CN109874363A - 电机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电机装置(10)。所述电机装置(10)包括：第一电机(22)；与该第一电机(22)连接的用于其供电的第一能量储存器(24)；第二电机(32)；与该第二电机(32)连接的用于其供电的第二能量储存器(34)，该第二能量储存器经由中间电路(39)与第一能量储存器(24)连接；以及连接到中间电路(39)中的耦合元件(42)，该耦合元件允许将能量从第二能量储存器(34)传输到第一能量储存器(24)上并且能够防止能量从第一能量储存器(24)传输到第二能量储存器(34)上。

Description

电机装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于机动车的电机装置以及一种根据权利要求10所述的装备有该电机装置的机动车。
背景技术
已知的是，根据图1在用于机动车的电动全轮驱动器中设置有两个构造成高电压储存器(HVS)的并且能通过充电器50’充电的能量储存器24、34以及用于两个车桥的相应驱动器的两个通过相应的逆变器23或33连接的电机22、32。在此，这两个机器及其所属的高电压储存器满足不同的要求或任务。在此，储存器24可设计成所谓的具有功率优化的电池的高功率储存器(HP储存器)，另一个储存器34设计成所谓的具有能量优化的电池的高能量储存器(HE储存器)。优选地，配设给高功率储存器24的电机22是用于加速的按功率密度优化的电机，而配设给高能量储存器34的电机32是用于恒速行驶的按效率优化的电机。为了能够确保这两个能量储存器之间的电荷平衡，在这两个能量储存器之间的中间电路39中设置有DC/DC转换器38(具有至少三个负载连接端)。缺点是，这种DC/DC转换器需要附加的安装空间并且意味着相应的切换损失或传输损失。
发明内容
本发明的任务是，消除所述缺点并且如下改进在用于机动车的包括两个电机的电机装置中的能量供应，使得所述电机装置要求较少的安装空间并且具有降低的切换损失。
所述任务利用一种根据权利要求1所述的电机装置来解决。本发明的有扩展方案是从属权利要求的主题。
按照本发明的用于机动车的电机装置包括：第一电机；与该第一电机连接的用于其供电的第一能量储存器；第二电机；以及与其连接的用于其供电的第二能量储存器，该第二能量储存器经由中间电路与所述第一能量储存器连接。按照本发明的电机装置还具有连接到中间电路中的两极的耦合元件(即具有仅两个负载连接端)，该耦合元件允许将能量从第二能量储存器传输到第一能量储存器上并且能够防止将能量从第一能量储存器传输到第二能量储存器上。换句话说，以这种方式，能量能够从第二能量储存器被传输至第一能量储存器。基于所述实施方案，在按照本发明的电机装置中代替贵的且大的DC/DC转换器使用简单的、小的且便宜的构件，该构件能够承担DC/DC转换器的功能。因此，能够“节省”DC/DC转换器原本要占用的安装空间和重量。此外，能够避免或明显减少原本在DC/DC转换器上出现的切换损失，并且通过省去DC/DC转换器能够节省成本。
此外，在本发明中存在如下优点：通过由第二能量储存器为第一能量储存器补偿充电，在以全轮驱动推进电动车辆时的优点可保持很长时间，尽管通常“主管”用于加速的第一能量储存器小于第二能量储存器并且因此可能较早地被排空。
所述切换拓扑的基础是，第二能量储存器预给定第一能量储存器的充电状态，使得第一能量储存器的充电状态总是大于或等于第二能量储存器的充电状态。也就是说，(用于高的加速的)第一电机由第一能量储存器供给以及间接地通过所述耦合元件也由第二能量储存器供给，使得可供第一电机使用的功率等于第一和第二能量储存器的功率之和。
以有利且低成本的方式，所述耦合元件可包括针对相应功率设计的二极管。
替代地，所述耦合元件也能以有利且低成本的方式包括功率晶体管连同与其并联连接的这样的二极管，其中，在所述实施方式中附加地设置有用于以如下方式接通功率晶体管以及接通负荷流的调节电路：能量可从第一能量储存器经由耦合元件的功率晶体管被传输到第二能量储存器上。这例如可在能量回收(Rekuperieren)的情况下是有利的。
根据一优选实施方式，(原本通常设置在机动车中的)充电器与在第一能量储存器和第二能量储存器之间的耦合元件并联连接，其中，所述充电器也可用作将能量从第二能量储存器传输到第一能量储存器上的DC/DC转换器。根据所述实施方式，充电器包括初级侧和次级侧。在所述初级侧上设置有用于与供电网络(例如与已知的具有230伏电压的交流电压)连接的第一端子。在所述次级侧上设置有用于与用于机动车的电机装置的第二能量储存器连接的第二端子。按照本发明的充电器在初级侧上具有用于与电机装置的第一能量储存器连接的第三端子并且还装备有(通常也被称作调节结构的)调节电路，该调节电路可这样转换负荷流或者说电流，使得通过第二端子，电流可从第二能量储存器经由第三端子流动至第一能量储存器。通过为第一能量储存器充电，中间电路中的电压能够被保持在最大可能的水平。由此，第一电机的功率以及因此机动车的可供使用的加速度也能够被最大化，因为所述功率与中间电路中的电压成比例。
可为有利的是，第三端子和第一端子集成为一个共同的端子。以这种方式，例如在该相同的端子上根据需要或切换情况可插入不同的插头、例如电网插头或用于第一能量储存器的连接插头，或可在所集成的端子的这两个部件之间转换。
根据按照本发明的电机装置的一有利扩展方案设置有切换装置，该切换装置能建立和分开在第一能量储存器与充电器的第三端子之间的连接。因此，通过闭合该切换装置的切换器(例如继电器或接触器)，充电器可被置于切换状态，在该切换状态中(在第一端子未被连接时)充电器被用于使所述两个能量储存器均衡，其中，充电器用作在通过第二能量储存器给第一能量储存器充电时的DC/DC转换器。而如果第一端子与供电部连接并且切换装置的切换器打开，则第二能量储存器被充电，其中，附加地第一能量储存器通过耦合元件被一起充电。
根据按照本发明的电机装置的一有利实施方式，所述第一能量储存器是具有功率优化的电池的用于提供高功率(例如用于使机动车加速)的能量储存器，并且，所述第二能量储存器是具有能量优化的电池的用于提供尽可能高能量(例如用于在没有大的加速功率的情况下实现尽可能长的行驶路程)的能量储存器。
优选地，第一能量储存器和第二能量储存器这样设计，使得它们具有200至1000伏的工作电压、优选260至400伏的工作电压。
根据一有利实施方式，所述充电器这样设计，使得该充电器适合为构造成具有功率优化的电池的能量储存器(即用于提供高功率)的第一能量储存器充电以及适合为构造成具有能量优化的电池的能量储存器(即用于提供尽可能大量的能量)的第二能量储存器充电。
根据另一有利实施方式，按照本发明的充电器这样设计，使得该充电器能够实现在储存器中200至1000伏、优选260至400伏的工作电压。
此外，开头所述的任务通过一种机动车来解决，该机动车具有按照本发明的电机装置。与此对应地得出如与结合上述内容相同的或类似的优点，因此为了避免重复参见与按照本发明的装置相关的上述实施方式。
附图说明
下面借助附图示例性地阐释本发明的一些有利的实施方式。附图中：
图1示出根据现有技术的一种电机装置，
图2示出根据本发明的一种实施方式的电机装置，
图3示出适合于按照本发明的电机装置的充电器的一实施例，
图4示出用于实现耦合元件的第一实施例，
图5示出用于实现耦合元件的第二实施例，以及
图6示出根据本发明的另一实施方式的电机装置。
具体实施方式
在图2中示出通常被装入在机动车中的按照本发明的电机装置10的一种实施方式。在图2中相同的附图标记用于相同的元件，如它们部分地在参考图1时已被说明。第一电机22(在此示意性地并且示例性地呈三相)通过逆变器23由第一能量储存器24供给。第二电机32(在此也示意性地并且示例性地呈三相)通过逆变器33由第二能量储存器34供给。
为了给第二能量储存器34充电，设置有充电器50。在初级侧56上，所述充电器50具有包括连接极L和N的第一端子，所述连接极在此示例性地表示“标准的”具有230伏的供电网络。在次级侧58上，所述充电器50具有包括连接极51和52的第二端子，在所述连接极上充电器50衔接到中间电路39上并且因此衔接到第二能量储存器34上。这样的充电器的基本结构是已知的。对此的示例在Helmut的书中详细地描述：“Die Elektrifizierungdes Antriebsstrangs(动力传动系的电气化)”，ISBN 978-3-658-04643-9，尤其是第80至85页。充电器50的其它部件(参见图3)，例如不仅设置在初级侧56上的而且出于EMV兼容性设置在次级侧58上的PFC(Power Factor Correction：功率因数校正)以及相应的切换器等因此未详细描述，因为它们可假定是已知的。
在中间电路39中，耦合元件42(根据在图4中示出的实施例为二极管43)或耦合元件44(根据在图5中示出的实施例为二极管43连同与该二极管并联连接的功率晶体管46如MOSFET或IGBT，参见图5)连接到所述两个能量储存器24、34之间。
如由图2可见那样，在提高中间电路19中的电压的情况下，不仅第二能量储存器34能够被充电，而且通过所述耦合元件42(或通过耦合元件44)第一能量储存器24也能够被充电。
如果使用根据图4的耦合元件42，则第二电机32由于二极管43的截止作用仅由第二能量储存器34供给。而如果使用根据图5的耦合元件44，则第二电机32可通过接通功率晶体管46而通过两个能量储存器24、34被供给。在该情况下，例如在将能量从第二能量储存器34传输到第一能量储存器24上时，耦合元件44的导通损失由于接通功率晶体管46而降低。为此，在所述实施方式中设置有调节电路70。此外，优选地，所述调节电路70这样设计，使得该调节电路除接通功率晶体管46以外也能够以如下方式转换负荷流，即能量可从第一能量储存器24经由耦合元件44的功率晶体管46被传输到第二能量储存器34上，这例如在能量回收的情况可为有利的。
在图6中示出按照本发明的电机装置10的另一种实施方式。在所述实施方式中，充电器50还具有包括连接极53和54的第三端子，也参照图3，所述连接极在初级侧56上与分别通向连接极L和N的导线连接。所述两个连接极53和54可经由切换装置(其具有切换器S1和S2)与第一能量储存器24连接。最后，按照本发明的充电器50具有(仅示意性地示出的)调节电路70。
所述调节电路70这样设计，使得该调节电路附加地可这样转换在充电器50中的负荷流或者说电流，使得一方面第一连接极L、N的电流可经由初级侧56流动向次级侧58并且然后经由第二连接极51、52进一步流向第二能量储存器34，由此第二能量储存器能够被充电。在该情况下，调节电路70承担如下任务：具有切换器S1和S2的切换装置打开并且因此在所述两个连接极53、54与第一能量储存器24之间没有连接。另一方面，调节电路70(例如在行驶期间)可闭合所述两个切换器S1和S2并且这样接通负载电流，使得电流从第二能量储存器34通过第二连接极51、52、次级侧58以及初级侧56经由两个连接极53和54以及闭合的切换器S1和S2流向第一能量储存器24并且为所述第一能量储存器充电。因此，在按照本发明的电机装置10的该实施方式中，所述充电器50用作DC/DC转换器并且因此能够实现节省在原本必需的独立的DC/DC转换器。由于通过再次充电至第一能量储存器24中的最大电压，中间电路电压也变为最大，因此第二电机的功率也增加，因为其功率也与中间电路中的电压成比例。
替代地，所述装置可这样设计，使得代替所描述的可实施所有所述调节功能的调节电路70，设置有多个分别的调节电路70，一方面用于操控耦合元件44的功率晶体管46并且另一方面用于操控或调节充电器50。
要确定，参照各实施方式或变型方案所描述的本发明的特征、如各耦合元件、切换器、能量储存器和电机以及其它部件的类型和构型型式以及其空间上的布置结构也可存在于其它实施方式中，除非另有说明或出于技术原因本身禁止。此外，各实施方式的这种组合描述的特征并非都必须实现在一个相关实施方式中。

Claims (10)

1.用于机动车的电机装置(10)，所述电机装置包括：
-第一电机(22)，
-与该第一电机(22)连接的用于其供电的第一能量储存器(24)，
-第二电机(32)，
-与该第二电机(32)连接的用于其供电的第二能量储存器(34)，该第二能量储存器经由中间电路(39)与所述第一能量储存器(24)连接，以及
-连接到中间电路(39)中的具有两个负载连接端的两极的耦合元件(42)，该耦合元件允许将能量从所述第二能量储存器(34)传输到所述第一能量储存器(24)上并且能够防止能量从所述第一能量储存器(24)传输到所述第二能量储存器(34)上。
2.根据权利要求1所述的电机装置(10)，其特征在于，所述耦合元件(42)包括二极管(43)。
3.根据权利要求1所述的电机装置(10)，其特征在于，
所述耦合元件(44)包括二极管(43)以及与该二极管并联连接的功率晶体管(46)，并且
调节电路(70)设置用于以如下方式接通所述功率晶体管(46)以及接通负荷流，使得能量能从所述第一能量储存器(24)经由所述耦合元件(44)的功率晶体管(46)被传输到所述第二能量储存器(34)上。
4.根据上述权利要求之一所述的电机装置(10)，其特征在于，充电器(50)以与在所述第一能量储存器(24)和所述第二能量储存器(34)之间的所述耦合元件(42、44)并联的方式连接并且用作将能量从所述第二能量储存器(34)传输到所述第一能量储存器(24)上的DC/DC转换器，其中，所述充电器(50)用于为该电机装置(10)的能量储存器(24、34)充电并且包括：
-具有用于连接到供电网络上的第一端子(L、N)的初级侧(56)，
-具有用于连接到所述第二能量储存器(34)上的第二端子(51、52)的次级侧(58)，
-在其初级侧(56)上用于连接到所述第一能量储存器(24)上的第三端子(53、54)，以及
-用于以如下方式转换负荷流的调节电路(70)，使得通过第二端子(51、52)能量能从所述第二能量储存器(34)经由第三端子(53、54)被传输到所述第一能够储存器(24)上。
5.根据权利要求4所述的电机装置(10)，其特征在于，所述第三端子(53、54)和所述第一端子(L、N)集成为一个共同的端子。
6.根据权利要求4或5所述的电机装置(10)，其特征在于，切换装置(S1、S2)设置用于建立和分开在所述第一能量储存器(24)与所述充电器(50)的第三端子(53、54)之间的连接。
7.根据上述权利要求之一所述的电机装置(10)，其特征在于，所述第一能量储存器(24)是具有功率优化的电池的用于提供高功率的能量储存器，所述第二能量储存器(34)是具有能量优化的电池的用于提供高能量的能量储存器。
8.根据上述权利要求之一所述的电机装置(10)，其特征在于，所述充电器(50)这样设计，使得该充电器适合为设计成具有功率优化的电池的用于提供高功率的第一能量储存器(24)充电以及适合为设计成具有能量优化的电池的用于提供高能量的第二能量储存器(34)充电。
9.根据上述权利要求之一所述的电机装置(10)，其特征在于，所述充电器(50)适合为所述第一能量储存器(24)以及为所述第二能量储存器(34)充电至200至1000伏、优选260至400伏的电压。
10.机动车，其具有根据权利要求1至9之一所述的电机装置(10)。
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