CN103476627A - 针对电动运行的车辆的运行结构 - Google Patents

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Abstract

本发明给出了一种针对电动运行的车辆的运行结构，其中，在借助车辆本身的变流器给车辆充电时，将电动机的绕组作为用于功率因数校正的扼流圈使用。在此，这样连接所述绕组，使得在充电过程中，在电动机内不产生或仅产生最小的转矩。

Description

针对电动运行的车辆的运行结构
技术领域
本发明涉及一种针对电动运行的车辆的运行结构，具有：一个或多个电动机、用于供应电动机的蓄电池或电池以及与电动机连接的、用于以来自蓄电池的能量给电动机供电的变流器。
背景技术
电动运行的车辆如电动汽车通过一个或多个电动机代替常规的内燃机来驱动。不同于有轨车辆或无轨电车，一般情况下不能从输电线中获得电能，而是从储能器（蓄电池、电池）中提供电能。
另外，所述储能器是功率电子的运行结构的一部分，其在储能器和电动机之间具有至少一个变流器。该变流器从储能器的直流电压中产生通常的三相电压。相反的，该变流器大多也有能力将制动过程中积累的能量回馈给储能器，并为此进行整流。
有时必须要给所述储能器充电。对于将来的电动运行的车辆，为了给电动运行的车辆提供可接受的行程范围，储能器将变成能够容纳非常大量的能量。另一方面，为了能够在可接受的时间内将所述大量能量的充入储能器中，需要比现今私人家用输电线的功率更高的充电功率。为此，优选应用高功率的、可调节的、具有功率因数校正过滤器（Power Factor Control,PFC,功率因数控制器）的整流器。
为了给储能器充电，可以使用外部的、具有相应构造的充电设备。而且还公知，可以把被安置在车辆内的变流器作为充电设备使用。另外，该变流器通过适当的扼流圈与供电网相连。在此优选的是选择三相的接口，因为否则的话，可提取的功率要远远小得多，并且充电过程持续非常长。
使用外部的充电设备的缺点在于缺少灵活性。为了能够进行充电，电动运行的车辆必须持续地与充电设备连接。在车辆本身内部以具有PFC扼流圈的变流器形式安装充电设备的缺点在于，虽然该变流器能够很大程度地保持不变，但是由于高功率而必须安装大的并且重的扼流圈，而这使车辆变得更重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种针对电动运行的车辆的运行结构，其避免了所述的缺点。在此，应当以不使用外部的充电设备为前提，即共同使用车辆本身的变流器。
该技术问题将通过一种具有权利要求1所述特征的、针对电动运行的车辆的运行结构得以解决。另一种解决方案在于，一种具有权利要求4所述特征的、针对电动运行的车辆的运行方法。从属权利要求涉及本发明的有利的构造。
按照本发明的针对电动运行的车辆的运行结构具有至少一个电动机、用于储存和提供电能的蓄电池以及至少一个与电动机连接的、用于以来自蓄电池的能量给电动机供电的变流器。
另外，包括了用于连接三相供电网与该运行结构的连接可能性，其中，所述连接可能性被构造为，对于用于给蓄电池充电的充电运行，供电网的至少两相能够通过电动机的分别至少一个绕组与变流器建立连接，其中，能够中断至星形汇接点的共同连接。另外，对于电动机运行，该电动机的对于各相位的绕组能够被共同连接成星形汇接点。
对于本发明，已知可以一起使用电动机的绕组用于功率因数的校正。由此可以节省额外的扼流圈，并因此节省了在电动运行的车辆内的重量和空间，这另一方面提高了行程范围。
在本发明的一个有利的构造和扩展中，连接可能性被设置为，在充电运行中通过所述连接可能性能够这样建立电机的绕组的连接，使得通过在充电运行中流过的电流，在电动机内不产生或仅产生非常小的转矩。由此制止了无意中的车辆的移动，并且不必为了防止移动而做特殊的设计。
另外，优选具有多极的电动机，该发动机的定子绕组包括多个部分绕组，对其选择了如下的设计：在电动机运行中，第一部分绕组与第一相对应，第二部分绕组与第二相对应并且第三部分绕组与第三相对应。另外，对所述连接可能性进行如下的设计：在充电运行中，第一部分绕组的一部分以及第二部分绕组的一部分能够与供电网的第一相连接，并且第一部分绕组的另一部分以及第二部分绕组的另一部分能够与供电网的第二相连接。
换句话说，为了充电运行，对三相中的两相的部分绕组的一部分分别进行交叉连接。在此，出于目的性地分别将部分绕组的一半相互连接。由此避免了形成旋转场，并且将产生的转矩降低到非常小的数值。
在按照本发明的针对电动运行车辆的运行方法下，借助于与该电动机相连的变流器，通过来自用于存储和输出电能的蓄电池的能量供应至少一个电动机。另外，在电动机运行中，电动机的对于各相的绕组被共同连接成星形汇接点，而在用于给蓄电池充电的充电运行中，要连接的供电网的至少两相通过电动机的分别至少一个绕组与变流器建立连接，其中，能够中断至星形汇接点的共同连接。在充电运行中，优选这样建立电动机的绕组的连接，使得通过在充电运行中流过的电流，在电动机内不产生或仅产生非常小的转矩。
附图说明
以下借助于附图对本发明的优选的、但绝不仅限于此的实施例进行详细描述。在此，示意性的给出了本发明的特征。
图1是一种针对电动车辆的非常简化的运行结构；
图2是用于给电池充电的接口示意图；
图3是多极电动机在驱动运行连接下的运行结构；
图4是多极电动机在电动机运行连接下的运行结构；
图5是多极电动机在充电运行连接下的运行结构；
图6是多极电动机在电动机运行连接下的运行结构。
具体实施方式
图1给出了一种按照现有技术用于电动车辆的运行的非常示意性的并简化到主要元件的运行结构。在此，该结构包括电动机1，其通过其三个绕组示意性的给出。该电动机1被设计成三相的，并且通过第一到第三相线37…39与变流器2相连。该变流器在直流侧与被用作驱动蓄电池的蓄电池3相连。
所述变流器2被设定为，既能够由蓄电池3给发电机1供电，也能够把电能回馈给蓄电池3。该回馈被用于例如制动过程中。为了从车辆外部给蓄电池3充电，必须采用另外的措施。
图2给出了用于给电池充电的、与供电网5相连的接口示意图。另外，也具有元件：电动机1、变流器2和蓄电池3。额外地，此时进行该运行结构与供电网5的连接。该连接优选是被设定在电动机1的远离变流器2的一侧。由此能够将电动机1的绕组作为用于功率因数校正（PFC）的扼流圈使用。另一方面，由此使得该变流器2的功率消耗对于供电网5来说负担更小。
由于经由电动机1的绕组连接到供电网5，需要将星形汇接点中的绕组的连接拆开。为此安装了开关装置4。该开关装置4包括位于第一相线37和第二相线38之间的第一开关。另外，该开关装置4包括位于第二相线38和第三相线39之间的第二开关。对于充电运行，开关装置4的这两个开关是断开的。在图2、图4和图6中，与供电网5的该连接被表示成固定连接。但是，出于目的性地当然是通过插头系统建立该连接。
按照图2所示的还非常示意性的结构的问题在于，电动机1的绕组在充电时生成旋转场，由此产生如在行驶运行中的转矩。为了大幅度减小或者完全制止该旋转场，使用了在图3至图6中所示的结构，并且在下文中对其进行解释。
图3给出了一种按照本发明的示例性结构。在此，在图3中表示行驶运行，即该车辆没有与供电网5相连。开关装置4将相线37…39连接成星形汇接点。为此，该开关装置4的两个开关闭合。在图3中没有示出蓄电池3。
在按照图3所示的结构中，假设该电动机1是多极电机，每一相具有相应的多个绕组31…36。在此，这些绕组31…36在每相中被并联连接。在此，这些绕组31…36在每相中分别代表该电动机1的实际绕组的一半。
相对于已知的运行结构，在第三相线39中不进行改变。但是，在第一和第二相线37，38中引入了改变。
在此，在第一相线37中连接了第一绕组31，就像其被连接在已知的结构中一样。但是，第二绕组32改变地连接。第二绕组32在星形汇接点一侧的接口则不是与第一相线37，而是代替地与第二相线38相连。第二绕组32在变流器一侧的接口被引向第二开关装置40。在该第二开关装置40内具有两个开关，通过其将第二绕组32在变流器一侧的接口与第一相线37和第二相线38连接。
在此，在图3所示的行驶运行状态下，建立了第二绕组32在变流器一侧的接口与第一相线37的连接，并且中断了其与第二相线38的连接。因为开关装置4将相线37…39在星形汇接点一侧相连，由此有效地使第二绕组32与第一绕组31形成并联电路。
在第二相线38中连接了第四绕组34，也如其被连接在已知的结构中一样。但是，第三绕组33改变地连接。第三绕组33在星形汇接点一侧的接口不是与第二相线38，而是代替地与第一相线37相连。第三绕组33在变流器一侧的接口也被引向第二开关装置40。在第二开关装置40内具有两个另外的开关，通过其将第三绕组33在变流器一侧的接口与第一相线37和第二相线38连接。
在此，在图3所示的行驶运行状态下，建立了第三绕组33在变流器一侧的接口与第二相线38的连接，并且中断了其与第一相线37的连接。因为开关装置4将相线37…39在星形汇接点一侧相连，由此有效地使第三绕组33与第四绕组34形成并联电路。
在图4中给出了在充电运行中的状态和连接。在图4中可见，供电网5与相线37…39相连。如已经在图2中表明的，相线37…39至星形汇接点的连接必须被拆开，这通过开关装置4实现。
此时，在第二开关装置40内的开关状态相对于图3所示的状态发生了交换。第二绕组32在变流器一侧的接口中断了与第一相线37的连接，并且建立了其与第二相线38的连接。另外，第三绕组33在变流器一侧的接口中断了与第二相线38的连接，并且建立了其与第一相线37的连接。
通过绕组31…36的一部分的交叉连接阻止了在充电运行中形成旋转场。由此至少很大程度上抑制了在电动机1内干扰转矩的形成。
如果在多极电动机1中的绕组31…36在每一相中被串联连接，则得到一种改变的结构。为了在这种结构下降低旋转场的形成，在图5和图6中给出了示例性结构。在此，图5是在行驶运行中的结构，而图6是在充电运行中的结构。
在按照图5所示的结构中，第一和第二绕组31，32在第一相线37中处于串联，其中，第一绕组31直接与变流器2连接，而第二绕组32直接与开关装置4连接。第三和第四绕组33，34在第二相线38中处于串联，其中，第三绕组33直接与变流器2连接，而第四绕组34直接与开关装置4连接。第五和第六绕组35，36在第三相线39中处于串联，其中，第五绕组35直接与变流器2连接，而第六绕组36直接与开关装置4连接。在第三相线39中不另外进行改变。
在第一相线37中设置了第三开关50。该第三开关50位于第一和第二绕组31，32之间。该第三开关50能够使第一和第二绕组31，32之间建立连接，或者替代地使第一绕组31在星形汇接点一侧的接口和第四绕组34在变流器一侧的接口之间建立连接。
在第二相位输电线38中设置了第四开关51。该第四开关51位于第三和第四绕组33，34之间。该第四开关51能够使第三和第四绕组33，34之间建立连接，或者替代地使第三绕组33在星形汇接点一侧的接口和第二绕组32在变流器一侧的接口之间建立连接。
在按照图5的行驶运行中，在第一和第二绕组31，32之间建立了连接。同样在第三和第四绕组33，34之间建立了连接。开关装置4在星形汇接点一侧连接了相线37…39。
另一方面，在按照图6的充电运行中，供电网5与相线37…39相连。同时开关装置4的开关断开，为了防止相线37…39的短路。
另外，第三和第四开关50，51的开关状态发生了交换。第三开关50建立了第一绕组31在星形汇接点一侧的接口和第四绕组34在变流器一侧的接口之间的连接。第四开关51建立了第三绕组33在星形汇接点一侧的接口和第二绕组32在变流器一侧的接口之间的连接。
在按照图6的结构中，因此在充电运行中，绕组31…36也被部分的交叉连接，为了抑制旋转场的形成。另一方面，因此大大地抑制了转矩的产生。

Claims (6)

1.一种针对电动运行的车辆的运行结构，具有：
-至少一个电动机（1）；
-用于存储和输出电能的蓄电池（3）；
-与电动机（1）连接的、用于以来自蓄电池（3）的能量给电动机（1）供电的变流器（2）；
-用于连接三相供电网（5）和所述运行结构的连接可能性，
所述连接可能性被这样构造，使得：
-对于电动机运行，所述电动机的对于各相（37…39）的绕组（31…36）能够被共同连接成星形汇接点；
-对于用于给蓄电池（3）充电的充电运行，供电网（5）的至少两相（37…39）能够通过电动机（1）的分别至少一个绕组（31…36）与变流器（2）建立连接，其中，能够中断至星形汇接点的共同连接。
2.根据权利要求1所述的运行结构，其中，连接可能性（40，50，51）被设定为，在充电运行中能够这样建立电动机（1）的绕组（31…36）的连接，使得通过在充电运行中流过的电流，在所述电动机（1）内不产生或仅产生非常小的转矩。
3.根据权利要求2所述的运行结构，其中，电动机（1）是多极的，并且其定子绕组（31…36）包括多个部分绕组（31…36），其中，
-在电动机运行中，第一部分绕组（31，32）与第一相对应（37），第二部分绕组（33，34）与第二相（38）对应并且第三部分绕组（35，36）与第三相（39）对应；并且
-所述连接可能性（40，50，51）被如下构造，在充电运行中，第一部分绕组（31，32）的一部分以及第二部分绕组（33，34）的一部分能够与供电网（5）的第一相（37）连接，并且第一部分绕组（31，32）的另一部分以及第二部分绕组（33，34）的另一部分能够与供电网（5）的第二相（38）连接。
4.一种针对电动运行的车辆的运行方法，其中，
-借助于与该电动机（1）相连的变流器（2），通过来自用于存储和输出电能的蓄电池（3）的能量供应至少一个电动机（1）；
-在电动机运行中，电动机的对于各相位（37…39）的绕组（31…36）被共同连接成星形汇接点；
-在用于给蓄电池（3）充电的充电运行中，所连接的供电网（5）的至少两个相位（37…39）通过电动机（1）的分别至少一个绕组（31…36）与变流器（2）建立连接，其中，能够中断用于星形汇接点的共同连接。
5.根据权利要求4所述的运行方法，其中，在充电运行中这样建立电动机（1）的绕组（31…36）的连接，使得通过在充电运行中的电流流动，在所述电动机（1）内不产生或仅产生非常小的转矩。
6.根据权利要求5所述的运行方法，其中，使用了多极的电动机（1），其定子绕组（31…36）包括多个部分绕组（31…36），其中，
-在电动机运行中，第一部分绕组（31，32）与第一相对应（37），第二部分绕组（33，34）与第二相（38）对应并且第三部分绕组（35，36）与第三相（39）对应；并且
-在充电运行中，第一部分绕组（31，32）的一部分以及第二部分绕组（33，34）的一部分能够与供电网（5）的第一相（37）连接，并且第一部分绕组（31，32）的另一部分以及第二部分绕组（33，34）的另一部分能够与供电网（5）的第二相（38）连接。
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