CN116614050A - 电路装置、电动动力装置和机动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行电机(3)的电路装置，该电路装置包括逆变器电路(5)、激励电路(6)和冷却装置(20)，其中，激励电路(6)由至少一个电路模块(17)形成，其中，电路模块(17)与冷却装置(20)热耦合并且具有与逆变器电路(5)连接的、设计用于给逆变器电路(5)的至少一个蓄能器(26)放电的放电电路(13)。

Description

电路装置、电动动力装置和机动车

技术领域

本发明涉及一种用于运行电机的电路装置，该电路装置包括逆变器电路、激励电路和冷却装置，其中，激励电路由至少一个电路模块形成，并且电路模块与冷却装置热耦合。此外，本发明涉及一种电动动力装置/电动动力设备和一种机动车。

背景技术

混合动力车辆和具有纯电动动力装置的机动车通常包括高压车载电网，通过该高压车载电网为机动车的不同的电力电子部件供电。这些电力电子部件例如可以是驱动转换器、用于将高压车载电网的电压转换为较低的电压的直流电压转换器、机动车的车载充电器、电动空调压缩机和/或电加热器。这些部件通过高压车载电网从机动车的高压蓄能器、例如动力电池馈电。在电动车辆中，在高压车载电网中的直流电压例如在350V或860V之间。

出于使用安全和功能安全的原因，在高压车载电网的每个具有用于过滤电磁干扰的高压中间电路电容器或X电容器的部件中，必须设置用于主动放电的电路，因为这些电容器的电压电平原则上可以对应于高压车载电网的电压。例如当机动车的高压车载电网停止运行时或当出现需要切断高压车载电网的故障时，通过这种用于主动放电的电路可以给电容器放电。

用于主动放电的电路通常由开关、例如晶体管和欧姆电阻构成，在电容器中存储的电能通过该欧姆电阻在放电期间被转化为热。这降低了中间电路电容器处的电压，使得该电压在短的时间段内、特别是在预定的放电时间内可以降低到例如对于触摸无害的电平，或可以降低至要达到的最小电压电平。

由于在机动车车载电网中出现的高的中间电路电压和为了达到预定的放电时间所需的高的放电功率，用于放电的电阻通常必须设计为非常坚固的或可负载的，以便可以在放电期间承受可能很高的热负载。这导致的是，可用于放电的电阻通常是比较大的，并且因此可能占用相当大的结构空间。在此，这特别也涉及下述的电路装置，其应该对用于运行电机的电路中的蓄能器进行放电。为此，从现有技术已知了不同的电路装置。

在DE 10 2018 201 321 A1中描述了一种用于运行由电机和整流器构成的装置的方法。在此，在中间电路电容上存在的电压由被监控的尺寸表征，其中，当被监控的尺寸超过预定的阈值时，来自中间电路的电能被转移到位于装置中的至少一个负载电阻中，以便减小被监控的尺寸或在中间电路电容上存在的电压。

EP 2 556 982 A1描述了一种用于对电力电路中的主电容器进行放电的放电装置。在此，除了放电晶体管之外，放电电路还包括电阻，该电阻用于将要放电的电能转换为热。

由DE 10 2012 218 604 A1已知一种用于对电能存储器进行放电的电路装置和一种具有这种电路装置的变流器。在此，放电电路和其他的存在高电压的部件一体地集成在电路构件中。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种改进的电路装置，该电路装置特别能够改进地提供用于使电路装置的逆变器电路的蓄能器放电的可能性。

为了实现该目的，根据本发明，在上述类型的电路装置中规定，电路模块具有与逆变器电路连接的、设计用于使逆变器电路的至少一个蓄能器放电的放电电路。

电路装置特别用于运行电机。为此，逆变器电路例如可以与电机的定子连接，并且电路装置的激励电路例如可以与电机的转子连接。以这种方式，通过电路装置特别可以运行他励的电机。

激励电路在此与电路装置的冷却装置热耦合用以限制其发热，使得在激励电路的运行中产生的热可以通过冷却装置导出。逆变器电路还可以与冷却装置热耦合，使得在运行时在逆变器电路中产生的热也可以通过冷却装置导出。激励电路由至少一个电路模块形成，其中，用于热耦合的电路模块例如可以与冷却装置直接接触。此外，电路模块经由至少一种导热介质、例如导热膏、导热垫等的连接也是可能的。

除了为了实现激励电路所需的部件之外，电路模块还包括放电电路，通过该放电电路可以对逆变器电路的至少一个蓄能器进行放电。由于电路模块与冷却装置的热连接，有利地也发生放电电路与冷却装置的热连接。以该方式，也就可以通过冷却装置对放电电路的部件进行特别主动的冷却，使得放电电路或其部件在放电过程期间有利地仅遭受更少的加热。换句话说，通过将放电电路集成到激励电路的与冷却装置耦合的电路模块中可以实现放电电路的有效的冷却。

相比于常规的放电电路——其例如利用离散的结构元件在单独的电路板上实现并且因此例如必须通过空气中的自由的对流来冷却，可以有利地实现放电电路的改进的冷却。特别地，因为在包括逆变器电路的电路装置中，冷却通常仅能够通过电力电子单元内部的具有比较高的环境温度的空气来实现，所以有利地实现放电电路的冷却的明显的改进。

放电电路与冷却装置的连接还具有以下优点，即，即使在直接连续的多个放电过程中——在所述多个放电过程中在短的时间段内将大量的电能转换为热，也可以使放电电路的发热最小化，从而特别可以改进放电电路和进而整个电路装置的稳定性和使用寿命。

有利地，还可以通过充电电路与冷却装置的连接来减小放电电路中的用于放电的放电电阻的尺寸和/或数量。由此，有利地可以避免放电电阻的高的材料和制造成本。特别能够实现，为了放电，将仅一个单独的、尺寸设计得比较小的放电电阻安装在放电电路中。在放电电阻的更少数量的情况下，也可以有利地减少为了开关放电电阻所需的操控半导体的数量，这还对材料的成本和制造放电电路的成本产生有利的影响。

降低了电路装置的制造和安装的成本。有利地不再需要例如在电路装置的壳体中的电路板的装配和/或一个或多个放电电阻的螺纹连接，使得可以降低构造和连接技术的成本、特别是放电电阻的机械和/或电连接的成本。

通过放电电路与电路装置的冷却装置的冷却连接，也可以有利地避免放电电路或其部件由于差的冷却连接导致的尺寸过大。有利地，因此可以明显减小放电电路，并且因此在其结构空间需求方面得到优化，特别因为可以使用更小的放电电阻。

除了用于充电电路的放电电阻的更少的集成花费之外，由于放电电路的主动冷却，也仅需要放电电路或其部件的更小的热质量。总体而言，因此可以有利地减小结构空间需求或放电电路的和进而电路装置的尺寸。

放电电路的更小的发热此外导致，可以减少放电电路或其部件向电路装置的其他的电气部件、例如激励电路和/或逆变器电路中的热输入。这特别可以对电路装置的电气部件的预期的使用寿命产生有利的影响。

在放电电路充分冷却时，还可以有利地放弃用于监控放电电路或其放电电阻的温度测量。这还具有以下优点，即，也不再需要温度测量的过滤和/或抗干扰措施。

根据本发明可以规定，放电电路包括至少一个开关元件和至少一个放电电阻，和/或激励电路包括至少一个全桥或至少两个串联电路，串联电路分别由至少一个开关元件和至少一个二极管构成。

放电电路特别可以包括由开关元件和放电电阻构成的一个或多个串联电路。这些串联电路在此特别可以与要放电的蓄能器并联连接，从而在开关元件闭合时，通过开关元件和放电电阻使要放电的蓄能器短路。除了使用单个放电电阻以外，放电电路还可以具有多个放电电阻的串联电路和/或并联电路，这些放电电阻可以通过一个或多个开关元件特别与要放电的蓄能器并联连接。

激励电路特别可以包括全桥或至少两个串联电路，串联电路分别由至少一个开关元件和至少一个二极管构成。在此，要通电的子电路、例如他励的电机的转子绕组例如可以连接到作为准半桥连接的开关元件和二极管的桥支路中。

在本发明的一个优选的设计方案中可以规定，电路模块包括电路板，放电电路和激励电路形成在该电路板上，和/或电路模块包括壳体，在该壳体内布置有放电电路和激励电路，和/或电路模块包括半导体构件，其形成、是或包括放电电路和/或激励电路。

电路模块可以包括电路板，用于形成放电电路和激励电路的构件布置在电路板上。对此附加地或替代地，电路模块可以包括包围放电电路和激励电路的壳体。也可能的是，电路模块设计为半导体构件或包括半导体构件，通过该半导体构件形成放电电路和激励电路。

电路模块可以具有冷却表面，该冷却表面例如形成在电路板的侧面或壳体和/或半导体构件的侧面上。电路模块可以通过该冷却表面热连接到冷却装置，例如在使用能导热的中间层、例如导热膏、导热垫等的情况下热连接到冷却装置。以该方式，在电路模块中产生的热——其在激励电路运行时或在放电电路运行时产生——被从电路模块导出并且因此特别也被从放电电路的部件导出。

根据本发明可以规定，冷却装置设计为特别是可被冷却介质流过的散热器。例如，冷却装置可以具有一个或多个接头，在冷却装置内部形成的冷却通道可以通过该接头与冷却回路连接。冷却装置例如可以由金属制成，并且具有一个或多个侧面，电路装置的待冷却的部件、例如电路模块布置在该侧面上。

在本发明的一个优选的设计方案中可以规定，逆变器电路包括至少一个功率模块，其中，功率模块与冷却装置热耦合。逆变器电路的功率模块例如可以设计为半桥模块，其中，逆变器电路可以包括多个这样的半桥模块、例如三个半桥模块，用于形成单相或多相的、优选三相的逆变器。类似于电路模块地，逆变器电路的至少一个功率模块也可以与冷却装置热耦合，使得在逆变器电路的运行中产生的热也可以被输出到冷却装置。

根据本发明可以规定，至少一个功率模块和电路模块并排布置在冷却装置的冷却表面上。在包括多个功率模块的逆变器电路中，多个功率模件和电路模块例如可以以一列的形式布置在冷却装置的冷却表面上。以该方式实现电路装置的紧凑的和坚固的结构。

在本发明的一个优选的设计方案中可以规定，逆变器电路的蓄能器是电容器。电容器例如可以是逆变器电路的直流电压中间电路中的电容器或包括所谓的中间电路电容器。电容器特别可以作为X电容器布置在逆变器电路中。为了使电容器放电，放电电路可以与电容器并联连接，使得存储在电容器中的电能可以通过放电电路转换成热。逆变器电路特别可以具有多个这样的、特别相互并联连接的电容器作为可通过放电电路放电的蓄能器。

对于根据本发明的电动动力装置规定，其包括电机和根据本发明的电路装置，其中，电机的定子绕组与逆变器电路连接，并且电机的转子绕组与激励电路连接。

电机在此特别设计为他励的电机、例如他励的同步电机。通过电路装置的逆变器电路，电机的定子绕组可以被通电，其中，电机的转子绕组可以相应通过激励电路通电。以该方式，电机可以在马达运行中通过电路装置运行。此外可能的是，在电机的发电机运行中，由电机产生的交流电流通过逆变器电路转换为直流电流。

对于根据本发明的机动车规定，其包括至少一个根据本发明的电动动力装置。

在本发明的一个优选的设计方案中可以规定，电动动力装置的电机是机动车的动力电机。可能的是，机动车包括两个或更多个电动动力装置，其中，它们的电机特别分别形成机动车的动力电机。

在上面关于根据本发明的电路装置描述的所有优点和设计方案也相应适用于根据本发明的电动动力装置以及根据本发明的机动车，反之亦然。

此外，关于根据本发明的机动车描述的所有优点和设计方案也适用于电动动力装置和根据本发明的电路装置，反之亦然。

附图说明

本发明的其他的优点和细节由下面描述的实施例并且根据附图得到。这些附图是示意图并且示出：

图1示出根据本发明的机动车的实施例，其包括电动动力装置的实施例，

图2示出电路装置的实施例的电路图，

图3示出根据本发明的电路装置的俯视图。

具体实施方式

在图1中示出机动车1的实施例。机动车1包括电动动力装置2，该电动动力装置包括电机3和电路装置4。例如，电机3设计为他励的同步电机并且形成机动车1的动力电机。

电路装置4用于运行电机3并且为此包括逆变器电路5和激励电路6。逆变器电路5在此与电机3的定子的定子绕组7连接。当前，定子绕组7例如可以是三相的，并且通过形成或包括三相逆变器的逆变器电路5通电。

电路装置4的激励电路6与电机3的转子的转子绕组8连接。以该方式，转子绕组8可以通过电路装置4或激励电路6通电。电路装置4、特别是逆变器电路5和激励电路6与机动车1的蓄能器9连接。通过例如设计为机动车1的动力电池的蓄能器9，可以提供直流电流，该直流电流通过逆变器电路5转换为当前的三相交流电流，用于为定子7通电。

通过激励电路6，从蓄能器9获得的直流电流可以用于为转子8通电，从而电机3可以在马达运行中运行。此外可能的是，经由电路装置4，特别是通过逆变器电路5，也将在发电机运行中由电机3产生的交流电流转换为直流电流，并且例如将其用于给蓄能器9充电。

图2示出电路装置4的电路图。逆变器装置5当前包括设计为三相B6桥式整流器的逆变器，其由三个半桥10、11、12形成。例如，半桥10、11、12可以分别由单个功率模块形成。

逆变器电路5通过利用HV+和HV-表示的接头与蓄能器9连接。通过逆变器电路5，在电机3的马达运行中产生具有相U、V、W的三相交流电流，其用于为电机3的定子绕组7通电。逆变器电路还可以具有驱动电路(未示出)和/或用于操控驱动电路和/或半桥10、11、12的控制装置(未示出)。

逆变器电路5的直流电流侧与激励电路6和电路装置4的放电电路13连接，所述激励电路用于为电机3的转子绕组8通电。放电电路13包括开关元件14和放电电阻15。在此，开关元件14和放电电阻15串联连接。

由开关元件14和放电电阻15构成的串联电路与逆变器电路5的多个设计为电容器16的蓄能器26并联连接，从而电容器16可以通过放电电路13放电。所示的总共四个电容器16的数量在此纯粹是示例性的，逆变器电路5也可以具有不同数量的电容器16。电容器16例如分别设计为中间电路电容器或X电容器，并且为此位于逆变器电路5的直流电流子网络中或位于由半桥10、11、12形成的逆变器的直流电流侧上。

当前，放电电路13和激励电路6设计为公共的电路模块17。激励电路6包括两个串联电路，这两个串联电路分别由开关元件18和二极管19构成，该激励电路设计为准半桥，从而电机3的转子8的绕组可以通过它通电。

机动车1的车载电网——其包括蓄能器9和电路装置4——特别是高压车载电网，其可以具有例如在350V至860V之间的高电压。因为蓄能器9的电压相应存在于逆变器电路5的接头HV+和HV-上，所以电压也在电容器16上下降，特别是当电容器充满电时。

因为这样的电压远高于允许的电压电平、例如在60V以下的防触电的低电压，所以需要在机动车1的运行结束时或在出现故障时通过放电电路13给电容器16放电。为此，放电电路13的开关元件14可以闭合，使得电容器16分别通过放电电阻15短路并且因此放电。

图3示出电路装置4的俯视图。电路装置4包括冷却装置20，电路模块17和三个功率模块21布置在该冷却装置上，所述功率模块分别形成逆变器电路5的半桥10、11、12之一。功率模块21分别包括功率接头22，用于提供可经由逆变器电路5产生的交流电流的相U、V、W。此外，功率模块21包括多个功率端子23、24，通过这些功率端子特别可以提供DC+和DC-接头，用于将功率模块21与电容器16连接。

电路装置4的冷却装置20设计为可被冷却介质流过的散热器。为此，冷却装置可以包括一个或多个冷却通道(未示出)，冷却通道在其内部延伸，并且来自冷却装置20的热可以通过该冷却通道借助于冷却介质导出。

冷却装置20可以包括一个或多个接头(未示出)，在其内部延伸的冷却通道可以通过该接头与冷却回路、特别是机动车1的冷却回路连接。以该方式可以对布置在冷却装置20上的部件进行主动冷却。

冷却装置20包括冷却表面25，功率模块22和电路模块17布置在该冷却表面上，电路模块形成激励电路6和放电电路13。由于电路模块17直接布置在冷却装置20上，所以能够实现将热从放电电路13、特别是从放电电路13的放电电阻15有效地导出。

功率模块21和电路模块17与冷却装置20热耦合。为此，例如，功率模块22和电路模块17可以分别具有冷却表面，该冷却表面布置成与冷却装置20的冷却表面25直接接触。可能的是，在电路模块17或功率模块22的冷却表面与冷却装置20的冷却表面25之间分别布置有能导热的介质、例如导热膏或导热垫，以便减小热过渡电阻，并且因此实现将热更好地导出到冷却装置20中。

电路模块17例如可以包括电路板，在该电路板上形成放电电路13和激励电路6。对此附加地或替代地，电路模块17可以包括壳体，放电电路13和激励电路6布置在该壳体内。对此附加地或替代地，电路模块17可以是或包括半导体构件，其中，放电电路13和激励电路6由半导体构件形成。

在所有的变型方案中，如上所述，电路模块17可以经由冷却表面、例如电路板的侧面或壳体和/或半导体构件的侧面与冷却装置20热耦合，以便实现将热从激励电路6和放电电路13导出。在此特别地，放电电阻15可以布置或形成在电路模块17中，使得在电容器16放电时在电路模块中产生的热可以直接通过电路模块17的冷却表面导出。原则上可能的是，除了电容器16以外还通过放电电路13给逆变器电路5的其他的蓄能器26放电。

Claims (10)

1.一种用于运行电机(3)的电路装置，所述电路装置包括逆变器电路(5)、激励电路(6)和冷却装置(20)，其中，激励电路(6)由至少一个电路模块(17)形成，其中，所述至少一个电路模块(17)与冷却装置(20)热耦合并且具有与逆变器电路(5)连接的、设计用于给逆变器电路(5)的至少一个蓄能器(26)放电的放电电路(13)。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，放电电路(13)包括至少一个开关元件(14)和至少一个放电电阻(15)，和/或激励电路(6)包括至少一个全桥或至少两个串联电路，所述至少两个串联电路分别由至少一个开关元件(18)和至少一个二极管(19)构成。

3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，电路模块(17)包括电路板，放电电路(13)和激励电路(6)形成在该电路板上，和/或电路模块(17)包括壳体，在该壳体内布置有放电电路(13)和激励电路(6)，和/或电路模块(17)包括半导体构件，该半导体构件形成、是或包括放电电路(13)和激励电路(6)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，冷却装置(20)设计为——特别是能被冷却介质流过的——散热器。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，逆变器电路(5)包括至少一个功率模块(21)，其中，所述至少一个功率模块(21)与冷却装置(20)热耦合。

6.根据权利要求5所述的电路装置，其特征在于，所述至少一个功率模块(21)和电路模块(17)并排布置在冷却装置(20)的冷却表面(25)上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，逆变器电路(5)的蓄能器(26)是电容器(16)。

8.一种电动动力装置，所述电动动力装置包括电机(3)和根据前述权利要求中任一项所述的电路装置(4)，其中，电机(3)的定子绕组(7)与逆变器电路(5)连接，并且电机(3)的转子绕组(8)与激励电路(6)连接。

9.一种机动车，所述机动车包括至少一个根据权利要求8所述的电动动力装置(2)。

10.根据权利要求9所述的机动车，其特征在于，电动动力装置(2)的电机(3)是机动车(1)的动力电机。