用於對牽引用電池充電的方法
2023-09-14 18:52:45
專利名稱：用於對牽引用電池充電的方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的用於對牽引用電池充電的方法。
背景技術：
在現有技術中例如由文獻DE196 52 950A1或文獻EPO 849 112A1公知如下，8口，牽引用電池藉助機動車輛的接到外部的交流電壓源或三相電流源上的車載驅動系統來充電。在此，驅動系統的逆變器用作向電池方的升壓轉換器。在異步電機用作驅動機組的情況下，該異步電機為了避免高無功功率需求而在充電過程中處於靜止並能夠例如藉助合適的繞組抽頭有利地用於降低電網電壓，也就是說不損害電池。異步電機的短路的轉子繞組或短路式轉子藉助開關來打開以便對電池充電。現有技術中所提出的布置方案的缺點在於，必須設置開關，為了對牽引用電池充電，這些開關中斷仍舊短路的轉子繞組。這種功率開關引起附加的成本和重量。
發明內容
由此出發，本發明的任務是克服上面所描述的現有技術的缺點並提出一種用於對牽引用電池充電的方法，該方法使省去這種開關成為可能。該任務根據本發明通過權利要求1所述的特徵來解決。根據本發明提出了一種用於藉助外部的交流電網、尤其是三相電網對牽引用電池、尤其是機動車輛的牽引用電池充電的方法，其中，待充電的牽引用電池經由逆變器與電交變場機耦接，其中，交流電網 能與交變場機的相繞組接通，其中，交變場機的轉速在第一步驟中與交流電網的電網頻率同步；其中，在第二步驟中交流電網與交變場機的相繞組接通，並且與交變場機電耦接的逆變器作為升壓轉換器來運行。在此，相繞組尤其是交變場機的饋電相繞組。根據依據本發明的方法的一個方面，在以同步為目的的第一步驟中，逆變器驅動交變場機或者說為交變場機饋電，尤其是藉助牽引用電池來驅動交變場機或者說為交變場機饋電。根據依據本發明的方法的另一方面，逆變器在第二步驟中向牽引用電池方作為升壓轉換器來工作。根據依據本發明的方法的又一方面，交變場機在第一步驟之前與傳動系、尤其是機動車輛的傳動系分離，此外，尤其是藉助於分離離合器來分離。根據本發明，還提出了一種方法，其中，電交變場機在第一步驟之後以空轉的方式運行。根據本發明，又提出了一種方法，其中，電交變場機構造為異步電機，尤其是具有呈三角形接線的相繞組的異步電機。根據依據本發明的方法的一個方面，交流電網在同步點與相繞組接通，尤其是藉助同步裝置和/或接通裝置。根據依據本發明的方法的另一方面，在第二步驟中，尤其是藉助相繞組上的繞組抽頭，至少暫時地以相對於電網電壓降低了的電壓從交變場機對逆變器進行饋電。根據依據本發明的方法的又一方面，降低了的電壓的峰值處於牽引用電池的電池電壓之下。根據本發明還提出了一種用於執行根據本發明的方法的尤其是用於機動車輛的
>J-U ρ α裝直。本發明的其他特徵和優點從以下參照示出本發明的重要細節的附圖的圖示對本發明的實施例的說明和從權利要求中得到。在本發明的變型方案中，單個的特徵可以單獨地或多個地以任意組合的方式來實現。
下面參照附圖更為詳細地闡述了本發明示例性的實施形式。其中:圖1示例性地示出了根據本發明的一個可能的實施形式的用於執行根據本發明的方法的裝置；以及圖2示例性地示出了根據本發明的另一可能的實施形式的用於執行根據本發明的方法的裝置。在下面的
中，相同的元件或功能設有相同的附圖標記。
具體實施例方式圖1和圖2分別示例性地示出了根據本發明的用於對電池或牽引用電池2充電的裝置1，構造該裝置用於執行根據本發明的方法。牽引用電池2在此情況下尤其為裝置I的組成部分。待充電的牽引用電池2例如形成為可重複充電的電池或蓄電池，例如藉助一個或多個電池單元形成。形成牽引用電池2的電池單元例如可以並聯或串聯地聯接在一起，其中，這些電池單元例如具有共同的輸出端。替選地，代替牽引用電池2根據本發明例如可以藉助裝置I對其他能量存儲元件充電，例如超級電容器。牽引用電池2藉助或經由裝置I的逆變器3與裝置I的電交變場機4尤其是感應式電機以及此外尤其與異步電機耦接或作用連接。異步電機4尤其形成為短路式轉子異步電機4，優選帶有鼠籠型轉子。逆變器3尤其是為了如下目的而設置為脈衝逆變器，即，為了驅動而適當地饋送或激勵電交變場機4，例如利用PWM，並且例如將待從電交變場機4回收的能量適當地回饋至牽引用電池2中。尤其與控制裝置(未示出)配合作用的逆變器3在此情況下以常規方式藉助多個橋支路形成，例如藉助Β6電橋形成。在每個橋支路中布置有兩個開關，例如MOSFET或IGBT以及各一個反並聯地配屬給相應開關的續流二極體。逆變器3 (通過每個橋支路的開關之間的橋中點)與交變場機4電耦接。為此，逆變器3在交流電壓側與交變場機4的為了交變場機4的饋電而設置的相繞組L1、L2、L3導電地連接或能導電地連接，其中，相繞組尤其為交變場機4的定子的相繞組L1、L2、L3。相繞組L1、L2、L3在此情況下為饋電相繞組(Speisestrangwicklungen),通過饋電相繞組設置有用以運行或驅動交變場機4的能量饋給裝置。逆變器3例如通過連接線路U、v、w尤其是分別與相應的相繞組L1、L2、L3的聯接端子4a、4b、4c耦接(圖1 )，或者例如與分別在相繞組L1、L2、L3上的繞組抽頭4c、4d、4e耦接(圖2)。在異步電機4的情況下，逆變器3尤其與呈三角形接線的相繞組L1、L2、L3耦接，也就是與異步電機4的定子繞組耦接。在本發明的範圍中，牽引用電池2、逆變器3以及電機4尤其相應地為特別是機動車輛的電驅動系統例如混合驅動系統的一部分。根據本發明，裝置I設計為與外部的交流電網、尤其是三相電網連接，以便對牽引用電池2充電。這樣的交流電網例如可以向能量供給裝置5例如充電樁提供能量，其中，這樣的能量供給裝置5尤其是固定地為外部的交流電網尤其是三相電網準備。交流電網的能供給的電壓例如可以為230V或例如400V。為了尤其根據本發明地與固定的能量供給裝置5或供能量供給裝置5使用的交流電網連接，裝置I例如具有開關或接通裝置6，其具有用於與外部的能量供給裝置6或外部的交流電網連接的電輸入端6a並且開關或接通裝置6在輸出側也就是在電輸出端6b與交變場機4的相繞組L1、L2、L3電耦接或能電耦接，即，導電地連接或能導電地連接。接通裝置6能夠實現選擇性地中斷其輸入端6a與輸出端6b之間的電連接，也就是說將與輸入端6a連接的外部的交流電網與交變場機4接通，即，與其相繞組L1、L2、L3接通，以及將交流電網與相繞組L1、L2、L3斷開。外部的交流電網在與相繞組L1、L2、L3接通時尤其與聯接端子4a、4b、4c聯接(圖1和圖2)。
接通裝置6根據本發明尤其同樣為驅動系統的組成部分，然而也可以例如與驅動系統分開地形成。開關過程通過接通裝置6例如藉助至少一個尤其是電激勵的保護裝置來執行。在根據本發明的方法中(該方法能利用上述裝置I來執行)規定如下，即，交變場機4的轉速或頻率在第一步驟中與交流電網的電網頻率同步，即交變場機4處於使轉子轉動的運行中。為此，藉助逆變器3適當地激勵交變場機4，例如利用PWM來激勵。為了同步的目的，例如藉助例如接通裝置6的並聯裝置形式的同步裝置7來探知交流電網的和交變場機4的各種參數並進行相互比較，即，至少將交變場機4的或其轉子的轉速或頻率與交流電網的電網頻率進行比較。交變場機4的饋電在同步期間藉助牽引用電池2尤其是待充電的牽引用電池2來進行。通過交變場機4與交流電網的或三相電網的電網頻率的同步，交變場機4在交流電網接通或接入交變場機4的相繞組L1、L2、L3時也就是在開始根據本發明的第二步驟時隨即無轉矩地即空轉地藉助外部的交流電網來運行，交變場機4與例如機動車輛的傳動系的分離例如藉助分離離合器特別是相應地在所述同步之前進行。此外，通過交變場機4根據本發明地以例如50Hz的電網頻率同步轉動，交變場機4的無功功率需求能夠保持在低的或最小的水平，尤其是在第二步驟中對牽引用電池2充電的持續時間期間。按照根據本發明的第二步驟，交流電網與相繞組L1、L2、L3的接通優選在同步點也就是說在如下時刻進行，即，在該時刻，交變場機4的和交流電網的相比較的參數以所期望的一致性來調節。尤其在同步點時或在進行交變場機4的轉速與電網頻率的同步時，夕卜部的交流電網與交變場機4接通例如並聯(圖1)，尤其是通過接通開關裝置6的方式，S卩，開關裝置6的輸出端6b和輸入端6a導電地連接。在交變場機4與外部的交流電網接通之後，逆變器3現在根據本發明作為升壓轉換器也就是向牽引用電池方作為升壓轉換器地工作。在此，變換至升壓轉換器工作方式由控制裝置引起，該控制裝置尤其與接通裝置6配合作用。根據本發明還規定如下，S卩，降低或可以降低外部的電網電壓以避免牽引用電池2的損壞，也就是在對牽引用電池2充電時從交變場機4為逆變器3提供相對於外部的電網電壓較低的交流電壓，其中，交流電網的交流電壓向下地變換到牽引用電池電壓之下的峰值。為此，有利地使用交變場機4的相繞組L1、L2、L3，它們尤其是異步電機4的定子側的相繞組。例如，逆變器3有利地與相繞組L1、L2、L3上的分接頭或繞組抽頭4d、4e、4f連接或電耦接，即，與各繞組L1、L1、L3的各繞組抽頭4d、4e、4f連接或電耦接。在此，交變場機4用作自耦變壓器(圖2)。對電網電流的有利的平滑在此可以通過漏電感來實現。這樣，在第二步驟中從交變場機4為逆變器3饋送或供給相對於交流電網電壓降低了的電壓，其中，至少暫時地設置有電壓降低。電壓降低也可以替選地例如藉助第二電流隔離的定子繞組來進行，其中，電壓降低通過繞組比來實現。在根據本發明的方法中，在逆變器3的升壓轉換器運行中，同步地一起轉動的交變場機4「以近似發電機的方式」有利地支持外部的交流電網。這能夠實現牽引用電池2的穩定且快速的充電過程。如現有技術中那樣的開關是不必要的。附圖標記I用於對牽引用電池充電的裝置
2牽引用電池3逆變器4交變場機4a.4b.4c 相繞組的聯接部4d、4e、4f 繞組抽頭5外部的能量供給裝置6接通裝置6a6的輸入端6b6的輸出端7同步裝置U、V、w連接線路L1、L2、L3 相繞組
權利要求
1.一種用於藉助外部的交流電網、尤其是三相電網對牽引用電池(2)、尤其是機動車輛的牽弓I用電池充電的方法，其中，待充電的牽弓I用電池(2 )經由逆變器(3 )與電交變場機(4)耦接，其中，所述交流電網能與所述交變場機(4)的相繞組(L1、L2、L3)接通，其特徵在於，所述交變場機(4)的轉速在第一步驟中與所述交流電網的電網頻率同步；在第二步驟中所述交流電網與所述交變場機(4)的相繞組(L1、L2、L3)接通，並且與所述交變場機(4)電耦接的逆變器(3)作為升壓轉換器來運行。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在以同步為目的的第一步驟中，所述逆變器(3 )驅動所述交變場機(4 )或為所述交變場機饋電，尤其是藉助所述牽引用電池(2 )來驅動所述交變場機(4)或為所述交變場機饋電。
3.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，所述逆變器(3)在所述第二步驟中向所述牽引用電池(2)方作為升壓轉換器來工作。
4.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，所述交變場機(4)在所述第一步驟之前與傳動系、尤其是機動車輛的傳動系分離，此外，尤其是藉助於分離離合器來分離。
5.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，所述交變場機(4)在所述第一步驟之後以空轉的方式運行。
6.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，所述交變場機(4)構造為異步電機，尤其是具有呈三角形接線的相繞組(L1、L2、L3)的異步電機。
7.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，所述交流電網在同步點與所述相繞組(L1、L2、L3)接通，尤其是藉助同步裝置(7)和/或接通裝置(6)。
8.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，在所述第二步驟中，尤其是藉助相繞組(L1、L2、L3)上的繞組抽頭(4d、4e、4f)，至少暫時地以相對於電網電壓降低了的電壓從所述交變場機(4)對所述逆變器(3)進行饋電。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述降低了的電壓的峰值處於所述牽引用電池(2 )的電池電壓之下。
10.一種用於執行根據上述權利要求之一所述的方法的裝置。
全文摘要
一種用於藉助外部的交流電網、尤其是三相電網對牽引用電池(2)、尤其是機動車輛的牽引用電池充電的方法，其中，待充電的牽引用電池(2)經由逆變器(3)與電交變場機(4)耦接，其中，交流電網能與交變場機(4)的相繞組(L1、L2、L3)接通，其中，交變場機(4)的轉速在第一步驟中與交流電網的電網頻率同步；其中，在第二步驟中交流電網與交變場機(4)的相繞組(L1、L2、L3)接通，並且與交變場機(4)電耦接的逆變器(3)作為升壓轉換器來運行。
文檔編號B60L11/18GK103249591SQ201180058309
公開日2013年8月14日 申請日期2011年11月7日 優先權日2010年12月3日
發明者羅伯特·雅努謝夫斯基, 于爾根·克特 申請人:Zf腓德烈斯哈芬股份公司