CN101360628B - 燃料电驱动系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种燃料电驱动系统，包括内燃机(1)和由内燃机(1)驱动的发电机(2)，该发电机(2)具有第一定子绕组(A)，包括第一整流器(3)，该第一整流器(3)在交流电压端与第一定子绕组(A)连接，在直流电压端与第一直流电压(4)连接，包括第一逆变器(5)，该第一逆变器(5)在直流电压端与第一直流电压电路(4)连接，在交流电压端与驱动电动机(6)连接。为了提高燃料电驱动系统的鲁棒性和可用性，发电机(2)具有第二定子绕组(B)，其中第二整流器(7)在直流电压端与第二定子绕组(B)连接，在直流电压端与第二直流电压电路(8)连接，第二逆变器(9)在直流电压端与第二直流电压电路(8)连接，在交流电压端与驱动电动机(6)连接。

Description

燃料电驱动系统
技术领域
本发明涉及驱动系统的领域。该驱动系统基于按照独立权利要求的前序部分的燃料电驱动系统。
背景技术
燃料电驱动系统目前更多的用在海事应用中，但是也用在有轨机车以及汽车中。根据现有技术的这种燃料电驱动系统在图1中给出。其中常用的燃料电驱动系统具有内燃机和由内燃机驱动的发电机。典型的，在内燃机和发电机之间连接了联动装置。发电机典型地具有唯一的一个定子绕组。该定子绕组与整流器在交流电压端连接。整流器还在直流电压端与直流电压电路连接，其中用于向驱动电动机馈电的逆变器连接到该直流电压电路。
在上述根据现有技术、尤其是根据图1的燃料电驱动系统中存在的问题是，在发电机例如由于定子绕组中的错误或短路而发生故障时，不能再向驱动电动机提供足够的能量，因此整个驱动系统不能再提供出来使用。此外，后面的元件如整流器、直流电压电路、逆变器和驱动电动机在发电机发生故障时会被损坏。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是提供一种鲁棒的燃料电驱动系统，而且该燃料电驱动系统还具有很高的可用性。该技术问题通过权利要求1的特征解决。从属权利要求给出本发明的优选实施方式。
本发明的燃料电驱动系统包括内燃机和由内燃机驱动的发电机，该发电机具有第一定子绕组。此外，燃料电驱动系统还包括第一整流器，该第一整流器在交流电压端与第一定子绕组连接，在直流电压端与第一直流电压电路连接。此外，燃料电驱动系统还包括第一逆变器，该第一逆变器在直流电压端与第一直流电压电路连接，在交流电压端与驱动电动机连接。根据本发明，发电机具有第二定子绕组。此外，第二整流器 在交流电压端与第二定子绕组连接，在直流电压端与第二直流电压电路连接。此外，第二逆变器在直流电压端与第二直流电压电路连接，在交流电压端与驱动电动机连接。借助第二定子绕组、与该第二定子绕组连接的第二整流器和通过第二直流电压电路与第二整流器连接的逆变器，有利地形成用于向驱动电动机馈电的冗余馈电路径，从而驱动电动机例如在两个定子绕组之一发生错误或短路时可以有利地通过另一个未出现错误的馈电路径馈电。由此在有错误时该驱动系统也能像以前那样提供出来使用。因此本发明的燃料电驱动系统总的来说非常鲁棒。此外，内燃机可以通过具有两个定子绕组和后面连接的驱动系统的元件的发电机而转数可变地运行，并因此有利的燃料效率很高地运行。此外，可以通过转数可变的运行而弃用内燃机和发电机之间的联动装置。
附图说明
本发明的上述和其它任务、优点和特征将从下面结合附图对本发明的优选实施方式的详细描述显现出来。
图1示出现有技术的燃料电驱动系统的实施方式，
图2示出本发明燃料电驱动系统的第一实施方式，
图3是本发明燃料电驱动系统的第二实施方式，
图4是本发明燃料电驱动系统的第三实施方式，
图5是本发明燃料电驱动系统的第四实施方式，
图6是本发明燃料电驱动系统的第五实施方式。
在附图中使用的附图标记及其含义在附图标记列表中一起列出。原则上在附图中相同的部件用相同的附图标记表示。所描述的实施方式示例性地代表本发明的对象，并无限制性作用。
具体实施方式
在图2中示出本发明的燃料电驱动系统的第一实施方式。其中，燃料电驱动系统包括内燃机1和由内燃机驱动的发电机2，该发电机2具有第一定子绕组A。内燃机1例如是柴油发动机、燃气轮机或一般的任何技术人员公知的内燃机。此外，燃料电驱动系统包括第一整流器3，该第一整流器3在交流电压端与第一定子绕组A连接，在直流电压端与第一直流电压电路4连接。此外，燃料电驱动系统还包括第一逆变器5， 该第一逆变器5在直流电压端与第一直流电压电路4连接，在交流电压端与驱动电动机6连接。
根据本发明，发电机1具有第二定子绕组B。通常每个定子绕组A、B包括e个相绕组，其中e≥3。在图2以及后面还要详细讨论的图3至图6的实施方式中，假定两个定子绕组A、B分别具有e＝3个相绕组。此外，根据图2第二整流器7在交流电压端与第二定子绕组B连接，在直流电压端与第二直流电压电路8连接。此外，第二逆变器9在直流电压端与第二直流电压电路8连接，在交流电压端与驱动电动机6连接。通常驱动电动机6也包括两个定子绕组，每个定子绕组具有a个相绕组，其中a≥3。在图2以及后面还要详细讨论的图3至图6的实施方式中，就驱动电动机6而言，假定两个定子绕组分别具有a＝3个相绕组。借助发电机2的第二定子绕组B、与该第二定子绕组连接的第二整流器7和通过第二直流电压电路8与第二整流器7连接的逆变器9，有利地形成用于向驱动电动机6馈电的冗余馈电路径，从而驱动电动机6例如在两个定子绕组A、B之一发生错误或短路时有利地通过另一个未出现错误的馈电路径馈电。由此在有错误时该驱动系统也能像以前那样提供出来使用，即可以继续向驱动电动机6馈电。因此本发明的燃料电驱动系统总的来说非常鲁棒并具有很高的可用性。此外，内燃机1可以通过具有两个定子绕组A、B和后面连接的驱动系统的元件3、4、5、6的发电机2而转数可变地运行，并因此有利的燃料效率很高地运行。此外，可以通过转数可变的运行而弃用在现有技术的燃料电驱动系统的实施方式中示出的内燃机1和发电机2之间的联动装置40。
按照图2，在第一定子绕组A与第一整流器3的连接中接入断路开关10，在第二定子绕组B与第二整流器7的连接中接入断路开关11。例如如果在发电机2的定子绕组A、B之一中出现了错误，则可以简单和快速地通过相应的断路开关10、11断开与有错误的定子绕组A、B连接的整流器3、7，并保护整流器3、7以及后面的元件如直流电压电路4、8、逆变器5、9和驱动电动机6免遭损坏或完全破坏。要理解相应的断路开关10、11在相应的整流器3、7方面出现了错误时也能够将发电机2的相应定子绕组A、B断开。相应的断路开关10、11当然还允许对应的定子绕组A、B与相应的整流器3、7的重新连接，例如在检验到错误出现之后或者在维护或维修工作之后。
按照图2还在第一逆变器5与驱动电动机6的连接中接入断路开关12，在第二逆变器9与驱动电动机6的连接中也接入断路开关13。例如如果在驱动电动机6中出现了错误，则可以简单和快速地通过相应的断路开关12、13断开与该驱动电动机6连接的逆变器5、9，并保护相应的逆变器5、9以及前面的元件如直流电压电路4、8、整流器3、7和发电机2免遭损坏或完全破坏。要理解相应的断路开关12、13在相应的逆变器5、9方面出现了错误时也能够将驱动电动机6断开。相应的断路开关12、13当然还允许驱动电动机6与相应的逆变器5、9的重新连接，例如在检验到错误出现之后或者在维护或维修工作之后。
此外，第一直流电压电路4与第二直流电压电路8可以通过连接开关14连接和断开。因此，如果例如由于前面提到的错误而使第一定子绕组A与第一整流器3的连接通过断路开关10断开，或者使第二定子绕组B与第二整流器7的连接通过断路开关11断开，连接开关14可以分别通过一个直流电压电路4、8向另一个直流电压电路8、4馈电。据此，驱动电动机6还可以在有错误的情况下有利地通过第一逆变器5由第一直流电压电路4馈电，此外还可以通过第二逆变器9由第二直流电压电路8馈电。
此外，一般还有x个其它逆变器15在直流电压端与第一直流电压电路4连接，其中x≥1，在图2中还有x＝1个这样的其它逆变器15在直流电压端与第一直流电压电路4连接。x个其它逆变器15中的每一个例如可以有利地对另一个驱动电动机馈电，例如也可以向辅助驱动装置如通风器、空调、伺服电动机等馈电。应当理解，这样的逆变器15还可以实施为能反馈能量。此外，一般还有y个其它逆变器16在直流电压端与第二直流电压电路8连接，其中y≥1，在图2中有y＝1个这种其它逆变器16在直流电压端与第二直流电压电路8连接。y个其它逆变器16中每一个都可以在这种情况下例如有利地向另一个驱动电动机馈电，例如也可以向辅助驱动装置如通风器、空调、伺服电动机等馈电。
在图3中示出本发明燃料电驱动系统的第二实施方式。基于图2，按照图3的燃料电驱动系统总共具有z个其它逆变器17，该逆变器在直流电压端与第一直流电压电路4和第二直流电压电路8连接，其中z≥1，在图3中z＝1个其它这样的逆变器17在直流电压端与第一直流电压电路4和第二直流电压电路8连接。有利地，由此其它z个逆变器17中 的每一个例如可以向另一个驱动电动机馈电，例如也可以向辅助驱动装置如通风器、空调、伺服电动机等馈电。应当理解，这样的逆变器17还可以实施为能反馈能量。按照图3在第一直流电压电路4与z个其它逆变器17之一的每个连接中接入电流方向限制元件18，在第二直流电压电路8与z个其它逆变器17之一之间的每个连接中加入电流方向限制元件19。各电流方向限制元件18、19用于将电流仅在限定的电流方向上从相应的直流电压电路4、8流向其它z个逆变器17中的相应逆变器17，以及限定地返回。由此有利地避免例如由于相应的直流电压电路4、8中的错误和/或z个其它逆变器17之一中的错误而引起的错误电流流向相应的逆变器17，或流入相应的直流电压电路4、8，而且避免损坏或破坏相应的逆变器17或与相应的直流电压电路4、8直接和间接连接的元件。相应的电流方向限制元件18、19按照图3优选通过二极管形成，由此有利地非常简单和节省空间地实现。还可以考虑可控的开关元件，尤其是可控的功率半导体开关。可以组合z个其它逆变器17和前面借助图3详细描述的该逆变器在直流电压端与图2的燃料电驱动系统的连接以及与下面还要详细描述的按照图4、5、6描述的燃料电驱动系统的连接。
在图4中示出本发明燃料电驱动系统的第三实施方式。基于图2，按照图4总共有n个其它整流器20在交流电压端与第一定子绕组A连接，其中n≥1，在图4中n＝1个其它整流器20在交流电压端与第一定子绕组A连接。此外，按照图4总共m个其它逆变器21通过为n个其它整流器20中的每一个设置的直流电压电路22分别与n个整流器20中的一个连接，其中m≥1，在图4中m＝1个其它逆变器21通过为n个其它整流器20中的每一个设置的直流电压电路22分别与n个整流器20中的一个连接。由此基于第一定子绕组A，可以实现由第一和第二直流电压电路4、8单独和独立地向例如另一个驱动电动机馈电，还可以借助m个其它逆变器21的相应其它逆变器21向辅助驱动装置如通风器、空调、伺服电动机等馈电。此外，按照图4p个其它整流器26在交流电压端与第二定子绕组B连接，其中p≥1，在图4中，p＝1个其它整流器26在交流电压端与第二定子绕组B连接。此外，根据图4总共q个其它逆变器27通过为p个其它整流器26中的每一个设置的直流电压电路28分别与p个整流器26中的一个连接，其中q≥1，在图4中q＝1个其它逆变器27通过为p个其它整流器26中的每一个设置的直流电压电路28分别与p个整流器26中的一个连接。因此第二定子绕组B可用于与第一和第二直流电压电路4、8分离和无关地借助q个其它逆变器27的相应其它逆变器27向例如另一个驱动电动机馈电，以及向辅助驱动装置如通风器、空调、伺服电动机等馈电。按照图4在第一定子绕组A与n个其它整流器20之一的每个连接中接入断路开关25。此外根据图4，还在第二定子绕组B与p个其它整流器26之一的每个连接中接入断路开关31。例如如果在发电机2的定子绕组A、B之一中出现了错误，则可以简单和快速地通过相应的断路开关25、31将与发生错误的定子绕组A、B连接的其它整流器20、26断开，并保护该其它整流器20、26以及后面的元件如直流电压电路22、28和其它逆变器21、27免遭损坏或甚至完全破坏。要理解，相应的断路开关25、31即使在相应的其它整流器20、26出现错误时也能断开发电机2的相应定子绕组A、B。当然相应的断路开关25、31还允许对应的定子绕组A、B与相应的其它整流器20、26重新连接，例如在检验到错误出现之后或在维护或修理工作之后。可以组合n个其它整流器20及其借助图4详细描述的连接，p个其它整流器26和前面借助图4详细描述的该整流器与图2、图3的燃料电驱动系统的连接以及与下面还要详细描述的按照图5、6描述的燃料电驱动系统的连接。
在图5中示出本发明燃料电驱动系统的第四实施方式。基于图4，按照图5相应于图4总共有n个其它整流器20在交流电压端与第一定子绕组A连接，其中n≥1，在图5中n＝1个其它整流器20在交流电压端与第一定子绕组A连接。此外，按照图5总共m个其它逆变器21通过为n个其它整流器20中的每一个设置的直流电压电路22分别与n个整流器20中的一个连接，其中m≥1，在图5中m＝1个其它逆变器21通过为n个其它整流器20中的每一个设置的直流电压电路22分别与n个整流器20中的一个连接。由此基于第一定子绕组A，可以实现由第一和第二直流电压电路4、8单独和独立地向例如另一个驱动电动机馈电，还可以借助m个其它逆变器21的相应其它逆变器21向辅助驱动装置如通风器、空调、伺服电动机等馈电。按照图5在第一定子绕组A与n个其它整流器20之一的每个连接中接入断路开关25，其工作方式和优点参见图4的实施。此外，按照图5总共有r个其它整流器23在交流电 压端与第二定子绕组B连接，其中r≥1而且n≥r，在图5中，r＝1个其它整流器23在交流电压端与第二定子绕组B连接。此外，根据图5r个其它逆变器23的每一个在直流电压端分别与为n个其它整流器20中的每一个设置的直流电压电路22连接。如果在发电机2的第一定子绕组A中出现了错误，则通过断路开关25将相应的其它整流器20断开，其中有利地通过该其它整流器23向与断开的其它整流器20连接的直流电压电路22馈电，因此即使在这种错误情况下也可以通过其它逆变器21由直流电压电路22向其它驱动电动机馈电，也例如向辅助驱动装置如通风器、空调、伺服电动机等馈电。此外，在第二定子绕组B与r个其它整流器23之一的每个连接中接入断路开关24，该断路开关有利地实现相应其它整流器23的断开和实现与发电机2的第二定子绕组B的重新连接。可以组合r个其它整流器23和前面借助图5详细描述的该整流器与图2、图3、图4的燃料电驱动系统的连接以及与下面还要详细描述的按照图6描述的燃料电驱动系统的连接。
在图6中示出本发明燃料电驱动系统的第五实施方式。基于图4，按照图6相应于图4总共有p个其它整流器26在交流电压端与第二定子绕组B连接，其中p≥1，在图6中p＝1个其它整流器26在交流电压端与第二定子绕组B连接。此外，按照图6总共q个其它逆变器27通过为p个其它整流器26中的每一个设置的直流电压电路28分别与p个整流器26中的一个连接，其中q≥1，在图6中q＝1个其它逆变器27通过为p个其它整流器26中的每一个设置的直流电压电路28分别与p个整流器26中的一个连接。由此第二定子绕组B可以用于与第一和第二直流电压电路4、8分离和独立地借助q个其它逆变器27的相应其它逆变器27向例如另一个驱动电动机馈电，以及向辅助驱动装置如通风器、空调、伺服电动机等馈电。按照图6在第二定子绕组B与p个其它整流器26之一的每个连接中接入断路开关31，其工作方式和优点参见图4的实施。此外，按照图6总共有v个其它整流器29在交流电压端与第一定子绕组A连接，其中v≥1而且p≥v，在图6中，v＝1个其它整流器29在交流电压端与第一定子绕组A连接。此外，根据图6v个其它逆变器29的每一个在直流电压端分别与为p个其它整流器26中的每一个设置的直流电压电路28连接。如果在发电机2的第二定子绕组B中 出现了错误，则通过断路开关31将相应的其它整流器26断开，其中有利地通过该其它整流器29向与断开的其它整流器26连接的直流电压电路28馈电，因此即使在这种错误情况下也可以通过其它逆变器27由直流电压电路28向其它驱动电动机馈电，也例如向辅助驱动装置如通风器、空调、伺服电动机等馈电。此外，在第一定子绕组A与v个其它整流器29之一的每个连接中接入断路开关30，该断路开关有利地实现相应其它整流器29的断开和实现与发电机2的第一定子绕组A的重新连接。可以组合v个其它整流器29和前面借助图6详细描述的该整流器与图2、图3、图4、图5的燃料电驱动系统的连接。
附图标记列表
1内燃机
2发电机
3第一整流器
4第一直流电压电路
5第一逆变器
6驱动电动机
7第二整流器
8第二直流电压电路
9第二逆变器
10、11、12、13、24、25、30、31断路开关
14连接开关
15x个其它逆变器，其中x≥1
16y个其它逆变器，其中y≥1
17z个其它逆变器，其中z≥1
18、19电流方向限制元件
20n个其它整流器，其中n≥1
21m个其它逆变器，其中m≥1
22n个其它整流器20中每一个的直流电压电路
23r个其它整流器，其中r≥1
26p个其它整流器，其中p≥1
27q个其它逆变器，其中q≥1
28p个其它整流器26中每一个的直流电压电路
29v个其它整流器，其中v≥1
40联动装置
A、B发电机的定子绕组

Claims (16)

1.一种燃料电驱动系统，包括内燃机(1)和由内燃机(1)驱动的发电机(2)，该发电机(2)具有第一定子绕组(A)，
包括第一整流器(3)，该第一整流器(3)在交流电压端与第一定子绕组(A)连接，在直流电压端与第一直流电压(4)连接，
包括第一逆变器(5)，该第一逆变器(5)在直流电压端与第一直流电压电路(4)连接，在交流电压端与驱动电动机(6)连接，
其特征在于，
发电机(2)具有第二定子绕组(B)，
第二整流器(7)在交流电压端与第二定子绕组(B)连接，在直流电压端与第二直流电压电路(8)连接，
第二逆变器(9)在直流电压端与第二直流电压电路(8)连接，在交流电压端与驱动电动机(6)连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电驱动系统，其特征在于，在第一定子绕组(A)与第一整流器(3)的连接中接入断路开关(10)，
在第二定子绕组(B)与第二整流器(7)的连接中接入断路开关(11)。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电驱动系统，其特征在于，在第一逆变器(5)与驱动电动机(6)的连接中接入断路开关(12)，
在第二逆变器(9)与驱动电动机(6)的连接中接入断路开关(13)。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的燃料电驱动系统，其特征在于，第一直流电压电路(4)通过连接开关(14)与第二直流电压电路(8)连接和分离。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的燃料电驱动系统，其特征在于，x个其它逆变器(15)在直流电压端与第一直流电压电路(4)连接，其中x≥1。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的燃料电驱动系统，其特征在于，y个其它逆变器(16)在直流电压端与第二直流电压电路(8)连接，其中y≥1。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的燃料电驱动系统，其特征在于，z个其它逆变器(17)在直流电压端与第一直流电压电路(4)和第二直流电压电路(8)连接，其中z≥1。
8.根据权利要求7所述的燃料电驱动系统，其特征在于，在第一直流电压电路(4)与所述z个其它逆变器(17)之一的每个连接中接入电流方向限制元件(18)，在第二直流电压电路(8)与所述z个其它逆变器(17)之一的每个连接中接入电流方向限制元件(19)。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的燃料电驱动系统，其特征在于，n个其它整流器(20)在交流电压端与第一定子绕组(A)连接，其中n≥1，
m个其它逆变器(21)分别通过为所述n个其它整流器(20)的每一个设置的直流电压电路(22)与该n个其它整流器(20)之一连接，其中m≥1。
10.根据权利要求9所述的燃料电驱动系统，其特征在于，r个其它整流器(23)在交流电压端与第二定子绕组(B)连接，其中r≥1，n≥r，
所述r个其它整流器(23)的每一个分别与为所述n个其它整流器(20)设置的直流电压电路(22)之一连接。
11.根据权利要求10所述的燃料电驱动系统，其特征在于，在第二定子绕组(B)与所述r个其它整流器(23)之一的每个连接中接入断路开关(24)。
12.根据权利要求9所述的燃料电驱动系统，其特征在于，在第一定子绕组(A)与所述n个其它整流器(20)之一的每个连接中接入断路开关(25)。
13.根据权利要求1至2中任一项所述的燃料电驱动系统，其特征在于，p个其它整流器(26)在交流电压端与第二定子绕组(B)连接，其中p≥1，
q个其它逆变器(27)分别通过为所述p个其它整流器(26)的每一个设置的直流电压电路(28)与p个整流器(26)之一连接，其中q≥1。
14.根据权利要求13所述的燃料电驱动系统，其特征在于，v个其它整流器(29)在交流电压端与第一定子绕组(A)连接，其中v≥1，p≥v，
所述v个其它整流器(29)的每一个在直流电压端分别与为所述p个其它整流器(26)设置的直流电压电路(28)之一连接。
15.根据权利要求14所述的燃料电驱动系统，其特征在于，在第一定子绕组(A)与所述v个其它整流器(29)之一的每个连接中接入断路开关(30)。
16.根据权利要求13所述的燃料电驱动系统，其特征在于，在第二定子绕组(B)与所述p个其它整流器(26)之一的每个连接中接入断路开关(31)。
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