电驱动系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及电驱动系统，其具有n相电机，n＞1，所述n相电机具有至少两个多相绕组支路；第一逆变器，所述第一逆变器的输出端子与电机的多相绕组支路中的第一多相绕组支路的相端子连接；第二、与第一逆变器并联的第二逆变器，所述第二逆变器的输出端子与电机的多相绕组支路中的第二多相绕组支路的相端子连接；和直流电压源，所述直流电压源具有多个串联的电池组模块，并且所述直流电压源利用第一输出端子与第一逆变器的第一输入端子连接以及利用第二输出端子与第二逆变器的第一输入端子连接，其中第一逆变器的第二输出端子和第二逆变器的第二输入端子彼此连接，使得第一逆变器和第二逆变器以串联方式布置，并且其中第一逆变器的第二输入端子和第二逆变器的第二输入端子与在串联的电池组模块的两个分组之间的直流电压源的中间抽头连接。
【专利说明】
电驱动系统
技术领域
[0001]本发明涉及尤其用于电运行的车辆、例如电动汽车或者混合动力车辆的电驱动系统。
【背景技术】
[0002]如在图1中示例性示出的那样，在电驱动系统100中通常通过脉冲逆变器形式的逆变器102将多相电流馈入到电机101中。对此，由直流电压中间电路103所提供的直流电压可以被转换为多相交流电压、例如三相交流电压。在此，直流电压中间电路103由支路104馈电，所述支路由串联接线的电池组模块105或者任意的直流电压源组成。
[0003]为了能够满足对功率和能量的、针对相应的应用所给定的要求，多个电池组模块或者电池组电池在蓄能系统中经常被串联。然而，如果在电机处需要高的功率，那么可能变的必要的是在电驱动系统100的实现中采取措施，所述措施胜任提高的功率要求。
[0004]例如可能能够将多个由串联接线的电池组模块105组成的支路104并联。然而这可能导致支路104之间的不期望的平衡电流。除此之外也可能需要提高逆变器102和电机101的组件的电流承载能力。可替代地，中间电路电压也可以被升高。在每种情况中，在电驱动系统的实现中大量的匹配发展和变化变得是必要的，所述匹配发展和变化又导致提高的实现耗费和成本。
[0005]出版物US2007/0070667 Al公开一种用于具有多重并联的逆变器的电运行的车辆的驱动系统，所述逆变器给多相电动机供应交流电压。出版物DE 10 2011 085 731 Al公开一种用于具有两个并联的逆变器的六相电动机的电驱动系统。出版物DE 10 2008 008978 Al公开一种模块化驱动整流器。出版物DE 10 2010 001 250 Al公开一种用于具有两个相系统(Phasensystem)的电机的电驱动系统，所述相系统经由分离的逆变器被馈电。
【发明内容】
[0006]本发明按照第一方面实现一种电驱动系统，其具有η相电机，η>1，所述η相电机具有至少两个多相绕组支路;第一逆变器，所述第一逆变器的输出端子与电机的多相绕组支路中的第一多相绕组支路的相端子连接;第二、与第一逆变器并联的第二逆变器，所述第二逆变器的输出端子与电机的多相绕组支路中的第二多相绕组支路的相端子连接;和直流电压源，所述直流电压源具有多个串联的电池组模块，并且所述直流电压源利用第一输出端子与第一逆变器的第一输入端子连接以及利用第二输出端子与第二逆变器的第一输入端子连接，其中第一逆变器的第二输入端子和第二逆变器的第二输入端子彼此连接，使得第一逆变器和第二逆变器以串联方式布置，并且其中第一逆变器的第二输入端子和第二逆变器的第二输入端子与串联的电池组模块的两个分组之间的直流电压源的中间抽头连接。
[0007]发明优点本发明的思想是:借助于标准化的功率部件、诸如逆变器例如在Β6拓扑中操控电机。这样的逆变器作为标准化的模块类型可用，所述模块类型通过规模效应可以成本低地被获得和实现。通过使功率部件模块化，有利地提高电驱动系统的效率，而电机或者各个功率部件本身的实施不变得更昂贵或者更成本密集。此外可以为所有的功率部件设置简单的机械连接装置，系统模块可以通过所述连接装置被联接。此外，同样地可以例如在中央控制电路板上为所有的功率部件设置中央控制装置。
[0008]按照本发明电驱动系统的一个实施方式，第一和第二逆变器可以分别具有三相自换向逆变器，所述逆变器包括三个以串联方式由分别两个功率半导体开关组成的对称的半桥。
[0009]按照本发明电驱动系统的另一实施方式，开关元件可以分别具有功率半导体开关、优选地MOSFET开关或者IGBT开关。所述开关可以特别能负载地以及可靠地被操控。
[0010]按照本发明电驱动系统的另一实施方式，驱动系统此外可以具有控制装置，所述控制装置被设计用于操控第一逆变器和第二逆变器的功率半导体开关，其中控制装置布置在用于第一逆变器和第二逆变器的中央控制电路板上。
[0011]按照本发明电驱动系统的另一实施方式，驱动系统此外可以具有至少一个与第一逆变器并联的第三逆变器，所述第三逆变器的输入端子分别与第一逆变器的输入端子耦合;和至少一个与第二逆变器并联的第四逆变器，所述第四逆变器的输入端子分别与第二逆变器的输入端子耦合。在此，按照另一实施方式，驱动系统此外可以包括在第三逆变器的输入端子之间耦合的第三直流电压中间电路和在第四逆变器的输入端子之间耦合的第四直流电压中间电路。
【附图说明】
[0012]参考附图由以下描述得出本发明的实施方式的其他特征和优点。
[0013]图1示出示例性的常规的电驱动系统的示意图；
图2示出按照本发明的另一实施方式的电驱动系统的示意图；和图3示出按照本发明的另一实施方式的电驱动系统的示意图。
[0014]相同的附图标记通常表示类似的或者相同地起作用的组件。在图中示出的示意图仅是示例性的性质，所述示意图出于清楚的原因理想化地被描绘。不言而喻，示出的组件仅仅用于阐明本发明的原理和功能性方面。
[0015]图2示出具有六相电机6的电驱动系统30的示意图，所述六相电机6例如可以是所连接的磁阻电机或者感应式电机。电机6示例性地具有两个三相绕组支路6a和6b，所述绕组支路可以在其星形接点中彼此耦合。此外，电驱动系统30具有由至少一个第一逆变器3a和第二逆变器3b组成的逆变器系统。在此，第一逆变器3a在其输出端子处对电机6的第一三相绕组支路6a馈电。第二逆变器3b在其输出端子处对电机6的第二三相绕组支路6b馈电。
[0016]在此，逆变器3a和3b分别具有B6全桥拓扑，也即，逆变器中的每个具有三相自换向逆变器，所述逆变器包括三个以串联电路方式由分别两个功率半导体开关Hl和H2、H3和H4或者H5和H6组成的对称的半桥。功率半导体开关例如可以是MOSFET开关或者IGBT开关。然而在此也可以将每种其他类型的开关元件作为开关Hl至H6使用，并且在此将空转二极管与每个开关元件Hl至H6并联。三相绕组支路6a或者6b的相中的第一相耦合在逆变器3a或者3b的第一半桥的中间抽头处，三相绕组支路6a或者6b的相中的第二相耦合在逆变器3a或者3b的第二半桥的中间抽头处，以及三相绕组支路6a或者6b的相中的第三相耦合在逆变器3a或者3b的第三半桥的中间抽头处。
[0017]在此，第一逆变器3a和第二逆变器3b可以要么作为单独的逆变器单元要么也在共同的逆变器模块中被实现。在后者情况下，可以设置具有六个对称的半桥的唯一的逆变器模块，其中使所述逆变器模块以相应的方式与电机6耦合。(未明确地示出的)控制装置可以被使用用于操控功率半导体开关Hl至H6，所述控制装置例如可以在共同的控制电路板上来实现。
[0018]逆变器3a和3b例如可以分别地从直流电压中间电路2a或者2b中被馈电。在电驱动系统30中，共同的直流电压源1、例如电动车辆的牵引电池组被设置用于给两个直流电压中间电路2a和2b供应直流电压。对此，直流电压源I例如可以具有由电池组模块5组成的串联电路，所述电池组模块5的数量在图2中仅示例性地用3示出，每种其他数量的电池组模块5同样可以是可能的。此外清楚的是，逆变器3a和3b的相的数量可以与在图2中示例性地示出的数量3不同，根据电机6的绕组支路6a和6b的相的需要的数量，其相数量可以采用每个任意的数。尤其当电机6具有多于两个的多相绕组支路6a和6b时，同样可以将多于两个的逆变器3a和3b并联。对此，逆变器中的每个可以被分配给多相绕组支路中的一个，并且与该绕组支路电连接。
[0019]在此，直流电压源I利用其两个输出端子的各一个与两个逆变器3a和3b的各一个输入端子连接。两个逆变器3a和3b的分别另外的输入端子与直流电压源I的中间抽头M连接。在此，中间抽头M在电池组模块5的串联电路中耦合在直流电压源I的电池组模块5的分别两个分组之间，以便为两个逆变器3a和3b的输入端子提供固定的参考电势。在多于两个的逆变器3a和3b的情况下，也可以实现多个中间抽头M，所述中间抽头M分别被实施为使得所有电池组模块5的总输出电压通过多个串联的逆变器瓜分。由此，用于逆变器的输入端子的相应参考电势的对称化可以被实现。
[0020]在此，每个逆变器3a、3b也可以从单独的直流电压源I中被馈电。如在图2中示出的六相电机6的馈电例如也可以通过两个分离的直流电压源I进行。有利地，在该变型中，相邻的逆变器3a、3b可以分别交替地由两个直流电压源I馈电。
[0021]通过原则上类似的逆变器3a和3b的串联接线，电驱动系统30的效率可以在维持期望的输出电压水平的情况下显著地被提高。在此，在两个逆变器3a和3b之间的平均电压电平(Spannungsebene)可以以适当的方式通过选择中间抽头M被对称化。由此，相对于传统的功率半导体开关Hl至H6，不必提高逆变器3a和3b的功率半导体开关Hl至H6的电流承载能力。此外，通过模块化可以实现冗余的系统，其中在各个逆变器3a或者3b的故障情况下可以设立具有受限制的效率的紧急运行功能。对此，逆变器系统的有缺陷的或者有故障的部分可以被去激活，并且通过逆变器的串联电路中的适当的旁路开关被桥接或者避开，并且电机6至少暂时地通过剩余的逆变器部分被供应减少的功率。
[0022]图3示出图2的电驱动系统30的改进方案。在图3中，在逆变器系统的串联的逆变器子系统中的每一个中，两个或更多个逆变器3a和3c或者3b和3d可以被并联。由此，可以实现每电压电平多个逆变器3a和3c或者3b和3d，所述电压电平例如可以偏移地被时钟控制(getaktet)，以便减少在馈入到电机6中的相电压或者相电流中的电压波动和/或电流波动(“纹波(4??10)”)。此外，逆变器3&、313、3(3和3(1中的每个对电机的三相绕组支路6&、613、6(3、6d馈电。因此在图3的示例中，电机6是十二相电机。
[0023]在图3中仅示例性地分别用2示出电压电平的数量以及每电压电平的逆变器3a和3c或者3b和3d的数量，容易地可以实现多于两个的电压电平或者每电压电平多于两个的逆变器。对此，在多于两个的电压电平的情况下必要时可以使用在电池组模块5的两个其他分组之间的在直流电压源I处的附加的中间抽头M，以便将在每电压电平的各个逆变器组的分别处于串联的输入端子之间的电压中间电平对称化。
[0024]视所使用的电压中间电平的数量而定，仅须根据直流电压源I的总直流电压的一小部分来设计各个逆变器3a和3c或者3b和3d。由此，对于直流电压源I的高输出电压也可以使用标准功率部件。
[0025]在图2至3的示出的驱动系统30中，电机6例如可以是同步或者异步电机、磁阻电机或者无刷直流电动机(BLDC，“brushless DC motor”)。在此，可能也可以在静态系统中使用图2至3的电驱动系统30，例如在发电站中、在电能量生产设备、诸如风力发电设备、光伏设备或者热电联供设备(KraftwSrmekopplungsanlagen)中、在蓄能设备、诸如压缩空气蓄能发电站、电池组蓄能发电站、飞轮蓄能器、抽水蓄能器或者类似的系统中。图2至3的电驱动系统30的其他使用可能性是人员或者货物运输车辆，所述人员或者货物运输车辆被设计用于在水上或者水下前进，例如船舶、机动艇等等。
【主权项】
1.电驱动系统(30)，其具有: η相电机(6)，η>1，所述η相电机具有至少两个多相绕组支路(6a、6b); 第一逆变器(3a)，所述第一逆变器的输出端子与电机(6)的多相绕组支路(6a、6b)中的第一多相绕组支路的相端子连接； 第二逆变器(3b)，所述第二逆变器的输出端子与电机(6)的多相绕组支路(6a、6b)中的第二多相绕组支路的相端子连接;和 直流电压源(I)，所述直流电压源具有多个串联的电池组模块(5)，并且所述直流电压源利用第一输出端子与第一逆变器(3a)的第一输入端子连接以及利用第二输出端子与第二逆变器(3b)的第一输入端子连接， 其中第一逆变器(3a)的第二输入端子和第二逆变器(3b)的第二输入端子彼此连接，使得第一逆变器(3a)和第二逆变器(3b)以串联方式布置，并且其中第一逆变器(3a)的第二输入端子和第二逆变器(3b)的第二输入端子与串联的电池组模块(5)的两个分组之间的、直流电压源(I)的中间抽头(M)连接。2.按照权利要求1所述的电驱动系统(30)，其中所述第一和第二逆变器(3a、3b)分别具有三相自换向逆变器，所述三相自换向逆变器包括三个以串联方式由分别两个功率半导体开关(!11、!12;!13、!14;!15、册)组成的对称的半桥。3.按照权利要求2所述的电驱动系统(30)，其中所述功率半导体开关(Hl、H2; H3、H4;H5、H6 )具有MOSFET开关或者IGBT开关。4.按照权利要求2至3之一所述的电驱动系统(30)，此外具有: 控制装置，所述控制装置被设计用于，操控第一逆变器(3a)和第二逆变器(3b)的功率半导体开关邙1、!12;!13、!14;!15、册)，其中所述控制装置布置在用于第一逆变器(3&)和第二逆变器(3b )的中央控制电路板上。5.按照权利要求1至4之一所述的电驱动系统(30)，此外具有: 至少一个与第一逆变器(3a)并联的逆变器(3c)，所述逆变器(3c)的输入端子分别与第一逆变器(3a)的输入端子親合;和 至少一个与第二逆变器(3b)并联的逆变器(3d)，所述逆变器(3d)的输入端子分别与第二逆变器(3b)的输入端子親合。
【文档编号】H02P27/06GK106068202SQ201580010726
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年1月8日 公开号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
【发明人】M.布劳恩, S.布茨曼
【申请人】罗伯特·博世有限公司