CN103987568B - 机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车(1)，包括至少一个电机(2)，该电机在中间接入至少一个转换器(3)的情况下能与至少一个可充电的、电能的蓄能单元(4)相连接或是与该蓄能单元连接的，其中，蓄能单元(4)能通过机动车侧的充电连接单元(5)与外部的、提供电能的能量供给设备(6)连接，其中，所述充电连接单元(5)具有至少一个用于由单相交变电流或两相交变电流产生三相交变电流的装置(7)，其中，该装置(7)包括至少一个电路(8)，该电路包括至少一个与至少一个三相绕组(9)并联的电容器(10)。

Description

机动车
技术领域
本发明涉及一种机动车，其包括至少一个电机，该电机在中间接入至少一个转换器、特别是逆变器的情况下能与至少一个可充电的、电能的蓄能单元相连接或是与该蓄能单元连接的，其中，蓄能单元能通过机动车侧的充电连接单元与外部的、提供电能的能量供给设备连接。
背景技术
已知的是，机动车完全地或部分地、也就是说除了传统的内燃机之外还辅助地通过电机或者说电动机来驱动。电机运行所需的电能通常由电池形式的能够充电的蓄能单元提供。
在此方面已经提出的是：不设置单独的、通常设计为转换器并且用于对可充电的蓄能单元进行充电的充电器并且在对可充电的蓄能单元进行充电时采用机动车侧的、原则上现有的电力电子设备，也就是说特别是采用在电机和相应的可充电蓄能单元之间接入的转换器。因此在这里，在机动车侧的车载电路中原则上现有的转换器用于两种功能，也就是说该转换器一方面通过合适地转换从蓄能单元提取的直流电压来提供电机运行所需的交变电压，另一方面该转换器可以直接与外部的能量供给设备、特别是电网相连，其中，转换器把能量供给设备所提供的电压转换为适合于对机动车的蓄能单元充电的电压。
当不能由外部能量供给设备提供相应电机运行所需的三相交变电流时，也就是说在能量供给设备仅能提供单相交变电流或两相交变电流的情况下，便存在问题。为此特别提出了如下的装置：其设计用于由单相交变电流或两相交变电流产生三相交变电流。然而，相应的装置通常在电路技术方面很复杂并且包括多个不同的电力电子设备部件。
发明内容
本发明的目的是，提出一种其中用于由单相交变电流或两相交变电流产生三相交变电流的装置得到改进的机动车。
该目的根据本发明通过一种开头所述类型的机动车来实现，该机动车的突出之处在于，机动车的充电连接单元具有至少一个用于由单相交变电流或两相交变电流产生三相交变电流的装置，其中，该装置包括至少一个电路，该电路包括至少一个与至少一个三相绕组(Drehwechselstromwicklung)并联的电容器。
本发明机动车的至少一个可充电的蓄能单元——其也可以被称为电池或动力电池——因此也可以通过仅提供两相交变电压或交变电流的外部的能量供给设备(电网)充电。为此，为设计用于使机动车与能量供给设备相连的充电连接单元——该充电连接单元通常能够通过充电电缆或类似装置与能量供给设备相连——配设有一用于由单相交变电流或两相交变电流产生三相交变电流的装置。该装置具有特别简单的结构并且包括至少一个如下的电路或者由这种电路构成：该电路具有至少一个与至少一个三相绕组并联的电容器。
特别地，所述电路是Steinmetz电路。Steinmetz电路通常具有并联于至少一个三相绕组的电容器。借助于Steinmetz电路可以在无需额外的线路布置的情况下借助于单相交变电流或两相交变电流来通常需要三相交变电流的电气部件。就根据本发明的机动车而言，该机动车的可充电的蓄能单元因此也可以通过单相交变电流或两相交变电流充电。在此，属于充电连接单元的Steinmetz电路把单相交变电流或两相交变电流转换为三相交变电流，该三相交变电流通过特别是三相的转换器输送给蓄能单元。
为了使机动车的电机或者是电动机在充电电流或者是充电电压被接入到充电连接单元上时不会把转矩或其它的力传递到连接在其下游的机动车传动系，有利地设有分离部件，通过该分离部件能够使至少一个电机与机动车的传动系或转换器之间的连接分离。
相应的分离部件例如可以是至少一个电气开关部件，通过该至少一个电气开关部件能使电机与转换器分离。优选地，电机的三相中的每相都能够通过一自身的电气开关部件与转换器分离，也就是说电机的每相与转换器之间的电连接都能够被单独地分离或者说切断。特别地，通过合适地设置在机动车侧的控制装置来以如下方式控制电气开关部件：在对蓄能单元充电期间，通过断开基本上用作开关的电气开关部件使电机与车载电路分离。从外部的能量供给设备提供的并且流过装置的能量或者是从外部的能量供给设备提供的并且流过装置的电流不会使电机运动或者说驱动电机。
有利地，在所述实施方式中的充电连接单元下游连接有至少一个电阻元件、特别是感应式电阻元件(induktives Widerstandselement)。该电阻元件用于设定合适的、匹配于机动车的车载电路的电压或电流强度。因此电阻元件的电阻匹配于机动车的车载电路。适宜地为每个从充电连接单元出发的线路配设有至少一个自身的电阻元件，也就是说有利的是，在每个相应的线路中接入一合适的感应式电阻元件。
该分离部件或另外的分离部件特别也可以是离合器，通过所述离合器能使电机与机动车的传动系分离。离合器以如下方式连接在电机下游：通过断开离合器，使得在蓄能单元充电过程中由于在此时常见的电流以及在此未强制性地与机动车车载电路电气分离的电机的转子的转动引起的转矩不会进一步作用到传动系、即变速器以及特别是驱动轴和驱动轮上。因此，不存在当与外部能量供给设备相连的蓄能单元被充电时机动车运动或者是启动的危险。
在本发明的一种有利的改进方案中提出，充电连接单元具有至少一个电气开关部件，通过所述电气开关部件能使充电连接单元与机动车的车载电路分离。因此，充电连接单元能够与机动车的车载电路电分离，从而在其上不会施加电压并且因此防止了操作者受伤的危险或者其它部件受损的危险。在此通常一中央安全开关就足以在无需在电路技术方面耗费过大的情况下实现充电连接单元与机动车车载电路的分离。对相应的电气开关部件的控制特别是通过控制蓄能单元充电过程的控制装置实现。
根据本发明的机动车可以是纯电动车或混合动力车。因此，第一种备选方案提出了一种完全无内燃机的机动车，而第二种备选方案提出了一种既具有内燃机又具有至少部分地或暂时地用作动力单元的电机、也就是说电动机的机动车。特别地，混合动力车也可以设计为所谓的插电式混合动力车，其与常见的混合动力车的区别在于，被分配给电机的可充电的蓄能单元能够通过外部的能量供给设备充电。
此外，本发明涉及一种用于对机动车进行充电的方法，该方法特别用于对前述的机动车进行充电。所述机动车包括至少一个电机，该电机在中间接入至少一个转换器的情况下能与至少一个可充电的、电能的蓄能单元相连接或是与该蓄能单元连接的，其中，为充电而通过机动车侧的充电连接单元使蓄能单元与外部的、提供电能的能量供给设备连接，充电连接单元具有至少一个用于由单相交变电流或两相交变电流产生三相交变电流的装置，所述蓄能单元被加载单相交变电流或两相交变电流。所利用的装置的突出之处在于：包括至少一个电路，该电路包括至少一个与至少一个三相绕组并联的电容器。该电路特别是Steinmetz电路。原则上，根据本发明的机动车的所有实施方式也类似地适用于根据本发明的方法。
在根据本发明的方法的一个有利的实施方式中提出，在蓄能单元的充电过程开始之前，使电机处于能预设的或所预设的最低转速，其中，仅当电机达到该能预设的或所预设的最低转速时才开始蓄能单元的充电。因此在充电开始时可以降低接通电流。如果达到基本上取决于电机的功率或者是类型的最低转速，则切断电机的电机运行并且执行蓄能单元的充电运行。将电机驱动到所需最低转速所需的能量特别是由待充电的蓄能单元提供，从而在这个根据本发明的实施方式中不使蓄能单元完全放电。
附图说明
从下面所述的实施例中以及根据附图得出本发明的其它优点、特征和细节。图中示出：
图1-4分别示出在本发明的示例性的实施方式中的根据本发明的机动车的原理图；以及
图5示出Steinmetz电路的结构的示意图。
具体实施方式
图1示出本发明示例性实施方式的、根据本发明的机动车1的原理图。机动车1设计为纯电动车并且通过用作驱动装置的电机或三相电机2来驱动。电机2在中间接入三相转换器3的情况下与可充电的、也被称为电池或动力电池的蓄能单元4上。转换器3具有常见的、在此没有详细示出的电力电子设备的部件，也就是说其特别包括三个并联的支路，这些支路分别具有两个串联的电气开关元件。特别地，与这三个支路并联地设有一同样未详细示出的电容器。
蓄能单元4能够通过机动车侧的充电连接单元5与外部的、提供电能的能量供给设备6、也就是说电网相连或如图1所示与其相连。这种连接通过一个或多个充电电缆或类似装置实现。因此，转换器3连同充电连接单元5用作蓄能单元4的充电器，从而无需额外的充电器，由此例如可以节省机动车1的重量和成本。
充电连接单元5具有用于由单相交变电流或两相交变电流产生三相交变电流的装置7。该装置7包括设计为Steinmetz电路的电路8，该电路在图5中详细显示，图5示出Steinmetz电路的结构的示意性视图。如图所示，装置7因此包括电路8，其具有与至少一个三相绕组9并联的电容器10。
因此实现了：通过一仅提供单相交变电流或两相交变电流的能量供给设备6给蓄能单元4充电，这是因为装置7、也就是说设计为Steinmetz电路的电路8把单相交变电流或两相交变电流转换为电机2运行所需的三相交变电流。三个设计用于交变电流的三个不同相的线路11a-11c从充电连接单元5出发并且与三相转换器3的相应接口相连。
可以看到，充电连接单元5能够通过相应的电气开关部件19a-19c与线路11a-11c分离，从而充电连接单元5仅能够在蓄能单元4的充电过程的范围中——也就是说当连接到能量供给设备6时——由电流流过。在所有其它情况下都不会有电压施加在充电连接单元5上，因此降低或抵制了其它部件受损或受伤的危险。开关部件19a-19c也可以被包含在一公共的中央开关单元中。
电机2与连接在该电机下游的机动车的传动系、也就是说特别是变速器12以及驱动轴13或驱动轮14的连接能够通过形式为——特别是机械的——离合器15的分离部件分离。因此，在蓄能单元4充电期间可以使电机2与机动车1的传动系机械解耦，从而在蓄能单元4充电期间在电机2中感生出的电流不会造成机动车1启动，该电流引起电机2的转子的旋转运动、进而引起转矩的产生。
图2示出根据另一个示例性的实施方式的根据本发明的机动车1的原理图。与图1中所示的机动车1的主要区别在于，在从充电连接单元5出发的线路11a-11c中接入了形式为感应式电阻16a-16c的电阻元件。感应式电阻16a-16c特别匹配于机动车1的车载电路的电压。
图3示出另一个示例性的实施方式的根据本发明的机动车1的原理图。与图1、2中所示的实施方式的主要区别在于，分离部件在此不是设计为离合器15，而是设计为电气开关部件17a-17c。可以看到，通过在电机2和转换器3之间的电连接中中间接入相应的电气开关部件17a-17c，使电机2能够与转换器3分离，或与蓄能单元4分离，也与可能的机动车1的其它车载电路分离。通过合适的控制、也就是说在蓄能单元4充电期间断开电气开关部件17a-17c，可以避免：在蓄能单元4充电期间在电机2中感生出电流以及由此造成机动车1启动。
电气开关部件17a-17c能够通过合适的、特别是对蓄能单元4的充电过程进行监控的控制装置(未示出)来控制。以同样的方式也在图3中——如已经在图2中示出地那样——把相应的、形式为感应式电阻16a-16c的电阻元件接入到从充电连接单元5出发的线路11a-11c中。在图3中所示的实施方式中因此示出了——特别是机械的——离合器15，如在图1、2中所示地那样，然而这并不是必要的。
图4示出在另一个示例性的实施方式中的根据本发明的机动车1的原理图。与图1-3中所示的实施方式不同，在此不涉及纯电动车，而是涉及形式为所谓的插电式混合动力车的混合动力车。机动车1因此除了电机2之外也具有内燃机18。可以看到，电机2能够通过离合器15a与内燃机18分离。以同样的方式，电机2能够通过离合器15b与机动车1的变速器12分离。在插电式混合动力车中原则上设置有离合器15a、15b，因此特别是离合器15b、也就是说布置在电机2和变速器12之间的离合器可被用作根据本发明的分离部件。也就是说，在与电机2对应的蓄能单元4充电期间能够使电机2不仅与变速器12机械解耦、而且与内燃机18机械解耦，因此在蓄能单元4充电期间在电机2中感生的电流不会造成机动车1启动，该感生的电流会导致电机2的转子发生旋转运动。
不依赖于本发明机动车1在图1-4中所示的具体实施方式，在根据本发明的机动车1的充电的范围中有利地实现了：在蓄能单元4的充电过程开始之前使电机2处于能预设的或所预设的最低转速，其中仅当电机2达到该能预设的或所预设的最低转速时才开始蓄能单元4的充电。因此实现了：在蓄能单元4的充电过程开始时降低接通电流。如果电机2达到能预设的或所预设的最低转速，则可以切断电机运行并且开始蓄能单元4的充电过程。
驱动电机2所需的能量、也就是使电机2处于能预设的或所预设的最低转速所需的能量例如可以通过蓄能单元4中所保留的剩余能量来提供。在图4所示的插电式混合动力车辆的示例中，当然也可以至少部分地通过内燃机18将电机2驱动到能够预设的或已经预设好的最低转速。

Claims (6)

1.一种机动车(1)，包括至少一个电机(2)，该电机在中间接入至少一个转换器(3)的情况下能与至少一个可充电的、电能的蓄能单元(4)相连接；或该电机在中间接入至少一个转换器(3)的情况下是与该蓄能单元连接的，其中，蓄能单元(4)能通过机动车侧的充电连接单元(5)与外部的、提供电能的能量供给设备(6)连接，其特征在于，所述充电连接单元(5)具有至少一个用于由单相交变电流或两相交变电流产生三相交变电流的装置(7)，其中，该装置(7)包括至少一个电路(8)，该电路包括至少一个与至少一个三相绕组(9)并联的电容器(10)，所述至少一个电机(2)与机动车传动系的连接能通过至少一个分离部件分离，在所述蓄能单元(4)的充电过程开始之前，能使电机(2)处于能预设的或所预设的最低转速，其中，能当电机(2)达到该能预设的或所预设的最低转速时开始蓄能单元(4)的充电。
2.根据权利要求1所述的机动车，其特征在于，所述电路(8)是Steinmetz电路。
3.根据权利要求1或2所述的机动车，其特征在于，所述分离部件包括离合器(15、15a、15b)，其中，通过所述离合器(15、15a、15b)能使电机(2)与机动车(1)的传动系分离。
4.根据权利要求1或2所述的机动车，其特征在于，所述充电连接单元(5)具有至少一个电气开关部件(19a-19c)，通过所述电气开关部件能使充电连接单元(5)与机动车(1)的车载电路分离。
5.根据权利要求1或2所述的机动车，其特征在于，所述机动车是纯电动车或混合动力车。
6.一种用于对机动车(1)进行充电的方法，该方法用于对根据前述权利要求中任一项所述的机动车(1)进行充电，所述机动车(1)包括至少一个电机(2)，该电机在中间接入至少一个转换器(3)的情况下能与机动车侧的至少一个可充电的、电能的蓄能单元(4)相连接，或该电机在中间接入至少一个转换器(3)的情况下是与该蓄能单元连接的，其中，为充电而通过机动车侧的充电连接单元(5)使蓄能单元(4)与外部的、提供电能的能量供给设备(6)连接，其特征在于，充电连接单元(5)具有至少一个用于由单相交变电流或两相交变电流产生三相交变电流的装置(7)，所述蓄能单元(4)被用单相交变电流或两相交变电流充电，其中，利用包括至少一个电路(8)的装置(7)，该电路包括至少一个与至少一个三相绕组(9)并联的电容器(10)，所述至少一个电机(2)与机动车传动系的连接通过至少一个分离部件分离，在所述蓄能单元(4)的充电过程开始之前，使电机(2)处于能预设的或所预设的最低转速，其中，当电机(2)达到该能预设的或所预设的最低转速时开始蓄能单元(4)的充电。
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