CN102245423A - 用于电运行的车辆的运行装置 - Google Patents

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Abstract

本发明建议，在具有电池、转换器电路和电机的电运行的车辆(电传动汽车以及混合型车辆)中，一起使用用于从电网对电池充电的转换器电路。为此，这样运行所述转换器电路，使得在中间电路中的电压至少为650V并且保证正弦形的电流消耗。

Description

用于电运行的车辆的运行装置
技术领域
本发明涉及一种用于电运行的车辆的运行装置，包括电池、转换器和电机，以及一种用于这样的装置的运行方法。
背景技术
在现代的电运行的或混合型车辆中，特别是那些用于道路交通诸如PKW(汽车)或LKW(卡车)中，设置可再充电的电池作为扩展的汽车电池，该电池存储了用于运行的电能。电池与转换器相连，该转换器将单相的电池电压转换为用于相连的一个或多个电机的三相电压。
电运行的车辆的电池为了再充电必须连接到外部的供电网，通常是正常的电网。在此值得期望的是，允许尽可能简单和灵活的连接并且同时能够使用用于电池充电的尽可能高的功率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种用于电运行的车辆的运行装置，该运行装置具有特别是对于从外部电网对电池充电的简化的结构。本发明另一个要解决的技术问题是提供一种用于这样的运行装置的运行方法。
上述技术问题通过一种具有权利要求1的特征的运行装置来解决。关于方法的上述技术问题通过具有权利要求4的特征的方法来解决。优选的实施方式和扩展在从属权利要求中给出。
按照本发明的用于电运行的车辆的运行装置具有用于存储电能的电池，例如具有锂离子元件。此外设置了具有中间电路电容器的转换器电路。该转换器电路在中间电路电容器一侧与电池相连。此外设置了优选为三相的电机。该电机与转换器的三相的输出侧相连。最后设置了用于控制转换器电路的控制装置。该运行装置被构造为，这样运行转换器，使得在中间电路电容器上的电压至少为650V。
在按照本发明的用于运行在具有电池和至少一个电机的电运行的车辆中的转换器的方法中，在电机运行状态下作为用于由电池向电机馈电的逆变器来运行转换器。此外，在充电运行状态下作为用于从外部的三相供电网对电池充电的整流器来运行所述转换器。在此这样运行转换器，使得在其中间电路中的电压至少为650V。以公知的方式优选在回收运行状态(Rückspeisebetriebs-zustand)下作为用于对电池充电的整流器来运行转换器。
换言之，主要用于从作为能量存储器的电池中运行一个或多个电机的转换器同时被用作充电整流器。由此优选无需例如外部地提供特定的整流器的必要性。由此车辆可以连接到任意的三相的外部电源上，而无需用于连接的特定的充电设备。通过设置到至少650V的中间电路电压，使得可以在三相的外部电网上，也就是特别在一般的电网例如家用供电上更可靠地运行。特别是避免了中间电路通过转换器的续流二极管而不受控制的充电，这将导致在前面设置的保险装置触发。
此外，到三相电网的连接使得还可以优选改善从电池到连接的电网的回收能力。对于将来，预计纯电运行的车辆将被广泛使用。活动的车辆的数量例如在德国能处于6千万的数量级，其中车辆自然包含相应数量的电池。这些电池必须定期地在小时范围的更长时间被充电。在足够的回收能力的情况下，电池适合于平衡电气峰值负载。
本发明可以应用于纯电运行的车辆，诸如汽车和LKW(载重汽车)或公共汽车，也可以应用于具有附加的内燃机的混合型车辆。电机可以是异步电机或同步电机，特别是例如按照磁场减弱运行的永磁激励的同步电机。
按照本发明的扩展，作为降压变压器来运行转换器。然而优选的是，作为升压变压器来运行转换器。特别具有优势的是，这样运行转换器，使得其具有正弦形的电流消耗，即具有功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)。
此外具有优势的是，对于功率因数校正使用电机的绕组。由此可以取消或者至少使用更小的额外用于功率因数校正的附加的电感。在此合适的是，借助制动器停住电机，以防止不期望的运动。在该连接方法下，优选设置开关装置。该开关装置允许外部电源连接到电机绕组。在此开关装置用于与星形中性点断开。
替换地，外部供电还可以在电机和转换器之间进行。此处同样设置开关装置，该开关装置切换在电机和外部电源之间的相线，即，在充电运行状态中电机与转换器退耦。
在两种情况下，例如在故障情况下对于电机作为在磁场减弱运行中的同步电机的运行，开关装置允许电机和转换器分离。这同时用作保护措施，否则必须附加地，例如以VPM(电压保护模块)形式设置保护措施。
合适的是，在转换器中使用的半导体组件具有至少1200V的耐压强度。在目前的具有仅400V的中间电路电压的电运行的车辆中，半导体组件具有例如大约600V的耐压强度。同样电池在此通常根据远远小于650V的中间电路电压来设计。为了例如在按照本发明提高的中间电路电压的情况下也能够使用这样的电池，可以在转换器和电池之间设置DC/DC转换器，例如降压变压器或升压变压器。
附图说明
以下借助附图详细解释用于本发明的优选的，然而绝不是限制的实施例。在此示意性示出的特征和相应的特征用相同的附图标记表示。其中，
图1示出了由同步电机、转换器和电池构成的装置，
图2示出了由同步电机、转换器和电池构成的第二装置，
图3示出了由同步电机、转换器、DC/DC转换器和电池构成的第三装置。
具体实施方式
图1至3示出了按照本发明的第一至第三实施例的结构。在此所述结构的一些元件是共同的。在此电池1通过两条电线在图1和2的情况下直接地、或者在图3的情况下间接地与转换器2相连。在此转换器2在电池1一侧包括图1至3中未示出的中间电路电容器。
此外转换器2通过其三个输出导线与永磁激励的同步电机3相连。在此在转换器2和永磁激励的同步电机3之间设置开关装置6、7。开关装置在此分别包括三个开关，每一个用于三个相线中的一个。
在图1中，开关装置6可以对于每一相分离在转换器2和永磁激励的同步电机3之间的连接。如果连接被分离，则同时建立了从转换器2到三相电网接头5的连接。永磁激励的同步电机3与在此考察的部分不再具有电连接。在与电网接头5的每个相连接中，设置用于功率因数校正的电感9。由此从连接到电网接头5的电源中进行正弦形的电流消耗。在此电感可以设置在车辆中，但也可以作为充电站的部分设置在车辆的外部。
第一实施例也如其他实施例一样允许在三个不同的状态下运行。在第一状态下，即电机运行状态，从电池1以公知方式运行永磁激励的同步电机3，其中转换器用于将来自于电池1的单相的DC电压转换为用于永磁激励的同步电机3的三相交流电压。在此按照本发明的第一实施例，这样合适地设置开关装置6，使得断开到电网接头5的连接并且建立在转换器2和永磁激励的同步电机3之间连接。
在第二状态下，即回收运行，以公知方式将电能从永磁激励的同步电机3回收到电池中，这通常在车辆的制动期间发生。在此，开关装置6同样如在第一运行状态下那样设置，即，不存在到电网接头5的连接。
第三运行状态是充电运行状态。在该状态中，从外部电源，通常是家用电网对电池1充电。该状态具有开关装置6的改变的状态，在该状态中在转换器2和永磁激励的同步电机3之间的连接断开。取而代之，转换器2与电网接头5相连。在这种情况下，转换器2作为升压变压器反应。在此这样控制该升压变压器，使得其在其中间电路中，即，在电池1一侧产生680V的直流电压。
该直流电压是具有优势的，因为其可靠地位于具有400V+/-15％的三相电压的任意电网中的峰值电压之上。在这样的电网中峰值电压可以直到
Figure BDA0000068041610000041
如果中间电路电压低于该电压，会发生中间电路通过转换器2的续流二极管而不受控制地充电，这又会触发外部电网中的保险装置。
如果在磁场减弱模式中运行永磁激励的同步电机3，则可以使用开关装置6以断开在永磁激励的同步电机3和转换器2之间的连接，如果例如在转换器2中出现故障情况的话。当永磁激励的同步电机3处于运动中时，这样的故障情况首先是有问题的。因为通常仅期望车辆不同时连接到一个外部电网，所以在切换开关装置6时通常不建立转换器2与电网的连接，该切换于是仅相应于在永磁激励的同步电机3和转换器2之间的连接的断开。
图2示出本发明的第二实施例。此处使用的开关装置7在结构上相应于开关装置6，然而是不同地布置。开关装置7这样布置，使得其现在可以建立电机绕组4到星形中性点8的连接，例如对于电机运行状态或回收运行状态。对于充电运行状态又可以断开电机绕组4与星形中性点8的连接。取而代之，开关装置7建立三个相线与电网接头5的连接。在该实施例中，对于功率因数校正共同使用电机绕组4。由此可以取消在第一实施例中附加使用的电感9或者可以使用至少是更小的电感。在此合适地通过在图2中未示出的制动器停住永磁激励的同步电机3，以防止无意的运动。
在第二实施例中转换器2也构造为维持至少650V、例如700V的中间电路电压并且作为具有正弦形状的电流消耗的升压变压器工作。
按照图3的第三实施例在开关装置6的结构方面仍相应于第一实施例。与第一实施例的区别在于，在第三实施例中在转换器2和电池1之间此时具有DC/DC转换器10。同样在第三实施例中，转换器2构造为维持至少650V、例如720V的中间电路电压并且作为具有正弦形状的电流消耗的升压变压器工作。但是在第三实施例中中间电路电压仅到达DC/DC转换器10。该DC/DC转换器10将中间电路电压转换为另一个DC电压，在第三实施例中是400V。由此可以采用根据400V的中间电路电压设计的电池1。即DC/DC转换器10使得电池1不取决于中间电路电压。
清楚的是，DC/DC转换器10的采用和开关装置6、7的定位，即，对于是否应该一起使用电机绕组4的选择，是互相独立的。就此而言，在图中未示出的第四实施例中也可以从按照第二实施例的结构出发并且此处也使用DC/DC转换器10。
转换器2的结构在元件的连接上相应于已知的转换器2，特别是用于电运行的车辆的转换器2。因为按照本发明使用至少650V的中间电路电压，然而通常对于在电运行的车辆中的转换器2使用的半导体构件具有直到600V的耐压强度(在直到400V的中间电路电压情况下)是不够的。取而代之，半导体构件在此具有1200V的耐压强度。

Claims (7)

1.一种用于电运行的车辆的运行装置，具有
-用于存储电能的电池(1)，
-包括中间电路电容器的转换器电路(2)，
-至少一个电机(3)，和
-用于控制所述转换器电路(2)的控制装置，
其中，所述运行装置被构造为，这样运行所述转换器电路(2)，使得在中间电路中的电压至少为650V。
2.根据权利要求1所述的运行装置，其中，在所述转换器电路(2)中使用的半导体组件具有至少1200V的耐压强度。
3.根据权利要求1所述的运行装置，其中，在所述中间电路和电池(1)之间设置DC/DC转换器(10)。
4.一种用于运行在具有电池(1)和至少一个电机(3)的电运行的车辆中的转换器电路(2)的方法，其中，
-在电机运行状态下作为用于由所述电池(1)向所述电机(3)馈电的逆变器来运行所述转换器电路(2)，
-在充电运行状态下作为用于从外部的三相供电网对所述电池(1)充电的整流器来运行所述转换器电路(2)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，这样运行所述转换器电路(2)，使得在其中间电路中的电压至少为650V。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，在充电运行状态中作为升压变压器运行所述转换器电路(2)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在充电运行状态中作为具有正弦形状的电流消耗的升压变压器运行所述转换器电路(2)。
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