本發(fā)明涉及用于儲能裝置的一種直流電壓截取裝置（Gleichspannungsabgriffsanordnung）以及由儲能裝置來生成直流電壓的一種方法，尤其在具有電池直接逆變器的系統(tǒng)中，其用于同時給電機供電以及為直流電網(wǎng)生成另一電壓電平。

背景技術：
可以看出：將來不僅在固定的應用中，比如風能設備或太陽能設備，還在汽車中，比如混合或電動汽車，更多的電子系統(tǒng)被采用，這些電子系統(tǒng)將新的儲能技術與電驅動技術相結合。在電機中多相電流的供電通常通過以脈沖逆變器形式的一種逆變器來實現(xiàn)。為此可以把由直流電壓中間回路所提供的直流電壓逆變?yōu)橐粋€多相交流電壓，比如三相交流電壓。該直流電壓中間回路在此由串聯(lián)電池模塊的一個支路來供電。為了能夠滿足針對相應應用而給定的對功率和能量的要求，通常把多個電池模塊串聯(lián)為一個牽引用電池。多個電池模塊的該串聯(lián)電路所帶來的問題是，如果一個唯一的電池模塊失效，那么整個支路就失效。供電支路的這種失效可能導致整個系統(tǒng)的失效。另外單個電池模塊暫時或永久出現(xiàn)的功率下降可能導致在整個供電支路中的功率下降。在文件US5,642,275A1中描述了具有集成逆變功能的一種電池系統(tǒng)。這種系統(tǒng)稱為多級級聯(lián)逆變器或電池直接逆變器（Batteriedirektumrichter,BDI）。這種系統(tǒng)包含有以多個儲能模塊支路形式的直流電源，其可以直接連接到一個電機或一個電網(wǎng)。在此可以生成單相或多相的供電電壓。該儲能模塊支路在此具有多個串聯(lián)的儲能模塊，其中每個儲能模塊都具有至少一個電池單元和一個所屬的可控耦合單元，其允許根據(jù)控制信號來跨接相應所屬的至少一個電池單元，或者把相應所屬的至少一個電池單元連接到相應的儲能模塊支路中。在此該耦合單元可以如此來構造，使得其另外還允許把相應所屬的至少一個電池單元還以反轉的極性連接到相應的儲能模塊支路中，或者還斷開相應的儲能模塊支路。通過合適地控制該耦合單元，比如借助脈寬調制，也可以提供合適的相位信號來控制相位輸出電壓，如此使得可以放棄分立的脈沖逆變器。用于控制相位輸出電壓所需的脈沖逆變器從而集成在所謂的BDI中。BDI相對于常規(guī)的系統(tǒng)而通常具有一個較高的效率、較高的故障安全性以及在其輸出電壓中明顯更低的諧波含量。該故障安全性尤其通過如下來保證，即故障的、失效的或不完全有效的電池單元可以通過合適地控制其所屬的耦合單元而在該供電支路中被跨接。一個儲能模塊支路的該相位輸出電壓可以通過相應地控制該耦合單元而變化，并尤其逐級地來調節(jié)。該輸出電壓的級在此由單個儲能模塊的電壓構成，其中最大可能的相位輸出電壓由一個儲能模塊支路的所有儲能模塊之和來確定。該文件DE102010027857A1和DE102010027861A1比如公開具有多個電池模塊支路的電池直接逆變器，其可以直接連接到一個電機上。在BDI的輸出上不提供恒定的直流電壓，因為該儲能單元劃分為不同的儲能模塊，并且必須控制其耦合裝置以有針對性地生成一個電位。由于這種劃分，DBI基本不作為直流電壓源來提供，比如用于電動汽車車上電網(wǎng)的供電。從而需要用于一種儲能裝置的一種截取裝置以及用于驅動該儲能裝置的一種方法，以能夠在該儲能裝置的連續(xù)運行中截取或生成另一電位、尤其一個直流電位。

技術實現(xiàn)要素：
按照一個方面，本發(fā)明提供了用于一種儲能裝置的一種直流電壓截取裝置，其中該儲能裝置具有多個能量供給支路，該能量供給支路相應具有多個儲能模塊，以在該儲能裝置的多個輸出端子上生成一個交流電壓，該直流電壓截取裝置具有一個半橋電路，該半橋電路具有多個聚集端子（Sammelanschlüssen），該聚集端子分別與該儲能裝置的輸出端子之一相耦合，該直流電壓截取裝置還具有一個參照端子，該參照端子與該儲能裝置的一個參照電位匯流排相耦合，并且該直流電壓截取裝置還具有一個升壓轉換器（Hochsetzsteller），該升壓轉換器被設計成根據(jù)在該半橋電路與該參照端子之間的電位而在該直流電壓截取裝置的截取端子上提供一個直流電壓。根據(jù)另一方面，本發(fā)明還提供了一種電驅動系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個儲能裝置，該儲能具有多個能量供給支路，該能量供給支路分別具有多個儲能模塊，以在該儲能裝置的多個輸出端子上生成一個交流電壓，該系統(tǒng)還具有一個根據(jù)本發(fā)明的直流電壓截取裝置，該直流電壓截取裝置的聚集端子分別與該儲能裝置的參照端子之一相耦合，并且該直流電壓截取裝置的參照端子與該儲能裝置的一個參照電位匯流排相耦合。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了用于由一個儲能裝置來生成一個直流電壓的一種方法，其中該儲能裝置具有多個能量供給支路，該能量供給支路分別具有多個儲能模塊，以在該儲能裝置的多個輸出端子上來生成一個交流電壓，該方法具有在該儲能裝置的輸出端子上截取一個相應瞬時按照數(shù)值最高的電位的步驟，具有在該儲能裝置的一個參照電位匯流排上截取一個參照電位的步驟，具有利用一個升壓轉換器對相應瞬時最高電位與該參照電位之間的電位差進行升壓的步驟，以及具有提供與被升壓的電位差有關的一個直流電壓的步驟。本發(fā)明的想法是，把一個電路與一個儲能裝置、尤其一個電池直接逆變器的輸出相耦合，利用該電路可以從該儲能裝置的輸出上截取一個直流電壓。為此而規(guī)定，把一個二極管半橋作為聚集裝置而耦合到該儲能裝置的輸出端子上，利用該二極管半橋能夠相應截取在該儲能的輸出端子上瞬時最高的電位。該電位可以相對于該儲能裝置的參照電位借助一個升壓轉換器而用于生成一個直流電壓。該直流電壓那么比如就可以用于給車上電網(wǎng)的中間回路電容供電。該直流電壓截取裝置的一個顯著優(yōu)點是，該儲能裝置不用額外的更改就可以應用在一個電驅動系統(tǒng)中，也就是說，不必干預儲能裝置的運行。比如在把該儲能裝置用在電動汽車中時，可以同時生成用于電驅動的一個供電電壓和用于電動汽車的車上電網(wǎng)的一個直流電壓。有利地可以通過該直流電壓截取裝置的聚集裝置而把元件數(shù)量保持為微小，因為在該直流電壓截取裝置中僅僅需要一個升壓轉換器來給車上電網(wǎng)的中間回路電容供電。由此一方面降低了元件需求并從而降低了元件空間需求和系統(tǒng)重量，尤其在電驅動系統(tǒng)中，另一方面還可以使開關損耗最小。該電路技術額外耗費有利地是微小的。此外還具有的優(yōu)點是，在生成該直流電壓時能夠對所參與的儲能單元模塊進行平衡，也即能夠根據(jù)充電狀態(tài)和老化效應自動地隨著在該儲能裝置的運行中所實施的平衡來對單個儲能單元模塊進行相同的加載，如此使得該儲能模塊被相同的加載，并由此提高了該儲能裝置的壽命和可用性。此外還存在一個顯著的優(yōu)點，即在該升壓轉換器中可以采用一個開關元件、比如一個半導體功率開關，該開關元件不必具有反向截止能力，因為該升壓轉換器的輸入電壓總是具有相同的極性。這所提供的優(yōu)點是，能夠把該升壓轉換器中的損耗功率最小化。根據(jù)本發(fā)明的直流電壓截取裝置的一個實施方案，該半橋電路可以具有多個二極管，該二極管分別耦合在該升壓轉換器與多個聚集端子之一之間。在一個有利的實施方案中，該半橋可以具有多個換向電感線圈，該電感線圈分別耦合在多個二極管與該升壓轉換器之間。由此能夠補償或緩沖在輸出端子上電位的波動，尤其在控制該儲能裝置的特定時間點時的高頻波動。根據(jù)本發(fā)明的直流電壓截取裝置的另一實施方案，該升壓轉換器可以具有一個變換器電感線圈、一個輸出二極管、和一個調節(jié)器開關元件。在一個有利的實施方案中，該調節(jié)器開關元件可以具有一個功率半導體開關，比如一個MOSFET開關或IGBT開關。這所具有的優(yōu)點是，可以采用不必具有明確反向截止能力的開關元件。根據(jù)另一實施方案，本發(fā)明的直流電壓截取裝置可以包含有一個中間回路電容，該電容耦合在該直流電壓截取裝置的截取端子之間，并且該電容被設計成提供由該升壓轉換器所生成的輸出電流脈沖，并用于將其以平滑的直流電壓傳輸?shù)皆撋龎恨D換器的輸出上。根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方案，該方法另外還包含有給中間回路電容供給所提供直流電壓的步驟。根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方案，該方法可以用于利用本發(fā)明的電驅動系統(tǒng)為電動汽車的車上電網(wǎng)提供直流電壓。在一個有利的實施方案中，在本發(fā)明的方法中，如果在該電機上要調節(jié)的定子電壓低于一個預定的閾值，那么該n相電機的中性點電位可以通過在該儲能裝置的輸出端子上相同地提高輸出電壓而被提高。否則如果比如在低轉速范圍內的電機上的定子電壓太小，那么這是尤其有利的，以給該升壓轉換器提供足夠高的輸入電壓。通過提高中性點電位，n相電機的運行不受影響，而該升壓轉換器的輸入電壓可以被增大而超過一個最小值。本發(fā)明實施方案的其他特征和優(yōu)點參見結合附圖的下文說明。附圖說明其中：圖1示出了具有儲能裝置的一個系統(tǒng)的示意圖；圖2示出了儲能裝置的一個儲能模塊的示意圖；圖3示出了儲能裝置的一個儲能模塊的示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的具有一個儲能裝置和一個直流電壓截取裝置的一種系統(tǒng)的示意圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的具有一個儲能裝置和一個直流電壓截取裝置的一種系統(tǒng)的示意圖；以及圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的用于由儲能裝置來生成直流電壓的一種方法的示意圖。附圖說明圖1示出了具有儲能裝置1的一種系統(tǒng)100的示意圖，以把在該儲能模塊3中所提供的直流電壓來電壓變化為n相交流電壓。該儲能裝置1包含有多個能量供給支路Z，其中在圖1中示例地示出了三個，其適于比如為三相交流電機2來生成三相交流電壓。但顯然其他每種數(shù)量的能量供給支路Z同樣也是可以的。該能量供給支路Z可以具有多個儲能模塊3，其在該能量供給支路Z中相串聯(lián)。比如在圖1中每個能量供給支路Z示出了各三個儲能模塊3，但其中其他每種數(shù)量的儲能模塊3同樣也是可以的。該儲能裝置1在每個能量供給支路Z上都具有一個輸出端子1a、1b和1c，該輸出端子分別連接到相線2a、2b以及2c上。該系統(tǒng)100另外還可以包含有一個控制裝置6，該控制裝置與該儲能裝置1相連接，并借助該控制裝置可以控制該儲能裝置1，以在相應的輸出端子1a、1b和1c提供所期望的輸出電壓。該儲能模塊3分別具有兩個輸出端子3a和3b，通過該端子可以提供該儲能模塊3的一個輸出電壓。因為該儲能模塊3首先串聯(lián)，所以該儲能模塊3的輸出電壓相加成為一個總輸出電壓，該總輸出電壓可以在該儲能裝置1的相應輸出端子1a、1b和1c來提供。在圖2和3中更詳細地示出了該儲能模塊3的示例構造形式。該儲能模塊3在此包含有相應一個耦合裝置7，該耦合裝置具有多個耦合單元7a、7c以及必要時的7b和7d。該儲能模塊3另外還包含有相應一個儲能單元模塊5，其具有一個或多個相串聯(lián)的儲能單元5a至5k。該儲能單元模塊5在此比如可以具有串聯(lián)的電池5a至5k，比如鋰離子電池。在此在圖2和3所示的儲能模塊3中該儲能單元5a至5k的數(shù)量比如為二，但其中其他每種數(shù)量的儲能單元5a至5k同樣也是可以的。該儲能單元模塊5通過連接線與所屬耦合裝置7的輸入端子相連接。該耦合裝置7在圖2中比如作為各具有兩個耦合單元7a、7c和兩個耦合單元7b、7d的全橋電路來構造。該耦合單元7a、7b、7c、7d在此可以分別具有諸如半導體開關的一個有源開關元件以及與之并聯(lián)的一個續(xù)流二極管。在此可以規(guī)定，該耦合單元7a、7b、7c、7d作為已具有內部二極管的MOSFET開關或IGBT開關來構造?；蛘咭部梢苑謩e僅構造兩個耦合單元7a、7c，如在圖3中示例所示，如此使得實現(xiàn)了一個半橋電路。在此該輸出端子3a和3b的連接可以如在圖3中所示來選擇。或者該輸出端子3a也可以連接到該耦合單元7a和7c之間的中間抽頭上，并且該輸出端子3b可以連接到該儲能模塊5的負極上。在這兩種情況下該輸出端子3a和3b此外也可以互換。該耦合單元7a、7b、7c、7d可以如此被控制，比如借助在圖1中所示的控制裝置6，使得相應的儲能單元模塊5可以選擇性地連接到該輸出端子3a和3b之間，或者該儲能單元模塊5被跨接。參照圖2，該儲能單元模塊5比如可以正向連接在該輸出端子3a和3b之間，其方式是，該耦合單元7d的有源開關元件和該耦合單元7a的有源開關元件被設置為閉合狀態(tài)，而該耦合單元7b和7c的其他兩個有源開關元件被設置為斷開狀態(tài)?？缃訝顟B(tài)比如可以如此來調節(jié)，即該耦合單元7a和7b的兩個有源開關元件被設置為閉合狀態(tài)，而該耦合單元7c和7d兩個有源開關元件被設置為斷開狀態(tài)。一個第二跨接狀態(tài)可以如此來調節(jié)，即該耦合單元7a和7b的兩個有源開關元件被保持為斷開狀態(tài)，而該耦合單元7c和7d的兩個有源開關元件被設置為閉合狀態(tài)。最后該儲能單元模塊5比如可以反向連接在該輸出端子3a和3b之間，其方式是，該耦合單元7b的有源開關元件以及該耦合單元7c的有源開關元件被設置為閉合狀態(tài)，而該耦合單元7a和7d的另外兩個有源開關元件被設置為斷開狀態(tài)。類似的考慮也可以相應針對圖3中的半橋電路來實施。通過合適地控制該耦合裝置7，從而該儲能模塊3的幾個儲能單元模塊5可以有針對性地并以任意的極性集成在一個能量供給支路的串聯(lián)電路中。比如在圖1中的該系統(tǒng)100用于給一個三相電機2供電，比如在電動汽車的電驅動系統(tǒng)中。但也可以規(guī)定采用該儲能裝置1來為供電電網(wǎng)2生成電流。該能量供給支路Z可以在其連接到中性點的一端與一個參照電位4（參照電位匯流排）相連接。該參照電位4比如可以是一個地電位。不用另外與該能量供給裝置1外部的參照電位相連接，該能量供給支路Z的連接到中性點一端的電位按照定義可以被確定為參照電位。為了在一側該輸出端子1a、1b和1c與另一側參照電位匯流排4之間生成一個相電壓，通常僅需要該儲能模塊3的儲能單元模塊5的一部分。其耦合裝置7可以如此來控制使得：一個能量供給支路Z的總輸出電壓能夠一方面在單個儲能單元模塊5的乘以儲能模塊3數(shù)量的負電壓與單個儲能單元模塊5的乘以儲能模塊3數(shù)量的正電壓之間以及另一方面在單個儲能模塊3的負額定電流與正額定電流之間逐級地在矩形電壓/電流調節(jié)范圍內被調節(jié)。如圖1所示，這種儲能裝置1在該輸出端子1a、1b、1c上在不同的運行時間點具有不同的電位，并從而不能簡單地被用作直流電壓源。尤其在電動汽車的電驅動系統(tǒng)中，通常希望由該儲能裝置1來給汽車的車上電網(wǎng)供電，比如高伏特車上電網(wǎng)或低伏特車上電網(wǎng)。從而提供了一種直流電壓截取裝置，該直流電壓截取裝置被設計成連接到一個儲能裝置1上，并由其供電來提供一個直流電壓，比如用于電動汽車的車上電網(wǎng)。圖4示出了一種系統(tǒng)200的示意圖，其具有一個儲能裝置1和這樣一種直流電壓截取裝置8。該直流電壓截取裝置8一方面通過端子8a、8b和8c與該儲能裝置1相連接，并另一方面通過一個參照端子8d與之相耦合。可以在該截取端子8e和8f上截取該直流電壓截取裝置8的一個直流電壓UZK。在該截取端子8e和8f上比如可以連接一個（未示出的）直流電壓變換器，以用于電動汽車的車上電網(wǎng)，或者在合適地平衡該截取端子8e和8f之間的電壓UZK與該車上電網(wǎng)電壓的情況下，也可以與該車上電網(wǎng)直接相連。該直流電壓截取裝置8具有一個半橋電路9，其通過聚集端子8a、8b、8c分別與該儲能裝置1的輸出端子1a、1b、1c相耦合。該聚集端子8a、8b、8c在此比如可以耦合到該系統(tǒng)200的相線2a、2b及2c上。該半橋電路9可以具有多個二極管9a，該二極管分別耦合到聚集端子8a、8b、8c之一上，如此使得二極管9a的相應陽極與該相線2a、2b或2c相耦合。該二極管9a的陰極可以一起連接到該半橋電路9的公共聚集點上。由此在該半橋電路9的聚集點上分別存在有該相線2a、2b或2c的瞬時最高電位。另外或者可以設置多個換向電感線圈9b，其分別耦合在該二極管9a與該聚集點之間。該換向電感線圈9b在此可以緩沖電位波動，其中該電位波動可能由于控制所決定的逐級電位變換而在相應相線2a、2b或2c中有時出現(xiàn)，如此使得該二極管9a更低地由于經(jīng)常的換向過程而被加載。該直流電壓截取裝置8另外還具有一個參照端子8d，該參照端子與該儲能裝置1的一個參照電位匯流排4相耦合。在該半橋電路9的聚集點與該參照端子8d之間從而存在一個電位差，該電位差可以通過一個升壓轉換器14而被升壓，該升壓轉換器耦合在該半橋電路9與該參照端子8d之間。該升壓轉換器14在此被設計成根據(jù)在該半橋電路9與該參照端子8d之間的電位而在該直流電壓截取裝置8的截取端子8e、8f上提供一個直流電壓UZK。該升壓轉換器14比如可以具有串聯(lián)的一個變換器電感線圈10和一個輸出二極管11，其中一個調節(jié)器開關元件12把其中點抽頭與該參照端子8d相耦合?；蛘咴撟儞Q器電感線圈10也可以設置在該參照端子8d與該調節(jié)器開關元件12之間，或者可以在該升壓轉換器14的兩個輸入端子上設置兩個變換器電感線圈10。同樣這也適用于該輸出二極管11，該輸出二極管或者也可以設置在該輸出抽頭8f與該調節(jié)器開關元件12之間。該調節(jié)器開關元件12比如可以具有一個功率半導體開關，比如MOSFET開關或IGBT開關。比如可以為該調節(jié)器開關元件12而采用一個n溝道IGBT，其在正常狀態(tài)下是截止的。但在此應該明確的是，同樣可以為該調節(jié)器開關元件12而采用其他每種功率半導體開關。可以放棄該調節(jié)器開關元件12，或者把該調節(jié)器開關元件12保持在長久截止的狀態(tài)，如果在該半橋電路9的聚集端子與該參照端子8d之間的電位差總是位于由連接在該截取端子8e、8f上的其他元件所給定的輸入電壓范圍之內，那么就尤其這樣。在這種情況下，在一些實施方案中也可以放棄該輸出二極管11。該直流電壓截取裝置8另外還可以具有一個中間回路電容13，該中間回路電容連接在該直流電壓截取裝置8的截取端子8e、8f之間，并且該中間回路電容被設計成對由該升壓轉換器14所輸出的電流脈沖進行緩沖，并從而在該升壓轉換器14的輸出上生成一個平滑的直流電壓UZK。通過該中間回路電容13，那么就比如可以給電動汽車的車上電網(wǎng)的直流電壓變換器供電，或者在特定情況下也可以把該車上電網(wǎng)直接連接到該中間回路電容13。在該半橋電路9中二極管9a的數(shù)量在圖4中比如為三個，并且與該儲能裝置1的輸出端子1a、1b、1c的數(shù)量相匹配。在此應該明確的是，按照該儲能裝置1生成哪種相位電壓，在該半橋電路9中二極管的其他每種數(shù)量都同樣是可以的。圖5示出了具有一個儲能裝置1和一個直流電壓截取裝置8的一種系統(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，該二極管9a將其陰極連接到該儲能裝置1的相線2a、2b、2c上。在圖5的直流電壓截取裝置8中從而在該半橋電路9的聚集點上總是存在該相線2a、2b、2c的相應瞬時最低電位。在圖5的直流電壓截取裝置8中在該半橋電路9的聚集點與該參照端子8d之間也存在一個電位差，該電位差可以通過該升壓轉換器14而升壓為直流電壓UZK。圖6示出了一種方法20的示意圖，該方法用于由一個儲能裝置、尤其儲能裝置1來生成一個直流電壓UZK，如結合圖1至5所示。該方法比如可以用于利用圖4或5的電驅動系統(tǒng)200或300來為電動汽車的車上電網(wǎng)提供直流電壓UZK。在一個第一步驟S1中，可以在該儲能裝置1的多個輸出端子1a、1b、1c上來截取一個相應瞬時按照數(shù)值而最高的電位。在一個第二步驟S2中可以在該儲能裝置的參照母線上截取一個參照電位。然后在一個步驟S3中可以把在相應瞬時最高的電位與該參照電位之間的電位差利用一個升壓轉換器來升壓。在步驟S4中被升壓的電位差可以作為直流電壓UZK而被提供。在一個步驟S5中可選地利用所提供的直流電壓UZK來給一個中間回路電容13供電。如果用于驅動直流電壓截取裝置8的該方法20在比如按照圖4的一個實施方案中被用在一個電驅動系統(tǒng)200或300中，如果在控制該電機2所需的在相應瞬時最高的電位與該參照電位之間的電位差低于一個預定的閾值，那么該n相電機2的中性點可以通過相同地提高在該儲能裝置1的多個輸出端子1a、1b、1c上的輸出電壓而被提高。如果該直流電壓截取裝置8存在于比如按照圖5的一個實施方案中，如果在控制該電機2所需的在該參照電位與相應瞬時最低的電位之間的電位差低于一個預定的閾值，那么就可以以相應的方式通過相同地降低該輸出電壓在該儲能裝置1的多個輸出端子1a、1b、1c上的輸出電壓來降低該n相電機2的中性點電位。也即，所有能量供給支路Z的輸出電位被提高或降低一個單位值，并從而該升壓轉換器14的輸入電壓被提高超過控制該電機2所給定的值，而不影響該電機2的定子電壓和/或定子電流。