電驅動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電驅動系統(tǒng)，其具有n相電機，n＞1，所述n相電機具有至少兩個多相繞組支路；第一逆變器，所述第一逆變器的輸出端子與電機的多相繞組支路中的第一多相繞組支路的相端子連接；第二、與第一逆變器并聯(lián)的第二逆變器，所述第二逆變器的輸出端子與電機的多相繞組支路中的第二多相繞組支路的相端子連接；和直流電壓源，所述直流電壓源具有多個串聯(lián)的電池組模塊，并且所述直流電壓源利用第一輸出端子與第一逆變器的第一輸入端子連接以及利用第二輸出端子與第二逆變器的第一輸入端子連接，其中第一逆變器的第二輸出端子和第二逆變器的第二輸入端子彼此連接，使得第一逆變器和第二逆變器以串聯(lián)方式布置，并且其中第一逆變器的第二輸入端子和第二逆變器的第二輸入端子與在串聯(lián)的電池組模塊的兩個分組之間的直流電壓源的中間抽頭連接。
【專利說明】
電驅動系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及尤其用于電運行的車輛、例如電動汽車或者混合動力車輛的電驅動系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]如在圖1中示例性示出的那樣，在電驅動系統(tǒng)100中通常通過脈沖逆變器形式的逆變器102將多相電流饋入到電機101中。對此，由直流電壓中間電路103所提供的直流電壓可以被轉換為多相交流電壓、例如三相交流電壓。在此，直流電壓中間電路103由支路104饋電，所述支路由串聯(lián)接線的電池組模塊105或者任意的直流電壓源組成。
[0003]為了能夠滿足對功率和能量的、針對相應的應用所給定的要求，多個電池組模塊或者電池組電池在蓄能系統(tǒng)中經(jīng)常被串聯(lián)。然而，如果在電機處需要高的功率，那么可能變的必要的是在電驅動系統(tǒng)100的實現(xiàn)中采取措施，所述措施勝任提高的功率要求。
[0004]例如可能能夠將多個由串聯(lián)接線的電池組模塊105組成的支路104并聯(lián)。然而這可能導致支路104之間的不期望的平衡電流。除此之外也可能需要提高逆變器102和電機101的組件的電流承載能力?？商娲兀虚g電路電壓也可以被升高。在每種情況中，在電驅動系統(tǒng)的實現(xiàn)中大量的匹配發(fā)展和變化變得是必要的，所述匹配發(fā)展和變化又導致提高的實現(xiàn)耗費和成本。
[0005]出版物US2007/0070667 Al公開一種用于具有多重并聯(lián)的逆變器的電運行的車輛的驅動系統(tǒng)，所述逆變器給多相電動機供應交流電壓。出版物DE 10 2011 085 731 Al公開一種用于具有兩個并聯(lián)的逆變器的六相電動機的電驅動系統(tǒng)。出版物DE 10 2008 008978 Al公開一種模塊化驅動整流器。出版物DE 10 2010 001 250 Al公開一種用于具有兩個相系統(tǒng)(Phasensystem)的電機的電驅動系統(tǒng)，所述相系統(tǒng)經(jīng)由分離的逆變器被饋電。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明按照第一方面實現(xiàn)一種電驅動系統(tǒng)，其具有η相電機，η>1，所述η相電機具有至少兩個多相繞組支路;第一逆變器，所述第一逆變器的輸出端子與電機的多相繞組支路中的第一多相繞組支路的相端子連接;第二、與第一逆變器并聯(lián)的第二逆變器，所述第二逆變器的輸出端子與電機的多相繞組支路中的第二多相繞組支路的相端子連接;和直流電壓源，所述直流電壓源具有多個串聯(lián)的電池組模塊，并且所述直流電壓源利用第一輸出端子與第一逆變器的第一輸入端子連接以及利用第二輸出端子與第二逆變器的第一輸入端子連接，其中第一逆變器的第二輸入端子和第二逆變器的第二輸入端子彼此連接，使得第一逆變器和第二逆變器以串聯(lián)方式布置，并且其中第一逆變器的第二輸入端子和第二逆變器的第二輸入端子與串聯(lián)的電池組模塊的兩個分組之間的直流電壓源的中間抽頭連接。
[0007]發(fā)明優(yōu)點本發(fā)明的思想是:借助于標準化的功率部件、諸如逆變器例如在Β6拓撲中操控電機。這樣的逆變器作為標準化的模塊類型可用，所述模塊類型通過規(guī)模效應可以成本低地被獲得和實現(xiàn)。通過使功率部件模塊化，有利地提高電驅動系統(tǒng)的效率，而電機或者各個功率部件本身的實施不變得更昂貴或者更成本密集。此外可以為所有的功率部件設置簡單的機械連接裝置，系統(tǒng)模塊可以通過所述連接裝置被聯(lián)接。此外，同樣地可以例如在中央控制電路板上為所有的功率部件設置中央控制裝置。
[0008]按照本發(fā)明電驅動系統(tǒng)的一個實施方式，第一和第二逆變器可以分別具有三相自換向逆變器，所述逆變器包括三個以串聯(lián)方式由分別兩個功率半導體開關組成的對稱的半橋。
[0009]按照本發(fā)明電驅動系統(tǒng)的另一實施方式，開關元件可以分別具有功率半導體開關、優(yōu)選地MOSFET開關或者IGBT開關。所述開關可以特別能負載地以及可靠地被操控。
[0010]按照本發(fā)明電驅動系統(tǒng)的另一實施方式，驅動系統(tǒng)此外可以具有控制裝置，所述控制裝置被設計用于操控第一逆變器和第二逆變器的功率半導體開關，其中控制裝置布置在用于第一逆變器和第二逆變器的中央控制電路板上。
[0011]按照本發(fā)明電驅動系統(tǒng)的另一實施方式，驅動系統(tǒng)此外可以具有至少一個與第一逆變器并聯(lián)的第三逆變器，所述第三逆變器的輸入端子分別與第一逆變器的輸入端子耦合;和至少一個與第二逆變器并聯(lián)的第四逆變器，所述第四逆變器的輸入端子分別與第二逆變器的輸入端子耦合。在此，按照另一實施方式，驅動系統(tǒng)此外可以包括在第三逆變器的輸入端子之間耦合的第三直流電壓中間電路和在第四逆變器的輸入端子之間耦合的第四直流電壓中間電路。
【附圖說明】
[0012]參考附圖由以下描述得出本發(fā)明的實施方式的其他特征和優(yōu)點。
[0013]圖1示出示例性的常規(guī)的電驅動系統(tǒng)的示意圖；
圖2示出按照本發(fā)明的另一實施方式的電驅動系統(tǒng)的示意圖；和圖3示出按照本發(fā)明的另一實施方式的電驅動系統(tǒng)的示意圖。
[0014]相同的附圖標記通常表示類似的或者相同地起作用的組件。在圖中示出的示意圖僅是示例性的性質，所述示意圖出于清楚的原因理想化地被描繪。不言而喻，示出的組件僅僅用于闡明本發(fā)明的原理和功能性方面。
[0015]圖2示出具有六相電機6的電驅動系統(tǒng)30的示意圖，所述六相電機6例如可以是所連接的磁阻電機或者感應式電機。電機6示例性地具有兩個三相繞組支路6a和6b，所述繞組支路可以在其星形接點中彼此耦合。此外，電驅動系統(tǒng)30具有由至少一個第一逆變器3a和第二逆變器3b組成的逆變器系統(tǒng)。在此，第一逆變器3a在其輸出端子處對電機6的第一三相繞組支路6a饋電。第二逆變器3b在其輸出端子處對電機6的第二三相繞組支路6b饋電。
[0016]在此，逆變器3a和3b分別具有B6全橋拓撲，也即，逆變器中的每個具有三相自換向逆變器，所述逆變器包括三個以串聯(lián)電路方式由分別兩個功率半導體開關Hl和H2、H3和H4或者H5和H6組成的對稱的半橋。功率半導體開關例如可以是MOSFET開關或者IGBT開關。然而在此也可以將每種其他類型的開關元件作為開關Hl至H6使用，并且在此將空轉二極管與每個開關元件Hl至H6并聯(lián)。三相繞組支路6a或者6b的相中的第一相耦合在逆變器3a或者3b的第一半橋的中間抽頭處，三相繞組支路6a或者6b的相中的第二相耦合在逆變器3a或者3b的第二半橋的中間抽頭處，以及三相繞組支路6a或者6b的相中的第三相耦合在逆變器3a或者3b的第三半橋的中間抽頭處。
[0017]在此，第一逆變器3a和第二逆變器3b可以要么作為單獨的逆變器單元要么也在共同的逆變器模塊中被實現(xiàn)。在后者情況下，可以設置具有六個對稱的半橋的唯一的逆變器模塊，其中使所述逆變器模塊以相應的方式與電機6耦合。(未明確地示出的)控制裝置可以被使用用于操控功率半導體開關Hl至H6，所述控制裝置例如可以在共同的控制電路板上來實現(xiàn)。
[0018]逆變器3a和3b例如可以分別地從直流電壓中間電路2a或者2b中被饋電。在電驅動系統(tǒng)30中，共同的直流電壓源1、例如電動車輛的牽引電池組被設置用于給兩個直流電壓中間電路2a和2b供應直流電壓。對此，直流電壓源I例如可以具有由電池組模塊5組成的串聯(lián)電路，所述電池組模塊5的數(shù)量在圖2中僅示例性地用3示出，每種其他數(shù)量的電池組模塊5同樣可以是可能的。此外清楚的是，逆變器3a和3b的相的數(shù)量可以與在圖2中示例性地示出的數(shù)量3不同，根據(jù)電機6的繞組支路6a和6b的相的需要的數(shù)量，其相數(shù)量可以采用每個任意的數(shù)。尤其當電機6具有多于兩個的多相繞組支路6a和6b時，同樣可以將多于兩個的逆變器3a和3b并聯(lián)。對此，逆變器中的每個可以被分配給多相繞組支路中的一個，并且與該繞組支路電連接。
[0019]在此，直流電壓源I利用其兩個輸出端子的各一個與兩個逆變器3a和3b的各一個輸入端子連接。兩個逆變器3a和3b的分別另外的輸入端子與直流電壓源I的中間抽頭M連接。在此，中間抽頭M在電池組模塊5的串聯(lián)電路中耦合在直流電壓源I的電池組模塊5的分別兩個分組之間，以便為兩個逆變器3a和3b的輸入端子提供固定的參考電勢。在多于兩個的逆變器3a和3b的情況下，也可以實現(xiàn)多個中間抽頭M，所述中間抽頭M分別被實施為使得所有電池組模塊5的總輸出電壓通過多個串聯(lián)的逆變器瓜分。由此，用于逆變器的輸入端子的相應參考電勢的對稱化可以被實現(xiàn)。
[0020]在此，每個逆變器3a、3b也可以從單獨的直流電壓源I中被饋電。如在圖2中示出的六相電機6的饋電例如也可以通過兩個分離的直流電壓源I進行。有利地，在該變型中，相鄰的逆變器3a、3b可以分別交替地由兩個直流電壓源I饋電。
[0021]通過原則上類似的逆變器3a和3b的串聯(lián)接線，電驅動系統(tǒng)30的效率可以在維持期望的輸出電壓水平的情況下顯著地被提高。在此，在兩個逆變器3a和3b之間的平均電壓電平(Spannungsebene)可以以適當?shù)姆绞酵ㄟ^選擇中間抽頭M被對稱化。由此，相對于傳統(tǒng)的功率半導體開關Hl至H6，不必提高逆變器3a和3b的功率半導體開關Hl至H6的電流承載能力。此外，通過模塊化可以實現(xiàn)冗余的系統(tǒng)，其中在各個逆變器3a或者3b的故障情況下可以設立具有受限制的效率的緊急運行功能。對此，逆變器系統(tǒng)的有缺陷的或者有故障的部分可以被去激活，并且通過逆變器的串聯(lián)電路中的適當?shù)呐月烽_關被橋接或者避開，并且電機6至少暫時地通過剩余的逆變器部分被供應減少的功率。
[0022]圖3示出圖2的電驅動系統(tǒng)30的改進方案。在圖3中，在逆變器系統(tǒng)的串聯(lián)的逆變器子系統(tǒng)中的每一個中，兩個或更多個逆變器3a和3c或者3b和3d可以被并聯(lián)。由此，可以實現(xiàn)每電壓電平多個逆變器3a和3c或者3b和3d，所述電壓電平例如可以偏移地被時鐘控制(getaktet)，以便減少在饋入到電機6中的相電壓或者相電流中的電壓波動和/或電流波動(“紋波(4??10)”)。此外，逆變器3&、313、3(3和3(1中的每個對電機的三相繞組支路6&、613、6(3、6d饋電。因此在圖3的示例中，電機6是十二相電機。
[0023]在圖3中僅示例性地分別用2示出電壓電平的數(shù)量以及每電壓電平的逆變器3a和3c或者3b和3d的數(shù)量，容易地可以實現(xiàn)多于兩個的電壓電平或者每電壓電平多于兩個的逆變器。對此，在多于兩個的電壓電平的情況下必要時可以使用在電池組模塊5的兩個其他分組之間的在直流電壓源I處的附加的中間抽頭M，以便將在每電壓電平的各個逆變器組的分別處于串聯(lián)的輸入端子之間的電壓中間電平對稱化。
[0024]視所使用的電壓中間電平的數(shù)量而定，僅須根據(jù)直流電壓源I的總直流電壓的一小部分來設計各個逆變器3a和3c或者3b和3d。由此，對于直流電壓源I的高輸出電壓也可以使用標準功率部件。
[0025]在圖2至3的示出的驅動系統(tǒng)30中，電機6例如可以是同步或者異步電機、磁阻電機或者無刷直流電動機(BLDC，“brushless DC motor”)。在此，可能也可以在靜態(tài)系統(tǒng)中使用圖2至3的電驅動系統(tǒng)30，例如在發(fā)電站中、在電能量生產(chǎn)設備、諸如風力發(fā)電設備、光伏設備或者熱電聯(lián)供設備(KraftwSrmekopplungsanlagen)中、在蓄能設備、諸如壓縮空氣蓄能發(fā)電站、電池組蓄能發(fā)電站、飛輪蓄能器、抽水蓄能器或者類似的系統(tǒng)中。圖2至3的電驅動系統(tǒng)30的其他使用可能性是人員或者貨物運輸車輛，所述人員或者貨物運輸車輛被設計用于在水上或者水下前進，例如船舶、機動艇等等。
【主權項】
1.電驅動系統(tǒng)(30)，其具有: η相電機(6)，η>1，所述η相電機具有至少兩個多相繞組支路(6a、6b); 第一逆變器(3a)，所述第一逆變器的輸出端子與電機(6)的多相繞組支路(6a、6b)中的第一多相繞組支路的相端子連接； 第二逆變器(3b)，所述第二逆變器的輸出端子與電機(6)的多相繞組支路(6a、6b)中的第二多相繞組支路的相端子連接;和 直流電壓源(I)，所述直流電壓源具有多個串聯(lián)的電池組模塊(5)，并且所述直流電壓源利用第一輸出端子與第一逆變器(3a)的第一輸入端子連接以及利用第二輸出端子與第二逆變器(3b)的第一輸入端子連接， 其中第一逆變器(3a)的第二輸入端子和第二逆變器(3b)的第二輸入端子彼此連接，使得第一逆變器(3a)和第二逆變器(3b)以串聯(lián)方式布置，并且其中第一逆變器(3a)的第二輸入端子和第二逆變器(3b)的第二輸入端子與串聯(lián)的電池組模塊(5)的兩個分組之間的、直流電壓源(I)的中間抽頭(M)連接。2.按照權利要求1所述的電驅動系統(tǒng)(30)，其中所述第一和第二逆變器(3a、3b)分別具有三相自換向逆變器，所述三相自換向逆變器包括三個以串聯(lián)方式由分別兩個功率半導體開關(!11、!12;!13、!14;!15、冊)組成的對稱的半橋。3.按照權利要求2所述的電驅動系統(tǒng)(30)，其中所述功率半導體開關(Hl、H2; H3、H4;H5、H6 )具有MOSFET開關或者IGBT開關。4.按照權利要求2至3之一所述的電驅動系統(tǒng)(30)，此外具有: 控制裝置，所述控制裝置被設計用于，操控第一逆變器(3a)和第二逆變器(3b)的功率半導體開關邙1、!12;!13、!14;!15、冊)，其中所述控制裝置布置在用于第一逆變器(3&)和第二逆變器(3b )的中央控制電路板上。5.按照權利要求1至4之一所述的電驅動系統(tǒng)(30)，此外具有: 至少一個與第一逆變器(3a)并聯(lián)的逆變器(3c)，所述逆變器(3c)的輸入端子分別與第一逆變器(3a)的輸入端子親合;和 至少一個與第二逆變器(3b)并聯(lián)的逆變器(3d)，所述逆變器(3d)的輸入端子分別與第二逆變器(3b)的輸入端子親合。
【文檔編號】H02P27/06GK106068202SQ201580010726
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2015年1月8日 公開號201580010726.6, CN 106068202 A, CN 106068202A, CN 201580010726, CN-A-106068202, CN106068202 A, CN106068202A, CN201580010726, CN201580010726.6, PCT/2015/50216, PCT/EP/15/050216, PCT/EP/15/50216, PCT/EP/2015/050216, PCT/EP/2015/50216, PCT/EP15/050216, PCT/EP15/50216, PCT/EP15050216, PCT/EP1550216, PCT/EP2015/050216, PCT/EP2015/50216, PCT/EP2015050216, PCT/EP201550216
【發(fā)明人】M.布勞恩, S.布茨曼
【申請人】羅伯特·博世有限公司