燃料電驅動系統的製作方法

2024-04-11 07:43:05

專利名稱：燃料電驅動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及驅動系統的領域。該驅動系統基於按照獨立權利要求的 前序部分的燃料電驅動系統。
背景技術：
燃料電驅動系統目前更多的用在海事應用中，但是也用在有軌機車 以及汽車中。根據現有技術的這種燃料電驅動系統在圖1中給出。其中 常用的燃料電驅動系統具有內燃機和由內燃機驅動的發電機。典型的， 在內燃機和發電機之間連接了聯動裝置。發電機典型地具有唯一的一個 定子繞組。該定子繞組與整流器在交流電壓端連接。整流器還在直流電 壓端與直流電壓電路連接，其中用於向驅動電動機饋電的逆變器連接到 該直 危電壓電路。
在上述根據現有技術、尤其是根據圖1的燃料電驅動系統中存在的 問題是，在發電機例如由於定子繞組中的錯誤或短路而發生故障時，不 能再向驅動電動機提供足夠的能量，因此整個驅動系統不能再提供出來 使用。此外，後面的元件如整流器、直流電壓電路、逆變器和驅動電動 機在發電機發生故障時會被損壞。

發明內容
因此本發明要解決的技術問題是提供一種魯棒的燃料電驅動系統， 而且該燃料電驅動系統還具有很高的可用性。該技術問題通過權利要求 l的特徵解決。從屬權利要求給出本發明的優選實施方式。
發電機具有第」定子繞組。k外，燃^電驅動系i還包括笫一整流器， 該第一整流器在交流電壓端與第一定子繞組連接，在直流電壓端與第一 直流電壓電路連接。此外，燃料電驅動系統還包括第一逆變器，該第一 逆變器在直流電壓端與笫一直流電壓電路連接，在交流電壓端與驅動電 動機連接。根據本發明，發電機具有第二定子繞組。此外，第二整流器
在交流電壓端與第二定子繞組連接，在直流電壓端與第二直流電壓電路 連接。此外，第二逆變器在直流電壓端與第二直流電壓電路連接，在交 流電壓端與驅動電動機連接。藉助第二定子繞組、與該第二定子繞組連 接的第二整流器和通過第二直流電壓電路與第二整流器連接的逆變器， 有利地形成用於向驅動電動機饋電的冗餘饋電路徑，從而驅動電動機例 如在兩個定子繞組之一發生錯誤或短路時可以有利地通過另一個未出 現錯誤的饋電路徑饋電。由此在有錯誤時該驅動系統也能像以前那樣提 供出來使用。因此本發明的燃料電驅動系統總的來說非常魯棒。此外，
電:而;數可變:運行，並因:有利的燃料效率很高地運行。此外，可 以通過轉數可變的運行而棄用內燃機和發電機之間的聯動裝置。


本發明的上述和其它任務、優點和特徵將從下面結合附圖對本發明 的優選實施方式的詳細描述顯現出來。
圖1示出現有技術的燃料電驅動系統的實施方式，
圖2示出本發明燃料電驅動系統的第一實施方式，
圖3是本發明燃料電驅動系統的第二實施方式，
圖4是本發明燃料電驅動系統的第三實施方式，
圖5是本發明燃料電驅動系統的第四實施方式，
圖6是本發明燃料電驅動系統的第五實施方式。
在附圖中使用的附圖標記及其含義在附圖標記列表中 一起列出。原 則上在附圖中相同的部件用相同的附圖標記表示。所描述的實施方式示 例性地代表本發明的對象，並無限制性作用。
具體實施例方式
在圖2中示出本發明的燃料電驅動系統的第一實施方式。其中，燃 料電驅動系統包括內燃機1和由內燃機驅動的發電機2，該發電機2具 有第一定子繞組A。內燃機1例如是柴油發動機、燃氣輪機或一般的任 何技術人員公知的內燃機。此外，燃料電驅動系統包括第一整流器3， 該第一整流器3在交流電壓端與第一定子繞組A連接，在直流電壓端與 第一直流電壓電路4連接。此外，燃料電驅動系統還包括第一逆變器5，
該第一逆變器5在直流電壓端與第一直流電壓電路4連接，在交流電壓 端與驅動電動機6連接。
根據本發明，發電機1具有第二定子繞組B。通常每個定子繞組A、 B包括e個相繞組，其中e》3。在圖2以及後面還要詳細討論的圖3至 圖6的實施方式中，假定兩個定子繞組A、 B分別具有e=3個相繞組。 此外，根據圖2第二整流器7在交流電壓端與第二定子繞組B連接，在 直流電壓端與第二直流電壓電路8連接。此外，第二逆變器9在直流電 壓端與第二直流電壓電路8連接，在交流電壓端與驅動電動機6連接。 通常驅動電動機6也包括兩個定子繞組，每個定子繞組具有a個相繞組， 其中a23。在圖2以及後面還要詳細討論的圖3至圖6的實施方式中， 就驅動電動機6而言，假定兩個定子繞組分別具有a-3個相繞組。藉助 發電機2的第二定子繞組B、與該第二定子繞組連接的第二整流器7和 通過第二直流電壓電路8與第二整流器7連接的逆變器9,有利地形成 用於向驅動電動機6饋電的冗餘饋電路徑，從而驅動電動機6例如在兩 個定子繞組A、 B之一發生錯誤或短路時有利地通過另一個未出現錯誤 的饋電路徑饋電。由此在有錯誤時該驅動系統也能像以前那樣提供出來 使用，即可以繼續向驅動電動機6饋電。因此本發明的燃料電驅動系統 總的來說非常魯棒並具有很高的可用性。此外，內燃機l可以通過具有 兩個定子繞組A、 B和後面連接的驅動系統的元件3、 4、 5、 6的發電機 2而轉數可變地運行，並因此有利的燃料效率4艮高地運行。此外，可以
中示出的;燃機i和發電機2之間的聯動^:k40。-、,'"、
按照圖2，在第一定子繞組A與第一整流器3的連接中接入斷路開 關10，在第二定子繞組B與第二整流器7的連接中接入斷路開關11。 例如如果在發電機2的定子繞組A、 B之一中出現了錯誤，則可以簡單 和快速地通過相應的斷路開關10、 11斷開與有錯誤的定子繞組A、 B連 接的整流器3、 7,並保護整流器3、 7以及後面的元件如直流電壓電路 4、 8、逆變器5、 9和驅動電動機6免遭損壞或完全破壞。要理解相應 的斷路開關IO、 11在相應的整流器3、 7方面出現了錯誤時也能夠將發 電機2的相應定子繞組A、 B斷開。相應的斷路開關IO、 ll當然還允許 對應的定子繞組A、 B與相應的整流器3、 7的重新連接，例如在檢驗到 錯誤出現之後或者在維護或維修工作之後。
按照圖2還在第一逆變器5與驅動電動機6的連接中接入斷路開關 12,在第二逆變器9與驅動電動機6的連接中也接入斷路開關13。例如 如果在驅動電動機6中出現了錯誤，則可以簡單和快速地通過相應的斷 路開關12、 13斷開與該驅動電動機6連接的逆變器5、 9，並保護相應 的逆變器5、 9以及前面的元件如直流電壓電路4、 8、整流器3、 7和發 電機2免遭損壞或完全破壞。要理解相應的斷路開關12、 13在相應的 逆變器5、 9方面出現了錯誤時也能夠將驅動電動機6斷開。相應的斷 路開關12、 13當然還允許驅動電動機6與相應的逆變器5、 9的重新連 接，例如在檢驗到錯誤出現之後或者在維護或維修工作之後。
此外，第一直流電壓電路4與第二直流電壓電路8可以通過連接開 關14連接和斷開。因此，如果例如由於前面提到的錯誤而使第一定子 繞組A與第一整流器3的連接通過斷路開關10斷開，或者使第二定子 繞組B與第二整流器7的連接通過斷路開關11斷開，連接開關14可以 分別通過一個直流電壓電路4、 8向另一個直流電壓電路8、 4饋電。據 此，驅動電動機6還可以在有錯誤的情況下有利地通過第一逆變器5由 第一直流電壓電路4饋電，此外還可以通過第二逆變器9由第二直流電 壓電路8饋電。
此外， 一般還有x個其它逆變器15在直流電壓端與第一直流電壓 電路4連接，其中。1，在圖2中還有x = 1個這樣的其它逆變器15在 直流電壓端與第一直流電壓電路4連接。x個其它逆變器15中的每一個 例如可以有利地對另一個驅動電動機饋電，例如也可以向輔助驅動裝置 如通風器、空調、伺服電動機等饋電。應當理解，這樣的逆變器15還 可以實施為能反饋能量。此外， 一般還有y個其它逆變器16在直流電 壓端與第二直流電壓電路8連接，其中y^1，在圖2中有y = 1個這種 其它逆變器16在直流電壓端與第二直流電壓電路8連接。y個其它逆變 器16中每一個都可以在這種情況下例如有利地向另一個驅動電動機饋 電，例如也可以向輔助驅動裝置如通風器、空調、伺服電動機等饋電。
在圖3中示出本發明燃料電驅動系統的第二實施方式。基於圖2， 按照圖3的燃料電驅動系統總共具有z個其它逆變器17，該逆變器在直 流電壓端與第一直流電壓電路4和第二直流電壓電路8連接，其中z^1， 在圖3中z = 1個其它這樣的逆變器17在直流電壓端與笫一直流電壓電 路4和第二直流電壓電路8連接。有利地，由此其它z個逆變器17中
的每一個例如可以向另一個驅動電動機饋電，例如也可以向輔助驅動裝
置如通風器、空調、伺服電動機等饋電。應當理解，這樣的逆變器17 還可以實施為能反饋能量。按照圖3在笫一直流電壓電路4與z個其它 逆變器17之一的每個連接中接入電流方向限制元件18，在第二直流電 壓電路8與z個其它逆變器17之一之間的每個連接中加入電流方向限 制元件19。各電流方向限制元件18、 19用於將電流僅在限定的電流方 向上從相應的直流電壓電路4、 8流向其它z個逆變器17中的相應逆變 器17，以及限定地返回。由此有利地避免例如由於相應的直流電壓電路 4、8中的錯誤和/或z個其它逆變器17之一中的錯誤而引起的錯誤電流 流向相應的逆變器17，或流入相應的直流電壓電路4、 8，而且避免損 壞或破壞相應的逆變器17或與相應的直流電壓電路4、 8直接和間接連 接的元件。相應的電流方向限制元件18、 19按照圖3優選通過二極體 形成，由此有利地非常簡單和節省空間地實現。還可以考慮可控的開關 元件，尤其是可控的功率半導體開關。可以組合z個其它逆變器17和 前面藉助圖3詳細描述的該逆變器在直流電壓端與圖2的燃料電驅動系 統的連接以及與下面還要詳細描述的按照圖4、 5、 6描述的燃料電驅動 系統的連接。
在圖4中示出本發明燃料電驅動系統的第三實施方式。基於圖2， 按照圖4總共有n個其它整流器20在交流電壓端與第一定子繞組A連 接，其中n21，在圖4中n = l個其它整流器20在交流電壓端與第一定 子繞組A連接。此外，按照圖4總共m個其它逆變器21通過為n個其 它整流器20中的每一個設置的直流電壓電路22分別與n個整流器20 中的一個連接，其中m》1，在圖4中m= 1個其它逆變器n通過為n個 其它整流器20中的每一個設置的直流電壓電路22分別與n個整流器20 中的一個連接。由此基於笫一定子繞組A，可以實現由第一和第二直流 電壓電路4、 8單獨和獨立地向例如另一個驅動電動機饋電，還可以借 助m個其它逆變器21的相應其它逆變器21向輔助驅動裝置如通風器、 空調、伺服電動機等饋電。此外，按照圖4p個其它整流器26在交流電 壓端與第二定子繞組B連接，其中pH，在圖4中，p = l個其它整流器 26在交流電壓端與第二定子繞組B連接。此外，根據圖4總共q個其它 逆變器27通過為p個其它整流器26中的每一個設置的直流電壓電路28 分別與P個整流器26中的一個連接，其中q^1，在圖4中q=l個其它
逆變器27通過為p個其它整流器26中的每一個設置的直流電壓電路28 分別與P個整流器26中的一個連接。因此第二定子繞組B可用於與第 一和第二直流電壓電路4、 8分離和無關地藉助m個其它逆變器27的相 應其它逆變器27向例如另一個驅動電動機饋電，以及向輔助驅動裝置 如通風器、空調、伺服電動機等饋電。按照圖4在第一定子繞組A與n 個其它整流器20之一的每個連接中接入斷路開關25。此外根據圖4, 還在第二定子繞組B與p個其它整流器26之一的每個連接中接入斷路 開關31。例如如果在發電機2的定子繞組A、 B之一中出現了錯誤，則 可以簡單和快速地通過相應的斷路開關25、 31將與發生錯誤的定子繞 組A、 B連接的其它整流器20、 26斷開，並保護該其它整流器20、 26 以及後面的元件如直流電壓電路22、 28和其它逆變器21、 27免遭損壞 或甚至完全破壞。要理解，相應的斷路開關25、 31即使在相應的其它 整流器20、 26出現錯誤時也能斷開發電機2的相應定子繞組A、 B。當 然相應的斷路開關25、 31還允許對應的定子繞組A、 B與相應的其它整 流器20、 26重新連接，例如在檢驗到錯誤出現之後或在維護或修理工 作之後。可以組合n個其它整流器20及其藉助圖4詳細描述的連接，p 個其它整流器26和前面藉助圖4詳細描述的該整流器與圖2、圖3的燃 料電驅動系統的連接以及與下面還要詳細描述的按照圖5、 6描述的燃 料電驅動系統的連接。
在圖5中示出本發明燃料電驅動系統的第四實施方式。基於圖4， 按照圖5相應於圖4總共有n個其它整流器20在交流電壓端與第一定 子繞組A連接，其中n21，在圖5中n= 1個其它整流器20在交流電壓 端與第一定子繞組A連接。此外，按照圖5總共m個其它逆變器21通 過為n個其它整流器20中的每一個設置的直流電壓電路22分別與n個 整流器20中的一個連接，其中m21，在圖5中m-l個其它逆變器21 通過為n個其它整流器20中的每一個設置的直流電壓電路22分別與n 個整流器20中的一個連接。由此基於第一定子繞組A，可以實現由第一 和第二直流電壓電路4、 8單獨和獨立地向例如另一個驅動電動機饋電， 還可以藉助m個其它逆變器21的相應其它逆變器21向輔助驅動裝置如 通風器、空調、伺服電動機等饋電。按照圖5在第一定子繞組A與n個 其它整流器20之一的每個連接中接入斷路開關25，其工作方式和優點 參見圖4的實施。此外，按照圖5總共有r個其它整流器23在交流電
壓端與第二定子繞組B連接，其中r》l而且n^r，在圖5中，r - 1個其 它整流器23在交流電壓端與第二定子繞組B連接。此外，根據圖5r個 其它逆變器23的每一個在直流電壓端分別與為n個其它整流器20中的 每一個設置的直流電壓電路22連接。如果在發電機2的第一定子繞組A 中出現了錯誤，則通過斷路開關25將相應的其它整流器20斷開，其中 有利地通過該其它整流器23向與斷開的其它整流器20連接的直流電壓 電路22饋電，因此即使在這種錯誤情況下也可以通過其它逆變器21由 直流電壓電路22向其它驅動電動機饋電，也例如向輔助驅動裝置如通 風器、空調、伺服電動機等饋電。此外，在第二定子繞組B與r個其它 整流器23之一的每個連接中接入斷路開關24，該斷路開關有利地實現 相應其它整流器23的斷開和實現與發電機2的第二定子繞組B的重新 連接。可以組合r個其它整流器23和前面藉助圖5詳細描述的該整流 器與圖2、圖3、圖4的燃料電驅動系統的連接以及與下面還要詳細描 述的按照圖6描述的燃料電驅動系統的連接。
在圖6中示出本發明燃料電驅動系統的第五實施方式。基於圖4， 按照圖6相應於圖4總共有p個其它整流器26在交流電壓端與第二定 子繞組B連接，其中p^:l，在圖4中p= 1個其它整流器26在交流電壓 端與第二定子繞組B連接。此外，按照圖6總共q個其它逆變器27通 過為P個其它整流器26中的每一個設置的直流電壓電路28分別與p個 整流器26中的一個連接，其中qd，在圖4中q-l個其它逆變器27 通過為P個其它整流器26中的每一個設置的直流電壓電路28分別與p 個整流器26中的一個連接。由此第二定子繞組B可以用於與第一和第 二直流電壓電路4、 8分離和獨立地藉助m個其它逆變器27的相應其它 逆變器27向例如另一個驅動電動機饋電，以及向輔助驅動裝置如通風 器、空調、伺服電動機等饋電。按照圖6在第二定子繞組B與p個其它 整流器26之一的每個連接中接入斷路開關31，其工作方式和優點參見 圖4的實施。此外，按照圖5總共有v個其它整流器29在交流電壓端 與第一定子繞組A連接，其中vH而且p^v，在圖6中，v=l個其它整 流器29在交流電壓端與第一定子繞組A連接。此外，根據圖6v個其它 逆變器29的每一個在直流電壓端分別與為p個其它整流器26中的每一 個設置的直流電壓電路28連接。如果在發電機2的第二定子繞組B中 出現了錯誤，則通過斷路開關31將相應的其它整流器26斷開，其中有
利地通過該其它整流器29向與斷開的其它整流器26連接的直流電壓電 路28饋電，因此即使在這種錯誤情況下也可以通過其它逆變器27由直 流電壓電路28向其它驅動電動機饋電，也例如向輔助驅動裝置如通風 器、空調、伺服電動機等饋電。此外，在第一定子繞組A與v個其它整 流器29之一的每個連接中接入斷路開關30，該斷路開關有利地實現相 應其它整流器29的斷開和實現與發電機2的第一定子繞組A的重新連 接。可以組合v個其它整流器29和前面藉助圖6詳細描述的該整流器 與圖2、圖3、圖4、圖5的燃料電驅動系統的連接。
附圖標記列表 1內燃機
2發電機
3第一整流器
4第一直流電壓電路
5第一逆變器
6驅動電動才幾
7第二整流器
8第二直流電壓電路
9第二逆變器
10、 11、 12、 13、 24、 25、 30、 31斷路開關 14連接開關
15 x個其它逆變器，其中x^l
16 y個其它逆變器，其中y^l
17 z個其它逆變器，其中z》1 18、 19電流方向限制元件
20 n個其它整流器，其中n21
21 m個其它逆變器，其中m21
22 n個其它整流器20中每一個的直流電壓電路
23 r個其它整流器，其中r^l
26 p個其它整流器，其中p^l
27 q個其它逆變器，其中q^l
28 p個其它整流器26中每一個的直流電壓電路
29 v個其它整流器，其中v^l 40聯動裝置
A、 B發電機的定子繞組
權利要求
1.一種燃料電驅動系統，包括內燃機(1)和由內燃機(1)驅動的發電機(2)，該發電機(2)具有第一定子繞組(A)，包括第一整流器(3)，該第一整流器(3)在交流電壓端與第一定子繞組(A)連接，在直流電壓端與第一直流電壓(4)連接，包括第一逆變器(5)，該第一逆變器(5)在直流電壓端與第一直流電壓電路(4)連接，在交流電壓端與驅動電動機(6)連接，其特徵在於，發電機(2)具有第二定子繞組(B)，第二整流器(7)在交流電壓端與第二定子繞組(B)連接，在直流電壓端與第二直流電壓電路(8)連接，第二逆變器(9)在直流電壓端與第二直流電壓電路(8)連接，在交流電壓端與驅動電動機(6)連接。
2. 根據權利要求1所迷的燃料電驅動系統，其特徵在於，在第一 定子繞組(A)與第一整流器(3)的連接中接入斷路開關(10)，在第二定子繞組(B )與第二整流器(7 )的連接中接入斷路開關(11 )。
3. 根據權利要求1或2所述的燃料電驅動系統，其特徵在於，在 第一逆變器(5)與驅動電動機(6)的連接中接入斷路開關(l2)，在第二逆變器(9)與驅動電動機(6)的連接中接入斷路開關(13)。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的燃料電驅動系統，其特徵 在於，第一直流電壓電路(4)通過連接開關(14)與第二直流電壓電 路(8)連接和分離。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的燃料電驅動系統，其特徵 在於，x個其它逆變器(15)在直流電壓端與第一直流電壓電路(4)連 接，其中xd。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的燃料電驅動系統，其特徵 在於，y個其它逆變器(16)在直流電壓端與第二直流電壓電路(8)連 接，其中y^l。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的燃料電驅動系統，其特徵 在於，z個其它逆變器(17)在直流電壓端與第一直流電壓電路(4)和 第二直流電壓電路(8)連接，其中z^l。
8. 根據權利要求7所述的燃料電驅動系統，其特徵在於，在第一 直流電壓電路(4)與所述z個其它逆變器(17)之一的每個連接中接 入電流方向限制元件(18 )，在第二直流電壓電路(8 )與所述z個其它 逆變器(17)之一的每個連接中接入電流方向限制元件(19)。
9. 根據權利要求1至8中任一項所述的燃料電驅動系統，其特徵 在於，n個其它整流器(20)在交流電壓端與第一定子繞組(A)連接， 其中n21,m個其它逆變器(21)分別通過為所述n個其它整流器(20)的每 一個設置的直流電壓電路(22)與該n個整流器(20)之一連接，其中
10. 根據權利要求9所述的燃料電驅動系統，其特徵在於，r個其 它整流器(23)在交流電壓端與第二定子繞組(B)連接，其中Gl，所述r個其它整流器(23)的每一個分別與為所述n個其它整流器 (20)設置的直流電壓電路(22)之一連接。
11. 根據權利要求10所述的燃料電驅動系統，其特徵在於，在第 二定子繞組(B)與所述r個其它整流器(23)之一的每個連接中接入 斷路開關(24)。
12. 根據權利要求9至11中任一項所述的燃料電驅動系統，其特 徵在於，在第一定子繞組(A)與所述n個其它整流器(20)之一的每 個連接中接入斷路開關(25)。
13. 根據權利要求1至12中任一項所述的燃料電驅動系統，其特 徵在於，p個其它整流器(26 )在交流電壓端與第二定子繞組(B )連接， 其中P》1，q個其它逆變器(27)分別通過為所述p個其它整流器(26)的每 一個設置的直流電壓電路(28)與p個整流器(26)之一連接，其中q》1。
14. 根據權利要求13所述的燃料電驅動系統，其特徵在於，v個其 它整流器(29)在交流電壓端與第一定子繞組(A)連接，其中v^1，所述v個其它整流器(29)的每一個在直流電壓端分別與為所述p 個其它整流器(26)設置的直流電壓電路(28)之一連接。
15. 根據權利要求14所述的燃料電驅動系統，其特徵在於，在第 一定子繞組(A)與所述v個其它整流器(29)之一的每個連接中接入 斷路開關(30)。
16. 根據權利要求13至15中任一項所述的燃料電驅動系統，其特 徵在於，在第二定子繞組(B)與所述p個其它整流器(26)之一的每 個連接中接入斷路開關(31)。
全文摘要
公開了一種燃料電驅動系統，包括內燃機(1)和由內燃機(1)驅動的發電機(2)，該發電機(2)具有第一定子繞組(A)，包括第一整流器(3)，該第一整流器(3)在交流電壓端與第一定子繞組(A)連接，在直流電壓端與第一直流電壓(4)連接，包括第一逆變器(5)，該第一逆變器(5)在直流電壓端與第一直流電壓電路(4)連接，在交流電壓端與驅動電動機(6)連接。為了提高燃料電驅動系統的魯棒性和可用性，發電機(2)具有第二定子繞組(B)，其中第二整流器(7)在直流電壓端與第二定子繞組(B)連接，在直流電壓端與第二直流電壓電路(8)連接，第二逆變器(9)在直流電壓端與第二直流電壓電路(8)連接，在交流電壓端與驅動電動機(6)連接。
文檔編號H02K16/04GK101360628SQ200680051261
公開日2009年2月4日 申請日期2006年3月16日 優先權日2006年1月17日
發明者P·斯泰默 申請人:Abb瑞士有限公司