CN108365748A - 用于传输电能量的装置、传动系和工作设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于传输电能量的装置，其具有（i）多相的且尤其三相的换流器；（ii）尤其被构造用于连接直流电压电源的第一端子和第二端子；（iii）尤其被构造用于连接电池组的第三端子和第四端子；和（iv）第一开关单元和第二开关单元，其中：换流器一方面被布置在第一端子和第二端子之间，且另一方面被布置在第三端子和第四端子之间并与其连接，且更确切地说在第二端子和第四端子的直接连接情况下，其中在第一端子和换流器之间构造第一开关单元，且以在换流器上游串联的方式来构造，和其中第二开关单元以与第一端子和第二端子并联的方式构造有在第一开关单元和换流器之间的第一连接点并构造有在第二端子和第四端子之间的第二连接点。

Description

用于传输电能量的装置、传动系和工作设备
技术领域
本发明涉及一种用于传输电能量的装置、用于工作设备的传动系（Antriebsstrang）以及工作设备本身。本发明尤其涉及用于车辆的传动系和车辆本身。
背景技术
在用电能量来供应电机组的情况下，常常使用具有换流器的装置。这样的装置应该承担用于工作设备的不同运行状况的、并且尤其是车辆的不同运行状况的尽可能多的功能性。这涉及用电能量来给蓄能器充电以及已充电的蓄能器通过反馈来将能量传递到进行供电的网络中。
为了实现这些功能，与换流器相关联地，常规地需要大量附加组件。US 2009/0184681 A和 US 2012/0112693 A示出具有换流器的这样的装置。
发明内容
与此相对地，具有独立权利要求1的特征的、根据本发明的用于传输电能量的装置具有如下好处：能够仅以少量的附加构件来实现不同类型的功能。这根据本发明利用独立权利要求1的特征来实现，其方式为，提供一种用于传输电能量的装置，该装置被构造有（i）多相的并且尤其是三相的换流器；（ii）第一端子和第二端子，第一端子和第二端子尤其被设立用于连接直流电压电源；（iii）第三端子和第四端子，第三端子和第四端子尤其被设立用于连接电池组；和（iv）第一开关单元和第二开关单元。在此，换流器一方面被布置在第一端子和第二端子之间，并且另一方面被布置在第三端子和第四端子之间，并且与其连接，并且更确切地说在第二端子和第四端子之间直接连接的情况下相互连接。第一开关单元被构造在第一端子和换流器之间，并且以在换流器上游串联（diesem in Reihevorgeschaltet）的方式来构造 。此外，第二开关单元以与第一端子和第二端子并联的方式构造有在第一开关单元和换流器之间的第一连接点并且构造有在第二端子和第四端子之间的第二连接点。通过这种措施，能够以对附加构件的比较小的耗费来实现不同功能。
从属权利要求显示本发明的优选的改进方案。
当根据本发明的装置的一种有利的改进方案第一开关单元是或具有半导体开关元件,尤其IGBT或MOSFET，尤其具有并联接通的二极管并具有朝第一端子的流通方向时，则在同时的在构造和功能方面的可靠性的情况下出现鉴于减少结构空间方面特别简单的情况。
视应用情况而定地，第二开关单元可以被设计得非常不同。
如果例如仅应由直流电压电源来充电电池组，并且更确切地说没有通过电池组到直流电压电源中的反馈，那么特别有利的是：按照根据本发明的装置的一种可替代的构型形式，第二开关单元是或具有二极管，其尤其具有朝第一连接点的流通方向。
但是，在对功能性和灵活性有更高要求的情况下有利的是，使第二开关单元是或具有半导体开关元件、尤其IGBT或MOSFET，尤其具有与其并联接通的二极管并具有朝第一端子的流通方向。
如果对构造为与相应的半导体开关元件并联的二极管仅提出有限的要求，那么当与半导体开关元件并联接通的二极管被构造为寄生的组件时，则出现特别简单的情况。
根据本发明设置的多相的并且尤其是三相的换流器可以具有不同结构。
因此在根据本发明的用于传输电能量的装置的一种有利的改进方案情况下规定：三相的换流器对于每个相具有开关支路，开关支路分别具有第一开关单元和第二开关单元。
也针对于换流器的相应的开关支路的相应的开关单元的构型，提供不同的构型形式。
在同时提高功能性的情况下，可靠性的特别高的程度在如下情况下得出：换流器的开关支路的相应的开关单元是或具有半导体开关元件、尤其IGBT或MOSFET，尤其具有与其并联接通的二极管，并且进一步优选用于具有朝第三端子的流通方向的第一开关单元和用于具有朝第四端子的流通方向的第二开关单元。
在传动技术的领域中，其他优点在如下情况下得出：按照根据本发明的用于传输电能量的装置的另一种构型形式，在换流器的开关支路的第一开关单元和第二开关单元之间分别构造端子，用于与电机的、尤其相应为三相的电机的端子连接，尤其用于与电机的电感连接和/或用于与直接连接于第一连接点的端子星形地连接。
对于不同类型的应用特别有利的是：按照根据本发明的用于传输电能量的装置的另一种实施方式，该装置被设立用于，通过操控三相的换流器的开关支路的第一开关单元、第二开关单元和/或第一开关单元及第二开关单元来引起：
（i）充电运行，用于经由连接在第一端子和第二端子上的直流电压电源来对连接在第三端子和第四端子上的电池组充电；
（ii）换流器运行，用于给连接在第一连接点和三相的换流器的开关支路的端子上的电机供电；和/或
（iii）反馈运行，用于从连接在第三端子和第四端子上的电池组来反馈电能量到连接在第一端子和第二端子上的直流电压阱（Gleichspannungssenke）中。
此外，本发明涉及一种用于工作设备并且尤其是用于车辆的传动系。根据本发明的传动系被构造有传动装置并且具有根据本发明的用于传输电能量的装置，以便给该传动装置供应电能量。
此外，本发明涉及一种工作设备并且尤其涉及车辆。其按照本发明构造有根据本发明的用于传输电能量的装置和/或根据本发明的传动系。
附图说明
参照所附图来详细地描述本发明的实施方式。其中：
图1是框图，该框图以示意性的方式示出根据本发明的用于传输电能量的装置的一种实施方式；
图2至图4以电路图的形式示出根据本发明的用于传输电能量的装置的其他构型形式。
具体实施方式
接下来，参照图1至图4来详细地描述本发明的实施例和技术背景的实施例。相同的和等效的元件和组件以及相同作用或等效作用的元件和组件用相同附图标记来标明。并不在其出现的每个情况下对所标明的元件和组件的细节描述进行复述。
所示出的特征和其他特性可以以任意的形式相互分开和任意地相互结合，而并不偏离本发明的核心。
图1示出框图，该框图以示意性的方式示出根据本发明的用于传输电能量的装置100的一种实施方式。
根据该核心（Kern），在按照图1的装置100中构造三相的换流器5，该三相的换流器以自身的端子5-1至5-5被布置在第一和第二端子1或2与第三和第四端子3或4之间并且与其连接。在此，第二端子2和第四端子4直接相互连接，与其相反，第一端子1和第三端子仅间接地、也即至少要经由多相的换流器5的电路装置相互连接。
第一和第二端子1 和2被设立用于，是与直流电压电源50连接的或被与直流电压电源50连接。
第三和第四端子3和4被设立用于，是与电池组40连接的或被与电池组40连接。
所基于的电机60、例如传动机组的端子60-1至60-3被连接到换流器5的端子5-1至5-3上。电机60的另一端子6与第一端子1连接。
然而，根据本发明，在第一端子1和电机60的端子6之间构造第一开关单元51。第一开关单元因此在第一端子1和电机60的端子6之间被串联接通。
根据本发明，第二开关单元52被构造为与用于连接直流电压电源50的第一和第二端子1或2并联，该直流电压电源也可以作为直流电压阱50‘起作用。这利用第一连接点7和第二连接点8进行。
在此，第一连接点7被构造在第一端子1和换流器的端子5-1至5-3之间并且尤其被构造在第一端子1与在其间所设置的电机60的端子6之间。
第二连接点8处于以相互直接电连接的方式被构造的第二端子和第四端子2或4之间。
第三端子3和第四端子4被设立用于，是与电池组并且尤其与高电压电池组电连接的或被与电池组并且尤其被与高电压电池组电连接，并且更确切地说与换流器5的端子5-4和5-5直接电连接。
图2至4以电路图的形式示出根据本发明的用于传输电能量的装置 100的其他构型形式。
在这些实施方式情况下，换流器5的、电机60的、直流电压电源50的和电池组40的组件相同地构建。然而，存在鉴于第一开关单元51和第二开关单元52 的构造方面的不同。
在按照图2的根据本发明的装置100的实施方式情况下，第一开关单元51和第二开关单元52一般而言被表示为半导体开关元件。
在按照图3的实施方式情况下，第一开关单元51由IGBT 51-1组成，具有与其并联接通的、以朝第一端子1和直流电压电源50的流通方向的二极管51-2。第二开关单元52唯独由具有从第二连接点8到第一连接点7的流通方向的二极管52-2组成。
在按照图4的实施例中，第一开关单元51以与按照图3的、根据本发明的装置100的实施方式的第一开关单元51一致的方式来构建。第二开关单元52由IGBT 52-1和与其并联接通的、以从第二连接点8到第一连接点7的流通方向的二极管52-2组成。
在按照图2至图4的实施方式中，电机60 由三个电感61、62和63组成，这些电感以星形的方式被布置在端子6和端子60-1至60-3之间并且与相应的端子电连接，其中端子6用于第一连接点7并且端子60-1至60-3用于换流器5的端子5-1至5-3。
三相的换流器5由3个开关支路10、20和30组成。这些开关支路由多个开关单元对构成，这些开关单元对分别具有第一开关单元11、21、31和第二开关单元12、22、32。在开关单元对之间分别构造换流器5的端子5-1、5-2、5-3。尤其是用于与所基于的电机60的端子60-1、60-2、60-3连接。
每个开关单元11、12、21、22、31、32由IGBT 11-1、12-1、21-1、22-1、31-1、32-1和与其并联接通的、分别具有从第四端子4到第三端子3的流通方向的二极管11-2、12-2、21-2、22-2、31-2、2 30-2组成。
本发明的这些特征及特性和其他特征及特性根据以下说明进一步被阐述。
本发明的一个任务是:提出换流器充电器拓扑结构，其能够以尽可能少量的附加构件以与DC电源50相关联的方式来对电池组40进行充电。
根据本发明，出现以下优点：
- 电池组40可以以相对较少的设备耗费并以DC充电站的少量的附加构件并且以无关于电压电平的方式被充电。
- 电池组40也可以以简单的方式反馈能量，例如到网络中（例如在使用附加换流器的情况下）或用于充电另一电池组，例如在紧急情况下。
通过根据本发明的方案，可以尤其由DC电源50来给高伏特电池组40充电。充电电压能够以任意的方式并且以无关于电源50并因此无关于电源50的电压电平的方式被调整。
图1和图2示出根据本发明的方案。
在此，以下方面是相关的：
- 在图1和图2中所示出的第一开关作为第一开关单元51可以例如通过IGBT 51-1或MOSFET来实现，正如其与图3和图4相关联所示出的那样。
- 通过低侧开关（Low-Side-Schalter）的相应时钟（Takten），例如换流器5的IGBT和第一开关51的相应时钟，电压可以在输出端上，也即在第三和第四端子3和4上被调整，尤其是通过将较高的电压降压和将较低的电压升压来被调整。这两个过程可以利用同一装置实现。
- 降压可以通过附加的开关单元51的时钟来进行。
- 如果电池组40始终通过DC电源50来充电并且不需要进行从电池组40到DC电源中的反馈，则可以仅仅通过二极管52-2来实现附加的开关单元52，正如其在图3中所示出的那样。
- 升压可以通过三相的换流器5的桥的低侧开关的时钟来进行。
- 如果按照图1和图2的开关单元52通过半导体开关，例如IGBT来实现，正如其在图3和4中所示出的那样，那么能量流的双向性则可以被实现。这例如对于电能量到网中的反馈（例如以与外部的换流器共同作用的方式）来说是需要的或者对于给连接到第一和第二端子1或2上的另一电池组充电来说是需要的。在这里，电池组电压不仅仅可以通过降压而且也可以通过升压来产生。降压通过换流器的高端开关的经控制的时钟来进行。升压通过第二开关单元52的经控制的时钟来进行。

Claims (11)

1.一种用于传输电能量的装置（100），所述装置具有：
- 多相的并且尤其是三相的换流器（5）；
- 第一端子和第二端子（1、2），所述第一端子和第二端子尤其被构造用于连接直流电压电源（50）；
- 第三端子和第四端子（3、4），所述第三端子和第四端子尤其被构造用于连接电池组（40）；和
- 第一开关单元和第二开关单元（51、52）；
其中：
- 所述换流器（5）一方面被布置在所述第一端子和所述第二端子（1、2）之间，并且另一方面被布置在第三端子和第四端子之间，并且与其连接，并且更确切地说在所述第二端子和所述第四端子（2、4）的直接连接的情况下相互连接，
- 其中第一开关单元（51）被构造在所述第一端子（1）和所述换流器（5）之间，并且以在所述换流器上游串联的方式来构造，和
- 其中第二开关单元（52）以与所述第一端子和所述第二端子（1、2）并联的方式构造有在所述第一开关单元（51）和所述换流器（5）之间的第一连接点（7）并且构造有在所述第二端子和所述第四端子（2、4）之间的第二连接点（8）。
2.根据权利要求1所述的装置（100），其中，所述第一开关单元（51）是或具有半导体开关元件，尤其IGBT（51-1）或MOSFET，优选具有并联接通的二极管（51-2），所述二极管进一步优选地具有朝所述第一端子（1）的流通方向。
3.根据上述权利要求之一所述的装置（100），其中，所述第二开关单元（52）是或具有二极管（52-2），所述二极管尤其具有朝所述第一连接点（7）的流通方向。
4.根据上述权利要求之一所述的装置（100），其中，所述第二开关单元（52）是或具有半导体开关元件，尤其IGBT（52-1）或MOSFET，优选具有与其并联接通的二极管（52-2），所述二极管进一步优选地具有朝所述第一连接点（7）的流通方向。
5.根据上述权利要求之一所述的装置（100），回引权利要求4或2之一，其中，与半导体开关元件并联接通的二极管（51-1、52-2）被构造为寄生组件。
6.根据上述权利要求之一所述的装置（100），其中，所述三相的换流器（5）针对每个相具有开关支路（10、20、30），所述开关之路分别具有第一开关单元（11、21、31）和第二开关单元（12、22、32）。
7.根据权利要求6所述的装置（100），其中，所述换流器（5）的开关支路（10、20、30）的相应的开关单元（11、12；21、22；31、32）是或具有半导体开关元件、尤其IGBT（11-1、12-1；21-1、21-2；31-1、31-2）或者MOSFET，优选具有与其并联接通的二极管（11-2、12-2；21-2、22-2；31-2、32-2），进一步优选用于具有朝所述第三端子（3）的流通方向的所述第一开关单元（11、21、31）和用于具有朝所述第四端子（4）的流通方向的所述第二开关单元（12、22、32）。
8.根据权利要求6或7所述的装置（100），其中在所述换流器（5）的开关支路（10、20、30）的所述第一开关单元和所述第二开关单元（11、12；21、22；31、32）之间分别构造端子（5-1、5-2、5-3），用于与电机（60）的、尤其相应为三相的电机的端子（60-1、60-2、60-3）连接，尤其用于与所述电机（60）的电感（61、62、63）连接和/或用于与直接连接于所述第一连接点（7）的端子（6）星形地连接。
9.根据上述权利要求之一所述的装置（100），其中，所述装置被设立用于，通过操控三相的所述换流器（5）的所述开关支路（10、20、30）的所述第一开关单元（51）、所述第二开关单元（52）和/或所述第一开关单元及所述第二开关单元来引起：
- 充电运行，用于经由连接在所述第一端子和第二端子（1、2）上的直流电压电源（50）来对连接在所述第三端子和所述第四端子（3、4）上的电池组（40）充电；
- 换流器运行，用于给连接在所述第一连接点（7）和所述三相的换流器（5）的所述开关支路（10、20、30）的所述端子（5-1、5-2、5-3）上的电机（60）供电；和/或
- 反馈运行，用于从连接在所述第三端子和所述第四端子（3、4）上的电池组（30）来反馈电能量到连接在所述第一端子和所述第二端子（1、2）上的直流电压阱（50，50’）中。
10.用于工作设备并且尤其是用于车辆的传动系，所述传动系具有传动装置并且具有用于给所述传动装置供应电能量的根据权利要求1至9之一所述的装置。
11.工作设备并且尤其是车辆，所述工作设备具有用于供应电能量的根据权利要求1至9之一所述的装置.和/或具有根据权利要求10所述的传动系。
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