專利名稱：充電裝置的制作方法
充電裝置本發(fā)明涉及ー種用于對電動車的電存儲器進(jìn)行充電的充電裝置。此外，本發(fā)明涉及ー種風(fēng)能設(shè)備，并且此外還涉及ー種充電站以及風(fēng)能設(shè)備的饋送単元的應(yīng)用，以及ー種用于控制連接到交流電網(wǎng)上的充電裝置的方法。由于當(dāng)前全球性的石化燃料的能源短缺以及汽油機(jī)甚至柴油機(jī)的已知的低效率，電動車的重要性越來越高。在此，電動車尤其是可以理解為借助一個電動機(jī)或者多個電動機(jī)來驅(qū)動的乘用車(PKW)。這也可以包括所謂的混合動カ車輛，其不僅可以借助電動機(jī)來運(yùn)動，而且附加地具有另ー發(fā)動機(jī)，例如內(nèi)燃機(jī)。
這種電動車通常在電存儲器中、尤其是電池中存儲其能量。根據(jù)本發(fā)明和下面的描述，電存儲器或者電池尤其是可以理解為能夠?yàn)殡妱榆嚨臓恳妱訖C(jī)或者多個牽引電動機(jī)存儲電能的電存儲器。在此意義中，電動車尤其是也可以稱為電動汽車。這種電存儲器的存儲容量例如可以在30kWh到50kWh左右，典型地在35kWh左右。下面也將電存儲器稱為蓄電池(縮寫Akku)。為了對這種蓄電池充電，尤其是可以區(qū)分兩個一般的方案。根據(jù)ー個方案，蓄電池直接在汽車上充電，其中蓄電池保留在汽車(或者其他電動車)上。另一方案提出了將完全或者部分放電的蓄電池用已充電的蓄電池進(jìn)行更換。于是，有關(guān)的車輛行駛到ー個地點(diǎn)，在那里提供已充電狀態(tài)的至少ー個構(gòu)造相同的蓄電池，并且用該提供的蓄電池來更換完全或者部分放電的蓄電池。完全或者部分保留的蓄電池于是可以被充電，而有關(guān)的電動車已經(jīng)可以繼續(xù)行駛。這種蓄電池更換可以優(yōu)選地設(shè)置在中心位置如所謂的充電站處。充電站由此可以理解為如下地點(diǎn)電動車可以在該地點(diǎn)獲取電能。為了保證相當(dāng)?shù)目捎眯?，這種充電站必須庫存有大量蓄電池。如果例如從50個庫存蓄電池出發(fā)，在每個蓄電池50kW至IOOkW的充電功率情況下對它們進(jìn)行充電，則該示例性提及的充電站必須具備2. 5MW至5MW的充電功率。這樣的充電功率不僅對于充電裝置提出了這樣高的要求，而且也對于至供電網(wǎng)或者供電網(wǎng)的相應(yīng)的分支(該分支引導(dǎo)至所述充電站，即所述充電裝置)的連接提出了高要求。在此要注意的是，在可預(yù)期的電動車的增長情況下，不僅要考慮到ー個充電站，而且還要考慮到多個、最優(yōu)的是許多廣泛分布的充電站，或者對于電動車用戶而言會爭取實(shí)現(xiàn)這種狀況。作為一般的現(xiàn)有技術(shù)要引用如下文獻(xiàn)DE 103 31 084 Al、WO 2005/008808 A2、US 2006/0192435 Al、DE 100 08 02 8 Al以及2009年I月29日的柏林機(jī)動車技術(shù)和發(fā)動機(jī)技術(shù)研討會上Dirk Uwe Sauer的發(fā)表文章“混合動カ車輛和電動車中的電能存儲器(Eiektrische Energiespeicher in Hybrid-und Elektrofahrzeugen)”。由此，本發(fā)明所基于的任務(wù)是，針對上面描述的問題或者挑戰(zhàn)的至少之ー提出解決方案。特別地，本發(fā)明所基于的任務(wù)是，在考慮所涉及的供電網(wǎng)的特殊性情況下實(shí)現(xiàn)對于多個蓄電池充電的有效解決方案。根據(jù)本發(fā)明，提出了ー種根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電裝置。這種充電裝置包括饋送單元，用于將電能饋送到交流電網(wǎng)中；以及蓄電池單元和充電端子，用于連接蓄電池單元以對電存儲器之一進(jìn)行充電和/或放電。饋送單元包括直流電中間回路，用于緩存電能。直流電中間回路具有中間回路電壓，其中該中間回路電壓不必是恒定的。此外，饋送單元包括換流器(也稱為變頻器或者逆變器)，其被提供用于將來自直流電中間回路的直流電流或者直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電以饋送到交流電網(wǎng)中。同樣地，換流器被提供用于將來自交流電網(wǎng)的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流和/或直流電壓以饋送到直流電中間回路或者對直流電中間回路充電。根據(jù)本發(fā)明，充電裝置可以設(shè)置有僅僅一個蓄電池單元和相應(yīng)的端子。然而出于效率的原因，從若干個、尤其是多個蓄電池單元出發(fā)。每個蓄電池單元設(shè)計用于將電存儲器進(jìn)行充電和/或放電。在此，下文中充電或者放電也被理解為部分充電或者部分放電。最后，應(yīng)當(dāng)將充電裝置與相應(yīng)的蓄電池及可能的其他邊界條件匹配。用于對各連接的蓄電池充電的能量從直流電中間回路中獲得。在此要提及的是，中間回路存儲器本身通常僅僅可以存儲少量的能量并且更確切地說在緩存器的意義上工作。在蓄電池放電時，相應(yīng)地將能量或者放電電流引導(dǎo)至直流電中間回路。蓄電池或者多個連接在充電裝置上的蓄電池的放電設(shè)計用于將電能或者電功率饋送到交流電網(wǎng)中。如果在蓄電池中相應(yīng)地存在能量，則其可以針對不同目的而饋送到交流電網(wǎng)中。一方面，可以滿足相應(yīng)的能量需求。尤其是，考慮在峰值負(fù)載時間的饋送。于是，可以短時地在峰值負(fù)載時間為了滿足要求而將蓄電池中的能量饋送到交流電網(wǎng)中。在這種峰值負(fù)載時間結(jié)束時，又可以由交流電網(wǎng)對相應(yīng)的蓄電池充電。相比于通常在交流電網(wǎng)所需的能量、尤其是為了滿足峰值負(fù)載時間的附加能量需求而言，電動車的蓄電池的能量比較低。而根據(jù)本發(fā)明可能并且優(yōu)選地設(shè)計的是，將多個蓄電池連接在充電裝置上，使得充電裝置可以為了將能量饋送到交流電網(wǎng)中而具有相應(yīng)多的能量或者饋送功率。如果此外考慮使用若干個、尤其是多個根據(jù)本發(fā)明的充電裝置，其中分別多個蓄電池連接到充電裝置上，則可以將可觀的能量額和可用的饋送功率聚集在一起。結(jié)果，當(dāng)蓄電池的相應(yīng)的存儲容量聚集在一起時，甚至可以使得針對峰值負(fù)載而設(shè)計的燃?xì)獍l(fā)電廠成為多余。為了技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)，提出了根據(jù)本發(fā)明的充電裝置。一個并且尤其是若干個蓄電池的電能可以通過相應(yīng)的蓄電池單元輸送給直流電中間回路，并且由換流器饋送到交流電網(wǎng)中。優(yōu)選的是，充電裝置的饋送單元提供用于將無功功率饋送到交流電網(wǎng)中。由此可能的是，充電裝置此外可以通過饋送無功功率來實(shí)現(xiàn)對交流電網(wǎng)的支持。在此純粹預(yù)防性 地提出的是，相比于饋送點(diǎn)處在交流電網(wǎng)中交流電壓的相位，無功功率的饋送可以通過饋送具有相應(yīng)的相位的電流來實(shí)現(xiàn)。細(xì)節(jié)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是熟悉的，并且參考相關(guān)的專業(yè)文獻(xiàn)，例如 Mohan, Undeland, Robbins 的 Power Electronics ；John ffiley&Sons ；ISBN 0-471-58408-8o如開頭已經(jīng)闡述的那樣，本發(fā)明并且尤其是實(shí)施例所基于的認(rèn)識是在電動車相應(yīng)增加的情況下允許預(yù)期增加所謂的充電站并且由此增加優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明的充電裝置，其中充電站如傳統(tǒng)的加油站那樣廣泛地分布。于是，根據(jù)本發(fā)明的充電裝置的支持交流電網(wǎng)的能力于是特別是在如下地點(diǎn)或者區(qū)域是有利的它們與對交流電網(wǎng)進(jìn)行饋送的能量發(fā)生器如發(fā)電廠有較大距離。換而言之，通過根據(jù)本發(fā)明的充電裝置的廣泛分布，如其通過充電站所可能實(shí)現(xiàn)的那樣，也能夠?qū)崿F(xiàn)對于交流電網(wǎng)的相應(yīng)廣泛的支持。對于根據(jù)本發(fā)明的充電裝置，一個優(yōu)選的實(shí)施形式提出了使用風(fēng)能設(shè)備的饋送單在此有利的是，現(xiàn)代風(fēng)能設(shè)備的饋送単元通常目前已經(jīng)能夠有針對性地將無功功率饋送到交流電網(wǎng)中。更確切地說，這種饋送單元此外也與交流電網(wǎng)的運(yùn)營商的許多要求匹配，通常具有FACTS能力并且此外已被驗(yàn)證。這種饋送単元的設(shè)計也與應(yīng)用匹配，例如作為充電裝置，對于上面示例性提及的充電站考慮的是，現(xiàn)代風(fēng)能設(shè)備已經(jīng)具有超過5麗的額定功率。此外，風(fēng)能設(shè)備的饋送単元通常具有如其按照根據(jù)本發(fā)明的充電裝置提出的結(jié)構(gòu)，即使用帶有換流器或者逆變器的直流電中間回路。由此，僅僅需要任意用于對蓄電池充電和/或放電的蓄電池單元只與風(fēng)能設(shè)備的饋送単元的直流電中間回路匹配并且連接到其上。在此并不需要但是可能的是，對風(fēng)能設(shè)備本身進(jìn)行設(shè)計，即將所述直流電中間回路與發(fā)電機(jī)連接所需的所有部件，以及發(fā)電機(jī)、包括轉(zhuǎn)子葉片本身的轉(zhuǎn)子。當(dāng)然，與風(fēng)能設(shè)備的饋送單元匹配的變壓器同樣可以與根據(jù)本發(fā)明的充電裝置一同使用。優(yōu)選的是，提供饋送單元用于將中間回路電壓控制到可預(yù)給定的值。通常，根據(jù)エ作狀態(tài)，對于中間回路電壓存在最優(yōu)值。該最優(yōu)值應(yīng)當(dāng)盡可能小，以便保護(hù)涉及的半導(dǎo)體器件，以便實(shí)現(xiàn)盡可能長的壽命。而同時，該值必須選擇得如所需的那樣大，使得尤其是可能饋送到交流電網(wǎng)中。優(yōu)選的是，饋送單元針對所謂的4象限工作來設(shè)計。在此，其理解為如下工作其中任選地有功功率可以被饋送到交流電網(wǎng)中或者從交流電網(wǎng)中提取。此外，可以任選地將無功功率饋送到交流電網(wǎng)中或者從其中提取。對于一方面為有功功率而另一方面為無功功率的兩種可能性分別可以組合，使得在相應(yīng)的4個象限的每個中的工作都是可能的。當(dāng)然有功功率和/或無功功率也可以分別或者同時地具有零值。為了保證這種4象限工作，例如可以設(shè)計一種饋送単元，其可以保證雙向工作方式，即從直流電中間回路出發(fā)將交流電流饋送到交流電網(wǎng)中以及(在相反方向上)從交流電網(wǎng)出發(fā)將直流電流饋送到直流電中間回路中或者輸送給直流電中間回路。根據(jù)另ー實(shí)施形式，充電裝置具有輸入接ロ或者輸入端ロ，用于輸入有功功率額定值來預(yù)給定要饋送到交流電網(wǎng)中或者從其中要提取的有功功率，和/或用于輸入無功功率額定值以預(yù)給定要饋送到交流電網(wǎng)中或者從其中要提取的無功功率。在此，由此設(shè)計的是，從外部預(yù)給定該有功功率額定值和/或無功功率額定值。于是，如果可能的話，充電裝置實(shí)現(xiàn)所述預(yù)給定的設(shè)置。有功功率額定值和無功功率額定值在此原則上可以被不同地處理。有功功率額定值的預(yù)給定主要涉及定性的說明，即尤其是是否要將有功功率饋送到交流電網(wǎng)中，或者可以從交流電網(wǎng)中提取有功功率。要提取的有功功率或者要饋送的有功功率的大小雖然原則上也可以被預(yù)給定，然而也基本上取決于所連接的蓄電池的容量。優(yōu)選的是，相應(yīng)地饋送最大的有功功率或者提取最大的有功功率。無功功率額定值也包括如下信息是否要饋送無功功率或者要從交流電網(wǎng)中提取無功功率，而其中無功功率額定值優(yōu)選可以定性地上并且尤其是在預(yù)給定的邊界內(nèi)具有任意值。換而言之，額定值在此被漸進(jìn)式地預(yù)給定。還要注意的是，無功功率的饋送或者提取原則上與連接的蓄電池的容量無關(guān)。通過所述的對有功功率額定值以及無功功率額定值的外部預(yù)給定，可以相應(yīng)地針對電網(wǎng)的要求來進(jìn)行反應(yīng)。在相應(yīng)的功率過度供給或者能量過度供給的情況下，峰值負(fù)載時間的平衡或者有功功率的提取一方面可以原則上無關(guān)地實(shí)現(xiàn)并且與另一方面在交流電網(wǎng)(或者相應(yīng) 的部分區(qū)段)的傳輸特性意義中對交流電網(wǎng)的支持同時地實(shí)現(xiàn)。通過這兩個額定值的外部預(yù)給定(其例如可以通過電網(wǎng)運(yùn)營商來進(jìn)行)，多個與交流電網(wǎng)耦合的充電裝置的協(xié)調(diào)以及由此有針對性地并且差別化地影響電網(wǎng)狀態(tài)總體上是可能的。這也根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形式被提出。另一實(shí)施形式提出了，所述至少一個蓄電池單元、尤其是各蓄電池單元與直流電中間回路電連接，并且任選地，充電裝置并且尤其是所述至少一個蓄電池單元(優(yōu)選所有蓄電池單元)關(guān)于中間回路電壓的變化不敏感地設(shè)計。由此，雖然有連接的蓄電池單元，饋送單元仍然可以被驅(qū)動為使得中間回路電壓的幅度變化并且由此中間回路電壓的最優(yōu)值的分別設(shè)置是可能的?；旧希绢I(lǐng)域技術(shù)人員知道如何可以實(shí)現(xiàn)在專業(yè)術(shù)語中也被稱為魯棒性的不敏感性。清楚的是，蓄電池單元必須與預(yù)期的變化范圍匹配。換而言之，除了介電強(qiáng)度之外，蓄電池單元必須被構(gòu)建為使得其在最低的預(yù)期中間回路電壓情況下還可以控制充電電流，并且其在最高的預(yù)期中間回路電壓情況下可以控制對直流電中間回路的放電電流。在此，蓄電池單元應(yīng)當(dāng)可以遵守充電規(guī)定(其也涉及放電)。此外，蓄電池單元應(yīng)當(dāng)在其動態(tài)響應(yīng)方面與饋送單元的動態(tài)響應(yīng)協(xié)調(diào)。這實(shí)現(xiàn)為使得饋送單元的動態(tài)響應(yīng)比蓄電池單元的動態(tài)響應(yīng)明顯更快地被調(diào)節(jié)。換而言之，饋送單元的時間常數(shù)(例如測量和調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的時間常數(shù)和激勵時間以及電感線圈、中間回路電容的選擇或者調(diào)整)被盡可能小地選擇，而蓄電池單元的相應(yīng)的時間常數(shù)被相應(yīng)大地選擇。結(jié)果值得期望的是，饋送單元具有主要時間常數(shù)，其至少為蓄電池單元的主要時間常數(shù)的十分之一。這種設(shè)計也被已知為層級化(Hierarchisierung),并且避免了饋送單元和蓄電池單元的調(diào)節(jié)的不希望的相互影響。根據(jù)另一實(shí)施形式，提出了充電裝置包括電網(wǎng)服務(wù)控制單元，用于對饋送單元和所述至少一個蓄電池單元的控制進(jìn)行協(xié)調(diào)。作為基礎(chǔ)，電網(wǎng)服務(wù)控制單元為此可以獲得外部的預(yù)給定值如有功功率額定值和無功功率額定值。尤其是，有功功率額定值的實(shí)現(xiàn)允許在饋送單元和蓄電池單元之間的協(xié)調(diào)，由此尤其是饋送到電網(wǎng)中的有功功率可以通過蓄電池單元并且由此通過蓄電池在直流電中間回路上被提供，或者由此對于蓄電池充電所需的有功功率被從電網(wǎng)中提取。特別地，電網(wǎng)服務(wù)檢測單元與每個蓄電池單元連接，尤其是與在那里分別設(shè)置的控制單元連接，并且其與逆變器控制單元連接，用于控制逆變器或者換流器。根據(jù)另一擴(kuò)展方案，蓄電池單元或者每個蓄電池單元包括與直流電中間回路相連的降壓轉(zhuǎn)換器和/或與直流電中間回路相連的升壓轉(zhuǎn)換器。降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計用于從直流電中間回路中分別控制充電電流，尤其是根據(jù)用于對連接的蓄電池充電的充電規(guī)定來控制。相應(yīng)地，升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計用于控制放電電流并且輸送給直流電中間回路。由此，根據(jù)一個實(shí)施形式，可以以簡單的方式來設(shè)計充電裝置，其方式是使用風(fēng)能設(shè)備的饋送單元，其中其具有直流電中間回路，并且降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器連接到該直流電中間回路上用于要并行充電的各蓄電池單元，以便控制充電電流或放電電流。優(yōu)選的是，所述至少一個蓄電池単元(尤其是每個蓄電池単元)具有蓄電池控制單元，其檢測充電電流或放電電流和/或相應(yīng)的充電電壓。該充電電壓基本上對應(yīng)于所連接的蓄電池単元上的電壓。優(yōu)選地，從這些測量值中確定連接的蓄電池的充電狀態(tài)。此外，可以確定所連接的蓄電池的相應(yīng)的充電功率或者放電功率。優(yōu)選的是，設(shè)置多個蓄電池単元，以便分別對蓄電池(完全地或者部分地)進(jìn)行充電和/或放電。每個蓄電池單元基本上被提供用于將所連接的蓄電池単獨(dú)地充電或者放電。単獨(dú)的充電或者放電尤其是必須考慮所連接的蓄電池的相應(yīng)充電狀態(tài)以及類型。重要的是，蓄電池単元可以彼此獨(dú)立地對所連接的蓄電池進(jìn)行充電或者放電。根據(jù)各要充電或者放電的蓄電池，可以指明使用相應(yīng)匹配的蓄電池単元。然而所有蓄電池単元為了連接到直流電中間回路而被匹配。至交流電網(wǎng)中的電功率饋送或者從交流電網(wǎng)中的所需功率的提取在此很大程度上與蓄電池単元的類型無關(guān)?；旧蟽H僅必須考慮充電容量。根據(jù)另ー實(shí)施形式，提出了 為了連接到風(fēng)能設(shè)備上提供饋送單元用于建立風(fēng)能設(shè)備和直流電中間回路之間的電連接。尤其是在使用風(fēng)能設(shè)備的饋送単元情況下，這是可以簡單地實(shí)現(xiàn)的特征。通過該措施，實(shí)現(xiàn)了從風(fēng)能中借助風(fēng)能設(shè)備來獲取的電能可以被用于對連接的蓄電池充電。風(fēng)能設(shè)備的匹配在其他情況下并不需要。例如，蓄電池的充電壓可以與可用的風(fēng)能匹配。同樣地，由風(fēng)能設(shè)備產(chǎn)生的電功率可以(基本上用已知的方式)饋送到交流電網(wǎng)中。優(yōu)選的是，充電裝置具有開關(guān)裝置，用于選擇帶有或者沒有風(fēng)能設(shè)備的工作以及選擇帶有或者沒有蓄電池単元(或者多個蓄電池単元)的工作。由此，開關(guān)裝置可以在4種工作狀態(tài)之間選擇，其中實(shí)現(xiàn)例如也可以通過兩個開關(guān)裝置來進(jìn)行，即借助一個開關(guān)裝置來選擇帶有或者沒有風(fēng)能設(shè)備的工作，而借助另ー個開關(guān)裝置選擇帶有或者沒有蓄電池単元的工作。設(shè)置這種開關(guān)裝置的優(yōu)點(diǎn)是，在制造充電裝置吋，還不必已知并且由此不必考慮充電裝置要以何種配置來被使用。由此，可能減小制造變化。此外也可以稍后決定選出另外的工作狀態(tài)。使用充電端子來連接蓄電池單元的充電裝置在此是特別優(yōu)選的。于是甚至可能的是，充電裝置首先僅僅設(shè)計用于帶有風(fēng)能設(shè)備的工作來將產(chǎn)生的能量饋送到交流電網(wǎng)中。同樣地，例如可以稍后決定在風(fēng)能設(shè)備處或在風(fēng)能設(shè)備附近設(shè)置蓄電池單元來對蓄電池進(jìn)行充電。要指出的是，沒有風(fēng)能設(shè)備以及沒有蓄電池単元的工作狀態(tài)也可以是有意義的，因?yàn)橛纱嗽趯o功功率的饋送或者提取方面的電網(wǎng)支持是可能的。優(yōu)選的是，充電裝置、尤其是饋送單元具有FACTS能力。
FACTS 理解為“柔性交流輸電系統(tǒng)(Flexible Alternating CurrentTransmission System)”。FACTS被IEEE定義為如下系統(tǒng)其基于功率電子設(shè)備和其他的靜態(tài)裝備，其控制ー個或者多個交流電傳輸系統(tǒng)參數(shù)的控制裝置，以便改進(jìn)可控制性并且提高功率傳輸?shù)哪芰?參見 “proposes terms and definitions for flexible ACtransmission Systems(FACTS), IEEE transactions on power delivery,果12卷，果 4期，1997年10月，第1848至1853頁”)。這種FACTS特性對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言基本上是常見的。在此，將無功功率有針對性地饋送到交流電網(wǎng)中或者從其中提取是所述FACTS能力的一方面。實(shí)現(xiàn)這種FACTS能力的一種簡單可能性在于，使用風(fēng)能設(shè)備的饋送單元，其具有FACTS能力。根據(jù)本發(fā)明，此外提出了一種風(fēng)能設(shè)備用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，其包括根據(jù)本發(fā)明的充電裝置或者這種充電裝置的部件。根據(jù)一個實(shí)施形式，這意味著，包括風(fēng)能設(shè)備的饋送單元的風(fēng)能設(shè)備附加地裝備有至少一個蓄電池單元和/或至少一個用于連接蓄電池單元的充電端子，其中連接到蓄電池單元上的蓄電池可以借助蓄電池單元和饋送單元來充電或者放電。根據(jù)本發(fā)明，此外提出了一種充電站 ，其包括根據(jù)本發(fā)明的充電裝置和/或根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)能設(shè)備。附加地，充電站包括至少一個連接到充電裝置上的電存儲器。電存儲器優(yōu)選是設(shè)計用于在充電后的狀態(tài)中更換電動車的被完全放電或者部分放電的蓄電池的電存儲器。換而言之，連接用于充電的蓄電池并不處于電動車中，然而可以安裝到該電動車中。優(yōu)選的是，充電站包括多個蓄電池，并且被提供用于同時將多個蓄電池進(jìn)行充電和/或放電。根據(jù)本發(fā)明，此外提出了將風(fēng)能設(shè)備的饋送單元用作充電裝置的饋送單元。特別地，提出了在充電裝置中的應(yīng)用，該充電裝置具有一個或者多個要與饋送單元耦合的蓄電池單元。由此，可以使用如下饋送單元其在其所有特征中首先設(shè)計用于使用在風(fēng)能設(shè)備中，而根據(jù)本發(fā)明被用于充電裝置。必要時，饋送單元可以為了使用在充電裝置中而被匹配，使得至少設(shè)置用于連接蓄電池單元的端子。根據(jù)本發(fā)明，此外提出了一種用于控制連接到交流電網(wǎng)上的充電裝置來對電動車的蓄電池充電和/或放電的方法。在此，至少一個預(yù)給定信息被控制單元等等接收，其中預(yù)給定信息預(yù)給定是否有和/或有多少有功功率要饋送到交流電網(wǎng)中或者要從中提取。此夕卜，預(yù)給定信息可以附加地或者可替選地預(yù)給定是否有和/或有多少量的無功功率要饋送到交流電網(wǎng)中或者要從中提取。這種預(yù)給定信息始終被反復(fù)接收。于是，其優(yōu)選并不是一次性的信息，而是該信息被持續(xù)更新，尤其是從控制中心傳輸給充電裝置。在此，控制中心可以為多個充電裝置部分地提供不同的預(yù)給定信息。根據(jù)預(yù)給定信息，于是控制充電裝置，使得相應(yīng)地將有功功率饋送到交流電網(wǎng)中或者從其中提取有功功率，和/或盡可能根據(jù)預(yù)給定信息來將無功功率饋送到交流電網(wǎng)中或者從其中提取無功功率。附加地或者可替選地，充電裝置被控制為使得所連接的蓄電池的至少之一至少部分地被充電或者放電。關(guān)于將有功功率饋送到交流電網(wǎng)中或者將有功功率從交流電網(wǎng)中提取，對與所連接的蓄電池的充電和/或放電的控制的協(xié)調(diào)是有利的。優(yōu)選的是，多個蓄電池連接到充電裝置上，它們被單獨(dú)地、尤其是分別彼此獨(dú)立地充電或放電。該獨(dú)立性主要涉及相應(yīng)的對于充電規(guī)則的遵守，這些充電規(guī)則根據(jù)類型和充電狀態(tài)預(yù)給定了相應(yīng)的蓄電池的充電或者放電的類型和方式。關(guān)于是否已充電或者已放電的問題，優(yōu)選的是多個或者所有連接的蓄電池的一致控制。優(yōu)選的是，于是或者所有蓄電池被充電，或者所有蓄電池被放電。然而也可以設(shè)計一種工作方式，其中同時一些蓄電池被充電而其他的蓄電池被放電。下面借助實(shí)施例參照附圖
來示例性地進(jìn)一步闡述本發(fā)明。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的充電裝置的結(jié)構(gòu)。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的充電裝置的另ー結(jié)構(gòu)。充電裝置I主要包括饋送單元2和多個蓄電池単元(縮寫Akkueinheiten) 4。蓄電池單元4與饋送單元2耦合，使得可以實(shí)現(xiàn)在其間的能量流以及信息交換。圖I示例性地示出了兩個蓄電池單元4，并且表明了設(shè)置多個蓄電池単元4 (即η個)。理論上僅僅使用一個蓄電池単元4也是足夠的。 此外，充電裝置I具有直流電中間回路6，通過其將饋送單元2和蓄電池単元4在能量上耦合。來自直流電中間回路6的能量可以通過逆變器8轉(zhuǎn)換為三相交流電壓。其連接有電感線圈10，從該電感線圈出發(fā)借助逆變器8產(chǎn)生的三相交流電流被輸送通過變壓器12，其中產(chǎn)生的交流電壓在其幅度中被變大。變壓器12最后與交流電網(wǎng)14連接。同樣地，能量可以從交流電網(wǎng)14中提取并且借助逆變器8作為直流電流輸送給直流電中間回路6。為了控制逆變器8以將電能饋送到交流電網(wǎng)14中，設(shè)置有逆變器控制単元16。該逆變器控制単元16在所產(chǎn)生的電壓的頻率、相位和幅度方面控制逆變器8。脈沖圖案的具體的預(yù)給定可以在逆變器8中作為此來設(shè)計，或者通過逆變器控制單元16來預(yù)給定。為了控制逆變器，逆變器控制単元16需要關(guān)于所產(chǎn)生的交流電壓和/或交流電網(wǎng)14的交流電壓的信息。為此設(shè)置有電網(wǎng)參考單元18，其在交流電壓測量處20上測量、分析電感線圈10和變壓器12之間的交流電壓，以及將關(guān)于此的信息、尤其是關(guān)于電壓的頻率、相位和幅度的信息傳輸給逆變器控制単元16。所測量的和/或分析的信息此外由電網(wǎng)參考單元18傳輸給電網(wǎng)服務(wù)控制單元22。電網(wǎng)服務(wù)控制単元22主要設(shè)計用于尤其是根據(jù)預(yù)給定值來協(xié)調(diào)饋送単元2和蓄電池單元4。為此，電網(wǎng)服務(wù)控制単元22通過預(yù)給定路徑23獲得外部預(yù)給定值，尤其是關(guān)于有功功率的饋送或者提取方面的預(yù)給定，和/或關(guān)于無功功率的饋送或者提取方面的預(yù)定。這些預(yù)給定值可以從外部通過該預(yù)給定路徑23來傳輸。電網(wǎng)服務(wù)控制單元22將相應(yīng)的信息或控制指令提供給蓄電池單元4并且在那里提供給蓄電池控制單元30，以及提供給饋送単元2，尤其是在那里提供給逆變器控制單元16。電網(wǎng)服務(wù)控制單元22此外通過中間回路測量處24接收關(guān)于直流電中間回路6的電壓、電流和/或功率的信息。相應(yīng)的信息可以部分地轉(zhuǎn)發(fā)給逆變器控制単元16。此外，還考慮逆變器控制単元16與中間回路測量處24的直接連接。此外，電網(wǎng)服務(wù)控制単元22通過電網(wǎng)參考單元18獲得尤其是關(guān)于電網(wǎng)電壓的信息。此外，電網(wǎng)服務(wù)控制単元22也可以獲得例如關(guān)于每個蓄電池単元、尤其是蓄電池充電控制単元30的充電狀態(tài)或者存在的容量的信息。為了考慮關(guān)于要饋送的或者要提取的無功功率的預(yù)給定值，特別地或者僅僅地需要對饋送単元2的控制，尤其是逆變器控制単元16的控制。蓄電池単元4原則上并不涉及。為了考慮關(guān)于要饋送的或者要提取的有功功率的預(yù)給定值，考慮和協(xié)調(diào)饋送単元2以及蓄電池單元4是有利或者必須的。在此，也可以考慮連接到蓄電池単元4上的每個蓄電池8的可用的充電容量并且由此結(jié)果也考慮所有可用的充電容量的總和。要注意的是，在電網(wǎng)服務(wù)控制單元22和各蓄電池控制單元30、即每個蓄電池單元4的蓄電池控制單元30之間設(shè)置連接，這根據(jù)圖I僅僅被部分地表明。
每個蓄電池單元4都與直流電中間回路6連接，使得能量可以從饋送單元2向各蓄電池單元4流動，或者相反。為此，各蓄電池單元4具有升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器塊，其下面稱為直流調(diào)節(jié)器26，并且與直流電中間回路6連接。實(shí)際上，在直流調(diào)節(jié)器26的情況下并不取決于在傳統(tǒng)意義上分別包含升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器，而是直流調(diào)節(jié)器可以控制來自直流電中間回路6至相關(guān)的蓄電池28中的直流電流以及來自蓄電池28至直流電中間回路6中的直流電流。
為了控制直流調(diào)節(jié)器26，設(shè)置了蓄電池充電控制單元30。該蓄電池充電控制單元30接收控制值，尤其是電網(wǎng)服務(wù)單元22的控制預(yù)給定值。特別地，其可以獲得關(guān)于如下內(nèi)容的控制預(yù)給定值是否要對相應(yīng)的蓄電池28充電或者放電，或者是否該蓄電池既不要充電也不要放電。在此要提及的是，電網(wǎng)服務(wù)控制單元22除了所描述的信號路徑之外還可以獲得其他的例如關(guān)于一個或多個蓄電池的充電狀態(tài)的信息。為了控制直流調(diào)節(jié)器26，蓄電池充電控制單元30此外獲得關(guān)于至蓄電池28或者來自蓄電池28的相應(yīng)的充電電流或者放電電流的信息，以及關(guān)于蓄電池28的電壓或者充電電壓的信息。為此，在蓄電池測量處32上測量相應(yīng)的電壓和相應(yīng)的電流，并且輸入到蓄電池充電控制單元30中。通過蓄電池測量處，可以檢測電壓、電流和功率。圖I示例性地示出了兩個蓄電池28。優(yōu)選的是，在此使用電動車的蓄電池，尤其是電動車的鋰離子蓄電池，并且相應(yīng)地進(jìn)行充電和/或放電。為了將圖I的充電裝置與風(fēng)能設(shè)備耦合，設(shè)置了耦合處34。由此可以將風(fēng)能設(shè)備與充電裝置I的直流電中間回路6連接。在此，一個實(shí)施形式設(shè)置了將風(fēng)能借助轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為交流電流，其經(jīng)過整流并且隨后可以借助耦合處34來送到直流電中間回路24上。圖2的充電裝置基本上對應(yīng)于圖I的充電裝置I。為了更清楚，圖2的附圖標(biāo)記在其最后兩位或者其最后一位對應(yīng)于圖I的充電裝置I的相應(yīng)元件的附圖標(biāo)記。就此而言也參考對于圖I的相應(yīng)元件的闡述。由此，充電裝置201具有饋送單元202和多個蓄電池單元204，而其中示例性地僅僅示出了一個。所示的至示例性的蓄電池單元204的每個連接也設(shè)計為至其他的未示出的蓄電池單元。這也涉及電存儲器228，其與蓄電池單元204相連。蓄電池單元204具有直流調(diào)節(jié)器226，其包括升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器，并且通過蓄電池控制單元230來控制。為了記錄電壓、電流和功率，存在蓄電池測量處232。直流調(diào)節(jié)器226通過直流電中間回路206與饋送單元202耦合并且由此與逆變器208耦合。逆變器208的控制通過逆變器控制單元216進(jìn)行，該逆變器控制單元記錄在中間回路測量處224上的電壓、電流和/或功率。逆變器208保證從直流電中間回路206至三相交流電輸出端240的功率流(有功功率以及無功功率)以及相反的功率流，其中電感線圈210和電網(wǎng)濾波器242連接到三相交流電輸出端上。在用于電壓檢測、尤其是電網(wǎng)電壓檢測的測量處此外設(shè)置有開關(guān)244，以便能夠?qū)崿F(xiàn)至交流電網(wǎng)214的斷開。電網(wǎng)電壓檢測或者電網(wǎng)檢測借助電網(wǎng)檢測裝置218來進(jìn)行，其在功能上類似于圖I的充電單元I的電網(wǎng)參考單元18。電網(wǎng)檢測裝置218與所謂的FACTS控制裝置或者控制單元222緊密耦合，所述FACTS控制裝置或者控制單元222類似于圖I的充電裝置I的電網(wǎng)服務(wù)控制單元22。FACTS控制單元222可以與電網(wǎng)檢測裝置218 —同視為獨(dú)立的單元，其與饋送單元202以及與蓄電池單元204通信。此外，圖2的充電裝置201為了連接電網(wǎng)也使用變壓器212來與交流電網(wǎng)214相
連。 此外，在圖2中示出了通過直流電中間回路206與風(fēng)能設(shè)備250耦合作為選擇。風(fēng)能設(shè)備250 (其中表明了塔架256)此外具有發(fā)電機(jī)252用于產(chǎn)生三相交流電流，其借助整流器254來整流。由此，由整流器254設(shè)置與直流電中間回路206的電耦合及連接258。風(fēng)能設(shè)備250的控制通過風(fēng)能設(shè)備控制裝置260進(jìn)行。在該風(fēng)能設(shè)備控制裝置260之上設(shè)置有控制層262，其也可以將預(yù)給定值提供給風(fēng)能設(shè)備控制裝置260。這種預(yù)給定值也可以預(yù)給定是否要將有功功率發(fā)到交流電網(wǎng)214中或者從中提取有功功率，和/或是否以及以何種程度將無功功率饋送到交流電網(wǎng)中或者從中提取無功功率。相應(yīng)的預(yù)給定值可以由風(fēng)能設(shè)備控制裝置260轉(zhuǎn)發(fā)給FACTS控制裝置222。由此，借助FACTS控制裝置222此外可以實(shí)現(xiàn)對連接的蓄電池228的放電和/或充電與將有功功率和/或無功功率饋送到交流電網(wǎng)中或者從交流電網(wǎng)中提取的協(xié)調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種用于對電動車的電存儲器(28)充電的充電裝置(1)，包括-饋送單元(2)，用于將電能饋送到交流電網(wǎng)(14)中，所述饋送單元包括-直流電中間回路(6)，用于緩存電能，所述直流電中間回路具有中間回路電壓，以及-換流器(8)，其被提供用于將直流電中間回路(6)的直流電流和/或直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電流來饋送到交流電網(wǎng)(14)中，以及將來自交流電網(wǎng)(14)的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流和/或直流電壓來饋送到直流電中間回路(6)中；以及-至少一個蓄電池單元(4)和/或至少一個充電端子，用于連接蓄電池單元(4)以由直流電中間回路(6)對電存儲器(28)之一進(jìn)行至少部分充電和/或?qū)㈦姶鎯ζ?28)之一至少部分地放電到直流電中間回路(6)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電裝置(I)，其特征在于，饋送單元(2)被提供用于將無功功率饋送到交流電網(wǎng)(14)中，和/或其中使用風(fēng)能設(shè)備(250)的饋送單元(2)作為饋送單元(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的充電裝置(I)，其特征在于，饋送單元(2)被提供用于將中間回路電壓控制到可預(yù)給定的值。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的充電裝置(I)，其特征在于，饋送單元(2)針對4象限工作來設(shè)計，即設(shè)計用于任選地將有功功率饋送到交流電網(wǎng)(14)中或者從交流電網(wǎng)中提取，和/或?qū)o功功率饋送到交流電網(wǎng)(14)中或者從交流電網(wǎng)(14)中提取。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的充電裝置(I)，其特征在于輸入接口，用于輸入有功功率額定值來預(yù)給定要饋送到交流電網(wǎng)(14)中或者從交流電網(wǎng)(14)中要提取的有功功率，和/或用于輸入無功功率額定值來預(yù)給定要饋送到交流電網(wǎng)中或者從其中要提取的無功功率。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的充電裝置(I)，其特征在于，所述至少一個蓄電池單元⑷與直流電中間回路(14)電連接，并且其中任選地，充電裝置⑴并且尤其是所述至少一個蓄電池單元(4)對于中間回路電壓的變化不敏感地設(shè)計。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的充電裝置(I)，包括電網(wǎng)服務(wù)控制單元(22)，用于對饋送單元(2)和所述至少一個蓄電池單元(4)的控制進(jìn)行協(xié)調(diào)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的充電裝置(I)，其特征在于，所述至少一個蓄電池單元⑷-具有與直流電中間回路(6)相連的降壓轉(zhuǎn)換器(26)，用于控制充電電流來對電存儲器(28)至少部分地充電，和/或-具有與直流電中間回路(6)相連的升壓轉(zhuǎn)換器(26)，用于控制放電電流來對電存儲器(28)至少部分地放電。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的充電裝置(I)，其特征在于，所述至少一個蓄電池單元(4)具有蓄電池控制單元(30)，用于控制升壓轉(zhuǎn)換器或者控制所述升壓轉(zhuǎn)換器，和/或用于控制降壓轉(zhuǎn)換器或者控制所述降壓轉(zhuǎn)換器，和/或用于檢測-充電電流或放電電流，-充電電壓，尤其是連接到所述蓄電池單元上的電存儲器的充電電壓，-充電功率或者放電功率，和/或-連接到所述蓄電池單元上的電存儲器的充電狀態(tài)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的充電裝置(1)，其特征在于，設(shè)置多個蓄電池單元 (4)，以便分別對電存儲器至少部分地進(jìn)行充電和/或放電。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的充電裝置(I)，其特征在于，饋送單元(2)為了連接到風(fēng)能設(shè)備(250)上而被提供用于建立風(fēng)能設(shè)備(250)和直流電中間回路(6)之間的電連接。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的充電裝置(I)，其特征在于，用于選擇如下工作方式的開關(guān)裝置-帶有風(fēng)能設(shè)備和帶有蓄電池單元(4)，-沒有風(fēng)能設(shè)備而帶有蓄電池單元(4)，-帶有風(fēng)能設(shè)備而沒有蓄電池單元(4)，和/或-沒有風(fēng)能設(shè)備且沒有蓄電池單元(4)。
13.一種風(fēng)能設(shè)備(250)，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，該風(fēng)能設(shè)備包括根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的充電裝置(I)和/或根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的充電裝置(I)的部件。
14.一種充電站,包括-根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)能設(shè)備(250)，和/或根據(jù)權(quán)利要求1-12之一所述的充電裝置(1)，以及-至少一個連接到充電裝置(I)上的電存儲器(28)，其中優(yōu)選的電存儲器(28)設(shè)計用于在充電后的狀態(tài)中更換電動車的被完全放電或者部分放電的電存儲器(28)。
15.一種將風(fēng)能設(shè)備(250)的饋送單元(2)作為充電裝置(I)的饋送單元(2)來對電動車的電存儲器(28)充電的應(yīng)用，所述饋送單元(2)包括-直流電中間回路(6)，用于緩存電能，所述直流電中間回路具有中間回路電壓，以及-換流器(8)，其被提供用于將直流電中間回路(6)的直流電流和/或直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電流來饋送到交流電網(wǎng)(14)中，以及將來自交流電網(wǎng)(14)的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流和/或直流電壓來饋送到直流電中間回路(6)中，以及為了由直流電中間回路(6)對電存儲器(28)之一進(jìn)行至少部分充電和/或?qū)㈦姶鎯ζ?28)之一至少部分地放電到直流電中間回路(6)中，使用一個或者分別使用一個與直流電中間回路(6)耦合的蓄電池單元(4)。
16.一種用于控制連接到交流電網(wǎng)(14)上的充電裝置(I)來對電動車的電存儲器 (28)進(jìn)行充電和/或放電的方法，包括如下步驟-接收預(yù)給定信息，用于預(yù)給定將有功功率饋送到交流電網(wǎng)(14)中，或者從交流電網(wǎng) (14)中提取有功功率，和/或?qū)o功功率饋送到交流電網(wǎng)(14)中，或者從交流電網(wǎng)(14)中提取無功功率，以及-控制充電裝置(I)，以便根據(jù)預(yù)給定信息將有功功率饋送到交流電網(wǎng)(14)中，或者從交流電網(wǎng)(14)中提取有功功率，和/或?qū)o功功率饋送到交流電網(wǎng)(14)中，或者從交流電網(wǎng)(14)中提取無功功率，和/或-控制充電裝置(I)，使得根據(jù)預(yù)給定信息將電存儲器(28)的至少之一至少部分地充電或放電。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述電存儲器(28)中的多個連接到充電裝置⑴上，尤其是分別一個電存儲器(28)連接到蓄電池單元⑷上，其中所述電存儲器(28)的每個單獨(dú)地被充電或放電。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，控制根據(jù)權(quán)利要求1-12之一所述的充電裝置(1)，和/或?qū)⒊潆娧b置(I)與用于從風(fēng)能產(chǎn)生電能的風(fēng)能設(shè)備(250)耦合，并且根據(jù)可用的風(fēng)能和/或根據(jù)預(yù)給定信息用從風(fēng)能產(chǎn)生的電能對電存儲器(28)的至少之一充電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對電動車的電存儲器(28)充電的充電裝置(1)，包括饋送單元(2)，用于將電能饋送到交流電網(wǎng)(14)中，所述饋送單元包括直流電中間回路(6)，用于緩存電能，所述直流電中間回路具有中間回路電壓，以及換流器(8)，其被提供用于將直流電中間回路(6)的直流電流和/或直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電流來饋送到交流電網(wǎng)(14)中，以及將來自交流電網(wǎng)(14)的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流和/或直流電壓來饋送到直流電中間回路(6)中；以及至少一個蓄電池單元(4)和/或至少一個充電端子，用于連接蓄電池單元(4)以由直流電中間回路(6)對電存儲器(28)之一進(jìn)行至少部分充電和/或?qū)㈦姶鎯ζ?28)之一至少部分地放電到直流電中間回路(6)中。
文檔編號H02J3/18GK102625970SQ201080036816
公開日2012年8月1日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者沃克爾·迪德里克斯, 阿爾弗烈德·比克曼 申請人:艾勞埃斯·烏本