具有電機(jī)的車輛和用于運(yùn)行所述電機(jī)的方法
【專利摘要】車輛，具有多相式電機(jī)、第一部分車載網(wǎng)絡(luò)(BN1’)，該第一部分車載網(wǎng)絡(luò)具有第一額定直流電壓水平，并且所述車輛具有第二部分車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’)，該第二部分車載網(wǎng)絡(luò)具有第二額定直流電壓水平，其中，所述電機(jī)包括轉(zhuǎn)子(7)、第一定子系統(tǒng)(5)和第二定子系統(tǒng)(6)，所述第一車載網(wǎng)絡(luò)(BN1’)包括帶有第一中間電路電容器(11)的第一換流器(13)，所述第一定子系統(tǒng)(5)配設(shè)給第一換流器(13)，所述第二部分車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’)包括帶有第二中間電路電容器(12)的第二換流器(14)，并且所述第二定子系統(tǒng)(6)配設(shè)給第二換流器(14)，所述第一定子系統(tǒng)(5)以星形電路構(gòu)造，并且所述第二定子系統(tǒng)(6)以星形電路構(gòu)造，并且傳輸電路(9a)將第一定子系統(tǒng)(5)的星形匯接點(diǎn)與第二定子系統(tǒng)(6)的星形匯接點(diǎn)連接。
【專利說(shuō)明】具有電機(jī)的車輛和用于運(yùn)行所述電機(jī)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車輛，所述車輛具有多相式電機(jī)、第一部分車載網(wǎng)絡(luò)，該第一部分車載網(wǎng)絡(luò)具有第一額定直流電壓水平，并且所述車輛具有第二部分車載網(wǎng)絡(luò)，該第二部分車載網(wǎng)絡(luò)具有第二額定直流電壓水平，其中，所述電機(jī)包括轉(zhuǎn)子、第一定子系統(tǒng)和第二定子系統(tǒng)，所述第一車載網(wǎng)絡(luò)包括帶有第一中間電路電容器的第一換流器，所述第一定子系統(tǒng)配設(shè)給第一換流器，所述第二部分車載網(wǎng)絡(luò)包括帶有第二中間電路電容器的第二換流器，并且所述第二定子系統(tǒng)配設(shè)給第二換流器。

【背景技術(shù)】
[0002]通常，在車輛中，由能量車載網(wǎng)絡(luò)向組件供應(yīng)14伏的額定電壓水平，所述組件是電能量消耗器。次級(jí)的12V蓄能器和14V發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)為在車輛中提供2-3kW的電功率，所述蓄能器在車載網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)運(yùn)行狀況承擔(dān)能源的功能或者能宿(Energiesenke)的功能。
[0003]如果多個(gè)具有更高的功率需求的消耗器集成到車載網(wǎng)絡(luò)中，則所述車載網(wǎng)絡(luò)可以具有兩個(gè)部分車載網(wǎng)絡(luò)。于是，直流調(diào)節(jié)器在所述兩個(gè)部分車載網(wǎng)絡(luò)之間傳輸電功率。所述電機(jī)除了每個(gè)部分車載網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)至少一個(gè)蓄能器之外具有在車輛中作為電能源或者能宿的功能，所述電機(jī)在帶有電氣化的動(dòng)力傳動(dòng)系的車輛中也可以是能電動(dòng)機(jī)式運(yùn)行的。這樣的車載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)例如在文獻(xiàn)DE 10244299 Al中示出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務(wù)在于，描述一種具有電機(jī)和兩個(gè)部分車載網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)改善的車輛和一種用于運(yùn)行所述電機(jī)的方法。
[0005]該任務(wù)通過(guò)按照權(quán)利要求1的車輛來(lái)解決。本發(fā)明的有利的實(shí)施形式和進(jìn)一步擴(kuò)展方案由從屬的權(quán)利要求得出。
[0006]按照本發(fā)明，第一定子系統(tǒng)和第二定子系統(tǒng)分別以星形電路構(gòu)造，并且傳輸電路將第一定子系統(tǒng)的星形匯接點(diǎn)與第二定子系統(tǒng)的星形匯接點(diǎn)連接。
[0007]這意味著，所述定子系統(tǒng)的所述兩個(gè)星形匯接點(diǎn)可直接地相互電耦合。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施形式，所述傳輸電路包括第一二極管和第二二極管，所述兩個(gè)二極管反向且串聯(lián)。
[0009]此外，所述傳輸電路包括第一開關(guān)，該第一開關(guān)與第一二極管并聯(lián)，或者所述傳輸電路備選地包括第二開關(guān)，該第二開關(guān)與第一二極管并聯(lián)。
[0010]也特別有利的是，所述傳輸電路包括第一開關(guān)，該第一開關(guān)與第一二極管并聯(lián)，并且所述傳輸電路包括第二開關(guān)，該第二開關(guān)與第二二極管并聯(lián)。
[0011]反向連接的二極管確保，在第一開關(guān)打開時(shí)和/或在第二開關(guān)打開時(shí)所述兩個(gè)星形匯接點(diǎn)的直接電耦合是失效的。在第一開關(guān)閉合時(shí)和/或在第二開關(guān)閉合時(shí)存在所述兩個(gè)星形匯接點(diǎn)之間的直接電連接，該電連接是以通過(guò)串聯(lián)兩個(gè)閉合的開關(guān)或者串聯(lián)一個(gè)開關(guān)和一個(gè)二極管的相當(dāng)?shù)蜌W姆連接的形式。
[0012]本發(fā)明的另一種變型方案在于，所述第一換流器具有三個(gè)高側(cè)開關(guān)和三個(gè)低側(cè)開關(guān)，所述第二換流器具有三個(gè)高側(cè)開關(guān)和三個(gè)低側(cè)開關(guān)，所述第一換流器的三個(gè)高側(cè)開關(guān)和所述第一換流器的三個(gè)低側(cè)開關(guān)能脈寬調(diào)制地操控，所述第二換流器的三個(gè)高側(cè)開關(guān)和所述第二換流器的三個(gè)低側(cè)開關(guān)能脈寬調(diào)制地操控，所述電機(jī)能在第一開關(guān)打開時(shí)和在第二開關(guān)打開時(shí)通過(guò)脈寬調(diào)制地操控第一換流器和第二換流器的高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)能電動(dòng)機(jī)式或者發(fā)電機(jī)式地運(yùn)行或者能在混合運(yùn)行中運(yùn)行。低側(cè)二極管或者高側(cè)二極管分別與低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)并聯(lián)。
[0013]這意味著，所述電機(jī)可關(guān)于兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)用作發(fā)電機(jī)或者用作電動(dòng)機(jī)一與此無(wú)關(guān)的是，相應(yīng)的另一個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)在給定的運(yùn)行時(shí)間點(diǎn)是用作電動(dòng)機(jī)還是用作發(fā)電機(jī)。在作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于從外界(例如從車輛的內(nèi)燃機(jī))向轉(zhuǎn)子施加的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩而通過(guò)相應(yīng)的定子系統(tǒng)向相應(yīng)的車載網(wǎng)絡(luò)輸送電能。在作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)相應(yīng)的定子系統(tǒng)由相應(yīng)的車載網(wǎng)絡(luò)提取電能并且轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)能，該轉(zhuǎn)動(dòng)能由轉(zhuǎn)子從外界(例如從車輛的皮帶傳動(dòng)的消耗器)作為轉(zhuǎn)動(dòng)力矩而獲取。
[0014]特別有利的是，所述第一額定電壓水平朝向相對(duì)于車輛中(例如車輛的對(duì)于所述兩個(gè)部分車載網(wǎng)絡(luò)共用的電接地線)的參考電壓更高的電壓水平而超過(guò)第二額定電壓水平，并且所述電機(jī)在轉(zhuǎn)子靜止時(shí)能作為在第一部分車載網(wǎng)絡(luò)和第二部分車載網(wǎng)絡(luò)之間的直流降壓調(diào)節(jié)器來(lái)運(yùn)行。
[0015]所述電機(jī)可通過(guò)如下方式作為直流降壓調(diào)節(jié)器運(yùn)行，即，在靜態(tài)運(yùn)行中，亦即，一旦出現(xiàn)由一個(gè)部分車載網(wǎng)絡(luò)向另一個(gè)部分車載網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)電流，則打開第二換流器的低側(cè)開關(guān)，閉合第二換流器的高側(cè)開關(guān)，打開第一換流器的低側(cè)開關(guān)，并且脈寬調(diào)制地控制第一換流器的聞側(cè)開關(guān)。
[0016]備選地，為了減少導(dǎo)通損耗，也可以脈寬調(diào)制地控制與第一換流器的高側(cè)開關(guān)互補(bǔ)的第一換流器的低側(cè)開關(guān)。
[0017]在此，為了避免在高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)之間的電橋短路，設(shè)有停機(jī)時(shí)間，在該停機(jī)時(shí)間中打開所述兩個(gè)高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)。
[0018]附加地，轉(zhuǎn)子的激勵(lì)線圈可以電短路。
[0019]當(dāng)閉合第一換流器的高側(cè)開關(guān)時(shí)，在有效的電感上施加在第一部分車載網(wǎng)絡(luò)和第二部分車載網(wǎng)絡(luò)之間的電壓差，該電感通過(guò)第一定子系統(tǒng)的3個(gè)并聯(lián)的電感與第一定子系統(tǒng)的3個(gè)并聯(lián)的電感相串聯(lián)而形成。在所述接通時(shí)間期間，在電感中的電流線性升高并且該電流的平均值可作為直流由負(fù)載獲取。在斷開階段期間，所述電感使能量含量減少，而給第二部分車載網(wǎng)絡(luò)的中間電路電容器充電。為了形成用于電流的空載，第一換流器的低側(cè)開關(guān)可以要么閉合要么保持打開。在后者的情況中，第一換流器的低側(cè)二極管導(dǎo)通。
[0020]為了改善DC-DC運(yùn)行的初始特性，亦即，在由轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行過(guò)渡到靜止運(yùn)行中時(shí)，也可以首先閉合第二換流器的低側(cè)開關(guān)并且打開第二換流器的高側(cè)開關(guān)。以此，代替在第一部分車載網(wǎng)絡(luò)和第二部分車載網(wǎng)絡(luò)之間的電壓差，第一部分車載網(wǎng)絡(luò)的滿電壓處于有效的電感上，由此可達(dá)到更高的電流升高。到靜態(tài)運(yùn)行中的過(guò)渡通過(guò)脈寬調(diào)制地運(yùn)行第二換流器高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)而受調(diào)節(jié)地進(jìn)行。
[0021]附加地，特別有利的是，所述第一額定電壓水平朝向更高的額定電壓水平而超過(guò)第二額定電壓水平，并且所述電機(jī)在轉(zhuǎn)子靜止時(shí)能作為由第二部分車載網(wǎng)絡(luò)向第一部分車載網(wǎng)絡(luò)的直流升壓調(diào)節(jié)器來(lái)運(yùn)行。
[0022]所述電機(jī)通過(guò)如下方式可作為直流升壓調(diào)節(jié)器運(yùn)行，S卩，打開第二換流器的低側(cè)開關(guān)，閉合第二換流器的高側(cè)開關(guān)，打開第一換流器的高側(cè)開關(guān)，并且脈寬調(diào)制地控制第一換流器的低側(cè)開關(guān)。
[0023]附加地，轉(zhuǎn)子的激勵(lì)線圈可以電短路。
[0024]為了減少導(dǎo)通損耗，也可以脈寬調(diào)制地控制與第一換流器的低側(cè)開關(guān)互補(bǔ)的第一換流器的高側(cè)開關(guān)。在此，為了避免在高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)之間的電橋短路，設(shè)有停機(jī)時(shí)間，在該停機(jī)時(shí)間中打開高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)。
[0025]當(dāng)閉合第一換流器的低側(cè)開關(guān)時(shí)，在有效的電感上施加第二部分車載網(wǎng)絡(luò)的電壓，該電感通過(guò)第一定子系統(tǒng)的3個(gè)并聯(lián)的電感與第二定子系統(tǒng)的3個(gè)并聯(lián)的電感相串聯(lián)而形成。在所述接通時(shí)間期間，電流線性升高并且電感構(gòu)建(aufbauen)能量含量。同時(shí)，第一換流器的高側(cè)二極管截止，從而在第一部分車載網(wǎng)絡(luò)的中間電路電容器上的電壓與第二部分車載網(wǎng)絡(luò)的電壓不是可平衡的(angleichbar)。在斷開階段期間，所述電感是能量含量減少并且給第一部分車載網(wǎng)絡(luò)的中間電路電容器充電。在此，第一換流器的高側(cè)開關(guān)可以要么接通要么保持?jǐn)嚅_。在后者的情況中，第一換流器的高側(cè)二極管導(dǎo)通。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]以下借助于附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，由此得出本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)、優(yōu)選的實(shí)施形式和進(jìn)一步擴(kuò)展方案。
[0027]圖中示意性地詳細(xì)地:
[0028]圖1示出按照現(xiàn)有技術(shù)的具有電機(jī)和兩個(gè)部分車載網(wǎng)絡(luò)的車輛；
[0029]圖2示出具有電機(jī)、兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的車輛，并且所述車輛具有適合于降壓運(yùn)行的傳輸電路和在正常運(yùn)行中的電機(jī)；
[0030]圖3示出具有電機(jī)、兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的車輛，并且所述車輛具有適合于升壓運(yùn)行的傳輸電路和在正常運(yùn)行中的電機(jī)；
[0031 ] 圖4示出具有電機(jī)、兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的車輛，并且所述車輛具有適合于降壓運(yùn)行和升壓運(yùn)行的傳輸電路和在正常運(yùn)行中的電機(jī)；
[0032]圖5示出具有電機(jī)、兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的車輛，并且所述車輛具有適合于降壓運(yùn)行和升壓運(yùn)行的傳輸電路和在降壓運(yùn)行中的電機(jī)；
[0033]圖6示出具有電機(jī)、兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的車輛，并且所述車輛具有適合于降壓運(yùn)行和升壓運(yùn)行的傳輸電路和在升壓運(yùn)行中的電機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0034]相同的附圖標(biāo)記標(biāo)明相同的技術(shù)特征。
[0035]按照現(xiàn)有技術(shù)，對(duì)于車輛的雙電壓車載網(wǎng)絡(luò)，除了兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)之外基本上需要至少四個(gè)組件，見圖1。它們是電機(jī)(I)、在所述兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)(BN1、BN2)之間的直流調(diào)節(jié)器(2)和在所述兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)(3、4)中的每個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)中的蓄能器。電機(jī)可以包括兩個(gè)三相定子系統(tǒng)，所述定子系統(tǒng)基本上可以相同地構(gòu)建。所述兩個(gè)定子系統(tǒng)也可以以一定的電角度相互電路連接。
[0036]車載網(wǎng)絡(luò)(BN2)例如可以是常規(guī)的12V車載網(wǎng)絡(luò)并且車載網(wǎng)絡(luò)(BNl)可以是具有更高的額定電壓水平的車載網(wǎng)絡(luò)。備選地，當(dāng)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時(shí)，車載網(wǎng)絡(luò)(BNl)和車載網(wǎng)絡(luò)(BN2)可以具有例如400V的類似的額定電壓水平。兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)具有較高的電勢(shì)，該電勢(shì)基本上分別通過(guò)所述兩個(gè)額定電壓水平來(lái)確定，并且兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)具有較低的電勢(shì)，該電勢(shì)對(duì)于兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)共用并且必要時(shí)與車輛的接地線相連接。所述兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)較高的電勢(shì)的實(shí)際電壓水平在任意的運(yùn)行時(shí)間點(diǎn)可以與所述兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的各自的額定電壓水平不同。
[0037]直流電壓調(diào)節(jié)器能與電機(jī)的狀況無(wú)關(guān)地實(shí)現(xiàn)在所述兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)之間的功率或者能量的單向或者雙向傳輸。
[0038]按照現(xiàn)有技術(shù)，作為電機(jī)可以使用多相式電機(jī)、例如具有在星形電路(5、6)中的兩個(gè)分別三相的繞組的六相電機(jī)。定子通過(guò)變流器系統(tǒng)(30)和中間電路電容器(40)運(yùn)行，其中，直流電壓-交流電壓變換器(41a、41b)配設(shè)給所述兩個(gè)三相線圈系統(tǒng)之一。轉(zhuǎn)子(7)可以根據(jù)電機(jī)類型要么僅裝配有永磁體、具有帶有電感式轉(zhuǎn)換器和旋轉(zhuǎn)的整流器或者匯流環(huán)系統(tǒng)的激勵(lì)線圈，要么構(gòu)造成短路-鼠籠式轉(zhuǎn)子。所述電機(jī)可發(fā)電機(jī)式(E-運(yùn)行)或者電動(dòng)機(jī)式(M-運(yùn)行)地運(yùn)行。
[0039]本發(fā)明的實(shí)施例由圖2至6得知。帶有兩個(gè)在星形電路(5、6)中的三相線圈系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子(7)的電機(jī)集成到具有至少兩個(gè)部分車載系統(tǒng)(ΒΝΓ、BN2’ )的車輛中。兩個(gè)部分車載網(wǎng)絡(luò)分別具有至少一個(gè)電蓄能器(3’、4’)。此外，兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)具有較高的電勢(shì)，該電勢(shì)基本上分別通過(guò)所述兩個(gè)額定電壓水平來(lái)確定，并且所述車載網(wǎng)絡(luò)具有較低的電勢(shì)，該電勢(shì)對(duì)于兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)共用并且必要時(shí)與車輛的接地線相連接。所述兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)較高的電勢(shì)的實(shí)際電壓水平在任意的運(yùn)行時(shí)間點(diǎn)可以與所述兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的各自額定電壓水平不同。
[0040]所述兩個(gè)三相線圈系統(tǒng)的兩個(gè)星形匯接點(diǎn)通過(guò)電路徑(8)直接相互電路連接，其中，所述電路徑具有兩個(gè)反向串聯(lián)的二極管(9、10)和與所述二極管之一(9)(見圖2)或者所述二極管之一(10)(見圖3)并聯(lián)的開關(guān)(9a、10a)。圖4示出具有兩個(gè)開關(guān)(9a、1a)的結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)開關(guān)分別與所述二極管(9、10)之一并聯(lián)。
[0041]由二極管和并聯(lián)的開關(guān)組成的組合分別可以構(gòu)造成MOSFET(金屬-氧化層半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管)或者構(gòu)造成具有空載二極管的IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)。在MOSFET時(shí)，二極管由MOSFET的基底二極管形成。電路徑(8)這樣構(gòu)造，使得該電路徑設(shè)計(jì)用于傳輸直至預(yù)定高度的電功率。這例如可以通過(guò)適合的導(dǎo)線截面來(lái)保證。備選地，也可以并聯(lián)多個(gè)電路徑，其中，一個(gè)電路徑符合電路徑(8)的構(gòu)造形式，以便提高載流能力。
[0042]兩個(gè)三相線圈系統(tǒng)分別通過(guò)由中間電路電容器(11、12)和變流器(13、14)組成的并聯(lián)電路來(lái)操控。
[0043]在圖2至6中，ΒΝΓ通過(guò)中間電路電容器(11)和變流器(13)與定子系統(tǒng)(5)連接，BN2’通過(guò)中間電路電容器(12)和變流器(14)與定子系統(tǒng)(6)連接。
[0044]中間電路電容器(11、12)提供電機(jī)電流的高頻率的交流部分，并且發(fā)電機(jī)式驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行中平整電機(jī)的輸出電壓。由此，能夠減少在兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)中的高次諧波性(Oberwelligkeit)。
[0045]所述兩個(gè)變流器(13、14)分別包括六個(gè)帶有并聯(lián)的空載二極管(HS1、HS2、HS3、LS1、LS2、LS3、HS4、HS5、HS6、LS4、LS5、LS6)的開關(guān)。在沒有普遍性的限制的情況下，開關(guān)-空載二極管組合構(gòu)造成MOSFET，該開關(guān)-空載二極管組合也被稱作功率開關(guān)。優(yōu)選在帶有高的額定電壓水平(特別是>>100V)的車載網(wǎng)絡(luò)中也使用帶有空載二極管的IGBT。所述開關(guān)在逆變器的由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的半橋電路中與相應(yīng)的線圈系統(tǒng)相連接。換流器(13)包括三個(gè)半橋，其中，第一半橋由MOSFET(HSULSl)形成，第二半橋由MOSFET(HS2、LS2)形成并且第三半橋由MOSFET(HS3、LS3)形成。換流器(14)包括三個(gè)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。
[0046]那些與相應(yīng)的車載網(wǎng)絡(luò)的較高的電勢(shì)相連接的功率開關(guān)(HS1、HS2、HS3、HS4、HS5、HS6)被稱為高側(cè)開關(guān)。那些與相應(yīng)的車載網(wǎng)絡(luò)的較低的電勢(shì)相連接的功率開關(guān)(LS1、LS2、LS3、LS4、LS5、LS6)被稱為低側(cè)開關(guān)。線圈系統(tǒng)的背離星形匯接點(diǎn)的線圈側(cè)分別與相應(yīng)換流器的半橋相連接，亦即，線圈在所述線圈側(cè)上與電勢(shì)相連接，該電勢(shì)相應(yīng)地存在于半橋的功率開關(guān)之間。例如在閉合換流器(14)的開關(guān)(LS6)時(shí)，線圈(W2’ )能與車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’ )的較低的電勢(shì)相連接并且在閉合換流器(14)的開關(guān)(HS5)時(shí)，線圈(V2’ )能與車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’ )的較高的電勢(shì)相連接。
[0047]開關(guān)和空載二極管具有足夠的截止電壓強(qiáng)度，該截止電壓強(qiáng)度例如等于配設(shè)有換流器的車載網(wǎng)絡(luò)的額定電壓水平的雙倍的值。
[0048]在按照?qǐng)D2至6的實(shí)施例中，BN2’在沒有普遍性的限制的情況下構(gòu)造成常規(guī)的14V車載網(wǎng)絡(luò)。蓄能器⑷例如可以是在AGM技術(shù)中具有12V額定電壓水平的的鉛酸型電池。ΒΝΓ處于帶有48V蓄能器的與BN2’相比更高的48V的額定電壓水平上，該蓄能器例如可以以鋰離子技術(shù)來(lái)構(gòu)造。關(guān)于ΒΝΓ和BN2’以及相應(yīng)蓄能器的額定電壓水平可想到任意的結(jié)構(gòu)，其中，ΒΝΓ的額定電壓水平超過(guò)BN2’的額定電壓水平。
[0049]所述兩個(gè)三相定子系統(tǒng)(5,6)例如通過(guò)線圈(U2，、V2，、W2，)與線圈(Ul，、VI，、W1’ )相比不同的匝數(shù)按照設(shè)計(jì)地匹配于所述兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)(ΒΝΓ、BN2’ )的額定電壓水平。這意味著，線圈系統(tǒng)(U2’、V2’、W2’ )與線圈系統(tǒng)(Ul’、Vl’、wr )相比構(gòu)造成更低歐姆的，以便在可相比擬地轉(zhuǎn)化功率時(shí)在平均來(lái)說(shuō)較低的電壓水平和平均來(lái)說(shuō)提高的電流時(shí)減少損耗功率。
[0050]按照?qǐng)D2至4，所述電機(jī)能在開關(guān)(9a、10a)打開時(shí)運(yùn)行。在此，在車載網(wǎng)絡(luò)(ΒΝΓ)和(BN2’ )之間沒有功率傳輸，該運(yùn)行被稱為正常運(yùn)行。由于MOSFET (9、10)的兩個(gè)基底二極管的截止作用，星形匯接點(diǎn)電解耦并且電機(jī)能電動(dòng)機(jī)式運(yùn)行或者發(fā)電機(jī)式運(yùn)行。例如兩個(gè)定子系統(tǒng)的操控通過(guò)借助于場(chǎng)定向地調(diào)節(jié)和例如空間矢量調(diào)制換流器的低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)的開關(guān)位置而三相地、脈寬調(diào)制地操控?fù)Q流器(13、14)來(lái)進(jìn)行。功率開關(guān)的脈寬調(diào)制的開關(guān)位置在圖1至4中通過(guò)以虛線示出開關(guān)位置來(lái)表示。所述操控例如可以通過(guò)微處理器或FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)來(lái)進(jìn)行。參數(shù)值如例如轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、轉(zhuǎn)速、電壓或者功率的預(yù)定例如通過(guò)車輛的控制儀進(jìn)行。
[0051]在開關(guān)(9a、1a)打開時(shí)，電機(jī)也可在混合運(yùn)行中運(yùn)行，亦即，例如對(duì)于車載網(wǎng)絡(luò)(ΒΝΓ )在電動(dòng)機(jī)式運(yùn)行中運(yùn)行并且對(duì)于車載網(wǎng)絡(luò)BN2’在發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行中運(yùn)行。這意味著，在這種情況中，功率由車載網(wǎng)絡(luò)(ΒΝΓ )向車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’ )傳輸。功率傳輸運(yùn)行可與如下情況無(wú)關(guān)地執(zhí)行，即，在轉(zhuǎn)子的軸上是由機(jī)械消耗器獲取轉(zhuǎn)動(dòng)力矩還是由電動(dòng)機(jī)將轉(zhuǎn)動(dòng)力矩施加在軸上。如果轉(zhuǎn)子既不由外界提取轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也不施加轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，則在電機(jī)運(yùn)行時(shí)僅在所述兩個(gè)部分車載網(wǎng)絡(luò)之間傳輸能量。
[0052]按照電機(jī)的其他運(yùn)行狀況，在轉(zhuǎn)子靜止并且未被激勵(lì)時(shí)，亦即，在轉(zhuǎn)子上不存在激勵(lì)電壓的情況下，電機(jī)可以按照?qǐng)D2和4作為降壓調(diào)節(jié)器運(yùn)行，亦即，用于將ΒΝΓ的電功率向BN2’傳輸。所述運(yùn)行被稱為降壓運(yùn)行并且在圖5中示出。
[0053]按照?qǐng)D5與圖4的組合，在降壓運(yùn)行中，所述兩個(gè)開關(guān)(9a、1a)持續(xù)地閉合。在對(duì)于按照?qǐng)D2的實(shí)施形式的降壓運(yùn)行中，所述開關(guān)(9a)持續(xù)地閉合。這意味著，在降壓運(yùn)行中，所述兩個(gè)星形匯接點(diǎn)處于相同的電勢(shì)上。開關(guān)(HS4、HS5、HS5)持久地閉合并且開關(guān)(LS4、LS5、LS5)持久地打開，從而背離星形匯接點(diǎn)的線圈端部處于車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’)的較高的電勢(shì)上。開關(guān)(LS1、LS2、LS3)持久地閉合。
[0054]為了改善在由轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)行過(guò)渡到靜止運(yùn)行時(shí)的初始特性，也可以首先閉合低側(cè)開關(guān)(LS4、LS5、LS6)并且打開高側(cè)開關(guān)(HS4、HS5、HS6)。以此，代替輸入電壓和輸出電壓的差，在有效的電感上施加滿輸入電壓，以此達(dá)到更高的電流升高。到靜態(tài)運(yùn)行中的過(guò)渡通過(guò)脈寬調(diào)制地運(yùn)行第二換流器的高側(cè)開關(guān)(HS4、HS5、HS6)和低側(cè)開關(guān)LS4、LS5、LS6)而受調(diào)節(jié)地進(jìn)行。
[0055]附加地，轉(zhuǎn)子的激勵(lì)電路被短路，以便確保所述轉(zhuǎn)子在降壓運(yùn)行中始終保持無(wú)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子由于在轉(zhuǎn)子的電感系統(tǒng)中電磁感應(yīng)力的運(yùn)動(dòng)意味著不必要的能量損耗。此外，在轉(zhuǎn)子軸與例如車輛的曲軸或者傳動(dòng)軸剛性連接時(shí)，這樣的電感運(yùn)動(dòng)意味著車輛的在該運(yùn)行狀況中不希望的驅(qū)動(dòng)力矩。
[0056]開關(guān)(HS1、HS2、HS3)同步地脈寬調(diào)制地操控。因?yàn)槎ㄗ酉到y(tǒng)在靜止?fàn)顩r中各相的電感按照轉(zhuǎn)子位置由于剩余磁化通過(guò)在定子板中的可能存在的磁或者剩磁而可能是不同大小的，所以開關(guān)(HS1、HS2、HS3)的脈寬調(diào)制的占空比也可以是不同大小的。開關(guān)(LS1、LS2、LS3)持久地打開或者與開關(guān)(HS1、HS2、HS3)互補(bǔ)地運(yùn)行。換流器(13)的操控例如可以通過(guò)微處理器或者FPGA來(lái)進(jìn)行，電壓、電流或者功率的預(yù)定例如可以由車輛的控制儀進(jìn)行。
[0057]互補(bǔ)地開關(guān)意味著，在半橋中交互地接通高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)，例如當(dāng)高側(cè)開關(guān)閉合時(shí)低側(cè)開關(guān)打開，并且反之亦然。
[0058]互補(bǔ)地開關(guān)引起較低的導(dǎo)通損耗。導(dǎo)通損耗應(yīng)被理解為，電流流過(guò)不理想的、引起功率損耗的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在二極管中，按照半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的正向電壓與流經(jīng)的電流的積以及按照與溫度相關(guān)的微分體電阻與流經(jīng)的電流的平方的積而產(chǎn)生損耗。在使用MOSFET作為開關(guān)時(shí)，在接通的狀況中僅通過(guò)電流的平方與MOSFET的與溫度相關(guān)的導(dǎo)通電阻的積而產(chǎn)生導(dǎo)通損耗。在代替電流通過(guò)二極管而使電流通過(guò)MOSFET時(shí)，總導(dǎo)通損耗因此更小。
[0059]由接通時(shí)間Tbucx和周期時(shí)間Pbuck的比被稱作占空比D_。開關(guān)頻率Fbuck表示為周期時(shí)間的Pbucx的倒數(shù)，接通時(shí)間Tbuck最高達(dá)到周期時(shí)間PBra。在降壓運(yùn)行中，在車載網(wǎng)絡(luò)BN2’中產(chǎn)生電壓Ubuck,BN2,，并且U
BUCK，BN2’ °° Dbuck.Ubni ’ StJ ο
[0060]備選地，除了同步的脈寬調(diào)制的操控之外，位錯(cuò)一確定的角度的脈寬調(diào)制的操控也是可能的，該操控被稱作交疊模式。在此，高側(cè)開關(guān)(HS1、HS2、HS3)在三相定子系統(tǒng)中相位位錯(cuò)120°地開關(guān)。然而，由此，在線圈系統(tǒng)(Ul’、Vl’、Wr )和/或(U2’、V2’、W2’)上可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)場(chǎng)。有利的是，能通過(guò)這種操控方法來(lái)減少在中間電路電容器(12)上的電流波動(dòng)(Stromrippel)。
[0061]如果在已選擇的例子中例如BN2’的12V-AGM電池接近其10.5V的放電終了電壓(Entladeschlussspannung)并且鋰離子蓄電池在電壓水平中接近其48V的額定電壓水平，則AGM電池可通過(guò)鋰離子電池由如下方式充電，S卩，通過(guò)調(diào)整預(yù)定的可調(diào)節(jié)的占空比0.3來(lái)調(diào)整在AGM電池上的14.4V的額定充電電壓。
[0062]在轉(zhuǎn)子靜止并且未被激勵(lì)時(shí)，亦即，在轉(zhuǎn)子上不存在激勵(lì)電壓的情況下，按照?qǐng)D3和4的電機(jī)可作為升壓調(diào)節(jié)器運(yùn)行，亦即，用于將BN2’的電功率向ΒΝΓ傳輸。所述運(yùn)行被稱為升壓運(yùn)行并且在圖6中示出。
[0063]在升壓運(yùn)行中，按照?qǐng)D6與圖4的組合，所述兩個(gè)開關(guān)(9a、1a)持續(xù)地閉合。在對(duì)于按照?qǐng)D3的實(shí)施形式的升壓運(yùn)行中，所述開關(guān)(1a)持續(xù)地閉合。這意味著，在升壓運(yùn)行中，所述兩個(gè)星形匯接點(diǎn)處于相同的電勢(shì)上。開關(guān)(HS4、HS5、HS5)持久地閉合并且開關(guān)(LS4、LS5、LS5)持久地打開，從而背離星形匯接點(diǎn)的線圈端部處于車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’)的較高的電勢(shì)上。因此，換流器(14)的開關(guān)位置符合降壓運(yùn)行的開關(guān)位置。附加地，轉(zhuǎn)子的激勵(lì)電路可以如在降壓運(yùn)行中那樣被短路。開關(guān)(LS1、LS2、LS3)同時(shí)地脈寬調(diào)制地操控。因?yàn)槎ㄗ酉到y(tǒng)在靜止?fàn)顩r中各相的電感按照轉(zhuǎn)子位置由于剩余磁化而通過(guò)在定子板中可能存在的磁鐵或者剩磁而可能是不同大小的，所以開關(guān)(LS1、LS2、LS3)的脈寬調(diào)制的占空比也可以是不同大小的。
[0064]開關(guān)(HS1、HS2、HS3)持久地打開或者與開關(guān)(LS1、LS2、LS3)互補(bǔ)地操控。
[0065]接通時(shí)間Tbtost和周期時(shí)間Pbtost的比被稱作占空比DBM)ST。開關(guān)頻率Fbtost表示為周期時(shí)間的Pbmbt的倒數(shù)，接通時(shí)間Tbmbt最高達(dá)到周期時(shí)間P_ST。在降壓運(yùn)行中，在車載網(wǎng)絡(luò)ΒΝΓ 中產(chǎn)生電壓 U_ST,BN1,，并且 U_ST,BN1,oc (I/(1-Dboost)).υΒΝ2,。與所述打開的開關(guān)(HS1、HS2、HS3)并聯(lián)的換流器二極管在閉合開關(guān)LS1、LS2、LS3)的時(shí)間點(diǎn)阻止車載網(wǎng)絡(luò)(ΒΝΓ )的電壓損耗。
[0066]備選地，除了同步的脈寬調(diào)制的操控之外，位錯(cuò)一確定的角度的脈寬調(diào)制的操控也是可能的，該操控被稱作交疊模式。在此，低側(cè)開關(guān)(LS1、LS2、LS3)在三相定子系統(tǒng)中相位位錯(cuò)120°地開關(guān)。然而由此，在線圈系統(tǒng)(Ul’、Vl’、Wr )和/或(U2’、V2’、W2’)上可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)場(chǎng)。有利的是，能通過(guò)該操控方法來(lái)減少在中間電路電容器(11)上的電流波動(dòng)。
[0067]如果在已選擇的例子中例如48V-鋰離子蓄電池強(qiáng)烈地放電并且AGM電池在相同的時(shí)間點(diǎn)以12V電壓足夠地充電，則鋰離子蓄電池能由AGM電池通過(guò)如下方式充電，即，通過(guò)調(diào)整預(yù)定的可調(diào)節(jié)的占空比0.8來(lái)調(diào)整在鋰離子蓄電池上的60V的額定充電電壓。如果鋰離子蓄電池具有高的充電接收能力并且因此具有高的功率接收能力，則通過(guò)電機(jī)控制儀將占空比由0.8出發(fā)調(diào)節(jié)到更高的值上，以便在AGM電池的電壓下降的同時(shí)在鋰離子蓄電池上保持60V的額定充電電壓。
[0068]在開關(guān)頻率Fbuck或者開關(guān)頻率Fbtost恒定時(shí)，隨著升聞的占空比Dbuck或者占空比D_ST每時(shí)間單元可將更多的電能由第一車載網(wǎng)絡(luò)向另一個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)傳輸。因此，要施加在相應(yīng)的另一個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)上的電壓和因此在降壓運(yùn)行中或者在升壓運(yùn)行中的傳輸功率也可通過(guò)參數(shù)占空比來(lái)調(diào)節(jié)。
[0069]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)所述電機(jī)和用于運(yùn)行所述電機(jī)的換流器，能以簡(jiǎn)單的器件集成在所述兩個(gè)線圈系統(tǒng)的星形匯接點(diǎn)之間的開關(guān)能在所述兩個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)之間傳輸功率。這提供了如下優(yōu)點(diǎn)，即，在沒有使用如在圖1中那樣的直流調(diào)節(jié)器(2)的情況下，將能量由車輛的一個(gè)部分車載網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)杰囕v的另一個(gè)部分車載網(wǎng)絡(luò)中，而不存在述電機(jī)處于運(yùn)行中的必要性。
[0070]另一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)是能量傳輸方向(降壓運(yùn)行和/或升壓運(yùn)行)基于要么具有一個(gè)開關(guān)要么具有兩個(gè)開關(guān)的傳輸電路的構(gòu)造形式的可調(diào)整性，所述開關(guān)分別與第一和/或第二二極管并聯(lián)。
[0071]如果期望雙向的運(yùn)行(降壓運(yùn)行和升壓運(yùn)行)，則使用兩個(gè)開關(guān)(9a和1a)(見圖4)。以此，通過(guò)所述兩個(gè)閉合的開關(guān)(9a和1a)沿兩個(gè)方向由車載網(wǎng)絡(luò)(ΒΝΓ )向車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’ )或者由車載網(wǎng)絡(luò)(ΒΝΓ )向車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’ )的電流流動(dòng)是可能的。
[0072]如果應(yīng)該僅能執(zhí)行由車載網(wǎng)絡(luò)(ΒΝΓ )向車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’ )的能量傳輸，僅開關(guān)(9a)就足夠(見圖2)，該開關(guān)與第一二極管(9)并聯(lián)。因此，通過(guò)閉合的開關(guān)(9a)和沿流動(dòng)方向極化的二極管(10)由車載網(wǎng)絡(luò)(ΒΝΓ )向車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’ )的電流流動(dòng)是可能的。
[0073]如果應(yīng)該僅能執(zhí)行由車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’ )向車載網(wǎng)絡(luò)(ΒΝΓ )的能量傳輸，僅開關(guān)(1a)就足夠(見圖3)，該開關(guān)與第二二極管(10)并聯(lián)。因此，通過(guò)閉合的開關(guān)(1a)和沿流動(dòng)方向極化的二極管(9)由車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’ )向車載網(wǎng)絡(luò)(ΒΝΓ )的電流流動(dòng)是可能的。
【權(quán)利要求】
1.車輛，具有多相式電機(jī)、第一部分車載網(wǎng)絡(luò)(ΒΝΓ)，該第一部分車載網(wǎng)絡(luò)具有第一額定直流電壓水平，并且所述車輛具有第二部分車載網(wǎng)絡(luò)(BN2’)，該第二部分車載網(wǎng)絡(luò)具有第二額定直流電壓水平，其中，所述電機(jī)包括轉(zhuǎn)子(7)、第一定子系統(tǒng)(5)和第二定子系統(tǒng)(6)，所述第一車載網(wǎng)絡(luò)包括帶有第一中間電路電容器(11)的第一換流器(13)，所述第一定子系統(tǒng)配設(shè)給第一換流器，所述第二部分車載網(wǎng)絡(luò)包括帶有第二中間電路電容器(12)的第二換流器(14)，并且所述第二定子系統(tǒng)配設(shè)給第二換流器，其特征在于， -所述第一定子系統(tǒng)以星形電路構(gòu)造， -所述第二定子系統(tǒng)以星形電路構(gòu)造， -傳輸電路將第一定子系統(tǒng)的星形匯接點(diǎn)與第二定子系統(tǒng)的星形匯接點(diǎn)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其特征在于， -所述傳輸電路包括第一二極管(9)和第二二極管(10)，以及 -所述第一二極管和第二二極管反向串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛，其特征在于， -所述傳輸電路包括第一開關(guān)(9a)，該第一開關(guān)與第一二極管并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛，其特征在于， -所述傳輸電路包括第二開關(guān)(1a)，該第二開關(guān)與第一二極管并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛，其特征在于， -所述傳輸電路包括第一開關(guān)(9a),該第一開關(guān)與第一二極管(9)并聯(lián)，以及 -所述傳輸電路包括第二開關(guān)(10a)，該第二開關(guān)與第二二極管(10)并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的車輛，其特征在于， -所述第一換流器具有三個(gè)高側(cè)開關(guān)(HS1、HS2、HS3)和三個(gè)低側(cè)開關(guān)(LS1、LS2、LS3)， -所述第二換流器具有三個(gè)高側(cè)開關(guān)(HS4、HS5、HS6)和三個(gè)低側(cè)開關(guān)(LS4、LS5、LS6)， -所述第一換流器的三個(gè)高側(cè)開關(guān)和所述第一換流器的三個(gè)低側(cè)開關(guān)能脈寬調(diào)制地操控， -所述第二換流器的三個(gè)高側(cè)開關(guān)和所述第二換流器的三個(gè)低側(cè)開關(guān)能脈寬調(diào)制地操控， -所述電機(jī)能在第一開關(guān)(9a)打開時(shí)或者在第二開關(guān)(1a)打開時(shí)通過(guò)脈寬調(diào)制地操控第一換流器和第二換流器的高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)能電動(dòng)機(jī)式或者發(fā)電機(jī)式地運(yùn)行或者能在混合運(yùn)行中運(yùn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛，其特征在于， -所述第一換流器具有三個(gè)高側(cè)開關(guān)(HS1、HS2、HS3)和三個(gè)低側(cè)開關(guān)(LS1、LS2、LS3)， -所述第二換流器具有三個(gè)高側(cè)開關(guān)(HS4、HS5、HS6)和三個(gè)低側(cè)開關(guān)(LS4、LS5、LS6)， -所述第一換流器的三個(gè)高側(cè)開關(guān)和所述第一換流器的三個(gè)低側(cè)開關(guān)能脈寬調(diào)制地操控， -所述第二換流器的三個(gè)高側(cè)開關(guān)和所述第二換流器的三個(gè)低側(cè)開關(guān)能脈寬調(diào)制地操控， -所述電機(jī)能在第一開關(guān)(9a)打開時(shí)或者在第二開關(guān)(1a)打開時(shí)通過(guò)脈寬調(diào)制地操控第一換流器和第二換流器的高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)能電動(dòng)機(jī)式或者發(fā)電機(jī)式地運(yùn)行或者能在混合運(yùn)行中運(yùn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的車輛，其特征在于， -所述第一額定電壓水平朝向更高的額定電壓水平而超過(guò)第二額定電壓水平， -所述電機(jī)在轉(zhuǎn)子靜止時(shí)能作為在由第一部分車載網(wǎng)絡(luò)和向第二部分車載網(wǎng)絡(luò)之間的直流降壓調(diào)節(jié)器來(lái)運(yùn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的車輛，其特征在于， -所述第一額定電壓水平朝向更高的額定電壓水平而超過(guò)第二額定電壓水平，以及-所述電機(jī)在轉(zhuǎn)子靜止時(shí)能作為由第二部分車載網(wǎng)絡(luò)向第一部分車載網(wǎng)絡(luò)的直流升壓調(diào)節(jié)器來(lái)運(yùn)行。
10.用于根據(jù)權(quán)利要求8所述的車輛的方法，在所述方法中: -打開第二換流器的低側(cè)開關(guān)， -閉合第二換流器的高側(cè)開關(guān)， -打開第一換流器的低側(cè)開關(guān)，并且 -脈寬調(diào)制地控制第一換流器的高側(cè)開關(guān)。
11.用于根據(jù)權(quán)利要求9所述的車輛的方法，在所述程序中: -打開第二換流器的低側(cè)開關(guān)， -閉合第二換流器的高側(cè)開關(guān)， -打開第一換流器的高側(cè)開關(guān)，并且 -脈寬調(diào)制地控制第一換流器的低側(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， -轉(zhuǎn)子是短路的。
【文檔編號(hào)】B60L15/00GK104203640SQ201380012664
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)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?duì)柨? D·赫克爾 申請(qǐng)人:寶馬股份公司