本發明涉及用于在車輛的電驅動裝置中的中間回路中過壓保護的方法和系統。

背景技術：

在現有技術中已知的是，在具有電驅動裝置的車輛中使用中間回路、尤其牽引網絡，該中間回路尤其包括電驅動裝置并且可能包括其他驅動部件以及消耗器。該中間回路在此可以直接與能量源和/或散能源（energiesenke）如電池連接。可替選地，已知經由直流變壓器與一個或多個能量源和/或散能源連接。在后述情況中，在驅動側上存在脫耦的電壓中間回路。尤其在燃料電池車輛中，燃料電池作為能量源還經由直流變壓器與中間網絡連接。

在de102014107093a1中公開了一種用于在旋轉多相電機中作為對應措施實施短路的方法。在此情況下，檢測故障狀態，其中在開始指令整流器/逆變器模塊進入電學開路的狀態中。

在de102004023505a1中公開了一種用于在混合驅動車輛的電氣系統中進行能量管理的方法。在該文獻中描述了一種電機，其可以通過內燃機或通過回收以發電機方式運行。

已證明為缺點的是，在使用用于將中間回路脫耦的直流變壓器時只能不充分地導出中間回路上的過壓。直流變壓器在此通常不能足夠快地對過壓做出反應并且將能量轉移到散能源(senke)（例如連接在直流變壓器上的電池）中，導致在電壓中間回路上出現暫態電壓峰值。過壓在此例如由于電機卸荷（車輪打滑）形成。過壓在此例如會造成牽引網絡或中間回路中的部件的關斷和/或損毀。

已知的是，為了過壓保護使用所謂的斬波器，其中附加的制動電阻用于吸收能量。然而，該可能性要求更高的安裝空間需求并且必要時需要冷卻。此外，該已知的方案通常僅具有不充分的用于過壓保護的效率。

技術實現要素：

因此，本發明的目的是至少部分消除上面所述的缺點。尤其是，本發明的目的是能夠實現可靠的過壓保護，并且尤其在此同時降低了安裝空間需求。此外，優選要降低提供過壓保護的成本，其方式是：要有利地制造的直流變壓器在沒有隨之出現過壓保護降低的情況下可被使用。

上述的目的通過具有權利要求1的特征的方法和通過具有權利要求6的特征的系統來解決。本發明的其他特征和細節從相應的從屬權利要求、描述和附圖中得到。在此，結合根據本發明的方法所描述的特征和細節當然也適于結合根據本發明的系統，并且反之亦然，從而針對各個發明方面的公開內容始終可以相互參考。

該目的尤其通過用于在車輛的電驅動裝置中的電中間回路中過壓保護的方法來解決。在此，尤其是設定，中間回路包括至少一個驅動部件，和中間回路經由直流變壓器與至少一個電儲能器單元電連接。在此可以設定，過壓保護裝置和/或過壓保護系統借助電子開關單元將中間回路和儲能單元與直流變壓器彼此并聯地電連接，其中通過過壓保護裝置監控中間回路的中間回路電壓，尤其是通過監控單元來監控，并且該開關單元根據對中間回路電壓的監控、尤其通過監控單元來控制。換言之，尤其是通過如下方式實現過壓保護：該開關單元用作對直流變壓器的旁路。該開關單元由此優選形成可開關的旁路，該旁路可以在繞開直流變壓器的情況下和/或自主地在無直流變壓器操縱的情況下將來自中間回路的能量引導至儲能單元，其中儲能單元因此用作功率散能源（leistungssenke）。以此方式可以實現對電系統的可靠的過壓保護。此外，例如總共至少兩個和/或至少三個和/或至少四個和/或至少五個和/或至少六個能量源和/或散能源、如儲能單元尤其是可以各經由直流變壓器的自己的端子與直流變壓器電連接。

過壓保護在此尤其理解為，中間回路中的部件（如驅動部件或其他消耗器）受保護而免受功能妨礙和/或被形成的過壓、尤其暫態電壓峰值損毀。中間回路在此例如是直流電壓中間回路和/或車輛的（電）牽引網路，并且尤其經由直流變壓器（dc/dc轉換器）與這些儲能單元或該儲能單元和/或能量源連接。該連接優選脫耦，其中脫耦在沒有電流隔離的情況下或者利用電流隔離來實施。電壓保護功能或過壓保護由此優選并不進入故障狀態，而是呈現為常規的運行情況（運行狀態）。

直流變壓器在此優選將（電）網絡如中間回路和/或所述至少一個儲能單元和/或能量源分別彼此連接，其中所述網絡分別具有不同的電壓水平。中間回路的在直流變壓器的端子上施加的電壓（即尤其中間回路電壓）優選可以在200v與1000v之間、優選在380v與800v之間、特別優選在400v與600v之間的范圍中。儲能單元的標稱電壓、即尤其相應的儲能單元的在直流變壓器的端子上施加的電壓優選可以在150v與850v之間、優選在200v與600v之間、特別優選在250v與400v之間的范圍中。在燃料電池的輸出端上的電壓和/或燃料電池的在直流變壓器的端子上施加的電壓可以優選在230v與430v之間、優選在300v與330v之間的范圍中。由此，例如通過使用直流變壓器能夠實現：車輛驅動裝置可以通過燃料電池和/或一個或多個儲能單元來驅動。該車輛例如可以實施為機動車和/或乘用車和/或載重車和/或燃料電池車輛和/或電動車輛。

為了過壓保護，優選通過監控檢測過壓并且接著通過控制開關單元來將導致過壓的能量引導或導出到功率散能源。在此，尤其是直流變壓器通過如下方式來繞開：該開關單元或過壓保護裝置形成對直流變壓器的旁路，即與其并聯連接。功率散能源優選通過（尤其唯一的）儲能單元形成，該儲能單元優選可以最大地負荷電流。可替選地可以設定，多個儲能單元形成功率散能源和/或設置多個開關單元，以便將相應不同的儲能單元與中間回路電連接。該多個開關單元于是必要時同時為了過壓保護而按照根據本發明的方法來運行，或者可替選地這些開關單元中的僅僅一個開關單元運行，以便例如實現冗余。

儲能單元在此例如構建為電能儲存器、譬如（可充電的）電池并且優選不僅是電散能源而且是電源。電散能源在此可以經由直流變壓器吸收電能并且電源可以將能量發送給直流變壓器或經由直流變壓器發送給其他與直流變壓器連接的網絡。能源在此例如可以構建為純能量源，其中在此情況下阻止能量經由直流變壓器（向回）饋送到能量源。這例如能夠實現連接燃料電池以對中間回路饋送。因此，對于純能量源而言可以僅設置向直流變壓器的單向能量傳輸，而在儲能單元中例如設置雙向能量傳輸（即不僅能量吸收而且能量輸出、或者說不僅用作源而且用作散能源）。

此外，在本發明的范圍內可考慮的是，這樣進行對開關單元的監控和/或控制，使得通過監控確定中間回路電壓的電壓值（即尤其被測量），其中當所確定的電壓值大于（預先存儲的）最大電壓值時，允許在中間回路與儲能單元之間的電流流動，而在所確定的電壓值小于或等于最大電壓值時，（部分或完全）抑制在中間回路與儲能單元之間的電流流動。開關單元優選可以構造為，使得降低在中間回路與儲能單元之間的電連接、尤其是開關單元的電阻，以允許電流流動。例如可以提高電阻來抑制電流流動。為此，開關單元例如可以實施為電子開關。電流流動的允許例如可按節拍地和/或僅在確定的脈沖中進行并且因此僅持續確定的時間。接著，（必要時在其他過渡時間后）可以重新進行監控和控制。必要時，于是該過程、即尤其重新（循環）脈沖式允許電流流動重復執行，直至所確定的電壓值低于或等于最大電壓值。這具有如下優點：可以快速且以低的位置開銷實現對直流變壓器的可開關的旁路。

在本發明的范圍內可以設定：對開關單元的控制和/或電流流動的允許按節拍地進行和/或脈沖式地或可替選地持續進行，并且尤其在預先確定的持續時間中被執行并且接著在第二預先確定的持續時間中被中斷。優選地，監控、尤其是電壓測量持續地和/或模擬地進行。尤其是，當通過監控確定超過最大允許的電壓（即例如最大電壓值）時才執行控制。按節拍的控制在此尤其也理解為，對（在中間回路與儲能器之間的）電流流動的允許和/或抑制按節拍地進行。例如，當所確定的電壓值大于最大電壓值時，能夠實現只在限定的脈沖中控制電流流動（并且接著又阻止）。控制優選可以重復，直至中間回路電壓（所確定的電壓值）小于或等于最大電壓值。為了監控，尤其是還優選將所測得的電壓值、尤其是在直流變壓器上施加的中間回路電壓與參考電壓（例如對應于最大電壓值）比較。節拍在此例如可以以在1khz與100khz之間、優選在10khz與50khz之間的頻率進行。第一預先確定的持續時間和/或第二預先確定的持續時間例如可以在10μs與1ms之間、優選在100μs與500μs之間的范圍中。此外可考慮的是，控制以電子方式進行，其中為此監控單元和/或開關單元具有電子部件。這種電子部件在此優選包括至少一個集成電路和/或微處理器和/或微控制器和/或半導體器件。由此，尤其能夠實現以高效率靈活且快速地控制和監控。

此外，可考慮的是，根據對開關單元的控制，在預先確定的脈沖持續時間中允許或抑制在中間回路與儲能單元之間的電流流動。預先確定的脈沖持續時間在此可以在如下范圍中，該范圍在上文中針對第一預先確定的持續時間和第二預先確定的持續時間曾予以描述。由此實現了高效且可靠的電壓保護。

此外可考慮的是，預先確定的脈沖持續時間根據開關單元的熱學極限來預先確定或者是預先確定的。在此可能的是，預先確定的脈沖持續時間例如作為數字存儲的值以電子方式預先存儲在電子存儲器單元中。預先確定的脈沖持續時間在此優選可以選擇為，使得其在如下脈沖持續時間之下，該脈沖持續時間超過較長的時間會導致開關單元損毀。此外也可以設定，設置對開關單元的溫度監控。由此可以改善過壓保護裝置的使用壽命。

同樣，本發明的主題是一種用于在車輛的電驅動裝置中的電中間回路中過壓保護的系統，其中該中間回路包括至少一個驅動部件，并且優選該中間回路經由（尤其僅唯一的）直流變壓器與至少一個電能量源電連接。優選設定，至少一個電儲能器單元經由該直流變壓器與中間回路和能量源連接。在此情況下可考慮的是，過壓保護裝置經由電子開關單元將中間回路和所述儲能單元或者所述儲能單元中的至少一個與直流變壓器彼此并聯電連接。由此，根據本發明的系統帶來與參照根據本發明的方法已詳細闡述的優點相同的優點。此外，該系統尤其可以按照根據本發明的方法來運行。

直流變壓器優選具有多個端子，所述端子可以分別構建為單向或雙向端子。儲能單元在此例如與雙向端子連接，使得能量流動可以在兩個方向上進行。能量源例如與單向端子連接，使得能量傳輸僅可以從能量源到直流變壓器，并且在相反方向被阻斷。直流變壓器在此例如可以具有至少三個、至少四個或至少五個端子，其中例如至少一個或至少兩個或至少三個電儲能單元分別與一個端子連接。一個或多個儲能單元在此尤其形成一個功率散能源，在檢測到過壓時通過過壓裝置可以將能量從中間回路引導至功率散能源。過壓系統因此通過過壓裝置和功率散能源來形成，即用作功率散能源的至少一個電儲能單元。由此可以可靠且高效地進行過壓保護。

此外可能的是，過壓保護裝置與直流變壓器形成共同的組件，尤其是具有用于儲能單元和/或中間回路和/或能量源的共同的端子，并且優選通過具有用于監控中間回路電壓的監控單元而（完全）功能上與直流變壓器相獨立地實施。可替選地也可以考慮的是，過壓保護裝置在功能上與前饋控制有關。此外可考慮的是，過壓保護裝置將電信號尤其狀態輸出到直流變壓器和/或另一車輛控制設備上。此外可能的是，前饋控制通過直流變壓器和/或車輛控制設備設置。為此，直流變壓器和/或車輛控制設備例如可以與過壓保護裝置電連接。直流變壓器例如實施為電子組件，該電子組件尤其也包括殼體。過壓裝置在此可以集成在該電子組件中和/或具有與直流變壓器或電子組件共同的殼體。因此對于過壓裝置而言不需要附加的安裝空間需求。監控單元在此例如包括至少一個電子部件、尤其是至少一個半導體開關，優選mosfet（metall-oxid-halbleiter-feldeffekttransistor：金屬氧化物半導體場效應晶體管）和/或igbt（insulatedgatebipolartransistor：絕緣柵雙極晶體管）和/或至少一個參考電壓源和/或至少一個比較器。因此，通過監控單元可以可靠地測量中間回路電壓。

在本發明的范圍內的另一優點在驅動部件包括如下部件中的至少一個時可以實現：

-至少一個逆變器，所述逆變器尤其與至少一個電機電連接，

-至少一個電機，優選用于驅動車輛的電動機，

-至少一個輔助單元，優選渦輪增壓器，用于壓縮用于燃料電池的空氣，和/或用于車輛內部空間的附加加熱裝置。

附加供暖裝置在此例如實施為ptc加熱元件。驅動部件、尤其驅動裝置在此例如為高壓部件。電機的功率尤其為50kw到150kw，優選80kw到100kw，并且燃料電池的功率優選為50kw到200kw，優選80kw到100kw，并且電池功率優選為20kw到150kw、尤其為25kw到100kw。通過過壓保護裝置在此可以可靠地保護驅動部件。在此可考慮的是，過壓保護裝置也集成在至少一個驅動部件中和/或與驅動部件中的至少一個形成共同的組件和/或與其連接。

此外有利地可以設定，過壓保護裝置具有至少一個電濾波器單元，尤其是扼流圈，其中尤其是開關單元構成為功率半導體、尤其是mosfet和/或igbt。電濾波器單元在此尤其用于防止絕對短路并且優選實施為高通濾波器。濾波器單元尤其用于對根據對開關單元的控制被允許的電流流動進行濾波。由此可以進一步改善過壓保護。

有利地，在本發明的范圍中可以設定，能量源實施為燃料電池和/或增程器。此外可考慮的是，將能量源實施為其他儲能單元。增程器尤其理解為內燃機，其驅動發電機，該發電機對儲能器單元和/或電動機供給電流。增程器尤其可以用于提高車輛的活動范圍。在也可考慮的是，多個能量源、還尤其是不同的能量源與直流變壓器連接。

附圖說明

本發明的其他優點、特征和細節從如下參照附圖詳細描述本發明的實施例的說明中得到。在此，在權利要求書中和在說明書中所提及的特征分別單獨地或任意組合地反映本發明的實質。在附圖中：

圖1：根據本發明的系統200的示意圖，

圖2：用于可視化根據本發明的方法100的示意圖。

具體實施方式

在圖1中示意性地示出了根據本發明的系統200，該系統包括過壓保護裝置10。過壓保護裝置10包括至少一個開關單元11、至少一個濾波器單元12以及至少一個監控單元13。此外示出直流變壓器250，該直流變壓器將多個網絡彼此連接。這樣的網絡例如是中間回路220，該中間回路包括至少一個驅動部件60，如驅動裝置50。其他網絡是至少一個儲能單元40，該儲能單元經由直流變壓器250與中間回路220連接。在此情況下，通過雙箭頭可視化，中間回路220和所述至少一個儲能單元40分別連接到直流變壓器250的端子251上，該端子能夠實現雙向能量傳輸。自然，其他源和/或散能源、尤其是其他儲能單元40，優選可以分別經由直流變壓器250的自身的端子251與直流變壓器250（電）連接。這樣，例如總共至少兩個和/或至少三個和/或至少四個和/或至少五個散能源和/或源可以與直流變壓器250連接。而例如構建為燃料電池的能量源30經由單向端子251與直流變壓器250連接，如通過在相應僅僅一個方向上的箭頭所示的那樣。自然，其他源30尤其是可以分別經由直流變壓器250的自身的（單向）端子251與直流變壓器250（電）連接。如通過虛線可視化的那樣，過壓保護裝置10與中間回路220和至少一個儲能單元40電連接。該連接優選也可以單向地僅朝向儲能單元40的方向實施。經過該連接可以允許從中間回路220到儲能單元40的電流流動，優選只有當監控單元13檢測到過壓時才允許。由此，可以設定，過壓單元13以電氣方式和/或以電子方式控制開關單元11并且因此能夠實現電流流動。此外可考慮的是，過壓保護裝置10與直流變壓器250形成共同的組件14并且因此也向外具有與直流變壓器250共同的端子252。

在圖2中示意地可視化根據本發明的方法100。在此情況下，根據第一方法步驟100.1，監控中間回路電壓，其中根據第二方法步驟100.2，尤其是在所確定的電壓值大于最大電壓值時，才允許在中間回路220和儲能單元40之間的電流流動（必要時按節拍地）。根據第三方法步驟100.3，當所確定的電壓值小于或等于最大電壓值時，抑制在中間回路220和儲能單元40之間的電流流動。接著，（尤其在一定的時間之后和/或循環重復地）在第一方法步驟100.1時重新開始控制和/或監控。

前面對實施形式的闡述僅在實例的范疇內描述了本發明。當然，實施形式的各個特征，只要在技術上合理，就可以自由地彼此組合，而不離開本發明的范圍。

附圖標記表

10過壓保護裝置

11開關單元

12濾波器單元、扼流圈

13監控單元、過壓監控單元

14共同的組件

30能量源、燃料電池

40儲能單元

50驅動裝置

60驅動部件

100方法

100.1第一方法步驟

100.2第二方法步驟

100.3第三方法步驟

200系統

220中間回路

250直流變壓器

251端子

252共同的端子