CN102439840A - 用于将电能输送到电动机的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将电能输送到电动机的设备，其具有：第一可控的开关装置（101），所述第一可控的开关装置（101）被构造来在第一开关状态下提供用于能量输送的第一电流路径并且在第二开关状态下中断第一电流路径；第二可控的开关装置（103），所述第二可控的开关装置（103）与第一可控的开关装置耦合并且被构造来在第一开关状态下提供用于耗用电流的第二电流路径并且在第二开关状态下中断第二电流路径；以及控制装置（117），用于使第一可控的开关装置（101）和第二可控的开关装置（103）转移到第一开关状态或者第二开关状态，其中控制装置（117）被构造来在使第一开关装置（101）转移到第二开关状态时或者之后使第二开关装置（103）转移到第一开关状态。

Description

用于将电能输送到电动机的设备

技术领域

本发明涉及车辆驱动器中的电动机的领域。

背景技术

在具有内燃机和其它驱动源（例如电动机）的现代混合驱动器中，电动机作为起动器也被用于发动内燃机。为此，尤其是需要对电构件确定足够的尺寸，因为在发动内燃机时必需高功率和高电流。这样，起动器所需的峰值电流根据车辆发动机的大小可以为数百安培直至1000安培或者甚至更大。这些高电流在常规的车载电网拓扑中由车载电网或起动器电池馈电，而通常通过车载电网中的线路电阻率和部件内阻（诸如起动器电池或者起动器的内阻）可是常常没有充分地限制这些高电流，这可导致起动器的脉冲状的高起动力矩。这导致提高的机械要求，该提高的机械要求缩短了起动器的使用寿命。此外，峰值电流有助于常规的车载电网中的强烈的电压扰动以及有助于损害电磁兼容性（EMV）。

为了有针对性地限制峰值电流，例如可以将具有确定的温度系数的电阻布置在电动机的可电磁激励的转子的主电流路径中，或设置电流时钟控制（Stromtaktung），如在出版物EP 1 369 569中所描述的那样，由此可以减小损耗功率并且可以实现更高的效率。然而，在高电流的时钟控制的情况下，由于始终存在的引线电感，所以形成了电压峰值或电流峰值，这些电压峰值或电流峰值也可以在电磁方面负面影响其它车辆部件。

发明内容

本发明基于如下认知：为了避免电压峰值和电磁干扰，在借助用于进行电流限制的电流时钟控制来为电动机（例如起动器）供给电能时可以设置有其它的可接通的电流路径，该其它的可接通的电流路径在电流截断时可接通并且可以吸收例如由于线路电感而迫使的电流而且例如被引向地。

其它的电流路径可以被构造成换向路径的构型并且被集成在整个电路中，用于对输送给电动机的电流进行时钟控制。其它的电流路径可以有利地借助开关（例如晶体管开关）被提供或者被中断。由此可以相对于用于对起动器电流进行时钟控制的常用电路装置极大地改进配备有附加的电流路径的电路装置的EMV特性。

如果为车辆电池的构型的起动器电池被用于进行能量供给并且时钟开关（Taktschalter）被用于进行时钟控制，则车辆电池可以通过布置其它的电流路径而在空间上远离时钟开关地被布置，由此可能对功率电子装置和起动器电池进行灵活划分。这样，起动器电池例如可以被遮蔽在行李箱中，而功率电子装置可以被遮蔽在车辆的乘客座舱中。由于根据本发明的其它的电流路径引起在对起动器电流进行时钟控制时形成的电压峰值减小，所以对于该装置而言可以采用具有较小的击穿电压的电子构件。此外，减小了起动器电池的峰值电流负荷，由此延长起动器电池的使用寿命。因而，也可能的是，设置有具有较小的最大峰值电流的起动器电池，用于为起动器供给电能。此外，例如在借助起动器起动内燃机时期望有较小的噪声或振动，使得总体上提高了驾驶舒适性。此外，发动机起动可以更为最优地来执行，使得借助例如以机械方式牵引内燃机的起动器可能更为快速地发动内燃机。起动器使用寿命通过减小机械的脉冲状的峰值负荷而被延长，其中也可以减小在车辆车载电网中的电压扰动冲击。

根据一个方面，连接涉及用于将电能（例如电流）输送到例如被用作内燃机的起动器的电动机的设备。该设备包括第一可控的开关装置，所述第一可控的开关装置被构造来在第一开关状态下提供用于电流输送的第一电流路径，而在第二开关状态下中断第一电流路径。可控的开关装置例如可以被时钟控制并且交替地被转移到两个开关状态中。第二可控的开关装置优选地与第一可控的开关装置耦合，并且第二可控的开关装置被构造来在第一开关状态下提供用于耗用电流的第二电流路径而且在第二开关状态下中断第二电流路径。优选地，第二电流路径被接通，以便在中断第一电流路径时通过该设备吸收借助例如线路电感而留下印记（aufpraegen）的电流。如果第一可控的开关装置被时钟控制，则第二可控的开关装置例如与第一可控的开关装置的时钟控制反相地被时钟控制。该设备不仅可以被使用在常规的车辆驱动器中而且可以被使用在混合的车辆驱动器中。

根据一种实施形式，为了控制可控的开关装置而设置有控制装置，该控制装置使第一可控的开关装置和/或第二可控的开关装置分别转移到第一开关状态和/或第二开关状态中。优选地，控制装置被构造来：在使第一开关装置转移到第二开关状态时或者之后，使第二开关装置转移到第一开关状态中，由此有利地可以实现上面提到的时钟控制反相性。

根据一种实施形式，控制装置被构造来：在使第一开关装置转移到第二开关状态时，使第二开关装置转移到第一开关状态中。这两个开关状态优选地彼此相关，其中第二开关装置例如可以利用互补的时钟信号来控制，该时钟信号可以通过对输送给第一可控的开关装置的时钟信号取反而产生。

根据一种实施形式，第一电路路径在连通的状态下将第一可控的开关装置的输入端与其输出端相连，以便建立电连接。由此实现了第一电流路径的有利的实现方案。

根据一种实施形式，第二电流路径将第一可控的开关装置的输入端与接地端子连接，使得有利地可能迅速吸收流入第一开关装置的输入端的电流。

根据一种实施形式，两个可控的开关装置分别包括可控的开关，例如分别包括晶体管开关，该可控的开关优选地被设置来提供或者中断相应的电流路径。相应的电流路径因此有利地分别通过可控的开关来实现。

根据一种实施形式，第二可控的开关装置的开关例如通过电容与接地端子相连接，使得特别高频率的电流部分可以有利地被迅速吸收并且被引向地。

根据一种实施形式，平行于该电容例如布置有借助其它的开关可接通的电阻，该电阻有利地防止第二电流路径中的短路电流。

根据一种实施形式，平行于第二可控的开关装置的可控的开关布置有可在截止方向上工作的二极管，该二极管有利地能够实现在电容中存储的电荷尤其是在开关打开时朝向起动器流出，这有助于提高能量效率。

根据一种实施形式，第一可控的开关装置的输出端通过在截止方向上工作的二极管与地电势耦合，由此有利地实现了过压保护。

根据一种实施形式，第一可控的开关装置的输入端可以与起动器电池的正电压端子或者负电压端子连接。起动器电池可以是该设备的对于整体不可缺少的组成部分或者是单独的元件。

根据一种实施形式，控制装置被构造来使第一可控的开关装置周期性地转移到第一开关状态和/或第二开关状态中，由此可以有利地实现电流时钟控制。

根据另一方面，本发明涉及一种电车辆驱动器，该电车辆驱动器具有：电动机、例如用于混合驱动器中的内燃机的起动器；以及具有根据本发明的用于将电能输送到电动机的设备，其中第一可控的开关装置的输出端与电动机的电流输入端子连接，该电流输入端子例如与电动机的可电磁激励的转子的主电流路径连接。

根据一个方面，本发明涉及一种用于为电动机供给电流的方法，其具有：借助第一可控的开关装置将电能输送到电动机，该第一可控的开关装置在第一开关状态下提供用于能量输送的第一电流路径而在第二开关状态下中断第一电流路径；当第一电流路径被中断时，借助第二可控的开关装置来提供用于耗用电流的第二电流路径，其中第二电流路径在提供第一电流路径时被中断；以及使第一可控的开关装置和第二可控的开关装置转移到第一开关状态或者第二开关状态，其中在使第一开关装置转移到第二开关状态时，第二开关装置被转移到第一开关状态。

其他方法步骤直接从根据本发明的用于为电动机供给电能的设备的功能中得到。

附图说明

其它实施例参照所附的附图更为详细地来阐述。其中：

图1示出了用于将电能输送到电动机的设备的原理性电路图；

图2示出了图1中的设备的电等效电路图；以及

图3示出了用于将电能输送到电动机的设备的原理性电路图。

具体实施方式

图1示出了用于为电动机供给电能的设备。该设备包括：第一可控的开关装置101、例如开关；和将第一可控的开关装置101的输入端与开关102相连接的第二可控的开关装置103。第二可控的开关装置103例如包括可控的开关105，该可控的开关105通过电容107与接地端子109连接，该电容107例如可以是双层电容器。平行于电容107借助开关111可开关地布置有电阻113。该设备此外还包括布置在截止方向上的二极管115，该二极管115将可控的开关装置111的输出端与接地端子109相连接。

此外，还设置有控制装置117，该控制装置117控制可控的开关装置101和103。

图1中所示的设备例如可以将电动机119（例如起动器）与起动器电池121连接。在此，第二可控的开关装置平行于起动器电池121地来布置。

为了输送电能，例如为了将电流输送到电动机119，第一电流路径通过闭合可控的开关装置101的开关102来提供，其中第二可控的开关装置103的开关105保持打开或者被打开。在可控的开关装置101的开关打开时或者之后，第二可控的开关装置103的开关105闭合，由此提供了用于耗用电流的第二电流路径。电流时钟控制借助第一可控的开关装置101来执行，其中第二可控的开关装置103（例如推挽式地）借助开关105提供电流换向支路，由此电容109可以吸收流入第一可控的开关装置101的输入端中的电流。电阻113被用作放电电阻，在提供第二电流路径时，该放电电阻防止起动器电池121的可能的短路。

二极管115例如形成无源续流元件（Freilaufelement）。根据一种实施形式，例如也可能借助晶体管实现有源续流。

图2示出了图1中所示的设备的电等效电路图，该设备具有：起动器线路的电阻201、起动器线路的电感203、起动器电阻205和起动器电感207。此外，还绘出起动器电池引线的电感209以及电阻211。起动器电池121具有起动器内阻213。

图3示出了用于将电能输送到电动机的设备，其中与图2中所示的装置不同地，设置有带有可控的开关303和电容306的第二开关装置301。与在图1和2中所示的实施例不同，二极管305在截止方向上与可控的开关303平行地被布置。可控的开关303例如可以被实现为MOS-FET形式的半导体开关，其中二极管305可以通过MOS-FET的衬底二极管来形成。

根据本发明的第二开关装置103或301优选地被实现在一个结构单元中，由此有利地可以保证短的第二电流路径。

为了驱动电动机119，例如为了借助电动机119牵引内燃机，首先通过例如闭合开关102，第一开关装置101被转移到第一开关状态，在该第一开关状态下提供第一电流路径。通过用作起动器的电动机119的电流接着（通过系统电感衰减地）升高，直至该电流的电流幅度达到如下极限值：该极限值被设置为最大电流极限值并且例如可以为600A。控制装置117接着将第二开关装置的开关105闭合，由此提供第二电流路径。此后并且例如根据在相应的电流回路中的相应的时间常数来打开第一开关装置的开关102。由此，电流从电池121流到通过第二电流路径表示的换向支路中或流到换向存储器107中。这防止了现在高的电流的突然截断，该现在高的电流流经电池的线路电感。换向存储器107在此被设置来暂存能量。特别有利的是，第一开关装置101的开关102在通过该开关的电流的电流幅度接近零值或者达到非常小的值时才可以被打开。由此，减小了如在第一开关装置101中的开关损耗。

流经开关119的经由起动器电感被继续驱动的电流可以通过续流元件115继续流动，使得同样可以避免在起动器回路中的突然的电流截断。由于在整个系统中因此避免了突然的电流改变，所以不再存在感应的高过压的问题。否则，在突然截断例如600A时会形成直至数百伏特的过压。

如果流经起动器119的电流随着例如围绕预先给定的电流期望值的磁滞又下降到预先确定的下限值之下，则开关102闭合，以重新提供第一电流路径，而第二开关装置103的开关115接连地又打开。

当起动电流在起动器119起动或内燃机开动之后降低并且仅仅还需要减小的起动器功率时，第一开关装置101的开关102又可以闭合并且开关105又可以打开。

电容107尽管可以在起动过程期间充电，但是总共存储的电荷有限，因为换向仅仅在起动器电流的短的断路阶段期间进行。为了使电容107又供接下来的起动过程使用，该电容107在发动机运转阶段期间例如通过适当选择的放电电阻113和通过开关111又被放电。有利地，电容107因而已经在起动阶段期间放电，尤其是在开关105打开的时间段内放电。通过适当选择放电电阻113可以针对比较小的电流确定开关111的尺寸。

如已经提及的那样，在换向时流经该装置的电流例如通过开关105被引导到电容306中。在此，电容306例如被选择为使得在该电容306上的电压升高如此高并且例如等于或大于12V或者14V，以致二极管305在开关303打开且第一开关装置101闭合时通过起动器电池121的电压扰动而在通流方向上导通，使得电容306可以放电。来自电容306的电流在此附加地辅助起动过程。在接下来的换向阶段中，电容306又被充电，其中与图1中所示的设备的工作不同地，电容306在电流时钟控制期间没有完全放电。

通过根据本发明的电流时钟控制，因此产生了较小的平均起动电流，该起动电流尤其是在发动机起动时造成了车辆的车载电网中的较小的电压扰动。这减小了用于尤其是在起动-停止系统中支持车载电网所需的措施。通过受控的起动器起动和减小的起动电流，即使在针对低温进行设计也可进一步减小起动器电池的大小。由于起动器电流根据本发明不是被硬切换，而是电池121的起动器回路中的和引线中的通过电流大大地由于例如周期性提供的第二电流路径而在很大程度上被保持，由此保证了近似连续的通过电流，所以极大地改进了系统的EMV特性。

Claims (13)

1. 一种用于将电能输送到电动机的设备，其具有：

第一可控的开关装置（101），所述第一可控的开关装置（101）被构造来在第一开关状态下提供用于能量输送的第一电流路径而在第二开关状态下中断第一电流路径；

第二可控的开关装置（103），所述第二可控的开关装置（103）与第一可控的开关装置耦合，并且所述第二可控的开关装置（103）被构造来在第一开关状态下提供用于耗用电流的第二电流路径而在第二开关状态下中断第二电流路径；以及

控制装置（117），用于使第一可控的开关装置（101）和第二可控的开关装置（103）转移到第一开关状态或者转移到第二开关状态，其中控制装置（117）被构造来在使第一开关装置（101）转移到第二开关状态时或者之后使第二开关装置（103）转移到第一开关状态。

2. 根据权利要求1所述的设备，其中，控制装置（117）被构造来在使第一开关装置（101）转移到第二开关状态时或之后使第二开关装置（103）转移到第一开关状态。

3. 根据上述权利要求之一所述的设备，其中，第一电流路径将第一可控的开关装置（101）的输入端与第一可控的开关装置（101）的输出端电连接。

4. 根据上述权利要求之一所述的设备，其中，第二电流路径将第一可控的开关装置（101）的输入端与接地端子（109）电连接。

5. 根据上述权利要求之一所述的设备，其中，第一可控的开关装置（101）和第二可控的开关装置（103）分别具有可控的开关（102，105）、尤其是晶体管开关。

6. 根据上述权利要求之一所述的设备，其中，第二可控的开关装置（103）具有可控的开关（105），该可控的开关（105）通过电容（107）与接地端子（109）连接。

7. 根据权利要求6所述的设备，其中，平行于电容（107）尤其能够开关地布置有电阻（113）。

8. 根据权利要求6或7所述的设备，其中，平行于可控的开关（105）在截止方向上布置有二极管（305）。

9. 根据上述权利要求之一所述的设备，其中，第一可控的开关装置（101）的输出端通过在截止方向上布置的二极管（115）与地电势（109）相耦合。

10. 根据上述权利要求之一所述的设备，其中，第一可控的开关装置（101）的输入端与起动器电池（121）的正电压端子或负电压端子能够连接或者连接。

11. 根据上述权利要求之一所述的设备，其中，控制装置（117）被构造来使第一可控的开关装置（101）周期性地转移到第一开关状态和/或第二开关状态。

12. 电车辆驱动器，其具有：

电动机（119）、尤其是用于混合驱动器中的内燃机的起动器；以及

根据权利要求1至11之一所述的用于将电能输送到电动机（119）的设备，其中第一可控的开关装置（101）的输出端与电动机（119）的电流输入端子相连。

13. 一种用于为电动机供给电流的方法，其具有：

借助第一可控的开关装置将电能输送到电动机，所述第一可控的开关装置在第一开关状态下提供用于能量输送的第一电流路径而在第二开关状态下中断第一电流路径；

当第一电流路径被中断时，借助第二可控的开关装置来提供第二电流路径，以耗用电流，其中第二电流路径在提供第一电流路径时被中断；以及

使第一可控的开关装置和第二可控的开关装置转移到第一开关状态或者转移到第二开关状态，其中在使第一开关装置转移到第二开关状态时使第二开关装置转移到第一开关状态。

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