CN104254458A - 用于对电驱动装置供给电流的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对电驱动装置（101）供给电流的装置（100）和方法。为此设有三个直流电压转换器（102,103,104），用于使至少两个可连接的电源（105,106）与电驱动装置（10）耦联。所述直流电压转换器（102,103,104）能够被这样地耦联，使至少两个电源（105,106）中的每个单个的电源通过三个直流电压转换器（102,103,104）中的一个单个的直流电压转换器与电驱动装置（101）直接耦联。

Description

用于对电驱动装置供给电流的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于对电驱动装置供给电流的装置，一种如权利要求7前序部分所述的用于机动车的驱动链，以及一种如权利要求8前序部分所述的用于对电驱动装置供给电流的方法。

背景技术

为了增加电驱动的机动车的行驶范围，由现有技术已知，设有多个、尤其不同的电源。对于电源彼此的充电平衡可以使电源相互连接。此外电源也与电驱动装置连接，由此使驱动装置以电流供电。对此由现有技术已知，使直流电压转换器（直流变压器）与各个电源串联，由此可以使各个电源的各输出电压调整到给定的电压水平。例如由日本公开文献JP 2011-36101 A1中已知具有三个直流电压转换器的构造。第一电源，这种情况下是燃料电池，在这里同时以高电压电驱动装置，而且也以低电压供电在机动车车载电网中的其它耗电器。为此在这个电源上连接两个直流电压转换器，在其输出端分别提供所期望的输出电压。在这种示例中第二电源直接与电驱动装置连接。通过第三直流电压转换器使电驱动装置直接与车载电网的耗电器连接。由此实现可能性，机动车车载电网也利用第二电源、或者通过电驱动装置回收地供电。在这个电路中不能按照电驱动装置的需求变化地调整第二电源的输出电压，因为第二电源直接与电驱动装置连接。

发明内容

本发明实现一种以电流供电驱动装置的装置。这个装置包括三个直流电压转换器（直流变压器），用于将至少两个电源与电驱动装置耦联。在此三个直流电压转换器能够被这样地耦联，使至少两个电源中的每个单个的电源通过三个直流电压转换器中的一个单个的直流电压转换器与电驱动装置直接耦联。

由此设有具有三个直流电压转换器的电路，其中这些直流电压转换器能够这样地设置和耦联，使至少两个电源中的每个单个的电源通过三个直流电压转换器中的一个直流电压转换器与电驱动装置直接耦联。因此可以使至少两个电源的每个单个的电源的输出电压调整到电驱动装置的给定电压。

在本发明的一个设计结构中，所述三个直流电压转换器能够这样地设置和耦联，使至少两个电源通过三个直流电压转换器中的一个直流电压转换器直接耦联。

由此得到一电路，它能够实现，这样地耦联三个直流电压转换器，使两个电源通过三个直流电压转换器中的一个直流电压转换器直接耦联。因此有利地实现可能性，使源自一个电源的电能传输到另一电源。在这个布置中只通过一个单独的直流电压转换器传递电能。因此减少在直流电压转换器内部传输能量期间产生的转换损失。

在本发明的一个设计结构中，所述三个直流电压转换器能够被这样地耦联，使至少两个电源中的一个单个的电源通过两个并联的直流电压转换器与电驱动装置直接耦联。

因此得到一电路，其中三个直流电压转换器这样设置，使电源中的一个电源利用两个并联的直流电压转换器与电驱动装置耦联。因此有利地实现，各个电源可以将要传递的电功率利用两个直流电压转换器传递到电驱动装置。根据设计情况，各个直流电压转换器持久地只能传递有限的电功率。因此通过这个布置能够实现，传递比只有一个直流电压转换器供使用时明显更高的功率到电驱动装置。

在本发明的一个设计结构中，设有第三电源。它能够被这样地耦联在所述装置上，使第三电源与至少两个电源中的一个电源直接耦联。

由此得到一电路，其中三个直流电压转换器这样设置，使三个电源可以连接，并且其能量可以利用直流电压转换器传递到可连接的电驱动装置上。其中在这个设计结构中第三电源可以与至少两个电源中的一个电源连接。因此有利地实现一电路，它能够实现三个电源中的两个电源之间的直接能量交换。因此在这个能量交换时在直流电压转换器内部不产生损失。

在本发明的另一个设计结构中规定，所述电源包括燃料电池和/或蓄电池和/或电容器。

因此有利地实现一系统，它由于能源的不同实现性（基于其化学的和物理的参数）能够实现可靠且持久的电机动车运行。

在本发明的另一个设计结构中规定，所述三个直流电压转换器是结构相同的。与此相关，所述结构相同尤其理解为，对于各个直流电压转换器使用尽可能多的相同零部件或相同部分。尤其为直流电压转换器设计的能量传递功率是相同的。根据应用情况和所连接的电源使所述直流电压转换器单向或双向地设计。尤其与可重复充电的电源相关地，有利的是使用双向的直流电压转换器。

因此有利地得到对于直流电压转换器各个零部件的最低器件成本。

此外，所建议的电路由于部分冗余的功能性和充分利用直流电压转换器而具有高的故障安全性。通过所述的有目的地布置以及转换和联接直流电压转换器例如在燃料电池冷冻启动时得到优点，因为这个燃料电池对于快速的结冰启动在相对较低电压时需要大的电流输出。在结冰启动时蓄电池上的电压水平通常低于电驱动装置的电压水平。因为直流电压转换器受技术限制在实践中只能实现一定的变压比，通过在燃料电池与蓄电池之间的附加的直流电压转换器、下面称为“结冰启动转换器”可以使燃料电池以比通过燃料电池与驱动装置之间的直流电压转换器更低的电压水平运行。这能够在结冰状态实现可靠且快速运行的燃料电池启动。这种用于结冰启动的直流电压转换器也能够有意义地在机动车的（正常）运行中使用，例如能够最佳地充分利用其它蓄能器，例如超级电容。

本发明还实现一种用于机动车的驱动链（传动系），它包括至少两个电源、一个电驱动装置和一个用于对电驱动装置供给电流的装置。在此这个装置包括三个直流电压转换器，用于使至少两个电源与电驱动装置耦联。在此三个直流电压转换器能够被这样地耦联，使至少两个电源中的每个单个的电源通过三个直流电压转换器中的一个直流电压转换器与电驱动装置直接耦联。

因此设置一种驱动链，其配有具有三个直流电压转换器的电路，其中直流电压转换器能够这样设置和耦联，使至少两个电源中的每个单个的电源通过三个直流电压转换器中的一个直流电压转换器与电驱动装置直接耦联。因此可以有利地使驱动链的至少两个电源中的每个单个的电源的输出电压调整到电驱动装置的给定电压上。

本发明还实现一种用于对电驱动装置供给电流的方法。在这种方法中，三个直流电压转换器用于使至少两个可连接的电源耦联在电驱动装置上。按照本发明，所述直流电压转换器在本方法中被这样地耦联，使至少两个电源中的每个单个的电源通过三个直流电压转换器中的一个单独的直流电压转换器与电驱动装置直接耦联。

因此提供一种方法，其中三个直流电压转换器被这样地耦联，使至少两个电源中的每个单个的电源通过三个直流电压转换器中的一个单个的直流电压转换器与电驱动装置直接耦联。通过这种方法可以有利地实现调整至少两个电源中的每个单个的电源的输出电压到电驱动装置的可给定的电压上。

在本发明的一个设计结构中，所述直流电压转换器被这样地耦联，使至少两个电源通过三个直流电压转换器中的一个直流电压转换器直接耦联。

据此提供一种方法，它能够实现，使三个直流电压转换器被这样地耦联，使两个电源通过三个直流电压转换器中的一个直流电压转换直接耦联。因此有利地实现一种方法，使来自一个电源的电能传输到另一电源。在这种方法中能量只通过一个单独的直流电压转换器传递。因此减少在直流电压转换器内部传输能量期间产生的转换损失。

在本发明的一个设计结构中规定，所述直流电压转换器被这样地耦联，使至少两个电源中的一个单个的电源通过两个并联的直流电压转换器与电驱动装置直接耦联。

因此实现一种方法，其中三个直流电压转换器能够被这样地耦联，使电源中的一个电源利用两个并联的直流电压转换器与电驱动装置耦联。因此有利地实现一种方法，它能够实现，使要传递的单个电源的电功率利用两个直流电压转换器传递到电驱动装置。根据设计情况，一个单独的直流电压转换器可以持久地只传递有限的电功率。因此通过这种方法能够传递比只利用一个直流电压转换器明显更高的功率到电驱动装置上。

在本发明的一个设计结构中，设有第三电源，它能够被这样地耦联，使第三电源与至少两个电源中的一个电源直接耦联。

因此提供一种方法，使三个电源这样连接在三个直流电压转换器上，使三个电源的能量可以传递到可连接的电驱动装置上，其中第三电源可以与至少两个电源中的一个电源直接连接。因此有利地实现一种方法，它实现在三个电源中的两个电源之间直接的能量交换。因此在这种能量传输时不产生在直流电压转换器内部的损失。

不言而喻，按照本发明方法的特征、特性和优点相应地适合于或者说应用到按照本发明的装置或者驱动链上，反之亦然。

附图说明

由下面借助于附图的描述给出本发明实施例的其它特征和优点。附图中：

图1简示出按照本发明的用于对电驱动装置供给电流的装置。

图2简示出按照本发明的用于对电驱动装置供给电流的装置的实施例。

图3简示出按照本发明的用于对电驱动装置供给电流的装置的另一实施例。

图4简示出具有按照本发明的驱动链的电驱动机动车。

图5简示出按照本发明的用于对电驱动装置供给电流的方法。

在附图中相同的和功能相同的元件、特征和部件，只要没有另外指出，分别配有相同的附图标记。当然，附图中的部件和元件为了清晰无需真实比例地再现。

本发明的其它可能的设计结构和改进方案和实施也包括未详细列举的上述的和下述的本发明特征的组合。

具体实施方式

图1简示出按照本发明的用于对电驱动装置101供给电流的装置100。在该装置上可以连接两个所示的电源105,106。装置100包括三个直流电压转换器102,103和104。直流电压转换器102,103和104这样设置、电连接和相互联接，使电驱动装置101以来自电源105,106的能量有效地供电，并且实现在电源105与106之间有效的能量交换。直流电压转换器102,103和104尤其环形地相互间电连接。电源105,106和电驱动装置101尤其分别电连接在三个直流电压转换器102,103,104中的两个变压器之间。源自第一电源105的能量例如可以通过第一直流电压转换器102传递到电驱动装置101上。在此电驱动装置101包括例如用于转换直流电压成交流电压的逆变器和电机。如果电机是直流电机，则可以省去逆变器。来自第二电源106的能量同样可以利用第二直流电压转换器103传递到电驱动装置101上。第三直流电压转换器104这样设置，使得通过第三直流电压转换器104能够从第一电源105传输能量到第二电源106。这个布置尤其在使用燃料电池作为第一电源105并且第二电源106由蓄电池构成的时候是有利的。在这个实施例中，第一和第三直流电压转换器102,104单向地构成而第二直流电压转换器103双向地构成就足够了，因为无需在燃料电池方向上的能流。利用第二双向直流电压转换器103在电机101的再生运行时也能够实现蓄电池106的充电。

图2简示出按照本发明的用于以电流供给电机的装置100的另一实施例。在这个实施例中，装置100包括另一电连接，它能够实现第一与第三直流电压转换器102,104的并联运行，用于由第一电源105供给电驱动装置101。为此该另一电连接构成在电驱动装置101与第三直流电压转换器104之间在其背离第一电源105一侧上的直接电连接。附加的第一开关元件S1设置在这个线路上用于断开或者连接这个电导线。在第一与第三直流电压转换器102,104并联运行以便由第一电源105供给电驱动装置101期间，开关元件S1闭合。此外设有第二开关元件S2，它为并联运行被断开。这个开关这样设置，使不仅第二直流电压转换器103而且第二电源106与第一开关元件S1和第三直流电压转换器104的电连接可以中断或闭合。因此对于直流电压转换器102和104的并联运行，开关S1闭合而开关S2断开。对于已经在图1中描述的运行方式，开关S1断开而开关S2闭合。

图3简示出按照本发明的装置100的另一实施例。利用附加设有的第四开关元件S4，使第三电源107可以耦联在第一电源105与第三直流电压转换器104之间的电连接上。设有另一开关元件S3。这样设置这个开关元件，使得不仅第一直流电压转换器102而且第一电源105与第四开关元件S4和第三直流电压转换器104的电连接可以中断或闭合。因此通过闭合第三和第四开关元件S3，S4能够实现从第一单元105到第三电源107的直接能量传输。

因此可以使第三电源107有效地充电。这在使用电容器或者超级电容作为第三电源107时是特别有利的。通过仅仅闭合开关元件S4以及根据S3，S1和S2的开关位置可以使来自电源107的能量或者输送到电驱动装置101或者输送到电源105,106。

图4简示出在电驱动机动车300里面的按照本发明的驱动链200。示出具有机动车的车轮的前轴201。电驱动装置101驱动带有车轮的驱动轴203。电驱动装置101、例如包括逆变器和电机，以来自电源105,106的能量通过按照本发明的装置100供给电能。

图5简示出按照本发明的用于对电驱动装置101供给电流的方法400。在步骤401中启动本方法。根据选择哪种运行方式以任意的顺序和持续时间选择其它步骤402,403,404和405。通过步骤406结束本方法。

在步骤402中，直流电压转换器以第一种运行方式被这样地耦联和运行，至少两个电源105,106中的每个单个的电源通过三个直流电压转换器102,103,104中的一个直流电压转换器与电驱动装置101直接耦联。为此例如通过时钟（脉冲的）控制且尤其闭合第一直流电压转换器102的内部开关使第一电源105与电驱动装置101耦联，并且使来自第一电源105的能量传递到电驱动装置101。这一点同样通过第二直流电压转换器103和第二电源106实现。

在方法步骤403中，直流电压转换器在第二种运行方式中被这样地耦联和运行，使得至少两个电源105,106通过三个直流电压转换器102,103,104中的一个直流电压转换器直接耦联。为此例如通过时钟（脉冲的）控制且尤其闭合第三直流电压转换器104内部的开关使第一电源105与第二电源106耦联并且使来自第一电源105的能量传递到第二电源106上。在高驱动功率时有时也可以使来自使第一电源的电流通过第三直流电压转换器104与第二直流电压转换器103的串联导引到电驱动装置101。但是，这个不是最佳的路径尤其在机动车的加速状态或者持久高速状态中被利用。

在方法步骤404中，直流电压转换器在第三种运行方式中被这样地耦联和运行，使至少两个电源105,106中的一个单个的电源通过两个并联的直流电压转换器102,103,104与电驱动装置101直接耦联。为此例如利用闭合开关元件S2和断开开关元件S2以及通过时钟（脉冲的）控制且尤其闭合第一和第三直流电压转换器102,104的内部开关使第一电源105通过第一和第三直流电压转换器102,104与电驱动装置101耦联，并且使来自第一电源105的能量传递给电驱动装置101。

在方法步骤405中，第三电源107在第四种运行方向中被这样地耦联在三个直流电压转换器102,103,104上，使第三电源107与至少两个电源105,106中的一个电源直接耦联。为此例如利用闭合开关元件S4和闭合开关元件S3使第一电源105直接与第三电源107耦联，由此产生在两个电源105与107之间的能量传输。

Claims (11)

1. 一种用于对电驱动装置（101）供给电流的装置（100），包括三个直流电压转换器（102,103,104），用于使至少两个可连接的电源（105,106）与电驱动装置（10）耦联，其特征在于，所述直流电压转换器（102,103,104）能够被这样地耦联，使至少两个电源（105,106）中的每个单个的电源通过三个直流电压转换器（102,103,104）中的一个单个的直流电压转换器与电驱动装置（101）直接耦联。

2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流电压转换器（102,103,104）能够被这样地耦联，使至少两个电源（105,106）通过三个直流电压转换器（102,103,104）中的一个直流电压转换器直接耦联。

3. 如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述直流电压转换器（102,103,104）能够被这样地耦联，使至少两个电源（105,106）中的一个单个的电源通过两个并联的直流电压转换器（102,103,104）与电驱动装置（101）直接耦联。

4. 如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设有第三电源（107），它能够被这样地耦联在所述装置（100）上，使第三电源（107）与至少两个电源（105,106）中的一个电源直接耦联。

5. 如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述电源（105,106,107）包括燃料电池和/或蓄电池和/或电容器。

6. 如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述三个直流电压转换器（102,103,104）是结构相同的。

7. 一种用于机动车（300）的驱动链（200），包括至少两个电源（105,106）、一个电驱动装置（101）和一个如权利要求1至6中任一项所述的、用于对电驱动装置（101）供给电流的装置（100）。

8. 一种用于对电驱动装置（101）供给电流的方法（400），其中三个直流电压转换器（102,103,104）被设置用于使至少两个可连接的电源（105,106）耦联在电驱动装置（101）上，其特征在于，所述直流电压转换器（102,103,104）被这样地耦联（402），使至少两个电源（105,106）中的每个单个的电源通过三个直流电压转换器（102,103,104）中的一个单个的直流电压转换器与电驱动装置（101）直接耦联。

9. 如权利要求8所述的方法（400），其特征在于，所述直流电压转换器被这样地耦联（403），使至少两个电源（105,106）通过三个直流电压转换器（102,103,104）中的一个直流电压转换器直接耦联。

10. 如权利要求8至9中任一项所述的方法（400），其特征在于，所述直流电压转换器（102,103,104）被这样地耦联（304），使至少两个电源（105,106）中的一个单个的电源通过两个并联的直流电压转换器（102,103,104）与电驱动装置（101）直接耦联。

11. 如权利要求8至10中任一项所述的方法（400），其特征在于，一个第三电源（107）被这样地耦联在三个直流电压转换器（102,103,104）上（405），使第三电源（107）与至少两个电源（105,106）中的一个单个的电源直接耦联。