用于將電池集成到逆變器中的安全概念的制作方法
【專利說明】用于將電池集成到逆變器中的安全概念
[0001]領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種逆變器裝置。特別地，本發(fā)明涉及一種用于從可再生能源轉(zhuǎn)換電力的逆變器裝置，其功能由在電池中存儲(chǔ)電能的潛力加強(qiáng)。另外，本發(fā)明涉及一種操作此類逆變器裝置的方法。
[0003]例如，該電池可以被用于存儲(chǔ)當(dāng)前在電網(wǎng)中不被需要的來自DC發(fā)電機(jī)的電力，或者供應(yīng)當(dāng)前從DC發(fā)電機(jī)不可用而在電網(wǎng)中需要的電力。當(dāng)發(fā)電機(jī)是光伏發(fā)電機(jī)或風(fēng)車的電機(jī)時(shí)，這種情況尤其可能發(fā)生，這樣使得來自發(fā)電機(jī)的發(fā)電取決于天氣條件和太陽高度(在光伏發(fā)電機(jī)的情況下)。
[0004]然而，電池僅具有有限的存儲(chǔ)容量。因此，在充放電操作中不得不考慮電池的充電狀態(tài)(SOC)。這可以通過監(jiān)測(cè)電池的電壓完成。然而，這個(gè)電壓僅代表該電池的相關(guān)參數(shù)中的一個(gè)參數(shù)。這些相關(guān)參數(shù)還包括該電池的當(dāng)前溫度、當(dāng)前最大或最小的加載或充電電流、當(dāng)前最大或最小的卸載或放電電流以及所謂的“健康狀態(tài)”(SOH)，這是針對(duì)電池長期退化過程的指示。
[0005]發(fā)明背景
[0006]約翰.韋恩(JohnWynne):aAkkus auf den Zahn gefUhlt” (http://www.elektroniknet.de/power/technik-know-how/batterienakkus/article/27123/0/Akkus_auf_den_Zahn_gefuehlt/)披露了光伏發(fā)電站，其中光伏發(fā)電機(jī)連接到DC/DC變換器。該DC/DC變換器連接到將AC電力饋入到電網(wǎng)中的AC/CD變換器。從光伏發(fā)電機(jī)中緩沖電能的電池組被提供在將DC/DC變換器連接到AC/DC變換器的兩條線路之間。電池組的電池被兩個(gè)獨(dú)立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)?？刂艱C/DC變換器和AC/DC變換器兩者的控制器從監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收電池單元狀態(tài)。
[0007]WO 2009/066880 A2披露了包括彼此串聯(lián)連接的多個(gè)電池單元或單位模塊的大功率、大容量電池模塊。提供了電池管理系統(tǒng)(BMS)用于保護(hù)電池單元免受過充電、過放電和過電流的影響。BMS檢測(cè)并控制電池模塊的操作。當(dāng)檢測(cè)到電池模塊組件的異常時(shí)，BMS關(guān)閉電力開關(guān)單元，這樣使得該電池模塊的充放電操作被中斷。這個(gè)中斷對(duì)電池模塊所連接的任何裝置具有很強(qiáng)的影響。
[0008]強(qiáng)烈需要電池在逆變器裝置中的增強(qiáng)集成。
[0009]發(fā)明概述
[0010]本發(fā)明涉及一種逆變器設(shè)備，該逆變器設(shè)備包括DC電壓鏈路、連接到該DC電壓鏈路并且被配置成用于從DC發(fā)電機(jī)中接收DC電力用于加載該DC電壓鏈路的輸入級(jí)、連接到該DC電壓鏈路并且被配置成用于將AC電力饋入到電網(wǎng)中的DC/AC變換器、以及雙向連接，該雙向連接被配置成用于將電池連接到該DC電壓鏈路、在該DC電壓鏈路外部加載該電池并且在該電池外部加載該DC電壓鏈路。該逆變器裝置進(jìn)一步包括被配置成用于操作該DC/AC變換器和該雙向連接的控制器。該控制器連接到接口，該接口被配置成用于從與該電池相關(guān)聯(lián)的電池監(jiān)測(cè)單元接收該電池的相關(guān)參數(shù)的當(dāng)前值。由該電池監(jiān)測(cè)單元發(fā)布的并且由該接口接收的該電池的這些相關(guān)參數(shù)都包括與該電池的至少一個(gè)充電狀態(tài)相關(guān)的工作數(shù)據(jù)和指示該電池的安全狀態(tài)的安全數(shù)據(jù)。該控制器取決于該電池的相關(guān)參數(shù)的當(dāng)前值操作該雙向連接，因?yàn)樵诓僮麟p向連接時(shí)該控制器考慮該工作數(shù)據(jù)并且因?yàn)樵诓僮麟p向連接時(shí)該控制器被該安全數(shù)據(jù)命令。
[0011]進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及一種操作逆變器裝置的方法，該逆變器裝置包括DC電壓鏈路、連接到該DC電壓鏈路的輸入級(jí)、連接到該DC電壓鏈路的DC/AC變換器和連接到該DC電壓鏈路的雙向連接。該方法包括將DC發(fā)電機(jī)連接到該輸入級(jí)并且用從該DC發(fā)電機(jī)接收的DC電力加載該DC電壓鏈路；操作該DC/AC變換器以便將AC電力饋入電網(wǎng)中；通過該雙向連接將電池連接到該DC電壓鏈路(6);以及，取決于該電池的相關(guān)參數(shù)的當(dāng)前值，操作該雙向連接以便在該DC電壓鏈路外部加載該電池，或者在該電池外部加載該DC電壓鏈路。進(jìn)一步地，該方法包括從與該電池關(guān)聯(lián)的電池監(jiān)測(cè)單元接收該電池的相關(guān)參數(shù)的當(dāng)前值，該電池的這些接收的相關(guān)參數(shù)包括與該電池的至少一個(gè)充電狀態(tài)相關(guān)的工作數(shù)據(jù)和指示該電池的安全狀態(tài)的安全數(shù)據(jù)；在操作該雙向連接時(shí)考慮該工作數(shù)據(jù)；并且在操作該雙向連接時(shí)，遵循該安全數(shù)據(jù)的多個(gè)命令。
[0012]根據(jù)對(duì)以下附圖和詳細(xì)說明的檢查，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯。旨在將所有此類附加特征和優(yōu)點(diǎn)在如權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明范圍內(nèi)包括在此。
[0013]附圖簡(jiǎn)要描述
[0014]將參考附圖描述和解釋本發(fā)明。圖中的組件并不必須按比例，相反，重點(diǎn)放在了清楚地展示本發(fā)明的原理上。在這些附圖中，相似的參考號(hào)在所有這幾個(gè)視圖中指代相應(yīng)的零件。
[0015]圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的逆變器裝置的示意性電路圖。
[0016]圖2示出了在根據(jù)圖1的逆變器裝置的控制器和連接到該逆變器裝置的電池的電池管理單元之間的通信的細(xì)節(jié)，并且。
[0017]圖3是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的逆變器裝置的示意性電路圖。
[0018]詳細(xì)描沐
[0019]本發(fā)明的逆變器裝置被配置成用于集成安全地操作連接到逆變器裝置的電池所需的所有功能。因此，包括該電池的電池模塊可以被保持簡(jiǎn)單。具體地，電池模塊中既不需要電開關(guān)也不需要機(jī)械開關(guān)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，通過與同電池模塊中的電池關(guān)聯(lián)的電池監(jiān)測(cè)單元合作，逆變器裝置被使得能夠進(jìn)行此集成。電池監(jiān)測(cè)單元為逆變器裝置的控制器提供了電池的所有相關(guān)參數(shù)的當(dāng)前值。例如，電池監(jiān)測(cè)單元測(cè)量電池的溫度和任何其他相關(guān)參數(shù)，例如各自的電池單元電壓。它還可以得出在電池的當(dāng)前狀態(tài)中允許的最大或最小加載或卸載電流。進(jìn)一步地，可以計(jì)算電池的SOC和SOH。然而，電池監(jiān)測(cè)單元不需要自身關(guān)心在允許的范圍內(nèi)保持電池的相關(guān)參數(shù)的當(dāng)前值。這取決于電池的相關(guān)參數(shù)由逆變器的控制器完成。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，逆變器裝置的控制器考慮與電池的至少一個(gè)充電狀態(tài)相關(guān)的工作數(shù)據(jù)并且相應(yīng)地操作雙向連接。除了其他數(shù)據(jù)例如像由DC發(fā)電機(jī)當(dāng)前提供的電力或與逆變器裝置連接的電網(wǎng)所需要的電力之外，控制器考慮這些工作數(shù)據(jù)。然而，作為安全措施，控制器從電池監(jiān)測(cè)單元中接收到的電池的相關(guān)參數(shù)還包括指示電池的安全狀態(tài)的安全數(shù)據(jù)?？刂破鞑粌H僅考慮這些安全數(shù)據(jù)。相反，在操作雙向連接時(shí)，控制器被安全數(shù)據(jù)命令。這具體是指控制器被命令停止雙向連接的進(jìn)一步操作并且通過打開雙向連接的合適的開關(guān)斷開電池。這些動(dòng)作將被控制器執(zhí)行，控制器獨(dú)立于來自其他源的任何數(shù)據(jù)被安全數(shù)據(jù)命令。例如，由于安全數(shù)據(jù)在雙向連接的操作上的直接效應(yīng)，電池模塊事實(shí)上可以被保持簡(jiǎn)單并且對(duì)于安全切斷沒有自己的開關(guān)。
[0022]由根據(jù)本發(fā)明的逆變器裝置的控制器接收的不同類型的數(shù)據(jù)和它們不同的相關(guān)度可以被用于接收工作數(shù)據(jù)和安全數(shù)據(jù)的分開的接口單元反映。進(jìn)一步地，這些接口單元可以是不同的。在一個(gè)實(shí)施例中，用于工作數(shù)據(jù)的接口單元包括CAN-總線接口單元。在根據(jù)本發(fā)明的逆變器裝置的相同的或另一個(gè)實(shí)施例中，用于安全數(shù)據(jù)的接口單元被配置成用于接收硬件信號(hào)。此處的術(shù)語“硬件信號(hào)”是指包括僅兩個(gè)不同狀態(tài)的信號(hào)，其能夠在不需要任何軟件解譯的情況下在硬件水平處被處理。例如，這兩個(gè)狀態(tài)是兩個(gè)不同的電壓水平，或者在切換硬件信號(hào)的情況下，這兩個(gè)狀態(tài)可以是那個(gè)信號(hào)的存在