本發(fā)明涉及一種推進(jìn)裝置和一種用于借助兩個(gè)電蓄能器來(lái)運(yùn)行電機(jī)的電氣裝置。本發(fā)明尤其是涉及對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中已知的多電壓逆變器、下面也稱作“多電平逆變器“的功能范圍以及結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展。

背景技術(shù)：

混合電池系統(tǒng)可能被設(shè)計(jì)得各不相同，并且以不同的電力電子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建。具有多電平逆變器的系統(tǒng)首先對(duì)于混合動(dòng)力應(yīng)用而言非常重要。對(duì)于多電平逆變器而言，也存在不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中，在本發(fā)明的框架內(nèi)，尤其是應(yīng)該觀察一種具有中性連接點(diǎn)的多電平逆變器(中性點(diǎn)鉗位(npc)-多電平逆變器)。npc-多電平逆變器在現(xiàn)有技術(shù)中基本已知，并且通常如在后面仍將深入討論的圖1中所示那樣構(gòu)建。在此，設(shè)置兩個(gè)能量源來(lái)運(yùn)行推進(jìn)裝置或相應(yīng)的推進(jìn)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)是，將一個(gè)能量源和/或第二能量源的能量引導(dǎo)到電動(dòng)機(jī)上，其中，應(yīng)該在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生盡可能少的歐姆損耗。

本發(fā)明的另一任務(wù)在于，在多電平逆變器上所連接的蓄能器通過(guò)在多電平逆變器上所連接的第二蓄能器充電。

上面所指出的任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過(guò)一種用于電機(jī)運(yùn)行的電路裝置來(lái)解決。所述電機(jī)例如可以被設(shè)計(jì)為同步電機(jī)。所述電機(jī)例如可以被設(shè)計(jì)為多相電機(jī)，尤其是被設(shè)計(jì)為三相電機(jī)。所述電路裝置基本包括如在現(xiàn)有技術(shù)中基本已知的多電平逆變器。該多電平逆變器具有用于第一電源(例如電池、燃料電池單元或者諸如此類的)的第一接口和用于第二電源(電池、蓄電池或者諸如此類的)的第二接口。設(shè)置第三接口，以便電接觸所述電機(jī)。在上述元件由現(xiàn)有技術(shù)已知的同時(shí)，設(shè)置附加的非線性器件(例如二極管和/或開關(guān)、尤其是可控開關(guān))，該非線性器件分開用于所述第一電源的第一接口與用于所述第二電源的第二接口之間的節(jié)點(diǎn)。換句話說(shuō)，在所述第一接口/第一電源與所述第二接口/第二電源之間的節(jié)點(diǎn)被分開，并且接入所述附加的非線性器件用于所述節(jié)點(diǎn)的部分之間的隨后的電氣連接。通過(guò)這種方式，獲得了第一(上面的)節(jié)點(diǎn)和第二(下面的)節(jié)點(diǎn)，其(可)通過(guò)所述非線性器件彼此電相連。相對(duì)于在現(xiàn)有技術(shù)中已知的、僅僅知道“只使用第一電池用于所述電機(jī)的運(yùn)行”、“只使用第二電池用于所述電機(jī)的運(yùn)行”以及“兩個(gè)電池被串聯(lián)連接來(lái)運(yùn)行所述電機(jī)”的工作點(diǎn)的多電平逆變器而言，如上面所述的根據(jù)本發(fā)明的電路裝置另外還知道“兩個(gè)電源被并聯(lián)連接”的工作點(diǎn)。對(duì)于所述兩個(gè)能量源的并聯(lián)情況，在所述能量源的電壓水平方面沒(méi)有任何前提，但在不同的電壓水平的情況下，首先使用電壓水平更高的能量源，直到兩個(gè)能量源幾乎具有相同的電壓水平。然后才從兩個(gè)電源中提取能量。通過(guò)這種方式，可借助本發(fā)明根據(jù)需要提取具有相同電壓水平的高電流。所述電機(jī)上的電壓可通過(guò)兩個(gè)電池電壓的疊加而明顯升高。附加地，可以在沒(méi)有附加的部件和控制花費(fèi)的情況下實(shí)現(xiàn)所使用的蓄能器的充電平衡。另外，可使用650v-igbt(例如在能量源電壓水平分別高達(dá)450v的情況下)。最后，電池單元壽命可通過(guò)減負(fù)而被提高，因?yàn)椴⒙?lián)以每個(gè)能量源分別一半的電流強(qiáng)度、而不是整電流強(qiáng)度并且因此以電池內(nèi)和電路內(nèi)明顯更少的損耗來(lái)運(yùn)行兩個(gè)能量源。可通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的電路裝置內(nèi)所包含的開關(guān)的預(yù)先確定的開關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載(例如所述電機(jī))上的電壓?？筛鶕?jù)支路的實(shí)施和數(shù)量或者根據(jù)所述電機(jī)的相，在基本特征內(nèi)使用相應(yīng)的開關(guān)模式，以便實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明所達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)。

從屬權(quán)利要求示出了本發(fā)明的優(yōu)選擴(kuò)展方案。

所述非線性器件可包括二極管，由此特別是對(duì)于所述二極管是唯一的附加的非線性器件的情況，簡(jiǎn)化了所述附加的非線性器件的結(jié)構(gòu)。為了附加地能夠?qū)崿F(xiàn)所述第一電源通過(guò)所述第二電源來(lái)充電，所述附加的非線性器件可具有至少一個(gè)受控的第一開關(guān)。在實(shí)踐中，經(jīng)常使用兩個(gè)反向地彼此串聯(lián)連接的絕緣柵雙極型晶體管(igbt)，所述絕緣柵雙極型晶體管包括續(xù)流二極管。

替代地或附加地，相應(yīng)的可控開關(guān)可與所述多電平逆變器的每個(gè)橋分支的二極管并聯(lián)。在所述可控開關(guān)的適當(dāng)脈沖控制下，可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合附圖對(duì)這些運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明所提出的電路裝置的可行控制的一種示例通過(guò)權(quán)利要求3中所包含的表格來(lái)描述。在此，在運(yùn)行狀態(tài)i至iv中分別包含的行例如是按時(shí)間順序由上向下經(jīng)歷，使得可為所含元件的狀態(tài)導(dǎo)出相應(yīng)的時(shí)間序列。開關(guān)t1至t12被分配給各個(gè)半橋(1.hb(第一半橋)、2.hb(第二半橋)、3.hb(第三半橋))或支路。因此，所示出的表格是針對(duì)在根據(jù)本發(fā)明的電路裝置中設(shè)置三個(gè)半橋(例如用于三相電機(jī)的運(yùn)行)的情況的開關(guān)說(shuō)明。作為附加的非線性器件的示范性組成部分的開關(guān)t19、t20的開關(guān)狀態(tài)結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)iii示出與現(xiàn)有技術(shù)的主要區(qū)別。在按照權(quán)利要求3的表格中，空白格意味著斷開的開關(guān)，d表示作為續(xù)流二極管的運(yùn)行，并且1表示閉合(導(dǎo)通)的開關(guān)。

為了除了第一電池通過(guò)第二電池來(lái)充電(在行駛運(yùn)行中或者在停止運(yùn)行中，其中在后者情況下所述電機(jī)并不轉(zhuǎn)動(dòng))以外能夠使用根據(jù)本發(fā)明的電路裝置，可在多電平逆變器的至少一個(gè)橋分支內(nèi)設(shè)置電感作為存儲(chǔ)扼流圈。所述電感或者存儲(chǔ)扼流圈例如可以被設(shè)置在第一電源的第一接口與所述電機(jī)的第三接口(例如所述多電平逆變器的相應(yīng)支路)之間。替代地或附加地，所述電感或者存儲(chǔ)扼流圈例如可以被布置在第二電源的第二接口與所述電機(jī)的第三接口(例如所述多電平逆變器的相應(yīng)支路)之間。通過(guò)所述電感，也可以與更高的電壓水平相反地驅(qū)動(dòng)電流，其方式是：首先驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)所述電感的電源被切斷或者與所述電感分離。通過(guò)這種方式，例如可使用具有更低電壓水平的第一電池，以便給具有更高電壓水平的第二電池充電。

為了能夠借助所述電感不依賴于相應(yīng)電源的電壓水平地來(lái)調(diào)節(jié)所述電機(jī)的第三接口上的輸出電壓，所述裝置可被設(shè)置為，脈沖地運(yùn)行所述多電平逆變器的預(yù)定義開關(guān)。通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求6的表格示出具有附加電感或存儲(chǔ)扼流圈的電路裝置的運(yùn)行方式的一種示例，結(jié)合根據(jù)權(quán)利要求3的表格所做的結(jié)論同樣適用于該表格。運(yùn)行狀態(tài)iv現(xiàn)涉及以下情況，在第一接口上所施加的電壓基本上等于在第二接口上所施加的電壓，而運(yùn)行狀態(tài)v、vi和vii能夠?qū)崿F(xiàn)用于利用兩個(gè)電壓水平不同的電源來(lái)并行運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)的新運(yùn)行狀態(tài)(運(yùn)行狀態(tài)v和vi)或在第二接口上所連接的蓄能器通過(guò)在第一接口上所連接的蓄能器來(lái)充電，其中在第一接口上所施加的電壓基本上大于在第二接口上所施加的電壓(運(yùn)行狀態(tài)vii)。

除了根據(jù)權(quán)利要求3的表格以外，在根據(jù)權(quán)利要求6的表格中包含以下名稱：“fdt”表示在脈沖運(yùn)行時(shí)通過(guò)相應(yīng)開關(guān)的續(xù)流二極管進(jìn)行的整流、“t”表示相應(yīng)開關(guān)的脈沖運(yùn)行以及“k”作為在相應(yīng)開關(guān)的脈沖運(yùn)行時(shí)的占空比的參數(shù)。就此，作為占空比的可能的范圍限制，公開了所有在0至100之間可被10整除的百分比。

所述電機(jī)上的電壓可通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的開關(guān)的適當(dāng)控制來(lái)調(diào)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)所述電機(jī)內(nèi)的正弦形電流，所述電路裝置的確定開關(guān)必須以適合的方式脈沖地來(lái)運(yùn)行。要進(jìn)行脈沖的開關(guān)例如可以共模連接。開關(guān)模式的占空比可依據(jù)兩個(gè)電源在第一接口和第二接口上的電壓水平來(lái)選擇。即使在具有存儲(chǔ)扼流圈的裝置中或者在根據(jù)權(quán)利要求6中的表格來(lái)運(yùn)行時(shí)，附加的非線性器件的開關(guān)也可被二極管所取代，只要第一蓄能器通過(guò)第二蓄能器的充電不應(yīng)該能夠隨意地進(jìn)行。通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求6的表格所定義的運(yùn)行方式可依據(jù)所調(diào)整的電路變型通過(guò)專業(yè)人員以相應(yīng)的方式來(lái)調(diào)整，而這不需要為此有明確的說(shuō)明。優(yōu)選地，可在所述電感(存儲(chǔ)扼流圈)與第三接口之間設(shè)置第四接口作為電網(wǎng)接口。為了能夠利用盡可能少的部件從不同能量源類型(交流電、直流電、單相、三相等等)給電池充電，根據(jù)本發(fā)明的電路裝置可利用在實(shí)際中在電網(wǎng)接口上總是存在的電網(wǎng)濾波電容器。換句話說(shuō)，在第四接口(該第四接口與第三接口一樣可被設(shè)計(jì)為是單相或多相的)上，可連接通向能量網(wǎng)的電氣連接導(dǎo)線，其中利用三個(gè)電網(wǎng)濾波電容器，在第一接口上所連接的電池可以利用三相的能量源充電，而利用僅一個(gè)電網(wǎng)濾波電容器，第一接口上的電池可由兩相的能量源充電，并且在沒(méi)有附加部件的情況下，第一接口上的電池在以下前提條件下可以由一個(gè)直流電源充電，即所述直流電源的電壓水平小于或等于第一接口上的電池的電壓水平。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了一種推進(jìn)裝置(例如轎車、運(yùn)輸車、載貨汽車、空中和/或水上交通工具)，該推進(jìn)裝置具有根據(jù)開頭所述的發(fā)明方面的電路裝置。所述電路裝置可被用于給所述推進(jìn)裝置的牽引電機(jī)或者其他電機(jī)供電。因此，特征、特征組合以及由其得出的優(yōu)點(diǎn)顯然與開頭所述的發(fā)明方面的那些特征、特征組合和優(yōu)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，因此為了避免重復(fù)，參照上面的實(shí)施。

附圖說(shuō)明

下面參照所附的附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中：

圖1為具有兩個(gè)電池作為直流電源以及三相電機(jī)的具有中性連接點(diǎn)的多電平逆變器(npc-mli)的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；

圖2為根據(jù)圖1的npc-mli的第一種根據(jù)本發(fā)明的改型的電路圖；

圖3為根據(jù)圖1的npc-mli的第二種根據(jù)本發(fā)明的改型的電路圖；

圖4為根據(jù)圖1的npc-mli的第三種根據(jù)本發(fā)明的改型的電路圖；

圖5為根據(jù)圖1的npc-mli的第四種根據(jù)本發(fā)明的改型的電路圖；

圖6為根據(jù)圖1的npc-mli的第五種根據(jù)本發(fā)明的改型的電路圖；以及

圖7為一種原理簡(jiǎn)圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的推進(jìn)裝置的一種實(shí)施例的組件。

具體實(shí)施方式

圖1示出了一種npc-mli，其在第一接口2上具有電池b1作為具有內(nèi)阻ri1的直流電源，并且在第二電氣接口3上具有第二電池b2作為具有內(nèi)阻ri2的直流電源。所述npc-mli在輸出側(cè)與三相的電機(jī)1耦合，該電機(jī)具有三個(gè)電感l(wèi)1、l2、l3以及分別與這些電感串聯(lián)的、用來(lái)表示歐姆損耗的歐姆電阻r1、r2、r3。在所述第一接口2上連接的第一支路si具有第一開關(guān)t1、第二開關(guān)t2、第三開關(guān)t3和第四開關(guān)t4。在所示電路中，所有開關(guān)被設(shè)計(jì)為絕緣柵雙極型晶體管(“igbt”)。在所述第一開關(guān)t1的第二接口與所述第二開關(guān)t2的第一接口之間連接有第一二極管d1，該二極管在另一側(cè)被連接到所述中性連接點(diǎn)0上。所述二極管d1的流通方向沿著所述第一開關(guān)t1的方向定向。在所述第二電氣接口3與所述第二開關(guān)t2之間，設(shè)置有第三開關(guān)t3和第四開關(guān)t4，其中第二二極管d2在所述第三開關(guān)t3的第二接口與所述第四開關(guān)t4的第一接口之間被接入，并且另一側(cè)與所述中性連接點(diǎn)0電連接。所述第二二極管d2的流通方向沿著所述中性連接點(diǎn)0的方向定向。在所述第二開關(guān)t2的第二接口與所述第三開關(guān)t3的第一接口之間，連接有所述電機(jī)1的一相。兩個(gè)剩余的相對(duì)于所述npc-mli的電氣接口2、3而言與第一支路si并聯(lián)連接的支路sii、siii的結(jié)構(gòu)分別與上述支路si的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，因此為了避免重復(fù)，參照上面的實(shí)施。

圖2示出了如結(jié)合圖1已經(jīng)予以詳細(xì)介紹的npc-mli的第一種根據(jù)本發(fā)明的改型。所述改型的一部分在于，所述中性連接點(diǎn)0(npc)已經(jīng)通過(guò)作為非線性器件的組成部分的第一igbtt19和第二igbtt20分成上節(jié)點(diǎn)0b和下節(jié)點(diǎn)0a。換句話說(shuō)，與相應(yīng)電池b1、b2并聯(lián)的支路si、sii、siii被設(shè)計(jì)為在同一連接點(diǎn)0處首先被分開并且接著通過(guò)igbtt19、t20又可彼此電連接。另外，二極管d1至d6被相應(yīng)的igbtt13至t18所取代，所述igbt在其本征二極管的定向方面與分配給相應(yīng)的第三連接點(diǎn)4的igbtt2、t3、t6、t7、t10、t11一致。根據(jù)在按照權(quán)利要求6的表格中所列出的狀態(tài)的脈沖運(yùn)行能夠?qū)崿F(xiàn)所述電池b1、b2的并行的運(yùn)行方式來(lái)給所述電機(jī)1供應(yīng)能量。

圖3和4示出了圖2中所示的電路裝置的一種優(yōu)選改型，其中相應(yīng)的電感l(wèi)被布置在圖3中的相應(yīng)三個(gè)開關(guān)t1、t2、t13；t5、t6、t15；t9、t10、t17或者圖4中的相應(yīng)三個(gè)開關(guān)t3、t4、t14；t7、t8、t16；t11、t12、t18的星點(diǎn)與電機(jī)1的相應(yīng)的第三連接點(diǎn)4之間。通過(guò)按照權(quán)利要求6中的表格的脈沖控制，可以使用電感l(wèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)在所述電池b1、b2的不同電壓水平下的并行運(yùn)行和/或一個(gè)電池通過(guò)分別另一電池的充電運(yùn)行。

圖5和6示出了根據(jù)圖3或4的電路裝置的通過(guò)在所述電感與第三接口之間插入附加的第四接口5作為電網(wǎng)接口的改型。通過(guò)所述第四接口5，外部的供能接口可以與根據(jù)本發(fā)明的電路裝置耦合。在商業(yè)的供能接口中始終存在的電網(wǎng)濾波電容器結(jié)合相應(yīng)的扼流線圈l構(gòu)成了相應(yīng)的振蕩回路，通過(guò)該振蕩回路，根據(jù)本發(fā)明的電路裝置可被設(shè)置用于能夠以特別少的部件通過(guò)多個(gè)不同的能量源類型(例如交流電壓、直流電壓、單相、三相或多相)來(lái)給電池充電。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的推進(jìn)裝置10的一種實(shí)施例的示意圖，在該推進(jìn)裝置中，使用電機(jī)1作為牽引電機(jī)。所述電機(jī)1的三個(gè)相與根據(jù)本發(fā)明的電路裝置6電連接，該電路裝置的第一和第二接口與相應(yīng)的電池b1、b2電連接，并且該電路裝置的第四接口作為電網(wǎng)接口與電網(wǎng)插頭7電連接。通過(guò)這種方式，所示的推進(jìn)裝置10可具有與結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的電路裝置在前面已經(jīng)詳細(xì)地予以描述的相同的特征、運(yùn)行狀態(tài)和優(yōu)點(diǎn)。