用于驱动发动机的驱动单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于驱动机器的驱动单元。特别地，本发明涉及改进用于起动呈内燃机的形式的发动机的驱动，内燃机设计成驱动联接到发动机上的牵引发电机。
【背景技术】
[0002]根据现有技术已知，呈内燃机诸如柴油发动机的形式的大马力发动机的起动通常使用额外的但是又显著更小的也就是说马力不大的辅助发动机实现，诸如例如在用于列车或农业机器的牵引应用中，柴油发动机例如用于驱动机器，辅助发动机通过连接到辅助发动机的额外的电池(所谓的起动器电池)获得其起动能量。这种布置例如出现在机动车辆中。在这种情况下，起动器电池实现为蓄能器，其将电流供应给呈机动车辆的内燃机的形式的发动机的起动器。但是，除了提供特定能量势或电压水平来起动发动机的任务，起动器电池通常辅助性地用来支持车辆的车载电网和连接到其上的各种负载的供电。
[0003]用于起动发动机的类似方法描述在W02012/091831中。在这种情况下，发动机连接到交流发电机和额外的辅助发动机。交流发电机产生驱动车辆所需要的牵引能量。额外的辅助发动机通过电池供电，以便提供需要的扭矩来启动和起动发动机。
[0004]但是，现有技术中已知的利用起动器电池来起动发动机的方法具有各种缺点。如果电池设计成例如仅提供24伏特的较低供应电压，通常电池提供的能量势在起动发动机的过程期间是不足的。在这种情况下，额外的构件部件诸如升压转换器例如必须确保电池提供的能量势升高的较高能量势。此外，电池提供的较低电压在起动发动机的过程期间会带来高电池电流。
[0005]关于使用起动器电池的另一个缺点在于其依赖于温度的性能。但是，这个缺点大体上所有电池都有。电池所暴露的环境温度越低，电池的性能在这里都下降得越多。
[0006]本发明处理的技术性目标问题在于，提供用于驱动和起动发动机的改进且较简单的驱动单元，其避免或至少最大程度地减少现有技术中的上面提到的缺点。特别地，本发明所处理的问题在于，提供改进的驱动单元，其使得能够可靠地起动发动机且在这个情况下仅需要对车辆的现有发动机和驱动单元进行最小电路改装。本发明解决的另一个问题在于，使起动发动机的过程独立于通常支持发动机的起动的电池(所谓的车辆电池)的当前能量势，以及减小车辆的附连到车辆电池上的车载电网上的负载。
【发明内容】
[0007]本发明所处理的问题通过权利要求1的特征解决。本发明的有利实施例出现在伴随的从属权利要求中。
[0008]特别地，问题通过一种驱动单元解决，其包括可连接到工作机器的功率转换器，其包括中间电路，中间电路可首先联接到第一逆变器且其次联接到第二逆变器，其中第一逆变器设计成可在AC电压侧连接到发动机且在DC电压侧连接到中间电路，并且其中第二逆变器在DC电压侧连接到中间电路且可在输出侧连接到工作机器，并且其中第二逆变器设计成驱动工作机器，使得工作机器可用作发动机或发电机。
[0009]此外，驱动单元包括连结到至少一个能量存储器的连结件，以及连接到功率转换器的切换单元，其中切换单元可在第一操作模式或第二操作模式中操作，其中在第一操作模式，切换单元设计成将功率转换器联接到至少一个能量存储器，以便使得能量流能够从至少一个能量存储器通过切换单元流到功率转换器的中间电路，并且其中在第二操作模式，切换单元设计成脱开功率转换器与至少一个能量存储器。此外，驱动单元包括能量存储器充能单元，其可连接到功率转换器，以对能量存储器提供能量。
[0010]本发明的一个实质点在于，借助于已经存在且可联接到发动机的工作机器执行发动机的起动，发动机优选为内燃机诸如发动机，其例如用于例如轨道车辆的牵引应用(诸如轨道发动机单元和机车)中，以及在与牵引紧密相关的使用领域(诸如例如可另外配备有混合驱动器的公共车辆)中。在这个情况下，工作机器可用作发动机或发电机。以便起动发动机，工作机器以发动机操作被驱动，所述工作机器提供需要的起动扭矩，以起动柴油发动机。考虑到工作机器的双操作模式，有利的是能够省略额外的辅助发动机，在现有技术中已知的类似应用中，辅助发动机将用来提供必需的起动扭矩给呈内燃机的形式的发动机。
[0011]工作机器可借助于能量存储器起动，能量存储器提供需要的能量势。能量存储器通过切换单元联接到功率转换器单元的中间电路，功率转换器单元对工作机器供应能量。在这个情况下，切换单元可包括机械和/或电动切换器件。功率转换器单元包括第一逆变器和第二逆变器，其中第一和第二逆变器通过中间电路而彼此电联接。中间电路可优选实现为DC电压中间电路，其具有电容性元件。在这个情况下，根据本发明的驱动单元可设计成处理在低电压范围中和在具有超过1000伏特的电压特征值的中等电压范围中的中间电路电压。第一逆变器优选实现为功率转换器且可在AC电压侧连接到发动机，发动机可优选构成可被驱动的电动机。功率转换器单元的第二逆变器在输出侧联接到工作机器。
[0012]切换单元可操作成使得能量存储器连接到功率转换器单元或与其脱开。切换单元可有利地实现为辅助转换器，其执行至相应的操作模式的切换。切换可因此通过在某些情况下已经存在的辅助转换器执行。这具有的优点在于，切换所需要的构件部件的数量减少到最少，这可导致节省驱动单元的成本和减少重量。此外，这种切换布置使得能够使用较小的较低功率且因而不那么昂贵的切换构件，因为从能量存储器需要的充能电流可在大小上设置成与在没有能量存储器的情况下的直接起动相比小很多。
[0013]切换单元可另外操作成使得在行进操作中，能量存储器与功率转换器单元脱开，以便改为对例如连接到切换单元的其它负载供应能量。也就是说，能量可从功率转换器单元通过切换单元流到连接到切换单元的负载，诸如例如车载电网。
[0014]本发明的另一个方面在于，能量存储器不需要为驱动单元的组成部分。驱动单元还可仅仅具有接口来联接一个或多个位于驱动单元外部的能量存储器。
[0015]能量存储器可实现为电池的形式，例如铅酸蓄能器，其使得可获得起动工作机器所需要的呈限定的标称电压的形式的能量势。该能量势可为例如24伏特、36伏特或110伏特。能量存储器通过切换单元切换，使得能量从能量存储器通过切换单元流到功率转换器单元和第二逆变器的输入侧。但是，如果能量存储器提供的标称电压对于起动过程不足，则在某些情况下，升压转换器必须另外连接到能量存储器，以便提供需要的能量势来起动工作机器。
[0016]本发明的优选的实施例
在本发明的第一优选的实施例中，驱动单元包括充能单元，其可连接到功率转换器，以照这样对能量存储器提供能量。为此，能量存储器联接到充能单元，从而使得能量流能够从功率转换器单元的第一逆变器流到充能单元。但是，将还可设想到使用所谓的可逆充能单元。可逆充能单元然后将具有通过能量存储器将能量馈送到功率转换器单元或功率转换器中的功能。
[0017]在驱动单元的操作期间，也就说例如在操作的车辆的行进期间，充能单元确保能量存储器被充能。这有利地使得能够确保需要的能量始终可用于起动柴油发动机的过程，以便联接到功率转换器单元上的工作机器可操作，这又提供需要的起动扭矩给连接到其上的柴油发动机。
[0018]在另一个优选的实施例中，切换单元设计成将功率转换器联接到供应网络终端，以便使得能量流能够从功率转换器的中间电路通过切换单元流向供应网络终端。切换单元优选实现为具有对应的开关的辅助转换器。为此，仅需要对例如在辅助转换器上的已经存在的硬件进行最小的改装，辅助转换器诸如在某些情况下已经存在。
[0019]切换单元进行的相应的切换因此确定传送向功率转换器单元或离开功率转换器单元的能量流的方向。也就是说，开关的位置限定能量是从功率转换器单元通