所述逆變器相連接的并被設(shè)置用于產(chǎn)生用于所述逆變器的電源電壓的能量?jī)?chǔ)存裝置。
[0009]本發(fā)明的一個(gè)想法是選擇性地在能量?jī)?chǔ)存裝置的不同的能量供給支路上接入能量?jī)?chǔ)存模塊，從而在所述能量?jī)?chǔ)存裝置的輸出連接端處產(chǎn)生直流電壓。所述能量?jī)?chǔ)存模塊的選擇性的接入取決于與每個(gè)所述能量?jī)?chǔ)存模塊相關(guān)的能量?jī)?chǔ)存單元的單個(gè)的單元老化情況。每個(gè)能量?jī)?chǔ)存單元的所述單元老化情況由單元本身的老化函數(shù)得到，所述老化函數(shù)取決于所述能量?jī)?chǔ)存單元的運(yùn)行參數(shù)，從而與接入線路中的單個(gè)所述能量?jī)?chǔ)存單元的累計(jì)的蓄電池老化情況有關(guān)的關(guān)于所有能量?jī)?chǔ)存模塊的總的接入狀態(tài)得到了優(yōu)化。和已知的平衡函數(shù)不同，所述累計(jì)的老化函數(shù)能夠描述不同的運(yùn)行參數(shù)，包括運(yùn)行時(shí)間和耐用時(shí)間對(duì)老化的不同的影響，并由此實(shí)現(xiàn)所述能量?jī)?chǔ)存裝置的耐用時(shí)間的優(yōu)化。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)想法是，在能量?jī)?chǔ)存裝置中提供用于選擇性地將能量?jī)?chǔ)存模塊接入多個(gè)并聯(lián)連接的能量供給支路的分層控制回路，所述能量供給支路包括多個(gè)能量?jī)?chǔ)存模塊的串聯(lián)電路。從而在第一層級(jí)上優(yōu)化能量供給支路上的接入的單個(gè)的所述能量?jī)?chǔ)存單元的累計(jì)的單元老化情況。在第二層級(jí)上實(shí)現(xiàn)所接入的能量供給支路的所述累計(jì)的單元老化情況的更高的優(yōu)化。
[0011]本發(fā)明的一大優(yōu)勢(shì)在于，通過(guò)所述能量?jī)?chǔ)存模塊的接入狀態(tài)的優(yōu)化使得整個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置的耐用時(shí)間、實(shí)際功率以及可用性得到提高。在所述能量?jī)?chǔ)存裝置必須為具有隨時(shí)間強(qiáng)烈變化的負(fù)載的負(fù)載產(chǎn)生電源電壓的情況下，這種改善尤其顯著。
[0012]本發(fā)明的另一大優(yōu)勢(shì)在于，在所述接入狀態(tài)的優(yōu)化中并不僅僅考慮所述能量?jī)?chǔ)存單元的瞬時(shí)狀態(tài)，而是特別地考慮單個(gè)所述能量?jī)?chǔ)存單元的具體的負(fù)載歷史。從而所述接入方案能夠動(dòng)態(tài)地和所述能量?jī)?chǔ)存裝置的變化的運(yùn)行狀態(tài)相適應(yīng)。
[0013]依據(jù)本發(fā)明所述的接入策略能夠在所述能量?jī)?chǔ)存裝置的每個(gè)運(yùn)行模式下都有利地轉(zhuǎn)換。例如在所述能量?jī)?chǔ)存裝置的放電過(guò)程中能夠優(yōu)化為所述能量?jī)?chǔ)存裝置的放電電壓做出貢獻(xiàn)的所述能量?jī)?chǔ)能單元的所述接入狀態(tài)。或者在所述能量?jī)?chǔ)存裝置的充電過(guò)程中能夠優(yōu)化所述能量?jī)?chǔ)存裝置上的受充電電壓作用的所述能量?jī)?chǔ)存單元的所述接入狀態(tài)。在再充電過(guò)程中，即能量?jī)?chǔ)存裝置上第一儲(chǔ)能電池的放電用于第二儲(chǔ)能電池的充電，能夠遵照依據(jù)本發(fā)明所述的接入策略得以實(shí)施。
[0014]能量?jī)?chǔ)存模塊的每個(gè)所述老化函數(shù)能夠優(yōu)選地取決于隨時(shí)間的運(yùn)行溫度變化、隨時(shí)間的功率通量的變化、隨時(shí)間的能量通量的變化和/或累計(jì)運(yùn)行時(shí)間。這提供了以下好處，即為了能夠得到每個(gè)能量?jī)?chǔ)存模塊的老化歷史的準(zhǔn)確的結(jié)果，能夠把與能量?jī)?chǔ)存模塊或者從屬的所述能量?jī)?chǔ)存單元的老化相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)代入所述老化函數(shù)中進(jìn)行綜合演算。[0015]在一個(gè)有利的實(shí)施方式中，所述控制裝置能夠被設(shè)置用于依據(jù)每個(gè)所述能量?jī)?chǔ)存模塊的所述隨時(shí)間的運(yùn)行溫度變化、隨時(shí)間的功率通量的變化、隨時(shí)間的能量通量的變化、無(wú)能量消耗的耐用時(shí)間和/或累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，在預(yù)先確定的時(shí)間間隔內(nèi)更新每個(gè)所述能量?jī)?chǔ)存模塊的所述老化函數(shù)的值。因此便以一種有利的方法使得所述接入策略對(duì)瞬時(shí)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)的適應(yīng)成為可能。此外，儲(chǔ)存容量和計(jì)算容量都能夠由此獲得節(jié)省，因?yàn)橥ㄟ^(guò)所述老化函數(shù)的不斷的更新，老化歷史已經(jīng)被隱含地考慮在內(nèi)了。
[0016]優(yōu)選地，控制裝置具有單元平衡裝置，其被設(shè)置用于在所述每條能量供給支路上如此地選擇耦合模塊的預(yù)先確定的數(shù)量，以把每個(gè)與所選出的耦合模塊相關(guān)聯(lián)的所述能量?jī)?chǔ)存模塊耦合入所述能量供給支路，使得所述能量供給支路上的分別與所述所選出的耦合模塊相關(guān)聯(lián)的所述能量?jī)?chǔ)存模塊的所述老化函數(shù)的值的和之間的差值最小。通過(guò)這種方式能夠依據(jù)所述第一層級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)于所述能量供給支路上的所述能量?jī)?chǔ)存模塊的所述接入方案的平衡。
[0017]此外，根據(jù)一個(gè)有利的實(shí)施方式，所述能量供給支路中的每條上還具有分別連接在所述耦合模塊和所述輸出連接端之間的支路耦合模塊，并且所述控制裝置能夠具有支路平衡裝置，其被設(shè)置用于如此地選擇支路耦合模塊的預(yù)先確定的數(shù)量，以把每個(gè)與所選出的支路耦合模塊相關(guān)聯(lián)的所述能量供給支路上的所述能量?jī)?chǔ)存模塊耦合到所述輸出連接端，使得分別與所述被選出的支路耦合模塊相關(guān)聯(lián)的所述能量供給支路上的所述能量?jī)?chǔ)存模塊的全部老化函數(shù)的值的總和最小。這以有利的方式使得對(duì)其上所述能量?jī)?chǔ)存模塊老化最弱的能量供給支路的取決于負(fù)載的選出成為可能，從而能夠依據(jù)第二層級(jí)實(shí)現(xiàn)跨支路的老化平衡。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]本發(fā)明的實(shí)施形式的其他特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)由參考附圖的后續(xù)的說(shuō)明給出。其中:
[0019]圖1示出了依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式而具有能量?jī)?chǔ)存裝置的系統(tǒng)的示意圖；以及
[0020]圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的用于操作能量?jī)?chǔ)存裝置的方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1示出了具有能量?jī)?chǔ)存裝置I的系統(tǒng)10的示意圖。該能量?jī)?chǔ)存裝置I包含多個(gè)并聯(lián)連接的能量供給支路la。例如在圖1中示出了三條能量供給支路la，其中，能量供給支路Ia的任何其他數(shù)量也同樣是可能的。為了使附圖清晰明了，故只將左邊的那條能量供給支路Ia作如是標(biāo)記。
[0022]能量供給支路Ia中的每條都與相關(guān)聯(lián)的輸出連接端6相連接，每個(gè)輸出連接端都連接到逆變器7的電源電壓導(dǎo)線7a。在這種情況下能夠在輸出連接端6的每個(gè)的地方由與之相連接的能量供給支路Ia產(chǎn)生支路電壓。逆變器7能夠?qū)㈦娫措妷簩?dǎo)線7a上由能量?jī)?chǔ)存裝置I提供的電源電壓轉(zhuǎn)化為q相交流電壓，然后就能夠?qū)⒃搎相交流電壓傳輸給q相電機(jī)8。
[0023]可選地，把輸出連接端6中的每個(gè)與單獨(dú)的電源電壓導(dǎo)線7a相連接也能夠是可能的。在這種情況下能夠在輸出連接端6中的每個(gè)處由與之相連接的能量供給支路Ia產(chǎn)生能量?jī)?chǔ)存裝置I的η相電源電壓的部分相位電壓，該部分相位電壓能夠不用逆變器7而直接傳輸?shù)絨相電機(jī)8的相位連接端,其中,在特殊情況下能夠有n=q。在可選的另一個(gè)實(shí)施方式中，能量?jī)?chǔ)存裝置I能夠?qū)崿F(xiàn)集成的脈沖逆變器功能。
[0024]例如不是電機(jī)8而是其他的電負(fù)載也是可能的，例如電能網(wǎng)絡(luò)，由能量?jī)?chǔ)存裝置的電源電壓供電。在圖1中僅僅示例性的把電機(jī)8的相數(shù)q表示成3，而大于I的任何其他的相數(shù)同樣也是可能的。
[0025]能量供給支路Ia在它的末端處與參考電位5相連接。該參考電位5例如能夠分別是地電位。
[0026]能量?jī)?chǔ)存裝置I包括多個(gè)在能量供給支路Ia上串聯(lián)連接的耦合模塊3。在圖1中每條能量供給支路上示例性的示出了三個(gè)耦合模塊，其中，耦合模塊3的任何其他數(shù)量也同樣是可能的。耦合模塊3中的每個(gè)都與能量?jī)?chǔ)存模塊2相關(guān)聯(lián)。每個(gè)能量?jī)?chǔ)存模塊2都分別通過(guò)兩個(gè)電源連接端3c、3d和相關(guān)的耦合模塊3相連接。因此，能量?jī)?chǔ)存模塊2的數(shù)量和耦合模塊3的數(shù)量相關(guān)。
[0027]圖1的右側(cè)的截圖中示例性地示出了耦合模塊3的結(jié)構(gòu)，以下會(huì)對(duì)其做更具體的介紹。圖1中其余的耦合模塊3都能夠有類似的結(jié)構(gòu)。為了能簡(jiǎn)潔明了所以在圖1中僅僅具體地示出了一個(gè)耦合模塊3的元件的布置。
[0028]稱合模塊3包括第一稱合兀件SI和第二稱合兀件S2。第一和第二稱合兀件S1、S2能夠示例性地分別通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或者晶體管開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。第一和第二耦合元件S1、S2能夠示例性地通過(guò)可控制的開(kāi)關(guān)元件構(gòu)造。這里該開(kāi)關(guān)元件能夠被實(shí)施為例如功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，例如以絕緣柵門級(jí)晶體管(IGBT)或者金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的形式。因此第一和第二耦合元件S1、S2的設(shè)計(jì)能夠關(guān)于電流穩(wěn)定性與相關(guān)聯(lián)的能量?jī)?chǔ)存模塊2相適應(yīng)。例如，圖1中的耦合元件S1、S2示例性地實(shí)現(xiàn)半橋電路。當(dāng)?shù)谝获詈显I閉合并且第二耦合元件S2斷開(kāi)時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了在電源連接端3c、3d處耦合的能量?jī)?chǔ)存模塊2的跨接，從而耦合模塊3的輸入連接端3a和3b直接彼此相連。反之當(dāng)?shù)谝获詈显I斷開(kāi)并且第二耦合元件S2閉合時(shí)，能量?jī)?chǔ)存模塊2通過(guò)電源連接端3c、3d與每個(gè)能量供給支路Ia相f禹合。
[0029]對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該是清楚的，為了示例性地實(shí)現(xiàn)耦合模塊3的全橋電路，在耦合模塊3中能夠安置其他耦合元件。在這種情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)能量?jī)?chǔ)存模塊2在耦合模塊3的輸入連接端3a和3b之間的極性轉(zhuǎn)換。這里的其他耦合元件能夠是和該第一和第二耦合元件SI或者S2類似的。
[0030]能量?jī)?chǔ)存模塊2分別具有至少一個(gè)能量?jī)?chǔ)存單元2a，比如蓄電池單元或者其它能量?jī)?chǔ)存裝置，其被排布成使得在電源連接端3c、3d處有儲(chǔ)能電池2a的電源電壓。還能夠規(guī)定在電源連接端3c、3d間串聯(lián)連接更多的能量存儲(chǔ)單元2a。這里能夠讓能量?jī)?chǔ)存模塊2中的每個(gè)都具有儲(chǔ)能電池2a的相同的排布。
[0031]通過(guò)對(duì)耦合模塊3上耦合裝置SI或者S2的相應(yīng)的操控能夠讓相關(guān)聯(lián)的能量?jī)?chǔ)存模塊2選擇性地連接入或者跨接入能量供給支路la。為此能夠設(shè)置第一和第二耦合元件SI或者S2分別成對(duì)地切換。
[0032]能量供給支路Ia上的分電壓通過(guò)第一和第二耦合元件SI或者S2的各個(gè)接入狀態(tài)確定并且能夠分級(jí)進(jìn)行調(diào)整。該分級(jí)取決于能量?jī)?chǔ)存模塊2提供的單電壓以及能量?jī)?chǔ)存模塊2的個(gè)數(shù)。特別地，在一個(gè)能量供給支路Ia上的能量?jī)?chǔ)存模塊2的單電壓的總和能夠分別大于能量?jī)?chǔ)存裝置I的輸出連接端6上必須提供的最大分電壓大。在這種方式下就能夠?qū)崿F(xiàn)，僅僅使用每條能量供給支路Ia上的能量?jī)?chǔ)存模塊2的一部分去產(chǎn)生輸出連接端6處的分電壓。其余能量?jī)?chǔ)存模塊2能夠通過(guò)耦合模塊3分別進(jìn)行跨接。
[0033]能量?jī)?chǔ)存裝置I還包括通過(guò)控制導(dǎo)線9b與耦合模塊3相連接的控制裝置9，該控制裝置被設(shè)置用于通過(guò)對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)操控第一和第二耦合元件S1、S2。在這種方式下，通過(guò)控制裝置9來(lái)有針對(duì)性地協(xié)調(diào)地操控第一和第二耦合元件S1、S2能夠是可能的，這是為了在能量?jī)?chǔ)存裝置I的輸出連接端6處對(duì)能量?jī)?chǔ)存裝置I的輸出電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整?？刂蒲b置9還通過(guò)獲取導(dǎo)線9a與能量?jī)?chǔ)存模塊2相連接，能量?jī)?chǔ)存模塊2的運(yùn)行參數(shù)通過(guò)該獲取導(dǎo)線被獲取。在圖1中為了簡(jiǎn)潔明了只示出了一個(gè)控制導(dǎo)線9b和一個(gè)獲取導(dǎo)線9a，而同樣清楚的是在其余能量供給支路Ia上的能量?jī)?chǔ)存模塊2和耦合模塊3也是以相應(yīng)的方式通過(guò)控制導(dǎo)線和獲取導(dǎo)線和控制裝置9相連接。
[0034]如下面示出了參照?qǐng)D2示意性地示出的用于操作圖1中示出的能量?jī)?chǔ)存模塊I的方法，通過(guò)這種方式能夠?qū)δ芰績(jī)?chǔ)存模塊2進(jìn)行選擇以用于產(chǎn)生輸出連接端6上的分電壓。其余能量?jī)?chǔ)存模塊2不考慮用于產(chǎn)生在輸出連接端6處的分電壓。這種選擇能夠在能量?jī)?chǔ)存裝置I的運(yùn)行過(guò)程中改變，從而使得被選擇的能量?jī)?chǔ)存模塊2的組的組成是靈活的。這里的選擇尤其取決于能量?jī)?chǔ)存模塊2的單個(gè)的老化。
[0035]為了描述能量?jī)?chǔ)存模塊2的老化而對(duì)能量?jī)?chǔ)存模塊2中的每個(gè)都計(jì)算老化函數(shù)D:
[0036]Dx=f(U(t)，I(t)，T(t)，...)，
[0037]其中，X表示每個(gè)能量?jī)?chǔ)存模塊的編號(hào)，U (t)表示每個(gè)能量?jī)?chǔ)存模塊輸出電壓U隨時(shí)間的電壓變化，I (t )表示每個(gè)能量?jī)?chǔ)存模塊輸出電流強(qiáng)度I隨時(shí)間的電流強(qiáng)度變化并且T(t)表示每個(gè)能量?jī)?chǔ)存模塊的運(yùn)行溫度T隨時(shí)間的變化。這里數(shù)值^0、1(0 3(0、運(yùn)行時(shí)間t本身以及可能的其他數(shù)值描述能量?jī)?chǔ)存模塊2的運(yùn)行參數(shù)B。
[0038]運(yùn)行參數(shù)能夠在方法中的第一步21中被獲取。為此能量?jī)?chǔ)存裝置I的控制裝置9能夠示例性地通過(guò)獲取導(dǎo)線9a從能量?jī)?chǔ)存模塊中獲取運(yùn)行參數(shù)B。同樣能夠設(shè)置根據(jù)能量?jī)?chǔ)存裝置I的特性值和耦合模塊3的操控信號(hào)在控制裝置9中倒推出運(yùn)行參數(shù)B。
[0039]這里由老化函數(shù)D確定的函數(shù)關(guān)系f (B)能夠示例性地通過(guò)運(yùn)行參數(shù)B的變化下的壽命測(cè)試提前確定?；蛘吣軌蛟谀芰?jī)?chǔ)存裝置I運(yùn)行過(guò)程中，在控制裝置9中實(shí)施參數(shù)識(shí)別方法，來(lái)推導(dǎo)出該函數(shù)關(guān)系。
[0040]老化函數(shù)D能夠被視為單調(diào)增的和損傷函數(shù)，即變量的每個(gè)變化都會(huì)導(dǎo)致老化函數(shù)D的增大。特別地，這也表示，即使沒(méi)有用于產(chǎn)生電源電壓的能量?jī)?chǔ)存模塊2的負(fù)載，僅僅是隨著時(shí)間的老化也會(huì)導(dǎo)致老化函數(shù)D的值的升高。例如能夠確定促成老化函數(shù)D的值的升高的無(wú)能量消耗的累計(jì)的耐用時(shí)間。這里考慮到，能量?jī)?chǔ)存模塊2在被動(dòng)狀態(tài)即在本來(lái)的運(yùn)行之外老化。
[0041]此外老化函數(shù)D和瞬時(shí)觀察到的能量?jī)?chǔ)存模塊2的運(yùn)行參數(shù)，例如能量?jī)?chǔ)存模塊的瞬時(shí)的充電狀態(tài)，沒(méi)有聯(lián) 系。例如在一個(gè)充放電周期后能夠形成能量?jī)?chǔ)存模塊2的相同的充電狀態(tài)，而老化函數(shù)D的值在經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)周期后會(huì)上升，因?yàn)槊總€(gè)充放電過(guò)程都使能量?jī)?chǔ)存模塊2承擔(dān)負(fù)載，并且使能量?jī)?chǔ)存模塊2相應(yīng)地老化。
[0042]更確切地說(shuō)，在上述例子中關(guān)于老化函數(shù)D的值的變化能夠由這種充放電周期中的負(fù)載的類型推論出。老化函數(shù)D的值變化地越強(qiáng)烈，充放電周期的具體實(shí)施對(duì)于能量?jī)?chǔ)存模塊的耐用時(shí)間的損害就越大。在這種方式下，關(guān)于老化函數(shù)D的值的變化就能夠由不同的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)于能量?jī)?chǔ)存模塊2的影響推論出。例如老化函數(shù)D取決于隨時(shí)間的功率通量的變化，即取決于每個(gè)時(shí)間單元內(nèi)的電流強(qiáng)度和電壓。電流強(qiáng)度和/或電壓越大，功率通量越大并且能量?jī)?chǔ)存模塊受到的損傷越大。老化函數(shù)D還能夠取決于隨時(shí)間的能量通量的變化，即取決于隨著時(shí)間推移的電流強(qiáng)度和電壓。能量?jī)?chǔ)存模塊上出現(xiàn)高電壓和/或電流強(qiáng)度的時(shí)間越長(zhǎng)，能量通量越高并且能量?jī)?chǔ)存模塊受到的損傷越大。此外老化函數(shù)D還能夠取決于能量?jī)?chǔ)存模塊的運(yùn)行溫度T。如果能量?jī)?chǔ)存模塊主要在最優(yōu)溫度范圍之外的運(yùn)行溫度下運(yùn)行，即當(dāng)能量存儲(chǔ)模塊的運(yùn)行溫度長(zhǎng)時(shí)間地過(guò)熱或者過(guò)冷時(shí)，能夠?qū)δ芰績(jī)?chǔ)存模塊的老化產(chǎn)生消極的影響。最后，能量?jī)?chǔ)存模塊在靜止?fàn)顟B(tài)同樣會(huì)老化，從而累計(jì)的運(yùn)行時(shí)間對(duì)于能量?jī)?chǔ)存模塊也有損害作用。
[0043]對(duì)于能量?jī)?chǔ)存模塊2的每個(gè)的每個(gè)老化函數(shù)D的計(jì)算能夠在步驟22中在控制裝置9中實(shí)施。這里能夠設(shè)置老化函數(shù)D的值不斷地更新，即通過(guò)運(yùn)行參數(shù)的獲取會(huì)計(jì)算出老化函數(shù)D的變化，并將該變化的值加到老化函數(shù)D的原值上去。在這種方式下必須在控制裝置9中分別只儲(chǔ)存每個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置2的老化函數(shù)的一個(gè)值。老化函數(shù)D的值能夠在預(yù)先確定的尤其是周期性的間隔內(nèi)進(jìn)行更新。
[0044]在方法20的第三步驟23中能夠確定電機(jī)8的瞬時(shí)負(fù)載需求和/或電壓需求。瞬時(shí)負(fù)載需求和/或瞬時(shí)電壓需求給出了邊界條件，根據(jù)該邊界條件能夠在方法的步驟24中對(duì)能量?jī)?chǔ)存裝置I中的能量?jī)?chǔ)存模塊2的組進(jìn)行選擇。被選擇的能量?jī)?chǔ)存模塊2的組被分別用來(lái)提供能量?jī)?chǔ)存裝置I的輸出連接端6上的分電壓，這是通過(guò)控制裝置9通過(guò)控制導(dǎo)線9b操控每個(gè)相關(guān)聯(lián)的耦合模塊3來(lái)實(shí)現(xiàn)的。能量?jī)?chǔ)存模塊2的組的組合能夠靈活變動(dòng)，而這根據(jù)的是在最后選擇之后并且取決于邊界條件的所有能量?jī)?chǔ)存模塊2的老化函數(shù)的值是如何變化的。
[0045]能量?jī)?chǔ)存模塊2的選擇能夠示例性地形成兩個(gè)層級(jí)。在第一層級(jí)中能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)能量供給支路Ia上的能量?jī)?chǔ)存模塊2的選擇的依賴于老化的最優(yōu)化，即所謂“單元老化平衡”。此外控制裝置9能夠包括單元平衡裝置9c，其被設(shè)置用于在每條能量供給支路Ia上如此地選擇耦合模塊3的預(yù)先確定的數(shù)量，以把每個(gè)與被選擇出的耦合模塊3相關(guān)聯(lián)的能量?jī)?chǔ)存模塊2耦合入能量供給支路la，使得能量供給支路Ia上的分別與被選出的耦合模塊3相關(guān)聯(lián)的能量?jī)?chǔ)存模塊2的老化函數(shù)D的值的總和最小。
[0046]這里的優(yōu)化方程能夠?yàn)?br> [0047]
【權(quán)利要求】
1.一種用于產(chǎn)生η相電源電壓的能量?jī)?chǔ)存裝置(I)，其中，n ^ 1，所述能量?jī)?chǔ)存裝置具有: 多個(gè)并聯(lián)連接的能量供給支路(Ia)，其分別與所述能量?jī)?chǔ)存裝置(I)的輸出連接端(6)相連接，其中，所述能量供給支路(Ia)分別具有: 多個(gè)串聯(lián)可控的能量?jī)?chǔ)存模塊(2)，其分別具有至少一個(gè)能 量?jī)?chǔ)存單元(2a);以及 多個(gè)分別與所述多個(gè)能量?jī)?chǔ)存模塊(2)中的一個(gè)連接的耦合 模塊(3)，所述耦合模塊分別被設(shè)置用于將分別連接的能量 儲(chǔ)存模塊(2)耦合入所述能量供給支路(Ia)中或者將之跨 接；以及 控制裝置(9)，其與所述耦合模塊(3)連接并且被設(shè)置用于根據(jù)所述能量?jī)?chǔ)存模塊(2)中的每個(gè)的老化函數(shù)(D)的值來(lái)操控所述耦合模塊(3)中的每個(gè)，以將所述分別連接的能量?jī)?chǔ)存模塊(2)耦合入所述多個(gè)能量供給支路(Ia)中的一個(gè)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量?jī)?chǔ)存裝置(I)，其中，能量?jī)?chǔ)存模塊(2)的相應(yīng)的所述老化函數(shù)(D)取決于隨時(shí)間的運(yùn)行溫度變化、隨時(shí)間的功率通量的變化、隨時(shí)間的能量通量的變化、無(wú)能量消耗的耐用時(shí)間和/或累計(jì)的運(yùn)行時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的能量?jī)?chǔ)存裝置(I)，其中，所述控制裝置(9)被設(shè)置用于在預(yù)先確定的時(shí)間間隔內(nèi)根據(jù)相應(yīng)的能量?jī)?chǔ)存模塊(2)的所述隨時(shí)間的運(yùn)行溫度變化、隨時(shí)間的功率通量的變化、隨時(shí)間的能量通量的變化、無(wú)能量消耗的耐用時(shí)間和/或累計(jì)的運(yùn)行時(shí)間來(lái)更新每個(gè)能量?jī)?chǔ)存模塊(2)的所述老化函數(shù)(D)的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng) 所述的能量?jī)?chǔ)存裝置(I)，其中，所述控制裝置(9)具有: 單元平衡裝置(9c)，其被設(shè)置用于在所述能量供給支路(Ia)的相應(yīng)的一個(gè)中如此地選出預(yù)先確定的數(shù)量的耦合模塊(3)，所述預(yù)先確定的數(shù)量的耦合模塊用于將分別與所選出的耦合模塊(3)相關(guān)聯(lián)的所述能量?jī)?chǔ)存模塊(2)耦合入所述能量供給支路(Ia)中，以使得所述能量供給支路(Ia)的、分別與所述所選出的耦合模塊(3)相關(guān)聯(lián)的所述能量?jī)?chǔ)存模塊(2)的所述老化函數(shù)(D)的值之間的差是最小的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的能量?jī)?chǔ)存裝置(1)，其中，所述能量供給支路(Ia)中的每個(gè)還具有支路耦合模塊(4)，所述支路耦合模塊分別被耦合在所述耦合模塊(3)和所述輸出連接端(6)之間，并且 其中，所述控制裝置(9)具有: 支路平衡裝置(9d)，其被設(shè)置用于如此地選出預(yù)先確定的數(shù)量的支路耦合模塊(4)，所述預(yù)先確定的數(shù)量的支路耦合模塊用于將分別與所選出的支路耦合模塊(4)相關(guān)聯(lián)的所述能量供給支路(Ia)的所述能量?jī)?chǔ)存模塊(2)耦合到所述輸出連接端(6)，以使得分別與所述所選出的支路耦合模塊(4)相關(guān)聯(lián)的所述能量供給支路(Ia)的所述能量?jī)?chǔ)存模塊(2)的全部老化函數(shù)(D)的值的總和與分別與沒(méi)被選出的支路耦合模塊(4)相關(guān)聯(lián)的所述能量供給支路(Ia)的所述能量?jī)?chǔ)存模塊(2)的所有老化函數(shù)(D)的值的總和之間的差是最小的。
6.一種系統(tǒng)，其具有:q相電機(jī)⑶，其中q≥1 ; 逆變器(7)，其與所述電機(jī)(8)相連接并且被設(shè)置用于產(chǎn)生用于所述電機(jī)(8)的運(yùn)行的q相交流電壓；以及 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的能量?jī)?chǔ)存裝置(I)，其與所述逆變器(7)相連接，所述能量?jī)?chǔ)存裝置被設(shè)置用于產(chǎn)生用于所述逆變器(7)的電源電壓。
7.一種用于驅(qū)動(dòng)根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的能量?jī)?chǔ)存裝置(I)的方法，所述能量?jī)?chǔ)存裝置用于產(chǎn)生電源電壓，所述方法具有步驟: 獲取(21)所述能量?jī)?chǔ)存模塊(2)中的每個(gè)的運(yùn)行參數(shù)(B)； 在所獲取的運(yùn)行參數(shù)(B)的基礎(chǔ)上分別對(duì)于所述能量?jī)?chǔ)存模塊(2)中的每個(gè)計(jì)算(22)老化函數(shù)⑶的值； 確定(23)電的負(fù)載(8)的瞬時(shí)的負(fù)載需求；以及 根據(jù)所述瞬時(shí)的負(fù)載需求，在所有能量?jī)?chǔ)存模塊(2)的所述老化函數(shù)(D)的所計(jì)算的值的基礎(chǔ)上選出(24) —組能量?jī)?chǔ)存模塊(2)，所述一組能量?jī)?chǔ)存模塊用于產(chǎn)生η相電源電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法(20)，其中，所述運(yùn)行參數(shù)(B)包括所述能量?jī)?chǔ)存模塊(2)中的每個(gè)的隨時(shí)間的運(yùn)行溫度變化、隨時(shí)間的功率通量的變化、隨時(shí)間的能量通量的變化、無(wú)能量消耗的累計(jì)的耐用時(shí)間和/或累計(jì)的運(yùn)行時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8中任一項(xiàng)所述的方法(20)，其中，對(duì)所述老化函數(shù)(D)的值的計(jì)算包括在所獲取的運(yùn)行參數(shù)(B)的基礎(chǔ)上對(duì)所述老化函數(shù)(D)的之前的值的更新。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的方法(20)，其中，所述能量?jī)?chǔ)存裝置(I)以充電運(yùn)行、放電運(yùn)行或者再充電運(yùn)行方式來(lái)運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK103889772SQ201280036715
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月27日
【發(fā)明者】M·克勞斯納, V·登納, S·布茨曼 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會(huì)社