用于车辆的电驱动装置的放电设备及具有放电设备的电驱动装置的制作方法

1.本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于车辆的电驱动装置的放电设备。本发明还涉及一种具有权利要求11的特征的具有放电设备的车辆的电驱动装置。


背景技术：

2.在用于车辆的电驱动器中，稳态的主运行状态，例如驱动、回收等很重要。除了这些主运行状态之外，然而还必须考虑运行状态的变换以及次运行状态和/或紧急运行状态。因此，众所周知地，有意义的/必要的可以是，在切断电压供应时立即降低在逆变器的中间电路中所施加的电压，以便例如可实现修理措施。还已知的是，在例如经由回收为用于驱动装置的电池充电时，电池的突然解耦会造成电压升高或过电压，所述电压升高或过电压可能损害电驱动器中的构件。
3.例如，文献de 34 35 055 a1公开一种保护用于机动车的车载电网中的过电压的防抱死电子设备的装置。所述装置尤其应当相对于所谓的“负载突降(load dump)”进行保护。文献us 2013/285581a1描述一种用于电驱动器的电路装置，其中设有用于可切换的放电的支路。在支路中，作为开关元件设置igbt。


技术实现要素：

4.本发明基于的目的是，实现一种用于电驱动装置的放电设备，所述放电设备是功能可靠的并且同时可以低成本地构造。
5.所述目的通过具有权利要求1的特征的放电设备以及通过具有权利要求11的特征的驱动装置来实现。本发明的优选的或有利的实施方式在从属权利要求、下面的说明书以及附图中得出。
6.根据本发明提出一种放电设备，所述放电设备适合于和/或构成用于车辆的电驱动装置。驱动装置用于驱动车辆。所述驱动装置优选地包括至少一个电马达作为用于驱动器的牵引马达以及用于提供和/或缓存用于供应电马达的电能的储能装置。
7.驱动装置还具有高压总线和基本总线。高压总线也可以称作为正的供电线路和/或正的供电轨(“positive rail”)，基本总线也可以称作为负的供电线路和/或负的供电轨(“negative rail”)。尤其根据运行状态，高压总线与储能装置并且与电机可连接和/或连接。在高压总线处，在稳态的运行状态下可以施加大于200v，优选大于400v，尤其大于600v并且特别大于750v的电压。电压优选对应于储能装置的电压。基本总线优选构成为接地线和/或与车辆的接地线在电路方面连接。
8.放电设备具有输入接口，其中输入接口可与驱动装置的高压总线在电路方面连接并且在放电设备的运行中在电路方面连接。输入接口可以构成为可分离的接口，然而优选地，所述输入接口仅构成为虚拟的输入接口，所述虚拟的输入接口是不可断开的。
9.放电设备具有输出接口，其中输出接口与驱动装置的基本总线在电路方面可连接
并且在放电设备的运行中在电路方面连接。输出接口可以构成为可断开的接口，然而优选地，所述输出接口仅构成为虚拟的输出接口，所述虚拟的输出接口不可断开。可以提出，放电设备具有多个输出接口，所述输出接口然而彼此电连接和/或接触并且共同称作为输出接口。
10.放电设备具有主开关装置，其中主开关装置与输入接口电连接。优选地，主开关装置与输入接口和/或高压总线直接电接触。特别地，在输入接口和主开关装置之间不插入电阻器和/或阻抗。
11.放电设备具有第一放电支路，其中第一放电支路的第一输入端与主开关装置连接。由此，主开关装置可以将第一放电支路的第一输入端与高压总线连接和断开。第一放电支路的第一输出端与输出接口连接或由所述输出接口形成。
12.在第一放电支路中，第一放电开关装置和第一放电电阻器彼此串联地设置。优选地，第一放电电阻器串联地设置在主开关装置和第一放电开关装置之间。
13.放电设备具有第二放电支路，其中第二放电支路的第二输入端与主开关装置连接。由此，主开关装置可以将第二放电支路的第二输入端与高压总线电连接和断开。第二放电支路的第二输出端与输出接口连接或由所述输出接口形成。
14.在第二放电支路中，第二放电开关装置和第二放电电阻器彼此串联地设置。优选地，第二放电电阻器串联地设置在主开关装置和第二放电开关装置之间。
15.第一放电支路和第二放电支路在主开关装置和输出接口之间彼此电并联地设置。优选地，第一放电支路和第二放电支路在电特性方面不同地构成。
16.在本发明的范围内提出，放电设备具有控制装置，其中控制装置在程序方面和/或电路方面构成为，在作为放电设备的运行状态的第一放电状态下接通第一放电支路并且中断第二放电支路，并且在第二放电状态下接通第二放电支路并且中断第一放电支路。可选地，放电设备可以采用中性状态作为运行状态，其中控制装置操控放电设备，使得所述放电设备将高压总线和基本总线彼此断开。这通过断开主开关装置和/或断开这两个放电开关装置来实现。
17.在此，本发明的考量是，通过主开关装置可以激活两个放电支路，然而通过放电开关装置可以选择分别期望的放电支路。放电支路本身尤其在电路方面配合于相应的放电状态。通过所述构造，主开关装置可以用于两个放电支路，使得除了功能性优点之外，通过提供两个放电支路得出如下优点：可以节省部件。
18.在本发明的一个优选的设计方案中提出，第一放电电阻器的阻抗和/或电阻比第二放电电阻器的阻抗和/或电阻更小地构成。由此实现，在第一放电支路中的放电可以比在第二放电支路中更快地执行。
19.在本发明的一个优选的改进方案中，第一放电开关装置与第二放电开关装置相比针对更高的功率设计。所述改进方案还支持实现能够比在第二放电支路中更快地执行在第一放电支路中的放电。
20.优选的是，在第一放电状态下，主开关装置和第一放电开关装置是闭合的，尤其无中断地闭合，使得放电可以尽可能快地执行。替选地或补充地，第一放电状态构成为“负载突降”放电状态。如果电驱动装置在回收运行中工作并且储能装置电断开，那么尤其激活“负载突降”放电状态。在所述回收运行中，通过由断开储能装置造成的卸荷，在高压总线中
会出现电压峰值，所述电压峰值必须被引出，以便避免对其他电和/或电子器件的损坏。通过“负载突降”放电状态，高压总线经由第一放电电阻器接地和/或传导地与基本总线连接，使得高压总线中的电压峰值和/或高压在短时间中受控地放电。
21.替选地或补充地优选的是，在第二放电状态下，主开关装置和/或第二放电开关装置至少暂时地断开和/或被键控。特别优选地，开关装置中的至少一个被pwm(“pulse-wide-modulation”，脉宽调制)调制。其他开关装置可以持续闭合或同样可以与之前提到的开关装置同步地以键控的方式闭合和/或被pwm(“pulse-wide-modulation”，脉宽调制)调制。替选地或补充地，第二放电状态构成为“主动放电(active-discharge)”状态，以便将电驱动装置中的逆变器的中间电路放电。特别优选地，通过第一放电状态，与通过第二放电状态相比，高压总线更快地或以更高的功率放电。
22.特别优选地，在作为第二放电状态的正常放电状态下，主开关装置以键控的方式闭合，尤其被脉宽调制(pwm调制)，并且第二放电开关装置持续闭合。替选地或补充地，在作为第二放电状态的紧急放电状态下，主开关装置持续闭合并且第二放电装置以键控的方式闭合，尤其被脉宽调制(pmw调制)。
23.在pwm(“pulse-wide-modulation”)调制中，相应的开关装置在一个周期持续时间期间以“duty cycle”闭合并且否则在该周期持续时间中断开，使得所述开关装置以键控的方式闭合。占空比尤其小于1或小于100％，使得“duty cycle”比周期持续时间更短。
24.优选的是，控制装置在程序方面和/或电路方面构成为，使得经由第二放电支路和/或在第二放电状态下将恒定的功率，尤其是恒定的平均功率导出。这通过控制装置通过改变占空比作为执行机构实现。然而假设，在第二放电状态的过程期间，必须调整占空比，以便达到恒定的功率。这因为，一方面能量储存在放电设备中、尤其第一和/或第二放电电阻器中。另一原因是放电设备、尤其是放电电阻器的热学加热，由此系统性能改变。特别优选地，控制装置具有模型模块，其中在模型模块中，系统性能、尤其是温度相关的系统性能被建模。作为输入变量，模型模块尤其得到放电设备的、尤其第一和/或第二放电电阻器的温度，作为输出变量输出实现作为恒定功率的期望变量所需的占空比。
25.在一个优选的电路方面的实现方案中，主开关装置和/或第一放电开关装置构成为igbt(绝缘栅双极型晶体管，英语：“insulated-gate bipolar transistor”，简称igbt)。在该设计方案中，高功率可以引导经过开关装置。替选地或补充地，第二放电开关装置构成为mosfet(金属-氧化物半导体场效应晶体管，英语：“metal-oxide-semiconductor field-effect transistor”，简称mosfet或mos-fet)。这是足够的，因为在第二放电状态下，通过键控经由放电设备引导比在第一放电状态下更少的功率。
26.在本发明的一个优选的改进方案中，放电设备，尤其控制装置具有第一监控模块。监控模块可以在程序方面和/或电路方面构成。第一监控模块构成为，检查第一放电开关装置的功能性。优选地，控制装置构成为，在第一放电支路接通之后，激活第一监控模块进行检查。换言之，第一放电支路的接通表示对于第一放电开关装置的强负载。由此有利的是，每次在接通第一放电支路之后通过第一监控模块来操控这种检查。
27.对于检查得出第一放电开关装置有故障的情况，放电设备完全地切断。尤其既不采用第一放电状态，也不采用第二放电状态。这具有以下背景，即使在第二放电支路接通时和/或在第二放电状态下，第一放电电阻器被大程度充电。
28.可选地，放电设备，尤其控制装置具有第二监控模块。第二监控模块构成为，基于高压总线中的电压或与其等效的变量执行检查。与其等效的变量例如可以经由在第二放电支路中的电流测量和对高压总线中的电压逆算(r
ü
ckrechnung)形成。第二监控模块构成为检查：在第二充电状态下，高压总线中的电压是否下降。这是第二放电状态下的正常系统性能。对于例如在车辆中的电池与高压总线有故障地断开时高压总线中的电压保持恒定的情况，第二监控模块在程序方面和/或电路方面构成为，操控控制装置。作为操控的结果，控制装置改变主开关装置和/或第二放电开关装置的键控，尤其占空比，使得在第二放电状态下，减小的、尤其恒定的功率经由第二放电支路导出。例如，功率减半。所述构成方案的背景是，在第二放电状态下放电设备被热加载，其中在所描述的故障情况下，高压总线的放电不能在第二充电状态的规划的时间范围内实现。为了避免放电设备的过度加热，降低功率，尤其恒定的功率，使得第二放电状态能够以减少的、尤其恒定的功率在较长的时间范围内执行。
29.本发明的另一主题涉及用于车辆的电驱动装置，其具有根据上述权利要求中任一项所述的放电设备。优选地，电驱动装置包括之前所描述的储能装置以及之前所描述的逆变器。高压总线尤其与储能装置和/或逆变器可连接和/或连接。所述连接根据电驱动装置的运行状态进行。
附图说明
30.本发明的其他特征、优点和作用从下面对本发明的优选的实施例的描述中得出。在此示出：
31.图1作为本发明的一个实施例示出车辆的电驱动装置的示意方框图。
具体实施方式
32.图1作为本发明的一个实施例示出车辆的电驱动装置1的示意方框图。车辆尤其构成为载客车辆或构成为其他用于道路交通的移动设备。车辆可以实现为混合动力车辆或纯电车。
33.驱动装置1具有至少一个储能装置2和用于电马达4的能量供应的逆变器3。电马达4构成为用于车辆的牵引马达。此外，电驱动装置1具有高压总线5和基本总线6。高压总线5经由开关装置7与储能装置2的正端子连接。基本总线6可断开地或持久地与储能装置2的负端子连接。储能装置2例如构成为电池并且用于供应电马达4。逆变器3与高压总线5(并且与基本总线6)电连接并且将出自储能装置2的直流电压经由中间电路转换为用于电马达4的交流电压。仅示意性地表明电马达4与高压总线5的电连接，其中电连接必要时经由多个电部件引导，并且用于在其中电动机4作为发电机工作的回收运行中，可以将电能引回到储能装置2中。由此，在行驶运行中将能量从储能装置2经由高压总线5引导至逆变器3并且随后引导至电马达4。在回收运行中，将能量从电马达4必要时经由多个电部件经由高压总线5引导至储能装置2。基本总线6相应地电连接。
34.除了电驱动装置1的所述状态外，在下文中还应观察两个特殊状态：
[0035]“负载突降”[0036]
在电驱动装置1中突然出现卸荷时，产生“负载突降”。由此，在高压总线5中会产生
电压峰值，这会损坏电器件和/或电子器件。一种可能的情形例如是，电驱动装置1在回收运行中工作并且例如经由开关装置7将储能装置2与高压总线5断开。在此情形中，电压峰值必须非常快地引出。
[0037]“主动放电”：
[0038]
需要“主动放电”，以便从逆变器3、特别是从其中间电路引出电压。
[0039]
例如，一种可能的情形是，虽然电马达4经由“点火钥匙”或人机界面激活，然而又立即被停用。在这种情况下，在高压总线5中和/或在逆变器3中，相应的电压必须立即，即在小于五秒，尤其小于两秒的时间段内降低。
[0040]
为了实现所述功能，电驱动装置1具有放电设备8。放电设备8经由输入接口9与高压总线5和借助经由多个触点形成的输出接口10与基本总线6电连接。尤其，放电设备8跨接高压总线5与基本总线6。
[0041]
放电设备8具有主开关装置11，其中主开关装置11与作为第一开关配对件的高压总线9电地、尤其在不插入其他元件的情况下连接。主开关装置11构成为igbt，尤其是常态截止的n沟道igbt，其中输入接口9与集电极连接。例如，主开关装置11实现为具有标识fgb40t65spd-f085的器件。
[0042]
放电设备8具有第一放电支路12a和第二放电支路12b。第一放电支路12a具有第一输入端13a，第二放电支路12b具有第二输入端13b。第一和第二输入端13a、b电地、尤其在不插入其他元件的情况下与作为第二开关配对件的主开关装置11连接。尤其，其与开关装置7的发射极接触。
[0043]
第一放电支路12a具有第一放电电阻器14a和第一放电开关装置15a。第一放电电阻器14a和第一放电开关装置15a串联连接。尤其，第一放电开关装置15a经由第一放电电阻器14a与作为开关配对件的第一输入端13a串联地和/或电地连接。
[0044]
第一放电开关装置15a构成为igbt，尤其是常态截止的n沟道igbt，其中第一输入电阻14a与集电极连接。例如，第一放电开关装置15a实现为具有标识fgb40t65spd-f085的器件。
[0045]
第一放电开关装置15a还与输出接口10连接从而与作为第二开关配对件的基本总线6连接。尤其，输出接口10与发射极电连接。
[0046]
第二放电支路12b具有第二放电电阻器14b和第二放电开关装置15b。第二放电电阻器14b和第二放电开关装置15b串联连接。尤其，第二放电开关装置15b经由第二放电电阻器14b与作为开关配对件的第二输入端13b串联地和/或电地连接。
[0047]
第二放电开关装置15b构成为mosfet，尤其是高压mosfet。例如，第二放电开关装置15b构成为具有标识fgb20n60sfd-f085的器件。第二放电开关装置15b还与输出接口10从而与作为第二开关配对件的基本总线6连接。
[0048]
提出，作为“moderate impedance resistance，中阻抗电阻”的第二放电电阻器14b构成为大于作为“low impedance resistance，低阻抗电阻”的第一放电电阻器，使得第一放电支路10a中的放电电流和/或放电功率在高压总线5处的电压相同时更大地构成。为此，第一放电电阻器在脉冲式导出期间必须能够实现更高的功率，例如大于80kw。
[0049]
放电设备8还具有控制装置16，所述控制装置可以在硬件或软件中和/或在程序方面和/或电路方面实现。控制装置16构成为，操控开关装置11、15a、b。操控极其示意性地示
出并且在本实施例中分别经由栅极的操控来实现。主开关装置11和/或第二放电开关装置15b可以由控制装置16以键控的方式操控。尤其，所述主开关装置和/或第二放电开关装置以脉宽调制的方式作为键控来操控。
[0050]
放电设备8可以采用第一放电状态和第二放电状态。
[0051]
在第一放电状态下，主开关装置11和第一放电开关装置15a由控制装置16切换为持续闭合。在第一放电状态下，高压总线5中的电压以非常高的、尤其是最大的速度引出。放电过程尤其应比0.5秒更短，尤其比0.1秒更短。放电电流为大于100a，优选为大于150a。当发生“负载突降”并且电压和/或能量必须从高压总线5中快速地引出时，采用第一放电状态。当在高压总线5中已探测到对应的电压峰值时，第一放电状态例如被激活。
[0052]
在第二放电状态下，在作为第二放电状态的正常放电状态下，第二放电开关装置15b切换为持续闭合。而主开关装置11被键控，其中控制装置16构成为，设定占空比，使得恒定的功率经由第二放电支路12b流出。在脉宽调制中的脉宽(“duty cycle，工作周期”)例如设定在200μs和10ms之间的范围内。这对于实现有效的和/或高效的放电是有利的。当应实现“主动放电”时，采用第二放电状态。
[0053]
对于探测到主开关装置11处于短路状态下的情况，紧急放电状态可以作为第二放电状态实现，其中由于短路状态，主开关装置11持续闭合并且第二放电开关装置15b被键控，以便保持放电功率恒定。在第二放电状态下的典型的放电功率例如为30w。
[0054]
在这两个放电状态下，相应的放电电阻器14a可以通过打开主开关装置、相应的放电开关装置14a、b或这二者执行。
[0055]
在电动机4构成为异步机的情况下，在打开构成为车辆中的电池开关的开关装置2时在回收运行中在igbt处出现过电压(中间电路电压)，这会造成igbt的损坏。所述结果也称为“负载突降”。本文的具有经由第一放电支路12a运行的“负载突降”电路的放电设备8借助半导体和电阻对过电压进行限制。“负载突降”电路具有第二功能，其中所述“负载突降”电路大部分地也用于经由第二放电支路12b在逆变器3中的“主动放电”功能。“主动放电”功能使用脉宽调制的信号，以便以恒定的功率将逆变器3的中间电路在1.5s内放电至＜60v。通过智能的放电方法可行的是，将积聚的能量降低至最小值从而避免放电电路的耗费的冷却，这是重要的成本优势。
[0056]
放电设备8的优点在于，以少量耗费发展了用于“负载突降”和“主动放电”的电路，所述电路满足对于功率电子装置、然而也对于功能安全性的所有要求并且附加地带来成本优势。电路优选关于控制装置16是数字的解决方案，由此所述电路具有高的重复使用可能性，因为通过重新参数化，电路可简单地应用于其他项目。
[0057]
放电设备8和/或电驱动装置1和/或控制装置16可以具有第一监控模块17a，所述第一监控模块构成为，检查第一放电开关装置15a的功能性。例如，在监控逻辑中可以提出，每次在激活第一放电支路12a之后执行这种检查。作为另外的安全措施例如可以对第一放电开关装置15a的控制电压和/或“漏”电压进行控制。此外可以提出，监控穿过第二放电开关装置15b的电流。所述电流形成与高压总线中的电压等效的变量。对应的测量值输送给第二监控模块17a，所述第二监控模块监控：在第二放电状态下，高压总线5中的电压是否降低。对于高压总线5中的电压不降低的情况，可以操控控制装置16来改变键控，使得经由第二放电支路12b引出的恒定功率的值减小至例如一半。
[0058]
附图标记列表
[0059]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电驱动装置
[0060]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
储能装置
[0061]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
逆变器
[0062]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电马达
[0063]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
高压总线
[0064]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
基本总线
[0065]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
开关装置
[0066]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
放电设备
[0067]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
输入接口
[0068]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
输出接口
[0069]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
主开关装置
[0070]
12a
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一放电支路
[0071]
12b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二放电支路
[0072]
13a
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一输入端
[0073]
13b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二输入端
[0074]
14a
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一放电电阻器
[0075]
14b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二放电电阻器
[0076]
15a
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一放电开关装置
[0077]
15b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二放电开关装置
[0078]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制装置
[0079]
17a、b
ꢀꢀ
第一、第二监控模块