CN114731039A - 具有蓄能器和能由逆变器供电的电机的设备及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有蓄能器和能由逆变器供电的电机的设备和用于运行设备的方法，其中，蓄能器与第一保险装置和一个或多个另外的保险装置形成串联电路，其中，与一个另外的保险装置以并联方式连接有能驱控的触头、尤其开关、尤其是接触器，或者与多个另外的保险装置分别以并联方式连接有相应的能驱控的触头、尤其是开关、尤其是接触器，其中，串联电路给逆变器的直流电压侧的接口供电，其中，用于检测在串联电路上存在的电压的器件与电子控制器件连接，电子控制器件为一个触头产生驱控信号或为多个能驱控的触头产生驱控信号，尤其是其中，当电压低于相应的电压阈值时，相应的触头被断开。

Description

具有蓄能器和能由逆变器供电的电机的设备及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种具有蓄能器和能由逆变器供电和电机的设备及用于运行该设备的方法。

背景技术

业已公知的是，逆变器可以从蓄能器被供电，该蓄能器与逆变器的直流电压侧的接口联接。作为蓄能器通常已知有电容器或蓄电池。

此外已知的是，在超过触发电流时触发保险装置。

由DE 10 2013 012 578 A1已知有一种用于确保电线路安全的装置。

由US 2019/0 140 245 A1已知有一种用于电动汽车的功率分配单元和能量管理***。

发明内容

因此，本发明的目的是，进一步改进具有逆变器的设备中的安全性。

根据本发明，该目的在设备方面根据权利要求1或2所述的特征来实现并且在方法方面根据权利要求10中所述的特征来实现。

本发明在具有蓄能器的设备中的重要特点是，蓄能器与第一保险装置和一个或多个另外的保险装置形成串联电路，

其中，与一个另外的保险装置以并联方式连接有能驱控的触头、尤其开关、尤其是接触器，或者与多个另外的保险装置分别以并联方式连接有相应的能驱控的触头、尤其是开关、尤其是接触器，

其中，将用于检测施加在串联电路上的电压的器件与电子控制器件连接，电子控制器件为一个触头产生驱控信号或为多个能驱控的触头产生驱控信号，

尤其是其中，当电压低于相应的电压阈值时，相应的触头被断开。

在此有利的是，根据电压确保对相应不同的保险装置实现保护。因此，有利地考虑蓄能器的内阻所限制的最大可能短路电流的值在较小的电压情况下比在较大的电压情况下更低。因此改善了安全性和保护，这是因为第一保险装置在低于第一阈值(即电压阈值)的电压范围内可能无法识别出短路电流，因此也不被触发。

优选地，保险装置结构类型相同，从而不同保险装置的特性曲线不相交，其中，这些特性曲线分别代表触发电流与该电流存在的持续时间的相关性。

根据权利要求2的设备中的重要特征是，该设备配设有蓄能器和能由逆变器供电的电机，其中，蓄能器与第一保险装置和一个另外的或多个另外的保险装置形成串联电路，

其中，与一个另外的保险装置以并联方式连接有能驱控的触头、尤其是开关、尤其是接触器，或者与多个另外的保险装置分别以并联方式连接有相应的能驱控的触头、尤其是开关、尤其接触器，

其中，串联电路给逆变器的直流电压侧的接口供电，

其中，用于检测在串联电路上存在的电压的器件与电子控制器件连接，电子控制器件为一个触头产生驱控信号或为多个能驱控的触头产生驱控信号，

尤其是其中，当电压低于相应的电压阈值时，相应的触头被断开。

在此有利的是，根据电压确保对相应不同的保险装置实现保护，例如由于逆变器的功率电子器件中或在逆变器的其中一个接口上发生短路而实现保护。因此，有利地考虑蓄能器的内阻所限制的最大可能短路电流的值在较小的电压情况下比在较大的电压情况下更低。因此改善了安全性和保护，这是因为第一保险装置在低于第一阈值(即电压阈值)的电压范围内可能无法识别出短路电流，因此也不被触发。

优选地，保险装置结构类型相同，从而不同保险装置的特性曲线不相交，其中，这些特性曲线分别代表触发电流与该电流存在的持续时间的相关性。

在一个有利的设计方案中，电子控制器件具有比较器件，比较器件将电压与一个或多个阈值进行比较，并产生与比较结果相关的相应驱控信号，以用于驱控一个能驱控的触头或多个相应的能驱控的触头。在此有利的是，也能使用模拟电路作为比较器件，并因此在低于阈值时能实现非常快速的反应。优选地，在电压下降的情况下，将其数值或在一段时间内的走向预先计算好，该时间段等于或超过对触头进行驱控的反应时间。因此，在电动机式运行中对电压进行预先计算是有利的。

在一个有利的设计方案中，第一保险装置的最小触发电流比与一个另外的触头以并联方式连接的一个保险装置的最小触发电流更大、尤其是至少五倍或至少两倍，尤其是第一保险装置的最小触发电流比与多个另外的触头以并联方式连接的多个保险装置的最小触发电流更大、尤其是至少五倍或至少两倍。在此有利的是，对高电压实现了保护，并且对低电压也实现了充分的保护，这一点是第一保险装置所不能确保的。因此，在不同的电压范围内分别有不同的电压起作用，以便产生保护。

在一个有利的设计方案中，电子控制器件由电源电压供电。尤其是在电源电压失效的情况下，一个触头或所有触头被断开。在此有利的是，能以简单的方式使用电源电压，以便无论在蓄能器上存在的电压如何都实现了安全性。优选地，能使用24伏特的电压作为电源电压。

在一个有利的设计方案中，蓄能器具有双层电容器或被设计为双层电容器，尤其是其中，双层电容器设计为超级电容。在此有利的是，能廉价制造蓄能器，并能以简单的方式建立较大的容量。

在一个有利的设计方案中，相应的保险装置分别设计为半导体保险装置。在此有利的是，保险装置能多次使用，并因此减少了成本。

在一个有利的设计方案中，电子控制器件也用作为逆变器的电子信号器件，其中，电子控制器件产生经脉宽调制的驱控信号，这些驱控信号被输送给能驱控的半导体开关，这些能驱控的半导体开关被布置在相互并联的半桥上，并因此能在逆变器的交流电压侧的接口上提供向电机供电的交流电压。在此有利的是，逆变器的反正都存在的电子信号器件借助使用不同的保险装置能被用于改善安全性。

本发明在用于运行设备的方法中的重要特征是，电机以电动机式或发电机式运行，其中，在电动机式运行的情况下，根据在逆变器的直流电压侧的接口处检测到的电压将一个触头或多个触头断开，而在发电机式运行的情况下，检测在逆变器的交流电压侧的接口处的电机电流，并确定、尤其是预先计算出，在相对于当前时间点t加上时间间隔Δt的将来的相应时间点t+Δt时在逆变器的直流电压侧的接口处存在的电压的值，并且根据如此确定的该电压来驱控、尤其是闭合一个触头或多个触头。

在此有利的是，能立即提供安全性和由不同保险装置所引起的保护。

在一个有利的设计方案中，时间段等于或超过相应的能驱控的触头的反应时间。在此有利的是，因此能前瞻性地确保安全性，并且能以匹配预期的电压的改善方式来提供。

在一个有利的设计方案中，在确定时间点t+Δt的预计电压时，也考虑蓄能器的当前的、即时间点t时的所检测到的电压和容量。在此有利的是，检测发电机式产生的电流和逆变器的直流电压侧的接口处的电压，并且能由此确定发电机式的功率。假设该功率直到时间点t+Δt也都是恒定的，在考虑蓄能器的容量和当前的、即在时间点t在蓄能器上所存在的电压的情况下能预先计算出未来所存在的电压，并能相应地实施对触头的控制，以用于确保最佳的安全性。

另外的优点由从属权利要求给出。本发明不局限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员而言，特别是从目的提出和/或通过与现有技术相比较而提出的目的，可得到权利要求和/或单项权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其它合理的组合可能性。

附图说明

下面根据示意图详述本发明：

图1中示出根据本发明的设备的示意图，该设备具有蓄能器1和能由逆变器2供电的电机M；

图2中示出触发电流与出现该触发电流的持续时间的相关性的特性曲线。

具体实施方式

如图1中所示，蓄能器1根据其充电状态地具有在0伏至最大值、例如800伏之间的电压。

优选地，蓄能器形成为双层电容器，尤其是超级电容。替选地或附加地，蓄能器具有电化学工作的蓄能器单元，尤其是蓄电池单元或电池单元。

为电机M供电的逆变器2由蓄能器1供电。

检测在逆变器2的直流电压侧的接口处出现的电压V，并根据所检测到的电压V的值驱控能驱控的触头K1、尤其是接触器、尤其是继电器。

借助触头K1，能跨接与第一保险装置F1串联的第二保险装置F2。

蓄能器1和两个保险装置(F1，F2)相互串联，其中，由这样形成的串联电路给逆变器2的直流电压侧的接口供电。

为了维护目的或在修理时，蓄能器1必须放电，以便不因蓄能器1而发生危险。

为此，第一保险装置F1被以如下方式设计，即，使得第一保险装置具有的最小触发电流比第二保险装置F2的最小触发电流更高、尤其是高至少五倍或至少两倍。

例如，第一保险装置F1的最小触发电流约为300安培，而第二保险装置F2的最小触发电流约为50安培。

在高于电压V的第一阈值的第一电压范围内，触头K1闭合，因此仅通过第一保险装置F1提供保护。

示例性地，第一阈值为260伏。

在高于电压V的第二阈值且低于电压V的第一阈值的第二电压范围内，触头K1断开并且因此第二保险装置F2起作用。

示例性地，第二阈值为24伏。

在第二阈值以下不存在危险电压。

根据本发明，检测逆变器2的直流电压侧的接口处的电压，并尤其是通过逆变器2所包含的比较器件来至少与第一阈值相比较。如果存在低于第一阈值的电压，则比较器件产生控制信号，该控制信号引起第一触头K1断开。

因此，在这些较小的电压的情况下，蓄能器1的内阻引起的较小的电流虽然低于第一保险装置F1的最小触发电流；然而，在这些低于第一阈值的较小电压的情况下，触头K1仍被断开，从而使第二保险装置F2有效，并且在发生故障的情况下，尤其是在逆变器侧发生短路时，能很容易达到第二保险装置F2的最小触发电流。

蓄能器1的内阻最高例如为120毫欧。

如图2中所示，如果最小触发电流持续出现，即尤其是超过了两分钟或十分钟，则相应的保险装置(F1、F2)在出现相应的最小触发电流情况下被触发。能分别仅通过更强的电流引起更快的触发。

保险装置F1优选设计为半导体保险装置，而保险装置F2则设计为全范围保险装置。

逆变器2的电子控制器件以如下方式实施，即，低于第一阈值时没有电流被输送给电机M和/或低于第一阈值时第一电机不能构建转矩。此外，低于阈值时，从施加在直流电压侧的电压V只实施对布置在包括逆变器2的开关柜中的电子仪器进行供电，并给用于对蓄能器2进行充电或放电所需的电子器件、尤其是充电器进行供电。

对接触器的驱控能借助电子控制器件来实施，电子控制器件与逆变器2分开地或整合在逆变器2中地布置在开关柜中。优选地，还存在由24伏电压对电子控制器件供电。然而，只有当对电子控制器件供电发生故障时，触头K1才断电并因此脱离，即尤其是断开。以该方式，于是使具有最小触发电流的第二保险装置起作用，并当超过该保险装置F2的最小触发电流时将蓄能器2隔离或断开。

在另外的根据本发明的实施例中，通过如下方式在触头K1中设置与安全有关的状态识别，即，设置辅助触头，由此，在发生故障时，能防止保险装置F1的过载。在该故障情况下，电机被电子控制器件关断。

由于触头K1的开关状态因此与安全有关并且能被可靠地识别出来，因此保险装置F2也能设计为半导体保险装置。因此，两个保险装置F1和F2都能设计为半导体保险装置。

因此，触头K1上的辅助触头也是有利的，这是因为能识别到触头K1、尤其是接触器触头的粘连。

在另外的根据本发明的实施例中，串联电路不仅具有第一保险装置F1和与第一触头K1以并联方式连接的第二保险装置F2，而且还具有分别与相应的另外的触头以并联方式连接的第三或更多的保险装置。因此，相应的触头能针对相应的电压范围内断开。因此，在相应的电压范围内，能提供针对相应的最小触发电流的保险装置。对这些触头的驱控在此都由逆变器2的电子控制器件来实施，或由布置在包括逆变器的开关柜中的分开的电子控制器件来实施。

与逆变器2的功率电子器件相比，这里提到的电子控制器件分别只设计为电子信号器件，并且因此只传导无害电压，尤其是低于第二阈值的电压。

附图标记列表：

1 蓄能器

2 逆变器

K1 能驱控的触头、尤其是接触器

F1 第一保险装置

F2 第二保险装置

V 逆变器2的直流电压侧的输入端的电压

M 电机

Claims (11)

1.一种具有蓄能器的设备，

其特征在于，

所述蓄能器与第一保险装置和一个另外的保险装置或多个另外的保险装置形成串联电路，

其中，所述一个另外的保险装置与一个能驱控的触头、尤其是开关、尤其是接触器并联连接，或者所述多个另外的保险装置分别与相应的能驱控的触头、尤其是开关、尤其是接触器并联连接，

其中，将用于检测施加在所述串联电路上的电压的器件与电子控制器件连接，所述电子控制器件为该一个触头产生驱控信号或为这些能驱控的触头产生驱控信号，

尤其是其中，当所述电压低于相应的电压阈值时，相应的触头被断开。

2.一种具有蓄能器和能由逆变器供电的电机的设备，

其特征在于，

所述蓄能器与第一保险装置和一个另外的保险装置或多个另外的保险装置形成串联电路，

其中，与所述一个另外的保险装置以并联方式连接有一个能驱控的触头、尤其是开关、尤其是接触器，或者与所述多个另外的保险装置分别以并联方式连接有相应的能驱控的触头、尤其是开关、尤其是接触器，

其中，所述串联电路给所述逆变器的直流电压侧的接口供电，

其中，用于检测施加在串联电路上的电压的器件与电子控制器件连接，所述电子控制器件为该一个触头产生驱控信号或为这些能驱控的触头产生驱控信号，

尤其是其中，当所述电压低于相应的电压阈值时，相应的触头被断开。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述电子控制器件具有比较器件，该比较器件将所述电压与一个或多个阈值进行比较，并产生与比较结果相关的相应的驱控信号，以用于驱控该一个能驱控的触头或相应的能驱控的触头。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

其特征在于，

第一保险装置的最小触发电流比与所述一个触头以并联方式连接的所述另外的保险装置的最小触发电流更大、尤其是为所述一个触头以并联方式连接的所述另外的保险装置的最小触发电流的至少五倍或至少两倍，

尤其是第一保险装置的最小触发电流比与所述触头以并联方式连接的所述多个另外的保险装置的最小触发电流更大、尤其是为至少五倍或至少两倍。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述电子控制器件由电源电压供电，

尤其是在所述电源电压失效时，断开所述一个触头或所有触头。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述蓄能器具有双层电容器或被设计为双层电容器，

尤其是其中，所述双层电容器被设计为超级电容。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

其特征在于，

相应的保险装置分别被设计为半导体保险装置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述电子控制器件也用作为逆变器的电子信号器件，其中，所述电子控制器件产生经脉宽调制的驱控信号，所述驱控信号被输送给能驱控的半导体开关，这些能驱控的半导体开关被布置在相互并联的半桥中，并因此在逆变器的交流电压侧的接口上能提供向电机供电的交流电压。

9.一种用于运行根据前述权利要求中任一项所述的设备的方法，

其特征在于，

所述电机以电动机式或发电机式运行，

其中，在电动机式运行的情况下，根据在逆变器的直流电压侧的接口处检测到的电压将所述一个触头或这些触头断开，

而在发电机式运行的情况下，检测在所述逆变器的交流电压侧的接口处的电机电流，并确定、尤其是预先计算出，在基于各个当前时间点t加上时间间隔Δt的相应的将来的时间点t+Δt时位于逆变器的直流电压侧的接口处的电压的值，并根据这样确定的电压来驱控、尤其是闭合所述一个触头或这些触头。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

时间段等于或超过相应的能驱控的触头的反应时间。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在确定时间点t+Δt时的预计电压时，也考虑蓄能器的当前的、即时间点t时所检测到的电压和容量。

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