用于电动车辆的驱动系统和用于以内燃机为蓄电池充电的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于电动车辆的驱动系统(10)，其包括电机(16)、用于为该电机(16)供电的牵引蓄电池(20)、异步机(17)和用于驱动该异步机(17)的内燃机(18)，其中该异步机(17)被设置用于，为了该电动车辆的续航里程延长而根据控制信号为该牵引蓄电池(20)充电。其中该牵引蓄电池(20)具有多条蓄电池线路(11)，这些蓄电池线路(11)具有用于产生相互相移的电压曲线的可调节的输出电压，且每个蓄电池线路(11)不仅设置为用于为电机(16)的多个相位连接端(21)中的一个供电而且与异步机的相位连接端(22)相连接。此外本发明还涉及一种用于通过异步机(17)和与其串联布置的内燃机(18)为具有多个蓄电池线路(11)的牵引蓄电池(20)充电的方法。
【专利说明】用于电动车辆的驱动系统和用于以内燃机为蓄电池充电的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于电动车辆的驱动系统，其包括电机、用于为该电机供电的牵引蓄电池、异步机和用于驱动该异步机的内燃机。本发明尤其涉及一种用于电动车辆的驱动系统，其中异步机被设置用于，为了电动车辆的续航里程延长而根据控制信号为该牵引蓄电池充电。此外本发明还涉及一种用于为具有多个蓄电池线路的牵引蓄电池充电的方法，其中通过异步机和与其串联布置的内燃机为该牵引蓄电池充电。
【背景技术】
[0002]已知具有电机的车辆，如电动汽车或混合动力车辆。其中以锂离子技术的蓄电池尤其适用于作为电动车辆的能量存储器。此外其因为高的能量密度以及极小的自放电而突出。能够通过电机实现驱动车辆，该电机被设置为多相的、优选为三相的电机且由该牵引蓄电池，尤其是该锂离子牵弓I蓄电池供电。
[0003]如今由于有限的电池容量和有限的充电速度电动车辆通常比具有内燃机的车辆具有更小的续航里程且通常在例如一到两个小时的较长充电时间后才能够再使用。因此经常使用所谓的增程器(REX)。通过“增程器”，也被称为“续航里程延长器”，在车辆中被认为是附加的组件，通过其能够提高该车辆的续航里程。因此被该电动车辆携带的内燃机能够被用于驱动发电机，由其能够为该牵引蓄电池充电。替代地或附加地也能够使用内燃机的能量来驱动该车辆。为了为该蓄电池充电能够为该内燃机和发电机选择相同的运行且因此维持更加优化的工作点，由此得出用于该增程器的优化的效率。
[0004]在DE 10 2009 001 705 Al中阐述了一种具有蓄电池充电装置的电动车辆，其中通过由该蓄电池充电装置提供的能量启动被设置作为增程器的内燃机。其中优选地双向地设置该蓄电池充电装置。
[0005]在DE 10 2007 004 172 Al中阐述了一种用于车辆的驱动系统，该驱动系统具有电机。此外存在内燃机和与之串联连接的发电机，借此能够为该电机的牵引蓄电池充电。
[0006]在DE 10 2010 031 159 Al中阐述了一种内燃机形式的增程器和异步机。在发电机运行时通过内燃机驱动的异步机经过连接在两者之间的整流器为牵引蓄电池充电。在电动机运行时经过逆变器由牵引蓄电池为该异步机供电且该异步机能够用来启动和加速内燃机。
[0007]此外在该 申请人:多个更早的专利申请中阐述了具有多个、尤其是三个蓄电池线路的牵引蓄电池。其能够相移地以确定的频率运行，其中每个蓄电池线路为多相电机的每个连接端供电。这种具有多个、相互相移地运行的蓄电池线路的蓄电池也被称作蓄电池直接转换器。
[0008]但是当具有这种多线路牵引蓄电池的驱动系统由增程器驱动时，必须克服困难或问题，即从此不是存在一个，而是存在例如三个全部必须被充电的蓄电池线路。
【发明内容】
[0009]根据本发明提供了一种用于电动车辆的驱动系统，其具有电机、为该电机供电的牵引蓄电池、异步机和驱动该异步机的内燃机。该异步机被设置用于，为了该电动车辆的续航里程延长而根据控制信号为牵引蓄电池充电。该牵引蓄电池包括多条蓄电池线路，该些蓄电池线路具有用于产生相互相移的电压曲线的可调节的输出电压。每个蓄电池线路不仅被设置用于为该电机的多个相位连接端中的一个供电而且与该异步机的相位连接端相连接。
[0010]此外还提供了一种用于为具有多个蓄电池线路的牵引蓄电池充电的方法，其中通过异步机和与其串联布置的内燃机为该牵引蓄电池充电。其中该牵引蓄电池被控制用于，为了控制电机通过该蓄电池线路产生具有预定的和/或变化的频率的相互相移的输出电压。此外根据该方法通过该内燃机以高于三相牵引蓄电池频率的频率来运行该异步机，从而在该异步机中存在负的转差率。
[0011]此外根据本发明的一个方面还实现一种车辆，尤其是混合动力汽车或电动汽车，其配备有根据本发明的驱动系统。
[0012]因此根据本发明提出了一种用于具有增程器的电驱动装置的互联拓扑结构，其中用于为该牵引蓄电池充电的异步机以直接的方法和方式与该牵引蓄电池连接。更准确地说，如此连接该牵引蓄电池，使得尤其能够省略一个或多个整流器。这根据本发明尤其通过这种方式实现，即该些蓄电池模块线路的多个输出端直接与由该内燃机驱动的异步机的多个相位连接端相连接。因此在合适的频率选择过程中该异步机能够作为同时为全部蓄电池线路充电的发电机工作。
[0013]优选地，这些蓄电池线路的输出端同样直接与该电机的终端连接。由此本发明被有利地用于蓄电池直接转换器，该蓄电池直接转换器根据本发明以直接的方式由该异步电动机充电。
[0014]本发明尤其有利地用于三相电机和相应的三相异步机，其中该牵引蓄电池相应地同样为三相的或者具有三个运行的蓄电池线路。因此在该实施方式中三个蓄电池线路输出端，例如这三个正的蓄电池线路输出端，分别与该电机的这三个相位连接端中的正好一个连接且同时分别与该异步电动机的三个相位连接端中的正好一个连接。
[0015]优选地该驱动系统具有控制单元，该控制单元保证，以比该多相牵引蓄电池的运行的频率更大的转数或输出频率来驱动该异步机，由此通过该异步机能够确保对该牵引蓄电池的蓄电池线路可靠地充电。
[0016]根据本发明的电机能够是异步电动机或同步电动机。
[0017]在本发明的实施方式中这样实现这些蓄电池线路的输出电压，即这些蓄电池线路均具有多个蓄电池模块，这些蓄电池模块能够通过控制被选择为激活和去激活。其中仅仅在蓄电池模块处于激活状态时其蓄电池模块电压才为该相应的蓄电池线路的输出电压作贡献。
[0018]此外其被证明为一种有利的构造型式，即当这些蓄电池模块均具有两个开关，其中分别有一个被运行在闭合状态而另一个被运行在断开状态。其中这些开关被如此设置，使得根据各蓄电池模块的开关位置将该蓄电池模块的多个蓄电池单池接入相应的蓄电池线路或导通地跨接在该蓄电池线路上。
[0019]在根据该方法在本发明的改进中如此调节异步机的转数，使得当该牵引蓄电池运行时，该频率、即以其运行该异步机的频率，和该牵引蓄电池的频率呈预定的关系，尤其是呈固定的关系。由此能够实现进一步优化的效率。
[0020]优选地是，如此设置和运行该异步机和该电机，即该异步机的转数nASM和该电机的转数nM遵守关系1.2n n ASM彡1.4n M。
[0021]优选地所述的蓄电池为锂离子蓄电池。
[0022]在从属权利要求中说明且在该说明书中阐明本发明有利的改进。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]根据附图和以下说明书进一步阐述本发明的多个实施例。其中:
[0024]图1示出了根据本发明的实施方式的蓄电池线路的原理图，由该蓄电池线路能够产生可调节的输出电压；以及
[0025]图2示出了根据本发明的实施方式的驱动系统，其中增程器与异步发电机串联连接。
【具体实施方式】
[0026]图1中示出了蓄电池线路11的原理图，由该蓄电池线路11能够产生可调节的输出电压且由该蓄电池线路11能够实现根据本发明的驱动系统的牵引蓄电池。其中在该牵引蓄电池中优选地布置三个这样的蓄电池线路11。蓄电池线路11具有多个蓄电池模块12，其中每个蓄电池模块12分别包括至少一个蓄电池单池13。该蓄电池模块12被如此设置，使得其能够可选地被接入该蓄电池线路11，从而该蓄电池线路11产生可调节的输出电压。如图1中可知，每个蓄电池模块12具有两个开关14、15。如果在蓄电池模块12中该开关15被断开而该开关14被闭合，那么该蓄电池模块12被接入该蓄电池线路11，从而其模块电压为该蓄电池线路11的输出电压作贡献。但是相反如果该开关15被闭合，而该开关14被断开，那么该蓄电池模块12被跨接且不再为该蓄电池线路电压作贡献，直至其再次被接通。为此该蓄电池模块12被控制单元(图1中未示出)控制且由控制信号供电，据此按照预设的顺序实现各蓄电池模块的接入和跨接。由此例如产生阶梯状的电压曲线，由其能够拟合正弦状的交流电压曲线。尽管在图中每个蓄电池模块12只示出一个蓄电池单池13，但是蓄电池模块12也能够包括多个蓄电池单池13。在越多的蓄电池模块12中分配蓄电池线路11的这些蓄电池单池13，该蓄电池线路输出电压能够被越精确地调节。在根据本发明的牵引蓄电池中存在多个这种蓄电池线路11，优选地为三个。
[0027]图2中示出了根据本发明的实施方式的驱动系统，其中用作增程器的内燃机18与异步发电机17连接。图2中不仅示出了该蓄电池线路11而且示出了由该蓄电池线路11供电的电机16。此外该蓄电池20中还布置有控制单元19。该控制单元用于为这些蓄电池模块12或这些开关产生控制信号。但是本发明不限制于这样的实施方式。替换地该控制模块12也能够由中央的控制器(未示出)控制。
[0028]这些蓄电池线路11通过其输出端分别与该电机16的相位连接端21中的一个连接，从而每个相位连接端21正好由一个蓄电池线路11供电。为此这些蓄电池线路11的输出端与多根导线连接，这些导线不仅分别与电机16的相位连接端21而且与异步机17的相位连接端22耦合。因此，该牵引蓄电池20以这种直接的方式与该异步机17耦合，从而以特别简单的方式实现对该异步机充电。这能够尤其不分别设置在其之间连接的整流器地实现。在充电运行过程中，其中使用该用作增程器的内燃机18且驱动该异步机17，如此运行该异步机17，使得在该异步机中存在转差率。
[0029]为此该异步机的转数nASM容易地被调节以高于该电机的转数η Μ或该电机被控制的频率。该电机能够是同步电机或异步电机。优选地，当该牵引蓄电池在运行时，该频率、即以其运行该异步机的频率，和该牵引蓄电池的频率相互呈预定的关系，尤其是呈固定的关系。
[0030]在有利的方案中如此运行该异步机和电机，当该牵引蓄电池20和该异步机17以及该内燃机18在运行时，使得对该异步机的转数nASM和该电机的转数η Μ来说遵循关系1.2ηΜ^Ξ η Α5Μ^Ξ 1.4η ΜΟ
【权利要求】
1.用于电动车辆的驱动系统(10)，包括电机(16)、用于为所述电机(16)供电的牵引蓄电池(20)、异步机(17)以及用于驱动所述异步机(17)的内燃机(18)，其中，所述异步机(17)被设置用于，为了所述电动车辆的续航里程延长而根据控制信号为所述牵引蓄电池(20)充电，其特征在于， 所述牵引蓄电池(20)包括多条蓄电池线路(11)，所述多条蓄电池线路具有用于产生相互相移的电压曲线的可调节的输出电压，并且每个蓄电池线路(11)不仅设置用于为所述电机(16)的多个相位连接端(21)中的一个供电而且与所述异步机的相位连接端(22)相连接。
2.根据权利要求1所述的驱动系统(10)，其中，所述驱动系统(10)具有控制单元(19)且被设置用于，如此地运行所述异步机(17)，使得所述异步机(17)的输出频率高于多相的牵引蓄电池(10)的频率，从而所述牵引蓄电池(20)的所述多条蓄电池线路(11)的多个蓄电池单池(13)能够由所述异步机(17)充电。
3.根据权利要求1或2所述的驱动系统(10)，其中，所述牵引蓄电池(20)、所述异步机(17)、和所述电机(16)均被设置为三相的且所述电机(16)被构造为异步电动机或同步电动机。
4.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统(10)，其中，每个蓄电池线路(11)具有多个蓄电池模块(12)，所述多个蓄电池模块(12)能够通过控制被选择为激活或去激活，其中在激活状态时每个蓄电池模块(12)的蓄电池模块电压为所述牵引蓄电池(20)的相应的蓄电池线路(11)的输出电压作贡献。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的驱动系统(10)，其中，每个蓄电池模块(12)包括两个开关(14、15)，其中分别有一个被运行在闭合状态且另一个被运行在断开状态且所述两个开关被如此设置，使得分别根据每个蓄电池模块(12)的所述开关(14、15)的开关位置将所述蓄电池模块(12)的所述多个蓄电池单池(13)接入相应的蓄电池线路(11)或导通地跨接在所述蓄电池线路(11)上。
6.—种用于通过异步机(17)和与其串联布置的内燃机(18)为具有多个蓄电池线路(11)的牵引蓄电池(20)充电的方法，其特征在于， 所述牵引蓄电池(20)被控制用于，为了控制电机(16)而通过所述多个蓄电池线路(11)来产生具有预定的和/或变化的频率的相互相移的输出电压，且由所述内燃机(18)以大于所述牵引蓄电池(20)的频率的频率来运行所述异步机(17)，使得在所述异步机(17)中存在负的转差率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中如此地调节所述异步机(17)的转数，使得当所述牵引蓄电池(20)运行时，以其来运行所述异步机(17)的频率和所述牵引蓄电池(20)的频率相互呈预定的关系，尤其是呈固定的关系。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述异步机(17)如此地由所述内燃机(18)来驱动，以使得对于所述异步机(17)的转数nASM和所述电机的转数ηM来说遵循关系1.2ηΜ^Ξ η Α5Μ^Ξ 1.4η ΜΟ
9.一种机动车，尤其是混合动力汽车或电动汽车，其具有根据权利要求1至5中任一项所述的驱动系统(10)。
【文档编号】B60L11/12GK104507737SQ201380039072
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年7月11日 优先权日:2012年7月26日
【发明者】J·费策尔, S·布茨曼 申请人:罗伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式会社