本發(fā)明涉及一種用于運行電機、諸如電動車輛中的驅(qū)動電機的電路裝置。

背景技術(shù)：

電動車輛可具有多個用于電驅(qū)動的帶有電池組直接逆變器的驅(qū)動支路。附加地，在電動車輛中必要的是，實現(xiàn)從電網(wǎng)給蓄電池充電并且提供直流電壓的可能性。

出版物de102011004248a1涉及一種電路裝置，其具有用于電動車輛或混合動力車輛的多級轉(zhuǎn)換器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)是提供一種電路裝置，所述電路裝置能夠?qū)崿F(xiàn)吸收電功率用來給電池組電池充電、輸出電功率給驅(qū)動并且借助于直流電壓給其它車載電網(wǎng)部件饋電。

按照第一方面，該任務(wù)通過一種用于運行機動車的電機的電路裝置來解決，所述電路裝置具有：第一電驅(qū)動支路，在所述第一電驅(qū)動支路中，第一電池組直接逆變器能通過第一開關(guān)裝置與所述電機連接；第二電驅(qū)動支路，在所述第二電驅(qū)動支路中，第二電池組直接逆變器能通過第二開關(guān)裝置與所述電機連接；第三電驅(qū)動支路，在所述第三電驅(qū)動支路中，第三電池組直接逆變器與所述電機連接，所述第三電池組直接逆變器的一個逆變器接線端子能通過第三開關(guān)裝置與所述第二驅(qū)動支路連接，而所述第三電池組直接逆變器的另一逆變器接線端子能通過第四開關(guān)裝置與所述第二驅(qū)動支路連接；直流電壓區(qū)段，用于將直流電壓提供給車載電網(wǎng)，所述直流電壓區(qū)段分別通過一個整流器與所述第一、第二和第三驅(qū)動支路連接；以及充電區(qū)段，用于將充電電流輸送到所述第一、第二和第三電池組直接逆變器，所述充電區(qū)段與所述第一驅(qū)動支路和所述第三驅(qū)動支路連接。由此，例如實現(xiàn)了如下技術(shù)優(yōu)點：所述電路裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在直流電壓饋電的所有運行狀態(tài)期間從電網(wǎng)吸收電能、輸出電功率給驅(qū)動并且借助于直流電壓給其它車載電網(wǎng)部件饋電。

所述電路裝置以低技術(shù)花費和低數(shù)目的構(gòu)件實現(xiàn)高靈活性的充電設(shè)備。電池組直接逆變器的運行策略允許即使在低電機轉(zhuǎn)速的情況下或者在停止運轉(zhuǎn)期間（包括充電運行在內(nèi)）也將直流電壓提供給車載電網(wǎng)。充電區(qū)段、直流電壓區(qū)段和驅(qū)動區(qū)段的部件的相互作用才導(dǎo)致適合車輛的驅(qū)動系統(tǒng)。

在所述電路裝置的一個有利的實施方式中，充電區(qū)段包括橋式整流電路，用于對輸入電壓進行整流。由此，例如實現(xiàn)了如下技術(shù)優(yōu)點：交變電壓可以被整流而且簡化了運行策略。

在所述電路裝置的另一有利的實施方式中，充電區(qū)段包括電源濾波器或者emv濾波器，用于對輸入電壓進行濾波。由此，例如實現(xiàn)了如下技術(shù)優(yōu)點：可以濾除高頻干擾。

在所述電路裝置的另一有利的實施方式中，充電區(qū)段包括調(diào)節(jié)器，用于對輸入電流進行調(diào)節(jié)。由此，例如實現(xiàn)了如下技術(shù)優(yōu)點：在充電電流調(diào)節(jié)器的情況下，半波正弦為了迫使功率因子達到一而可以被跟蹤。接著，振幅在容許的極限值之內(nèi)通過電池組直接逆變器的電池組管理系統(tǒng)來確定。

在所述電路裝置的另一有利的實施方式中，直流電壓區(qū)段包括中間電路電壓調(diào)節(jié)器，用于對輸出電壓進行調(diào)節(jié)。由此，例如實現(xiàn)了如下技術(shù)優(yōu)點：所述直流電壓區(qū)段的輸出電壓可以被調(diào)節(jié)到預(yù)先給定的值。

在所述電路裝置的另一有利的實施方式中，充電區(qū)段的一個接線端子連接在第一電池組直接逆變器與第一開關(guān)裝置之間。由此，例如實現(xiàn)了如下技術(shù)優(yōu)點：充電電流直接被饋入到第一驅(qū)動支路中，而且所有三個驅(qū)動支路串聯(lián)。

在所述電路裝置的另一有利的實施方式中，直流電壓區(qū)段包括電容器，用于對直流電壓進行平整。由此，例如實現(xiàn)了如下技術(shù)優(yōu)點：可以降低直流電壓的失真系數(shù)并且執(zhí)行對開關(guān)過壓的限制。

在所述電路裝置的另一有利的實施方式中，所述電路裝置包括控制設(shè)備，用于基于充電運行或者行駛運行來控制開關(guān)裝置。由此，例如實現(xiàn)了如下技術(shù)優(yōu)點：可以根據(jù)所需的狀態(tài)來切換開關(guān)裝置。

在所述電路裝置的另一有利的實施方式中，所述電路裝置包括控制設(shè)備，用于將電壓分配到各個電池組直接逆變器上。由此，例如實現(xiàn)了如下技術(shù)優(yōu)點：可以視狀態(tài)而定分別給電池組直接逆變器供應(yīng)不同的電壓。

在所述電路裝置的另一有利的實施方式中，開關(guān)裝置由接觸器形成。由此，例如實現(xiàn)了如下技術(shù)優(yōu)點：能夠?qū)崿F(xiàn)對大的電功率的切換。

按照第二方面，該任務(wù)通過一種用于運行電路裝置的方法來解決，所述電路裝置用于運行機動車的電機，所述電路裝置具有：第一電驅(qū)動支路，在所述第一電驅(qū)動支路中，第一電池組直接逆變器能通過第一開關(guān)裝置與所述電機連接；第二電驅(qū)動支路，在所述第二電驅(qū)動支路中，第二電池組直接逆變器能通過第二開關(guān)裝置與所述電機連接；第三電驅(qū)動支路，在所述第三電驅(qū)動支路中，第三電池組直接逆變器與所述電機連接，所述第三電池組直接逆變器的一個逆變器接線端子能通過第三開關(guān)裝置與所述第二驅(qū)動支路連接，而所述第三電池組直接逆變器的另一逆變器接線端子能通過第四開關(guān)裝置與所述第二驅(qū)動支路連接；直流電壓區(qū)段，用于將直流電壓提供給車載電網(wǎng)，所述直流電壓區(qū)段分別通過一個整流器與所述第一、第二和第三驅(qū)動支路連接；以及充電區(qū)段，用于將充電電流輸送到所述第一、第二和第三電池組直接逆變器，所述充電區(qū)段與所述第一驅(qū)動支路和所述第三驅(qū)動支路連接，所述方法具有如下步驟：在所述驅(qū)動支路的兩個共同的連接點之間設(shè)定正的電壓差；或者在所述第三電池組直接逆變器上設(shè)定始終正的電壓降。由此，如通過根據(jù)第一方面的電路裝置那樣來實現(xiàn)了相同的技術(shù)優(yōu)點。

附圖說明

本發(fā)明的實施例在附圖中示出并且在下文進一步予以描述。

其中：

圖1示出了用于在行駛運行下運行電機的電路裝置；

圖2示出了用于在充電運行下運行電機的電路裝置；

圖3示出了用于對輸入電流進行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器；

圖4示出了作為調(diào)節(jié)器的用于分配電壓的控制設(shè)備；

圖5示出了中間電路電壓調(diào)節(jié)器；

圖6示出了經(jīng)整流的電網(wǎng)電壓和電池組直接逆變器的輸出電壓；以及

圖7示出了在電網(wǎng)扼流圈中的經(jīng)整流的輸入電流。

具體實施方式

圖1示出了用于運行電機101的電路裝置100。所述電路裝置100是具有多個電池組直接逆變器105-1、105-2和105-3的集成驅(qū)動系統(tǒng)的拓撲。所述電機例如用于驅(qū)動電池組供電的或者混合動力的道路運輸工具。除了驅(qū)動支路103-1、103-2和103-3之外，所述電路裝置100同時提供：充電區(qū)段113，用于輸送充電電流；以及直流電壓區(qū)段109，用于將直流電壓提供給車載電網(wǎng)。

電池組直接逆變器105-1、105-2和105-3包括大量電池組電池，所述電池組電池可以單獨地通過具有晶體管的h全橋來切換。由此，可以通過接上或切斷各個電池組電池來生成用于電機101的交變電壓。

電池組直接逆變器105-1、105-2和105-3是模塊化多級逆變器。在此涉及電池組模塊、例如每個支路四塊，所述電池組模塊的輸出電壓可以借助于全橋雙向地切換。由此，同樣可以實現(xiàn)旁路、也就是說為0v的電壓。

電路裝置100包括第一、第二和第三電驅(qū)動支路103-1、103-2和103-3。在第一電驅(qū)動支路103-1中，第一電池組直接逆變器105-1通過能控制的第一開關(guān)裝置107-1與電機101連接。在第二電驅(qū)動支路103-2中，第二電池組直接逆變器105-2通過第二開關(guān)裝置107-2與電機101連接。在第三電驅(qū)動支路103-3中，第三電池組直接逆變器105-3與電機101連接。

第三電池組直接逆變器105-3的一個逆變器接線端子能通過第三開關(guān)裝置107-3與第二驅(qū)動支路103-2連接。第三電池組直接逆變器105-3的另一逆變器接線端子能通過第四開關(guān)裝置107-4同樣與第二驅(qū)動支路103-2連接。第四開關(guān)裝置107-4分別連接在電池組直接逆變器105-2和105-3與電機101之間。通過所述三個具有電池組直接逆變器105-1、105-2和105-3的驅(qū)動支路生成三相交變電壓。每個相通過相對應(yīng)的驅(qū)動支路103-1、103-2和103-3被輸送給電機101。開關(guān)裝置107-1,…,107-4例如由接觸器或者半導(dǎo)體開關(guān)形成。

附加地，電路裝置100包括直流電壓區(qū)段109，用于將直流電壓提供給車載電網(wǎng)。所述直流電壓區(qū)段109通過作為整流器的三個二極管111-1、111-2、111-3與所述第一、第二和第三驅(qū)動支路103-1、103-2、103-3連接。通過直流電壓區(qū)段109，將直流電壓提供給車輛的車載電網(wǎng)。所述直流電壓區(qū)段109包括用于對直流電壓進行平整的電容器119和用于高壓中間電路耦合輸出的部件。由高壓車載電網(wǎng)生成具有例如為12v的電壓的車載電網(wǎng)。作為多支路的升壓轉(zhuǎn)換器的直流電壓區(qū)段109可以電流分開地來實施并且被轉(zhuǎn)換到48v的電壓上。

用于高壓耦合輸出的運行策略在于：在點ps與pn之間設(shè)定正的電壓差。由此，即使在低（向下直至零）支路電壓的情況下也可以在機器上提供高壓電壓。為了使在二極管111-1、111-2、111-3的陰極側(cè)上的電壓波動保持得微小，可以利用平頂調(diào)制（flattop-modulation）來運行電池組直接逆變器105-1、105-2和105-3。

此外，所述電路裝置100還包括充電區(qū)段113，用于將充電電流輸送到第一、第二和第三電池組直接逆變器105-1、105-2、105-3。通過充電區(qū)段113，電能從外部電網(wǎng)被傳導(dǎo)到電池組直接逆變器105-1、105-2、105-3上。充電區(qū)段113與第一驅(qū)動支路103-1和第三驅(qū)動支路103-3連接，而且包括用于單相交變電流充電的部件。充電區(qū)段113包括用于對輸入電壓進行整流的橋式整流電路115和用于對輸入電壓進行濾波的電源濾波器或者emv濾波器。emv濾波器可包括低通濾波器或者滑動時鐘濾波器（gleittaktfilter）。所述滑動時鐘濾波器同樣具有低通特性，但是對流入和回流的差有影響。由此，可以抑制朝電網(wǎng)方向起作用的電網(wǎng)反作用。直流電流充電通過與用于交變電流充電的部件并行的抽頭是可能的。

通過電路裝置100，實現(xiàn)了一個完整的基于電池組直接逆變器的驅(qū)動系統(tǒng)。與針對開關(guān)裝置107-1、107-2、107-3和107-4的運行策略相關(guān)聯(lián)地，實現(xiàn)了在所有運行狀態(tài)下從電網(wǎng)吸收電能、輸出電功率給電機并且借助于直流電壓給其它車載電網(wǎng)部件饋電。

在行駛運行下，開關(guān)裝置107-1、107-2、107-3閉合而開關(guān)裝置107-4斷開。在充電運行下，相反地，開關(guān)裝置107-1、107-2、107-3斷開而開關(guān)裝置107-4閉合。不僅可以用單相交變電壓直接在電網(wǎng)上進行充電，例如充電到220v層級以及充電到110伏特層級，或者在相對應(yīng)的充電樁上利用直流電壓和可能的更高的功率來進行充電。

圖2示出了用于在充電運行下運行電機的電路裝置100。所述電路裝置100被減少到在充電時在單支路的電網(wǎng)上活躍的元件。

在充電運行下，所述三個驅(qū)動支路103-1、103-2和103-3與所述電池組直接逆變器105-1、105-2、105-3串聯(lián)。所述電池組直接逆變器105-1、105-2、105-3被調(diào)制為使得電壓us1-us2+us3幾乎對應(yīng)于電網(wǎng)電壓。

為了可以與脈沖式的充電功率無關(guān)地從電網(wǎng)側(cè)出發(fā)對高壓電路進行饋電，可以將在第三電池組直接逆變器105-3上的電壓降us3設(shè)定得始終大于零。通過用于對輸出電壓進行調(diào)節(jié)的中間電路電壓調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)中間電路電壓調(diào)節(jié)。

圖3示出了用于對經(jīng)過充電區(qū)段113的輸入電流進行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器125（電網(wǎng)（grid）控制器）。通過調(diào)節(jié)器123來建立針對電網(wǎng)電流的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。

圖4示出了作為調(diào)節(jié)器的用于將電壓分配到各個電池組直接逆變器105-1、105-2、105-3上的控制設(shè)備123（模塊控制器）。通過調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)將負載分配到單模塊上。

圖5示出了用于對輸出電壓進行調(diào)節(jié)的中間電路電壓調(diào)節(jié)器121（dc鏈路控制器）。

圖6示出了經(jīng)整流的電網(wǎng)電壓和電池組直接逆變器105-1的輸出電壓。在橫坐標上繪制有以秒為單位的時間t。在縱坐標上繪制有以伏特為單位的電壓。示出了經(jīng)整流的電網(wǎng)電壓ugrid和電池組直接逆變器105-1、105-2、105-3的輸出電壓us的變化過程。

圖7示出了在電網(wǎng)扼流圈中的經(jīng)整流的輸入電流。在橫坐標上繪制有以秒為單位的時間t。在縱坐標上繪制有以安培為單位的輸入電流。在使用500μh的扼流圈和10khz的開關(guān)頻率的情況下形成了所示出的具有16a（rms）的有效值的輸入電流。借助于作為模塊控制器的控制設(shè)備123來促使將總輸出電壓分配到各個子模塊上。

通常，在所述電路裝置100中，也可以省去在充電區(qū)段113中的輸入端整流。如果使用所述輸入端整流，那么簡化了針對高壓耦合輸出的運行策略。整流器111-1的陽極可連接在開關(guān)裝置107-1與電池組直接逆變器105-1之間。開關(guān)裝置107-4可連接在電機101與開關(guān)裝置107-2之間。電機101的感應(yīng)線圈可以被用于充電。在這種情況下可以省去開關(guān)裝置107-4。通過所述電路裝置100，完全滿足了對在車輛中具有電池組直接逆變器的電池組供電的驅(qū)動系統(tǒng)的功能性要求。

所有與本發(fā)明的各個實施方式相關(guān)聯(lián)地闡述和示出的特征可以在按照本發(fā)明的主題下以不同的組合來設(shè)置，以便同時實現(xiàn)所述特征的有利的效果。

本發(fā)明的保護范圍通過權(quán)利要求書來給出，而且并沒有被在說明書中闡述并且在附圖中示出的特征限制。