对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置制造方法
【专利摘要】一种对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置，混合动力电动系统(1)具有直流电压中间回路，其中储能器(2)设成与直流电压中间回路通过直流电压连接装置连接，直流电压连接装置具有保险装置(F1)。该装置具有：测量机构(A)，以确定直流电压连接装置的电流(Im)；变压器(6)，变压器具有初级回路和次级回路，其中变压器的次级回路设置成包含直流电压连接装置的保险装置(F1)；和切换机构(5)，以用于当直流电压连接装置的电流超过预定的极限时，根据测量机构将直流电压连接装置的电压以脉冲的方式切换到变压器的初级回路中，其中在变压器(6)的次级回路中产生电流(is)，该电流熔断直流电压连接装置的保险装置(F1)。
【专利说明】对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种混合动力电动系统，并且尤其涉及用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置。
【背景技术】
[0002]在混合动力电动系统中应用的储能器、例如锂电池或超级电容器能够以累积大的能量充电或放电。这种混合动力电动系统例如是车辆或做功机械中的电动系统，在所述电动系统中，用于系统的电能借助内燃机等来产生，所述内燃机转动发电机以用于产生电能。系统的电能馈送到电动马达中，所述电动马达例如能够是车辆的或做功机械的牵引马达或者是产生任意的机械运动的马达。
[0003]因此，在混合动力电动系统中，当系统产生的能量多于消耗的能量时，那么能量例如能够储存在已提及的电池或超级电容器中。系统的一个或多个电动马达与储能器通过直流电压母线连接，使得在直流电压母线和电动马达之间接入变频器。通过应用变频器，能够可控地应用马达并且当马达对机械运动制动时将能量向回馈送到系统中。
[0004]混合动力电动系统的一个或多个储能器借助存在于系统中的变流器(Umrichter)来充电，当直流电压母线、即直流电压中间回路的电压超过一定的极限时，所述变流器将能量馈送到储能器、例如锂电池或超级电容器中，而一个或多个马达将功率馈送到直流电压中间回路中。目标是:系统中通过制动马达产生的能量首先直接用于转动其他的马达。如果其他的负载不能够应用由马达馈送的能量，那么这些能量可能馈送到储能器中以供以后使用。
[0005]储能器的、例如锂电池的和超级电容器的瞬时能量输出或能量吸收能力是十分有限的。这就是说，储能器在正常运行时的电流与在系统短路期间从储能器流向短路的电流一样大。出于这个原因，储能器的短路电流在错误状态中不足以在保护电动系统的半导体的情况下熔断待应用的aR保险装置，但是所述短路电流足以损坏半导体、电池或其他的部件。此外，如果例如触发对电池的保护，短路能够缩短储能器的使用寿命。由于循环使用和通过包覆造成的温度升高而需要保险装置更大地构成，这使得情形变得更加复杂。
实用新型内容
[0006]本实用新型基于下述目的，研发一种装置，使得能够解决在上文中提到的缺点。本实用新型的目的借助一种用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置来实现，所述混合动力电动系统具有直流电压中间回路，其中所述储能器设为与所述直流电压中间回路通过直流电压连接装置连接，所述直流电压连接装置具有保险装置，其特征在于，所述用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置具有:测量机构，以用于确定所述直流电压连接装置的电流；变压器，所述变压器具有初级回路和次级回路，其中所述变压器的所述次级回路设置成包含所述直流电压连接装置的所述保险装置；切换机构，以用于当所述直流电压连接装置的电流超过预定的极限时，根据所述测量机构将所述直流电压连接装置的电压脉冲地切换到所述变压器的所述初级回路中，其中在所述变压器的所述次级回路中产生电流，所述电流熔断所述电压连接装置的所述保险装置。本实用新型的优选的实施方式在下文中给出。
[0007]本实用新型基于下述思想:将储能器的高的直流电压转换成低的交流电压和大的交流电流，其中短路电路能够借助于更快的aR保险装置来切断。
[0008]变流通过变流器回路和变压器来进行，所述变压器的变压比是大的(N1?N2)。变流器回路、例如振动变流器(Zerhacker)将小电流馈送到变压器的初级绕组中，其中在变压器的次级绕组中实现大电流。接通变压器的次级侧，使得大电流流过保险装置F1并且熔断所述保险装置并且在此保护设施免于短路电流。在电路中例如能够使用市售的中频范围(500Hz至2000Hz)的焊接变压器，其中由储能器接收的为几十安培的电流能够在次级绕组中转换成几万安培的电流。
[0009]根据本实用新型的装置能够实现对混合动力电动系统的可靠的短路保护，使得储能器的短路电流不能够在短路时损坏电动系统的敏感的部件。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]现在结合优选的实施方式参考所附的附图详尽地阐述本实用新型，其中:
[0011]图1、2和3示出本实用新型的实施方式。
【具体实施方式】
[0012]图1示出本实用新型的一个实施方式，其中混合动力电动系统1与储能器2通过直流电压连接装置连接，所述直流电压连接装置具有正母线和负母线。在混合动力电动系统和储能器之间定位有短路保护装置3。短路保护装置在附图中也作为放大的用虚线分隔的方框3示出，在所述方框中更详细地示出了要在短路保护装置中应用的特征。
[0013]如在上文中提到的那样，当电动系统的直流电压中间回路的电压高于一定的极限时，那么混合动力电动系统才将能量例如馈送到储能器中。能量的所述馈送或释放通过变流器设备来实施，所述变流器设备在图1的示例中用作为至混合动力电动系统1中的储能器的过渡。这种变流器通过直流电压连接装置与储能器连接并且所述直流电压连接装置具有短路保护装置。
[0014]根据本实用新型，用于短路保护的装置具有用于确定直流电压连接装置的电流的测量机构。图1示出与正母线连接的电流测量元件A，所述电流测量元件测量正母线的电流Im。图1示出:电流测量元件A如何将电流测量信息提供给控制电路4，在所述控制电路中，关于为短路电流确定的极限值来确定电流强度。如果所确定的电流大于规定的极限值，那么该装置将电流解释成短路电流，必须切断所述短路电流，因为在储能器中可能会储存相当大的能量。
[0015]如果电流大于规定的极限值，根据本实用新型，将直流电压连接装置的电压借助于切换机构5脉冲地切换到设在装置中的变压器6的初级回路中。在图1的实施方式中，切换机构作为全桥振动变流器电路示出，所述全桥振动变流器电路具有四个可控的半导体部件。根据该实施方式，以双极的方式控制这些部件，也就是说，使得施加在变压器的初级侧上的电压的极性反转。控制所述部件表示，控制第一支路的上部的部件，并且同时第二支路的下部的部件导通，并且反之。
[0016]根据本实用新型，该装置此外具有变压器，借助所述变压器由储能器的较大的电压和由此得到的小的电流构成用于变压器的次级侧的大电流。直流电压连接装置的保险装置设置在变压器的次级回路中，其中切换机构5在运行期间在变压器的初级侧上产生电流ip，所述电流在变压器的次级侧上感生出电流is，该电流的强度足以如所期望的那样熔断保险装置。变压器的变压比应选择成，使得初级线圈的数量&明显大于次级线圈的数量N2。
[0017]在变压器的次级侧上的电流已经熔断保险装置匕之后，切断短路电流并且测量电流的元件A同时发现:电流下降到特定的极限值之下，其中切换机构的控制也结束。
[0018]在图1的实施方式中，在变压器的次级回路中示出两个保险装置匕和&，其中保险装置匕位于储能器2和混合系统3之间的电流路径上。保险装置F2在次级回路中与保险装置匕串联并且保险装置匕的任务是，防止短路电流流经变压器的次级侧。通过设定保险装置的大小，能够实现下述情形:两个保险装置同时熔断，其中切断短路电流的电流路径。
[0019]对图1的实施方式中的双极型振动变流器的控制例如能够通过磁滞控制装置来执行，其中测量初级电流，并且当初级电流达到上部的磁滞极限时，将开关置于其他的位置中并且在初级侧上的电流开始降低。当电流下降到下部的磁滞极限时，重新改变开关位置。以所述方式，电流变成三角形的电流并且开关的脉冲比为大约50%。对开关的控制例如也能够借助50%的脉冲比来执行，其中不需要进行电流测量。当待切换的电压的和初级侧的电流路径的电感的大小以及变压器的初级线圈的数量和磁通量密度的最大值已知时，能够确定具有恒定长度的脉冲周期。最有意义的是，在线性区域中使用变压器，使得变压器不允许饱和。
[0020]变压器的尺寸也能够设计成，使得仅一个电压脉冲就足以在变压器的次级侧上产生熔断保险装置的电流。以这种方式设计尺寸的变压器能够实现切换机构的更简单的实施方案。最简单地，切换机构能够构成为具有可控的部件，所述可控的部件产生用于变压器的电压脉冲，所述电压脉冲又产生熔断保险装置的次级电流脉冲。
[0021]图2示出本实用新型的第二实施方式，其中用于对次级侧的电流进行整流的整流桥7与变压器6的次级侧连接。在根据该实施方式的解决方案中，整流桥能够实现应用仅一个保险装置匕。次级回路的所述保险装置也位于储能器和混合动力电动系统之间。换言之，整流桥的输出端在位于储能器和混合动力电动系统之间的保险装置的两侧上连接，其中次级侧的电流路径从变压器经由整流桥伸展至保险装置并且从那里向回伸展至整流桥并且伸展至变压器。
[0022]在图2的实施方式中，应用保险装置是可行的，因为整流桥防止电流从储能器经由变压器的次级侧流动到电动系统上。随后当保险装置熔断并且保护电路起作用时，短路电流不能够从储能器流到混合动力电动系统上。
[0023]图3示出一个实施方式，其中变压器8的次级侧具有抽头(Anzapfung)。整流二极管与次级绕组的端部连接，所述整流二极管能够实现电流从次级绕组的端部流过。所述二极管的阴极彼此连接并且还与保险装置匕的一个端部连接。保险装置匕的另一个端部与变压器的次级侧的抽头连接，以便构成次级电流路径。
[0024]如在图2中那样，在图3的实施方式中也能够应用仅一个保险装置F1;因为彼此连接的二极管在保险装置熔断之后防止电流从储能器流动到混合动力电动系统上。
[0025]图2和3的实施方式仅关于不同于图1的结构的特征来阐述。
[0026]清楚的是，本实用新型的产生初级电流的振动变流器等的结构和控制能够以不同的方式实现。与此相应地，在次级回路中能够应用不同的结构来建立期望的电路。
[0027]对于本领域技术人员显而易见的是，在技术进步时，本实用新型的基本思想能够以多种不同的方式实现。因此，本实用新型和其实施方式不局限于在上文中描述的示例。
【权利要求】
1.一种用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置，所述混合动力电动系统(I)具有直流电压中间回路，其中所述储能器(2)设为与所述直流电压中间回路通过直流电压连接装置连接，所述直流电压连接装置具有保险装置(F1)，其特征在于，所述用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置具有: 测量机构(A)，以用于确定所述直流电压连接装置的电流(Im)； 变压器￠)，所述变压器具有初级回路和次级回路，其中所述变压器的所述次级回路设置成包含所述直流电压连接装置的所述保险装置(F1)； 切换机构(5)，以用于当所述直流电压连接装置的电流超过预定的极限时，根据所述测量机构将所述直流电压连接装置的电压脉冲地切换到所述变压器的所述初级回路中，其中在所述变压器出)的所述次级回路中产生电流(is)，所述电流熔断所述电压连接装置的所述保险装置(F1)。
2.根据权利要求1所述的用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置，其特征在于，所述装置还具有控制电路(4)，所述控制电路设置成，以预定的脉冲比和预定的周期持续时间来双极地控制所述切换机构(5)。
3.根据权利要求1所述的用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置，其特征在于，所述装置还具有用于测量所述变压器的初级电流(ip)的机构，其中所述控制电路⑷设置成根据所述初级电流(ip)的强度来控制所述切换机构(5)。
4.根据权利要求3所述的用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置，其特征在于，所述控制电路(4)设置成以磁滞控制的方式来控制所述切换机构(5)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置，其特征在于，所述变压器的所述次级回路具有下述电路，所述电路设置成，切断从所述储能器经由所述变压器的所述次级侧至所述混合动力电动系统的电流路径。
6.根据权利要求5所述的用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置，其特征在于，所述变压器的所述次级回路的所述电路具有保险装置(F2)，所述保险装置设置成连同所述直流电压连接装置的保险装置一起熔断。
7.根据权利要求5所述的用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置，其特征在于，所述变压器的所述次级回路的所述电路具有二极管电路(7)，所述二极管电路设置成防止电流从所述储能器(2)经由所述变压器(6)的所述次级侧流动至所述混合动力电动系统(I)。
8.根据权利要求7所述的用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置，其特征在于，所述二极管电路是整流桥(7)，所述整流桥的输入端与所述变压器的所述次级侧连接并且输出端经由所述保险装置(F1)连接。
9.根据权利要求7所述的用于对属于混合动力电动系统的储能器进行短路保护的装置，其特征在于，所述变压器(8)的所述次级侧具有抽头并且所述二极管电路(7)由两个二极管组成，所述二极管的阳极分别在所述变压器的所述次级侧的不同端部上连接并且所述二极管的阴极彼此连接并且在所述保险装置(F1)的第一侧上连接，其中所述变压器的所述抽头在所述保险装置(F2)的第二侧上连接，以便构成次级电流路径(is)。
【文档编号】H02H7/04GK204216567SQ201420344322
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2013年6月26日
【发明者】尤卡-佩卡·基蒂莱, 奥斯卡里·尼拉宁 申请人:Abb公司
文档序号 :
【 7406170 】
技术研发人员：尤卡-佩卡·基蒂莱,奥斯卡里·尼拉宁
技术所有人：ABB公司
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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