CN116783808A - 逆变器装置和电驱动布置 - Google Patents

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Abstract

一种逆变器装置，包括：连接装置(7)，以及其中容纳有逆变器电路(10)、开关装置(11)和控制装置(12)的壳体(9)，其中，逆变器电路(10)能够经由连接装置(7)连接至直流电路(5)并连接至电机(3)，以及开关装置(11)能够经由连接装置(7)连接至直流电路(5)并连接至至少一个电阻器(4)，其中，逆变器电路(10)可以由控制装置(12)致动以操作电机(3)，以及开关装置(11)可以由控制装置(12)致动以从直流电路(5)和/或经由逆变器电路(10)向电阻器(4)供能。

Description

逆变器装置和电驱动布置
技术领域
本发明涉及包括连接装置和壳体的逆变器装置。本发明还涉及电驱动布置。
背景技术
除了电动机之外，机动车辆的电传动系通常包括逆变器以向电动机供能。为此目的，逆变器可以连接至被设计为例如牵引电池的能量存储器，并且可以将从能量存储器获取的直流电流转换成交流电流以向电机供能。相反地，在电机的发电机操作中产生的交流电流也可以经由逆变器转换成直流电流，使得可以在恢复操作中将该直流电流馈送回电能存储器。可以例如在包括传动系的机动车辆制动或下坡行驶时执行这样的恢复操作，在恢复操作中，在该过程中要耗散的动能被转换成电能。
然而，例如在长时间下坡行驶时，可能发生的是电能存储器已经完全充电。在这种情况下，使用被设计成使由电机产生的电能减少的制动斩波器是已知的。利用这样的制动斩波器，能够保护电池电路中可存在的电能存储器和/或中间电路电容器免于过度充电。该制动斩波器表示除了逆变器之外的单独的结构单元，所述单独的结构单元占用机动车辆中的空间并且需要与其他部件的连接并需要其自己的控制单元。
发明内容
因此，本发明是基于指定改进的特别是具有简化结构的逆变器装置的目的。
为了解决该问题，在开头提及的类型的逆变器装置中，本发明规定：在逆变器装置的壳体中容纳有逆变器电路、开关装置和控制装置，其中，逆变器电路能够经由连接装置连接至直流电路和连接至电机，以及开关装置能够经由连接装置连接至直流电路和连接至至少一个电阻器，其中，逆变器电路能够由控制装置激活以用于操作电机，以及开关装置能够由控制装置激活以用于从直流电路和/或经由逆变器电路向电阻器供能。
连接至逆变器装置的电机可以在逆变器装置连接至直流电路时经由直流电路作为电动机进行操作，或者该电机可以在发电机操作中经由逆变器装置将电流馈送至直流电路中。逆变器装置的逆变器电路可以将从直流电路获取的直流电流转换成交流电流以用于电机的电动机操作，或者将由电机产生的交流电流转换成直流电流。逆变器装置的连接装置可以例如集成至壳体中，并且使得布置在逆变器装置的壳体内的部件能够与电机、直流电路和/或电阻器连接。在这种情况下，逆变器电路的交流侧可以经由单相连接或多相连接而被连接至电机。当直流电路连接至逆变器装置时，特别地，逆变器电路的直流侧连接至直流电路或集成至直流电路中，使得可以在电机处于发电机操作中时经由逆变器电路将能量释放至直流电路中。
逆变器装置的可以经由连接装置连接至直流电路以及一个或更多个电阻器的开关装置可以在电机的发电机操作中使用，从而以针对性的方式破坏在电机中产生的电能。为此目的，可以经由开关装置将电阻器并联连接至逆变器电路的直流侧。因此，可以经由开关装置将电能供应至至少一个电阻器，以防止直流电路过载。在这种情况下，特别地，可以防止布置在直流电路中或连接至直流电路的能量存储器和/或中间电路电容器的过载。中间电路电容器可以被设计为可以连接至逆变器装置的直流电路的部件，或者中间电路电容器可以是同样布置在逆变器装置的壳体内部并且连接至例如逆变器的直流侧的部件。
为了在电动机模式下和/或在发电机操作期间操作电机，可以经由控制装置来控制逆变器电路。开关装置也可以由控制装置控制以从直流电路向电阻器供能。在这种情况下，特别地，可以向电阻器供应在发电机操作中在电机中产生并且经由逆变器电路转换成被馈送至直流电路中的直流电流的能量。
根据本发明的逆变器装置具有以下优点：公共控制装置可以用于操作逆变器电路和用于操作开关装置两者。这使所需的部件数目减少，特别是当逆变器装置用作电传动系的一部分时。以这种方式，可以有利地节省安装空间。将公共控制装置用于逆变器电路和开关装置还具有可以使必须布置在电传动系的不同部件之间的所需接口和/或连接装置的数目减少的优点。此外，对公共控制装置的使用由于仅需要检查单个控制装置而简化了在测试过程中的测试的执行。这还有利地不仅降低了复杂性，而且降低了关于制造和测试逆变器装置或包括逆变器装置的电驱动布置的开支。
根据本发明，可以规定，控制装置被配置成在制动斩波器模式下激活开关装置以向电阻器供能。在制动斩波器操作中，开关装置可以如由控制装置所指定的连续快速地断开和接通，其中，当开关装置接通时电能被传导至电阻器中，并且在电阻器中转化成热。以这种方式，可以对直流电路中的能量存储器和/或中间电路电容器进行放电，或者可以在电阻器中消耗由电机产生并且不再能被直流电路吸收的电能。
电阻器特别地被设计成耗散高电功率，使得特别地可以将能够经由电机馈送回的所有能量在电阻器中转换成热。为了操作开关装置，控制装置可以例如执行开环控制方法或闭环控制方法，利用所述方法可以指定开关装置的操作并且因此指定供应至电阻器的电功率。
在本发明的优选实施方式中，可以规定，控制装置具有用于致动逆变器电路的第一驱动器电路、用于致动开关装置的第二驱动器电路以及控制装置，其中，控制装置被配置用于致动第一驱动器电路和第二驱动器电路。逆变器电路的开关元件例如形成逆变器电路的半桥的晶体管可以由控制装置的第一驱动器电路驱动。相应地，能够将直流电路连接至电阻器的开关装置可以由第二驱动器电路控制。第一驱动器电路和第二驱动器电路两者可以由控制装置的控制单元操作，使得同一控制单元可以与用于第一驱动器电路的操作一样有利地用于开关装置的操作。这有利地使逆变器装置的生产中的复杂性和费用降低。
根据本发明，可以规定，第一驱动器电路、第二驱动器电路和控制单元被布置在公共印刷电路板上。因此，控制装置可以作为在印刷电路板上实现的单个部件来提供。因此，可以有利地使在生产逆变器装置中所涉及的复杂性降低，因为在不同部件的接口之间必须布置的所需要的接口更少且连接装置更少。
替选地，根据本发明可以规定，第一驱动器电路和控制单元被布置在第一印刷电路板上，而第二驱动器电路被布置在第二印刷电路板上，其中，第一电路板和第二印刷电路板连接。第一印刷电路板与第二印刷电路板之间的连接可以特别地经由插塞连接和/或经由布置在第一印刷电路板与第二印刷电路板之间的电缆来实现。第一印刷电路板和第二印刷电路板特别地彼此机械连接和电连接。以这种方式实现了控制装置的模块化设计，其中，除了用于操作逆变器电路的第一驱动器电路和控制单元，还可以添加具有第二驱动器电路的第二印刷电路板，使得能够控制逆变器装置的开关装置。当第二印刷电路板连接至第一印刷电路板时，第一印刷电路板上的控制单元和第二印刷电路板上的第二驱动器电路电连接，使得特别地，第二驱动器电路可以经由控制单元进行操作。
根据本发明，可以规定，电路可以经由连接装置连接至单相和/或多相电阻器。单相电阻器可以具有能够经由连接装置连接至开关装置的两个端子。由一个或更多个电阻元件形成的欧姆电阻器布置在电阻器的端子之间，该欧姆电阻器因此能够经由开关装置连接至直流电路并且特别地并联连接至布置在直流电路中的能量存储装置。
在多相电阻器的情况下，其可以具有多于两个端子例如两个端部端子和特别是不对称的至少一个中心抽头，使得可以在电阻器的各种端子之间抽接不同的电阻值。这些不同的电阻值可以单独和/或并联或串联连接至直流电路，或者通过经由连接装置将三个或更多个端子连接至开关装置来将这些不同的电阻值并联连接至布置在直流电路中的能量存储器。以这种方式，可以经由电阻器的不同电阻值来破坏要耗散的电功率。
在本发明的优选实施方式中，可以规定，开关装置具有至少一个功率开关元件，特别是具有绝缘栅极的双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。功率开关元件优选地基于碳化硅制成。这有利地使得高功率能够被切换，使得即使在大功率电机的情况下，所产生的电能也能够经由开关装置和电阻器耗散。
根据本发明可以做出如下规定：开关装置具有多个功率开关元件，其中，功率开关元件形成至少一个半桥和/或至少一个全桥。对多个功率开关元件的使用可以用于提高开关装置的可靠性，并且因此有利地防止电阻器的无意供能。在开关装置被设计为半桥的情况下，电阻器例如可以布置在高侧开关与低侧开关之间。在开关装置被设计为全桥的情况下，可以将电阻器切换到桥接支路中，或者在多相电阻器的情况下，可以将不同的端子连接至半桥的相应桥接点。
使用被设计为半桥或被设计为全桥的开关装置具有以下优点：逆变器电路特别地还可以包括一个或更多个半桥和/或全桥，使得例如可以使用相同设计的开关装置，这进一步简化了逆变器电路和开关装置在壳体中的布置。开关装置的功率开关元件可以包括续流二极管和/或二极管可以与能够经由开关装置进行切换的电阻器串联连接以建立单独的电流方向。
根据本发明，可以规定，逆变器电路和开关装置一起布置在壳体的壳体侧上和/或公共的冷却装置上。冷却装置可以例如是诸如导热片等的被动散热器。这有利地使得逆变器电路和开关装置或逆变器电路和开关装置的相应开关元件能够经由壳体的壳体侧和/或经由公共的冷却装置一起冷却。为此目的，逆变器装置例如可以连接至冷却回路，使得经由壳体侧或经由冷却装置从开关元件吸收的热可以耗散至冷却装置。逆变器电路的开关元件和开关装置的联合冷却有助于逆变器装置的紧凑构造，并且特别有利地使对于逆变器装置在机动车辆中所需的安装空间减少。
对于电驱动布置，根据本发明规定，其具有根据本发明的逆变器装置、电机、电阻器和包括电能存储装置的直流电路。直流电路还可以具有中间电路电容器。在这种情况下，中间电路电容器可以布置在逆变器装置的壳体外部或逆变器装置的壳体内部。
以上关于根据本发明的逆变器装置描述的所有优点和配置相应地适用于根据本发明的电驱动布置，反之亦然。
附图说明
下面参照附图基于示例性实施方式说明本发明。附图为示意性图示，在附图中：
图1示出了根据本发明的电驱动布置的示例性实施方式，
图2示出了根据本发明的逆变器装置的示例性实施方式，以及
图3示出了根据本发明的逆变器装置的第二示例性实施方式。
具体实施方式
图1示出了电驱动布置1的设计的示例性实施方式。电驱动布置1可以用于例如纯电驱动或与内燃机结合的电动车辆中，特别是客车、卡车或公共汽车中。电驱动布置1包括逆变器装置2、电机3、电阻器4和包括电能存储器6的直流电路5。逆变器装置2包括：连接装置7，该连接装置包括多个端子8；和壳体9。连接装置7的端子8可以例如布置在壳体9上，使得逆变器装置1能够连接至电机3、电阻器4和直流电路5。
逆变器装置2还包括布置在壳体9内部的逆变器电路10、开关装置11和控制装置12。从直流电路5获取的直流电流可以经由逆变器电路10转换成交流电流以用于电机3的电动机操作。此外，当电机3处于发电机操作中时，逆变器电路10可以将由电机3产生的交流电流转换成直流电流，该直流电流可以供应至直流中间电路5并且特别地供应至电能存储器6。为此目的，逆变器电路10的直流侧连接至直流电路或集成至直流电路5中。逆变器电路10的交流侧例如经由三相连接而连接至电机3。
为了防止布置在直流中间电路5中的中间电路电容器13和/或电能存储器6在电机3处于包括电驱动布置1的机动车辆的发电机操作中或处于恢复操作中时过度充电，由电机3产生的电能可以经由逆变器装置2的开关装置11传输至电阻器4，并且在电阻器处转换成热。特别地，在开关装置11接通时，由电机3产生的过量电能即在能量存储器6和/或中间电路电容器13中不再能够容纳的电能可以由于电阻器4并联连接至逆变器电路10的直流侧而在电阻器4中被转换成热。由于电阻器4与能量存储器6和/或与中间电路电容器13并联连接的事实，能量存储器6和中间电路电容器13也可以经由电阻器4放电。
为此目的，控制装置12被设计成控制开关装置11以在制动斩波器模式中向电阻器4供能。控制装置12可以在开环或闭环控制处理中激活开关装置11以用于电阻器4的针对性供能，并且特别地，该控制装置可以经由开关装置11连续快速地将电阻器连接至直流电路5或逆变器电路10的直流侧并再次将其断开连接。此外，控制装置12还使得能够操作逆变器电路10以用于特别在电动机模式中和在发电机操作中操作电机3。下面参照图2更详细地说明逆变器电路2的结构。
图2示出了逆变器装置2的设计的示例性实施方式。在该示例性实施方式中，控制装置12包括印刷电路板14，在印刷电路板上布置有第一驱动器电路15、第二驱动器电路16和控制单元17。逆变器电路10的开关元件由第一驱动器电路15驱动。逆变器电路10的开关元件可以例如是诸如绝缘栅极晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管的功率开关元件。开关元件可以例如以功率模块的形式例如作为半桥模块实现。在三相电机3的情况下，例如，逆变器电路10可以包括三个半桥模块并且因此包括六个功率开关元件。相应地，第一驱动器电路15可以具有六个栅极驱动器。
第二驱动器电路16被设计成控制开关装置11。开关装置11还可以具有一个或更多个功率开关，例如金属氧化物半导体场效应晶体管和/或具有绝缘栅极的双极型晶体管。例如，开关装置11可以具有第一开关元件18和第二开关元件19，利用所述第一开关元件和第二开关元件可以在每种情况下将电阻器4的端子中的一个连接至直流中间电路5。两个开关元件18、19的设置使可靠性提高，因为在单个开关元件故障的情况下，不会从直流电路5无意地向电阻器4供能。
开关装置11还可以包括多于两个开关元件18、19，以便如由虚线所指示的同样将多相电阻器4连接至直流电路5。多相电阻器4可以具有例如特别是不对称的一个或更多个中心抽头，利用所述中心抽头，不同的电阻值可以在电阻器4的不同端子之间被抽接并且被连接至直流电路5。以这种方式，可以例如根据要经由电阻器4而被转换成热的电功率来将电阻器4的不同电阻值连接至直流电路5或逆变器电路10的直流侧。为此目的，开关装置11的多个功率开关元件18、19例如可以形成可以连接至单相电阻器或多相电阻器4的两个或更多个端子的至少一个半桥和/或至少一个全桥。开关元件18、19的功率级可以适应于能够传输至电阻器4的最大功率，使得特别地，能够由电机3产生的最大功率也可以传输至电阻器4。
图3示出了逆变器装置2的示例性实施方式。在本示例性实施方式中，控制装置12包括第一印刷电路板20和连接至第一印刷电路板20的第二印刷电路板21。第一印刷电路板20和第二印刷电路板21例如可以经由插塞连接和/或经由至少一个电缆来机械连接和电连接。特别地，布置在第二印刷电路板21上的第二驱动器电路16电连接至第一印刷电路板20上的控制单元17，使得第二驱动器电路16也可以经由控制单元17进行操作。这使得可以以模块化方式构造控制装置12，并且在制动斩波器集成在逆变器装置1中或者可以将电阻器4连接至逆变器装置2的开关装置11的情况下，将控制装置相应地设计成用于致动开关装置11。
在两个示例性实施方式中，有利的是可以经由控制装置12来操作逆变器装置10和开关装置11两者。这使生产逆变器装置2所涉及的工作量减少，因为该逆变器装置仅具有必须检查或释放的单个控制装置12。此外，有利的是，在两个示例性实施方式中，逆变器电路10或逆变器电路10的功率开关元件以及开关装置11或开关装置11的功率开关元件可以布置在壳体9的公共壳体表面上。以这种方式，可以经由公共的冷却装置来对特别是开关装置11和逆变器电路10的功率开关元件进行冷却。
除了连接至壳体9的壳体表面之外或替选地，逆变器电路10和开关装置11还可以布置在公共冷却体例如冷却板上。逆变器装置2的冷却可以经由附接至壳体侧的散热器例如热耦合冷却回路等来进行冷却。
在所描述的示例性实施方式中，连接装置7的端子8的图示纯粹是示意性的，端子8还可以布置在壳体9上的其他位置处。端子8的不同组合也是可能的。
附图标记列表
1 驱动组件
2 逆变器装置
3 电机
4 电阻器
5 直流电路
6 存储的能量源
7 连接装置
8 端子
9 壳体
10 逆变器电路
11 开关装置
12 控制装置
13 中间电路电容器
14 印刷电路板
15 第一驱动器电路
16 第二驱动器电路
17 控制单元
18 开关元件
19 开关元件
20 第一印刷电路板
21 第二印刷电路板。

Claims (10)

1.一种逆变器装置，包括：连接装置(7)，以及其中容纳有逆变器电路(10)、开关装置(11)和控制装置(12)的壳体(9)，其中，具有所述连接装置(7)的所述逆变器电路(10)能够连接至直流电路(5)以及连接至电机(3)，以及所述开关装置(11)能够经由所述连接装置(7)连接至所述直流电路(5)以及连接至至少一个电阻器(4)，所述逆变器电路(10)能够由所述控制装置(12)控制以操作所述电机(3)，以及所述开关装置(11)能够由所述控制装置(12)控制以用于从所述直流电路(5)和/或经由所述逆变器电路(10)向所述电阻器(4)供能。
2.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，所述控制装置(12)被配置成在制动斩波器操作中致动所述开关装置(11)以向所述电阻器(4)供能。
3.根据权利要求1或2所述的逆变器装置，其特征在于，所述控制装置(12)具有用于致动所述逆变器电路(10)的第一驱动器电路(15)、用于致动所述开关装置(11)的第二驱动器电路(16)以及控制单元(17)，其中，所述控制单元(17)被配置成用于致动所述第一驱动器电路(15)和所述第二驱动器电路(16)。
4.根据权利要求3所述的逆变器装置，其特征在于，所述第一驱动器电路(15)、所述第二驱动器电路(16)和所述控制单元(17)布置在公共印刷电路板(14)上。
5.根据权利要求3所述的逆变器装置，其特征在于，所述第一驱动器电路(15)和所述控制单元(17)布置在第一印刷电路板(20)上，以及所述第二驱动器电路(16)布置在第二印刷电路板(20)上，其中，所述第一印刷电路板(20)和所述第二印刷电路板(21)连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器装置，其特征在于，所述开关装置(11)能够经由所述连接装置(7)连接至单相和/或多相电阻器(4)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器装置，其特征在于，所述开关装置(11)具有至少一个功率开关元件，特别是金属氧化物半导体场效应晶体管或具有绝缘栅极的晶体管。
8.根据权利要求7所述的逆变器装置，其特征在于，所述开关装置(11)具有多个功率开关元件，其中，所述功率开关元件形成至少一个半桥和/或至少一个全桥。
9.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器装置，其特征在于，所述逆变器电路(10)和所述开关装置(11)一起布置在所述壳体(9)的壳体侧上和/或布置在公共冷却装置上。
10.一种电驱动布置，包括：根据前述权利要求中任一项所述的逆变器装置(10)、电机(3)、电阻器(4)以及包括电能存储器(6)的直流电路(5)。
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