用于对电动或混合动力车辆的牵引电池充电的设备和方法
【专利摘要】一种用于对电动或混合动力车辆牵引电池的充电的设备和方法。本发明涉及用于对电动或混合动力车辆的牵引电池(2)充电的设备(1)，包括至少一个牵引电池(2)，具有电感(L1-L3)（其具有公共接线(8)）的电动机(4)，以及变流器(3)，其中变流器(3)在牵引电池(2)和电动机(4)之间布置并且具有正和负接线(6，7)，其中变流器(3)将牵引电池(2)的直流电压转变成用于电动机(4)的至少一个交流电压用于发动机运行并且电动机(4)的至少一个交流电压转变成用于牵引电池(2)的直流电压用于发电机运行，其中设备(1)具有接线(9，10)用于连接整流器(5)，其中整流器(5)具有用于连接到一相或多相外部交流电压网络的交流电压接线侧(11)和具有至少一个正和负接线(13，14)的直流电压接线侧(12)，其中直流电压接线侧(12)上的至少一个接线(13，14)可与电感(L1-L3)的公共接线(8)相连，其中设置开关元件(21)，通过开关元件(21)在充电运行中将牵引电池(3)的极(16，17)与具有相反的极性的整流器(5)上的接线(10，9)和电感(L1-L3)的公共接线(8)相连，其中整流器(5)上的其他接线(9，10)与标号相符地与变流器(3)的接线(6，7)相连，以及用于对电动或混合动力车辆的牵引电池(2)充电的方法。
【专利说明】用于对电动或混合动力车辆的牵引电池充电的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于对电动或混合动力车辆的牵引电池充电的设备和方法。
【背景技术】
[0002]在电动或混合动力车辆的情况下提出该问题，牵引电池必须通过外部交流电压网络充电。因此可根据区域或充电站不同地设计交流电压网络。这不仅涉及相位的数量还涉及电压的高度。此外值得追求的是，对于充电过程可以动用尽可能多的已经可用的组件。
[0003]根据W02010/119097A2认识到用于对电动车辆的牵引电池的充电的设备，包括至少一个牵引电池，具有电感(其具有公共接线(星形点))的电动机以及变流器，其中变流器在牵引电池和电动机之间布置并且具有正和负接线，其中变流器将牵引电池的直流电压转变为用于电动机的交流电压用于发动机运行并且将电动机的至少一个交流电压转变成用于牵引电池的直流电压用于发电机运行(再生运行)。设备具有用于连接外部整流器的其他接线，其中整流器具有用于连接到一相或多相交流电压网络的交流电压接线侧并且具有至少一个正和负接线的直流电压接线侧。然后如果用于充电的整流器与设备的接线相连，则整流器的正接线与电感的公共接线相连并且整流器的负接线与牵引电池的负极和变流器的负接线相连。因此变流器与电感(如高置放调节器)一起切换。
[0004]这个设备的优点在于，尽可能地动用反正可用的部件，这是因为利用了，车辆在充电时不应驱动。缺点在于，必须确保，整流器的输出上的电压总是比牵引电池的充电电压更小。这可以以这样的方式确保，牵引电池的充电电压选择成相应大小或者整流器受控地设计，使得整流器的控制调整该电压到比牵引电池的充电电压更小的电压。第一变体在设计牵引电池时限制自由度。第二变体提高成本或者限制在使用外部充电站时的灵活性，这是因为这个必须具有受控制的整流器。
【发明内容】
[0005]本发明以该技术问题为基础，创造用于对电动或混合动力车辆的牵引电池充电的设备和方法，其可较灵活地匹配到不同充电站。
[0006]该技术问题的解决方案通过具有权利要求1和6的特征的主题得出。本发明的其他有利改进方案从从属权利要求得出。
[0007]对此用于对电动或混合动力车辆的牵引电池充电的设备包括至少一个牵引电池，具有电感(其具有公共接线)的电动机，以及变流器。变流器在牵引电池和电动机之间布置并且具有正和负接线，其中变流器将牵引电池的直流电压转变成用于电动机的至少一个交流电压用于发动机运行并且电动机的至少一个交流电压转变成用于牵引电池的直流电压用于发电机运行。此外设备具有用于连接整流器的接线，其中整流器具有用于连接到一相或多相外部交流电压网络的交流电压接线侧和具有至少一个正和负接线的直流电压接线侦U。此外设置开关元件，借助该开关元件在充电运行时牵引电池的极与具有相反的极性的整流器上的接线和电感的公共接线相连，其中整流器上的其他接线与标号相符地与变流器的接线相连。借此变流器与高置放/低置放调节器的形式的电感一起切换。这实现了较高灵活性并且还允许使用不受控制的整流器而在牵引电池的充电电压的选择发明不限制。电动机或者电机优选地作为三相电机设计，其中进一步优选地将电感错接成星形线路，使得电感的公共接线是星形点。
[0008]在实施形式中整流器是设备的组件并且布置在车辆中。备选地它还可以外部地布置。
[0009]如已经实施的，设备允许使用不受控制的整流器。当然设备还可以与受控制的整流器一起工作。此外其尤其有利的是，还要由车辆将能量向回供给到交流电压网络中。
[0010]开关元件优选地作为继电器设计，这是因为这在与功率半导体相对的相对高充电电流方面具有优点。当然用功率半导体的实施也是有可能的，其中然而必要的话通过合适的错接禁止寄生杂散电流。这可以例如通过在漏极和源极方面交换的两个连续的切换的IGBT实现。
[0011]此外可以规定，用于连接整流器的接线与开关元件耦合，使得在连接整流器的情况下开关元件切换成用于充电运行的位置。在整流器是设备的组件的变体中，可以实现与整流器的交流电压侧上的接线的耦合。在此耦合可以是机械或电的。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]本发明下面根据优选的实施例更详细地解释。附图示出:
图1是用于对牵引电池充电的设备的示意表示(现有技术)，
图2a-C是高置放调节器错接的示意衍生(现有技术)，
图3是用于对牵弓I电池充电的根据本发明的设备的表示以及 图4a_d是高置放-低置放-错接的示意衍生。
[0013]在本发明前根据优选实施例更详细地解释，首先应现有技术根据图1和2a_c更详细地解释。在此对于相同元件使用相同附图标记，因此可更好地理解公共性和区别。
【具体实施方式】
[0014]用于对电动或混合动力车辆的牵引电池2充电的设备I包括变流器3，具有电感L1-L3的电动机4和整流器5。变流器3包括三个桥接旁路，其中在每个桥接旁路中布置具有并行切换的空载二极管的两个开关元件，该开关元件用T1-T6或者D1-D6标示。开关元件T1-T6通过未示出的控制单元控制。在此变流器3具有正接线6和负接线7。变流器3的中心抽头分别与电动机4的电感L1-L3之一相连，其中所有电感L1-L3具有公共接线8 (星形点)。设备I具有用于连接整流器5的接线9，10。整流器5具有交流电压接线侧11和直流电压接线侧12，该直流电压接线侧12具有正接线13和负接线14。此时整流器5的负接线14与变流器3的负接线7相连。正接线13与电感L1-L3的公共接线8相连。整流器5的交流电压接线侧11与一相或多相交流电压网络相连，例如与三个400V相或一个230V相相连。此外还与变流器3并行地布置中间电路电容器15并且在牵引电池2的极16，17上设置开关元件18，19，借助开关元件牵引电池2可以与剩余元件电分离。
[0015]在车辆(没有整流器5或者禁止整流器)的行驶运行时变流器3在两个不同方向上工作。一方面变流器可以将牵引电池2的直流电压转换成三个相移交流电压信号，以便发动机驱动电动机4。另一方面在例如应再生时，变流器可以还将电动机4的交流电压变换成用于充电牵引电池2的直流电压。
[0016]在用连接的整流器5的充电运行中电感L1-L3与变流器3的错接是高置放调节器。这应根据图2a_c简短解释。在图2a中示意表示桥接电路之一，其中所有三个桥接电路并行工作。开关元件Tl在充电期间总是打开的，然而开关元件T2由未示出的控制单元提供时钟脉冲。因此空载二极管D2总是在阻塞方向上极化。因此开关元件Tl和空载二极管D2不具有作用，其通过相应的交叉符号表示。在图2b中示出表示高置放调节器的具有剩余元件的电路。在图2c中最后示出设备I的等效电路图，其中高置放调节器20代替变流器3和电动机4绘入。然而从中得出，必须确保，整流器5的输出上的电压Ue总是必须比牵引电池2的充电电压UJ=在高置放调节器上的Ua)更小。这可以通过牵引电池2的合适大小的充电电压Ul或整流器5的控制实现，使得其输出电压Ue可调整。
[0017]在图3中示出用于对牵引电池2充电的的根据本发明的设备I的实施形式。注意的区别是在牵引电池2的正极16上布置的开关元件21。此时开关元件21不直接在正极16上布置，这是因为开关元件18还在其之间切换。下面应可假定，关闭开关元件18，19。开关元件21可以占据两个位置，也就是用于充电运行的标示的位置或用于行驶运行的位置。在关闭开关元件18，19的情况下，在充电运行时牵引电池2的正极16与电感L1-L3的公共接线点8和整流器5上的接线10相连，其中接线10与整流器5的负接线14相连。整流器5的正接线13与变流器3的正接线6相连。如果又考虑桥接电路，则得出根据图4a的电路。此时空载二极管Dl总是在阻塞方向上极化。同样开关元件T2总是打开。在图4b中示出没有不起作用的元件的电路。通过重画从根据图4b的表示达到根据图4c的表示。然而这表示用于高置放-低置放调节器的已知的电路布置，其中高置放-低置放调节器上的输出电压Ua的符号翻转。在此牵引电池2的正极16还与整流器5的负接线14相连。具有高置放-低置放调节器22的设备I的对应的等效电路图在图4d中示出。借此整流器5的输出电压Ue不但可以向上而且可以向下匹配到牵引电池2的充电电压队。因此还可以使用不受控制的整流器5，而未预先给定整流器牵引电池2的充电电压队的强制值。因此在使用整流器5和充电电压Ul的方面得到较大灵活性。
[0018]补充说明，开关元件21还可以对牵引电池2的负极17分派。然后牵引电池2的负极17与电感L1-L3的公共接线点8以及接线9或者整流器的正接线13相连。整流器5的负接线14然后与变流器3的负接线7相连。
[0019]在开关元件21的位置-行驶运行中牵引电池2的正极16在根据图3的电路的情况下与变流器3的正接线6相连。最后再一次说明，整流器5可以(但是并非一定)是设备I的组件，而是可以布置在外面。
[0020]附图标记列表 I设备
2牵引电池 3变流器 4电动机 5整流器 6正接线7负接线
8公共接线(星形点)
9，10接线11交流电压接线侧12直流电压接线侧13正接线14负接线15中间电路电容器16，17 极18,19开关元件20高置放调节器21开关元件
22高置放-低置放调节器D1-D6空载二极管L1-L3 电感T1-T6开关元件
Ue, Ua在高置放-低置放调节器或者高置放调节器上的输入和输出电压Ul牵引电池的充电电压
【权利要求】
1.一种用于对电动或混合动力车辆的牵引电池(2)充电的设备(I)，包括至少一个牵引电池(2)、具有电感(L1-L3)的电动机⑷以及变流器(3)，所述电感(L1-L3)具有公共接线(8)，其中变流器(3)在牵引电池(2)和电动机⑷之间布置并且具有正和负接线(6，7)，其中变流器(3)将牵引电池(2)的直流电压转变成用于电动机(4)的至少一个交流电压用于发动机运行并且将电动机(4)的至少一个交流电压转变成用于牵引电池(2)的直流电压用于发电机运行，其中设备(I)具有接线(9，10)以用于连接整流器(5)，其中整流器(5)具有用于连接到一相或多相外部交流电压网络的交流电压接线侧(11)和具有至少一个正和负接线(13，14)的直流电压接线侧(12)，其中直流电压接线侧(12)上的至少一个接线(13，14)可与电感(L1-L3)的公共接线(8)相连， 其特征在于， 设置开关元件(21)，通过所述开关元件(21)在充电运行中牵引电池(3)的极(16，17)与具有相反极性的整流器(5)上的接线(10，9)和电感(L1-L3)的公共接线(8)相连，其中整流器(5)上的其他接线(9，10)与标号相符地与变流器(3)的接线(6，7)相连。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备(I)具有整流器(5)。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述整流器(5)设计为受控制或不受控制的整流器(5)。
4.如上述权利要求 中任一个所述的设备，其特征在于，开关元件(21)设计为继电器。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，用于连接整流器(5)的接线(9，10)与开关元件(21)耦合，使得在连接整流器(5)时开关元件(21)切换到用于充电运行的位置。
6.一种用于借助如权利要求1的设备(I)和整流器(5)对电动或混合动力车辆的牵引电池(2)充电的方法，其中整流器(5)用其交流电压接线侧(11)连接到一相或多相外部交流电压网络并且在直流电压接线侧(12)上与用于连接整流器(5)的接线(9，10)相连，其中开关元件(21)切换到用于充电运行的位置并且根据紧贴直流电压接线侧(12)上的电压(Ue)与牵引电池(2)的充电电压(?)相比，具有电感(L1-L3)的变流器(3)作为高或低置放调节器运行。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，整流器(5)设计为受控制的整流器(5)，其中紧贴直流电压接线侧(12)上的电压(U6)通过整流器(5)的控制调整。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过受控制的整流器(5)向回供给交流电压网络中的能量。
9.如权利要求6至8中任一个所述的方法，其特征在于，在整流器(5)与交流电压网络或与设备(I)相连的情况下开关元件(21)自动切换到充电运行。
【文档编号】H02M1/10GK103931093SQ201280056753
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年11月12日 优先权日:2011年11月18日
【发明者】P.康拉德 申请人:大众汽车有限公司