CN112572173A - 用于电动车的驱动系统和电动车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电动车的驱动系统（10），该驱动系统包括至少一个用于驱动所述电动车的牵引马达（25）、至少一个用于对所述至少一个牵引马达（25）进行操控的功率电子装置（31、32）、电池单元（11）以及燃料电池单元（12）。在此，在所述燃料电池单元（12）与所述至少一个功率电子装置（31、32）之间串联地连接了第一阻挡元件（41）和第二阻挡元件（42），并且/或者在所述电池单元（11）与所述至少一个功率电子装置（31、32）之间串联连接了第三阻挡元件和第四阻挡元件。本发明也涉及一种电动车，该电动车包括至少一个按本发明的驱动系统（10）。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电动车的驱动系统，该驱动系统包括至少一个用于驱动所述电动车的牵引马达、至少一个用于对所述至少一个牵引马达进行操控的功率电子装置、电池单元以及燃料电池单元。本发明也涉及一种电动车，该电动车包括按本发明的驱动系统。
背景技术
事实表明，在将来越来越多地使用用电来驱动的机动车。在用电驱动的机动车、比如电动车和混合动力车中使用能充电的电池单元，在此用于向电驱动机构供给电能。尤其具有锂-电池单池的电池单元适合于这样的应用情况。锂-电池单池的突出之处尤其在于高能量密度、热稳定性以及极小的自放电。多个这样的锂-电池单池彼此被电串联连接而且被电并联连接并且被连接成电池模块。一个电池单元包括多个这样的电池模块。
为了产生电能，已知燃料电池单元。一个燃料电池单元比如包括多个以燃料电池堆的形式来布置的燃料电池。燃料电池是一种电池，其将连续输送的燃料及氧化剂的化学的反应能转换为电能。燃料电池因此是电化学的能量转换器。对于已知的燃料电池来说，尤其将氢气（H2）和氧气（O2）转换为水（H2O）、电能和热。
所述类型的用于电动车的驱动系统除了电池单元以及燃料电池单元之外还包括驱动系。这样的驱动系具有用于驱动电动车的牵引马达以及用于操控牵引马达的功率电子装置。
在文件US 2014/175871 A1和DE 10 2013 225 262 A1中公开了燃料电池混合动力车的一种功率电网系统，该功率电网系统具有燃料电池和电动车电池。此外，设置了逆变器和驱动马达。在所述燃料电池与所述逆变器之间布置有反向阻挡的二极管，其防止反向电流流往所述燃料电池。
从文件US 2010/273072 A1和DE 11 2008 003 496 T5中已知一种用于电动车的燃料电池系统，该燃料电池系统尤其包括DC-DC-转换器、高压电池、燃料电池、变频器和行驶马达。在所述燃料电池与所述变频器之间在此设置了以反向电流阻止二极管的形式来构成的阻挡元件。所述反向电流阻止二极管防止在所述电动车的再生运行中电流从变频器流到燃料电池中。
面临电动车的越来越多的自动化的背景，产生了对于驱动系的新要求。在扩展阶段“fully automated driving（完全自动驾驶）（FAD）”中，不再设置任何用于乘客的干预可行方案，即使在紧急情况中也是如此。因此，也不再有必要的是，能够驾驶车辆的人员一同随车。不过，这种情况不再允许在自由路段上停留。儿童比如并不能在高速公路上使有故障的电动车安全。由此产生以下要求，即：所述电动车的驱动在驱动系统中存在单个故障时也得以保持。
发明内容
提出一种用于电动车的驱动系统。所述驱动系统包括至少一个用于驱动所述电动车的牵引马达。所述驱动系统也包括至少一个用于对所述至少一个牵引马达进行操控的功率电子装置。此外，所述驱动系统包括电池单元以及燃料电池单元。
所述燃料电池单元在此用于产生电能并且比如以燃料电池堆的形式来构成并且具有多个电串联连接的燃料电池。所述电池单元用于储存电能并且为此比如具有多个能再充电的、串联并且/或者并联连接的锂-电池单池。
所述至少一个功率电子装置包括逆变器或者倒相器。所述至少一个功率电子装置用于将由燃料电池单元以及由电池单元提供的直流电压转换成交流电压，所述至少一个牵引马达能够用所述交流电压来运行。
按照本发明，在所述燃料电池单元与所述至少一个功率电子装置串联连接了第一阻挡元件和第二阻挡元件，并且/或者在所述电池单元与所述至少一个功率电子装置之间串联连接了第三阻挡元件和第四阻挡元件。
“本发明的意义上的阻挡元件”在此是指一种电开关元件，该电开关元件能够允许朝至少一个方向的电流流动并且阻止朝至少一个方向的电流流动。所述阻挡元件比如能够是二极管，所述二极管允许朝一个方向的电流流动并且阻止朝相反的方向的电流流动。所述阻挡元件比如也能够是开关，该开关在闭合状态中允许朝两个方向的电流流动并且在断开状态中阻止朝两个方向的电流流动。
按照本发明的一种有利的设计方案，所述第一阻挡元件和/或第二阻挡元件被构造为二极管。所述第一阻挡元件和/或第二阻挡元件在此如此被连接，从而阻止了从所述至少一个功率电子装置朝所述燃料电池单元的电流流动。从所述燃料电池单元朝所述至少一个功率电子装置的电流流动在此则被允许。
按照本发明的另一种有利的设计方案，所述第一阻挡元件和/或第二阻挡元件被构造为能操控的开关。所述开关比如能够是半导体开关、尤其能够是晶体管。所述开关比如也能够是机电的继电器、尤其能够是接触器。
也能够考虑具有各种阻挡元件的驱动系统的设计方案。比如，所述第一阻挡元件能够被构造为二极管，并且所述第二阻挡元件能够被构造为能操控的开关。
按照本发明的另一种有利的设计方案，所述第三阻挡元件和/或第四阻挡元件被构造为二极管。所述第三阻挡元件和/或第四阻挡元件在此如此被连接，从而阻止了从所述至少一个功率电子装置朝所述电池单元的电流流动。从所述电池单元朝所述至少一个功率电子装置的电流流动在此则被允许。
按照本发明的另一种有利的设计方案，所述第三阻挡元件和/或第四阻挡元件被构造为能操控的开关。所述开关比如能够是半导体开关、尤其能够是晶体管。所述开关比如也能够是机电的继电器、尤其能够是接触器。
也能够考虑具有各种阻挡元件的驱动系统的设计方案。比如所述第三阻挡元件能够被构造为二极管，并且所述第四阻挡元件能够被构造为能操控的开关。
按照本发明的一种有利的拓展方案，所述驱动系统具有第一功率电子装置和第二功率电子装置。此外，所述至少一个牵引马达具有三个绕组。在此，所述牵引马达的三个绕组与第一功率电子装置并且与第二功率电子装置电连接。
优选所述第一功率电子装置和第二功率电子装置在此形成多电平变换器。这样的多电平变换器也被称为“Dual-Two-Level-Inverter（双重-二电平-倒相器）”并且被称为“M-Quadro-Inverter（M-Quadro-倒相器）”。多电平变换器的构造和功能为本领域的技术人员所熟知并且比如在文件US 7,199,535 B2中得到了描述。
按照一种有利的设计方案，所述至少一个功率电子装置能够如此与电负载相连接，使得电能能够由所述至少一个功率电子装置输送给电负载。所述电负载比如能够是电加热器。在所述电池单元的充电状态如此之高以至于不能进行进一步充电时，通过所述牵引马达中的再生而产生的电能尤其能够被输送给所提到的电负载。
按照另一种有利的设计方案，所述至少一个功率电子装置如此与直流电压变换器相连接，使得电能能够由所述至少一个功率电子装置来输送给所述直流电压变换器。所述直流电压变换器比如与电动车的车载电路相连接，所述车载电路具有有偏差的额定电压。在所述电池单元的充电状态如此之高以至于不能进行进一步充电时，通过所述牵引马达中的再生而产生的电能尤其能够被输送给所提到的直流电压变换器。
也提出一种电动车，该电动车包括至少一个按本发明的驱动系统。
本发明的优点，所述按本发明的用于电动车的驱动系统尤其容许故障。在所述驱动系统的组件失灵时，所述驱动系统尽管如此至少能够暂时地继续运行。如果所述电池单元失灵，则所述燃料电池单元能够提供电能。如果所述燃料电池单元失灵，则所述电池单元能够提供电能。
如果被构造为二极管的阻挡元件完全熔融（durchlegiert）、也就是代表着电短路，则另一个阻挡元件被串联连接并且能够阻挡不受欢迎的电流流动。如果阻挡元件有缺陷并且代表着电中断，则所属的电池单元或者燃料电池单元失灵。如已经提到的那样，在这种情况下相应另一个单元能够提供电能。如果辅助直流电压变换器完全熔融、也就是代表着电短路，则一个阻挡元件被串联连接并且能够阻止不受欢迎的电流流动。如果辅助直流电压变换器有缺陷并且代表着电中断，则所属的电池单元或者燃料电池单元失灵。如已经提到的那样，在这种情况下相应另一个单元能提供电能。
如果设置了第一功率电子装置和第二功率电子装置，则也能够在一个功率电子装置失灵时用另一个功率电子装置来继续运行所述牵引马达。在此，特别有利的并且有效的是多电平变换器，该多电平变换器也被称为“Dual-Two-Level-Inverter”并且被称为“M-Quadro-Inverter”并且该多电平变换器包括第一功率电子装置和第二功率电子装置。
附图说明
借助于附图和以下说明对本发明的实施方式进行详细解释。其中：
图1示出了按照第一种实施例的用于电动车的驱动系统的示意图；
图2示出了按照第二种实施例的用于电动车的驱动系统的示意图；
图3示出了按照第三种实施例的用于电动车的驱动系统的示意图；
图4示出了按照第四种实施例的用于电动车的驱动系统的示意图
图5示出了按照第五种实施例的用于电动车的驱动系统的示意图；
图6示出了按照第六种实施例的用于电动车的驱动系统的示意图；
图7示出了按照第七种实施例的用于电动车的驱动系统的示意图；
图8示出了按照第八种实施例的用于电动车的驱动系统的示意图；并且
图9示出了按照第九种实施例的用于电动车的驱动系统的示意图。
具体实施方式
在以下对本发明的实施方式所作的说明中，相同的或者类似的元件用相同的附图标记来表示，其中在单个情况中放弃对于这些元件的重复描述。附图仅仅示意性地示出了本发明的主题。
图1示出了按照第一种实施例的用于电动车的驱动系统10的示意图。所述驱动系统10包括用于驱动电动车的第一牵引马达25。所述驱动系统10也包括用于操控第一牵引马达25的第一功率电子装置31。此外，所述驱动系统10包括用于储存电能的电池单元11以及用于产生电能的燃料电池单元12。
所述第一功率电子装置31被连接到高压电网70上。此外，逆变器63被连接到所述高压电网70上，所述逆变器用于给辅助驱动装置65供电。所述辅助驱动装置65比如是空调设备的压缩机。
在所述燃料电池单元12与所述第一功率电子装置31之间连接了第一阻挡元件41。所述第一阻挡元件41在此被构造为二极管并且如此被连接，从而阻止了从所述第一功率电子装置31朝所述燃料电池单元12的电流流动并且允许从所述燃料电池单元12朝所述第一功率电子装置31的电流流动。
在所述电池单元11与所述第一功率电子装置31之间串联连接了第三阻挡元件43、第一辅助直流电压变换器61以及第四阻挡元件44。所述第三阻挡元件43在此被构造为能操控的开关。所述第四阻挡元件44被构造为二极管并且如此被连接，从而阻止了从所述第一功率电子装置31朝所述电池单元11的电流流动并且允许从所述电池单元11朝所述第一功率电子装置31的电流流动。
图2示出了按照第二种实施例的用于电动车的驱动系统10的示意图。按照第二种实施例的驱动系统10在很大程度上相当于按照第一种实施例的驱动系统10。下面尤其对区别进行探讨。
在所述电池单元11与所述第一功率电子装置31之间串联连接了第三阻挡元件43、第一辅助直流电压变换器61和第四阻挡元件44。所述第三阻挡元件43在此被构造为能操控的开关。所述第四阻挡元件44同样被构造为能操控的开关。
图3示出了按照第三种实施例的用于电动车的驱动系统10的示意图。按照第三种实施例的驱动系统10在很大程度上相当于按照第一种实施例的驱动系统10。下面尤其对区别进行探讨。
在所述燃料电池单元12与所述第一功率电子装置31之间连接了第二辅助直流电压变换器62和被构造为二极管的第一阻挡元件41。所述第一阻挡元件41在此如此被连接，从而阻止了从所述功率电子装置31朝所述燃料电池单元12的电流流动并且允许从所述燃料电池单元12朝所述第一功率电子装置31的电流流动。
图4示出了按照第四种实施例的用于电动车的驱动系统10的示意图。按照第四种实施例的驱动系统10在很大程度上相当于按照第二种实施例的驱动系统10。下面尤其对区别进行探讨。
在所述燃料电池单元12与所述第一功率电子装置31之间连接了第二辅助直流电压变换器62和第一阻挡元件41。所述第一阻挡元件43在此被构造为能操控的开关。
图5示出了按照第五种实施例的用于电动车的驱动系统10的示意图。按照第五种实施例的驱动系统10在很大程度上相当于按照第三种实施例的驱动系统10。下面尤其对区别进行探讨。
所述驱动系统10包括用于驱动电动车的第一牵引马达25和第二牵引马达26。所述驱动系统10也包括用于对第一牵引马达25进行操控的第一功率电子装置31以及用于对第二牵引马达26进行操控的第二功率电子装置32。
所述第一功率电子装置31通过被构造为能操控的开关的第二阻挡元件42被连接到高压电网70上。由此在所述燃料电池单元12与所述第一功率电子装置31之间串联连接了第一阻挡元件41和第二阻挡元件42。
所述第二功率电子装置32通过被构造为能操控的开关的第五阻挡元件45被连接到高压电网70上。由此在所述燃料电池单元12与所述第二功率电子装置32之间串联连接了第一阻挡元件41和第五阻挡元件45。
图6示出了按照第六种实施例的用于电动车的驱动系统10的示意图。所述驱动系统10包括用于储存电能的电池单元11和用于产生电能的燃料电池单元12。所述电池单元11包括负端子15和正端子16。所述燃料电池单元12同样包括负端子15和正端子16。
所述驱动系统10包括用于驱动电动车的第一牵引马达25。所述牵引马达25具有第一绕组21、第二绕组22和第三绕组23。所述驱动系统10此外包括用于对第一牵引马达25进行操控的第一功率电子装置31和第二功率电子装置32。所述第一功率电子装置31和第二功率电子装置32在此形成多电平变换器。
所述第一功率电子装置31被连接到高压电网70上。在此，所述燃料电池单元12与第一功率电子装置31电连接，并且所述电池单元11与第二功率电子装置32电连接。所述燃料电池单元12和电池单元11能够分别提供用于运行牵引马达25的电能。
所述第一牵引马达25的绕组21、22、23中的每个绕组在此与第一功率电子装置31并且与第二功率电子装置32电连接。所述第一功率电子装置31具有多个能操控的、比如被构造为MOSFET的开关晶体管T1、T2、T3、T4、T5、T6。所述第二功率电子装置32具有多个能操控的、比如被构造为MOSFET的开关晶体管T7、T8、T9、T10、T11、T12。
通过对于所提到的开关晶体管T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11、T12的相应的操控，所述第一牵引马达25的绕组21、22、23中的每个绕组能够与所述电池单元11的负端子15及正端子16并且与所述燃料电池单元12的负端子15及正端子16电连接。
在所述燃料电池单元12的正端子16与所述第一功率电子装置31之间连接了第一阻挡元件41和第二阻挡元件42。所述第一阻挡元件41和第二阻挡元件42在此相应地被构造为二极管并且如此被连接，从而阻止了从所述第一功率电子装置31朝所述燃料电池单元12的电流流动并且允许从所述燃料电池单元12朝所述第一功率电子装置31的电流流动。
图7示出了按照第七种实施例的用于电动车的驱动系统10的示意图。按照第七种实施例的驱动系统10在很大程度上相当于按照第六种实施例的驱动系统10。下面尤其对区别进行探讨。
在所述燃料电池单元12的正端子16与所述第一功率电子装置31之间连接了第一阻挡元件41和第二阻挡元件42。所述第一阻挡元件41在此被构造为能操控的开关。所述第二阻挡元件42被构造为二极管并且如此被连接，从而阻止了从所述第一功率电子装置31朝所述燃料电池单元12的电流流动并且允许从所述燃料电池单元12朝所述第一功率电子装置31的电流流动。
图8示出了按照第八种实施例的用于电动车的驱动系统10的示意图。按照第八种实施例的驱动系统10在很大程度上相当于按照第六种实施例的驱动系统10。下面尤其对区别进行探讨。
电负载51通过开关52被连接到所述高压电网70上。通过所述开关52的闭合，所述第一功率电子装置31能够与所述电负载51相连接。所述电负载51在此是电加热器。在所述电池单元11的充电状态如此之高以至于不能进行进一步充电时，通过所述第一牵引马达25中的再生而产生的电能尤其能够被输送给所述电负载51。
图9示出了按照第九种实施例的用于电动车的驱动系统10的示意图。按照第九种实施例的驱动系统10在很大程度上相当于按照第六种实施例的驱动系统10。下面尤其对区别进行探讨。
直流电压变换器53被连接到所述高压电网70上。所述第一功率电子装置31由此通过高压电网70与直流电压变换器53相连接。所述直流电压变换器53在此与电动车的车载电路相连接，所述车载电路具有有偏差的额定电压。在所述电池单元11的充电状态如此之高以至于不能进行进一步充电时，通过所述第一牵引马达25中的再生而产生的电能尤其能够被输送给所述直流电压变换器53。
本发明不局限于这里所描述的实施例和在其中所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求所说明的范围之内能够产生大量的处于本领域技术人员的处理范围内的改动方案。
Claims (10)
1.用于电动车的驱动系统（10），包括：
至少一个用于驱动所述电动车的牵引马达（25、26）；
至少一个用于对所述至少一个牵引马达（25、26）进行操控的功率电子装置（31、32）；
电池单元（11）以及燃料电池单元（12）；
其特征在于，
在所述燃料电池单元（12）与所述至少一个功率电子装置（31、32）之间串联连接了第一阻挡元件（41）和第二阻挡元件（42），并且/或者在所述电池单元（11）与所述至少一个功率电子装置（31、32）之间串联连接了第三阻挡元件（43）和第四阻挡元件（44）。
2.根据权利要求1所述的驱动系统（10），其特征在于，
所述第一阻挡元件（41）和/或所述第二阻挡元件（42）被构造为二极管并且如此被连接，从而阻止了从所述至少一个功率电子装置（31、32）朝所述燃料电池单元（12）的电流流动。
3.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统（10），其特征在于，
所述第一阻挡元件（41）和/或所述第二阻挡元件（42）被构造为能操控的开关。
4.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统（10），其特征在于，
所述第三阻挡元件（43）和/或所述第四阻挡元件（44）被构造为二极管并且如此被连接，从而阻止了从所述至少一个功率电子装置（31、32）朝所述电池单元（11）的电流流动。
5.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统（10），其特征在于，
所述第三阻挡元件（43）和/或所述第四阻挡元件（44）被构造为能操控的开关。
6.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统（10），其特征在于，
所述至少一个牵引马达（25、26）具有三个绕组（21、22、23），所述三个绕组与第一功率电子装置（31）并且与第二功率电子装置（32）相连接。
7.根据权利要求6所述的驱动系统（10），其特征在于，
所述第一功率电子装置（31）和所述第二功率电子装置（32）形成多电平变换器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统（10），其特征在于，
所述至少一个功率电子装置（31、32）能够如此与电负载（51）相连接，使得电能能够由所述至少一个功率电子装置（31、32）输送给所述电负载（51）。
9.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统（10），其特征在于，
所述至少一个功率电子装置（31、32）如此与直流电压变换器（53）相连接，使得电能能够由所述至少一个功率电子装置（31、32）来输送给所述直流电压变换器（53）。
10.电动车，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统（10）。
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