CN203251231U

CN203251231U - 用于由电池运行的车辆的驱动***

Info

Publication number: CN203251231U
Application number: CN2011900007000U
Authority: CN
Inventors: 京特·施韦西希; 斯特凡·弗尔克尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: DE102010039886A1; WO2012025256A1; DE102010039886B4

Abstract

本实用新型涉及一种用于由电池运行的车辆的驱动***。根据本实用新型，这种驱动***具有带两个在直流电压侧借助于具有中间电路电容器（20）的电压中间电路（22）彼此连接的自转换的整流器（16，18）的电压中间电路变换器（2）、带有引出的星形接点（6）的多相电动机（4）和运行控制装置（14），其中电动机（4）在连接侧与两个自转换的整流器中的一个整流器（18）在交流电压侧的接线端（R，S，T）连接，并且电动机的引出的星形接点（6）可以借助于开关（10）与电池（8）的正极（36）连接，正极可以借助于三相开关（12）与电网侧的接线端（30，32，34）连接，这些接线端借助于多个扼流圈（28）与第二自转换的整流器（16）在交流电压侧的接线端连接，其中，电池（8）的负极（38）与电压中间电路（22）的负母线（26）连接，该运行控制装置通过信号技术与开关（10，12）连接。于是可以得到具有对电网有利的电网接线端的驱动***，电网接线端可以连接至不同的电网电压，该电网接线端的电池电压可以低于或高于经过整流的电网电压，并且驱动***可以向连接的电网中提供电能从而支持智能电网（Smart Grid）。

Description

用于由电池运行的车辆的驱动***

技术领域

本实用新型涉及一种由电池运行的车辆。

背景技术

从EP0593472B1中已知了一种用于由电池运行的车辆的驱动***。电动车的这种已知的驱动***具有自转换的整流器、特别是IGBT整流器、三相电动机、电池、多个开关和具有运行控制装置的控制装置。利用IGBT整流器在交流电压侧的接线端，电动机在连接侧可以借助于三个开关进行连接。IGBT整流器在直流电压侧具有中间电路电容器，其可以借助于并联于电池的另外两个开关接通。在行驶运行中，将这些开关闭合，从而电池是IGBT脉冲整流器的直流电压源，IGBT脉冲整流器因此产生具有可变振幅和频率的多相交流电压***。

在这份EP专利权说明书中公开的实用新型的认识在于，电动车的IGBT脉冲整流器和车载充电装置永远不能同时运行。停车时，借助于车载充电装置由供电网络为电动车的电池充电。在停车期间，断开IGBT脉冲整流器。出于这个原因，这种驱动***是以这种方式设计的，即IGBT脉冲整流器的两个电桥支路构成四象限斩波器，该四象限斩波器作为对电网有利的供电装置用于中间电路电容器，并且这个IGBT脉冲整流器的第三电桥支路用作用于电池的降压变压器或充电斩波器（Ladechopper）。为此，将这个电池的接线端与电压中间电路分开，并借助于另一个开关与IGBT脉冲整流器的电桥支路在交流电压侧的接线端连接。借助于作为升压变压器运行的四象限斩波器，尽可能从连接的供电网络中得出功率因数等于1的正弦形的谐波振荡少的电流。于是，中间电路电容器处的电压总是大于电源电压的峰值。借助于降压变压器由中间电路电容器为电池充电。这种驱动***的优点在于，不再需要单独的车载充电装置，从而节省空间和重量。

缺点是，电池电压的振幅必须总是小于经过整流的电网电压的振幅。这样一来，中间电路电压的数值很小，从而能够在预先确定了运行的电动机的功率时流过非常高的电流。而且也不能向连接的供电网络中供给电能。

由DE4107391A1已知了一种电车，其具有至少一个电池馈送的、用于供给三项的车辆发动机的逆变器。在这种电车中，逆变器也用于给电池充电。为了可以实现这种情况，三项电发动机的星形接点被导出并且借助于第一开关触点可与正电池端子连接。此外，在正电池端子和逆变器的正直流电压接口之间布置了第二开关触点。此外设置了连接这种，借助于其可将正直流电网端子与正直流电源接口连接，并且将负直流电网端子与逆变器的负直流电源接口连接。在充电运行中，第一开关触点闭合，而第二开关触点断开。相反地在行驶运行中，第二开关触点闭合，而第一开关触点断开。

三项电发动机的星形接点被导出并且借助于第一开关触点可与正电池端子连接，由此将该三项电发动机的绕组用作直流调解器-电感器。由此不再需要附加的、会增加车辆重量的电感器。附加地，逆变器用作用于由直流电网给电池充电的直流调解器。由此取消了单独的电池充电设备，其同样会显著增加车辆重量。在这种电车中不利的影响在于，仅仅可以由直流电网给电池充电。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种用于由电池运行的车辆的驱动***，这种驱动***不再具有前文所述的缺点。

根据本实用新型，这一目的通过一种用于由电池运行的车辆的驱动***来实现，该驱动***具有：带有两个自转换的整流器的电压中间电路变换器，所述整流器在直流电压侧借助于具有中间电路电容器的电压中间电路彼此连接；带有引出的星形接点的多相的电动机和运行控制装置，其中所述电动机在连接侧与两个自转换的所述整流器中的一个整流器的交流电压侧的接线端连接，并且所述电动机的引出的所述星形接点能够借助于开关与所述电池的正极连接，所述正极可以借助于三相开关与电网侧的接线端连接，其中所述电网侧的接线端借助于多个扼流圈与第二自转换的整流器在交流电压侧的接线端连接，其中，所述电池的负极与所述电压中间电路的负母线连接，其中所述运行控制装置通过信号技术与所述开关连接。

根据本实用新型，作为自转换的整流器相应地设置有IGBT脉冲整流器。

根据本实用新型，所述IGBT脉冲整流器设计为三相的。

电压中间电路变换器在电网侧和负载侧分别具有自转换的整流器，并且电动机具有引出的星形接点，并且电池可以利用其两个接线端中的一个借助于开关与引出的星形接点或与电压中间电路变换器的在电网侧的自转换的整流器的交流电压侧扼流圈连接，因此，电池电压可以低于或高于经过整流的电网电压，并且可以将电能馈送回连接的供电网络。

在行驶运行中，借助于扼流圈和电网侧的自转换的整流器，由电池电压产生恒定的中间电路电压，中间电路电压按照振幅大于电池的振幅。也就是说，电网侧的自转换的多相整流器具有多个并联的DC/DC升压变压器的功能。

在充电运行中，在电池与扼流圈之间的多相开关断开，并且在引出的星形接点和电池之间的开关闭合。电网侧的自转换的整流器产生恒定的中间电路电压并且对电网反作用小，反之，借助于电动机侧的自转换的整流器和发动机电感线圈，由中间电路电容器为电池充电。也就是说，电动机侧的自转换的整流器和发动机电感线圈构成多个并联的DC/DC降压变压器。

通过这种用于由电池运行的车辆的驱动***的功率部件的根据本实用新型的拓扑得到具有对电网有利的电网接线端的驱动***，其中所述的电网接线端可以连接至不同的电网电压，该电网接线端的电池电压可以低于或高于经过整流的电网电压，电网接线端可以向连接的电网中供给电能并且具有高度的同类性（Gleichteiligkeit）。

附图说明

为了对本实用新型作进一步说明，需参考附图，图中示意性地说明了根据本实用新型的用于由电池运行的车辆的驱动***。

具体实施方式

在该图中，2表示电压中间电路变换器，4表示具有引出的星形接点6的多相电动机，8表示电池，10表示单极开关，12表示多极开关，并且14表示运行控制装置。电压中间电路变换器2具有两个多相的自转换的整流器16和18，这些整流器在直流电压侧借助于具有中间电路电容器20的电压中间电路22彼此连接。电压中间电路22的正母线24和负母线26作为连接元件。电动机4的接线端U，V和W与自转换的整流器18在交流电压侧的接线端R，S和T导电连接。因为电动机4连接至电压中间电路变换器2的这个自转换的整流器18，所以该整流器也称为发动机侧的自转换的整流器18。自转换的整流器16在交流电压侧具有与其电桥支路的数量相符的扼流圈28。这些扼流圈布置在自转换的整流器16的电网接线端30，32和34与交流电压侧的接线端之间的引线中。因为电压中间电路变换器2的这个自转换的整流器16可以与电网接线端30，32和34连接，所以这个整流器也称为电网侧的自转换的脉冲整流器16。

在附图中，两个自转换的脉冲整流器16和18分别作为整流阀具有可断开的半导体器件，特别是绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate-Bipolar-Transistor，IGBT）。出于这个原因，这两个自转换的脉冲整流器16和18也称为IGBT脉冲整流器。

由电池运行的车辆的驱动***的电池8通过其正极36一方面与单极开关10导电连接，另一方面与多极开关12导电连接。电池8的负极38与驱动***的电压中间电路变换器2的电压中间电路22的负母线26连接。负母线26构成这个驱动***的基准电势。单极开关10通过其第二接线端与电动机4的引出的星形接点6导电连接。多极开关12分别与驱动***的电网接线端30，32或34导电连接。

为了控制这两个开关10和12设计了运行控制装置14，其通过信号技术与这两个开关10和12的控制输入端连接。用于两个开关10和12的控制信号S10和S12分别在其两个控制输入端处等待处理。在输入端侧，用于行驶运行的信号SF和用于充电运行的信号SL在这个运行控制装置14处等待处理。

将多极开关42设计为在驱动***和供电网络40、例如充电站之间在电网侧的连接。这个多极开关42可以集成在充电站的充电电缆的插头中。只要这个插头及其触点***驱动***的电网接线端30，32和34，就闭合了插头的多极开关42，并且驱动***与供电网络、特别是充电站，导电连接。

根据依照本实用新型的驱动***的示意图说明了这种驱动***的单个的运行方式：

在电动机4的行驶运行“电动机式运行”中，用于行驶运行的信号SF在运行控制装置14处等待处理。于是，这个运行控制装置14产生用于多极开关12的信号S12，从而使这个开关闭合。此外，还产生用于单极开关10的信号S10，从而使这个开关断开。在这种运行状态中，电池8的正极36相应地利用扼流圈28与电网侧的自转换的整流器16在交流电压侧的接线端导电连接。与自转换的整流器16的电桥支路连接的每个扼流圈28构成一个DC/DC升压变压器。因为自转换的脉冲整流器16的这些电桥支路在直流电压侧电并联，这个具有前接的扼流圈28的自转换的脉冲整流器16在这种运行状态中构成三个并联的DC/DC升压变压器。这个DC/DC升压变压器产生恒定的直流电压，其在电压中间电路22的中间电路电容器20中等待处理。这个中间电路电容器20构成恒定的直流电源，电动机侧的自转换的整流器18从前述直流电源中产生具有可变振幅和频率的多相交流电***。这样对振幅和频率进行调节，即电动机以预先确定的转速旋转。

在电动机4的行驶运行“发电机式运行”过程中，多极开关12继续闭合并且单极开关10继续断开。与电动机4的行驶运行“电动机式运行”相反，现在电动机4发电机式地运行，也就是说，电动机4处于制动运行。在这种制动运行状态中，自转换的脉冲整流器18作为整流器运行。于是，将电能供给到电压中间电路22的中间电路电容器20中。为了使中间电路电压不超出预先确定的极限值，自转换的脉冲整流器16在与扼流圈28连接的条件下作为三个并联的DC/DC降压变压器工作。于是，在电动机4每次制动时总是反复借助于这种整流器-拓扑为电池8再充电。

在充电运行中，用于充电运行的信号SL等待运行控制装置14处理。运行控制装置14根据这个运行信号SL产生用于多极开关12的信号S12和用于单极开关10的信号S10。通过这些产生的信号S12和S10使单极开关10闭合并且使多极开关12断开。从而使电池8的正极36与多相电动机4的引出的星形接点6导电连接。在充电运行过程中，驱动***与供电网络40导电连接，多极开关42在这一过程中闭合。通过这种方式，电压中间电路变换器2在电网侧的自转换的整流器16在中间电路电容器20处产生对电网反作用小的恒定中间电路电压。也就是说，通过电网侧的自转换的整流器16的脉冲调制，从供电网络40中得出接近于正弦形的电流。这个自转换的整流器16在与前接的扼流圈28连接的条件下作为升压变压器工作。借助于在发电机侧的自转换的整流器18和多相电动机4的发动机电感线圈44，设定电池8所期望的充电电流。在这种运行状态中，电动机侧的自转换的整流器18与发动机电感线圈44一起工作，就像三个并联的DC/DC降压变压器。

在这种运行状态中，如果驱动***与供电网络40导电连接，即由电池运行的车辆例如与充电站连接或者在车库中与电网接线端连接，还可以将电能从电池馈送回供电网络。在这种情况下，电动机侧的自转换的整流器18与发动机电感线圈44连接，作为三个并联的DC/DC升压变压器工作。对电网侧的自转换的整流器16这样进行控制，即可以将电能馈送回连接的供电网络40（支持“智能电网（Smart Grid）”）。自转换的整流器16在与前接的扼流圈28连接的条件下构成所谓的“主动前端（Active Front End，AFE）”。

通过这种根据本实用新型的驱动***可以满足以下要求：

-可以在不同的供电网络中以高功率为电池充电，

-对电网反作用小，

-电池可以作为局部能量供给装置（支持“智能电网（Smart Grid）”）运行（电能回馈），

-在行驶运行和充电运行或回馈运行之间进行切换而无需高昂的消耗（仅两个开关），

-将连接的电动机的发动机电感线圈用作调节器扼流圈，

-驱动***的组件的高度同类性，和

-通过驱动***的组件在行驶运行或充电运行中可替换的用途而形成的紧凑结构。

因此，可以得到用途多样的用于由电池运行的车辆的、具有根据本实用新型的整流器拓扑的驱动***，在其中不再需要车载充电装置并且能够以很少的费用运行该驱动***。

Claims

1.用于由电池运行的车辆的驱动***，具有：带有两个自转换的整流器（16，18）的电压中间电路变换器（2），所述整流器在直流电压侧借助于具有中间电路电容器（20）的电压中间电路（22）彼此连接；带有引出的星形接点（6）的多相的电动机（4）和运行控制装置（14），其中所述电动机（4）在连接侧与两个自转换的所述整流器中的一个整流器（18）的交流电压侧的接线端（R，S，T）连接，并且所述电动机的引出的所述星形接点（6）能够借助于开关（10）与所述电池（8）的正极（36）连接，所述正极可以借助于三相开关（12）与电网侧的接线端（30，32，34）连接，其中所述电网侧的接线端借助于多个扼流圈（28）与第二自转换的整流器（16）在交流电压侧的接线端连接，其中，所述电池（8）的负极（38）与所述电压中间电路（22）的负母线（26）连接，其中所述运行控制装置通过信号技术与所述开关（10，12）连接。

2.根据权利要求1所述的驱动***，其特征在于，相应地设置有IGBT脉冲整流器作为所述自转换的整流器（16，18）。

3.根据权利要求2所述的驱动***，其特征在于，所述IGBT脉冲整流器设计为三相的。