用于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元的制作方法
【專利摘要】引入一種用于電機(jī)(13)的驅(qū)動(dòng)單元，其包括多級(jí)變換器(80)和蓄電池(10)。所述蓄電池(10)包括至少一個(gè)蓄電池模塊組(70)，所述蓄電池模塊組包括多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池模塊(40-1、…、40-n)，每個(gè)蓄電池模塊(40-1、…、40-n)包括至少一個(gè)蓄電池單元(41)和耦合單元(30)。所述至少一個(gè)蓄電池單元(41)連接在所述耦合單元(30)的第一輸入端(31)與第二輸入端(32)之間。所述耦合單元(30)被構(gòu)造為，根據(jù)第一控制信號(hào)接通在所述蓄電池模塊(40-1、…、40-n)的兩個(gè)終端(42、43)之間的所述至少一個(gè)蓄電池單元(41)并且根據(jù)第二控制信號(hào)連接所述兩個(gè)終端(42、43)。在所述蓄電池模塊組(70)上設(shè)有多個(gè)中間抽頭(73-1、…、73-(n-1))，通過(guò)所述中間抽頭在每?jī)蓚€(gè)蓄電池模塊(40-1、…、40-n)之間的連接上的電位是可量取的。所述多級(jí)變換器(80)的輸入端與所述中間抽頭(73-1、…、73-(n-1))連接。
【專利說(shuō)明】用于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元以及具有按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元的機(jī)動(dòng)車?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]有證據(jù)表明，在將來(lái)不僅在靜止的應(yīng)用中而且在如混合動(dòng)力和電動(dòng)車輛的車輛中越來(lái)越多地采用蓄電池系統(tǒng)。為了能夠滿足對(duì)于相應(yīng)的應(yīng)用給出的對(duì)電壓和可用的功率的要求，將大量蓄電池單元串聯(lián)連接。因?yàn)橛梢粋€(gè)這樣的蓄電池提供的電流必須流過(guò)所有的蓄電池單元并且一個(gè)蓄電池單元僅僅能夠?qū)ㄓ邢薜碾娏?，所以?jīng)常附加地將蓄電池單元并聯(lián)連接，以便提高最大電流。這能夠或者通過(guò)在蓄電池單元?dú)んw內(nèi)設(shè)有多個(gè)蓄電池單元繞線或者通過(guò)蓄電池單元的外部電路連接發(fā)生。然而在此有問題的是，由于非準(zhǔn)確相同的蓄電池單元容量和電壓能夠引起在并聯(lián)連接的蓄電池單元之間的補(bǔ)償電流。
[0003]通常的電驅(qū)動(dòng)單元的電路原理圖——如其例如在電動(dòng)和混合動(dòng)力車輛中或在靜止的應(yīng)用例如在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片調(diào)節(jié)中投入使用——在圖1中示出。蓄電池10連接到直流電壓中間電路，其通過(guò)一個(gè)電容器11被緩沖。脈沖逆變器12連接到直流電壓中間電路，該脈沖逆變器經(jīng)由各兩個(gè)可開關(guān)的半導(dǎo)體閥和兩個(gè)二極管在三個(gè)輸出端上提供相互相位錯(cuò)開的用于驅(qū)動(dòng)電驅(qū)動(dòng)電機(jī)13的正弦電壓。電容器11的電容必須足夠大，以便在一個(gè)時(shí)間間隔一其中所述可開關(guān)的半導(dǎo)體閥之一被接通一內(nèi)穩(wěn)定在直流電壓中間電路中的電壓。在一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用中如電動(dòng)車輛產(chǎn)生了在mF范圍中的高電容。由于直流電壓中間電路的通常非常高的電壓，僅能夠在高成本下并且以大的空間需求實(shí)現(xiàn)如此大的電容。
[0004]圖2在一個(gè)細(xì)節(jié)的方框圖中示出了圖1的蓄電池10。多個(gè)蓄電池單元串聯(lián)以及可選擇地附加地并聯(lián)連接，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)于相應(yīng)的應(yīng)用所期望的高輸出電壓和蓄電池容量。在蓄電池單元的正極與正的蓄電池終端14之間連接有充電和分離裝置16?？蛇x擇地能夠附加地在蓄電池單元的負(fù)極與負(fù)的蓄電池終端15之間連接一個(gè)分離裝置17。充電和分離裝置16和分離裝置17包括各一個(gè)接觸器18或19，它們?yōu)榇吮辉O(shè)置，以便將蓄電池單元與蓄電池終端14、15分離，以便無(wú)電壓地對(duì)后者進(jìn)行開關(guān)。由于串聯(lián)連接的蓄電池單元的高的直流電壓，否則將產(chǎn)生對(duì)于維護(hù)人員或者諸如此類的巨大的危險(xiǎn)電位。在充電和分離裝置16中附加地設(shè)有一個(gè)充電接觸器20連同一個(gè)與所述充電接觸器20串聯(lián)連接的充電電阻21。如果所述蓄電池連接到直流電壓中間電路，那么充電電阻21限制用于電容器11的充電電流。為此首先讓接觸器18打開并且僅僅閉合充電接觸器20如果在正的蓄電池終端14上的電壓到達(dá)蓄電池單元的電壓，那么能夠閉合接觸器18并且如果必要打開充電接觸器20。接觸器18、19和充電接觸器20顯著地提高了用于蓄電池10的成本，因?yàn)閷?duì)其可靠性和由其引導(dǎo)的電流提出了高要求。
[0005]大量蓄電池單元的串聯(lián)連接除了高的總電壓之外也隨之帶來(lái)了問題，S卩如果一個(gè)單個(gè)的蓄電池單元故障，整個(gè)蓄電池故障，因?yàn)樾铍姵仉娏饔捎诖?lián)連接必須能夠在所有的蓄電池單元中流動(dòng)。蓄電池的這樣的故障能夠?qū)е抡麄€(gè)系統(tǒng)的故障。在電動(dòng)車輛中驅(qū)動(dòng)蓄電池的故障導(dǎo)致所謂的停滯，在其他裝置如在強(qiáng)風(fēng)情況下風(fēng)力發(fā)電裝置中轉(zhuǎn)子葉片調(diào)節(jié)的例子中能夠?qū)е虏黄谕那闆r。蓄電池的高可靠性是有利的。根據(jù)定義概念“可靠性”表示系統(tǒng)的在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)正常工作的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]依據(jù)本發(fā)明因此提供了一種用于電機(jī)特別是電驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元。所述驅(qū)動(dòng)單元包括多級(jí)變換器和具有至少一個(gè)蓄電池模塊組的蓄電池，所述蓄電池模塊組包括多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池模塊。每個(gè)蓄電池模塊包括至少一個(gè)蓄電池單元和耦合單元。所述至少一個(gè)蓄電池單元連接在所述耦合單元的第一輸入端與第二輸入端之間。并且所述耦合單元被構(gòu)造為，根據(jù)第一控制信號(hào)接通在所述蓄電池模塊的第一終端與所述蓄電池模塊的第二終端之間的所述至少一個(gè)蓄電池單元并且根據(jù)第二控制信號(hào)連接所述第一終端與所述第二終端。在所述蓄電池模塊組上設(shè)有多個(gè)中間抽頭，通過(guò)所述中間抽頭在每?jī)蓚€(gè)蓄電池模塊之間的連接上的電位是可量取的。在此所述兩個(gè)蓄電池模塊在所述串聯(lián)連接中是相鄰的。所述多級(jí)變換器的輸入端與所述中間抽頭連接。
[0007]設(shè)置在蓄電池模塊中的耦合單元中的每個(gè)或各個(gè)能夠具有輸出端并且被構(gòu)造為根據(jù)所述第一控制信號(hào)將所述第一輸入端或者所述第二輸入端與所述輸出端連接。在此所述輸出端與所述相應(yīng)的蓄電池模塊的所述第一終端或所述第二終端連接。
[0008]在兩個(gè)相鄰的中間抽頭之間能夠設(shè)有一個(gè)蓄電池模塊或多個(gè)蓄電池模塊。因?yàn)榈湫偷卦谒鲂铍姵啬K組上設(shè)有多個(gè)中間抽頭，所以在各個(gè)相鄰的中間抽頭的對(duì)之間也能夠設(shè)有不同數(shù)量的蓄電池模塊。然而優(yōu)選地，所述中間抽頭如此劃分所述蓄電池模塊組，以使得所述蓄電池模塊組的每個(gè)劃分包括一個(gè)相同數(shù)量的蓄電池模塊。在兩個(gè)相鄰的中間抽頭之間的多個(gè)蓄電池模塊能夠組合為一個(gè)總模塊。
[0009]優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)單元包括控制單元并且所述控制單元被構(gòu)造為將所述第一控制信號(hào)輸出到所述至少一個(gè)蓄電池模塊組的第一可變數(shù)量的蓄電池模塊、將所述第二控制信號(hào)輸出到所述至少一個(gè)蓄電池模塊組的剩余的蓄電池模塊并且將第三控制信號(hào)輸出到所述多級(jí)變換器。因此實(shí)現(xiàn)了，所述多級(jí)變換器的輸出端上的電位可變地可調(diào)節(jié)。
[0010]在典型的應(yīng)用情況下，如此選擇由所述控制單元輸出的控制信號(hào)，以使得調(diào)節(jié)在所述多級(jí)變換器的所述輸出端上的正弦形的電位。在此，可以以可調(diào)節(jié)地可預(yù)定的頻率調(diào)節(jié)所述正弦形的電位。
[0011]本發(fā)明的另一方面涉及一種蓄電池，優(yōu)選為鋰離子蓄電池，其包括多級(jí)變換器。所述蓄電池在此形成根據(jù)本發(fā)明的第一方面的驅(qū)動(dòng)單元。也就是說(shuō)，按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元由蓄電池包括。特別是按照本發(fā)明的蓄電池包括至少一個(gè)具有蓄電池模塊的蓄電池模塊組，在所述蓄電池模塊中設(shè)有上述的耦合單元。
[0012]本發(fā)明的另一方面涉及一種機(jī)動(dòng)車，其具有用于驅(qū)動(dòng)所述機(jī)動(dòng)車的電驅(qū)動(dòng)電機(jī)。按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元與所述電驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，如果蓄電池包括多級(jí)變換器，該多級(jí)變換器與蓄電池模塊組的中間抽頭連接，那么所述驅(qū)動(dòng)單元也能夠通過(guò)所述蓄電池形成。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]根據(jù)附圖和隨后的說(shuō)明對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)闡明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同或者功能相同的構(gòu)件。其中:
[0014]圖1示出了依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)單元；
[0015]圖2示出了依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的蓄電池的方框圖；
[0016]圖3示出了一個(gè)耦合單元，其在按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元中在蓄電池模塊組中是可應(yīng)用的；
[0017]圖4示出了所述耦合單元的第一實(shí)施形式；
[0018]圖5示出了所述耦合單元的第二實(shí)施形式；
[0019]圖6示出了在一個(gè)簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體電路中所述耦合單元的第二實(shí)施形式；
[0020]圖7和8示出了在一個(gè)蓄電池模塊中所述耦合單元的兩種設(shè)置；
[0021]圖9示出了在圖7中示出的設(shè)置中的在圖6中示出的耦合單元；
[0022]圖10示出了一種蓄電池，其在依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元中是可應(yīng)用的；
[0023]圖11示出了用于按照本發(fā)明的設(shè)計(jì)的電驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元；
[0024]圖12示出了一個(gè)四級(jí)的多級(jí)變換器的例子，所述四級(jí)的多級(jí)變換器在依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元中是可應(yīng)用的；以及
[0025]圖13示出了具有三個(gè)蓄電池模塊的總模塊，其在依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元中是可應(yīng)用的。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖3示出了一個(gè)耦合單元30，其在依據(jù)本發(fā)明的蓄電池中在蓄電池模塊組中是可應(yīng)用的。耦合單元30具有兩個(gè)輸入端31和32以及輸出端33并且被構(gòu)造為將輸入端31或32之一與輸出端33連接并且將其中另一與斷開。在耦合單元的確定的實(shí)施形式中該耦合單元此外能夠構(gòu)成為將兩個(gè)輸入端31、32與輸出端33分離。然而未設(shè)定的是，不僅將輸入端31而且輸入端32與輸出端33連接。
[0027]圖4示出了耦合單元30的第一實(shí)施形式，所述耦合單元具有一個(gè)選擇開關(guān)34，其原則上僅僅能夠?qū)蓚€(gè)輸入端31、32中之一與輸出端33連接，而此時(shí)另一輸入端31、32與輸出端33分離。選擇開關(guān)34能夠特別簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)為機(jī)電開關(guān)。
[0028]圖5示出了耦合單元30的第二實(shí)施形式，其中設(shè)有第一和第二開關(guān)35或36。所述開關(guān)中的每個(gè)連接在輸入端31或32之一與輸出端33之間。相比于圖4的實(shí)施形式該實(shí)施形式提供的優(yōu)點(diǎn)在于，兩個(gè)輸入端31、32都能夠與輸出端33分離，從而輸出端33成為高阻。再者能夠?qū)㈤_關(guān)35、36簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)為半導(dǎo)體開關(guān)，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)開關(guān)或絕緣柵門極晶體管(IGBT)開關(guān)。半導(dǎo)體開關(guān)具有低成本的價(jià)格和高的開關(guān)速度的優(yōu)點(diǎn)，從而耦合單元30在小的時(shí)間內(nèi)能夠?qū)刂菩盘?hào)或者控制信號(hào)的變化做出反應(yīng)并且高的轉(zhuǎn)換率是可實(shí)現(xiàn)的。
[0029]圖6在一個(gè)簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體電路中示出了耦合單元的第二實(shí)施形式，其中開關(guān)35、36中的每個(gè)由一個(gè)可接通和可斷開的半導(dǎo)體閥和一個(gè)與之并聯(lián)連接的二極管組成。
[0030]圖7和8示出了在一個(gè)蓄電池模塊40中耦合單元30的兩個(gè)設(shè)置。多個(gè)蓄電池單元41 (優(yōu)選鋰離子蓄電池)串聯(lián)連接在耦合單元30的輸入端之間。本發(fā)明然而不限于蓄電池單元的這樣的串聯(lián)連接，也能夠僅僅設(shè)有一個(gè)蓄電池單元或者蓄電池單元的并聯(lián)連接或混合的串聯(lián)并聯(lián)連接。在圖7的例子中耦合單元30的輸出端與一個(gè)第一終端42連接，而蓄電池單元41的負(fù)極與一個(gè)第二終端43連接。然而一個(gè)如在圖8中的一個(gè)鏡像的設(shè)置是可能的，其中蓄電池單元41的正極與第一終端42連接，而耦合單元30的輸出端與第二終端43連接。
[0031]圖9示出了在圖7中示出的設(shè)置中的在圖6中示出的耦合單元30。耦合單元30的控制和診斷經(jīng)由一個(gè)信號(hào)線44實(shí)現(xiàn)，其與一個(gè)未示出的控制裝置連接。
[0032]圖10示出了一種蓄電池10，其在依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元中是可應(yīng)用的并且其包括蓄電池模塊組70。蓄電池模塊組70由多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池模塊40組成，所述蓄電池模塊包括各一個(gè)耦合單元30并且如在圖7或8中示出的那樣構(gòu)成。在蓄電池模塊40組合為一個(gè)蓄電池模塊組70時(shí)一個(gè)蓄電池模塊40的第一終端42各自與一個(gè)相鄰的蓄電池模塊40的第二終端43連接。
[0033]在圖10中示出的蓄電池模塊組70包括六個(gè)蓄電池模塊40，它們連接在蓄電池模塊組70的負(fù)極71與正極72之間。在蓄電池模塊組70上設(shè)有兩個(gè)中間抽頭73-1、73-2，通過(guò)所述中間抽頭在每?jī)蓚€(gè)在串聯(lián)連接中相鄰的蓄電池模塊40之間的連接上的電位是可量取的。亦即，兩個(gè)中間抽頭73-1、73-2中的每個(gè)分別與一個(gè)蓄電池模塊40的第一終端42以及與一個(gè)相鄰的蓄電池模塊40的第二終端43連接。
[0034]蓄電池模塊組70的負(fù)極71、正極72和中間抽頭73-1、73_2 —起實(shí)現(xiàn)蓄電池10的抽頭。通過(guò)在各抽頭之間設(shè)置的蓄電池模塊40各具有耦合單元30，在抽頭上可調(diào)節(jié)的輸出電壓是逐級(jí)地可調(diào)節(jié)的。
[0035]未示出的控制單元被構(gòu)造為輸出第一控制信號(hào)到可變數(shù)量的蓄電池模塊40，通過(guò)所述第一控制信號(hào)如此受控的蓄電池模塊40的耦合單元30在相應(yīng)的蓄電池模塊40的第一終端42與第二終端43之間開關(guān)所述蓄電池單元(或多個(gè)蓄電池單元)41。同時(shí)控制單元輸出第二控制信號(hào)到剩余的蓄電池模塊40，通過(guò)所述第二控制信號(hào)所述剩余的蓄電池模塊40的耦合單元30連接相應(yīng)的蓄電池模塊40的第一終端42與第二終端43，由此該蓄電池模塊40的蓄電池單元41被橋接。
[0036]通過(guò)多個(gè)蓄電池模塊40的適合的控制能夠因此在蓄電池10的抽頭71、72、73_1、73-2上輸出不同的電壓。
[0037]如果例如輸出第一控制信號(hào)到兩個(gè)在圖10的兩個(gè)中間抽頭73-1、73_2之間設(shè)置的蓄電池模塊，那么在兩個(gè)中間抽頭73-1、73-2之間的電壓具有最大可調(diào)節(jié)的值。如果與之相對(duì)地輸出第二控制信號(hào)到所述兩個(gè)蓄電池模塊40，那么在兩個(gè)中間抽頭73-1、73-2之間時(shí)間O伏特電壓。如果輸出第一控制信號(hào)到所述兩個(gè)蓄電池模塊40之一而輸出第二控制信號(hào)所述另一控制模塊，那么在中間抽頭73-1、73-2之間存在一個(gè)單個(gè)模塊電壓。
[0038]如果在蓄電池模塊組70的兩個(gè)相鄰的抽頭71、72、73-1、73_2之間設(shè)有兩個(gè)以上蓄電池模塊40，那么在它們之間具有電壓，所述電壓等于那些蓄電池模塊40的模塊電壓的和，所述控制裝置輸出第一控制信號(hào)到所述那些蓄電池模塊。
[0039]通過(guò)耦合單元30的開關(guān)狀態(tài)的適合的選擇能夠因此逐級(jí)地在O伏特與最大值之間調(diào)節(jié)在蓄電池10的兩個(gè)抽頭71、72、73-1、73-2之間的電壓。在調(diào)節(jié)輸出電壓中的量化步驟相應(yīng)于蓄電池模塊40的模塊電壓并且因此依賴于蓄電池模塊40中的蓄電池單元41的數(shù)量以及蓄電池單元41的充電狀態(tài)。
[0040]在蓄電池模塊組70的負(fù)極71與正極72之間的總輸出電壓通過(guò)在蓄電池模塊組的兩個(gè)相鄰的抽頭71、72、73-1、73-2之間的所有分電壓的和產(chǎn)生。
[0041]在圖10中示出的蓄電池模塊組70的中間抽頭73-1、73_2如此劃分所述蓄電池模塊組，以使得蓄電池模塊組70的每個(gè)劃分包括兩個(gè)蓄電池模塊40。
[0042]圖11示出了具有蓄電池10和多級(jí)變換器80的用于電驅(qū)動(dòng)電機(jī)13的驅(qū)動(dòng)單元。多級(jí)變換器80具有(η+1)個(gè)輸入端81-1、…、81-(η+1)以及三個(gè)輸出端82_1、82_2、82_3并且被構(gòu)造為在其輸出端82-1、82-2、82-3的每個(gè)上示出多個(gè)電位之一，多個(gè)電位之一各自位于在其輸入端81-1、...、81-(η+1)之一上。多級(jí)變換器80的輸出端82-1、82-2、82-3與電驅(qū)動(dòng)電機(jī)13的輸入端連接。因?yàn)榇蠖嗫捎玫碾姍C(jī)針對(duì)以三個(gè)相信號(hào)的運(yùn)行設(shè)計(jì)，所以多級(jí)變換器80優(yōu)選正好具有三個(gè)輸出端82-1、82-2、82-3。多級(jí)變換器80的輸入端81_1、…、81-(η+1)不僅與(η-1)個(gè)中間抽頭73-1、...、73-(η_1)而且與蓄電池10的極71、72連接，所述蓄電池包括η個(gè)帶有耦合單元的蓄電池模塊40-1、…、40-n。通過(guò)在多級(jí)變換器80的輸出端82-1、82-2、82-3中的每個(gè)上的電位是可變的并且依賴于在其輸入端81_1、…、81-(n+l)上的電位值并且位于在這些輸入端81-1、...、81-(η+1)上的電位值又通過(guò)η個(gè)蓄電池模塊40-1、...、40-η的適合的控制是可調(diào)節(jié)的，具有蓄電池10和多級(jí)變換器80的控制的多個(gè)可能的組合，這些可能的組合在多級(jí)變換器80的輸出端82-1、82-2、82-3上產(chǎn)生相同的相信號(hào)，例如近似正弦形的交流電壓。
[0043]在多級(jí)變換器80的輸出端82-1、82-2、82_3上的相信號(hào)因此能夠被逐級(jí)地調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)節(jié)在多級(jí)變換器80的輸出端82-1、82-2、82-3上的電位的階梯形走向能夠減小在電驅(qū)動(dòng)電機(jī)13中的損耗，因?yàn)樵谡拓?fù)中間電路電位之間的通常的轉(zhuǎn)換在依據(jù)本發(fā)明的設(shè)置中沒有。通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)了電驅(qū)動(dòng)電機(jī)13的驅(qū)動(dòng)的電磁兼容性的改善，因?yàn)樵谄漭斎攵松想娢簧系淖兓?。同樣由此?shí)現(xiàn)了在依據(jù)本發(fā)明的設(shè)置中功率電子裝置的效率的改善，即在多級(jí)變換器80中取代具有絕緣柵門極晶體管(IGBT)的雙極晶體管能夠采用具有金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)的開關(guān)。
[0044]通過(guò)具有蓄電池10和多級(jí)變換器80的多個(gè)可能的組合以便在多級(jí)變換器80的輸出端82-1、82-2、82-3上并且繼而在電驅(qū)動(dòng)電機(jī)13的輸入端上產(chǎn)生預(yù)定的相信號(hào)，能夠如下地優(yōu)化控制，以使得蓄電池模塊40能夠被均勻地放電，并且繼而例如不產(chǎn)生電動(dòng)車輛的到達(dá)范圍的不期望的減小，這是由蓄電池單元41的不均勻的利用造成。這具有的優(yōu)點(diǎn)在于，多級(jí)變換器的由現(xiàn)有技術(shù)已知的優(yōu)點(diǎn)、特別是其高效率能夠在電驅(qū)動(dòng)中被利用，而無(wú)需導(dǎo)致各個(gè)蓄電池模塊40的依賴于負(fù)載的不同的放電。
[0045]圖12示出了一個(gè)四級(jí)的多級(jí)變換器的例子，其在依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元中是可應(yīng)用的并且包括五個(gè)輸入端81-1、…、81-5以及三個(gè)輸出端82-1、82-2、82-3，其中后者與電驅(qū)動(dòng)電機(jī)13的輸入端連接。在三個(gè)輸出端82-1、82-2、82-3上的相信號(hào)各自通過(guò)開關(guān)元件是可控制的，所述開關(guān)元件在三個(gè)組85-1、85-2、85-3之一中被設(shè)置用于所述三個(gè)輸出端82-1、82-2、82-3中的每個(gè)。在圖12中示出的多級(jí)變換器80的功能方式在下文中示例地根據(jù)組85-3描述，其確定在輸出端82-3上的相信號(hào)。
[0046]組85-3包括八個(gè)開關(guān)元件83-1、…、83_8，它們各自由一個(gè)可接通和可斷開的半導(dǎo)體閥和一個(gè)與該半導(dǎo)體閥并聯(lián)連接的二極管組成，類似于如在圖6中示出的耦合單元30的實(shí)施形式那樣。開關(guān)元件83-1、...、83-8被分為互補(bǔ)的對(duì)(83-1、83-5)、(83-2,83-6),(83-3,83-7), (83-4,83-8) ? 所述互補(bǔ)的對(duì)(83_1、83_5)、(83_2、83_6)、(83_3、83_7)、(83-4,83-8)中的每個(gè)的控制被如此實(shí)施，即如果所述開關(guān)元件之一閉合，那么與之互補(bǔ)的開關(guān)元件被打開。如果打開的狀態(tài)通過(guò)O表示，閉合的狀態(tài)通過(guò)I表示，那么如下在多級(jí)變換器的輸出端82-3上的電位通過(guò)開關(guān)元件83-1、…、83-8的狀態(tài)的組合輸出，所述電位等于在多級(jí)變換器80的輸入端81-1、…、81-5之一上的電位:
[0047]在輸出端82-3上的電位=在輸出端81-1上的電位:11110000 ；
[0048]在輸出端82-3上的電位=在輸出端81-2上的電位:01111000 ；
[0049]在輸出端82-3上的電位=在輸出端81-3上的電位:00111100 ；
[0050]在輸出端82-3上的電位=在輸出端81-4上的電位:00011110 ；
[0051]在輸出端82-3上的電位=在輸出端81-5上的電位:00001111。
[0052]如果例如選擇開關(guān)組合00011110，從而在輸出端82_3上的電位等于在輸出端81-4上的電位,那么能夠?qū)τ谝韵虑闆r-即輸入端81_1、...、81_5與蓄電池10的抽頭連接，在其間各自僅僅設(shè)有一個(gè)蓄電池模塊40——根據(jù)蓄電池模塊40的控制產(chǎn)生一個(gè)電壓，所述電壓在OV與三個(gè)模塊電壓的和之間，其中該電壓逐級(jí)地是可調(diào)節(jié)的。
[0053]八個(gè)開關(guān)元件83-1、…、83-8的可接通和可斷開的半導(dǎo)體閥機(jī)器和獨(dú)立示出的固有的二極管必須關(guān)于其截止電壓被設(shè)計(jì)為僅僅用于總的蓄電池電壓的l/η(其中η等于多級(jí)變換器80的級(jí)數(shù)，在這種情況下為4)。由此能夠在多級(jí)變換器80中取代具有絕緣柵門極晶體管(IGBT)的雙極晶體管，應(yīng)用具有金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)的開關(guān)。
[0054]在圖12中示出的多級(jí)變換器以通過(guò)二極管84的網(wǎng)絡(luò)的限壓裝置工作。所述二極管用于將蓄電池10的抽頭71、73-1、...、73-(η-1)、72提供到開關(guān)元件83-1,…、83-8同時(shí)防止蓄電池模塊40的短路，蓄電池模塊40的短路在沒有二極管84的直接連接時(shí)可能發(fā)生。二極管84必須關(guān)于其截止能力被不同地確定大小。在開關(guān)元件83-5、…、83-8的范圍中的最大截止電壓必須例如接受二極管84，所述二極管連接在輸入端81-2與開關(guān)元件83-5之間。在開關(guān)元件83-1、...、83-4的范圍中的二極管84的情況下，將相應(yīng)地鏡像地運(yùn)作。
[0055]在蓄電池10的相鄰的抽頭71、72、73之間能夠設(shè)有具有各一個(gè)耦合單元30的一個(gè)蓄電池模塊(如在圖11中)或多個(gè)蓄電池模塊40。也可能的是這些相鄰的蓄電池模塊40中的多個(gè)在方案上或者關(guān)于其結(jié)構(gòu)組合為一個(gè)總模塊45，其中那么蓄電池模塊40承擔(dān)子模塊的功能。圖13示出了一個(gè)這樣的總模塊45，其由三個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池模塊(子模塊)40-1、40-2、40-3組成。總模塊45的輸出電壓能夠從OV開始(如果所有蓄電池單元被橋接)以三個(gè)級(jí)被提高到最大的總模塊電壓(如果所有蓄電池單元被接通)。
[0056]在按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元中應(yīng)用所示的總模塊45時(shí)因此多級(jí)變換器的輸入電壓逐級(jí)地是可調(diào)節(jié)的。通過(guò)這種方式關(guān)于蓄電池模塊的蓄電池單元的負(fù)載產(chǎn)生附加的自由度，其例如能夠被利用用于蓄電池的均勻的放電或蓄電池單元的均勻的老化。此外多級(jí)變換器的級(jí)的數(shù)量并繼而其半導(dǎo)體元件的數(shù)量被減少。通過(guò)整個(gè)裝置的智能的控制在此幾乎能夠在多級(jí)變換器的輸出端上產(chǎn)生相同的性能。
[0057]通過(guò)示出的裝置能夠構(gòu)成一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，其相對(duì)于經(jīng)典的具有帶有絕緣柵門極晶體管(IGBT)的雙極型晶體管的逆變器的驅(qū)動(dòng)具有顯著更高的效率，特別是在具有小的電流的部分調(diào)節(jié)的范圍中。該運(yùn)行范圍例如在電動(dòng)車輛中是重要的，因?yàn)樗鲵?qū)動(dòng)裝置在該范圍中工作大多數(shù)的時(shí)間。因此通過(guò)在此示出的裝置能夠提高電動(dòng)車輛的到達(dá)茫圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電機(jī)(13)的驅(qū)動(dòng)單元，包括多級(jí)變換器(80)和具有至少一個(gè)蓄電池模塊組(70)的蓄電池(10)，所述蓄電池模塊組包括多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池模塊(40-1、…、40-n)，其特征在于，每個(gè)蓄電池模塊(40-1、…、40-n)包括至少一個(gè)蓄電池單元(41)和耦合單元(30)，其中所述至少一個(gè)蓄電池單元(41)連接在所述耦合單元(30)的第一輸入端(31)與第二輸入端(32)之間并且所述耦合單元(30)被構(gòu)造為，根據(jù)第一控制信號(hào)接通在所述蓄電池模塊(40-1、…、40_n)的第一終端(42)與所述蓄電池模塊(40_1、…、40-n)的第二終端(43)之間的所述至少一個(gè)蓄電池單元(41)并且根據(jù)第二控制信號(hào)連接所述第一終端(42)與所述第二終端(43)，其中在所述蓄電池模塊組(70)上設(shè)有多個(gè)中間抽頭(73-1、…、73-(n_l)),通過(guò)所述中間抽頭在每?jī)蓚€(gè)蓄電池模塊(40-1、…、40_n)之間的連接上的電位是可量取的，并且其中所述多級(jí)變換器(80)的輸入端與所述中間抽頭(73-1、…、73-(n-l))連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)單元，其中所述耦合單元(30)具有輸出端(33)并且被構(gòu)造為根據(jù)所述第一控制信號(hào)將所述第一輸入端(31)或者所述第二輸入端(32)與所述輸出端(33)連接，并且其中所述輸出端(33)與所述蓄電池模塊(40-1、…、40-n)的所述第一終端(42)或所述第二終端(43)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動(dòng)單元，其中在兩個(gè)相鄰的中間抽頭(73-1、…、73_(n_l))之間設(shè)有一個(gè)蓄電池模塊(40-1、…、40_n)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的驅(qū)動(dòng)單元，其中在兩個(gè)相鄰的中間抽頭(73-1、…、73-(n-l))之間設(shè)有多個(gè)蓄電池模塊(40-1、…、40_n)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的驅(qū)動(dòng)單元，其中所述中間抽頭(73-1、…、73-(n-l))如此劃分所述蓄電池模塊組(70)，以使得對(duì)所述蓄電池模塊組(70)的每個(gè)劃分包括一個(gè)相同數(shù)量的蓄電池模塊(40-1、…、40-n)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求 之一所述的驅(qū)動(dòng)單元，其中所述驅(qū)動(dòng)單元包括控制單元并且所述控制單元被構(gòu)造為將所述第一控制信號(hào)輸出到所述至少一個(gè)蓄電池模塊組(70)的第一可變數(shù)量的蓄電池模塊(40-1、...、40-η)、將所述第二控制信號(hào)輸出到所述至少一個(gè)蓄電池模塊組(70)的剩余的蓄電池模塊(40-1、…、40-n)并且將第三控制信號(hào)輸出到所述多級(jí)變換器(80)并且因此可變地調(diào)節(jié)所述多級(jí)變換器(80)的輸出端(82)上的電位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的驅(qū)動(dòng)單元，其中所述控制單元被構(gòu)造為調(diào)節(jié)在所述多級(jí)變換器(80)的所述輸出端(82)上的正弦形的電位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的驅(qū)動(dòng)單元，其中所述控制單元被構(gòu)造為以可調(diào)節(jié)地可預(yù)定的頻率調(diào)節(jié)所述正弦形的電位。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8之一所述的驅(qū)動(dòng)單元，其中所述多個(gè)蓄電池模塊(40-1、…、40-n)在兩個(gè)相鄰的中間抽頭(73-1、…、73-(n-l))之間組合為一個(gè)總模塊(45)。
10.一種蓄電池(10)，包括多級(jí)變換器(80)，其中所述蓄電池(10)形成根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的驅(qū)動(dòng)單元。
11.一種機(jī)動(dòng)車，具有用于驅(qū)動(dòng)所述機(jī)動(dòng)車的電驅(qū)動(dòng)電機(jī)(13)和與所述電驅(qū)動(dòng)電機(jī)(13)連接的依據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)單元或者具有與所述電驅(qū)動(dòng)電機(jī)(13)連接的依據(jù)權(quán)利要求10所述的蓄電池(10)。
【文檔編號(hào)】H02M7/483GK103548251SQ201280021817
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月6日
【發(fā)明者】S·布茨曼, H·芬克 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會(huì)社