CN107206904A - 用于在提供直流电压的情况下运行机动车中的电机的电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行机动车的电机（101）的电路装置（100），所述电路装置（100）具有：第一电驱动支路（103‑1），在所述第一电驱动支路中，第一电池组直接逆变器（105‑1）能通过第一开关装置（107‑1）与所述电机（101）连接；第二电驱动支路（103‑2），在所述第二电驱动支路中，第二电池组直接逆变器（105‑2）能通过第二开关装置（107‑2）与所述电机（101）连接；第三电驱动支路（103‑3），在所述第三电驱动支路中，第三电池组直接逆变器（105‑3）与所述电机（101）连接，所述第三电池组直接逆变器的一个逆变器接线端子能通过第三开关装置（107‑3）与所述第二驱动支路（103‑2）连接，而所述第三电池组直接逆变器的另一逆变器接线端子能通过第四开关装置（107‑4）与所述第二驱动支路（103‑2）连接；直流电压区段（109），用于将直流电压提供给车载电网，所述直流电压区段分别通过一个整流器（111‑1、111‑2、111‑3）与所述第一、第二和第三驱动支路（103‑1、103‑2、103‑3）连接；以及充电区段（113），用于将充电电流输送到所述第一、第二和第三电池组直接逆变器（105‑1、105‑2、105‑3），所述充电区段与所述第一驱动支路（103‑1）和所述第三驱动支路（103‑3）连接。

Description

用于在提供直流电压的情况下运行机动车中的电机的电路 装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行电机、诸如电动车辆中的驱动电机的电路装置。
背景技术
电动车辆可具有多个用于电驱动的带有电池组直接逆变器的驱动支路。附加地，在电动车辆中必要的是，实现从电网给蓄电池充电并且提供直流电压的可能性。
出版物DE 10 2011 004 248 A1涉及一种电路装置，其具有用于电动车辆或混合动力车辆的多级转换器。
发明内容
本发明的任务是提供一种电路装置，所述电路装置能够实现吸收电功率用来给电池组电池充电、输出电功率给驱动并且借助于直流电压给其它车载电网部件馈电。
按照第一方面，该任务通过一种用于运行机动车的电机的电路装置来解决，所述电路装置具有：第一电驱动支路，在所述第一电驱动支路中，第一电池组直接逆变器能通过第一开关装置与所述电机连接；第二电驱动支路，在所述第二电驱动支路中，第二电池组直接逆变器能通过第二开关装置与所述电机连接；第三电驱动支路，在所述第三电驱动支路中，第三电池组直接逆变器与所述电机连接，所述第三电池组直接逆变器的一个逆变器接线端子能通过第三开关装置与所述第二驱动支路连接，而所述第三电池组直接逆变器的另一逆变器接线端子能通过第四开关装置与所述第二驱动支路连接；直流电压区段，用于将直流电压提供给车载电网，所述直流电压区段分别通过一个整流器与所述第一、第二和第三驱动支路连接；以及充电区段，用于将充电电流输送到所述第一、第二和第三电池组直接逆变器，所述充电区段与所述第一驱动支路和所述第三驱动支路连接。由此，例如实现了如下技术优点：所述电路装置能够实现在直流电压馈电的所有运行状态期间从电网吸收电能、输出电功率给驱动并且借助于直流电压给其它车载电网部件馈电。
所述电路装置以低技术花费和低数目的构件实现高灵活性的充电设备。电池组直接逆变器的运行策略允许即使在低电机转速的情况下或者在停止运转期间（包括充电运行在内）也将直流电压提供给车载电网。充电区段、直流电压区段和驱动区段的部件的相互作用才导致适合车辆的驱动系统。
在所述电路装置的一个有利的实施方式中，充电区段包括桥式整流电路，用于对输入电压进行整流。由此，例如实现了如下技术优点：交变电压可以被整流而且简化了运行策略。
在所述电路装置的另一有利的实施方式中，充电区段包括电源滤波器或者EMV滤波器，用于对输入电压进行滤波。由此，例如实现了如下技术优点：可以滤除高频干扰。
在所述电路装置的另一有利的实施方式中，充电区段包括调节器，用于对输入电流进行调节。由此，例如实现了如下技术优点：在充电电流调节器的情况下，半波正弦为了迫使功率因子达到一而可以被跟踪。接着，振幅在容许的极限值之内通过电池组直接逆变器的电池组管理系统来确定。
在所述电路装置的另一有利的实施方式中，直流电压区段包括中间电路电压调节器，用于对输出电压进行调节。由此，例如实现了如下技术优点：所述直流电压区段的输出电压可以被调节到预先给定的值。
在所述电路装置的另一有利的实施方式中，充电区段的一个接线端子连接在第一电池组直接逆变器与第一开关装置之间。由此，例如实现了如下技术优点：充电电流直接被馈入到第一驱动支路中，而且所有三个驱动支路串联。
在所述电路装置的另一有利的实施方式中，直流电压区段包括电容器，用于对直流电压进行平整。由此，例如实现了如下技术优点：可以降低直流电压的失真系数并且执行对开关过压的限制。
在所述电路装置的另一有利的实施方式中，所述电路装置包括控制设备，用于基于充电运行或者行驶运行来控制开关装置。由此，例如实现了如下技术优点：可以根据所需的状态来切换开关装置。
在所述电路装置的另一有利的实施方式中，所述电路装置包括控制设备，用于将电压分配到各个电池组直接逆变器上。由此，例如实现了如下技术优点：可以视状态而定分别给电池组直接逆变器供应不同的电压。
在所述电路装置的另一有利的实施方式中，开关装置由接触器形成。由此，例如实现了如下技术优点：能够实现对大的电功率的切换。
按照第二方面，该任务通过一种用于运行电路装置的方法来解决，所述电路装置用于运行机动车的电机，所述电路装置具有：第一电驱动支路，在所述第一电驱动支路中，第一电池组直接逆变器能通过第一开关装置与所述电机连接；第二电驱动支路，在所述第二电驱动支路中，第二电池组直接逆变器能通过第二开关装置与所述电机连接；第三电驱动支路，在所述第三电驱动支路中，第三电池组直接逆变器与所述电机连接，所述第三电池组直接逆变器的一个逆变器接线端子能通过第三开关装置与所述第二驱动支路连接，而所述第三电池组直接逆变器的另一逆变器接线端子能通过第四开关装置与所述第二驱动支路连接；直流电压区段，用于将直流电压提供给车载电网，所述直流电压区段分别通过一个整流器与所述第一、第二和第三驱动支路连接；以及充电区段，用于将充电电流输送到所述第一、第二和第三电池组直接逆变器，所述充电区段与所述第一驱动支路和所述第三驱动支路连接，所述方法具有如下步骤：在所述驱动支路的两个共同的连接点之间设定正的电压差；或者在所述第三电池组直接逆变器上设定始终正的电压降。由此，如通过根据第一方面的电路装置那样来实现了相同的技术优点。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下文进一步予以描述。
其中：
图1示出了用于在行驶运行下运行电机的电路装置；
图2示出了用于在充电运行下运行电机的电路装置；
图3示出了用于对输入电流进行调节的调节器；
图4示出了作为调节器的用于分配电压的控制设备；
图5示出了中间电路电压调节器；
图6示出了经整流的电网电压和电池组直接逆变器的输出电压；以及
图7示出了在电网扼流圈中的经整流的输入电流。
具体实施方式
图1示出了用于运行电机101的电路装置100。所述电路装置100是具有多个电池组直接逆变器105-1、105-2和105-3的集成驱动系统的拓扑。所述电机例如用于驱动电池组供电的或者混合动力的道路运输工具。除了驱动支路103-1、103-2和103-3之外，所述电路装置100同时提供：充电区段113，用于输送充电电流；以及直流电压区段109，用于将直流电压提供给车载电网。
电池组直接逆变器105-1、105-2和105-3包括大量电池组电池，所述电池组电池可以单独地通过具有晶体管的H全桥来切换。由此，可以通过接上或切断各个电池组电池来生成用于电机101的交变电压。
电池组直接逆变器105-1、105-2和105-3是模块化多级逆变器。在此涉及电池组模块、例如每个支路四块，所述电池组模块的输出电压可以借助于全桥双向地切换。由此，同样可以实现旁路、也就是说为0V的电压。
电路装置100包括第一、第二和第三电驱动支路103-1、103-2和103-3。在第一电驱动支路103-1中，第一电池组直接逆变器105-1通过能控制的第一开关装置107-1与电机101连接。在第二电驱动支路103-2中，第二电池组直接逆变器105-2通过第二开关装置107-2与电机101连接。在第三电驱动支路103-3中，第三电池组直接逆变器105-3与电机101连接。
第三电池组直接逆变器105-3的一个逆变器接线端子能通过第三开关装置107-3与第二驱动支路103-2连接。第三电池组直接逆变器105-3的另一逆变器接线端子能通过第四开关装置107-4同样与第二驱动支路103-2连接。第四开关装置107-4分别连接在电池组直接逆变器105-2和105-3与电机101之间。通过所述三个具有电池组直接逆变器105-1、105-2和105-3的驱动支路生成三相交变电压。每个相通过相对应的驱动支路103-1、103-2和103-3被输送给电机101。开关装置107-1, …, 107-4例如由接触器或者半导体开关形成。
附加地，电路装置100包括直流电压区段109，用于将直流电压提供给车载电网。所述直流电压区段109通过作为整流器的三个二极管111-1、111-2、111-3与所述第一、第二和第三驱动支路103-1、103-2、103-3连接。通过直流电压区段109，将直流电压提供给车辆的车载电网。所述直流电压区段109包括用于对直流电压进行平整的电容器119和用于高压中间电路耦合输出的部件。由高压车载电网生成具有例如为12V的电压的车载电网。作为多支路的升压转换器的直流电压区段109可以电流分开地来实施并且被转换到48V的电压上。
用于高压耦合输出的运行策略在于：在点PS与PN之间设定正的电压差。由此，即使在低（向下直至零）支路电压的情况下也可以在机器上提供高压电压。为了使在二极管111-1、111-2、111-3的阴极侧上的电压波动保持得微小，可以利用平顶调制（Flattop-Modulation）来运行电池组直接逆变器105-1、105-2和105-3。
此外，所述电路装置100还包括充电区段113，用于将充电电流输送到第一、第二和第三电池组直接逆变器105-1、105-2、105-3。通过充电区段113，电能从外部电网被传导到电池组直接逆变器105-1、105-2、105-3上。充电区段113与第一驱动支路103-1和第三驱动支路103-3连接，而且包括用于单相交变电流充电的部件。充电区段113包括用于对输入电压进行整流的桥式整流电路115和用于对输入电压进行滤波的电源滤波器或者EMV滤波器。EMV滤波器可包括低通滤波器或者滑动时钟滤波器（Gleittaktfilter）。所述滑动时钟滤波器同样具有低通特性，但是对流入和回流的差有影响。由此，可以抑制朝电网方向起作用的电网反作用。直流电流充电通过与用于交变电流充电的部件并行的抽头是可能的。
通过电路装置100，实现了一个完整的基于电池组直接逆变器的驱动系统。与针对开关装置107-1、107-2、107-3和107-4的运行策略相关联地，实现了在所有运行状态下从电网吸收电能、输出电功率给电机并且借助于直流电压给其它车载电网部件馈电。
在行驶运行下，开关装置107-1、107-2、107-3闭合而开关装置107-4断开。在充电运行下，相反地，开关装置107-1、107-2、107-3断开而开关装置107-4闭合。不仅可以用单相交变电压直接在电网上进行充电，例如充电到220V层级以及充电到110伏特层级，或者在相对应的充电桩上利用直流电压和可能的更高的功率来进行充电。
图2示出了用于在充电运行下运行电机的电路装置100。所述电路装置100被减少到在充电时在单支路的电网上活跃的元件。
在充电运行下，所述三个驱动支路103-1、103-2和103-3与所述电池组直接逆变器105-1、105-2、105-3串联。所述电池组直接逆变器105-1、105-2、105-3被调制为使得电压uS1-uS2+uS3几乎对应于电网电压。
为了可以与脉冲式的充电功率无关地从电网侧出发对高压电路进行馈电，可以将在第三电池组直接逆变器105-3上的电压降uS3设定得始终大于零。通过用于对输出电压进行调节的中间电路电压调节器来实现中间电路电压调节。
图3示出了用于对经过充电区段113的输入电流进行调节的调节器125（电网（Grid）控制器）。通过调节器123来建立针对电网电流的调节结构。
图4示出了作为调节器的用于将电压分配到各个电池组直接逆变器105-1、105-2、105-3上的控制设备123（模块控制器）。通过调节器来实现将负载分配到单模块上。
图5示出了用于对输出电压进行调节的中间电路电压调节器121（DC链路控制器）。
图6示出了经整流的电网电压和电池组直接逆变器105-1的输出电压。在横坐标上绘制有以秒为单位的时间t。在纵坐标上绘制有以伏特为单位的电压。示出了经整流的电网电压ugrid和电池组直接逆变器105-1、105-2、105-3的输出电压uS的变化过程。
图7示出了在电网扼流圈中的经整流的输入电流。在横坐标上绘制有以秒为单位的时间t。在纵坐标上绘制有以安培为单位的输入电流。在使用500μH的扼流圈和10kHz的开关频率的情况下形成了所示出的具有16A（rms）的有效值的输入电流。借助于作为模块控制器的控制设备123来促使将总输出电压分配到各个子模块上。
通常，在所述电路装置100中，也可以省去在充电区段113中的输入端整流。如果使用所述输入端整流，那么简化了针对高压耦合输出的运行策略。整流器111-1的阳极可连接在开关装置107-1与电池组直接逆变器105-1之间。开关装置107-4可连接在电机101与开关装置107-2之间。电机101的感应线圈可以被用于充电。在这种情况下可以省去开关装置107-4。通过所述电路装置100，完全满足了对在车辆中具有电池组直接逆变器的电池组供电的驱动系统的功能性要求。
所有与本发明的各个实施方式相关联地阐述和示出的特征可以在按照本发明的主题下以不同的组合来设置，以便同时实现所述特征的有利的效果。
本发明的保护范围通过权利要求书来给出，而且并没有被在说明书中阐述并且在附图中示出的特征限制。

Claims (10)

1.一种用于运行机动车的电机（101）的电路装置（100），所述电路装置（100）具有：
- 第一电驱动支路（103-1），在所述第一电驱动支路中，第一电池组直接逆变器（105-1）能通过第一开关装置（107-1）与所述电机（101）连接；
- 第二电驱动支路（103-2），在所述第二电驱动支路中，第二电池组直接逆变器（105-2）能通过第二开关装置（107-2）与所述电机（101）连接；
- 第三电驱动支路（103-3），在所述第三电驱动支路中，第三电池组直接逆变器（105-3）与所述电机（101）连接，所述第三电池组直接逆变器的一个逆变器接线端子能通过第三开关装置（107-3）与所述第二驱动支路（103-2）连接，而所述第三电池组直接逆变器的另一逆变器接线端子能通过第四开关装置（107-4）与所述第二驱动支路（103-2）连接；
- 直流电压区段（109），用于将直流电压提供给车载电网，所述直流电压区段分别通过一个整流器（111-1、111-2、111-3）与所述第一、第二和第三驱动支路（103-1、103-2、103-3）连接；以及
- 充电区段（113），用于将充电电流输送到所述第一、第二和第三电池组直接逆变器（105-1、105-2、105-3），所述充电区段与所述第一驱动支路（103-1）和所述第三驱动支路（103-3）连接。
2.根据权利要求1所述的电路装置（100），其中，所述充电区段（113）包括桥式整流电路（115），用于对输入电压进行整流。
3.根据上述权利要求之一所述的电路装置（100），其中，所述充电区段（113）包括电源滤波器或者EMV滤波器（117），用于对输入电压进行滤波。
4.根据上述权利要求之一所述的电路装置（100），其中，所述充电区段（113）包括调节器（125），用于对输入电流进行调节。
5.根据上述权利要求之一所述的电路装置（100），其中，所述直流电压区段（109）包括中间电路电压调节器（121），用于对输出电压进行调节。
6.根据上述权利要求之一所述的电路装置（100），其中，所述充电区段（113）的一个接线端子连接在所述第一电池组直接逆变器（105-1）与所述第一开关装置（107-1）之间。
7.根据上述权利要求之一所述的电路装置（100），其中，所述电路装置（100）包括控制设备，用于基于充电运行或者行驶运行来控制所述开关装置（107-1, …, 107-4）。
8.根据上述权利要求之一所述的电路装置（100），其中，所述电路装置（100）包括控制设备（123），用于将电压分配到各个电池组直接逆变器（105-1、105-2、105-3）上。
9.根据上述权利要求之一所述的电路装置（100），其中，所述开关装置（107-1, …,107-4）由接触器或者半导体器件来形成。
10.一种用于运行电路装置（100）的方法，所述电路装置（100）用于运行机动车的电机（101），所述电路装置具有：第一电驱动支路（103-1），在所述第一电驱动支路中，第一电池组直接逆变器（105-1）能通过第一开关装置（107-1）与所述电机（101）连接；第二电驱动支路（103-2），在所述第二电驱动支路中，第二电池组直接逆变器（105-2）能通过第二开关装置（107-2）与所述电机（101）连接；第三电驱动支路（103-3），在所述第三电驱动支路中，第三电池组直接逆变器（105-3）与所述电机（101）连接，所述第三电池组直接逆变器的一个逆变器接线端子能通过第三开关装置（107-3）与所述第二驱动支路（103-2）连接，而所述第三电池组直接逆变器的另一逆变器接线端子能通过第四开关装置（107-4）与所述第二驱动支路（103-2）连接；直流电压区段（109），用于将直流电压提供给车载电网，所述直流电压区段分别通过一个整流器（111-1、111-2、111-3）与所述第一、第二和第三驱动支路（103-1、103-2、103-3）连接；以及充电区段（113），用于将充电电流输送到所述第一、第二和第三电池组直接逆变器（105-1、105-2、105-3），所述充电区段与所述第一驱动支路（103-1）和所述第三驱动支路（103-3）连接，所述方法具有如下步骤：
在所述驱动支路（103-1、103-2、103-3）的两个共同的连接点（Ps、Pn）之间设定正的电压差；和/或
在所述第三电池组直接逆变器（105-3）上设定始终正的电压降（Us3）。
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