用于控制能量存儲(chǔ)裝置的耦合裝置的方法和能量供應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制能量存儲(chǔ)裝置的、尤其是具有模塊化的電池組系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)裝置的耦合裝置的方法和能量供應(yīng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]呈現(xiàn)出，今后不僅在諸如風(fēng)力設(shè)備或太陽(yáng)能設(shè)備的靜止應(yīng)用中，而且在如混合動(dòng)力或電動(dòng)車輛的車輛和船舶中，增加地使用將新型能量存儲(chǔ)技術(shù)與電驅(qū)動(dòng)技術(shù)或者與供電網(wǎng)相組合的電子系統(tǒng)。
[0003]單相或多相電流到電機(jī)或供電網(wǎng)中的饋送通常通過(guò)脈沖逆變器形式的變流器來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)此可以將由直流電壓中間回路所提供的直流電壓變換為多相交流電壓，例如三相交流電壓。該直流電壓中間回路在此由串聯(lián)的電池組模塊構(gòu)成的支路來(lái)饋電。為了能夠滿足針對(duì)相應(yīng)的應(yīng)用所給出的對(duì)功率和能量的要求，通常將多個(gè)電池組模塊串聯(lián)在牽引電池組中。
[0004]在文獻(xiàn)US 5 642 275 Al中描述了一種具有集成的逆變器功能的電池組系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)以多級(jí)級(jí)聯(lián)逆變器或者電池組直接逆變器(電池組直接變流器，BDI)的命名而已知。這樣的系統(tǒng)在多個(gè)能量存儲(chǔ)模塊支路中包括直流源，其中所述能量存儲(chǔ)模塊支路可以直接連接到電機(jī)或電網(wǎng)上。在此可以產(chǎn)生單相或多相供電電壓。能量存儲(chǔ)模塊支路在此具有多個(gè)串聯(lián)的能量存儲(chǔ)模塊，其中每個(gè)能量存儲(chǔ)模塊具有至少一個(gè)電池組電池和所分配的可控耦合單元，該耦合單元允許根據(jù)控制信號(hào)來(lái)斷開(kāi)相應(yīng)的能量存儲(chǔ)模塊支路、或者跨接分別被分配的至少一個(gè)電池組電池、或者將分別被分配的至少一個(gè)電池組電池接入到相應(yīng)的能量存儲(chǔ)模塊支路中。通過(guò)例如借助脈沖寬度調(diào)制合適地控制耦合單元，還可以提供合適的相位信號(hào)以控制相輸出電壓，使得可以放棄單獨(dú)的脈沖逆變器。為了控制相輸出電壓所需的脈沖逆變器因此可以說(shuō)是被集成到BDI中。
[0005]類似的系統(tǒng)在文獻(xiàn)DE 10 2010 027 857 Al 和 DE 10 2010 027 861 Al 中公開(kāi)，
所述文獻(xiàn)例如示出具有多個(gè)電池組模塊支路的電池組直接逆變器，其中所述電池組模塊支路可以直接連接到電機(jī)上。
[0006]BDI相對(duì)于常規(guī)的系統(tǒng)通常具有更高的效率和更高的故障安全性。故障安全性此外通過(guò)如下來(lái)保證，即可以通過(guò)合適地跨接控制耦合單元將失效的、故障的或欠功率的電池組電池從能量供應(yīng)支路中切斷。能量存儲(chǔ)模塊支路的相輸出電壓可以通過(guò)相應(yīng)地控制耦合單元而被改變，并尤其是分級(jí)地被調(diào)節(jié)。輸出電壓的分級(jí)在此由單個(gè)能量存儲(chǔ)模塊的電壓來(lái)得出，其中最大可能的相輸出電壓通過(guò)能量存儲(chǔ)模塊支路的所有能量存儲(chǔ)模塊的電壓之和來(lái)確定。
[0007]為了調(diào)節(jié)能量存儲(chǔ)模塊的輸出電壓，可以對(duì)耦合單元進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制。由此可以通過(guò)有目的地改變接通時(shí)間以及斷開(kāi)時(shí)間來(lái)輸出所期望的平均值作為能量存儲(chǔ)模塊電壓。
[0008]在BDI或模塊化構(gòu)造的能量存儲(chǔ)裝置中要求:快速地、靈活地、可靠地、能量有效地且成本適宜地控制各個(gè)能量存儲(chǔ)模塊的耦合單元。隨著能量存儲(chǔ)模塊的數(shù)量增加，該要求越發(fā)變難。
[0009]因此存在對(duì)于控制模塊化構(gòu)造的能量存儲(chǔ)裝置的耦合裝置的需求，其中各個(gè)能量存儲(chǔ)模塊的功率電子裝置能夠以高的精度、高的速度、盡可能大的靈活性和小的實(shí)施耗費(fèi)來(lái)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明根據(jù)一個(gè)方面創(chuàng)造一種能量供應(yīng)系統(tǒng)，其具有能量存儲(chǔ)裝置。能量存儲(chǔ)裝置具有多個(gè)串聯(lián)在至少一個(gè)能量供應(yīng)分支中的能量存儲(chǔ)模塊，所述能量存儲(chǔ)模塊分別包括:具有至少一個(gè)能量存儲(chǔ)電池的能量存儲(chǔ)電池模塊；和具有耦合元件的耦合裝置，所述耦合元件被設(shè)計(jì)用于選擇性地將能量存儲(chǔ)電池模塊接入到相應(yīng)的能量供應(yīng)分支中或者繞開(kāi)能量存儲(chǔ)電池模塊；和多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置被分配給能量存儲(chǔ)模塊中的各一個(gè)并且與能量存儲(chǔ)模塊中的所述各一個(gè)耦合，并且所述驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)計(jì)用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制耦合裝置的耦合元件。能量供應(yīng)系統(tǒng)還包括控制裝置，所述控制裝置經(jīng)由控制信號(hào)線路與驅(qū)動(dòng)裝置耦合，并且所述控制裝置被設(shè)計(jì)用于將控制信號(hào)經(jīng)由控制信號(hào)線路輸出給驅(qū)動(dòng)裝置，所述控制信號(hào)具有物理的控制信號(hào)參數(shù)，用于驅(qū)動(dòng)裝置的控制模式被編碼到所述控制信號(hào)參數(shù)的數(shù)值中。在此，驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)計(jì)用于接收控制信號(hào)，并且根據(jù)可預(yù)設(shè)的控制模式分配和控制信號(hào)參數(shù)的數(shù)值產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0011]根據(jù)另一方面，本發(fā)明創(chuàng)造一種用于控制能量存儲(chǔ)裝置的耦合裝置的方法，所述能量存儲(chǔ)裝置具有多個(gè)串聯(lián)在至少一個(gè)能量供應(yīng)分支中的能量?jī)?chǔ)存模塊。能量存儲(chǔ)模塊分別包括:能量?jī)?chǔ)存電池模塊，所述能量?jī)?chǔ)存電池模塊具有至少一個(gè)能量存儲(chǔ)電池；和具有耦合元件的耦合裝置，所述耦合元件被設(shè)計(jì)用于選擇性地將能量存儲(chǔ)電池模塊接入到相應(yīng)的能量供應(yīng)分支中或者繞開(kāi)能量存儲(chǔ)電池模塊。該方法在此具有如下步驟:產(chǎn)生控制信號(hào)，所述控制信號(hào)具有物理的控制信號(hào)參數(shù)，用于驅(qū)動(dòng)裝置的控制模式被編碼到所述控制信號(hào)參數(shù)的數(shù)值中；將控制信號(hào)發(fā)送給驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置被分配給能量存儲(chǔ)模塊中的各一個(gè)并且與能量存儲(chǔ)模塊中的所述各一個(gè)耦合，并且所述驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)計(jì)用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)由控制信號(hào)線路控制耦合裝置的耦合元件；和通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)可預(yù)設(shè)的控制模式分配和控制信號(hào)參數(shù)的數(shù)值產(chǎn)生用于耦合裝置的耦合元件的相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0012]本發(fā)明的構(gòu)思是:在具有串聯(lián)在一個(gè)或多個(gè)能量供應(yīng)分支中的電池組電池的模塊化構(gòu)造的能量存儲(chǔ)裝置中，盡可能有效、快速、精確和靈活地確保功率電子構(gòu)件的控制。對(duì)此，設(shè)有控制裝置，所述控制裝置經(jīng)由控制線路與被分配給能量存儲(chǔ)裝置的相應(yīng)的能量存儲(chǔ)模塊的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行通信。經(jīng)由所述控制線路能夠?qū)⒖刂菩盘?hào)發(fā)送給全部驅(qū)動(dòng)裝置，所述控制信號(hào)具有物理特性，所述物理特性的數(shù)值或其變化被驅(qū)動(dòng)裝置的控制行為編碼。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的控制的優(yōu)點(diǎn)在于:僅設(shè)有一個(gè)控制線路，經(jīng)由所述控制線路以順序的次序?qū)δ芰抗?yīng)分支的全部驅(qū)動(dòng)裝置供應(yīng)控制信號(hào)。由此降低硬件耗費(fèi)，尤其是因?yàn)槟軌蜢`活地調(diào)整能量存儲(chǔ)模塊或所屬的驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量，而不必根本性地改變控制線路拓?fù)?。此外，能夠通過(guò)這一個(gè)控制線路確保驅(qū)動(dòng)裝置的控制的同步性。
[0014]此外，存在如下優(yōu)點(diǎn):能夠應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化的控制信號(hào)類型，使得實(shí)施是靈活的、成本適宜的且低故障的。借助根據(jù)本發(fā)明的方法措施，用于驅(qū)動(dòng)裝置的控制信號(hào)的高的更新頻率是可行的，而針對(duì)與驅(qū)動(dòng)裝置的通信不需要昂貴且專用的硬件部件。特別是，在驅(qū)動(dòng)裝置中的控制信號(hào)的分析是快速、無(wú)問(wèn)題的并且可以不大規(guī)模地匹配于控制信號(hào)的類型。
[0015]該控制能夠?qū)崿F(xiàn)極其短的等待時(shí)間。此外有利的是，理論上未受限數(shù)量的能量存儲(chǔ)模塊是可行的，所述能量存儲(chǔ)模塊的實(shí)際最大數(shù)量?jī)H與通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行的控制信號(hào)的所需的分辨率和處理速度相關(guān)。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法措施確保在故障情況下、例如在控制線路的線破損或者到驅(qū)動(dòng)裝置的引線的線破損的情況下的安全的狀態(tài)。
[0016]此外，經(jīng)由邊沿信號(hào)同步能量存儲(chǔ)模塊是可行的?？刂菩盘?hào)的傳遞有利地是魯棒的并且能夠經(jīng)由適當(dāng)?shù)钠骷?、例如光電耦合器以電分離的方式執(zhí)行。控制裝置和驅(qū)動(dòng)裝置之間的總的通信僅需要少量的運(yùn)算能力，使得驅(qū)動(dòng)裝置和控制裝置的軟件占用少量資源。
[0017]按照根據(jù)本發(fā)明的能量供應(yīng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式，能量供應(yīng)系統(tǒng)還能夠包括配置線路，所述配置線路將控制裝置與驅(qū)動(dòng)裝置耦合，其中控制裝置被設(shè)計(jì)用于，將配置信號(hào)經(jīng)由配置線路輸出給驅(qū)動(dòng)裝置，所述配置信號(hào)配置驅(qū)動(dòng)裝置的相應(yīng)的能預(yù)設(shè)的控制模式分配。這提供如下優(yōu)點(diǎn):即經(jīng)由單獨(dú)的配置線路能夠?qū)⑴渲脭?shù)據(jù)以對(duì)于更新快速性要求小的方式傳輸給驅(qū)動(dòng)裝置。由此，常規(guī)的總線系統(tǒng)、例如CAN總線或LIN總線被用于驅(qū)動(dòng)裝置的配置。
[0018]按照根據(jù)本發(fā)明的能量供應(yīng)系統(tǒng)的另一實(shí)施方式，能量供應(yīng)系統(tǒng)還能夠包括重置線路，所述重置線路將控制裝置與驅(qū)動(dòng)裝置耦合，其中控制裝置被設(shè)計(jì)用于，將重置信號(hào)經(jīng)由重置線路輸出給驅(qū)動(dòng)裝置，所述重置信號(hào)將耦合裝置的全部耦合元件置于斷開(kāi)的狀態(tài)。有利地，由此能夠確保在故障情況下的安全性。
[0019]按照根據(jù)本發(fā)明的能量供應(yīng)系統(tǒng)的另一實(shí)施方式，能量供應(yīng)系統(tǒng)還能夠包括反饋線路，所述反饋線路連同控制信號(hào)線路一起形成用于控制裝置的反饋回路，其中控制裝置被設(shè)計(jì)用于經(jīng)由反饋線路接收控制信號(hào)，并且根據(jù)反饋的控制信號(hào)檢查是否控制信號(hào)無(wú)錯(cuò)地輸出給全部驅(qū)動(dòng)裝置并且在控制信號(hào)線路中不存在故障。這能夠?qū)崿F(xiàn):更容易地確定故障和失效以及必要時(shí)在運(yùn)行時(shí)間不同的情況下再調(diào)節(jié)控制信號(hào)。
[0020]按照根據(jù)本發(fā)明的能量供應(yīng)系統(tǒng)和方法的另一實(shí)施方式，控制信號(hào)能夠是脈沖寬度調(diào)制的數(shù)字信號(hào)，并且物理的控制信號(hào)參數(shù)能夠是脈沖寬度調(diào)制