[发明专利]驱动机械设备的电气装置和相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于驱动机械设备(例如机动车辆)的电气装置的领域，在机动车辆的情况下，使用电动马达并在某些情况下(例如在刹车期间)可以恢复由机械设备提供的部分能量，又被称为再生制动。

背景技术

在现有技术中，电动马达是由可再充电的高压蓄电池1供电，蓄电池将直流电流传送到用于将直流电流转换为交流电流的逆变器3，使得可以向电动马达5供电，后者使机械设备产生运动，如图1所示。

此外，通常是如图1所示的异步三相马达的电动马达5的运行也可利用不被机械设备所使用的机械能作为发电机来给蓄电池1再充电。然而，尤其在市区内行驶时，车辆进行短暂的和突然的刹车，从而在短时间内和在反复的时间过程内产生大量的能量。现有技术的蓄电池1不能接受产生的强电流，并且因此而产生的暂态情况可能导致这些蓄电池1的过早损坏。

为克服这个问题，现有技术的解决方案是使用超级电容器来存储刹车期间恢复的能量，就像在EP1 241 041专利中所描述的。图2至5示出了根据现有技术的结构的实例，该结构中超级电容器应用于电动马达5的供电电路中。

在图2中，超级电容器7与蓄电池1并联连接。这种结构的问题在于不能控制蓄电池和超级电容器间的能量管理。因此，超级电容器不能放电到0伏或者不能充电到比蓄电池电压高的电压，这限制了超级电容器的容量的使用，因此也限制了其优点。

为克服这个问题，一个可行方法是引入直流到直流(DC-DC)变换器9，其允许对超级电容器进行独立管理，如图3所示。但是，由于直流到电流变换器9的成本使得该结构很昂贵。

一些供电电路已经在逆变器3的上级有一个升压变换器11。由于逆变器3的供电可控，所以这种结构可使供电电路最优化。因此可以想到将超级电容器7放在升压变换器11的输出端，如图4所示。然而，这将在逆变器3的供电电压和超级电容器7的充电状态之间产生依赖性。因此，当逆变器3的供电电压变低时，也就是在例如低速的情况下，超级电容器7因此被强迫放电。此外，超级电容器7不能进行彻底放电。这些缺点可通过增加直流到直流(DC-DC)变换器9来克服，如图5所示，但这种情况下，与如图3所示的结构一样，变换器9的成本非常高。

发明内容

因此，有必要提出一种简单、低廉的实施例，使得能够克服之前所述现有技术的缺点，尤其能够使得用于电动马达5的能量恢复的超级电容器7的容量的利用达到最优。

因此，本发明的示例性实施例提供了一种用于驱动机械设备的电子装置，其包括交流马达和逆变器，所述逆变器对于所述马达的每一相包含H电桥结构，该H电桥结构包含4个开关元件，所述开关元件分布在连接所述H电桥结构的两个端子的两个分支上，并用于给马达的所述至少一相的绕组供电，所述绕组是具有中点的绕组，以及所述电气装置还对于所述马达的每一相包括至少一个能量存储单元，具体地是超级电容器，该能量存储单元一方面连接到该马达的相关相的绕组的中点，另一方面，连接到向所述绕组供电的H电桥结构的端子。

本发明另外一个示例性实施例提供了一种用于驱动机械设备的电气装置，其包括交流马达和逆变器，所述逆变器对于所述马达的每一相包括H电桥结构，所述H电桥结构包括四个开关元件，所述开关元件分布在连接所述H电桥结构的两个端子的两个分支上，用于给所述马达的至少所述一相的绕组供电，所述绕组是具有中点的绕组；

该电气装置进一步包括至少一个能量存储单元，具体地是超级电容器，该能量存储单元一方面通过所述相的绕组的中点连接到马达的至少一相，另一方面，连接到向所述绕组供电的H电桥结构的端子。

该装置可以包括单个能量存储单元，具体地是单个超级电容器，具体地一方面直接连接到马达的每一相的绕组的中点，另一方面连接到向所述绕组供电的H电桥结构的所述端子。

作为一种变化，该装置可以包括用于每一相的能量存储单元，具体地是超级电容器，该能量存储单元一方面连接到马达的所述相的绕组的中点，另一方面连接到向所述绕组供电的H电桥结构的所述端子。

能量存储单元连接到的H电桥结构的端子可以对应于连接到地电位的端子，该能量存储单元在这种情况下可以是超级电容器。

超级电容器例如是具有介于1000到5000W/kg之间的功率密度和/或介于4到6Wh/kg之间的能量密度的电容器。

超级电容器可以是电化学双层超级电容器。

根据本发明的第一个实施例，马达由燃料电池供电。燃料电池是电气装置的一部分。