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CN114174102A - 用于运行具有蓄能器和电阻的系统的方法和系统 - Google Patents

用于运行具有蓄能器和电阻的系统的方法和系统 Download PDF

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CN114174102A CN202080051749.2A CN202080051749A CN114174102A CN 114174102 A CN114174102 A CN 114174102A CN 202080051749 A CN202080051749 A CN 202080051749A CN 114174102 A CN114174102 A CN 114174102A
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Abstract

本发明涉及一种用于运行具有蓄能器和电阻的系统的方法和系统，其中，为了使蓄能器放电，持久地特别是在时间段(T)期间向电阻(R)输送时间上恒定的电功率(P)，特别是直至电阻实际上完全放电，特别是其中，时间段(T)大于电阻(R)的由输送给电阻的、时间上恒定的持续电功率引起的温度上升的时间常数。

Description

用于运行具有蓄能器和电阻的系统的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于运行具有蓄能器和电阻的系统的方法和系统。
背景技术
通常已知的是，使用制动电阻，以便减小在电机的发电机式运行中所产生的能量，由此防止危险的高电压的产生。
发明内容
因此，本发明的目的在于，使具有蓄能器的系统安全。
根据本发明，该目的在根据权利要求1的特征所述的方法中并且在根据权利要求11的特征所述的系统中得到实现。
在用于运行具有蓄能器和电阻的系统的方法方面，本发明的重要特征在于，
其中，为了使蓄能器放电，持久地/持续地、特别是在时间段T期间向电阻R供应在时间上恒定的电功率P，特别是直至电阻的实际上完全放电，
特别地，时间段T大于由供应给电阻的、时间上恒定的持续电功率引起的电阻R温度上升的时间常数。
在此，该温度上升可通过一阶微分方程描述并且在此示出PT1元件的行为。
在此优点是，电阻不是仅短时间地被施加以功率，以便降低中间电路电压，而是持久地被施加以尽可能大的功率P。该功率优选地大到使得电阻刚好还不被破坏。因此，最大允许功率可以作为热量持续地被排出到环境中。借助于根据本发明的方法可以使用尽可能小的电阻值，即可以实施蓄能器的快速放电。这种放电在运输情况以及在维修情况中是重要的。
在一个有利的设计方案中，检测施加在由电阻和可控半导体开关、特别是制动斩波器构成的串联电路上的电压U，
其中，所述串联电路或者直接由蓄能器所提供的电压馈电，或者经由DC/DC变换器由蓄能器所提供的电压馈电，
其中，给可控半导体开关供应具有脉宽调制比的、脉宽调制的驱动信号，所述脉宽调制比与所检测的电压的值相关，
特别地，根据(1/U)*(P*R)^1/2确定脉宽调制比。在此优点是，根据电压改变脉宽调制比，特别是在电压下降时增大脉宽调制比。
在一个有利的设计方案中，当电压U低于阈值时，可控半导体开关持久闭合，特别是其中，阈值是(P*R)^1/2。因此，当可供应给电阻的最大功率在允许的范围中时，能够实现特别快速的深度放电。因此避免了脉宽调制。
在一个有利的设计方案中，所述系统具有包括由电网馈电的整流器的电源模块/供给模块，所述电源模块的直流电压侧的连接端与逆变器的直流电压侧的连接端连接并且与DC/DC变换器的第一连接端连接，
其中，DC/DC变换器的第二连接端与蓄能器的提供电压U的连接端连接，
其中，在逆变器的交流电压侧的连接端上连接有电机、特别是三相交流电机。在此优点是，系统具有蓄能器，该蓄能器缓冲/暂时存储电机的以发电机方式产生的能量并且因此在从中间电路以马达方式获取功率时从交流电压供应网络获取的功率保持得很小。
在一个有利的设计方案中，在整流器的直流电压侧连接端与电源模块的直流电压侧连接端之间布置有DC/DC调节器，
在蓄能器放电期间，该DC/DC调节器使从整流器到由电阻R和可控半导体开关构成的串联电路的功率流停止，
特别是使得在如下功率模块上在放电时通过可控半导体开关或者替代地通过整流器的二极管产生热量：整流器的二极管和可控半导体升开关集成地布置在该功率模块上。在此优点是，可以中断从交流电压供应网络到中间电路的功率流。这特别是在放电时是重要的。
在一个有利的设计方案中，逆变器具有功率模块，在该功率模块上布置有布置成半桥的可控半导体开关。在此优点是，可控半导体开关可以实施为断路器并且尽管如此但仍可布置成在结构上集成，即可布置在共同的载体上。
在一个有利的设计方案中，功率P小于在电机的发电机式运行中能由电机经由逆变器向逆变器的直流电压侧连接端馈回的最大功率。在此优点是，借助于蓄能器虽然可以输出持久恒定的功率，但是在发电机式运行方式中多余的能量必须存储在蓄能器中。
在一个有利的设计方案中，驱动信号的脉宽调制频率在功率P的供应期间、特别在时间段T期间改变，
特别地，作为脉宽调制频率，在时间上相继地使用不同的、特别是离散的值。在此优点是，可以降低噪声排放或者至少不会听到单频的声音，而是可以将声能分配到不同的频率上。声音印象因此变得更可接受。
在一个有利的设计方案中，检测流经电阻R的电流I，
其中，特别是根据U/I，由时间上平均的、通过制动斩波器提供的电压和时间上平均的电流来确定制动电阻的当前电阻值，
并且在考虑表示制动电阻的温度相关性的特性曲线的情况下，确定相应的制动电阻的当前温度T。在此优点是，可以由所确定的电压和所确定的电流确定温度。
在一个有利的设计方案中，监测制动电阻的所确定的温度T是否超过阈值，特别是在超过之后，执行制动斩波器的紧急关断。在此优点是，可避免制动电阻的损坏。
在一个有利的设计方案中，通过相应地调节功率P作为调节器、特别是PI调节器的调节值，将所确定的温度朝向期望温度调节。在此优点是，即使在环境温度改变时，也可将最大功率从蓄能器排出到环境。
在特别是用于实施前述方法的所述系统中的重要特征在于：
所述系统具有包括由电网馈电的整流器的电源模块，所述电源模块的直流电压侧的连接端与所述系统的逆变器的直流电压侧的连接端连接并且与所述系统的DC/DC变换器的第一直流电压侧连接端连接，
其中，DC/DC变换器的第二直流电压侧连接端与蓄能器、特别是蓄电池装置和/或双层电容器装置和/或超级电容器装置连接，
其中，在逆变器的交流电压侧连接端上连接有电机、特别三相交流电机。在此优点是，为了运输目的或维护目的，可以使蓄能器放电。这种放电可以快速地执行，因为可以使用非常低的欧姆电阻值。这是因为，借助于检测施加在串联电路上的电压，通过相应合适的脉宽调制能够向电阻输出恒定的功率，并且即使在低电压的情况下也能够执行快速放电。
在一个有利的设计方案中，在整流器的直流电压侧连接端与电源模块的直流电压侧连接端之间布置有DC/DC调节器。在此优点是，可影响、特别是可断开从整流器到中间电路的功率流。此外，在整流器的直流电压侧连接端上存在的电压水平与中间电路水平不同，即与逆变器或电源模块的直流电压侧连接端上的电压水平不同。
在一个有利的设计方案中，与制动电阻串联连接的可控半导体开关布置在DC/DC变换器的壳体中。在此优点是，可控半导体开关可以与DC/DC变换器的其他电子器件集成地实施并且于是也可以与该其他电子器件一起散热。
在一个有利的设计方案中，与制动电阻串联连接的可控半导体开关集成在功率模块上，所述功率模块具有布置成半桥的二极管和/或可控半导体开关。在此优点是，整流器与可控半导体开关集成设计并且可共同散热。然而因为在蓄能器借助于电阻、特别是制动电阻放电时，从整流器向中间电路的功率流借助于变换器停止、特别是断开，所以整流器的二极管的损耗功率和可控半导体开关的损耗功率仅交替地出现。
在一个有利的设计方案中，功率模块布置在逆变器或电源模块的壳体中。在此优点是，可控半导体开关能够集成地布置在功率模块中，因此可控功率模块的散热能够随着功率模块的散热来实施，特别是借助于冷却体来实施，所述冷却体将逆变器的布置在半桥中的可控半导体开关的损耗热和分配给电阻的可控半导体开关的损耗热排出到周围环境。
其他优点由从属权利要求得出。本发明不限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员，特别是从目的提出和/或通过与现有技术比较而提出的目的中，得到权利要求和/或单个权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其他有意义的组合可能性。
附图说明
现在借助于示意图详细解释本发明：
图1示意性地示出了根据本发明的系统。
具体实施方式
如在附图中示出的，由交流电压供应网络8馈电的电源模块1在其直流电压侧连接端上提供单极电压。
在该连接端上连接有逆变器2的直流电压侧连接端，其中在逆变器2的交流电压侧连接端上由逆变器2向电机4、特别是交流电机、特别是三相电机提供三相交流电压。
逆变器由电子控制设备3驱动。特别地，电子控制设备3产生用于逆变器的可控半导体开关的、经脉宽调制的驱动信号，所述可控半导体开关布置在彼此并联的半桥中，其中半桥的该并联电路可以由单极电压馈电。
结构上，这些半导体开关、即特别是六个可控半导体开关集成在一个模块上，在该模块上还集成有另一可控半导体开关，该另一可控半导体开关可称为制动斩波器。
制动斩波器与可称为制动电阻7的电阻串联连接，该串联电路也可以由单极电压来馈电。
在电源模块1的直流电压侧连接端上还连接有DC/DC变换器5的连接端，从而该DC/DC变换器5与逆变器2并联。
在DC/DC变换器5的另一连接端上连接有蓄能器6。因此，即使单极电压的大小与蓄能器6上的电压的大小极其不同，DC/DC变换器5也能够实现从蓄能器6到具有单极电压的中间电路的功率流、或反之从具有单极电压的中间电路到蓄能器的功率流。
蓄能器6可被实施为电解质电容器装置、双层电容器装置和/或优选地被实施为蓄电池装置。
电源模块1可实施为由电网馈电的整流器。但优选在由电网馈电的整流器与电源模块1的直流电压侧连接端之间设置有DC/DC调节器，从而可以控制从交流电压供应网络8流入到中间电路中的功率流。
整流器优选又具有如下模块：整流器的二极管集成地设置在该模块上并且在该模块上附加地集成有另一可控半导体开关，该另一半导体开关可以称为制动斩波器。
制动斩波器与可称为制动电阻的另一电阻10串联连接，其中，该串联电路同样可以由整流器的直流电压侧连接端馈电。
DC/DC变换器5同样包括另一可控半导体开关，所述可控半导体开关可称为制动斩波器。
该制动斩波器与可称为制动电阻的另一电阻9串联，其中，该串联电路同样可以由整流器的直流电压侧连接端或者由蓄能器6上的电压馈电。
因此，在系统中可设置多个制动斩波器。
根据本发明，通过受控制地执行蓄能器的放电，可提高系统的安全性。
这不仅在运输蓄能器时是重要的，而且在对系统进行维护时、当应使蓄能器放电时也是重要的。此外，在特定类型的蓄能器的情况下、当应防止记忆效应时放电也是重要的。例如，在时间上规律地对NiCd蓄电池放电。
这样进行根据本发明的放电，即，根据单极电压或根据在由制动电阻和所属的制动斩波器构成的串联电路上的电压U来如此驱动相应制动电阻(7、9、10)的制动斩波器，使得恒定的功率持久地被供应给相应的制动电阻R。
这种直到蓄能器实际上完全放电为止持久地输送给相应制动电阻的电功率P预设得尽可能高。因此，其优选地等于制动电阻R的额定功率。
为此检测电压U并且优选以脉宽调制比(1/U)*(P*R)^1/2驱动制动斩波器。通过这种方式，输送给各个制动电阻的功率即使在电压U下降时也保持恒定。
特别是额定功率、即功率P也小于在电机的发电机式运行中能由电机4经由逆变器2馈回的最大功率。
相应制动电阻R的欧姆电阻因此可以选择得非常小，并因此可以在短时间内实现实际上完全的放电。
如果电压低于阈值，则脉宽调制甚至可通过可控开关的持久闭合来替代。以这种方式能够实现特别快速的深度放电。一旦此时电压低于更小的第二阈值，则开关又被断开，以保护蓄电池单元免于损坏。
因此，以所描述的方式，来自中间电路的能量可通过制动电阻(7、9、10)转换成热量。
如果由制动电阻9和配属于其的制动斩波器构成的串联电路直接由蓄能器上的电压馈电，则能以简单的方式实现蓄能器的深度放电，这是因为DC/DC变换器在没有最小电压的情况下不能工作，并且因此在低于最小电压时不能通过制动电阻7和10放电。这是因为，由各个制动斩波器和制动电阻7或10形成的串联电路仅间接地通过DC/DC变换器5由蓄能器供电。
在蓄能器放电时，电源模块不将来自交流电压供应网络的电功率传导至中间电路。
在根据本发明的其他实施例中，检测流经相应的制动电阻的电流，并且由通过制动斩波器提供的、时间上平均的电压以及检测到的且时间上平均的电流来确定制动电阻的当前电阻值，并在考虑表示制动电阻的温度相关性的特性曲线的情况下确定相应的制动电阻的当前温度。
因此，一方面，可以监测制动电阻的温度是否超过阈值并因此需要紧急关断制动斩波器。另一方面，替代地，可以调节与所确定的温度相匹配的功率。就是说，功率P跟踪温度。因此，可考虑环境温度的变化或由制动电阻作用到环境上的热阻的恶化。
在根据本发明的其他实施例中，不使用恒定的脉宽调制频率，而是在部分时段上或连续地改变脉宽调制频率。以这种方式可以引起较少干扰性的噪声排放。
附图标记列表：
1电源模块
2逆变器
3电子控制设备
4电机
5DC/DC变换器
6蓄能器
7制动电阻
8交流电压供应网络
9制动电阻
10制动电阻

Claims (15)

1.一种用于运行具有蓄能器和电阻的系统的方法，
其特征在于，
为了给蓄能器放电，持久地——特别是在时间段T期间——向电阻R输送在时间上恒定的电功率P，特别是直至电阻实际上完全放电，
特别是其中，时间段T大于由输送给电阻的、时间上恒定的持续电功率引起的电阻R的温度上升的时间常数。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
检测施加在由电阻和可控半导体开关、特别是制动斩波器构成的串联电路上的电压U，
串联电路或者直接由蓄能器所提供的电压馈电，或者经由DC/DC变换器由蓄能器所提供的电压馈电，
给可控半导体开关输送脉宽调制比与所检测的电压的值相关的脉宽调制驱动信号，
特别是，根据(1/U)*(P*R)^1/2确定所述脉宽调制比，
特别是，当电压U低于阈值时，可控半导体开关持久闭合，特别是其中，阈值是(P*R)^1/2。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述系统具有包括由电网馈电的整流器的电源模块，所述电源模块的直流电压侧连接端与逆变器的直流电压侧连接端连接并与DC/DC变换器的第一连接端连接，
DC/DC变换器的第二连接端与蓄能器的提供电压U的连接端连接，
在逆变器的交流电压侧连接端上连接有电机、特别是三相交流电机。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
在整流器的直流电压侧连接端与电源模块的直流电压侧连接端之间布置有DC/DC调节器，
在蓄能器放电期间，DC/DC调节器使从整流器到由电阻R和可控半导体开关构成的串联电路的功率流停止，
特别是，从而在整流器的二极管和可控半导体开关集成地布置在其上的功率模块上通过可控半导体开关或者替代地通过整流器的二极管在放电时产生热量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
逆变器具有功率模块，在所述功率模块上布置有以半桥布置的可控半导体开关。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
功率P小于在电机的发电机式运行中能由电机经由逆变器向逆变器的直流电压侧连接端馈回的最大功率。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
在输送功率P期间、特别是在时间段T期间改变驱动信号的脉宽调制频率，
特别是，在时间上先后相继使用不同的、特别是离散的值作为脉宽调制频率。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
检测流经电阻R的电流I，
特别是根据U/I，由时间上平均的、通过制动斩波器提供的电压和时间上平均的电流来确定制动电阻的当前电阻值，
并在考虑到表示制动电阻的温度相关性的特性曲线的情况下确定相应的制动电阻的当前温度T。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
监测制动电阻的特定温度T是否超过阈值，特别是，在超过之后实施制动斩波器的紧急关断。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
通过相应地调节作为调节器、特别是PI调节器的调节值的功率P，将所确定的温度调节至期望温度。
11.一种特别是用于实施根据前述权利要求之一所述的方法的系统，
其特征在于，
所述系统具有包括由电网馈电的整流器的电源模块，所述电源模块的直流电压侧连接端与所述系统的逆变器的直流电压侧连接端连接并与所述系统的DC/DC变换器的第一直流电压侧连接端连接，
DC/DC变换器的第二直流电压侧连接端与蓄能器连接，蓄能器特别是蓄电池装置和/或双层电容器装置和/或超级电容器装置，
在逆变器的交流电压侧连接端上连接有电机、特别三相交流电机。
12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其特征在于，
在整流器的直流电压侧连接端与电源模块的直流电压侧连接端之间布置有DC/DC调节器。
13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其特征在于，
与制动电阻串联连接的可控半导体开关布置在DC/DC变换器的壳体中。
14.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其特征在于，
与制动电阻串联连接的可控半导体开关集成在功率模块上，所述功率模块具有以半桥布置的二极管和/或可控半导体开关。
15.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其特征在于，
功率模块被布置在逆变器的或电源模块的壳体中。
CN202080051749.2A 2019-07-18 2020-06-25 用于运行具有蓄能器和电阻的系统的方法和系统 Active CN114174102B (zh)

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