[發明專利]耦合單元和具有集成的脈沖逆變器和在運行中可更換的單元模塊的蓄電池模塊

有效

• 申請號: 201180019266.5
• 申請日: 2011-03-03
• 公開（公告）號: CN102859833A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: S·布茨曼;H·芬克
• 申請（專利權）人: SB鋰摩托有限公司;SB鋰摩托德國有限公司
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02;H02M7/483;H02M7/49
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱

技術領域

本發明涉及用于蓄電池模塊的耦合單元和具有該種耦合單元的蓄電池模塊。

背景技術

在將來，無論在靜態的應用還是在諸如混合動力車輛和電動車輛的車輛中，將應用更多的蓄電池系統。為了能夠滿足針對各應用給出的對電壓以及所能夠提供的功率的要求，串聯了較高數量的蓄電池單元。因為由一個這樣的蓄電池提供的電流必須流過所有的蓄電池單元，并且一個蓄電池單元僅能夠導通受限的電流，因此通常還附加地并聯連接蓄電池單元，以便提高最大電流。這能夠通過在蓄電池單元罩殼內設置更多的單元包(Zellwickeln)或通過外部連接蓄電池單元來實現。然而，在此有問題的是，由于單元電容和電壓并不是精確地相同，在并聯連接的電池單元之間出現了均衡電流。

在圖1中示出了常見的電驅動系統的原理電路圖，電驅動系統應用在諸如電動車輛和混合動力車輛中或者也應用在靜態應用(例如風力發電裝置的轉動葉片調節)中。蓄電池10連接至直流中間電路，該直流中間電路由電容器11緩沖保護。脈沖逆變器12連接至直流中間電路，該脈沖逆變器12通過兩個可接通的半導體閥和兩個二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，以用于驅動電驅動電機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定一時間段，在該時間段內接通可接通的半導體閥中的一個。在實際的應用中，諸如在電動車輛中，高電容位于mF范圍內。因為直流中間電路的電壓通常相當高，只有在高成本并且以大的空間要求的情況下才能夠實現這樣大的電容。

圖2在具體的方框電路圖中示出了圖1的蓄電池10。多個蓄電池單元串聯連接，并可選地附加地并聯連接，以實現對于各應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之間連接了負載裝置和分隔裝置16。可選地，能夠附加地在蓄電池單元的負極和蓄電池負端子15之間連接分隔裝置17。分隔裝置和負載裝置16和分隔裝置17分別包括保護繼電器18和19，其被設置為用于將蓄電池單元與蓄電池端子分開，從而不帶電壓地連接蓄電池端子。否則，由于串聯連接的蓄電池單元的高直流電壓，對維護人員或類似的人將產生相當的危險電勢。在負載裝置和分隔裝置16中附加地設置有負載保護繼電器20和與負載保護繼電器20串聯連接的負載電阻21。如果蓄電池連接到直流中間電路，則負載電阻21限制電容器11的充電電流。在此，首先斷開保護繼電器18，并僅閉合負載保護繼電器20。如果在蓄電池正端子14上的電壓達到蓄電池單元的電壓，則能夠閉合保護繼電器19，并且必要時斷開負載保護繼電器20。保護繼電器18、19和負載保護繼電器20明顯提高了蓄電池10的成本，因為對其可靠性和對由其導通的電流的提出高的要求。

大量蓄電池單元的串聯連接除了總電壓高之外，還帶來了這樣的問題，即如果一個蓄電池單元故障，則整個蓄電池故障，因為由于串聯連接，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導致整個系統的故障。在電動車輛中，驅動蓄電池的故障能夠導致所謂的趴窩(Liegenbleiber)，在另外的諸如風力發電裝置的轉動葉片調節裝置中，在強風情況下，這能夠導致安全危險情況。因此蓄電池的可靠性高是有利的。根據定義，概念“可靠性”是指系統正確地工作預先給定的時間的能力。此外，蓄電池系統較高的可用性是值得期待的。可用性可理解為可維修的系統在規定的時刻處于可運轉的狀態的可能性。

發明內容

因此，依據本發明提供了一種用于蓄電池模塊的耦合單元，其中，所述耦合單元包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端和第二輸出端。所述耦合單元被構造為響應于第一控制信號將所述第一輸入端和所述第一輸出端相連接，且將所述第二輸入端和所述第二輸出端相連接，且響應于第二控制信號將所述第一輸入端從所述第一輸出端分離，且將所述第二輸入端從所述第二輸出端分離，且將所述第一輸出端與所述第二輸出端相連接。

所述耦合單元使得一個或多個接在所述第一和所述第二輸入端的蓄電池單元要么如此地耦接至所述耦合單元的所述第一和所述第二輸出端，從而向外部提供蓄電池單元的電壓；要么通過連接所述第一輸出端和所述第二輸出端來跨接所述蓄電池單元，從而使得從外部可見的電壓為0伏。因此能夠相對于在圖1中示出的蓄電池系統極大地提高蓄電池系統的可靠性，因為單一的蓄電池單元的故障不會直接導致整個蓄電池系統的故障。此外將有力地改善蓄電池系統的可用性，因為通過所述第一和第二輸入端的去耦能夠無電壓地斷開連接至所述第一和第二輸入端的蓄電池單元，且之后在運行中移除并通過功能完好的來替換，這些蓄電池單元隨后又能夠接通。