用于过压保护的方法与流程

本发明涉及用于在车辆的电驱动装置中的中间回路中过压保护的方法和系统。

背景技术：

在现有技术中已知的是，在具有电驱动装置的车辆中使用中间回路、尤其牵引网络，该中间回路尤其包括电驱动装置并且可能包括其他驱动部件以及消耗器。该中间回路在此可以直接与能量源和/或散能源（energiesenke）如电池连接。可替选地，已知经由直流变压器与一个或多个能量源和/或散能源连接。在后述情况中，在驱动侧上存在脱耦的电压中间回路。尤其在燃料电池车辆中，燃料电池作为能量源还经由直流变压器与中间网络连接。

在de102014107093a1中公开了一种用于在旋转多相电机中作为对应措施实施短路的方法。在此情况下，检测故障状态，其中在开始指令整流器/逆变器模块进入电学开路的状态中。

在de102004023505a1中公开了一种用于在混合驱动车辆的电气系统中进行能量管理的方法。在该文献中描述了一种电机，其可以通过内燃机或通过回收以发电机方式运行。

已证明为缺点的是，在使用用于将中间回路脱耦的直流变压器时只能不充分地导出中间回路上的过压。直流变压器在此通常不能足够快地对过压做出反应并且将能量转移到散能源(senke)（例如连接在直流变压器上的电池）中，导致在电压中间回路上出现暂态电压峰值。过压在此例如由于电机卸荷（车轮打滑）形成。过压在此例如会造成牵引网络或中间回路中的部件的关断和/或损毁。

已知的是，为了过压保护使用所谓的斩波器，其中附加的制动电阻用于吸收能量。然而，该可能性要求更高的安装空间需求并且必要时需要冷却。此外，该已知的方案通常仅具有不充分的用于过压保护的效率。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是至少部分消除上面所述的缺点。尤其是，本发明的目的是能够实现可靠的过压保护，并且尤其在此同时降低了安装空间需求。此外，优选要降低提供过压保护的成本，其方式是：要有利地制造的直流变压器在没有随之出现过压保护降低的情况下可被使用。

上述的目的通过具有权利要求1的特征的方法和通过具有权利要求6的特征的系统来解决。本发明的其他特征和细节从相应的从属权利要求、描述和附图中得到。在此，结合根据本发明的方法所描述的特征和细节当然也适于结合根据本发明的系统，并且反之亦然，从而针对各个发明方面的公开内容始终可以相互参考。

该目的尤其通过用于在车辆的电驱动装置中的电中间回路中过压保护的方法来解决。在此，尤其是设定，中间回路包括至少一个驱动部件，和中间回路经由直流变压器与至少一个电储能器单元电连接。在此可以设定，过压保护装置和/或过压保护系统借助电子开关单元将中间回路和储能单元与直流变压器彼此并联地电连接，其中通过过压保护装置监控中间回路的中间回路电压，尤其是通过监控单元来监控，并且该开关单元根据对中间回路电压的监控、尤其通过监控单元来控制。换言之，尤其是通过如下方式实现过压保护：该开关单元用作对直流变压器的旁路。该开关单元由此优选形成可开关的旁路，该旁路可以在绕开直流变压器的情况下和/或自主地在无直流变压器操纵的情况下将来自中间回路的能量引导至储能单元，其中储能单元因此用作功率散能源（leistungssenke）。以此方式可以实现对电系统的可靠的过压保护。此外，例如总共至少两个和/或至少三个和/或至少四个和/或至少五个和/或至少六个能量源和/或散能源、如储能单元尤其是可以各经由直流变压器的自己的端子与直流变压器电连接。

过压保护在此尤其理解为，中间回路中的部件（如驱动部件或其他消耗器）受保护而免受功能妨碍和/或被形成的过压、尤其暂态电压峰值损毁。中间回路在此例如是直流电压中间回路和/或车辆的（电）牵引网路，并且尤其经由直流变压器（dc/dc转换器）与这些储能单元或该储能单元和/或能量源连接。该连接优选脱耦，其中脱耦在没有电流隔离的情况下或者利用电流隔离来实施。电压保护功能或过压保护由此优选并不进入故障状态，而是呈现为常规的运行情况（运行状态）。

直流变压器在此优选将（电）网络如中间回路和/或所述至少一个储能单元和/或能量源分别彼此连接，其中所述网络分别具有不同的电压水平。中间回路的在直流变压器的端子上施加的电压（即尤其中间回路电压）优选可以在200v与1000v之间、优选在380v与800v之间、特别优选在400v与600v之间的范围中。储能单元的标称电压、即尤其相应的储能单元的在直流变压器的端子上施加的电压优选可以在150v与850v之间、优选在200v与600v之间、特别优选在250v与400v之间的范围中。在燃料电池的输出端上的电压和/或燃料电池的在直流变压器的端子上施加的电压可以优选在230v与430v之间、优选在300v与330v之间的范围中。由此，例如通过使用直流变压器能够实现：车辆驱动装置可以通过燃料电池和/或一个或多个储能单元来驱动。该车辆例如可以实施为机动车和/或乘用车和/或载重车和/或燃料电池车辆和/或电动车辆。

为了过压保护，优选通过监控检测过压并且接着通过控制开关单元来将导致过压的能量引导或导出到功率散能源。在此，尤其是直流变压器通过如下方式来绕开：该开关单元或过压保护装置形成对直流变压器的旁路，即与其并联连接。功率散能源优选通过（尤其唯一的）储能单元形成，该储能单元优选可以最大地负荷电流。可替选地可以设定，多个储能单元形成功率散能源和/或设置多个开关单元，以便将相应不同的储能单元与中间回路电连接。该多个开关单元于是必要时同时为了过压保护而按照根据本发明的方法来运行，或者可替选地这些开关单元中的仅仅一个开关单元运行，以便例如实现冗余。

储能单元在此例如构建为电能储存器、譬如（可充电的）电池并且优选不仅是电散能源而且是电源。电散能源在此可以经由直流变压器吸收电能并且电源可以将能量发送给直流变压器或经由直流变压器发送给其他与直流变压器连接的网络。能源在此例如可以构建为纯能量源，其中在此情况下阻止能量经由直流变压器（向回）馈送到能量源。这例如能够实现连接燃料电池以对中间回路馈送。因此，对于纯能量源而言可以仅设置向直流变压器的单向能量传输，而在储能单元中例如设置双向能量传输（即不仅能量吸收而且能量输出、或者说不仅用作源而且用作散能源）。

此外，在本发明的范围内可考虑的是，这样进行对开关单元的监控和/或控制，使得通过监控确定中间回路电压的电压值（即尤其被测量），其中当所确定的电压值大于（预先存储的）最大电压值时，允许在中间回路与储能单元之间的电流流动，而在所确定的电压值小于或等于最大电压值时，（部分或完全）抑制在中间回路与储能单元之间的电流流动。开关单元优选可以构造为，使得降低在中间回路与储能单元之间的电连接、尤其是开关单元的电阻，以允许电流流动。例如可以提高电阻来抑制电流流动。为此，开关单元例如可以实施为电子开关。电流流动的允许例如可按节拍地和/或仅在确定的脉冲中进行并且因此仅持续确定的时间。接着，（必要时在其他过渡时间后）可以重新进行监控和控制。必要时，于是该过程、即尤其重新（循环）脉冲式允许电流流动重复执行，直至所确定的电压值低于或等于最大电压值。这具有如下优点：可以快速且以低的位置开销实现对直流变压器的可开关的旁路。

在本发明的范围内可以设定：对开关单元的控制和/或电流流动的允许按节拍地进行和/或脉冲式地或可替选地持续进行，并且尤其在预先确定的持续时间中被执行并且接着在第二预先确定的持续时间中被中断。优选地，监控、尤其是电压测量持续地和/或模拟地进行。尤其是，当通过监控确定超过最大允许的电压（即例如最大电压值）时才执行控制。按节拍的控制在此尤其也理解为，对（在中间回路与储能器之间的）电流流动的允许和/或抑制按节拍地进行。例如，当所确定的电压值大于最大电压值时，能够实现只在限定的脉冲中控制电流流动（并且接着又阻止）。控制优选可以重复，直至中间回路电压（所确定的电压值）小于或等于最大电压值。为了监控，尤其是还优选将所测得的电压值、尤其是在直流变压器上施加的中间回路电压与参考电压（例如对应于最大电压值）比较。节拍在此例如可以以在1khz与100khz之间、优选在10khz与50khz之间的频率进行。第一预先确定的持续时间和/或第二预先确定的持续时间例如可以在10µs与1ms之间、优选在100µs与500µs之间的范围中。此外可考虑的是，控制以电子方式进行，其中为此监控单元和/或开关单元具有电子部件。这种电子部件在此优选包括至少一个集成电路和/或微处理器和/或微控制器和/或半导体器件。由此，尤其能够实现以高效率灵活且快速地控制和监控。

此外，可考虑的是，根据对开关单元的控制，在预先确定的脉冲持续时间中允许或抑制在中间回路与储能单元之间的电流流动。预先确定的脉冲持续时间在此可以在如下范围中，该范围在上文中针对第一预先确定的持续时间和第二预先确定的持续时间曾予以描述。由此实现了高效且可靠的电压保护。

此外可考虑的是，预先确定的脉冲持续时间根据开关单元的热学极限来预先确定或者是预先确定的。在此可能的是，预先确定的脉冲持续时间例如作为数字存储的值以电子方式预先存储在电子存储器单元中。预先确定的脉冲持续时间在此优选可以选择为，使得其在如下脉冲持续时间之下，该脉冲持续时间超过较长的时间会导致开关单元损毁。此外也可以设定，设置对开关单元的温度监控。由此可以改善过压保护装置的使用寿命。

同样，本发明的主题是一种用于在车辆的电驱动装置中的电中间回路中过压保护的系统，其中该中间回路包括至少一个驱动部件，并且优选该中间回路经由（尤其仅唯一的）直流变压器与至少一个电能量源电连接。优选设定，至少一个电储能器单元经由该直流变压器与中间回路和能量源连接。在此情况下可考虑的是，过压保护装置经由电子开关单元将中间回路和所述储能单元或者所述储能单元中的至少一个与直流变压器彼此并联电连接。由此，根据本发明的系统带来与参照根据本发明的方法已详细阐述的优点相同的优点。此外，该系统尤其可以按照根据本发明的方法来运行。

直流变压器优选具有多个端子，所述端子可以分别构建为单向或双向端子。储能单元在此例如与双向端子连接，使得能量流动可以在两个方向上进行。能量源例如与单向端子连接，使得能量传输仅可以从能量源到直流变压器，并且在相反方向被阻断。直流变压器在此例如可以具有至少三个、至少四个或至少五个端子，其中例如至少一个或至少两个或至少三个电储能单元分别与一个端子连接。一个或多个储能单元在此尤其形成一个功率散能源，在检测到过压时通过过压装置可以将能量从中间回路引导至功率散能源。过压系统因此通过过压装置和功率散能源来形成，即用作功率散能源的至少一个电储能单元。由此可以可靠且高效地进行过压保护。

此外可能的是，过压保护装置与直流变压器形成共同的组件，尤其是具有用于储能单元和/或中间回路和/或能量源的共同的端子，并且优选通过具有用于监控中间回路电压的监控单元而（完全）功能上与直流变压器相独立地实施。可替选地也可以考虑的是，过压保护装置在功能上与前馈控制有关。此外可考虑的是，过压保护装置将电信号尤其状态输出到直流变压器和/或另一车辆控制设备上。此外可能的是，前馈控制通过直流变压器和/或车辆控制设备设置。为此，直流变压器和/或车辆控制设备例如可以与过压保护装置电连接。直流变压器例如实施为电子组件，该电子组件尤其也包括壳体。过压装置在此可以集成在该电子组件中和/或具有与直流变压器或电子组件共同的壳体。因此对于过压装置而言不需要附加的安装空间需求。监控单元在此例如包括至少一个电子部件、尤其是至少一个半导体开关，优选mosfet（metall-oxid-halbleiter-feldeffekttransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管）和/或igbt（insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极晶体管）和/或至少一个参考电压源和/或至少一个比较器。因此，通过监控单元可以可靠地测量中间回路电压。

在本发明的范围内的另一优点在驱动部件包括如下部件中的至少一个时可以实现：

-至少一个逆变器，所述逆变器尤其与至少一个电机电连接，

-至少一个电机，优选用于驱动车辆的电动机，

-至少一个辅助单元，优选涡轮增压器，用于压缩用于燃料电池的空气，和/或用于车辆内部空间的附加加热装置。

附加供暖装置在此例如实施为ptc加热元件。驱动部件、尤其驱动装置在此例如为高压部件。电机的功率尤其为50kw到150kw，优选80kw到100kw，并且燃料电池的功率优选为50kw到200kw，优选80kw到100kw，并且电池功率优选为20kw到150kw、尤其为25kw到100kw。通过过压保护装置在此可以可靠地保护驱动部件。在此可考虑的是，过压保护装置也集成在至少一个驱动部件中和/或与驱动部件中的至少一个形成共同的组件和/或与其连接。

此外有利地可以设定，过压保护装置具有至少一个电滤波器单元，尤其是扼流圈，其中尤其是开关单元构成为功率半导体、尤其是mosfet和/或igbt。电滤波器单元在此尤其用于防止绝对短路并且优选实施为高通滤波器。滤波器单元尤其用于对根据对开关单元的控制被允许的电流流动进行滤波。由此可以进一步改善过压保护。

有利地，在本发明的范围中可以设定，能量源实施为燃料电池和/或增程器。此外可考虑的是，将能量源实施为其他储能单元。增程器尤其理解为内燃机，其驱动发电机，该发电机对储能器单元和/或电动机供给电流。增程器尤其可以用于提高车辆的活动范围。在也可考虑的是，多个能量源、还尤其是不同的能量源与直流变压器连接。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节从如下参照附图详细描述本发明的实施例的说明中得到。在此，在权利要求书中和在说明书中所提及的特征分别单独地或任意组合地反映本发明的实质。在附图中：

图1：根据本发明的系统200的示意图，

图2：用于可视化根据本发明的方法100的示意图。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了根据本发明的系统200，该系统包括过压保护装置10。过压保护装置10包括至少一个开关单元11、至少一个滤波器单元12以及至少一个监控单元13。此外示出直流变压器250，该直流变压器将多个网络彼此连接。这样的网络例如是中间回路220，该中间回路包括至少一个驱动部件60，如驱动装置50。其他网络是至少一个储能单元40，该储能单元经由直流变压器250与中间回路220连接。在此情况下，通过双箭头可视化，中间回路220和所述至少一个储能单元40分别连接到直流变压器250的端子251上，该端子能够实现双向能量传输。自然，其他源和/或散能源、尤其是其他储能单元40，优选可以分别经由直流变压器250的自身的端子251与直流变压器250（电）连接。这样，例如总共至少两个和/或至少三个和/或至少四个和/或至少五个散能源和/或源可以与直流变压器250连接。而例如构建为燃料电池的能量源30经由单向端子251与直流变压器250连接，如通过在相应仅仅一个方向上的箭头所示的那样。自然，其他源30尤其是可以分别经由直流变压器250的自身的（单向）端子251与直流变压器250（电）连接。如通过虚线可视化的那样，过压保护装置10与中间回路220和至少一个储能单元40电连接。该连接优选也可以单向地仅朝向储能单元40的方向实施。经过该连接可以允许从中间回路220到储能单元40的电流流动，优选只有当监控单元13检测到过压时才允许。由此，可以设定，过压单元13以电气方式和/或以电子方式控制开关单元11并且因此能够实现电流流动。此外可考虑的是，过压保护装置10与直流变压器250形成共同的组件14并且因此也向外具有与直流变压器250共同的端子252。

在图2中示意地可视化根据本发明的方法100。在此情况下，根据第一方法步骤100.1，监控中间回路电压，其中根据第二方法步骤100.2，尤其是在所确定的电压值大于最大电压值时，才允许在中间回路220和储能单元40之间的电流流动（必要时按节拍地）。根据第三方法步骤100.3，当所确定的电压值小于或等于最大电压值时，抑制在中间回路220和储能单元40之间的电流流动。接着，（尤其在一定的时间之后和/或循环重复地）在第一方法步骤100.1时重新开始控制和/或监控。

前面对实施形式的阐述仅在实例的范畴内描述了本发明。当然，实施形式的各个特征，只要在技术上合理，就可以自由地彼此组合，而不离开本发明的范围。

附图标记表

10过压保护装置

11开关单元

12滤波器单元、扼流圈

13监控单元、过压监控单元

14共同的组件

30能量源、燃料电池

40储能单元

50驱动装置

60驱动部件

100方法

100.1第一方法步骤

100.2第二方法步骤

100.3第三方法步骤

200系统

220中间回路

250直流变压器

251端子

252共同的端子