[发明专利]一种用于异步电机的逆变单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于异步电机的逆变单元以及包括根据本发明的逆变单元的蓄电池和驱动单元。

背景技术

在将来，不仅在静态应用中，而且在例如混合动力车辆和电动车辆的车辆中，都将更多地使用蓄电池系统。为了能够满足对于各种应用所给出的对电压和可提供的功率的要求，串联连接大量的蓄电池单池。因为由这种蓄电池所提供的电流必须流过所有的蓄电池单池并且一个蓄电池单池只能够传导有限的电流，所以经常并联连接额外的蓄电池单池，以便提高最大的电流。这能够要么通过在蓄电池单池壳体内设置多个单池线圈要么通过外部连接多个蓄电池单池来实现。但是，在此有问题的是，由于不完全一致的单池容量和单池电压能够导致在串联连接的蓄电池单池之间的平衡电流。

在图1中示出了常见的电驱动单元的原理电路图，其例如在电动或者混合动力车辆或者还在例如风力发电设备的转子叶片调节的静态应用中使用。蓄电池10连接到平衡电压中间电路上，该平衡电压中间电路由中间电路电容11缓冲。在该平衡电压中间电路上连接有脉冲逆变器12，其通过相应的两个可控的半导体阀和两个二极管在三个抽头点14-1、14-2、14-3上为电的驱动电机13的运行提供相互相位偏移的正弦电流。该中间电路电容11的容量必须足够大，以使得在平衡电压中间电路中的电压在一段时间内保持稳定，在这段时间内可控的半导体阀中的一个被接通。在例如电动车辆的实际应用中产生mF范围内的高的容量。

如果在图1中所示的作为电驱动电机13的装置使用异步电机，那么不利的是，由于在该异步电机的转子中的涡流损耗在高的转数的情况下可达到的功率受到限制。这种损耗由电流中的强烈的谐波造成，该谐波由脉冲逆变器12的高的电位差和因此出现的随着时间的电流变化的高的数值造成。为了减少这种损耗，当前常见的是，在脉冲逆变器12和异步电机13之间连接滤波器15，如图2中所示。通过该滤波器15电流中的谐波得以减小，从而该损耗得以减少并且在高的转数的情况下的运行才可能变得有意义。然而该滤波器15大幅提高了所要求的控制线路的复杂性、需要结构空间并且还意味着很大的成本因素。

发明内容

根据本发明提供了一种具有至少一个输出端的逆变单元。该逆变单元的输出端能够连接到异步电机的线圈上，并且该逆变单元被设置用于，在其输出端处提供多个电压等级。因此可能的是，使如图2中所示的没有滤波器的中间电路的高转数的异步电机运行，而在该异步电机中不产生值得一提的涡流损耗。因此该异步电机在高的转数或者高的功率的情况下运行变得可能。因为相比于同步电机，异步电机是非常便宜的并且通过使用根据本发明的逆变单元能够免去额外的滤波器，所以总体来说存在提供价格低廉的电的驱动单元的可能性。

优选地，该逆变单元被设置用于，在其输出端提供预先确定的频率的基本上为正弦状的电压信号。因为在逆变单元的输出端处的电压为分级可调节的，所以只能近似地实现正弦状的变化。然而在本发明的范围内这足以提供电压信号，通过使用足够多的数量的电压等级该电压信号如此强烈地接近理想的正弦状变化，使得该异步电机的功能性不会受到影响并且在该异步电机的线圈中的电流的随着时间的变化不会过大。

通常该逆变单元包括三个输出端，这三个输出端能够连接到在异步电机的定子中的通常使用的三个线圈上。

在本发明一个优选的实施方式中规定，逆变单元包括至少一个具有多个串联连接的蓄电池模块的蓄电池模块组。每个蓄电池模块包括至少一个蓄电池单池、至少一个耦合单元、第一连接端和第二连接端。该多个蓄电池模块中的每个被构造用于，根据对耦合单元的控制占据至少两个开关状态中的一个。在此不同的开关状态对应于在蓄电池模块的第一连接端和第二连接端之间的不同的电压值，即其能够量取在第一连接端和第二连接端之间的不同的电压。

耦合单元的不同的实施能够有利地得到应用。在第一实施方式中耦合单元构造用于，根据第一控制信号在第一连接端和第二连接端之间连接至少一个蓄电池单池以及根据第二控制信号连接第一连接端和第二连接端。

在另一个实施方式中蓄电池模块被构造用于，根据对耦合单元的控制可选地占据至少三个开关状态中的一个。在第一开关状态中蓄电池模块的第一连接端和第二连接端相连接。在第二开关状态中在第一连接端和第二连接端之间的至少一个蓄电池单池以第一（例如正的）极性连接。在第三开关状态中在第一连接端和第二连接端之间的至少一个蓄电池单池以与第一极性相反的（在同样的例子中负的）极性连接。

蓄电池模块或者耦合单元的不同实施方式也能够混合地存在于一个蓄电池模块组中。