(57)【要約】本発明は、バッテリ運転電動機のバッテリのための多段充電装置に関するものである。多段充電装置は、電力結線により供給された（単相または三相）交流から適切な充電直流を発生するために、降圧コンバータ、中間回路および昇圧コンバータを含む。この場合、昇圧コンバータおよび中間回路に対して電気駆動装置の構成部分が使用される。即ち、電動機は中間回路として働きおよび駆動変換器は昇圧コンバータとして働く。本発明により、電動機の、電源側降圧コンバータへの結合は、電気駆動装置の少なくとも３つのコイルの少なくとも１つ内を少なくとも半分の充電電流が流れるように行われる。本発明は、さらに、駆動装置構成部分の対応方法並びに対応使用に関するものである。【選択図】図３
2014524731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相または三相交流電源と結合可能であり且つその出力に整流された電流を供給するように構成されている降圧コンバータ（１５）と、  前記降圧コンバータ（１５）の少なくとも１つの出力と電気結合可能であり且つ電流を平滑化するための少なくとも１つのインダクタンスを有する中間回路（１１；１４）と、  少なくとも１つの入力において前記中間回路（１１；１４）を介して前記降圧コンバータ（１５）と電気結合されるように構成され且つその出力においてバッテリ（１）と電気結合され、バッテリ（１）を充電するために前記降圧コンバータ（１５）および／または前記中間回路（１１；１４）から供給された電圧を同じ大きさかまたはそれより高い電圧に変換するために適している昇圧コンバータ（１２）と、を含み、  前記昇圧コンバータ（１２）が電気駆動装置の駆動変換器によって形成され、前記中間回路（１１；１４）が電気駆動装置の電動機によって形成される、
バッテリ運転電気駆動装置のバッテリ（１）の充電装置（１００；３００；４００；５００；６００）において、  バッテリ（１）を充電するとき、前記電動機（１１；１４）のコイル（１１ａ；１４ａ）の第１の結線が降圧コンバータ（１５）と電気結合され、  前記電動機を運転するとき、スイッチ（１９；１９′）がコイル（１１ａ；１４ａ）の同じ結線を昇圧コンバータ（１２）と電気結合する、
ことを特徴とするバッテリ運転電気駆動装置のバッテリ（１）の充電装置（１００；３００；４００；５００；６００）。
【請求項２】
前記電動機が、星形または三角形状に相互に接続された少なくとも３つのコイル（１１ａ；１１ｂ、１１ｃ；１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）を含む、
請求項１に記載の充電装置（１００；３００；４００；５００；６００）。
【請求項３】
前記バッテリ（１）を充電するとき、前記スイッチ（１９；１９′）が、前記電動機（１１）の１つのコイル（１１ａ）内をいずれの場合も全充電電流が流れることを保証する、請求項２に記載の充電装置（１００；３００；５００；６００）。
【請求項４】
前記電動機（１１）の少なくとも３つのコイル（１１ａ；１１ｂ、１１ｃ）が星形に相互に結合され且つ中性点からは前記電動機（１１）の少なくとも３つのコイル（１１ａ；１１ｂ、１１ｃ）への結線のみが存在する、
請求項１ないし３のいずれかに記載の充電装置（１００；３００；５００；６００）。
【請求項５】
前記電動機が、三角形状に相互に結合された少なくとも３つのコイル（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）を含み、前記バッテリ（１）を充電するとき、前記スイッチ（１９）が、前記電動機（１４）の１つのコイル（１４ａ）内を平均して半分の充電電流が流れることを保証する、
請求項１に記載の充電装置（１００；４００）。
【請求項６】
交流電源と結合可能であり且つその出力に同じかまたはそれより小さい電圧の整流された電流を供給可能な降圧コンバータ（１５）を提供するステップと、  前記降圧コンバータ（１５）の出力と結合可能であり且つ整流された電流を平滑化するためのコイル（１１ａ；１１ｂ、１１ｃ；１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）を有する中間回路（１１；１４）を提供するステップと、  中間蓄積器（１１；１４）の平滑化された電流を同じかまたはそれより大きい電圧を有する電流に変換可能であり且つバッテリ（１）と結合されている昇圧コンバータ（１２）を提供するステップと、
を有する、バッテリ運転電気駆動装置のバッテリ（１）のための充電装置（１００；３００；４００；５００；６００）の提供方法において、  前記中間蓄積器（１１；１４）を提供するために電気駆動装置の電動機が使用され、昇圧コンバータ（１２）を提供するために電気駆動装置の駆動変換器が使用され、  前記バッテリ（１）を充電するとき、前記電動機（１１；１４）のコイル（１１ａ；１４ａ）の第１の結線が降圧コンバータ（１５）と電気結合され、前記電動機を運転するとき、スイッチ（１９；１９′）がコイル（１１ａ；１４ａ）の同じ結線を昇圧コンバータ（１２）と電気結合する、バッテリ運転電気駆動装置のバッテリ（１）のための充電装置（１００；３００；４００；５００；６００）の提供方法。
【請求項７】
前記バッテリ（１）を充電するとき、前記電動機（１１）の１つのコイル（１１ａ）内をいずれの場合も全充電電流が流れる、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記電動機（１１）の少なくとも３つのコイルまたはインダクタンス（１１ａ；１１ｂ、１１ｃ）が星形に相互に結合され且つ中性点からは前記電動機（１１）の少なくとも３つのコイル（１１ａ；１１ｂ、１１ｃ）への結線のみが存在する、
請求項６または７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
駆動変換器（１２）が昇圧コンバータとして、および電動機（１１；１４）が中間回路として働き、  バッテリ（１）を充電するとき、電動機（１１；１４）のコイル（１１ａ；１４ａ）の第１の結線が降圧コンバータ（１５）と電気結合され、  スイッチ（１９；１９′）が、コイル（１１ａ；１４ａ）の同じ結線を昇圧コンバータ（１２）と電気結合可能になっている、電気駆動装置のバッテリ（１）を充電するための充電装置（１００；３００；４００；５００；６００）内における電気駆動装置の駆動変換器（１２）および電動機（１１；１４）の使用。
【請求項１０】
前記降圧コンバータ（１５）が単相または三相交流電源と結合可能であり、およびその出力に整流された電流を供給するように構成され、  中間回路（１１；１４）が前記降圧コンバータ（１５）の少なくとも１つの出力と電気結合可能であり且つ電流を平滑化するための少なくとも１つのインダクタンスを有し、  昇圧コンバータ（１２）が、少なくとも１つの入力において中間回路（１１；１４）を介して降圧コンバータ（１５）と電気結合されるように構成され且つその出力においてバッテリ（１）と電気結合され、バッテリ（１）を充電するために前記降圧コンバータ（１５）および／または前記電流中間回路（１１；１４）から供給された電圧を同じ大きさかまたはそれより高い電圧に変換するために適している、
請求項９に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気駆動装置の構成部分を使用した電気駆動装置のバッテリの充電方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気駆動装置は、しばしば、バッテリないしは蓄電池によりエネルギーが供給される。このようなバッテリは、典型的には直流電圧を供給し、直流電圧は、電気駆動装置の運転のために、しばしば、駆動変換器ないしはＤＣ／ＡＣ変換器により交流電圧に変換される。このとき、電気駆動装置は電気エネルギーを例えば回転運動等に変換する。
【０００３】
バッテリの充電のために、しばしば、駆動装置とは独立に且つ固有の電気構成部分により形成された充電装置が使用される。電気駆動車両においては、車両が電気差込み結合等のみにより電源に接続されるだけでよいように、充電装置は、しばしば、車両内に組み込まれている。このとき、充電電子装置の大部分は例えば車両内に組み込まれている。
【０００４】
電源から交流電圧が供給されるかぎり、この交流電圧は充電装置によるバッテリの充電のために適した直流電圧に変換されなければならない。したがって、このような充電装置を形成するために、しばしば、例えば、電源フィルタ、降圧コンバータ、中間回路および昇圧コンバータを含んでいてもよい多段回路構造が使用される。
【０００５】
これに関して、文献、国際特許公開第２０１０／１０３０６３Ａ１号から、バッテリ充電装置の形成において、特に充電装置のために提供される昇圧コンバータの代わりに電気駆動装置の駆動変換器を、および特に充電装置のために提供される中間回路の代わりに電動機のインダクタンスを使用することが既知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際特許公開第２０１０／１０３０６３Ａ１号
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、一実施形態により、充電装置が、単相または三相交流電源と結合可能であり且つその出力に整流された電流を供給するように構成されている降圧コンバータと、降圧コンバータの少なくとも１つの出力と電気結合可能であり且つ電流を平滑化するための少なくとも１つのインダクタンスを有する（電流）中間回路と、少なくとも１つの入力において中間回路を介して降圧コンバータと電気結合されるように構成され且つその出力においてバッテリと電気結合され、バッテリを充電するために降圧コンバータおよび／または中間回路から供給された電圧を同じ大きさかまたはそれより高い電圧に変換するために適している昇圧コンバータと、を含み、昇圧コンバータが電気駆動装置の駆動変換器によって形成され、中間回路が電気駆動装置の電動機によって形成される、バッテリ運転電気駆動装置のバッテリの充電装置を提案する。装置は、バッテリを充電するとき、電動機のコイルの第１の結線が降圧コンバータと電気結合され、電動機をモータとして運転するとき（モータ運転）、スイッチがコイルの同じ結線を昇圧コンバータと電気結合すること、を特徴とする。
【０００８】
本発明は、他の一形態により、交流電源と結合可能であり且つその出力に同じかまたはそれより小さい電圧の整流された電流を供給可能な降圧コンバータを提供するステップと、降圧コンバータの出力と結合可能であり且つ整流された電流を平滑化するためのコイルを有する中間回路を提供するステップと、中間蓄積器の平滑化された電流を同じかまたはそれより大きい電圧を有する電流に変換可能であり且つバッテリと結合されている昇圧コンバータを提供するステップと、を有する、バッテリ運転電気駆動装置のバッテリのための充電装置の提供方法において、中間蓄積器を提供するために電気駆動装置の電動機が使用され、昇圧コンバータを提供するために電気駆動装置の駆動変換器が使用され、バッテリを充電するとき、電動機のコイルの第１の結線が降圧コンバータと電気結合され、電動機をモータとして運転するとき（モータ運転ないしは駆動モード）、スイッチがコイルの同じ結線を昇圧コンバータと電気結合する、バッテリ運転電気駆動装置のバッテリのための充電装置の提供方法を提案する。
【０００９】
本発明は、さらに、駆動変換器が昇圧コンバータとして、および電動機が中間回路として働き、バッテリを充電するとき、電動機のコイルの第１の結線が降圧コンバータと電気結合され、スイッチが、コイルの同じ結線を昇圧コンバータと電気結合可能になっている、電気駆動装置のバッテリを充電するための充電装置内における電気駆動装置の駆動変換器および電動機の使用に関するものである。
【００１０】
この場合、それぞれ、駆動変換器、ないしは充電装置の昇圧コンバータは、充電操作においては昇圧コンバータとして作動するが、モータ運転においては降圧コンバータとして機能する。
【００１１】
本発明の利点は、これにより、電気駆動装置の電気構成要素を使用した、従来技術に比較してコスト的に有利な充電装置並びに充電方法が提供可能であることにある。
【００１２】
有利な一形態において、充電されるべきバッテリはバッテリ運転電気駆動装置の駆動バッテリである。
【００１３】
他の有利な形態がそれぞれの従属請求項の対象である。
【００１４】
本発明の出発点は、昇圧コンバータ、降圧コンバータおよび中間回路を有する多段充電装置を形成するために、バッテリ運転電気駆動装置の構成部分の使用、特に電動機および駆動変換器の使用である。しかしながら、従来技術において既知の実施形態に対して、本発明は、電源側降圧コンバータの、電動機および駆動変換器への特有の結合を提案する。特に、電圧側降圧コンバータの、電動機への電気結合を、電動機の少なくとも３つのコイルの少なくとも１つ内をそれぞれ全充電電流または少なくとも半分の充電電流が流れるように形成することが提案される。この通電は、少なくとも短時間の間、電気駆動装置の駆動モードにおいて電動機を流れる通電に対応する。
【００１５】
本発明による構成は、従来技術に比較して、中性点が外部に対して接続可能である必要がない通常の電動機の使用を可能にし、さらに、より大きなインダクタンスおよびこれによる平滑化された充電電流の達成を可能にする。平滑化された充電電流はバッテリのより穏やかな充電を可能にし、且つ充電装置の良好な制御性を保証する。
【００１６】
本発明の実施形態の他の特徴および利点が添付図面に関する以下の説明から得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、多段充電装置の略図を示す。
【図２ａ】図２ａは、星形配置コイルを有するバッテリ運転電気駆動装置の略図を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、星形配置コイルにおける電流流れの略図を示す。
【図２ｃ】図２ｃは、三角形状配置コイルを有するバッテリ運転電気駆動装置の略図を示す。
【図３】図３は、本発明による充電装置の第１の実施形態の略図を示す。
【図４】図４は、本発明による充電装置の第２の実施形態の略図を示す。
【図５】図５は、本発明による充電装置の第３の実施形態の略図を示す。
【図６】図６は、本発明による充電装置の第４の実施形態の略図を示す。
【図７】図７は、充電装置の提供方法の略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図において、同じで且つ機能が同じ要素、特徴および構成部分は、特に説明がないかぎり、それぞれ同じ符号が付けられている。図面内の構成部分および要素は、図を見やすくし且つ理解しやすくするために、必ずしも相互に正確な寸法で示されていないことを理解されたい。
【００１９】
図１は、バッテリないしは蓄電池１を充電するための多段充電装置１００の略図を示す。さらに、バッテリ１は、電源例えば商用電源と電気結合される。この場合、電源により、例えば三相交流が供給されてもよい。図１は充電装置１００の一実施形態を示し、充電装置１００において、結線２は、３つのラインに、それぞれ相互に１２０°の位相差を有するほぼ正弦波の交流がそれぞれ供給される、三相交流結線として形成されている。しかしながら、単相交流電源への接続もまた可能である。
【００２０】
電源に接続するために、充電装置はさらに（図１には示されていない）電源フィルタを含んでいてもよい。このような電源フィルタの使用はオプションであり且つ充電装置の操作に対しては必ずしも必要ではない。しかしながら、電流負荷が時間的に変動する場合に電源への好ましくない反作用（電圧ピーク等）を回避するために、電源フィルタは有利である。このような可変電流負荷は、例えば、以下に詳細に記載される脈流整流器を使用した場合に発生することがあり、その理由は、脈流整流器は一時的に電源から出力を受け取るからである。この場合、電源フィルタは、特に、電源側から設定された電源のノイズに対する限界値を保持するために使用される。従来技術において既知の任意の電源フィルタが使用されてもよく、例えば、３つの電源接続ラインはキャパシタンスにより相互に結合されてもよい。
【００２１】
図１に示されている充電装置１００は、電源から供給された（三相）交流電圧を、バッテリ１を充電するために適したほぼ一定の充電電圧に変換するために、さらに、降圧コンバータ３、中間回路４および昇圧コンバータ５を含む。この場合、充電電圧は、バッテリに応じてそれぞれ、１００Ｖ−１０００Ｖの範囲内、特に２５０Ｖ−４５０Ｖの範囲内にあってもよい。図１に示されている充電装置の多段構成は、充電装置によりこのような電圧範囲を包含することを可能にする。充電装置が他の段によって補足されてもよいことは明らかである。
【００２２】
降圧コンバータ３は、しばしば、逓降変換器（英語：ｂｕｃｋ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒないしはｓｔｅｐ  ｄｏｗｎ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と呼ばれ且つ単相または三相整流器を示し、単相または三相整流器は、入力側において電源から供給された交流を交互に充電装置と結合し、これにより、整流器の形態および品質に応じてそれぞれ平滑な直流にかなり近い整流された電流が出力側において供給可能なように、交流から成分が抽出される。降圧コンバータ３は、例えば電力中間回路に基づく任意の整流器である。降圧コンバータは、平均して入力電圧より小さいかまたはそれに等しい電圧を有する出力電流を供給するように適合されていてもよいことが有利である。
【００２３】
中間回路４は降圧コンバータ３と昇圧コンバータ５との結合を行う。中間回路は、降圧コンバータから出力された近似的な直流をさらに平滑化し（いわゆる直流中間回路）且つ例えば１つまたは複数のコイルまたはインダクタンスないしは１つまたは複数の蓄積チョークを含む。理想的な場合、中間回路の出力側に理想的な直流が供給される。実際の使用において平滑化された電流が得られ、この場合、より大きなインダクタンス値はより強力な平滑化を導く。図１の中間回路４は降圧コンバータ３の１つの出力と昇圧コンバータ５の１つの入力との間においてのみ接続されている。しかしながら、代替態様として、中間回路が降圧コンバータ３の２つの出力および昇圧コンバータの２つの入力に結合されてもよい。中間回路は電流中間回路または直流中間回路であることが有利である。
【００２４】
図１に示されている昇圧コンバータ５は降圧コンバータ３ないしは中間回路４とバッテリ１との間に結合され且つバッテリに希望の充電直流電圧を供給する。昇圧コンバータ５は、入力側で供給された平滑化され且つ整流された電流から、同じ大きさかまたはそれより大きい直流電圧をバッテリに供給するように働く。昇圧コンバータは、しばしば、逓昇変換器（英語：ｂｏｏｓｔ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒないしはｓｔｅｐ  ｕｐ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と呼ばれる。
【００２５】
図１に示されている、降圧コンバータ３および昇圧コンバータ５を有する充電装置１００の多段構成は、降圧コンバータ３内における電源側から供給された入力電圧の低下および／または昇圧コンバータ５による電圧の上昇により、バッテリ１の充電のためにそれぞれ理想的な充電電圧を供給するように働く。
【００２６】
充電装置１００を、できるだけ簡単に、場所をとらず且つコスト的に有利に提供可能にするために、本発明により、昇圧コンバータ５および中間回路４に対して電気駆動装置の構成部分が使用される。特に昇圧コンバータ５に対して電気駆動装置の駆動変換器が使用され、中間回路に対して電気駆動装置の電動機ないしは電気機械が使用される。
【００２７】
図２ａは、通常のバッテリ運転電気駆動装置２００の構成を略図で示す。電気駆動装置２００は、（駆動）バッテリ１、電動機１１および駆動変換器１２を含む。バッテリ１は、電動機１１のモータとしての運転（いわゆるモータ運転）において電流／電圧源として働き且つ近似的に（バッテリの放電中に時間と共に徐々に低下する）直流電圧を供給する。駆動変換器１２は、バッテリから供給された直流を交流に変換する働きをし、且つ逆変換装置（インバータ）またはＤＣ／ＡＣ変換器とも呼ばれる。駆動変換器は、電動機のモータとしての運転（モータ運転）において特に降圧コンバータとして作動し、およびこの場合、電動機１１に、バッテリ電圧と同じかまたはそれより小さい電圧を供給する。図２に示されている駆動変換器１２は三相脈流逆変換装置またはパルス逆変換装置であり、パルス逆変換装置は、バッテリから供給された直流を３つの分岐Ｕ、ＶおよびＷにそれぞれ１２０°の位相差がある交流電圧パルスに分解し且つこれらを電動機１１に供給する。さらに、図２ａに、例として、オプションとしてのコンデンサ１３が示され、コンデンサはバッテリ１に並列に接続されてもよく、且つモータ運転において電流パルスを供給するように働く。駆動電流を形成するために、コンデンサ１３の代わりにまたはこれに追加して、さらに他の電子部品が設けられていてもよい。
【００２８】
図２ａに示されている駆動変換器１２は、それぞれ２つのスイッチング・トランジスタおよびそれぞれ２つのダイオードを有する全体で３つの分岐Ｕ、Ｖ、Ｗから構成されている。この場合、交流への変換は、スイッチング・トランジスタを介して既知のように制御可能である。脈流逆変換装置の操作は従来技術において既知であるので、重複を避けるために、操作の詳細説明は省略する。図２ａに示されている駆動変換器１２の代わりに、任意の他のＤＣ／ＡＣ変換器が使用されてもよいことは明らかである。
【００２９】
図２ａに示されている電動機１１は、３つの駆動コイルないしはインダクタンス１１ａ、１１ｂ、１１ｃを有する三相電動機である。この場合、３つの駆動コイルの代わりにさらに多くのコイルが使用されてもよいが、３つのコイルの整数倍、即ち３つのコイルの代わりに例えば３つのコイル対が使用されてもよい。以下において単に３つのコイルのみが対象とされるかぎり、これにより、対応するコイル対、コイルの３対等を有する実施形態もまた含まれているものとする。
【００３０】
図２ａに示されているコイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃは星形に配置且つ接続され、即ち、３つのコイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃの一方の端部はそれぞれ駆動変換器１２の分岐Ｕ、Ｖ、Ｗと結合され、一方、３つのコイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃの他方の端部はそれぞれ星形に１つの中性点に相互に結合されている。電動機１１の運転において、即ち、電動機が駆動モータとして運転され且つ駆動されるべき物体を駆動するとき、この場合、一時的に、３つの分岐Ｕ、Ｖ、Ｗの１つおよび３つのコイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃの１つ内を全部の電流が流れ、他の２つの分岐およびコイル内をそれぞれ半分の電流が逆流するように、電流が流れる。これが図２ｂに略図で示されている。
【００３１】
図２ｃは、電動機１４のコイル１４ａ、１４ｂ、１４ｃが三角形状に配置且つ接続されている、電気駆動装置２０１の一実施形態を示す。図２ａからの電動機１１に対する説明が、同様に、この説明にも適用可能である。電動機１４の運転モードにおいて、電流は、一時的に、１つの分岐Ｕ内を全部が流れ且つ他の２つの分岐Ｖ、Ｗおよびコイル１４ａ、１４ｂ内を半分ずつ逆流する。
【００３２】
図３は、第１の実施形態による、バッテリ１を充電するための、本発明による充電装置３００の略図である。バッテリ１を充電するための充電装置３００は図１に示されている２段充電装置に対応し且つ（オプションとしての）電源フィルタ１６、降圧コンバータ１５、中間回路１１および昇圧コンバータ１２から構成されている。降圧コンバータ１５は、電源から結線１７に印加された単相または三相交流を整流し且つこれにより整流の品質に応じてそれぞれ近似的に直流に変換する三相整流器である。降圧コンバータ１５の適切な操作により、降圧コンバータは、電源側から供給された電圧と比較して、同じかまたはそれより低い電圧を供給可能である。インダクタンスおよびコンデンサを有する電源フィルタ１６は、電源への好ましくない反作用を回避または低減するように働く。中間回路１１は複数のインダクタンスを含み且つ降圧コンバータ１５から供給された整流された電流を平滑化するように働く。昇圧コンバータ１２は三相パルス逆変換装置であり且つバッテリ１と結合されたその出力側に、平均して降圧コンバータ１５ないしは中間回路１１から供給された電圧と同じかまたはそれより大きい電圧を供給可能である。降圧コンバータ１５および昇圧コンバータ１２内のトランジスタの対応操作により、バッテリ１に印加された電圧が、１００Ｖ−１０００Ｖの範囲内、特に２５０Ｖ−４５０Ｖの範囲内の必要な充電電圧に適合可能である。
【００３３】
バッテリ１は電動機１１の駆動バッテリであることが有利である。例えば、バッテリ１は電気駆動車両例えば乗用車の牽引バッテリであってもよい。この場合、電気駆動装置の構成が図２ａ−２ｃに示された電気駆動装置に対応してもよい。
【００３４】
図３に示された本発明による充電装置３００およびさらに以下に記載の充電装置４００−６００の本質的な特徴は、充電装置の昇圧コンバータ１２および中間回路１１が、バッテリ１と結合されている電気駆動装置の構成要素により形成されることである。特に、昇圧コンバータ１２は電気駆動装置の駆動変換器により形成され、および中間回路は電気駆動装置の電動機ないしはその内部に存在するコイル／インダクタンスにより形成される。駆動変換器は、図２に関して既に上で示されたように、駆動モードないしは走行モードにおいて、バッテリから供給される直流電圧を電動機のための交流電圧に変換するように働き、および充電モードにおいて、昇圧コンバータとして使用される。電動機は、図２に関して既に上で示されたように、駆動モードないしは走行モードにおいて、駆動されるべき装置例えば電気車両の車輪を駆動するように働き、および充電モードにおいて、整流された電流を平滑化するための中間回路として働く。
【００３５】
駆動バッテリのための充電装置内に駆動変換器および電動機のような駆動装置構成部分を使用することは、上記の文献、国際特許公開第２０１０／１０３０６３Ａ１号に既に記載されている。しかしながら、この文献は、電動機のコイルを星形に接続し且つ電動機の中性点を外側に出して、降圧コンバータとの結合のためにアクセス可能にすることを教示している。これに対して、図３に示された実施形態による本発明は、中性点を外側に出してアクセス可能にすることなく、即ちコイルは第１の端部においてそれぞれ直接相互に結合され、中性点１１ｄが降圧コンバータ１５または昇圧コンバータ１２あるいは他の構成要素と直接接続されることなく、電動機１１のコイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃを星形に接続することを提案する。コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃの第２のコイル端部に関して、第１のコイル１１ａは昇圧コンバータ１２の第１の分岐Ｕとスイッチング可能に結合され、一方、他のコイル１１ｂ、１１ｃは、特に昇圧コンバータ１２の第２ないしは第３の分岐ＶないしはＷと固定結合される。駆動モードにおいて、スイッチ１９は、コイル１１ａの第２の端部が駆動変換器１２ないしは充電装置の昇圧コンバータ１２の第１の分岐Ｕと結合されているように閉じられるが、降圧コンバータ１５とは結合されていない。このスイッチ位置において形成される配置は、本質的に、図２に示されている電気駆動装置に対応し且つ同じ機能を有している。分岐１５ｂを介してなお接続されている降圧コンバータ１５の回路要素は、場合により、寄生影響の範囲内で機能に悪影響を与えるので、図２ａに関する上記の説明が参照されてもよい。特に、駆動モードにおいて、一時的に、図２ｂに示された電流流れが存在する。
【００３６】
この場合、スイッチとして従来技術において既知の任意のスイッチが使用されてもよい。特に、それぞれの電流および電圧に適合された電力半導体が使用されてもよい。
【００３７】
駆動バッテリ１を充電するために、スイッチ１９が切り換えられ、これにより、コイル１１ａの第２の端部の、昇圧コンバータ１２の第１の分岐Ｕとの結合が切り離され且つその代わりに供給ライン１５ａを介して降圧コンバータ１５と結合されている。中間回路１１および降圧コンバータ１５の相互結合は概念的に直流電源とみなしうるので、充電操作において、この配置においては同様に図２ｂに示された通電が得られる。これにより、コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃの星形結線が解消されることはない。
【００３８】
したがって、図３に示された本発明の実施形態は、充電作業において電流が電動機の３つのコイルを介して均等に分配される、文献、国際特許公開第２０１０／１０３０６３Ａ１号に記載の回路とは基本的に異なっている。充電装置３００は、この文献よりも多くの利点を有している。充電装置３００においては、電動機の中性点が外側において接続される必要がないので、この回路においては、通常の電動機が使用可能である。特に、接続される中性点を有する特別に製造された電動機が使用される必要がないので、電動機ないしはその納入業者の選択に関していかなる制約も発生しない。さらに、本発明による配置において、より高いインダクタンスが得られ、およびＩないしは０．５＊Ｉを有する個々のコイル内の充電電流は、それぞれ１／３＊Ｉのみを有する国際特許公開第２０１０／１０３０６３Ａ１号の配置内の電流よりもそれぞれ大きいので、より強い磁界もまた得られる。充電電流は典型的にはモータとしての電動機の運転における電流より小さいので、本発明による充電装置３００に対しては、寸法の適合は必要ではない。しかしながら、上記のように充電電流を０．５に分割することは昇圧コンバータの操作を介して調整可能であり且つこの比率は昇圧コンバータ／駆動変換器の分岐の対称操作に対しても適用される。対称操作からの偏差が短期間のみであるかぎり、上記の比率は少なくとも平均して設定されるはずである。この場合、本発明の配置において発生される電流は、それぞれ電動機の駆動モードにおける電流に対応し、即ち、電動機は、充電操作においてもまた、最適且つより大きなインダクタンスを有して作動する。従来技術に比較してより高いインダクタンスは、既に上で説明されたように、より平滑化された充電電流を生成し、したがってバッテリ１のより穏やかな充電並びに良好な制御性を可能にする。
【００３９】
充電装置３００は、充電過程の間における電動機１１の回転を阻止するために、充電過程の間に電動機１１を動かなくするための拘束装置が補足されていれば有利である。電気運転車両における拘束装置として、例えば変速機ロックレバー、駐車レバー等が適している。
【００４０】
図４は、第２の形態における、本発明による充電装置４００の略図である。この実施形態においては、充電装置３００に比較して、電動機／中間回路１４のコイルは星形ではなく三角形状に接続されている（デルタ配線）。充電操作において、スイッチ１９を介して降圧コンバータ１５は電動機の２つのコイル１４ａ、１４ｂと結合され、これに対して、駆動モードにおいては、スイッチ１９は、２つのコイル１４ａおよび１４ｂを駆動変換器１２ないしは充電装置の昇圧コンバータ１２の第１の分岐と結合する。星形結線と比較して、三角形状結線の場合、昇圧コンバータ／駆動変換器１２の対称操作において、３つのコイルのうちの２つ即ちコイル１４ａおよび１４ｂのみが通電され、この場合、昇圧コンバータ１２の対称操作において、電流は２つのコイルに均等に分配される。
【００４１】
図５は、第３の有利な実施形態による、本発明による充電装置５００の略図である。この実施形態はほぼ図３に示された実施形態に対応するが、さらに、追加のインダクタンス１８を有している。追加のインダクタンス１８は、電動機１１により提供されるインダクタンスが十分でない場合に、充電操作において十分に一定の直流を発生するために有利なことがある。追加のインダクタンス１８は、降圧コンバータ１５および中間回路１１により平滑化される電流の残留リプルをさらに低減し且つ降圧コンバータ１５からの整流された電流をより良好に平滑化するために使用可能である。これは、特に、充電において発生するその他の残留電流リプルがバッテリの寿命を低減させる可能性があるとき、バッテリ１を保護するために有利なことがある。図５に示された追加のインダクタンスは、本発明の他の全ての実施形態において、即ち特に図４からの三角形状結線と組み合わせて使用されてもよいことは明らかである。
【００４２】
図６は、第４の有利な実施形態による、本発明による充電装置６００の略図である。この場合、図３に示された実施形態に比較して、スイッチ１９′が、電動機のコイル１１ａの、昇圧コンバータ１２の対応分岐との結合の遮断器としてのみ機能するように形成されている。さらに、特に電動機の運転において（駆動モード）、充電装置の降圧コンバータ１５およびそれに伴って発生する寄生キャパシタンスおよびインダクタンスを電動機から切り離すために、追加のスイッチ２０および２１が設けられている。これは効率を上昇させるように働き且つ電磁協調性を改善可能である。この場合、２つのスイッチ２０または２１の１つのみを設けることもまた可能であることは明らかである。この場合、スイッチ１９′、２０および２１は、任意の組み合わせで、上記の実施形態においても使用可能である。
【００４３】
図７は、バッテリ運転電気駆動装置のバッテリ１のための充電装置の提供方法を略図で示す。この場合、ステップ７１において、上記の実施形態のいずれかに記載の降圧コンバータ１５が提供される。降圧コンバータは交流電源と結合可能であり且つその出力において同じかまたはそれより低い電圧の整流された電流を供給可能である。ステップ７２において、降圧コンバータ１５の出力と結合可能であり且つ整流された電流を平滑化するためのコイル１１ａ；１１ｂ、１１ｃ；１４ａ、１４ｂ、１４ｃを有する、上記の実施形態のいずれかに記載の中間回路１１；１４が提供される。ステップ７３において、中間蓄積器１１；１４の平滑化された電流を同じかまたはそれより大きい電圧を有する電流に変換可能であり且つバッテリ１と結合された、上記実施形態のいずれかに記載の昇圧コンバータ１２が提供され、この場合、中間蓄積器１１；１４を提供するために電気駆動装置の電動機が使用され、およびこの場合、昇圧コンバータ１２を提供するために、電気駆動装置の駆動変換器が使用され、およびこの場合、バッテリ１を充電するとき、電動機１１；１４のコイル１１ａ；１４ａの第１の結線が降圧コンバータ１５と電気結合され、およびこの場合、電動機の運転において、スイッチ１９；１９′がコイル１１ａ；１４ａの同じ結線を昇圧コンバータ１２と電気結合する。この場合、個々の方法ステップは、必ずしも上記の順序で実行される必要はない。
【００４４】
本発明による充電装置は、三相交流の使用に対してのみならず単相交流の使用に対してもまた適しているように形成されていることが有利である。単相操作に対しては、降圧コンバータの３つの入力ブリッジ分岐の２つのみが使用される。この操作状態において、入力側の電流中間回路変換器が制御操作され且つ出力側の昇圧コンバータがＰＦＣ（力率調整装置）の機能を有するように行われるべきである。出力側昇圧コンバータが作動可能なように、降圧コンバータの平均出力電圧がバッテリ電圧より小さくなることが、入力段のみにより保証されている。
【符号の説明】
【００４５】
１  バッテリ
２  結線
３  降圧コンバータ
４  中間回路
５  昇圧コンバータ
１１  電動機、中間回路、中間蓄積器
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  コイル
１１ｄ  中性点
１２  駆動変換器、昇圧コンバータ
１３  コンデンサ
１４  電動機、中間回路、中間蓄積器
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  コイル
１５  降圧コンバータ
１５ａ  供給ライン
１５ｂ  分岐
１６  電源フィルタ
１７  結線
１８  インダクタンス
１９、１９′  スイッチ
２０  スイッチ
２１  スイッチ
７１  降圧コンバータの提供
７２  中間回路の提供
７３  昇圧コンバータの提供
１００  充電装置
２００  電気駆動装置
２０１  電気駆動装置
３００  充電装置
４００  充電装置
５００  充電装置
６００  充電装置
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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