具有集成的脈沖逆變器和提高的可靠性的耦合單元和蓄電池模塊制造技術(shù)

描述了一種用于蓄電池模塊(40)的耦合單元(30)，所述耦合單元(30)包括第一輸入端(31)、第二輸入端(32)和輸出端(33)。依據(jù)本發(fā)明專利技術(shù)，所述耦合單元(30)被構(gòu)造為根據(jù)控制信號將所述第一輸入端(31)或所述第二輸入端(32)與所述輸出端(33)相連接。此外實(shí)現(xiàn)了一種具有這樣的耦合單元(30)和至少一個蓄電池單元(41)的蓄電池模塊(40)，蓄電池單元(41)連接在耦合單元(30)的第一輸入端(31)和第二輸入端(32)之間。所述蓄電池模塊(40)的第一端子(42)與所述耦合單元(30)的輸出端(33)相連接，且所述蓄電池模塊(40)的第二端子(43)與所述耦合單元(30)的第二輸入端(32)相連接。此外本發(fā)明專利技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了一種具有一個或多個蓄電池模塊組(50)的蓄電池，其中，蓄電池模塊組(50)具有多個串聯(lián)連接的蓄電池模塊(40)。蓄電池具有控制單元，其被構(gòu)造為，產(chǎn)生用于所述耦合單元(30)的控制信號并將其輸出至所述耦合單元(30)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種用于蓄電池模塊的耦合單元以及具有這樣的耦合單元的蓄電池模塊。
技術(shù)介紹
在將來，無論在固定的應(yīng)用還是在車輛諸如混合動カ車輛和電動車輛中，將增加 應(yīng)用蓄電池系統(tǒng)。為了能夠滿足針對各應(yīng)用給出的對電壓以及所能夠提供的功率的要求，串聯(lián)了較高數(shù)量的蓄電池単元。因?yàn)橛嫂`個這樣的蓄電池提供的電流必須流過所有的蓄電池単元，并且ー個蓄電池単元僅能夠?qū)ㄊ芟薜碾娏鳎虼送ǔ＿€附加地并聯(lián)連接蓄電池単元，以便提高最大電流。這能夠通過在蓄電池單元罩殼內(nèi)設(shè)置更多的単元包或通過外部連接蓄電池單元來實(shí)現(xiàn)。然而，在此有問題的是，由于單元電容和電壓不精確相同，在并聯(lián)連接的電池單元之間能夠出現(xiàn)補(bǔ)償電流。在圖I中示出了常見的電驅(qū)動系統(tǒng)的原理電路圖，電驅(qū)動系統(tǒng)諸如在電動車輛和混合動カ車輛中或者在靜態(tài)應(yīng)用中諸如風(fēng)カ發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)動葉片調(diào)節(jié)中使用的電驅(qū)動系統(tǒng)。蓄電池10連接至直流中間電路，該直流中間電路受電容器11緩沖保護(hù)。脈沖逆變器12連接至直流中間電路，該脈沖逆變器12通過兩個可控的半導(dǎo)體閥和兩個ニ極管在三個輸出端上分別提供相對彼此相位移位的正弦電壓，以用于驅(qū)動電驅(qū)動電機(jī)13。電容器11的電容必須足夠大，以便使直流中間電路中的電壓穩(wěn)定ー時間段，在該時間段內(nèi)接通可控的半導(dǎo)體閥中的ー個。在實(shí)際的應(yīng)用中，諸如在電動車輛中，得出高電容在mF范圍內(nèi)。因?yàn)橹绷髦虚g電路的電壓通常相當(dāng)高，只有在高成本并且以大的空間要求的情況下才能夠?qū)崿F(xiàn)這樣大的電容。圖2在具體的方框電路圖中示出了圖I的蓄電池10。多個蓄電池単元串聯(lián)連接，并可選地附加地并聯(lián)連接，以實(shí)現(xiàn)對于各應(yīng)用所期望的高的輸出電壓和蓄電池容量。在蓄電池單元的正極和蓄電池正端子14之間連接了負(fù)載和分隔裝置16。可選地，能夠附加地在蓄電池単元的負(fù)極和蓄電池負(fù)端子15之間連接分隔裝置17。分隔和負(fù)載裝置16和分隔裝置17分別包括保護(hù)繼電器18和19，其被設(shè)置為用于將蓄電池單元與蓄電池端子分開，從而使得蓄電池端子不帶電壓。否則，由于串聯(lián)連接的蓄電池単元的高直流電壓，對維護(hù)人員或類似的人將有相當(dāng)?shù)奈ｋU電勢。在負(fù)載和分隔裝置16中附加地設(shè)置有負(fù)載保護(hù)繼電器20和與負(fù)載保護(hù)繼電器20串聯(lián)連接的負(fù)載電阻21。如果蓄電池連接到直流中間電路，則負(fù)載電阻21限制電容器11的充電電流。在此，首先斷開保護(hù)繼電器18，并僅閉合負(fù)載保護(hù)繼電器20。如果在蓄電池正端子14上的電壓達(dá)到蓄電池単元的電壓，則能夠閉合保護(hù)繼電器19，并且必要時斷開負(fù)載保護(hù)繼電器20。保護(hù)繼電器18、19和負(fù)載保護(hù)繼電器20明顯提高蓄電池10的成本，因?yàn)閷ζ淇煽啃院蛯τ善鋵?dǎo)通的電流提出了高的要求。大量蓄電池単元的串聯(lián)連接除了總電壓高之外，還帶來了這樣的問題，S卩如果一個蓄電池単元故障，則整個蓄電池故障，因?yàn)橛捎诖?lián)連接，蓄電池電流必須流過所有的蓄電池單元。這樣的蓄電池故障能夠?qū)е抡麄€系統(tǒng)的故障。在電動車輛中,驅(qū)動蓄電池的故障能夠?qū)е滤^的趴窩(Liegenbleiber)，在另外的諸如風(fēng)カ發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)動葉片調(diào)節(jié)裝置中，在強(qiáng)風(fēng)情況下，這能夠?qū)е掳踩ｋU情況。因此蓄電池的可靠性高是有利的。根據(jù)定義，概念“可靠性”是指系統(tǒng)正確地工作預(yù)先給定的時間的能力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
因此，依據(jù)本專利技術(shù)提出了一種用于蓄電池模塊的耦合單元，其中，所述耦合単元具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。耦合單元被構(gòu)造為根據(jù)控制信號將第一輸入端或第ニ輸入端與輸出端相連接。耦合單元能夠?qū)ⅸ`個或多個連接在第一和第二輸入端之間的蓄電池單元耦合到耦合單元的輸出端以使得外部能夠有蓄電池單元的電壓，或者繞過蓄電池單元以使得從外部看到OV的電壓。相對于圖I所示的蓄電池系統(tǒng)，蓄電池系統(tǒng)的可靠性大大提高了，因?yàn)閱蝹€蓄電池單元的故障不會直接導(dǎo)致蓄電池系統(tǒng)的故障。耦合單元能夠具有換向開關(guān)，其被構(gòu)造為根據(jù)控制信號將第一輸入端或第二輸入端與輸出端相連接。替代地，耦合單元能夠具有第一開關(guān)和第二開關(guān)，第一開關(guān)連接在第一輸入端和輸出端之間，第二開關(guān)連接在第二輸入端和輸出端之間。耦合單元的這樣的實(shí)施形式特別適合用半導(dǎo)體開關(guān)實(shí)現(xiàn)，其中，第一開關(guān)和/或第二開關(guān)優(yōu)選地被構(gòu)造為MOSFET開關(guān)或絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)開關(guān)。第二專利技術(shù)方面涉及具有依據(jù)第一專利技術(shù)方面的耦合單元的蓄電池模塊，蓄電池模塊還具有至少ー個蓄電池單元，優(yōu)選為鋰離子蓄電池單元，其連接在耦合單元的第一輸入端和第二輸入端之間，其中蓄電池模塊的第一端子與耦合單元的輸出端相連接，且蓄電池模塊的第二端子與耦合單元的第二輸入端相連接。如果在蓄電池模塊的第一和第二端子上應(yīng)當(dāng)有至少ー個蓄電池単元的電壓，則將耦合單元的第一輸入端接通至其輸出端。相反，如果應(yīng)當(dāng)使蓄電池模塊失效，則將耦合單元的第一輸入端與輸出端斷開，并將耦合單元的第二輸入端與輸出端相連接。由此將第一和第二端子導(dǎo)電地彼此相連，從而對于蓄電池模塊得到OV的電壓。第三專利技術(shù)方面更提出了ー種具有ー個或多個、優(yōu)選為三個蓄電池模塊組的蓄電池。在此蓄電池模塊組包括多個串聯(lián)連接的、依據(jù)第二專利技術(shù)方面的蓄電池模塊。蓄電池還包括控制單元，其被構(gòu)造為，產(chǎn)生用于耦合単元的控制信號并將其輸出至耦合單元。蓄電池具有的優(yōu)點(diǎn)在于，在一個蓄電池単元故障的情況下，能夠使所涉及的蓄電池模塊失效，而剩余的蓄電池模塊繼續(xù)提供電壓。盡管蓄電池能夠提供的最大電壓下降了，然而在蓄電池運(yùn)行的裝置中，電壓的下降通常不會導(dǎo)致其整體故障。此外可能的是，設(shè)置一些附加的蓄電池模塊，如果蓄電池模塊中的ー個故障并且必須使其失效時，將附加的蓄電池模塊相應(yīng)地包含在蓄電池模塊的串聯(lián)連接中。由此使得蓄電池的電壓不會由于蓄電池模塊的故障而受影響，并且蓄電池的功能不依賴于蓄電池単元的故障，由此又大大地提高了整體裝置的可靠性。如果耦合單元具有如上文描述的第一和第二開關(guān)，則控制單元能夠被構(gòu)造為，閉合所選擇的耦合單元的第一開關(guān)并斷開所述所選擇的耦合單元的第二開關(guān)，或者斷開所述所選擇的耦合單元的第一開關(guān)并閉合所述所選擇的耦合単元的第二開關(guān)，或者斷開所述所選擇的耦合單元的第一開關(guān)和第二開關(guān)。如果斷開第一開關(guān)和第二開關(guān)，則蓄電池模塊為高阻，由此中斷蓄電池模塊組中的電流。這能夠用于維護(hù)情況，其中例如能夠?qū)⑿铍姵啬K組的所有的蓄電池模塊設(shè)置為高阻狀態(tài)，以便能夠無危險地更換故障蓄電池模塊。由此在圖2中示出的現(xiàn)有技術(shù)的保護(hù)繼電器17和18變得多余，因?yàn)轳詈蠁卧呀?jīng)能夠提供將蓄電池在其兩個極上接為無電壓的可能。控制單元還能夠被構(gòu)造為，在第一時間點(diǎn)將所選擇的蓄電池模塊組的耦合單元的所有第一輸入端與所述所選擇的蓄電池模塊組的耦合單元的輸出端相連接，并且在第二時間點(diǎn)將所述所選擇的蓄電池模塊組的耦合單元的所有第二輸入端與所述所選擇的蓄電池模塊組的耦合單元的輸出端相連接。由此在第一時間點(diǎn)，在所選擇的蓄電池模塊組的輸出上有該蓄電池模塊組的全部輸出電壓，而在第二時間點(diǎn)輸出OV電壓。由此將蓄電池模塊組的耦合單元用作脈沖逆變器，如圖I中所示，其將直流中間電路的正極或負(fù)極接通到脈沖逆變器的輸出端。通過使用例如脈沖寬度調(diào)制控制，能夠生成近似的正弦輸出電壓，其中驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)繞阻作為濾波器。本專利技術(shù)的蓄電池由此能夠完全承擔(dān)現(xiàn)有技術(shù)中脈沖逆變器的功能。在具有多個蓄 電池模塊組的實(shí)施形式中，每個蓄電池模塊組能夠生成相對于另外的蓄電池本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2010.04.16 DE 102010027857.21.ー種用于蓄電池模塊(40)的耦合單元(30)，所述耦合単元(30)包括第一輸入端(31)、第二輸入端(32)和輸出端(33)，其特征在于，所述耦合単元(30)被構(gòu)造為根據(jù)控制信號將所述第一輸入端(31)或所述第二輸入端(32)與所述輸出端(33)相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耦合単元(30)，具有換向開關(guān)(34)，其被構(gòu)造為根據(jù)所述控制信號將所述第一輸入端(31)或所述第二輸入端(32)與所述輸出端(33)相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耦合単元(30)，具有第一開關(guān)(35)和第二開關(guān)(36)，所述第ー開關(guān)(35)連接在所述第一輸入端(31)和所述輸出端(33)之間，所述第二開關(guān)(36)連接在所述第二輸入端(32)和所述輸出端(33)之間。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耦合単元(30)，其中，所述第一開關(guān)(35)和/或所述第二開關(guān)(36)被構(gòu)造為半導(dǎo)體開關(guān)，優(yōu)選地被構(gòu)造為MOSFET開關(guān)或絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)開關(guān)。5.ー種具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的耦合單元(30)的蓄電池模塊(40)，所述蓄電池模塊(40)具有至少ー個蓄電池単元(41)，優(yōu)選為鋰離子蓄電池単元，所述蓄電池単元(41)連接在所述耦合単元(30)的所述第一輸入端(31)和所述第二輸入端(32)之間，其中所述蓄電池模塊(40)的第一端子(42，41)與所述耦合単元(30)的輸出端(33)相連接，且所述蓄電池模塊(40)的第二端子(41，42)與所述耦合単元(30)的第二輸入端(32)相連接。6.ー種具有ー個或多個、優(yōu)選為三個蓄電池模...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：S·布茨曼，H·芬克，
申請(專利權(quán))人：SB鋰摩托有限公司，SB鋰摩托德國有限公司，
類型：
國別省市：