專利名稱：功率傳輸鏈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于范圍擴展模塊的功率傳輸鏈(train)。
背景技術(shù)：
在未來的用于電動車的驅(qū)動中意圖采用將車輛的范圍擴展超出純電范圍的組件。為此，正在討論所謂的范圍擴展模塊，其包含有小的內(nèi)燃機，該小的內(nèi)燃機驅(qū)動用于產(chǎn)生輔助和/或應(yīng)急功率的機械耦合的發(fā)電機。在這種情況下，內(nèi)燃機在其最佳工作點連續(xù)運行，結(jié)果，排放量(development of emission)和噪聲能夠被最小化。這種功率傳輸鏈的已知解決方案也將反向模式中的發(fā)電機用作用于起動內(nèi)燃機的電動機。為此，雙向換流器(inverter)模塊連接到發(fā)電機的下級，所述換流器模塊在發(fā)電機模式中從發(fā)電機交流電流產(chǎn)生用于車輛蓄電池的直流電流，并在電動機模式中將來自車輛蓄電池的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的交流電流，用于給發(fā)電機饋電。這種雙向換流器模塊是復(fù)雜的且相應(yīng)昂貴的。此外，發(fā)電機和換流器模塊必須為了內(nèi)燃機的高起動轉(zhuǎn)矩而進(jìn)行設(shè)計，因此會有相應(yīng)高的起動電流。這意味著大的安裝空間和大的重量，出于成本和空間的原因，這是不切實際的，特別是對于相對小的電動車更是如此。此外，例如，當(dāng)同步發(fā)電機用作為電動機時，其需要用于操作的角位置傳感器，這在成本方面會呈現(xiàn)出進(jìn)ー步的劣勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是創(chuàng)建一種用于范圍擴展模塊的功率傳輸鏈，其比已知設(shè)計更加經(jīng)濟有效、更加輕便和更加節(jié)省空間，尤其是便于允許它用在小的城市車輛中。根據(jù)本發(fā)明，這個目的由功率傳輸鏈實現(xiàn)，該功率傳輸鏈的特征在于包括下述的序列內(nèi)燃機；由所述內(nèi)燃機機械驅(qū)動的交流發(fā)電機；以及整流器，電連接到所述交流發(fā)電機，并且在下級連接有用于給電負(fù)載饋電的單向DC/DC轉(zhuǎn)換器，該內(nèi)燃機安裝有其自己的電カ起動電動機。本發(fā)明基于下述驚人的發(fā)現(xiàn)當(dāng)功率傳輸鏈唯一以單向方式(也就是說，包括起動電動機一內(nèi)燃機一交流發(fā)電機一整流器一DC/DC轉(zhuǎn)換器的單向序列)設(shè)計時能夠節(jié)省可觀的成本、重量和安裝空間，即使它需要專用起動電動機，但可以省掉昂貴的雙向換流器。由于換流器和發(fā)電機不必形成用于內(nèi)燃機的高起動電流的尺寸，因此可以節(jié)省顯著的安裝空間和重量。此外，簡單的無源整流器就足夠了，而且用于內(nèi)燃機的分開的起動電動機是市售可得的、經(jīng)濟有效的部件。而且，發(fā)電機中的角位置傳感器也被省掉，這進(jìn)一步節(jié)省了成本。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，當(dāng)該起動電動機是市售可得的標(biāo)準(zhǔn)12伏起動電動機時，本發(fā)明是特別有利的。交流發(fā)電機優(yōu)選地是三相永磁同步電機(PSM)，其特征在于特別簡單和健壯的設(shè)計。出于同樣原因，當(dāng)該整流器是三相無源全波整流器(優(yōu)選是ニ級管橋)時，本發(fā)明是特別有利的。
考慮到功率傳輸鏈的單向性，能夠使用非常簡單的DC/DC轉(zhuǎn)換器，優(yōu)選是由微處理器控制的電荷泵形成。當(dāng)負(fù)載是用于電カ牽引驅(qū)動的高壓蓄電池時，本發(fā)明是特別有利的，對于該高壓蓄電池，DC/DC轉(zhuǎn)換器可以以微處理器控制的方式提供相應(yīng)的電壓電平。本發(fā)明的另ー個更加有利的實施例的特征在干，內(nèi)燃機和/或交流發(fā)電機具有液體冷卻系統(tǒng)，其也冷卻整流器和/或DC/DC轉(zhuǎn)換器。結(jié)果，能夠進(jìn)ー步地節(jié)省組件以及因此的安裝空間、重量和成本。 當(dāng)整流器和DC/DC轉(zhuǎn)換器集成于交流發(fā)電機的機殼內(nèi)或法蘭連接(flange-connect)到交流發(fā)電機的所述機殼以便創(chuàng)建自主單元時,本發(fā)明是特別有利的。功率傳輸鏈優(yōu)選地具有用于混合動カ車的可互換范圍擴展模塊的形式，例如其能夠以模塊化的可互換方式插入混合動カ車中。


本發(fā)明將會參考以下在附圖中描述的示例性實施例進(jìn)行更加詳細(xì)地說明，附圖中，圖I示出本發(fā)明的功率傳輸鏈的方框電路圖。
具體實施例方式圖I示出范圍擴展模塊1，其給用于混合動カ車輛的電カ牽引驅(qū)動(未進(jìn)ー步示出)的高壓蓄電池2饋電。該范圍擴展模塊I作為自主的、模塊化的可互換單元被安排在例如機殼或者組件支撐物上，并安裝有用于連接到高壓蓄電池2的電連接部3、4。該范圍擴展模塊I包含單向功率傳輸鏈，其順序地包括-市售可得的起動電動機5，例如為用于電動機車輛的標(biāo)準(zhǔn)12伏起動電動機；-低功率到中等功率的內(nèi)燃機7，其可以通過例如帶驅(qū)動或者小齒輪6由起動電動機5在例如15到30千瓦的范圍內(nèi)起動；該內(nèi)燃機7優(yōu)選地被控制裝置(沒有示出)控制，該控制裝置可以通過合適的總線系統(tǒng)，例如根據(jù)HS-CAN或者FlexRay標(biāo)準(zhǔn)與車輛的剰余部分進(jìn)行通信；-交流發(fā)電機8，優(yōu)選地是三相永磁同步電機(PSM)的形式，該發(fā)電機8是被內(nèi)燃機7通過軸9、齒輪驅(qū)動、帶驅(qū)動等來驅(qū)動的；-整流器10，其電連接到發(fā)電機8，優(yōu)選地是包括六個快速ニ極管Dl至D6和平滑電容器Cl的ニ級管橋形式的簡單無源三相全波整流器；-連接到整流器10下級的DC/DC轉(zhuǎn)換器11，用于將整流器10的輸出電壓進(jìn)行平滑和向上或者向下變壓到跨連接部3、4的希望電勢；在所示的優(yōu)選實施例中，DC/DC轉(zhuǎn)換器11是微處理控制的電荷泵，它具有存儲電感器LI、存儲電容器C2和包括ニ極管D7以及被微處理器U P控制的開關(guān)SI的充電電路。微處理器UP用高內(nèi)部時鐘頻率來操作開關(guān)SI以及因此的DC/DC轉(zhuǎn)換器11，因此，組件的尺寸可以保持很小。開關(guān)SI的時序比和占空比可以用來設(shè)置電壓，因此也可以設(shè)置傳輸?shù)墓β?。在這種情況下，微處理器UP還通過總線12例如根據(jù)HS-CAN或者FlexRay標(biāo)準(zhǔn)與車輛組件進(jìn)行通信，以便釋放希望的功率。
將要產(chǎn)生的功率或者用于高壓蓄電池的希望的充電電流例如預(yù)先指定作為控制變量。控制系統(tǒng)能夠例如從輸出連接部3、4中的電流傳感器、DC/DC轉(zhuǎn)換器11的輸入和/或輸出處的電壓傳感器、以及從內(nèi)部溫度傳感器獲取數(shù)據(jù)。高壓蓄電池2的特殊充電特性曲線可以通過軟件來實現(xiàn)，并且可以通過微處理器UP來控制。作為DC/DC轉(zhuǎn)換器11中的附加防護措施(例如關(guān)斷晶體管)的結(jié)果，在故障的情況下，例如在轉(zhuǎn)速過度的情況下，在發(fā)電機8上出現(xiàn)的過電壓可與連接部3、4去耦合，因此可以防止電カ負(fù)載上不希望的充電或者電壓升高。整流器10和/或DC/DC轉(zhuǎn)換器11優(yōu)選地通過液體冷卻，尤其優(yōu)選通過還冷卻發(fā)電機8和/或內(nèi)燃機7的相同的液體冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。整流器10和DC/DC轉(zhuǎn)換器11優(yōu) 選可以集成到共同機殼13中，尤其優(yōu)選是也可以與發(fā)電機8的機殼14 一起集成或者集成在發(fā)電機8的機殼14中。功率傳輸鏈5至11的應(yīng)用領(lǐng)域不限于所示的對高壓蓄電池2進(jìn)行充電或者給電カ牽引驅(qū)動饋電的應(yīng)用，而是，還可以包括靜態(tài)的應(yīng)用，例如在輔助或者應(yīng)急功率組件中。因此，本發(fā)明不限于所示的實施例，而是，包括落在權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于范圍擴展模塊的功率傳輸鏈，特征在于，包括下述項的序列內(nèi)燃機(7)；由所述內(nèi)燃機機械驅(qū)動的交流發(fā)電機(8);以及整流器(10)，電連接到所述交流發(fā)電機，并且在下級連接有用于給電負(fù)載饋電的單向DC/DC轉(zhuǎn)換器(11)，內(nèi)燃機(7)安裝有其自己的電カ起動電動機(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的功率傳輸鏈，特征在于，該起動電動機(5)是標(biāo)準(zhǔn)12伏起動電動機。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的功率傳輸鏈，特征在于，該交流發(fā)電機(8)是三相永磁同步電機。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的功率傳輸鏈，特征在于，該整流器(10)是三相無源全波整流器，優(yōu)選是ニ級管橋(D1-D6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的功率傳輸鏈，特征在于，該DC/DC轉(zhuǎn)換器(11)是微處理器控制的 電荷泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的功率傳輸鏈，特征在干，該負(fù)載是用于電カ牽引驅(qū)動的高壓蓄電池⑵。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的功率傳輸鏈，特征在于，該內(nèi)燃機(7)和/或該交流發(fā)電機(8)具有還冷卻該整流器(10)的液體冷卻系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的功率傳輸鏈，特征在于，該內(nèi)燃機(7)和/或該交流發(fā)電機(8)具有還冷卻該DC/DC轉(zhuǎn)換器(11)的液體冷卻系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的功率傳輸鏈，特征在于，該整流器(10)和該DC/DC轉(zhuǎn)換器(11)集成于該交流發(fā)電機(8)的機殼(13，14)中或法蘭連接到所述交流電動機的所述機売。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的功率傳輸鏈，特征在于，其具有用于混合動カ車的可互換的范圍擴展模塊(I)的形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于范圍擴展模塊的能量傳輸鏈，包括下述序列內(nèi)燃機(7)；由所述內(nèi)燃機機械驅(qū)動的交流發(fā)電機(8)；以及換流器(10)，電連接到所述交流發(fā)電機并具有用于給電負(fù)載饋電的下級單向DC/DC轉(zhuǎn)換器(11)，其中，該內(nèi)燃機(7)安裝有其自己的電起動電動機(5)。
文檔編號B60L11/12GK102762408SQ201080061527
公開日2012年10月31日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者A.施米多弗, H.蘭增伯格, S.鮑威爾 申請人:麥格納電動汽車系統(tǒng)公司