具有電機的車輛和用于運行該電機的方法
【專利摘要】一種車輛，其包括多相的電機、第一子車載電網(wǎng)(BN1’)和第二子車載電網(wǎng)(BN2’)，該第一子車載電網(wǎng)具有第一額定直流電壓水平，該第二子車載電網(wǎng)具有第二額定直流電壓水平，該電機包括轉(zhuǎn)子(7)、第一定子系統(tǒng)(5)和第二定子系統(tǒng)(15)，該第一子車載電網(wǎng)包括第一變流器(13)和第一中間電路電容(11)，第一定子系統(tǒng)配置給第一變流器(13)，該第二子車載電網(wǎng)(BN2’)包括第二變流器(14)和第二中間電路電容(12)，并且第二定子系統(tǒng)(15)配置給第二變流器(14)，第一定子系統(tǒng)(5)以星形電路構(gòu)成，第二定子系統(tǒng)(15)以星形電路或三角形電路構(gòu)成，轉(zhuǎn)換電路(17a)將第一定子系統(tǒng)的星形點與第二子車載電網(wǎng)(BN2’)的較高電位電氣連接。
【專利說明】具有電機的車輛和用于運行該電機的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車輛，其包括多相電機、第一子車載電網(wǎng)和第二子車載電網(wǎng)，該第一子車載電網(wǎng)具有第一額定直流電壓水平，該第二子車載電網(wǎng)具有第二額定直流電壓水平，該電機包括轉(zhuǎn)子、第一定子系統(tǒng)和第二定子系統(tǒng)，該第一子車載電網(wǎng)包括第一變流器和第一中間電路電容，第一定子系統(tǒng)配置給第一變流器，該第二子車載電網(wǎng)包括第二變流器和第二中間電路電容，第二定子系統(tǒng)配置給第二變流器。

【背景技術(shù)】
[0002]通常在車輛中由車載電網(wǎng)給構(gòu)成耗電器的元件供以14伏特的額定電壓水平。次級12V蓄能器和14V發(fā)電機設(shè)計為在車輛中提供2?3kW的電功率，該蓄能器在車載電網(wǎng)中根據(jù)運行情況承擔電源的功能或耗能點的功能。
[0003]假如多個具有較高功率需求的負載集成到車輛的車載電網(wǎng)中，該車載電網(wǎng)可以具有兩個子車載電網(wǎng)。于是直流調(diào)節(jié)器在兩個子車載電網(wǎng)之間傳送功率。電機在具有電氣化傳動系的車輛中也能以電動機方式運行，該電機除了每個子車載電網(wǎng)的各至少一個蓄能器之外在車輛中也具有作為電源或作為耗能點的功能。這樣的車載電網(wǎng)拓撲例如在文獻DE10244229A1 中示出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務(wù)在于，介紹一種具有電機和兩個子車載電網(wǎng)的改進的車輛和用于運行電機的方法。
[0005]該任務(wù)通過按照權(quán)利要求1的車輛解決。本發(fā)明的有利實施形式和改進見于從屬權(quán)利要求。
[0006]按照本發(fā)明，第一定子系統(tǒng)以星形電路構(gòu)成，而第二定子系統(tǒng)以星形電路或三角形電路構(gòu)成，并且轉(zhuǎn)換電路電氣連接第一定子系統(tǒng)的星形點與第二子車載電網(wǎng)的較高電位。
[0007]這表不，第一定子系統(tǒng)的星形點可與第二子車載電網(wǎng)的較高電位直接電氣f禹合。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施形式，轉(zhuǎn)換電路包括第一二極管和第二二極管，第一二極管和第二二極管反向串聯(lián)連接。
[0009]轉(zhuǎn)換電路還包括第一開關(guān)，其與第一二極管并聯(lián)連接；或作為替換，轉(zhuǎn)換電路包括第二開關(guān)，其與第一二極管并聯(lián)連接。
[0010]也特別有利的是，轉(zhuǎn)換電路包括第一開關(guān)，其與第一二極管并聯(lián)連接；并且轉(zhuǎn)換電路包括第二開關(guān)，其與第二二極管并聯(lián)連接。
[0011]反向連接的二極管確保，在打開第一開關(guān)和/或在打開第二開關(guān)的情況下在第一定子系統(tǒng)的星形點與第二子車載電網(wǎng)的較高電位之間的直接電氣耦合是無效的。在閉合第一開關(guān)和/或在閉合第二開關(guān)的情況下，以非常低歐姆的連接的形式，通過兩個閉合的開關(guān)的串聯(lián)電路或通過一個開關(guān)與一個二極管的串聯(lián)電路，存在第一定子系統(tǒng)的星形點與第二子車載電網(wǎng)的較高電位之間的直接電氣連接。
[0012]本發(fā)明的另一變型在于，第一變流器具有三個高側(cè)開關(guān)和三個低側(cè)開關(guān)；第二變流器具有三個高側(cè)開關(guān)和三個低側(cè)開關(guān)；第一變流器的三個高側(cè)開關(guān)和第一變流器的三個低側(cè)開關(guān)能被脈寬調(diào)制地控制；第二變流器的三個高側(cè)開關(guān)和第二變流器的三個低側(cè)開關(guān)能被脈寬調(diào)制地控制；電機在打開第一開關(guān)或在打開第二開關(guān)的情況下以電動機方式或發(fā)電機方式或以混合運行方式能通過第一變流器和第二變流器的高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)的脈寬調(diào)制控制來運行。給低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)分別并聯(lián)連接一個低側(cè)二極管或一個高側(cè)二極管。
[0013]這表示，電機關(guān)于兩個車載電網(wǎng)可用作發(fā)電機或電動機，這不依賴于是否分別另一車載電網(wǎng)的電機在給定的運行時刻用作電動機或發(fā)電機。在作為發(fā)電機的運行下，由于由外部例如由車輛的內(nèi)燃機給轉(zhuǎn)子施加的扭矩，給相應(yīng)的車載電網(wǎng)通過相應(yīng)的定子系統(tǒng)提供電能。在作為電動機的運行中，從相應(yīng)的車載電網(wǎng)通過相應(yīng)的定子系統(tǒng)提取電能并且轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能，該旋轉(zhuǎn)能通過轉(zhuǎn)子由外部例如由車輛的皮帶傳動的負載作為扭矩獲取。
[0014]特別有利的是，第一額定電壓水平在相對于車輛中的參考電壓(例如對于車輛的兩個子車載電網(wǎng)共同的電氣接地極)的電壓水平的方向上超過第二額定電壓水平，并且該電機在轉(zhuǎn)子靜止的情況下能作為從第一子車載電網(wǎng)到第二子車載電網(wǎng)的直流降壓轉(zhuǎn)換器運行。
[0015]電機能如此作為直流降壓轉(zhuǎn)換器運行，即打開第二變流器的低側(cè)開關(guān)；打開第二變流器的高側(cè)開關(guān)；打開第一變流器的低側(cè)開關(guān)；以及脈寬調(diào)制地控制第一變流器的高側(cè)開關(guān)。
[0016]為了降低導通損耗也可以與第一變流器的高側(cè)開關(guān)互補地脈寬調(diào)制地控制第一變流器的低側(cè)開關(guān)。為此為了避免在高側(cè)開關(guān)與低側(cè)開關(guān)之間的橋接短路可以提供死區(qū)時間，在該死區(qū)時間中高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)均是打開的。
[0017]附加地，轉(zhuǎn)子的勵磁線圈可以是電氣短路的。
[0018]如果第一變流器的高側(cè)開關(guān)閉合，在第一子車載電網(wǎng)與第二子車載電網(wǎng)之間的電壓差位于在有效的電感上，該有效電感通過第一定子系統(tǒng)的三個并聯(lián)連接的電感形成。在該接通時間期間電感中的電流線性上升而其平均值作為直流電流能被負載獲取。在關(guān)斷階段期間該電感降低電能量，同時給第二子車載電網(wǎng)的中間電路電容充電。為了形成用于電流的空程，可以閉合或保持打開第一變流器的低側(cè)開關(guān)。在后者情況下第一變流器的低側(cè)二極管導通。
[0019]附加地特別有利的是，第一額定電壓水平在較高的額定電壓水平的方向上超過第二額定電壓水平，并且該電機能在轉(zhuǎn)子靜止的情況下作為從第二子車載電網(wǎng)到第一子車載電網(wǎng)的直流升壓轉(zhuǎn)換器運行。
[0020]該電機能如此作為直流升壓轉(zhuǎn)換器運行，即打開第二變流器的低側(cè)開關(guān)；打開第二變流器的高側(cè)開關(guān)；打開第一變流器的高側(cè)開關(guān)；以及脈寬調(diào)制地控制第一變流器的低側(cè)開關(guān)。
[0021]為了降低導通損耗也可以與第一變流器的低側(cè)開關(guān)互補地脈寬調(diào)制地控制第一變流器的高側(cè)開關(guān)。為此為了避免在高側(cè)開關(guān)與低側(cè)開關(guān)之間的橋接短路可以提供死區(qū)時間，在該死區(qū)時間中高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)是打開的。
[0022]附加地轉(zhuǎn)子的勵磁線圈可以是電氣短路的。
[0023]如果第一變流器的低側(cè)開關(guān)閉合，第二子車載電網(wǎng)的電壓處在有效電感上，該有效電感由第一定子系統(tǒng)的三個并聯(lián)連接的電感形成。在該接通時間內(nèi)電流線性上升而該電感增加電能量。同時第一變流器的高側(cè)二極管關(guān)斷，從而第一子車載電網(wǎng)的中間電路電容上的電壓與第二子車載電網(wǎng)的電壓不可平衡。在關(guān)斷過程中該電感降低電能量并且第一子車載電網(wǎng)的中間電路電容被充電。在此可以閉合或保持關(guān)斷第一變流器的高側(cè)開關(guān)。在后者情況下第一變流器的高側(cè)二極管導通。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]在下文中根據(jù)附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。由此產(chǎn)生本發(fā)明另外的細節(jié)、優(yōu)選實施形式和改進。示意性附圖具體如下:
[0025]圖1根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有電機和兩個子車載電網(wǎng)的車輛；
[0026]圖2車輛，其包括電機、兩個子車載電網(wǎng)并且包括適用于降壓運行的轉(zhuǎn)換電路并且電機處于正常運行；
[0027]圖3車輛，其包括電機、兩個子車載電網(wǎng)并且包括適用于增壓運行的轉(zhuǎn)換電路并且電機處于正常運行；
[0028]圖4車輛，其包括電機、兩個子車載電網(wǎng)并且包括適用于降壓運行和增壓運行的轉(zhuǎn)換電路并且電機處于正常運行；
[0029]圖5車輛，其包括電機、兩個子車載電網(wǎng)并且包括適用于降壓運行和增壓運行的轉(zhuǎn)換電路并且電機處于降壓運行；
[0030]圖6車輛，其包括電機、兩個子車載電網(wǎng)并且包括適用于降壓運行和增壓運行的轉(zhuǎn)換電路并且電機處于增壓運行；
[0031]圖7車輛，其包括電機、兩個子車載電網(wǎng)并且包括適用于降壓運行和增壓運行的轉(zhuǎn)換電路并且電機處于正常運行并且兩個定子系統(tǒng)星形電路。

【具體實施方式】
[0032]相同的附圖標記表示相同的技術(shù)特征。
[0033]對于車輛的雙電壓車載電網(wǎng)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)基本上除了兩個車載電網(wǎng)之外還需要至少四個元件，參見圖1。這四個元件是電機(I)、在兩個車載電網(wǎng)(BN1、BN2)之間的直流電壓調(diào)節(jié)器(2)以及在兩個車載電網(wǎng)(3、4)的每一個中的蓄能器。電機可以由兩個三相定子系統(tǒng)組成，它們可以基本上相同地構(gòu)成。兩個定子系統(tǒng)也可以以一個確定的電氣角度相互連接。
[0034]車載電網(wǎng)(BN2)可以是例如傳統(tǒng)的12V車載電網(wǎng)，而車載電網(wǎng)(BNl)可以是具有更高額定電壓水平的車載電網(wǎng)。如果例如不同的蓄能器例如鋰離子電池和雙層電容器相互組合，那么備選地車載電網(wǎng)(BNl)和車載電網(wǎng)(BN2)可以具有例如400V的可比的額定電壓水平。兩個車載電網(wǎng)具有一個較高的電位一其基本上分別通過兩個額定電壓水平確定——和一個較低的電位，該較低的電位對于兩個車載電網(wǎng)是共同的并且如果必要與車輛的接地極連接。兩個車載電網(wǎng)的分別較高的電位的實際電壓水平可以在任意的運行時刻與兩個車載電網(wǎng)的相應(yīng)的額定電壓水平不同。
[0035]直流電壓調(diào)節(jié)器實現(xiàn)了不依賴于電機的狀態(tài)在兩個車載電網(wǎng)之間的功率或能量的單向或雙向傳送。
[0036]作為電機根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可以采用多相電機，例如具有兩個以星形電路(5、6)的分別三相的繞組的六相電機。定子通過逆變系統(tǒng)(30)和中間電路電容(40)運行，其中直流電壓-交流電壓-轉(zhuǎn)換器(41a、41b)配置給兩個三相線圈系統(tǒng)中之一。轉(zhuǎn)子(7)可以根據(jù)電機類型或者僅僅帶有永磁體，具有包括電感變壓器和旋轉(zhuǎn)的整流器或滑環(huán)系統(tǒng)的勵磁繞組，或構(gòu)成為短路籠式轉(zhuǎn)子。電機能以發(fā)電機方式運行(E運行)或以電動機方式運行(M運行)。
[0037]本發(fā)明的實施例由圖2至6得知。具有以星形電路(5)的第一三相線圈系統(tǒng)(U1’、V2’、W2’ )和以三角形電路(15)的第二三相線圈系統(tǒng)(U2”、V2”、W2”)和轉(zhuǎn)子(7)的電機集成到具有至少兩個子車載電網(wǎng)(BN1’、BN2’)的車輛中。第二定子系統(tǒng)也可以根據(jù)一個備選實施形式以星形電路設(shè)置(參見圖7)。兩個子車載電網(wǎng)分別具有至少一個電氣蓄能器(3’、4’)。此外，兩個車載電網(wǎng)具有一個較高的電位——其基本上分別通過兩個額定電壓水平確定——和一個較低的電位，該較低的電位對于兩個車載電網(wǎng)是共同的并且如果必要與車輛的接地極連接。兩個車載電網(wǎng)的分別較高的電位的實際電壓水平可以在任意的運行時刻與兩個車載電網(wǎng)的相應(yīng)的額定電壓水平不同。
[0038]不限制一般性，具有較小的額定電壓范圍的子車載電網(wǎng)(ΒΝ2’ )配置給以星形或三角形電路的第二線圈系統(tǒng)，而具有較高的額定電壓范圍的子車載電網(wǎng)(ΒΝΓ )配置給以星形電路的第一線圈系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)換電路連接到第一定子系統(tǒng)的星形點。
[0039]線圈系統(tǒng)(5)的星形點經(jīng)由電氣路徑(16)與子車載電網(wǎng)(ΒΝ2’ )的較高電位連接，其中該電氣路徑具有兩個反向的串聯(lián)連接的二極管(17、18)以及具有與二極管之一
(17)(見圖2)或者與二極管之一(18)(見圖3)并聯(lián)連接的開關(guān)(18a)。圖4示出具有兩個開關(guān)(17a、18a)的設(shè)置，這兩個開關(guān)分別與二極管(17、18)之一并聯(lián)連接。
[0040]各二極管(17、18)和開關(guān)(17a、18a)可以構(gòu)成為M0SFET，其中，二極管(17、18)通過MOSFET的基底二極管形成。電氣路徑(16)如此設(shè)計，使得該電氣路徑設(shè)計為用于傳輸直至預定高度的電功率。這可以例如通過適合的線路橫截面確保。備選地也可以并聯(lián)連接多個電氣路徑，其中，一個電氣路徑相應(yīng)于電氣路徑(16)的設(shè)計方案，以便提高電流承載能力。
[0041]兩個三相線圈系統(tǒng)分別通過由中間電路電容器(11、12)和整流器(13、14)組成的并聯(lián)電路控制。
[0042]在圖2至6中，ΒΝΓ經(jīng)由中間電路電容器(11)和整流器(13)與定子系統(tǒng)(5)連接，BN2’經(jīng)由中間電路電容器(12)和整流器(14)與定子系統(tǒng)(6)連接。
[0043]中間電路電容器(11、12)提供電機電流的高頻交流部分并且在發(fā)電機式運行中平滑電機的輸出電壓。由此可以降低在兩個車載電網(wǎng)中的高次諧波性。
[0044]兩個整流器(13、14)分別包括六個具有并聯(lián)連接的換流二極管(HS1、HS2、HS3、LS1、LS2、LS3、HS4、HS5、HS6、LS4、LS5、LS6)的開關(guān)。不限制一般性，開關(guān)_空載二極管組合體構(gòu)成為M0SFET，它們也稱為功率開關(guān)。優(yōu)選地也在具有高額定電壓水平、特別是遠大于100V的車載電網(wǎng)中應(yīng)用具有空載二極管的IGBT。開關(guān)在逆變器的對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員而言已知的半橋電路中與相應(yīng)的線圈系統(tǒng)連接。變流器(13)包括三個半橋，其中第一半橋由MOSFET(HSl、LSI)形成；第二半橋由MOSFET(HS2、LS2)形成并且第三半橋由MOSFET(HS3、LS3)形成。變流器(14)包括三個半橋，其中第一半橋由MOSFET(HS4、LS4)形成；第二半橋由MOSFET (HS5、LS5)形成并且第三半橋由MOSFET (HS6、LS6)形成。
[0045]與相應(yīng)車載電網(wǎng)的較高電位連接的每個功率開關(guān)(HS1、HS2、HS3、HS4、HS5、HS6)稱為高側(cè)開關(guān)。與相應(yīng)車載電網(wǎng)的更低電位連接的每個功率開關(guān)(LS1、LS2、LS3、LS4、LS5、LS6)稱為低側(cè)開關(guān)。線圈系統(tǒng)(5)的與星形點背向的線圈側(cè)分別與變流器(13)的半橋連接，也就是說線圈系統(tǒng)(5)的各線圈在該線圈側(cè)與該電位連接，該電位分別在一個半橋的功率開關(guān)之間存在。例如在變流器(13)的開關(guān)(LS3)閉合的情況下線圈(W1’ )可與車載電網(wǎng)(ΒΝΓ )的更低電位連接；并且在變流器(13)的開關(guān)(HS5)閉合的情況下線圈(VI’ )可與車載電網(wǎng)(ΒΝΓ )的較高電位連接。
[0046]以三角形電路的線圈系統(tǒng)(15)的三角點分別與變流器(14)的一個半橋連接，也就是說線圈系統(tǒng)(15)的各三角點與這樣的電位連接，該電位分別在一個半橋的功率開關(guān)之間存在。
[0047]在另一實施形式中，線圈系統(tǒng)(15)以星形電路構(gòu)成，背向星形點的線圈側(cè)分別與變流器(14)的一個半橋連接，也就是說線圈系統(tǒng)(15)的背向星形點的線圈側(cè)與這樣的電位連接，該電位分別在一個半橋的各功率開關(guān)之間存在。
[0048]開關(guān)和空載二極管具有足夠的截止電壓穩(wěn)定性，其例如相應(yīng)于配置給變流器的車載電網(wǎng)的額定電壓水平的雙倍值。
[0049]在根據(jù)圖2?6的實施例中，不限制一般性，BN2’構(gòu)成為常規(guī)的14V車載電網(wǎng)。蓄能器⑷可以是例如具有12V額定電壓水平的以AGM技術(shù)的鉛酸電池。ΒΝΓ位于在相比于BN2’較高的48V額定電壓水平上，具有48V蓄能器，該蓄能器可以例如以鋰離子技術(shù)構(gòu)成。關(guān)于ΒΝΓ和BN2’以及相應(yīng)的蓄能器的電壓水平，任意設(shè)置是可以考慮的，其中ΒΝΓ的額定電壓水平超過BN2’的額定電壓水平。
[0050]兩個三相定子系統(tǒng)(5、15)對于兩個車載電網(wǎng)(BN1’、BN2’ )的額定電壓水平例如通過線圈(U2”、V2”、W2”)相比于線圈(Ul’、Vl’、wr )的不同匝數(shù)按照設(shè)計進行匹配。這表示，線圈系統(tǒng)(U2”、V2”、W2”)相比于線圈系統(tǒng)(Ul’、Vl’、wr )更低歐姆地構(gòu)成，以便在相似的功率轉(zhuǎn)換下在平均較低的電壓水平和平均提高的電流的情況下降低損耗功率。
[0051]按照圖2?4，電機在打開開關(guān)(17a、18a)的情況下是可運行的。在此沒有功率在車載電網(wǎng)ΒΝΓ與BN2’之間傳送。由于MOSFET的兩個基底二極管(17、18)的關(guān)斷作用，在兩個線圈系統(tǒng)之間通過路徑(16)不存在直接電氣耦合。電機以電動機方式或發(fā)電機方式是可運行的。兩個定子系統(tǒng)的控制例如通過變流器(13、14)的三相的脈寬調(diào)制控制借助于變流器的低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)的開關(guān)位置的矢量控制以及例如空間矢量調(diào)制實現(xiàn)。功率開關(guān)的脈寬控制的開關(guān)位置在圖1至4中通過開關(guān)位置的虛線表示來標明。該控制可以例如通過微處理器或FPGA實現(xiàn)。參數(shù)值例如扭矩、轉(zhuǎn)數(shù)、電壓或功率的預定例如通過車輛的控制裝置實現(xiàn)。
[0052]電機也能在打開開關(guān)(17a、18a)的情況下在混合運行中運行。也就是例如對于車載電網(wǎng)(ΒΝΓ )在電動機式運行中而對于車載電網(wǎng)BN2’在發(fā)電機式運行中。這表示，在該情況下功率從車載電網(wǎng)(ΒΝΓ)傳送到車載電網(wǎng)(BN2’)。該功率傳送運行的執(zhí)行可不依賴于是否在轉(zhuǎn)子的軸上作用有機械負載的扭矩或者在軸上施加電動機的扭矩。假如對于轉(zhuǎn)子既沒有從外部提取扭矩也沒有施加扭矩，那么在運行的電機的情況下僅僅在兩個子車載電網(wǎng)之間傳送能量。
[0053]假如電機例如對于ΒΝΓ在電動機式運行中運行而對于車載電網(wǎng)BN2’在發(fā)電機式運行中運行，那么功率從車載電網(wǎng)(ΒΝΓ )傳送到車載電網(wǎng)(BN2’)。該功率傳送運行的執(zhí)行可不依賴于是否在轉(zhuǎn)子的軸上作用有機械負載的扭矩或者在軸上施加電機的扭矩。假如對于轉(zhuǎn)子既沒有從外部提取扭矩也沒有施加扭矩，那么在電機運行的情況下僅僅在兩個子車載電網(wǎng)之間傳送能量。
[0054]根據(jù)在圖2和4中的電機的另一運行狀態(tài)，在轉(zhuǎn)子靜止和未被激勵的情況下、也就是在轉(zhuǎn)子上沒有施加激勵電壓，電機可作為降壓轉(zhuǎn)換器運行，也就是說用于ΒΝΓ至BN2’電功率的傳送。該運行稱為降壓運行并且在圖5中示出。
[0055]在降壓運行中參照圖5持久地閉合兩個開關(guān)(17a、18a)。在用于根據(jù)圖2的實施形式的降壓運行中持久地閉合開關(guān)(17a)。這表示，在降壓運行中定子系統(tǒng)(5)的星形點位于在車載電網(wǎng)(BN2’)的較高電位上。永久地打開變流器(14)的所有開關(guān)。附加地可以短路轉(zhuǎn)子的激勵電路，以便確保轉(zhuǎn)子在降壓運行中總是保持無運動。通過在轉(zhuǎn)子的感應(yīng)系統(tǒng)中電磁感應(yīng)的力引起的轉(zhuǎn)子的運動表示不必要的能耗。在轉(zhuǎn)子軸與例如車輛的曲軸或變速器軸剛性連接的情況下，這樣的感應(yīng)運動此外還表示車輛的在該運行狀態(tài)下不期望的驅(qū)動力矩。
[0056]開關(guān)(HS1、HS2、HS3)同步地脈寬調(diào)制地控制。因為定子系統(tǒng)的各個相的電感在靜止狀態(tài)下根據(jù)轉(zhuǎn)子位置基于通過在定子疊片中也許存在的磁體或剩磁的剩余磁化可大小不同，開關(guān)(HS1、HS2、HS3)的脈寬調(diào)制的占空比也可大小不同。開關(guān)(LS1、LS2、LS3)永久地打開或者與開關(guān)(HS1、HS2、HS3)互補地運行。變流器(13)的控制可以例如通過微處理器或FPGA實現(xiàn)，電壓、電流或功率的預定可以例如由車輛的控制裝置實現(xiàn)。接通時間Tbuck和周期持續(xù)時間Pbucx的比例稱為占空比D_。開關(guān)頻率Fbuck表示持續(xù)時間Pbuck的倒數(shù)，接通時間Tbuck最大達到周期持續(xù)時間P_。在降壓運行中，在車載電網(wǎng)BN2’中以υΒυα?ΒΝ2，- Dbuck -Ubni,廣生電壓UBUC；K，BN2’。
[0057]互補地開關(guān)表示，在一個半橋中交替接通高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)，例如如果閉合高側(cè)開關(guān)，那么打開低側(cè)開關(guān)，并且反之亦然。
[0058]互補地開關(guān)引起較小的導通損耗。可以將導通損耗理解為，電流流過非理想的的引起功率損耗的半導體結(jié)構(gòu)。在二極管中，損耗根據(jù)半導體結(jié)構(gòu)的前向電壓和流過的電流的乘積以及根據(jù)與溫度有關(guān)的差分體電阻和流過電流的平方的乘積產(chǎn)生。在將MOSFET用作開關(guān)的情況下，在接通狀態(tài)下僅僅通過MOSFET的電流平方和與溫度有關(guān)的導通電阻的乘積產(chǎn)生導通損耗。在通過MOSFET而不是通過二極管的通過電流的情況下由此總導通損耗更小。
[0059]備選地，除了同步脈寬調(diào)制的控制之外，錯開一個確定角的脈寬調(diào)制的控制也是可能的，其稱為交錯模式。在此，高側(cè)開關(guān)(HS1、HS2、HS3)在三相定子系統(tǒng)中相位相互錯開120°地開關(guān)。在線圈系統(tǒng)(Ul’、VI’、W1’)上旋轉(zhuǎn)磁場可以由此建立。有利的是，通過該控制方法在中間電路電容(12)上的電流波紋是可降低的。
[0060]如果在選擇的例子中例如BN2’的12V的AGM電池接近其10.5V的最終放電電壓而鋰離子蓄能器的電壓水平接近其48V的額定電壓水平，那么AGM電池通過鋰離子蓄能器是可充電的，其方法是，通過調(diào)節(jié)預定的可調(diào)節(jié)的0.3的占空比來調(diào)節(jié)在AGM電池上14.4V的額定充電電壓。
[0061]在靜止和未激勵的轉(zhuǎn)子的情況下，也就是說在轉(zhuǎn)子上不存在激勵電壓，電機根據(jù)圖3和4可作為升壓轉(zhuǎn)換器運行，也就是說用于傳送BN2’的電功率到ΒΝΓ。該運行稱為升壓運行并且在圖6中示出。
[0062]在升壓運行中參照圖6持久地閉合兩個開關(guān)(17a、18a)。在用于根據(jù)圖3的實施形式的升壓運行中持久地閉合開關(guān)(18a)。這表示，在升壓運行中定子系統(tǒng)(5)的星形點位于在車載電網(wǎng)(BN2’)的較高電位上。永久地打開變流器(14)的所有開關(guān)。附加地可以短路激勵電路，以便確保轉(zhuǎn)子在升壓運行中總是保持無運動。永久地打開或者與開關(guān)(LS1、LS2、LS3)互補地控制開關(guān)(HS1、HS2、HS3)。同時脈寬調(diào)制地控制開關(guān)(LS1、LS2、LS3)。因為定子系統(tǒng)的各個相的電感在靜止狀態(tài)下根據(jù)轉(zhuǎn)子位置基于通過在定子疊片中也許存在的磁體或剩磁的剩余磁化可以大小不同，開關(guān)(LS1、LS2、LS3)的脈寬調(diào)制的占空比也可以大小不同。
[0063]接通時間Tbtost和周期持續(xù)時間Pbmbt的比例稱為占空比D_ST。開關(guān)頻率Fbtost表示周期持續(xù)時間Pbmbt的倒數(shù)，接通時間Tbtost最大達到周期持續(xù)時間ΡΒακτ。在升壓運行中，在車載電網(wǎng)ΒΝΓ中以UBQQST，BN1°c (I/(1-Dboost)).υΒΝ2,產(chǎn)生電&U_，BN1。與打開的開關(guān)(HS1、HS2、HS3)并聯(lián)連接的變流二極管阻止在閉合的開關(guān)(LS1、LS2、LS3)的時刻車載電網(wǎng)(ΒΝΓ )的電壓損耗。
[0064]備選地，除了同步脈寬調(diào)制的控制之外，錯開一個確定角的脈寬調(diào)制的控制也是可能的，其稱為交錯模式。在此，低側(cè)開關(guān)(LS1、LS2、LS3)在三相定子系統(tǒng)中相位相互錯開120°地開關(guān)。在線圈系統(tǒng)(Ul’、VI’、W1’)上旋轉(zhuǎn)磁場可以由此建立。有利的是，通過該控制方法在中間電路電容(11)上的電流波紋是可降低的。
[0065]如果在選擇的例子中例如48V鋰離子蓄能器大幅放電，而AGM電池在相同時刻被足夠充有12V電壓，那么鋰離子蓄能器能通過AGM電池充電，其中，通過調(diào)節(jié)預定的可調(diào)節(jié)的0.8的占空比來調(diào)節(jié)在鋰離子蓄能器上60V的額定充電電壓。假如鋰離子蓄能器具有高的充電接受能力并且由此具有高的功率接受能力，那么通過電機控制裝置可以將從0.8開始的占空比調(diào)節(jié)到一個較高的值，以便在AGM電池電壓下降的同時維持在鋰離子蓄能器上的60V的額定充電電壓。
[0066]在根據(jù)圖5和6電機的降壓運行中或升壓運行中，在電機作為降壓轉(zhuǎn)換器或作為升壓轉(zhuǎn)換器的功能中，繞組(U2”、V2”、W2”)是電氣無效的。這表示，對于每種電壓調(diào)節(jié)運行的總體上可用的電感在圖5和6中靜止的轉(zhuǎn)子的情況下限于電感(Ul’、Vl’、Wr )。
[0067]每單位時間中，隨著上升的占空比Dbuck或占空比Dbtost,在不變的開關(guān)頻率Fbuck或Fb0OST下更多電能可從一個車載電網(wǎng)傳輸?shù)搅硪卉囕d電網(wǎng)。在分別其他車載電網(wǎng)上待施加的電壓并由此還有在降壓運行或升壓運行中的傳輸功率通過參數(shù)占空比是可調(diào)節(jié)的。
[0068]本發(fā)明的優(yōu)點在于，通過電機和用于電機運行的變流器，以簡單措施可集成到車輛中的電路功率在兩個車載電網(wǎng)之間是可傳送的。這提供的優(yōu)點在于，不使用如在圖1中那樣的直流調(diào)節(jié)器(2)能量可由車輛的一個子車載電網(wǎng)傳送到車輛的另一子車載電網(wǎng)中，而不會存在電機處于運行中的必要性。
[0069]另一優(yōu)點在于，基于具有一個開關(guān)或兩個開關(guān)的轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計方案，能量傳送方向具有可調(diào)節(jié)性(降壓和/或升壓運行)，所述開關(guān)分別與第一和/或第二二極管并聯(lián)連接。
[0070]如果期望雙向運行(降壓和升壓運行)，那么應(yīng)用兩個開關(guān)(17a和18a)(參見圖4)。由此沿從車載電網(wǎng)(ΒΝΓ )到車載電網(wǎng)(BN2’ )或從車載電網(wǎng)(BN2’ )到車載電網(wǎng)(ΒΝΓ )的兩個方向通過兩個閉合的開關(guān)(9a和1a)的通過電流是可能的。
[0071]假如僅僅從車載電網(wǎng)(ΒΝΓ)到車載電網(wǎng)(BN2’)的能量傳送應(yīng)該是可實施的，那么僅僅開關(guān)(17a)就足夠了(參見圖2)，該開關(guān)與第一二極管(17)并聯(lián)連接。由此通過閉合的開關(guān)(17a)和沿流向極化的二極管(18)從車載電網(wǎng)(ΒΝΓ)到車載電網(wǎng)(BN2’)的通過電流是可能的。
[0072]假如僅僅從車載電網(wǎng)(BN2’)到車載電網(wǎng)(ΒΝΓ)的能量傳送應(yīng)該是可實施的，那么僅僅開關(guān)(18a)就足夠了(參見圖3)，該開關(guān)與第二二極管(18)并聯(lián)連接。由此通過閉合的開關(guān)(18a)和沿流向極化的二極管(17)從車載電網(wǎng)(BN2’)到車載電網(wǎng)(BNI’)的通過電流是可能的。
[0073]根據(jù)在圖2至6中的實施形式中的另一實施形式，第二定子系統(tǒng)(15)以線圈(U2”、V2”、W2”)的星形電路構(gòu)成(參見圖7)。在圖2至6中的三角形電路不限制一般性地對于正常運行、降壓運行和升壓運行通過以星形電路的定子系統(tǒng)是可代替的。
【權(quán)利要求】
1.車輛，其包括多相的電機、第一子車載電網(wǎng)(ΒΝΓ)和第二子車載電網(wǎng)(BN2’)，該第一子車載電網(wǎng)具有第一額定直流電壓水平，該第二子車載電網(wǎng)具有第二額定直流電壓水平，該電機包括轉(zhuǎn)子(7)、第一定子系統(tǒng)(5)和第二定子系統(tǒng)(15)，該第一子車載電網(wǎng)包括第一變流器(13)和第一中間電路電容(11)，第一定子系統(tǒng)配置給第一變流器，該第二子車載電網(wǎng)包括第二變流器(14)和第二中間電路電容(12)，并且第二定子系統(tǒng)配置給第二變流器，其特征在于，第一定子系統(tǒng)以星形電路構(gòu)成，第二定子系統(tǒng)以星形電路或三角形電路構(gòu)成，轉(zhuǎn)換電路將第一定子系統(tǒng)的星形點與第二子車載電網(wǎng)的較高電位電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其特征在于，轉(zhuǎn)換電路包括第一二極管(17)和第二二極管(18)，并且第一二極管和第二二極管反向地串聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛，其特征在于，轉(zhuǎn)換電路包括第一開關(guān)(17)，該第一開關(guān)與第一二極管并聯(lián)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛，其特征在于，轉(zhuǎn)換電路包括第二開關(guān)(18)，該第二開關(guān)與第一二極管并聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛，其特征在于，轉(zhuǎn)換電路包括第一開關(guān)(17)，該第一開關(guān)與第一二極管(17a)并聯(lián)連接；并且轉(zhuǎn)換電路包括第二開關(guān)(18)，該第二開關(guān)與第二二極管(18a)并聯(lián)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的車輛，其特征在于， 第一變流器具有三個高側(cè)開關(guān)(HS1、HS2、HS3)和三個低側(cè)開關(guān)(LS1、LS2、LS3)； 第二變流器具有三個高側(cè)開關(guān)(HS4、HS5、HS6)和三個低側(cè)開關(guān)(LS4、LS5、LS6)； 第一變流器的三個高側(cè)開關(guān)和第一變流器的三個低側(cè)開關(guān)能被脈寬調(diào)制地控制； 第二變流器的三個高側(cè)開關(guān)和第二變流器的三個低側(cè)開關(guān)能被脈寬調(diào)制地控制； 電機能在打開第一開關(guān)(17a)或在打開第二開關(guān)(18a)的情況下以電動機方式或發(fā)電機方式或以混合運行方式通過第一變流器和第二變流器的高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)的脈寬調(diào)制控制來運行。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛，其特征在于， 第一變流器具有三個高側(cè)開關(guān)(HS1、HS2、HS3)和三個低側(cè)開關(guān)(LS1、LS2、LS3)； 第二變流器具有三個高側(cè)開關(guān)(HS4、HS5、HS6)和三個低側(cè)開關(guān)(LS4、LS5、LS6)； 第一變流器的三個高側(cè)開關(guān)和第一變流器的三個低側(cè)開關(guān)能被脈寬調(diào)制地控制； 第二變流器的三個高側(cè)開關(guān)和第二變流器的三個低側(cè)開關(guān)能被脈寬調(diào)制地控制； 電機能在打開第一開關(guān)(17a)并且打開第二開關(guān)(18a)的情況下以電動機方式或發(fā)電機方式或以混合運行方式通過第一變流器和第二變流器的高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)的脈寬調(diào)制控制來運行。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的車輛，其特征在于，第一額定電壓水平在較高的額定電壓水平的方向上超過第二額定電壓水平，該電機能在轉(zhuǎn)子靜止的情況下作為從第一子車載電網(wǎng)到第二子車載電網(wǎng)的直流降壓轉(zhuǎn)換器運行。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的車輛，其特征在于，第一額定電壓水平在較高的額定電壓水平的方向上超過第二額定電壓水平，該電機能在轉(zhuǎn)子靜止的情況下作為從第二子車載電網(wǎng)到第一子車載電網(wǎng)的直流升壓轉(zhuǎn)換器運行。
10.用于根據(jù)權(quán)利要求8的車輛的方法，在該方法中:打開第二變流器的低側(cè)開關(guān)，打開第二變流器的高側(cè)開關(guān)，打開第一變流器的低側(cè)開關(guān)，以及脈寬調(diào)制地控制第一變流器的高側(cè)開關(guān)。
11.用于根據(jù)權(quán)利要求9的車輛的方法，在該方法中:打開第二變流器的低側(cè)開關(guān)，打開第二變流器的高側(cè)開關(guān)，打開第一變流器的高側(cè)開關(guān)，以及脈寬調(diào)制地控制第一變流器的低側(cè)開關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子是短路的。
【文檔編號】B60L11/18GK104159779SQ201380012652
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月6日
【發(fā)明者】D·芬代森, M·戈爾卡, D·赫克爾 申請人:寶馬股份公司