CN111655532A - 用于电动车辆的电驱动系统和用于对电动车辆的储能装置以感应方式充电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实现一种用于电动车辆（F1）的电驱动系统（1），所述电驱动系统包括电机（EM），借助于所述电机可以驱动电动车辆（F1）的牵引驱动装置；储能装置（B），借助于所述储能装置（B）可以运行电机（EM）；逆变器装置（INV），储能装置（B）经由所述逆变器装置与电机（EM）连接；第一电感（L1），经由所述第一电感可以对储能装置（B）以感应方式充电，其中电机（EM）包括壳体（3），并且第一电感（L1）集成到壳体（3）中或直接布置在壳体（3）上；以及转换器装置（W），所述转换器装置与第一电感（L1）并且与储能装置（B）连接用于对储能装置（B）充电。

Description

用于电动车辆的电驱动系统和用于对电动车辆的储能装置以 感应方式充电的方法

技术领域

本发明涉及一种用于电动车辆的电驱动系统以及一种用于对电动车辆的储能装置以感应方式充电的方法。

背景技术

具有牵引驱动装置的电动车辆大多隔夜地被连接到230 V电网上用以对电池充电，其中电动机利用电池被驱动。充电通常借助于3 kW充电设备进行。为了充电，在传导充电过程情况下必须在电动车辆处使用插塞连接或将插塞连接插接到该电动车辆处。在借助于感应进行能量传输（无线充电）的情况下，可能的是放弃插塞连接，并且更简单地开始充电过程，其方式是，仅需要将感应线圈（次级线圈）准确地定位在为了充电确定的可变磁场（初级线圈）上方。为了以感应方式充电，通常使两个扁平的金属板（其上具有分别一个线圈）尽可能靠近在一起，其中经由在电动车辆处的线圈借助于感应对电池进行充电。为了能够更节省空间地和更简单地可操纵地将需要的电子部件（功率电子设备）、电动机、驱动轴（齿轮箱等）以及还有其他部件组合到组件中，越来越重视用于集成这些部件的趋势。以更高的集成等级，可以减少驱动系统中线缆和插头的数量。

在DE 10 2012 014 185 A1中描述了一种用于机动车的具有感应式能量传输模块的能量传输设备，其中，车辆侧的能量传输设备可以布置在前侧、后侧或中心。

发明内容

本发明实现根据权利要求1所述的用于电动车辆的电驱动系统和根据权利要求14所述的用于对电动车辆的储能装置以感应方式充电的方法。

优选的改进方案是从属权利要求的主题。

发明优点

本发明所基于的思想在于，说明一种用于电动车辆的电驱动系统，其中不仅用于对车辆中的电池以感应方式充电的车辆侧电感而且有利地其他电子部件可以直接被布置在电机处或共同集成在电轴中，以便实现集成式结构方式并且能够有利地减少线缆连接和插塞连接的所需数量。

根据本发明，用于电动车辆的电驱动系统包括：包括电机，借助于该电机可以驱动电动车辆的牵引驱动装置；储能装置，借助于该储能装置可以运行电机；逆变器装置，其中储能装置经由该逆变器装置与电机连接；第一电感，经由所述第一电感可以对储能装置以感应方式充电，其中电机包括壳体，并且第一电感集成到壳体中或直接布置在壳体处；以及转换器装置，所述转换器装置与第一电感并且与储能装置连接用于对储能装置充电。

电动车辆可以有利地是完全电动的车辆或部分电动的车辆，例如混合动力车辆（插电式混合动力（Plug-in-hybrid）），其包括可以感应方式充电的储能装置、有利地是牵引电池。牵引驱动装置有利地包括其他部件、例如齿轮箱、减速或增速装置（Übersetzungseinrichtungen）、对于驱动装置、发动机和转向装置需要的传感器装置以及控制装置、车载电网等。所提及的部件可以有利地大部分或总共地被集成到电动车辆的驱动轴中，例如集成到电轴中，由此有利地得出节省空间和紧凑的结构方式。

储能装置有利地包括电池，例如具有大于60V、例如400V或还更高（例如800V）的电压的高压电池。

有利地，第一电感包括具有铁心或板上的至少一个绕组的线圈，所述线圈可以被定位在有利地在充电站处的初级线圈的可变磁场中，用于对储能装置以感应方式充电。第一电感有利地包括用于以感应方式充电的次级线圈。初级线圈也可以包括板，所述板在充电时通常布置在电动车辆之下的地面区域中。

可以有利地经由逆变器装置将储能装置的能流转递给电机用于运行所述电机，其中，逆变器装置有利地包括开关装置，所述开关装置可以利用例如控制装置的调制信号被切换。逆变器装置有利地提供用于操控电机的三相（在集成状态下作为所谓的“附接逆变器（attached inverter）”或“eAxle+”）。

有利地，逆变器装置和转换器装置可以分别包括自己的壳体或者可以集成在另一结构部件的壳体中，由此可以有利地节省空间和连接元件（线缆、插头）。为了节省空间地构成电动车辆中的电驱动系统，将第一电感与电机一起安装，使得第一电感被装入、尤其是集成到电机的壳体中，或作为独立器件在上方、下方或侧向地被布置（旋紧、插装、固定）在电机的壳体处。

转换器装置、有利地包括AC-DC转换器的直流转换器装置（Gleichwandlereinrichtung）被确定用于将第一电感的交流信号（电流，电压）转换成直流信号（电流，电压），以便从而能够对储能装置充电。转换器装置可以有利地被适配于由储能装置所需的电压电平（60V、400V或更高）。转换器装置还可以有利地在相反的方向上起作用，并且例如将储能装置的直流电流（直流电压）转换为交流电流（交流电压），并且经由第一电感执行例如返回到电网中的能量传递。由此，有利地也可能的是，储能装置由能量运营商用作用于电流的中间存储器，所述中间存储器可以在其网络中有过剩电流的情况下有利地在储能装置中存储电流（例如隔夜，当车辆不被运行时，而电池为了充电挂在网络上）和/或在网络中有电流需求时可以使用储能装置作为能量源（如果车辆未行驶并且恰好挂在网络上，其中由车主出售能量也是可能的）。

第一电感也可以有利地直接布置在电机的壳体处。

根据电驱动系统的一种优选实施方式，逆变器装置布置在电子壳体中，该电子壳体直接布置在电机处。

电子壳体可以有利地被插装到电机的壳体上，由此可以有利地完全放弃两个壳体之间的线缆线路或引线。有利地，两个壳体只能通过插塞连接、有利以电和机械方式被连接。

根据电驱动系统的一种优选实施方式，电子壳体包括转换器装置。

出于节省空间的原因，转换器装置可以有利地与逆变器装置一起以所谓的“合租”方式布置在电子壳体中。在此情况下，两者的电子构件分别被布置在同一电路板上或在彼此分开的电路板上。电子壳体有利地仅包括用于储能装置的外部端子和用于第一电感的外部端子，其中有利地，每个外部端子分别包括插塞装置，有利地分别包括恰好一个插塞装置，所述插塞装置有利地在电子壳体的内部中与逆变器装置和/或与转换器装置连接。朝向电机，也可以通过插塞连接或具有在相应壳体处的仅一个端子的简单引线（母线）实现与电子壳体和电机壳体的连接。通过这样的布线（插接连接）可以有利地放弃相对于电机和储能装置用于逆变器装置和转换器装置的多个单独的插头和引线，以及节省空间和成本。可以有利地减少所需壳体的数量，并且可以有利地实现在线路敷设和线缆敷设方面的节省。可以有利地使用在感应式充电部件（转换器、线圈、壳体）和电驱动装置（电轴、电机、壳体、插头）之间的协同作用。

根据电驱动系统的一种优选实施方式，电子壳体直接布置在壳体上。

根据电驱动系统的一种优选实施方式，电机集成到电动车辆的电驱动轴中。

电子壳体可以有利地布置在电机的壳体的上侧或者横向地布置在一侧，其中电子壳体可以有利地插装到壳体上。在将电子壳体布置在壳体上之后，这两者有利地作为电驱动系统中的共同构件起作用，并且可以有利地集成到驱动轴、有利地电轴中。电轴是机械传动线路，有利地是直接与电机以机械方式连接的轴，使得电机可以将用于牵引驱动的力传输到该轴（传动线路）上。电轴和电动车辆的两个驱动轮布置于其上或者电动车辆的两个驱动轮与其连接的轴有利地彼此相同，或者通过齿轮箱偏转。通过将壳体安装到轴中，可以有利地在电动车辆中节省空间和结构部件。有利地，第一电感在下侧处（朝向车道和充电站处的初级线圈）集成到电轴中。

根据电驱动系统的一种优选实施方式，电驱动轴包括在电动车辆的前轴中和/或后轴中。

根据电驱动系统的一种优选实施方式，电子壳体包括插塞装置，借助于该插塞装置，储能装置与逆变器装置并且与转换器装置连接。

朝向储能装置，电子壳体有利地包括插塞装置、优选地仅唯一一个插塞装置，该插塞装置有利地能够实现与储能装置的端子或至该储能装置的引线的电和机械连接。通过该插塞装置有利地将逆变器装置和/或转换器装置与储能装置连接，以便从储能装置接收能流，或者如果电机作为发电机起作用并且回收（rekuperieren）能量至储能装置，则将能流发出给所述储能装置。在电机的回收模式中，逆变器装置可以有利地将电机的交流信号转换成直流信号，用以对储能装置充电。

根据电驱动系统的一种优选实施方式，所述电驱动系统包括控制装置，借助于所述控制装置可以控制逆变器装置和/或直流转换器装置。

该控制装置可以与逆变器装置和转换器装置分离地或者与所述逆变器装置和转换器装置中的至少一个共同地布置在壳体中，有利地布置在电子壳体中。有利地，控制装置利用调制信号操控逆变器装置和/或转换器装置，将其接通或关断并且在此操作逆变器装置和/或转换器装置中的开关装置。该控制装置有利地包括微控制器（机器的车载电网），并且还可以节省空间地以合租方式布置在电子壳体中，由此可以节省其他插头和引线。此外，用于逆变器装置和/或用于控制装置的电子壳体可以包括自己的电源作为低压供电装置。此外，转换器装置也可以在电子壳体中与低压供电装置连接。

根据电驱动系统的一种优选实施方式，所述电驱动系统包括用于电机和/或用于逆变器装置（INV）和/或用于转换器装置（W）的冷却系统。

根据电驱动系统的一种优选实施方式，电子壳体包括冷却系统。

电子壳体有利地包括例如用于冷却水的冷却接头（入口和出口），借助于所述冷却接头可以对电子壳体中的冷却系统进行供应。冷却系统有利地包括冷却循环线路，该冷却循环线路从逆变器装置延伸到转换器装置，并且再次从电子壳体延伸出，并且还有利地继续延伸到电机，并且然后再次从电轴引出。在此情况下，冷却系统有利地包括单个冷却系统（冷却循环线路）。

根据电驱动系统的一种优选实施方式，所述电驱动系统包括通信装置。

通信装置有利地用于向外（例如无线地）与另一控制装置、服务器、网络或其他控制系统进行通信，用以传输关于冷却水温度、发动机温度、充电状态等的信息。该通信装置可以有利地集成到电轴中、例如集成到电子壳体中。通过使用相同的冷却系统，可以有利地放弃多个冷却系统、多个输水管路的供给线和接头。

根据电驱动系统的一种优选实施方式，所述电驱动系统包括物体识别设备，借助于该物体识别设备在以感应方式充电期间可以识别在第一电感与用于以感应方式充电所需要的第二电感之间的异物。

物体识别设备可以有利地包括第一电感的区域中的传感器装置或用于在以感应方式充电时识别非典型电压变化的装置。物体识别设备可以有利地集成到电轴中，例如作为用于识别电子壳体中的非典型电压变化的装置，或者可以由控制装置包括。对于异物、导电材料或生物在以感应方式充电时处于（gerät）线圈（初级线圈和次级线圈）之间的情况，识别物体的存在，并且在线圈、储能装置或电子部件受损坏之前有利地结束充电。

根据电驱动系统的一种优选实施方式，第一电感布置在电机的下侧处。

由于与车辆的前部、后部或中部相比在驱动轴和地面之间的间距大多数更小，因此第一电感到电轴中、尤其是在电机下方的集成此外能够实现：第一电感可以特别靠近第二电感。

根据本发明，在用于对电动车辆的储能装置以感应方式充电的方法情况下，在方法步骤S1中提供根据本发明的电驱动系统。在另一方法步骤S2中，将电动车辆定位在第二电感上方，使得将第一电感定位在第二电感的磁场中。在方法步骤S3中，经由第一电感对储能装置以感应方式充电。

结合根据本发明的电驱动系统描述的特征有利地也适用于根据本发明的方法，并且反之亦然。

在充电位置，磁场具有足够的场强用于以感应方式充电。定位可以手动地或部分自动或完全自动地利用传感器进行。

根据该方法的一种优选实施方案，在方法步骤S3中，物体识别设备识别在第一电感和第二电感之间的磁场中的异物，并且紧接着结束感应充电。

在识别到异物时，例如可以通过控制装置中的算法通过所述控制装置结束感应充电，其方式是所述控制装置相应地操控转换器装置。

从借助于附图的以下描述中得出本发明的实施方式的其他特征和优点。

附图说明

下面根据在附图的示意图中说明的实施例更详细地阐述本发明。

图1示出根据本发明的一个实施例的用于电动车辆的电驱动系统的示意性侧视图；

图2示出具有电驱动系统的电驱动轴的图示；

图3以俯视图示出根据本发明的一个实施例的具有电驱动系统的电动车辆的示意图；

图4示出根据本发明的一个实施例的具有电驱动系统的电动车辆的示意性侧视图；和

图5示出根据本发明的方法的一个实施例的方法步骤的框图。

具体实施方式

在图中，相同的附图标记表示相同或功能相同的元件。

图1示出根据本发明的一个实施例的用于电动车辆的电驱动系统的示意性侧视图。

电机EM布置在壳体3中，所述壳体3可以有利地包括铸件。第一电感L1有利地作为具有线圈的板布置在电机EM的下侧2处，使得所述第一电感可以朝向初级线圈用于以感应方式充电。第一电感在此至少部分地集成到壳体3中，但是也可以从外部布置在壳体3上并且借助于电导体、例如铜线路（双箭头，其可以有利地成本低地实施）与电子壳体4连接。电导体有利地在电屏蔽式壳体3之内或在壳体之外伸展，并且在此本身具有电屏蔽（绝缘）。有利地，逆变器装置INV和转换器装置W一起作为合租布置在电子壳体4中，所述逆变器装置INV和转换器装置W借助于内部插接连接或电导体（母线（bus bars））与插塞装置5连接。第二转换器装置也可以有利地包括在电子壳体4中（未示出），所述第二转换器装置与逆变器装置连接，并且所述第二转换器装置可以在电机的再生模式中被使用用于对储能装置B充电。第二转换器装置也可以单独地布置并且布置在电子壳体4之外。插塞装置5经由引线（母线）或插头（箭头表示）将电子壳体4与储能装置B电连接。在电子壳体4的内部中，电导体（母线）将转换器装置W和逆变器装置INV与插塞装置5连接，其中两相端子分别有利地被敷设到转换器装置W和逆变器装置INV。具有壳体3和电子壳体4以及第一电感L1的电机有利地作为紧凑的电轴被安装在电驱动系统1中。电子壳体4此外包括冷却系统KS，所述冷却系统有利地延伸到逆变器装置INV的区域中以及直流转换器装置W的区域中。通过这种方式，可以减少插头、引线、冷却接头和壳体的数量。

图2示出具有电驱动系统的电驱动轴的图示。

将具有其中集成的电机EM的壳体3与驱动轴（传动线路（Strang））连接，有利地集成到所述驱动轴中，所述驱动轴被称为电轴EA。电子壳体4有利地直接（与引线或插接连接、Cu线路一起或作为Cu汇流排）被放置到壳体3上，并且出于节省空间的原因被构造成尽可能扁平的（flach）。

图3以俯视图示出根据本发明的一个实施例的具有电驱动系统的电动车辆的示意图。

电动车辆F1具有前轴V和后轴H，其中，电轴EA可以被集成到前轴V中和/或后轴H中。在图3的俯视图中在后轴H处可以看到电驱动系统1，该电驱动系统1包括具有电机EM的壳体3，其中电子壳体4布置在壳体3上。第一电感L1布置在壳体3之下，并且轴EA以及壳体3可以侧向地突出，但是也可以以平面方式小于或等于壳体3。

图4示出根据本发明的一个实施例的具有电驱动系统的电动车辆的示意性侧视图。

电动车辆F1具有集成到表示电轴EA的前轴V中的电驱动系统1。在以感应方式充电时，电动车辆F1被定位在第二电感L2上方，以便第一电感L1感知第二电感L2的磁场M（也相反地在将能量从储能装置B馈入到电网时，例如作为v2grid）。物体识别设备7位于第一电感L1的区域中，所述物体识别设备可以识别磁场M中的异物FO。在前轴V处具有电机EM和电子壳体4的壳体3集成到电轴EA中。控制装置SE和储能装置B以及通信装置KE（例如还有具有相应算法的物体识别设备）例如与轴线EA分离地布置在车辆F1中，并且也可以包括自己的壳体。可替代地，它们中的至少一些也可以被集成到电子壳体4中或电轴EA中。

图5示出根据本发明的方法的一个实施例的方法步骤的框图。

方法步骤S1、S2和S3有利地相继地被实施。

尽管以上已经根据优选实施例对本发明进行了完全描述，但是本发明不限于此，而是可以以各种各样的方式被修改。

Claims (15)

1.一种用于电动车辆（F1）的电驱动系统（1），所述电驱动系统包括：

-电机（EM），借助于所述电机可以驱动所述电动车辆（F1）的牵引驱动装置；

-储能装置（B），借助于所述储能装置可以运行所述电机（EM）；

-逆变器装置（INV），所述储能装置（B）经由所述逆变器装置与所述电机（EM）连接；

-第一电感（LI），经由所述第一电感（LI）可以对所述储能装置（B）以感应方式充电，其中所述电机（EM）包括壳体（3），并且所述第一电感（L1）集成到所述壳体（3）中或布置所述壳体中（3）处；和

-转换器装置（W），所述转换器装置与所述第一电感（L1）并且与所述储能装置（B）连接用以对所述储能装置（B）充电。

2.根据权利要求1所述的电驱动系统（1），其中，所述逆变器装置（INV）布置电子壳体（4）中，所述电子壳体直接布置在所述电机（EM）处。

3.根据权利要求2所述的电驱动系统（1），其中，所述电子壳体（4）包括所述转换器装置（W）。

4.根据权利要求2或3所述的电驱动系统（1），其中，所述电子壳体（4）直接布置在所述壳体（3）上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电驱动系统（1），其中，所述电机（EM）集成到所述电动车辆（F1）的电驱动轴（EA）中。

6.根据权利要求5所述的电驱动系统（1），其中，所述电驱动轴（EA）包括在所述电动车辆（F1）的前轴（V）中和/或后轴（H）中。

7.根据权利要求3或只要回引权利要求3则权利要求4中任一项所述的电驱动系统（1），其中，所述电子壳体（4）包括插塞装置（5），借助于所述插塞装置（5），所述储能装置（B）与所述逆变器装置（INV）并且与所述直流转换器装置（W）连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电驱动系统（1），所述电驱动系统包括控制装置（SE），借助于所述控制装置可以控制所述逆变器装置（INV）和/或所述转换器装置（W）。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电驱动系统（1），所述电驱动系统包括用于所述电机和/或用于所述逆变器装置（INV）和/或用于所述转换器装置（W）的冷却系统（KS）。

10.根据权利要求9，回引权利要求2、3或4所述的电驱动系统（1），其中，所述电子壳体（4）包括所述冷却系统（KS）。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的电驱动系统（1），所述电驱动系统包括通信装置（KE）。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的电驱动系统（1），所述电驱动系统包括物体识别设备（7），借助于所述物体识别设备在以感应方式充电时可以识别在所述第一电感（L1）和用于以感应方式充电所需要的第二电感（L2）之间的异物（FO）。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的电驱动系统（1），其中，所述第一电感（L1）布置在所述电机（EM）的下侧（2）处。

14.一种用对电动车辆（F1）的储能装置（B）以感应方式充电的方法，包括以下步骤：

S1）提供根据权利要求1至13中任一项所述的电驱动系统（1）；

S2）将所述电动车辆（F1）定位在第二电感（L2）上方，使得将所述第一电感（L1）定位在所述第二电感（L2）的磁场中；和

S3）经由所述第一电感（L1）对所述储能装置（B）以感应方式充电。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，在方法步骤S3中，物体识别设备（7）识别在所述第一电感（L1）和所述第二电感（L2）之间的磁场中的异物（FO），并且紧接着结束感应充电。

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