用于驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器的驅(qū)動(dòng)單元。特別地，本發(fā)明涉及改進(jìn)用于起動(dòng)呈內(nèi)燃機(jī)的形式的發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)上的牽引發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知，呈內(nèi)燃機(jī)諸如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的形式的大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)通常使用額外的但是又顯著更小的也就是說馬力不大的輔助發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，諸如例如在用于列車或農(nóng)業(yè)機(jī)器的牽引應(yīng)用中，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)例如用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)通過連接到輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的額外的電池(所謂的起動(dòng)器電池)獲得其起動(dòng)能量。這種布置例如出現(xiàn)在機(jī)動(dòng)車輛中。在這種情況下，起動(dòng)器電池實(shí)現(xiàn)為蓄能器，其將電流供應(yīng)給呈機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃機(jī)的形式的發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)器。但是，除了提供特定能量勢或電壓水平來起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的任務(wù)，起動(dòng)器電池通常輔助性地用來支持車輛的車載電網(wǎng)和連接到其上的各種負(fù)載的供電。
[0003]用于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的類似方法描述在W02012/091831中。在這種情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)連接到交流發(fā)電機(jī)和額外的輔助發(fā)動(dòng)機(jī)。交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)車輛所需要的牽引能量。額外的輔助發(fā)動(dòng)機(jī)通過電池供電，以便提供需要的扭矩來啟動(dòng)和起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0004]但是，現(xiàn)有技術(shù)中已知的利用起動(dòng)器電池來起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的方法具有各種缺點(diǎn)。如果電池設(shè)計(jì)成例如僅提供24伏特的較低供應(yīng)電壓，通常電池提供的能量勢在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的過程期間是不足的。在這種情況下，額外的構(gòu)件部件諸如升壓轉(zhuǎn)換器例如必須確保電池提供的能量勢升高的較高能量勢。此外，電池提供的較低電壓在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的過程期間會(huì)帶來高電池電流。
[0005]關(guān)于使用起動(dòng)器電池的另一個(gè)缺點(diǎn)在于其依賴于溫度的性能。但是，這個(gè)缺點(diǎn)大體上所有電池都有。電池所暴露的環(huán)境溫度越低，電池的性能在這里都下降得越多。
[0006]本發(fā)明處理的技術(shù)性目標(biāo)問題在于，提供用于驅(qū)動(dòng)和起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)且較簡單的驅(qū)動(dòng)單元，其避免或至少最大程度地減少現(xiàn)有技術(shù)中的上面提到的缺點(diǎn)。特別地，本發(fā)明所處理的問題在于，提供改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)單元，其使得能夠可靠地起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)且在這個(gè)情況下僅需要對車輛的現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行最小電路改裝。本發(fā)明解決的另一個(gè)問題在于，使起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的過程獨(dú)立于通常支持發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)的電池(所謂的車輛電池)的當(dāng)前能量勢，以及減小車輛的附連到車輛電池上的車載電網(wǎng)上的負(fù)載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所處理的問題通過權(quán)利要求1的特征解決。本發(fā)明的有利實(shí)施例出現(xiàn)在伴隨的從屬權(quán)利要求中。
[0008]特別地，問題通過一種驅(qū)動(dòng)單元解決，其包括可連接到工作機(jī)器的功率轉(zhuǎn)換器，其包括中間電路，中間電路可首先聯(lián)接到第一逆變器且其次聯(lián)接到第二逆變器，其中第一逆變器設(shè)計(jì)成可在AC電壓側(cè)連接到發(fā)動(dòng)機(jī)且在DC電壓側(cè)連接到中間電路，并且其中第二逆變器在DC電壓側(cè)連接到中間電路且可在輸出側(cè)連接到工作機(jī)器，并且其中第二逆變器設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)工作機(jī)器，使得工作機(jī)器可用作發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。
[0009]此外，驅(qū)動(dòng)單元包括連結(jié)到至少一個(gè)能量存儲(chǔ)器的連結(jié)件，以及連接到功率轉(zhuǎn)換器的切換單元，其中切換單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，切換單元設(shè)計(jì)成將功率轉(zhuǎn)換器聯(lián)接到至少一個(gè)能量存儲(chǔ)器，以便使得能量流能夠從至少一個(gè)能量存儲(chǔ)器通過切換單元流到功率轉(zhuǎn)換器的中間電路，并且其中在第二操作模式，切換單元設(shè)計(jì)成脫開功率轉(zhuǎn)換器與至少一個(gè)能量存儲(chǔ)器。此外，驅(qū)動(dòng)單元包括能量存儲(chǔ)器充能單元，其可連接到功率轉(zhuǎn)換器，以對能量存儲(chǔ)器提供能量。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)質(zhì)點(diǎn)在于，借助于已經(jīng)存在且可聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作機(jī)器執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選為內(nèi)燃機(jī)諸如發(fā)動(dòng)機(jī)，其例如用于例如軌道車輛的牽引應(yīng)用(諸如軌道發(fā)動(dòng)機(jī)單元和機(jī)車)中，以及在與牽引緊密相關(guān)的使用領(lǐng)域(諸如例如可另外配備有混合驅(qū)動(dòng)器的公共車輛)中。在這個(gè)情況下，工作機(jī)器可用作發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。以便起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，工作機(jī)器以發(fā)動(dòng)機(jī)操作被驅(qū)動(dòng)，所述工作機(jī)器提供需要的起動(dòng)扭矩，以起動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)?？紤]到工作機(jī)器的雙操作模式，有利的是能夠省略額外的輔助發(fā)動(dòng)機(jī)，在現(xiàn)有技術(shù)中已知的類似應(yīng)用中，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)將用來提供必需的起動(dòng)扭矩給呈內(nèi)燃機(jī)的形式的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0011]工作機(jī)器可借助于能量存儲(chǔ)器起動(dòng)，能量存儲(chǔ)器提供需要的能量勢。能量存儲(chǔ)器通過切換單元聯(lián)接到功率轉(zhuǎn)換器單元的中間電路，功率轉(zhuǎn)換器單元對工作機(jī)器供應(yīng)能量。在這個(gè)情況下，切換單元可包括機(jī)械和/或電動(dòng)切換器件。功率轉(zhuǎn)換器單元包括第一逆變器和第二逆變器，其中第一和第二逆變器通過中間電路而彼此電聯(lián)接。中間電路可優(yōu)選實(shí)現(xiàn)為DC電壓中間電路，其具有電容性元件。在這個(gè)情況下，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元可設(shè)計(jì)成處理在低電壓范圍中和在具有超過1000伏特的電壓特征值的中等電壓范圍中的中間電路電壓。第一逆變器優(yōu)選實(shí)現(xiàn)為功率轉(zhuǎn)換器且可在AC電壓側(cè)連接到發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)可優(yōu)選構(gòu)成可被驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。功率轉(zhuǎn)換器單元的第二逆變器在輸出側(cè)聯(lián)接到工作機(jī)器。
[0012]切換單元可操作成使得能量存儲(chǔ)器連接到功率轉(zhuǎn)換器單元或與其脫開。切換單元可有利地實(shí)現(xiàn)為輔助轉(zhuǎn)換器，其執(zhí)行至相應(yīng)的操作模式的切換。切換可因此通過在某些情況下已經(jīng)存在的輔助轉(zhuǎn)換器執(zhí)行。這具有的優(yōu)點(diǎn)在于，切換所需要的構(gòu)件部件的數(shù)量減少到最少，這可導(dǎo)致節(jié)省驅(qū)動(dòng)單元的成本和減少重量。此外，這種切換布置使得能夠使用較小的較低功率且因而不那么昂貴的切換構(gòu)件，因?yàn)閺哪芰看鎯?chǔ)器需要的充能電流可在大小上設(shè)置成與在沒有能量存儲(chǔ)器的情況下的直接起動(dòng)相比小很多。
[0013]切換單元可另外操作成使得在行進(jìn)操作中，能量存儲(chǔ)器與功率轉(zhuǎn)換器單元脫開，以便改為對例如連接到切換單元的其它負(fù)載供應(yīng)能量。也就是說，能量可從功率轉(zhuǎn)換器單元通過切換單元流到連接到切換單元的負(fù)載，諸如例如車載電網(wǎng)。
[0014]本發(fā)明的另一個(gè)方面在于，能量存儲(chǔ)器不需要為驅(qū)動(dòng)單元的組成部分。驅(qū)動(dòng)單元還可僅僅具有接口來聯(lián)接一個(gè)或多個(gè)位于驅(qū)動(dòng)單元外部的能量存儲(chǔ)器。
[0015]能量存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)為電池的形式，例如鉛酸蓄能器，其使得可獲得起動(dòng)工作機(jī)器所需要的呈限定的標(biāo)稱電壓的形式的能量勢。該能量勢可為例如24伏特、36伏特或110伏特。能量存儲(chǔ)器通過切換單元切換，使得能量從能量存儲(chǔ)器通過切換單元流到功率轉(zhuǎn)換器單元和第二逆變器的輸入側(cè)。但是，如果能量存儲(chǔ)器提供的標(biāo)稱電壓對于起動(dòng)過程不足，則在某些情況下，升壓轉(zhuǎn)換器必須另外連接到能量存儲(chǔ)器，以便提供需要的能量勢來起動(dòng)工作機(jī)器。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例
在本發(fā)明的第一優(yōu)選的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元包括充能單元，其可連接到功率轉(zhuǎn)換器，以照這樣對能量存儲(chǔ)器提供能量。為此，能量存儲(chǔ)器聯(lián)接到充能單元，從而使得能量流能夠從功率轉(zhuǎn)換器單元的第一逆變器流到充能單元。但是，將還可設(shè)想到使用所謂的可逆充能單元?？赡娉淠軉卧缓髮⒕哂型ㄟ^能量存儲(chǔ)器將能量饋送到功率轉(zhuǎn)換器單元或功率轉(zhuǎn)換器中的功能。
[0017]在驅(qū)動(dòng)單元的操作期間，也就說例如在操作的車輛的行進(jìn)期間，充能單元確保能量存儲(chǔ)器被充能。這有利地使得能夠確保需要的能量始終可用于起動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的過程，以便聯(lián)接到功率轉(zhuǎn)換器單元上的工作機(jī)器可操作，這又提供需要的起動(dòng)扭矩給連接到其上的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0018]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，切換單元設(shè)計(jì)成將功率轉(zhuǎn)換器聯(lián)接到供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)終端，以便使得能量流能夠從功率轉(zhuǎn)換器的中間電路通過切換單元流向供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)終端。切換單元優(yōu)選實(shí)現(xiàn)為具有對應(yīng)的開關(guān)的輔助轉(zhuǎn)換器。為此，僅需要對例如在輔助轉(zhuǎn)換器上的已經(jīng)存在的硬件進(jìn)行最小的改裝，輔助轉(zhuǎn)換器諸如在某些情況下已經(jīng)存在。
[0019]切換單元進(jìn)行的相應(yīng)的切換因此確定傳送向功率轉(zhuǎn)換器單元或離開功率轉(zhuǎn)換器單元的能量流的方向。也就是說，開關(guān)的位置限定能量是從功率轉(zhuǎn)換器單元通