JP2016526368A - 動力装置を駆動するための駆動ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
たとえば列車または農業機械のための牽引用途などで機械を駆動するために用いられる、たとえばディーゼルエンジンなどの内燃機関の形態の強力なエンジンの始動は、追加的であるがその代わり著しく小さい、つまりそれほど強力でない補助モータを用いて実現されることが多いことが先行技術から知られている。補助モータは、補助モータに接続された追加的なバッテリ、いわゆるスターターバッテリを介してその始動エネルギを得る。そのような配置は、たとえば自動車に見られる。その場合、蓄電池として具体化されるスターターバッテリは、自動車の内燃機関の形態のエンジンのスターターに電流を供給する。しかし、エンジンを始動するために比エネルギポテンシャルまたは電圧レベルを提供するタスクに加え、スターターバッテリは、車両の車載電気ネットワークと、それに接続された多様な負荷との供給を支援するのに補助的に用いられることが多い。
しかし、エンジンをスターターバッテリで始動するための、先行技術から知られている方法には様々な欠点がある。バッテリがたとえば24ボルトという比較的低い供給電圧を提供するようにのみ設計されている場合、エンジンを始動するプロセス中に、バッテリによって提供されるエネルギポテンシャルが不十分であることが多い。そのような場合、たとえば昇圧型コンバータなどの追加的な部品は、バッテリによって提供されるエネルギポテンシャルがより高いエネルギポテンシャルに上げられることを確実にしなければならない。また、バッテリによって提供される比較的低い電圧は、エンジンを始動するプロセス中に高いバッテリ電流を引起す。
本発明によって対処される技術的な目標課題は、先行技術の上述の欠点を回避するかまたは少なくとも最小化する、エンジンを駆動するためおよび始動するための向上した、かつより単純な駆動ユニットを提供することにある。特に、本発明によって対処される課題は、エンジンの確実な始動を可能にし、この場合、車両の既存のエンジンおよび駆動ユニットに対する最小限の回路系適合化のみを必要とする向上した駆動ユニットを提供するということである。本発明によって対処されるさらなる課題は、エンジンを始動するプロセスを、バッテリ、いわゆる車両バッテリの現在のエネルギポテンシャルと無関係にすることにある。車両バッテリは、通常はエンジンの始動を支援し、車両バッテリに取付けられた車両の車載電気ネットワークへの負荷を減少させる。
本発明の第1の好ましい実施形態では、駆動ユニットはエネルギ充電ユニットを備える。エネルギ充電ユニットは、エネルギ貯蔵装置にこのようにエネルギを提供するために電力コンバータに接続可能である。この目的のために、エネルギ貯蔵装置はエネルギ充電ユニットに結合され、それによって、電力コンバータユニットの第1のインバータからエネルギ充電ユニットへのエネルギ流を可能にする。しかし、いわゆる可逆的なエネルギ充電ユニットの使用も考えられるであろう。後者は、エネルギ貯蔵装置を介して電力コンバータユニットまたは電力コンバータにエネルギを与える機能を有するであろう。
発明の実施形態は、概略的な図面を参照して以下で詳細に説明される。
4 インバータ
6 中間回路
8,13 スイッチングユニット
9 コンバータユニット
10 エネルギ貯蔵装置
12 エネルギ貯蔵装置充電ユニット
13 負荷保護要素
14 供給ネットワーク端子
16 補助エネルギ貯蔵装置
20 電力コンバータユニット
30 制御ユニット
31 コイル
32 スイッチ
33 抵抗器
34 DC−DCコンバータ
35 スイッチ
36 負荷保護要素
50 作業機械
52 動力装置(ディーゼルエンジン)
54 (牽引用)駆動モータ
100 駆動ユニット
Claims (15)
- 駆動ユニット(100)であって、
電力コンバータ(20)を備え、前記電力コンバータ(20)は、作業機械(50)に接続可能であり、中間回路(6)を含み、前記中間回路(6)は、まず第1のインバータ(2)に、第2に第2のインバータ(4)に結合可能であり、前記第1のインバータ(2)は、交流電圧側でモータ(54)に接続可能であるように設計され、直流電圧側で前記中間回路(6)に接続され、前記第2のインバータ(4)は、直流電圧側で前記中間回路(6)に接続され、交流電圧側で前記作業機械(50)に接続可能であり、前記第2のインバータ(4)は、前記作業機械(50)がモータまたは発電機として動作可能であるように前記作業機械(50)を駆動するように設計され、さらに、
少なくとも1つのエネルギ貯蔵装置(10)へのリンクと、
前記電力コンバータ(20)に接続されたスイッチングユニット(8,13)とを備え、前記スイッチングユニット(8,13)は第1の動作モードまたは第2の動作モードで動作可能であり、前記第1の動作モードでは、前記スイッチングユニット(8,13)は、前記少なくとも1つのエネルギ貯蔵装置(10)から前記スイッチングユニット(8,13)を介して前記電力コンバータ(20)の前記中間回路(6)へのエネルギ流を可能にするために、前記電力コンバータ(20)を前記少なくとも1つのエネルギ貯蔵装置(10)に結合するように設計され、前記第2の動作モードでは、前記スイッチングユニット(8,13)は、前記少なくとも1つのエネルギ貯蔵装置(10)から前記電力コンバータ(20)を切断するように設計され、
前記駆動ユニット(100)は、前記エネルギ貯蔵装置(10)にエネルギを提供するために前記電力コンバータ(20)に接続可能なエネルギ貯蔵装置充電ユニット(12)を備える、駆動ユニット(100)。 - 前記スイッチングユニット(8,13)は、前記電力コンバータ(20)の中間回路(6)から前記スイッチングユニット(8,13)を介して供給ネットワーク端子(14)に向かうエネルギ流を可能にするために、前記電力コンバータ(20)を前記供給ネットワーク端子(14)に結合するように設計されることを特徴とする、請求項1に記載の駆動ユニット(100)。
- 前記駆動ユニット(100)は、前記電力コンバータ(20)の前記中間回路(6)に接続可能な補助エネルギ貯蔵装置(16)を備えることを特徴とする、請求項1に記載の駆動ユニット(100)。
- 前記補助エネルギ貯蔵装置(16)と前記電力コンバータ(20)の前記中間回路(6)との間にコンバータユニット(9)が接続されることを特徴とする、請求項2に記載の駆動ユニット(100)。
- 前記補助エネルギ貯蔵装置(16)は、充電または放電動作で動作可能であるように設計され、前記充電モードでは、前記スイッチングユニット(8,13)は前記第1の動作モードで動作され、前記エネルギ貯蔵装置(10)からのエネルギが前記スイッチングユニット(8,13)を介して前記中間回路(6)に供給可能であり、前記エネルギは次いで、前記中間回路(6)から前記コンバータユニット(9)を介して前記補助エネルギ貯蔵装置(16)へと伝達されるように、前記エネルギ貯蔵装置(10)が前記スイッチングユニット(8,13)を介して前記電力コンバータ(20)の前記中間回路(6)に結合され、前記補助エネルギ貯蔵装置(16)が前記放電モードで動作される場合、前記補助エネルギ貯蔵装置(16)からのエネルギが前記電力コンバータ(20)の前記中間回路(6)に提供されるように、前記補助エネルギ貯蔵装置(16)が前記コンバータユニット(9)を介して前記電力コンバータ(20)の前記中間回路(6)に結合されることを特徴とする、請求項3に記載の駆動ユニット(100)。
- 前記スイッチングユニット(8,13)は、前記エネルギ貯蔵装置(10)を電気過負荷から保護するように設計された負荷保護要素(13)を有することを特徴とする、先行する請求項のうちいずれか1項に記載の駆動ユニット(100)。
- 前記負荷保護要素(13)はダイオードであることを特徴とする、請求項5に記載の駆動ユニット(100)。
- 前記駆動ユニット(100)は、前記駆動ユニット(100)の動作モードに依存して、前記電力コンバータ(20)、前記スイッチユニット(8,13)、前記エネルギ貯蔵装置(10)、前記補助エネルギ貯蔵装置(16)、および前記供給ネットワーク端子(14)の間の結合を制御するように設計される制御ユニット(30)を備えることを特徴とする、先行する請求項のうちいずれか1項に記載の駆動ユニット(100)。
- 前記補助エネルギ貯蔵装置(16)は、スーパーキャップとして具体化されることを特徴とする、先行する請求項のうちいずれか1項に記載の駆動ユニット(100)。
- 前記電力コンバータ(20)の前記中間回路(6)は、直流電圧中間回路として具体化されることを特徴とする、先行する請求項のうちいずれか1項に記載の駆動ユニット(100)。
- 前記スイッチングユニット(8,13)は、機械的および/または電気的スイッチング手段を含むことを特徴とする、先行する請求項のうちいずれか1項に記載の駆動ユニット(100)。
- 前記エネルギ貯蔵装置(16)はバッテリであることを特徴とする、先行する請求項のうちいずれか1項に記載の駆動ユニット(100)。
- 請求項1〜12のうちいずれか1項に記載の駆動ユニット(100)を備える車両。
- 前記車両は鉄道車両であることを特徴とする、請求項13に記載の車両。
- 前記車両にはハイブリッド駆動が設けられることを特徴とする、請求項13に記載の車両。
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