專利名稱：用于電運行的車輛的運行裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電運行的車輛的運行裝置，包括電池、轉(zhuǎn)換器和電機，以及一種用于這樣的裝置的運行方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代的電運行的或混合型車輛中，特別是那些用于道路交通諸如PKW (汽車)或 LKW(卡車)中，設(shè)置可再充電的電池作為擴展的汽車電池，該電池存儲了用于運行的電能。 電池與轉(zhuǎn)換器相連，該轉(zhuǎn)換器將單相的電池電壓轉(zhuǎn)換為用于相連的一個或多個電機的三相電壓。電運行的車輛的電池為了再充電必須連接到外部的供電網(wǎng)，通常是正常的電網(wǎng)。 在此值得期望的是，允許盡可能簡單和靈活的連接并且同時能夠使用用于電池充電的盡可能高的功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于電運行的車輛的運行裝置，該運行裝置具有特別是對于從外部電網(wǎng)對電池充電的簡化的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明另一個要解決的技術(shù)問題是提供一種用于這樣的運行裝置的運行方法。上述技術(shù)問題通過一種具有權(quán)利要求1的特征的運行裝置來解決。關(guān)于方法的上述技術(shù)問題通過具有權(quán)利要求4的特征的方法來解決。優(yōu)選的實施方式和擴展在從屬權(quán)利要求中給出。按照本發(fā)明的用于電運行的車輛的運行裝置具有用于存儲電能的電池，例如具有鋰離子元件。此外設(shè)置了具有中間電路電容器的轉(zhuǎn)換器電路。該轉(zhuǎn)換器電路在中間電路電容器一側(cè)與電池相連。此外設(shè)置了優(yōu)選為三相的電機。該電機與轉(zhuǎn)換器的三相的輸出側(cè)相連。最后設(shè)置了用于控制轉(zhuǎn)換器電路的控制裝置。該運行裝置被構(gòu)造為，這樣運行轉(zhuǎn)換器， 使得在中間電路電容器上的電壓至少為650V。在按照本發(fā)明的用于運行在具有電池和至少一個電機的電運行的車輛中的轉(zhuǎn)換器的方法中，在電機運行狀態(tài)下作為用于由電池向電機饋電的逆變器來運行轉(zhuǎn)換器。此外， 在充電運行狀態(tài)下作為用于從外部的三相供電網(wǎng)對電池充電的整流器來運行所述轉(zhuǎn)換器。 在此這樣運行轉(zhuǎn)換器，使得在其中間電路中的電壓至少為650V。以公知的方式優(yōu)選在回收運行狀態(tài)(RUckspeisebetriebs-zustand)下作為用于對電池充電的整流器來運行轉(zhuǎn)換
ο換言之，主要用于從作為能量存儲器的電池中運行一個或多個電機的轉(zhuǎn)換器同時被用作充電整流器。由此優(yōu)選無需例如外部地提供特定的整流器的必要性。由此車輛可以連接到任意的三相的外部電源上，而無需用于連接的特定的充電設(shè)備。通過設(shè)置到至少 650V的中間電路電壓，使得可以在三相的外部電網(wǎng)上，也就是特別在一般的電網(wǎng)例如家用供電上更可靠地運行。特別是避免了中間電路通過轉(zhuǎn)換器的續(xù)流二極管而不受控制的充電，這將導(dǎo)致在前面設(shè)置的保險裝置觸發(fā)。此外，到三相電網(wǎng)的連接使得還可以優(yōu)選改善從電池到連接的電網(wǎng)的回收能力。 對于將來，預(yù)計純電運行的車輛將被廣泛使用?；顒拥能囕v的數(shù)量例如在德國能處于6 千萬的數(shù)量級，其中車輛自然包含相應(yīng)數(shù)量的電池。這些電池必須定期地在小時范圍的更長時間被充電。在足夠的回收能力的情況下，電池適合于平衡電氣峰值負載。本發(fā)明可以應(yīng)用于純電運行的車輛，諸如汽車和LKW(載重汽車)或公共汽車，也可以應(yīng)用于具有附加的內(nèi)燃機的混合型車輛。電機可以是異步電機或同步電機，特別是例如按照磁場減弱運行的永磁激勵的同步電機。按照本發(fā)明的擴展，作為降壓變壓器來運行轉(zhuǎn)換器。然而優(yōu)選的是，作為升壓變壓器來運行轉(zhuǎn)換器。特別具有優(yōu)勢的是，這樣運行轉(zhuǎn)換器，使得其具有正弦形的電流消耗，即具有功率因數(shù)校正(Power Factor Correction, PFC)。此外具有優(yōu)勢的是，對于功率因數(shù)校正使用電機的繞組。由此可以取消或者至少使用更小的額外用于功率因數(shù)校正的附加的電感。在此合適的是，借助制動器停住電機，以防止不期望的運動。在該連接方法下，優(yōu)選設(shè)置開關(guān)裝置。該開關(guān)裝置允許外部電源連接到電機繞組。在此開關(guān)裝置用于與星形中性點斷開。替換地，外部供電還可以在電機和轉(zhuǎn)換器之間進行。此處同樣設(shè)置開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置切換在電機和外部電源之間的相線，即，在充電運行狀態(tài)中電機與轉(zhuǎn)換器退耦。在兩種情況下，例如在故障情況下對于電機作為在磁場減弱運行中的同步電機的運行，開關(guān)裝置允許電機和轉(zhuǎn)換器分離。這同時用作保護措施，否則必須附加地，例如以 VPM(電壓保護模塊)形式設(shè)置保護措施。合適的是，在轉(zhuǎn)換器中使用的半導(dǎo)體組件具有至少1200V的耐壓強度。在目前的具有僅400V的中間電路電壓的電運行的車輛中，半導(dǎo)體組件具有例如大約600V的耐壓強度。同樣電池在此通常根據(jù)遠遠小于650V的中間電路電壓來設(shè)計。為了例如在按照本發(fā)明提高的中間電路電壓的情況下也能夠使用這樣的電池，可以在轉(zhuǎn)換器和電池之間設(shè)置DC/ DC轉(zhuǎn)換器，例如降壓變壓器或升壓變壓器。


以下借助附圖詳細解釋用于本發(fā)明的優(yōu)選的，然而絕不是限制的實施例。在此示意性示出的特征和相應(yīng)的特征用相同的附圖標記表示。其中，圖1示出了由同步電機、轉(zhuǎn)換器和電池構(gòu)成的裝置，圖2示出了由同步電機、轉(zhuǎn)換器和電池構(gòu)成的第二裝置，圖3示出了由同步電機、轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器和電池構(gòu)成的第三裝置。
具體實施例方式圖1至3示出了按照本發(fā)明的第一至第三實施例的結(jié)構(gòu)。在此所述結(jié)構(gòu)的一些元件是共同的。在此電池1通過兩條電線在圖1和2的情況下直接地、或者在圖3的情況下間接地與轉(zhuǎn)換器2相連。在此轉(zhuǎn)換器2在電池1一側(cè)包括圖1至3中未示出的中間電路電容器。此外轉(zhuǎn)換器2通過其三個輸出導(dǎo)線與永磁激勵的同步電機3相連。在此在轉(zhuǎn)換器2和永磁激勵的同步電機3之間設(shè)置開關(guān)裝置6、7。開關(guān)裝置在此分別包括三個開關(guān)，每一個用于三個相線中的一個。在圖1中，開關(guān)裝置6可以對于每一相分離在轉(zhuǎn)換器2和永磁激勵的同步電機3 之間的連接。如果連接被分離，則同時建立了從轉(zhuǎn)換器2到三相電網(wǎng)接頭5的連接。永磁激勵的同步電機3與在此考察的部分不再具有電連接。在與電網(wǎng)接頭5的每個相連接中， 設(shè)置用于功率因數(shù)校正的電感9。由此從連接到電網(wǎng)接頭5的電源中進行正弦形的電流消耗。在此電感可以設(shè)置在車輛中，但也可以作為充電站的部分設(shè)置在車輛的外部。第一實施例也如其他實施例一樣允許在三個不同的狀態(tài)下運行。在第一狀態(tài)下， 即電機運行狀態(tài)，從電池1以公知方式運行永磁激勵的同步電機3，其中轉(zhuǎn)換器用于將來自于電池1的單相的DC電壓轉(zhuǎn)換為用于永磁激勵的同步電機3的三相交流電壓。在此按照本發(fā)明的第一實施例，這樣合適地設(shè)置開關(guān)裝置6，使得斷開到電網(wǎng)接頭5的連接并且建立在轉(zhuǎn)換器2和永磁激勵的同步電機3之間連接。在第二狀態(tài)下，即回收運行，以公知方式將電能從永磁激勵的同步電機3回收到電池中，這通常在車輛的制動期間發(fā)生。在此，開關(guān)裝置6同樣如在第一運行狀態(tài)下那樣設(shè)置，即，不存在到電網(wǎng)接頭5的連接。第三運行狀態(tài)是充電運行狀態(tài)。在該狀態(tài)中，從外部電源，通常是家用電網(wǎng)對電池 1充電。該狀態(tài)具有開關(guān)裝置6的改變的狀態(tài)，在該狀態(tài)中在轉(zhuǎn)換器2和永磁激勵的同步電機3之間的連接斷開。取而代之，轉(zhuǎn)換器2與電網(wǎng)接頭5相連。在這種情況下，轉(zhuǎn)換器2作為升壓變壓器反應(yīng)。在此這樣控制該升壓變壓器，使得其在其中間電路中，即，在電池1 一側(cè)產(chǎn)生680V的直流電壓。該直流電壓是具有優(yōu)勢的，因為其可靠地位于具有400V+/-15%的三相電壓的任意電網(wǎng)中的峰值電壓之上。在這樣的電網(wǎng)中峰值電壓可以直到400Γ-1.15-72 = 650V。如果中間電路電壓低于該電壓，會發(fā)生中間電路通過轉(zhuǎn)換器2的續(xù)流二極管而不受控制地充電，這又會觸發(fā)外部電網(wǎng)中的保險裝置。如果在磁場減弱模式中運行永磁激勵的同步電機3，則可以使用開關(guān)裝置6以斷開在永磁激勵的同步電機3和轉(zhuǎn)換器2之間的連接，如果例如在轉(zhuǎn)換器2中出現(xiàn)故障情況的話。當(dāng)永磁激勵的同步電機3處于運動中時，這樣的故障情況首先是有問題的。因為通常僅期望車輛不同時連接到一個外部電網(wǎng)，所以在切換開關(guān)裝置6時通常不建立轉(zhuǎn)換器2 與電網(wǎng)的連接，該切換于是僅相應(yīng)于在永磁激勵的同步電機3和轉(zhuǎn)換器2之間的連接的斷開。圖2示出本發(fā)明的第二實施例。此處使用的開關(guān)裝置7在結(jié)構(gòu)上相應(yīng)于開關(guān)裝置 6，然而是不同地布置。開關(guān)裝置7這樣布置，使得其現(xiàn)在可以建立電機繞組4到星形中性點8的連接，例如對于電機運行狀態(tài)或回收運行狀態(tài)。對于充電運行狀態(tài)又可以斷開電機繞組4與星形中性點8的連接。取而代之，開關(guān)裝置7建立三個相線與電網(wǎng)接頭5的連接。 在該實施例中，對于功率因數(shù)校正共同使用電機繞組4。由此可以取消在第一實施例中附加使用的電感9或者可以使用至少是更小的電感。在此合適地通過在圖2中未示出的制動器停住永磁激勵的同步電機3，以防止無意的運動。在第二實施例中轉(zhuǎn)換器2也構(gòu)造為維持至少650V、例如700V的中間電路電壓并且作為具有正弦形狀的電流消耗的升壓變壓器工作。
按照圖3的第三實施例在開關(guān)裝置6的結(jié)構(gòu)方面仍相應(yīng)于第一實施例。與第一實施例的區(qū)別在于，在第三實施例中在轉(zhuǎn)換器2和電池1之間此時具有DC/DC轉(zhuǎn)換器10。同樣在第三實施例中，轉(zhuǎn)換器2構(gòu)造為維持至少650V、例如720V的中間電路電壓并且作為具有正弦形狀的電流消耗的升壓變壓器工作。但是在第三實施例中中間電路電壓僅到達DC/ DC轉(zhuǎn)換器10。該DC/DC轉(zhuǎn)換器10將中間電路電壓轉(zhuǎn)換為另一個DC電壓，在第三實施例中是400V。由此可以采用根據(jù)400V的中間電路電壓設(shè)計的電池1。即DC/DC轉(zhuǎn)換器10使得電池1不取決于中間電路電壓。清楚的是，DC/DC轉(zhuǎn)換器10的采用和開關(guān)裝置6、7的定位，即，對于是否應(yīng)該一起使用電機繞組4的選擇，是互相獨立的。就此而言，在圖中未示出的第四實施例中也可以從按照第二實施例的結(jié)構(gòu)出發(fā)并且此處也使用DC/DC轉(zhuǎn)換器10。轉(zhuǎn)換器2的結(jié)構(gòu)在元件的連接上相應(yīng)于已知的轉(zhuǎn)換器2，特別是用于電運行的車輛的轉(zhuǎn)換器2。因為按照本發(fā)明使用至少650V的中間電路電壓，然而通常對于在電運行的車輛中的轉(zhuǎn)換器2使用的半導(dǎo)體構(gòu)件具有直到600V的耐壓強度(在直到400V的中間電路電壓情況下)是不夠的。取而代之，半導(dǎo)體構(gòu)件在此具有1200V的耐壓強度。
權(quán)利要求
1.一種用于電運行的車輛的運行裝置，具有-用于存儲電能的電池(1)，-包括中間電路電容器的轉(zhuǎn)換器電路0)，-至少一個電機(3)，和-用于控制所述轉(zhuǎn)換器電路O)的控制裝置，其中，所述運行裝置被構(gòu)造為，這樣運行所述轉(zhuǎn)換器電路( ，使得在中間電路中的電壓至少為650V。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運行裝置，其中，在所述轉(zhuǎn)換器電路( 中使用的半導(dǎo)體組件具有至少1200V的耐壓強度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運行裝置，其中，在所述中間電路和電池(1)之間設(shè)置DC/DC 轉(zhuǎn)換器(10)。
4.一種用于運行在具有電池(1)和至少一個電機C3)的電運行的車輛中的轉(zhuǎn)換器電路 (2)的方法，其中，-在電機運行狀態(tài)下作為用于由所述電池(1)向所述電機( 饋電的逆變器來運行所述轉(zhuǎn)換器電路0)，-在充電運行狀態(tài)下作為用于從外部的三相供電網(wǎng)對所述電池(1)充電的整流器來運行所述轉(zhuǎn)換器電路(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，這樣運行所述轉(zhuǎn)換器電路0)，使得在其中間電路中的電壓至少為650V。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，在充電運行狀態(tài)中作為升壓變壓器運行所述轉(zhuǎn)換器電路O)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在充電運行狀態(tài)中作為具有正弦形狀的電流消耗的升壓變壓器運行所述轉(zhuǎn)換器電路O)。
全文摘要
本發(fā)明建議，在具有電池、轉(zhuǎn)換器電路和電機的電運行的車輛(電傳動汽車以及混合型車輛)中，一起使用用于從電網(wǎng)對電池充電的轉(zhuǎn)換器電路。為此，這樣運行所述轉(zhuǎn)換器電路，使得在中間電路中的電壓至少為650V并且保證正弦形的電流消耗。
文檔編號B60L11/18GK102245423SQ200980150012
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者J.拉克勒斯, K.克里格爾, T.庫馬 申請人:西門子公司