CN110476351B - 动力传动系以及用于运行动力传动系的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电运行的车辆的动力传动系，该动力传动系具有电机(20)、分别与电机电连接的第一蓄能器(12)和第二蓄能器(14)、第一逆变器(16)和第二逆变器(18)，第一逆变器设置在第一蓄能器与电机之间并且第二逆变器设置在第二蓄能器与电机之间，电机(20)具有四个相(22)，所述第一蓄能器和所述第二蓄能器经由直流变换器(28)相互电连接，并且直流变换器(28)的最大功率选择成明显小于所述第一蓄能器和所述第二蓄能器之一的最大功率并且在所述第一蓄能器和所述第二蓄能器之间的能量传输相比于至电机的能量传输也缓慢地进行。本发明还涉及一种用于运行动力传动系的方法。

Description

动力传动系以及用于运行动力传动系的方法
技术领域
本发明涉及一种用于电驱动的车辆的动力传动系以及一种用于运行动力传动系的方法。
背景技术
在电驱动的车辆、即混合动力车辆、插电式混合动力车辆或纯电驱动的车辆中，电池、蓄电池或燃料电池(Fuel cells)用作蓄能器或能量源。这些蓄能器之一在预定的电压范围内始终提供预定的最大电流强度，从而电驱动的车辆的电机的功率受到限制。
与此相应地，在电驱动的批量车辆中不能够实现宽的产品系列，如其例如在具有内燃机的车辆中通过不同的发动机变型所实现的那样。然而这种产品多样性是值得期望的，因为为了最不同的目的而购买车辆并且因此所述车辆也具有不同的功率需求。
为了解决该问题，已知的是，设有不同容量的蓄能器或两个蓄能器，所述蓄能器与一个或多个逆变器(也称为换流器)如此连接，使得电机的相可以以电流来供给。在两个蓄能器的情况下，在这两个蓄能器之间可能需要能量传递器或直流变换器(也称为DC/DC变换器)，以便能实现从各个蓄能器至电机的能量传输或在蓄能器彼此之间的能量传输。然而，当期望电机上的最大功率时，该直流变换器必须传输第二蓄能器的满功率。因此，直流变换器必须具有和EMA一样大的功率，从而直流变换器需要大量安装空间、成本高昂并且导致显著的重量提高。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种成本有利的动力传动系以及一种用于运行动力传动系的方法，所述动力传动系以及方法在电机的相同的最大功率时在没有直流变换器或具有带有显著较小功率的直流变换器的情况下就够用。
该任务通过一种用于电运行的车辆的动力传动系来解决，该动力传动系具有电机、分别与电机电连接的第一蓄能器和第二蓄能器、第一逆变器和第二逆变器，其中，第一逆变器设置在第一蓄能器与电机之间，并且第二逆变器设置在第二蓄能器与电机之间，其中，电机具有四个相U1、V1、U2、V2，所述第一蓄能器和所述第二蓄能器经由直流变换器相互电连接，并且直流变换器的最大功率选择成明显小于所述第一蓄能器和所述第二蓄能器之一的最大功率并且在所述第一蓄能器和所述第二蓄能器之间的能量传输相比于至电机的能量传输也缓慢地进行。这两个逆变器相互分离，也就是说直流电流转变成交流电流相互分离地进行。为此，逆变器可以是分开的单元，但是所述逆变器可同样良好地形成一个共同的单元，在该单元中，蓄能器中的每个蓄能器的直流电流相互分离地转变成交流电流。
为了能实现成本有利的实施并且简化操控，电机具有四个相。这降低在生产电机时的耗费。
在此，电运行的车辆可以是纯电动汽车或(插电式)混合动力车辆。同样也可设有超过两个蓄能器和/或一个或多个电机。
通过对于每个蓄能器设有一个自有的逆变器，蓄能器之一的能量可直接地经由所配设的逆变器传递至电机，而为此不需要直流变换器。与此相应地，可放弃直流变换器，或可至少显著减少这种直流变换器的容量。
优选地，所述相U1、V1中的至少一个相仅与第一逆变器连接并且所述相U2、V2中的另一个相仅与第二逆变器连接。由此，所述至少一个相仅由配设给该相的蓄能器供给电流，由此每个蓄能器(除逆变器外)可在没有另外的构件的情况下将其能量直接地输出到电机上。
例如第一逆变器和第二逆变器仅联接在电机的不同的相上，由此实现动力传动系的简单的构造。
与此相应地，所述第一逆变器和所述第二逆变器是两相逆变器。由此省去各一个具有高侧开关和低侧开关的功率输出级对。此外，也省去对功率输出级对的操控和监视。此外，在换流器与电机之间的电连接部(母线)减少了一个元件。由此减少功率电子装置的成本、重量和安装空间。
为了确保，电机在起动时沿期望方向转动，在通过例如第一换流器操控的情况下将第二换流器U2或V2的一个相用作“辅助相”。因此，对于电机的起动来说实现如在当今的电机中那样准三相的运行。一旦电机沿期望方向转动，就可将第二换流器的“辅助相”关断，因为马达现在具有其优选方向。显然也可经由第二换流器进行操控并且使用第一换流器的辅助相U1或V1。假如例如在大功率需求时同时使用两个换流器，则电机作为四相机器工作。
在本发明的一种设计方案中，所述第一蓄能器和所述第二蓄能器经由直流变换器相互电连接。经由直流变换器的该连接因此附加于这两个蓄能器经由电机的连接。借助直流变换器可控制这两个蓄能器之间的能量传输。因为直流变换器在该情况下仅对于蓄能器之间的能量交换来说是需要的并且对于电机的驱动不是需要的，所以不必使直流变换器可传输蓄能器之一的满功率。因此，直流变换器可确定成小尺寸。
蓄能器可以是电池、蓄电池、电容器和/或燃料电池(Fuel Cells)，以便以简单且可靠的方式存储或提供电能。
此外，该任务通过一种用于运行按照本发明的动力传动系的方法来解决，该方法具有如下步骤中的至少一个步骤：
a)将能量从一个第一蓄能器或第二蓄能器或同时从第一蓄能器和第二蓄能器供应至电机，
b)将能量从电机导回到第一蓄能器或第二蓄能器或同时导回到第一蓄能器和第二蓄能器中，或
c)将能量从所述第一蓄能器和第二蓄能器中的一个蓄能器供应至电机并且同时将能量从电机导回到所述第一蓄能器和第二蓄能器中的另一个蓄能器中。这能够利用存在的装置而不借助DCDC变换器实现从一个蓄能器至另一个蓄能器的能量传输。
通过将各蓄能器分别与一个自有的逆变器连接，可通过电机本身利用现有技术的直流变换器的功能。尤其是可使第二逆变器例如在制动过程期间如此运行，使得该第二逆变器将能量从电机传递到第二蓄能器中，其中，同时第一逆变器将能量从第一蓄能器传递到电机中。以该方式能够有效地实现从第一蓄能器至第二蓄能器的能量传递。用于运行动力传动系的该方法能够与电机的相的数量无关地实现。即使是第一逆变器和第二逆变器的不同数量的相也是可能的。
附图说明
本发明的另外的特征和优点由随后的说明以及由所参考的附图来得出。在附图中：
图1示出：按照本发明的动力传动系的第一实施方式的示意性电路图，
图2示出：按照本发明的动力传动系的第二实施方式的示意性电路图，
图3示出：按照本发明的动力传动系的第三实施方式的示意性电路图，以及
图4示出：按照本发明的动力传动系的第四实施方式的示意性电路图。
具体实施方式
在图1中示意性示出动力传动系10。动力传动系10例如是用于电运行的车辆、如纯电运行的车辆(BEV或FCEV)或混合动力车辆或插电式混合动力车辆的动力传动系。
动力传动系10具有第一蓄能器12、第二蓄能器14、第一逆变器16、第二逆变器18和电机20。
这两个蓄能器12和14例如是电池、蓄电池或电容器。在此，蓄能器12、14可由较小的单元、如较小的电池单体或蓄电池单体构造。
然而也可设想，超过两个蓄能器设置在动力传动系10中。
动力传动系10的第一逆变器16配设给第一蓄能器12并且第二逆变器18配设给第二蓄能器14。
在图1和图2中所示出的实施方式中，第一逆变器16和第二逆变器18是三相逆变器，从而逆变器16、18可将直流电流转变成交流电流(Drehstrom)、此处转变成三相交流电流。
逆变器16、18设置在蓄能器12、14与电机20之间，从而在蓄能器12、14之一与电机20之间的电连接借助于相应的逆变器16、18进行。
电机20具有多个相22。在图1和图2中所示出的实施方式中是六个相22。
相22中的各自三个相分别与逆变器16、18之一经由电线连接，从而第一逆变器16和第二逆变器18仅在不同的相22上与电机20连接。
这反之表示，相22中的每一个相或是与第一逆变器16或是与第二逆变器18电连接。
第一逆变器16通过两个电连接线24而与第一蓄能器12连接，并且第二逆变器通过两个另外的连接线26而与第二蓄能器14电连接。
因此，在第一蓄能器12与电机20之间的电连接直接地经由第一逆变器16存在，在电机20与第一逆变器16之间未设有另外的部件。相同的内容适用于与第二逆变器18相关的第二蓄能器14，该第二逆变器将第二蓄能器14直接地与电机20连接。
为了运行动力传动系、也就是说为了驱动或制动车辆，动力传动系10或车辆的控制单元(未示出)控制动力传动系10。
为此，动力传动系10的如下不同的运行模式可供使用。
为了适度加速，将能量从第一蓄能器12或第二蓄能器14分别借助于第一逆变器16或第二逆变器18供应给电机20。由此，电机20具有的最大功率相应于第一蓄能器12或第二蓄能器14的最大功率。
假如需要或由车辆的驾驶员要求电机20的更多功率，那么除了来自第一蓄能器12(或第二蓄能器14)的能量以外，同时将来自第二蓄能器14(或第一蓄能器12)的能量经由第二逆变器18(或第一逆变器16)引导至电机20，从而电机的最大功率现在相应于这两个蓄能器12和14的相加的功率。由此能够实现强烈加速。
在车辆的制动操纵时，存在动力传动系的类似运行模式。如果期望强烈减速，那么可使第一逆变器16连同第一蓄能器12并且同时使第二逆变器18连同第二蓄能器14再生地运行，从而电机20产生电能，所述电能被同时导回到两个蓄能器12和14中。
然而如果较小的减速足够，那么足够的是，逆变器16、18中的仅一个逆变器连同所属的蓄能器12、14再生运行，从而将电能从电机20导回到蓄能器之一12或14中。
是将能量从电机20导回到第一蓄能器12中、还是导回到第二蓄能器14中这样的选择由控制单元做出。例如可以总是将能量供应给眼下存储有较少能量的蓄能器12、14。
在动力传动系10的另一种运行模式中，可将能量从一个蓄能器12、14传递至另一个蓄能器14、12。
当例如应将能量从第一蓄能器12传递到第二蓄能器14中时，为此在制动操纵时可使第二逆变器18连同第二蓄能器14再生运行。同时，尽管此时实施制动操纵，第一逆变器16连同第一蓄能器12仍驱动运行，从而将能量从第一蓄能器12供应给电机20。
然而，由第一蓄能器12供应给电机20的该能量(除了在减速时回收的能量以外)立刻从电机20导回到第二蓄能器14中，从而有效地实现了从第一蓄能器12到第二蓄能器14中的能量传递。
以相同的方式可进行从第二蓄能器14到第一蓄能器12的能量传递。
在这两个蓄能器12、14之间的这种能量传递不局限于制动操纵，而是也可在加速操纵或以恒定的速度行驶期间执行。
因此，通过动力传动系10可执行对于动力传动系10运行所需要的全部功能、尤其是在这两个蓄能器12、14之间的能量传输。
在图2中示出动力传动系10的第二实施方式，该第二实施方式基本上相应于第一实施方式。因此，以下仅仅讨论区别并且相同的和功能相同的部件配设有相同的附图标记。
与第一实施方式的动力传动系相反，第二实施方式的动力传动系10具有直流变换器28。直流变换器28在此一方面经由连接线24而与第一蓄能器12连接并且另一方面借助于连接线26而与第二蓄能器14连接。
因此，除了经由电机20的电连接以外，直流变换器在第一蓄能器12与第二蓄能器14之间建立附加连接。
经由直流变换器28同样可将能量从第一蓄能器12传输至第二蓄能器14或反之亦然。
然而，直流变换器28不用于将最大能量从蓄能器12、14之一传递至电机20，从而直流变换器28的最大功率可选择成明显小于蓄能器12、14之一的最大功率。此外，在这两个蓄能器12、14之间的能量传输相比于至电机20的能量传输也缓慢地进行，从而直流变换器28的功率可选择得小，而不影响动力传动系10的功能。
以该方式能够实现蓄能器12、14之间的有效的能量交换，而不需要大的、重的和/或昂贵的直流变换器28。
在图3中示意性示出动力传动系10的另一种实施方式。动力传动系10例如是用于电运行的车辆、如纯电运行的车辆(BEV或FCEV)或混合动力车辆或插电式混合动力车辆的动力传动系。
动力传动系10具有第一蓄能器12、第二蓄能器14、第一逆变器16、第二逆变器18和电机20。
这两个蓄能器12和14例如是电池、蓄电池或电容器。在此，蓄能器12、14可由多个较小的单元、如较小的电池单体或蓄电池单体构造。
动力传动系10的第一逆变器16配设给第一蓄能器12并且第二逆变器18配设给第二蓄能器14。
在图3中所示出的实施方式中，第一逆变器16和第二逆变器18是两相逆变器，从而逆变器16、18可将直流电流转变成交流电流、此处转变成两相交流电流。
逆变器16、18设置在蓄能器12、14与电机20之间，从而在蓄能器12、14之一与电机20之间的电连接借助于相应的逆变器16、18进行。
在图3中所示出的实施方式中，电机20具有四个相22。
相22中的各自两个相分别与逆变器16、18之一经由电线连接，从而第一逆变器16和第二逆变器18仅在不同的相22上与电机20连接。
这反之表示，相22中的每一个相或是与第一逆变器16或是与第二逆变器18电连接。
第一逆变器16通过两个电连接线24而与第一蓄能器12连接，并且第二逆变器通过两个另外的连接线26而与第二蓄能器14电连接。
因此，在第一蓄能器12与电机20之间的电连接直接地经由第一逆变器16存在，在电机20与第一逆变器16之间未设有另外的部件。相同的内容适用于与第二逆变器18相关的第二蓄能器14，该第二逆变器将第二蓄能器14直接地与电机20连接。
为了运行动力传动系、也就是说为了驱动或制动车辆，动力传动系10或车辆的控制单元(未示出)控制动力传动系10。
为此，动力传动系10的如下不同的运行模式可供使用。
为了适度加速，将能量从第一蓄能器12或第二蓄能器14借助于第一逆变器16或第二逆变器18供应给电机20。由此，电机20具有的最大功率相应于第一蓄能器12或第二蓄能器14的最大功率。
假如需要或由车辆的驾驶员要求电机20的更多功率，那么除了来自第一蓄能器12(或第二蓄能器14)的能量以外同时将来自第二蓄能器14(或第一蓄能器12)的能量经由第二逆变器18(或第一逆变器16)引导至电机20，从而电机的最大功率现在相应于这两个蓄能器12和14的相加的功率。由此能够实现强烈加速。
在车辆的制动操纵时，存在动力传动系的类似运行模式。如果期望强烈减速，那么可使第一逆变器16连同第一蓄能器12并且同时使第二逆变器18连同第二蓄能器14再生运行，从而电机20产生电能，所述电能被同时导回到两个蓄能器12和14中。
然而如果较小的减速足够，那么足够的是，逆变器16、18中的仅一个逆变器连同所属的蓄能器12、14再生运行，从而将电能从电机20导回到蓄能器之一12或14中。
是将能量从电机20导回到第一蓄能器12中、还是导回到第二蓄能器14中这样的选择由控制单元做出。例如可总是将能量供应给眼下存储有较少能量的蓄能器12、14。
在动力传动系10的另一种运行模式中，可将能量从一个蓄能器12、14传递至另一个蓄能器14、12。
当例如应将能量从第一蓄能器12传递到第二蓄能器14中时，为此在制动操纵时可使第二逆变器18连同第二蓄能器14再生运行。则同时，尽管此时实施制动操纵，第一逆变器16连同第一蓄能器12仍驱动运行，从而将能量从第一蓄能器12供应给电机20。
然而，由第一蓄能器12供应给电机20的该能量(除了在制动时回收的能量以外)立刻从电机20导回到第二蓄能器14中，从而有效地实现了从第一蓄能器12到第二蓄能器14中的能量传递。
以相同的方式可进行从第二蓄能器14到第一蓄能器12的能量传递。
在这两个蓄能器12、14之间的这种能量传递不局限于制动操纵，而是也可在加速操纵或以恒定的速度行驶期间执行。
因此，通过动力传动系10可执行对于动力传动系10运行所需要的全部功能、尤其是在这两个蓄能器12、14之间的能量传输。
有利地，可实施四相电机和两相逆变器，从而可降低动力传动系的结构元件的成本。此外，因此也简化了在逆变器16、18与电机20之间的连接线。
在图4中示出动力传动系10的再另一种实施方式，该另一种实施方式基本上相应于图3中示出的实施方式。因此，以下仅仅探讨区别并且相同的和功能相同的部件配设有相同的附图标记。
与第一实施方式的动力传动系相反，第二实施方式的动力传动系10具有直流变换器28。直流变换器28在此一方面经由连接线24而与第一蓄能器12连接并且另一方面借助于连接线26而与第二蓄能器14连接。
因此，除了经由电机20的电连接以外，直流变换器在第一蓄能器12与第二蓄能器14之间建立附加连接。
经由直流变换器28同样可将能量从第一蓄能器12传输至第二蓄能器14或反之亦然。
然而，直流变换器28不用于将最大能量从蓄能器12、14之一传递至电机20，从而直流变换器28的最大功率可选择成明显小于蓄能器12、14之一的最大功率。此外，在这两个蓄能器12、14之间的能量传输相比于至电机20的能量传输也缓慢地进行，从而直流变换器28的功率可选择得小，而不影响动力传动系10的功能。
以该方式能够实现蓄能器12、14之间的有效的能量交换，而不需要大的、重的和/或昂贵的直流变换器28。

Claims (9)

1.用于电运行的车辆的动力传动系，所述动力传动系具有电机(20)、分别与所述电机(20)电连接的第一蓄能器(12)和第二蓄能器(14)、第一逆变器(16)和第二逆变器(18)，其中，所述第一逆变器(16)设置在所述第一蓄能器(12)与所述电机(20)之间，并且所述第二逆变器(18)设置在所述第二蓄能器(14)与所述电机(20)之间，其中，所述电机(20)具有四个相(22)，其特征在于，所述第一蓄能器(12)和所述第二蓄能器(14)经由直流变换器(28)相互电连接，并且直流变换器(28)的最大功率选择成明显小于所述第一蓄能器(12)和所述第二蓄能器(14)之一的最大功率并且在所述第一蓄能器(12)和所述第二蓄能器(14)之间的能量传输相比于至电机(20)的能量传输也缓慢地进行。
2.按照权利要求1所述的动力传动系，其中，所述相(22)中的至少一个相仅与所述第一逆变器(16)连接并且所述相(22)中的另一个相仅与所述第二逆变器(18)连接。
3.按照权利要求2所述的动力传动系，其特征在于，所述第一逆变器(16)和所述第二逆变器(18)仅连接在所述电机(20)的不同的相(22)上。
4.按照权利要求3所述的动力传动系，其特征在于，所述第一逆变器(16)和所述第二逆变器(18)是两相逆变器。
5.按照权利要求1至4之一所述的动力传动系，其特征在于，所述第一蓄能器(12)和所述第二蓄能器(14)是电池。
6.按照权利要求1至4之一所述的动力传动系，其特征在于，所述第一蓄能器(12)和所述第二蓄能器(14)是蓄电池、电容器和/或燃料电池。
7.车辆，所述车辆具有按照权利要求1至6之一所述的动力传动系。
8.按照权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述车辆是电动车辆或混合动力车辆。
9.用于运行按照权利要求1至6之一所述的动力传动系(10)的方法，所述方法具有如下步骤中的至少一个步骤：
a)将能量从第一蓄能器(12)或第二蓄能器(14)或者同时从第一蓄能器(12)和第二蓄能器(14)供应至所述电机(20)，
b)将能量从所述电机(20)导回到第一蓄能器(12)或第二蓄能器(14)或同时导回到第一蓄能器(12)和第二蓄能器(14)中，或
c)将能量从所述第一蓄能器(12)和第二蓄能器(14)中的一个蓄能器供应至所述电机(20)并且同时将能量从所述电机(20)导回到所述第一蓄能器(12)和第二蓄能器(14)中的另一个蓄能器中。
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