CN111788756A

CN111788756A - 充电***

Info

Publication number: CN111788756A
Application number: CN201980016687.9A
Authority: CN
Inventors: B·伦格; A·伊滕; B·费斯勒
Original assignee: Schmidhauser AG
Current assignee: Bucher Hydraulics AG
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-10-16
Also published as: EP3759787A1; US20210066954A1; US11569677B2; WO2019166592A1; DE102018203192A1; EP3759787B1

Abstract

一种充电***（1），其具有：‑数目m个连接端（12_1,...,12_m），用于连接至少一个要充电的电参考蓄能器（2）；‑数目n为至少三个的逆变器桥，所述逆变器桥分别具有中间抽头；‑数目n个电滤波器，其中数目n个滤波器中的相应的滤波器的输入端与所述数目个逆变器桥中的逆变器桥的相应所属的中间抽头电连接；‑可控分配单元（8），所述可控分配单元连到所述数目n个滤波器中的滤波器的相应的输出端与所述数目个连接端（12_1,...,12_m）之间形成回路，并且所述可控分配单元构造为：根据至少一个操控信号（AS_1,...,AS_k），将所述数目n个滤波器中的滤波器的相应的输出端电分配给所述数目个连接端（12_1,...,12_m）中的相应所属的连接端；和‑控制单元（20），所述控制单元构造为：根据所述充电***（1）的所希望的充电模式来产生所述至少一个操控信号（AS_1,...,AS_k）。

Description

充电***

技术领域

本发明涉及一种充电***。

发明内容

本发明所基于的任务在于提供一种充电***，借助于该充电***可以尽可能灵活地给不同类型的电蓄能器充电。

本发明通过根据权利要求1所述的充电***来解决该任务。

该充电***具有整数m个连接端，用于连接至少一个要充电的电参考蓄能器，该电参考蓄能器为了充电例如可以从电馈电蓄能器中取得电能。数目m例如可以在2到20之间。参考蓄能器可以是所谓的（Isolé Terre）IT***的组成部分。在这种情况下，单个连接端可以是单个电极。三个这样的连接端或极例如可以组合地形成三相连接端或交流连接端。除了这三个连接端之外，例如还有中性导体连接端和PE连接端可以是这样的交流连接端的组成部分，其中中性导体连接端和PE连接端可以与其它连接端分开地被实施。

该充电***还具有数目n为至少三个的两级或多级逆变器桥，也就是说n ≥ 3。优选地，该充电***具有数目n为至少六个的两级或多级逆变器桥，也就是说n ≥ 6。这些逆变器桥通常分别具有中间抽头。这些逆变器桥通常还可具有至少两个串联的可控切换装置，其中相应的中间抽头根据切换装置的切换状态要么与相应的逆变器桥的其中一个外端电连接要么与相应的逆变器桥的另一外端电连接。就这方面来说，也应参阅关于逆变器及其逆变器桥的相关专业文献。

该充电***还具有数目n个电单相或多相滤波器，其中所述数目n个滤波器中的相应的滤波器的输入端与所述数目个逆变器桥中的所属的逆变器桥的相应所属的中间抽头电连接。

该充电***还具有可控分配单元或切换矩阵，该可控分配单元或切换矩阵连到所述数目n个滤波器中的滤波器的相应的输出端与数目m个连接端之间形成回路，并且该可控分配单元或切换矩阵构造为：根据至少一个操控信号、也就是说一个或多个操控信号，将所述数目n个滤波器中的滤波器的相应的输出端电分配给所述数目m个连接端中的相应所属的连接端或将所述数目n个滤波器中的滤波器的相应的输出端与所述数目m个连接端中的相应所属的连接端电连接。在该分配的情况下，可以将所述数目m个连接端中的正好一个连接端分配给滤波器的正好一个所属的输出端。在该分配的情况下，也可以将所述数目m个连接端中的一个连接端分配给多个滤波器的多个所属的输出端，也就是说多个滤波器输出端可以被分配给同一连接端或与同一连接端电连接。

在这种情况下，相应的滤波器的术语输入端和输出端只被用于区分滤波器的不同的连接端。不仅可以从相应的滤波器的输入端朝着相应的滤波器的输出端的方向实现信号流和/或能量流，而且可以从相应的滤波器的输出端朝着相应的滤波器的输入端的方向实现信号流和/或能量流。

该充电***还具有控制单元、例如以微处理器为形式的控制单元，该控制单元被构造为根据该充电***的所希望的充电模式来产生所述一个或多个操控信号。该控制单元的功能例如可以被分配到一个或多个控制单元上。

按照一个实施方式，该充电***具有一个或多个电馈电蓄能器。所述一个或多个馈电蓄能器例如可以以可再充电的电化学蓄能器或电池组的形式来体现。

对于这种情况来说，这些逆变器桥分别由馈电蓄能器来被馈电，也就是说例如可以在这些逆变器桥的外端处被加载电压，该电压由馈电蓄能器的电能来产生或该电压是电蓄能器所输出或提供的电压。馈电电压也可以被称作中间电路电压。相应的逆变器桥的外端中的一个外端例如可以被加载正的中间电路电位，而相应的逆变器桥的外端中的另一外端例如可以被加载负的中间电路电位，其中正的中间电路电位与负的中间电路电位之间的电位差形成中间电路电压，该中间电路电压对应于由电蓄能器输出的电压。

除了馈电蓄能器之外或替选于馈电蓄能器，针对这些逆变器桥的馈电电压和/或馈电电流也可以借助于发电机来产生，该发电机例如借助于内燃机来被驱动。

按照一个实施方式，所述数目n个滤波器中的相应的滤波器具有至少一个扼流圈和至少一个电容器。滤波器或者一个或多个扼流圈以及一个或多个电容器例如可以以L型、T型或PI型拓扑来接线。

按照一个实施方式，所希望的充电模式从如下充电模式集合中被选择：

a) 利用交变电流（例如单相或三相）同时给多个电参考蓄能器充电；

b) 利用交变电流（例如单相或三相）给至少一个参考蓄能器充电，其中在充电模式b)下的充电电流高于在充电模式a)下的充电电流；

c) 利用直流电流同时给多个电参考蓄能器充电；

d) 利用直流电流给至少一个电参考蓄能器充电，其中在充电模式d)下的充电电流高于在充电模式c)下的充电电流。

按照一个实施方式，该控制单元被构造为：针对该可控分配单元产生该至少一个操控信号并且针对这些逆变器桥的切换装置产生其它操控信号，使得馈电蓄能器借助于在所述数目m个连接端中的一个或多个连接端处所提供的电能来被充电。

按照一个实施方式，该控制单元被构造为：针对该可控分配单元产生该至少一个操控信号并且针对这些逆变器桥的切换装置产生其它操控信号，使得将储存在馈电蓄能器中的电能馈入到供电电网中，该供电电网连接在所述数目m个连接端中的一个或多个连接端处。该供电电网例如可以是常规的单相或三相交变电网。

按照一个实施方式，馈电蓄能器提供具有如下电平的电压，该电平大于充电蓄能器通常输出的电压的电平。例如，馈电蓄能器提供的典型电平可以大于600V、尤其是大于750V、尤其是大于或等于800V。馈电蓄能器提供的电平可以大于连接在所述数目m个连接端中的一个连接端或多个连接端处的供电电网的交变电压的有效值的

倍。

由于每个逆变器原则上都可以用作降压转换器，从借助于馈电蓄能器来提供的电压（随后被称作电池组电压）可以产生低于电池组电压的任意电压。在给馈电蓄能器充电时，逆变器桥又可以用作升压转换器，其方式是例如将电能从有关电压方面更低的400V或480V电网转换成更高的电池组电压。

按照一个实施方式，可控分配单元具有多个可控切换装置。可控切换装置的数目可以取决于数目n和数目m。在具有最大数目的分配自由度的最大的扩展等级中，可以实现nx m切换矩阵，在该n x m切换矩阵中，滤波器的每个输出端都可以被切换到该充电***的每个任意的输出端上。为了减少可控切换装置的数目，可以减少分配自由度。

按照一个实施方式，这些可控切换装置是接触器。

附图说明

本发明随后参考附图详细地予以描述。在这种情况下：

图1示出了按照本发明的充电***的基本结构的框图；

图2示出了在图1中示出的按照第一实施方式的充电***的多个逆变器桥；

图3示出了在图1中示出的按照另一实施方式的充电***的多个逆变器桥；

图4示出了在图1中示出的充电***的多个电滤波器；

图5示出了在图1中示出的按照第一实施方式的充电***的可控分配单元；

图6示出了在图1中示出的按照另一实施方式的充电***的可控分配单元；

图7示出了在第一充电模式下的充电***；

图8示出了在第二充电模式下的充电***；以及

图9示出了在第三充电模式下的充电***。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的充电***1的基本结构的框图。充电***1可以是移动充电***，该移动充电***例如可以布置在机动车、例如以载客车（PKW）为形式的机动车中。

充电***1具有可选的以电池组为形式的电馈电蓄能器3，该电池组输出大约800V的工作电压。

充电***1还具有数目m个连接端12_1, ...., 12_m，用于连接要充电的电参考蓄能器2。电参考蓄能器2例如可以是至少部分电驱动机动车的电池组。

所述数目m个连接端12_1, ...., 12_m中的一个或多个连接端也可以与供电电网21连接，其中对于这种情况来说可以将电能从馈电蓄能器3馈入到供电电网21中或者反过来将电能从供电电网21馈入到馈电蓄能器3中。

在当前情况下，示范性地示出了两个电参考蓄能器2，这两个电参考蓄能器可以借助于充电***1同时被充电，如随后还将进一步予以描述的那样。易于理解的是：视充电***1的尺寸而定，也可以同时给超过两个电参考蓄能器2充电。

例如，充电***1可以在第一尺寸等级下示范性地具有m = 8个连接端12，这些连接端中，分别4个连接端可以组合成一个插拔连接器。

充电***1还具有逆变器单元5，参考图2和3，该逆变器单元具有数目n为至少三个的逆变器桥5_1, ..., 5_n。在所示出的实施方式中，数目n例如可以为6。

参考图2，逆变器桥5_1, ..., 5_n分别具有两个可控半导体切换装置15，这两个可控半导体切换装置串联在极16与17之间。这些半导体切换装置15借助于操控信号C1至Cp来***控，其中操控信号C1至Cp由控制单元20来产生。正的中间电路电位附在极16处而负的中间电路电位附在极17处，其中在这两个极16、17之间的电位差形成中间电路电压VB，该中间电路电压借助于中间电路电容器4来被缓冲。该中间电路电压VB是由电蓄能器3或电池组输出的那个电压。因此，从馈电蓄能器3来给相应的逆变器桥5_1, ..., 5_n馈电。

替选于从馈电蓄能器3来给逆变器桥5_1, ..., 5_n馈电或者除了从馈电蓄能器3来给逆变器桥5_1, ..., 5_n馈电之外，中间电路电压也可以借助于未示出的发电机来产生，该发电机例如可以由机动车或PKW的内燃机来驱动。

逆变器桥5_1, ..., 5_n分别具有中间抽头10_1, ..., 10_n，该中间抽头对应于相应的半导体切换装置15的电连接点。

在图3中示出的逆变器单元5具有逆变器桥5_1, ..., 5_n，这些逆变器桥分别具有四个可控半导体切换装置15，这四个可控半导体切换装置串联到极16与17之间。易于理解的是：相应的逆变器桥也可以具有超过四个半导体切换装置。

参考图4，充电***1还具有滤波单元6，该滤波单元具有数目n个电滤波器6_1,..., 6_n。相应的电滤波器6_1, ..., 6_n具有输入端13_1, ..., 13_n。相应的输入端13_1, ..., 13_n与逆变器桥5_1, ..., 5_n之一的相应所属的中间抽头10_1, ..., 10_n电连接。也就是说，输入端13_1与中间抽头10_1连接，输入端13_2与中间抽头10_2连接，等等。

相应的滤波器6_1, ..., 6_n具有以PI型拓扑的两个扼流圈7和一个电容器14。

参考图1、5和6，充电***1还具有可控分配单元8，该可控分配单元连到滤波器6_1, ..., 6_n的输出端11_1, ..., 11_n与连接端12_1, ...., 12_m之间形成回路。

可控分配单元8被构造为：根据数目k个操控信号AS_1, ..., AS_k，将滤波器6_1,..., 6_n的相应的输出端11_1, ..., 11_n与连接端12_1, ..., 12_m中的相应所属的连接端电连接，这随后还将进一步予以阐述。数目k可以等于数目n或者等于数目m或者不同于n和m。

充电***1的控制单元20被构造为：根据充电***1的所希望的充电模式来产生操控信号AS_1, ..., AS_k。

参考图5和6，分配单元8具有以接触器为形式的多个可控切换装置9，这些可控切换装置由控制单元20根据充电***1的所希望的充电模式来操控并且具有取决于充电模式的切换状态。

可控切换装置9的切换状态借助于操控信号AS_1, ..., AS_k适当地被调整。操控信号AS_1, ..., AS_k的数目k可以等于切换装置的数目。

借助于充电***1，在第一充电模式下例如可以利用交变电流同时给两个电参考蓄能器2充电。在这种情况下，电参考蓄能器2可以同时三相地被充电、同时单相地被充电或者以混合的方式，电参考蓄能器2中的一个电参考蓄能器可以三相地被充电而电参考蓄能器2中的另一电参考蓄能器可以单相地被充电。

图7示意性示出了在第一充电模式下在可控分配单元8的切换装置9的相对应的切换状态的情况下的充电***1。分配单元及其切换装置9出于更清楚的原因而未示出，而是仅仅示出了所得到的从滤波器输出端到连接端12_1至12_6的电分配。这里，滤波器6_1至6_6示范性地分别仅具有一个扼流圈7。

可控分配单元8的切换装置9的切换状态被选择为使得桥式支路5_1至5_3形成第一三相逆变器，该第一三相逆变器通常从由电馈电蓄能器3提供的直流电压产生三相充电交变电压，该三相充电交变电压被输出给连接端12_1至12_3并且可用于对第一电参考蓄能器2的三相充电。还设置可选的连接端18，该连接端与PE连接。

可控分配单元8的切换装置9的切换状态还被选择为使得桥式支路5_4至5_6形成第二三相逆变器，该第二三相逆变器通常从由电馈电蓄能器3提供的直流电压产生三相充电交变电压，该三相充电交变电压被输出给连接端12_4至12_6并且可用于对第二电参考蓄能器2的三相充电。还设置可选的连接端19，该连接端与PE连接。

连接端12_1、12_2、12_3和18可以集成到插拔连接器中。相对应地，连接端12_4、12_5、12_6和19可以集成到另一插拔连接器中。

图8示意性示出了在第二充电模式下在可控分配单元8的切换装置9的相对应的切换状态的情况下的充电***1。分配单元及其切换装置9出于更清楚的原因而未示出，而是仅仅示出了所得到的从滤波器输出端到连接端12_1至12_3的电分配。这里，滤波器6_1至6_6示范性地分别仅具有一个扼流圈7。

在第二充电模式下，可以利用交变电流来给单个参考蓄能器2充电，其中充电电流高于在第一充电模式下的充电电流。

在第二充电模式下，分别两个桥式支路经由相对应的滤波器被切换到共同的所属的连接端上、也就是说并联到共同的所属的连接端上，使得相对于第一充电模式可以输出更高的充电电流。这样，桥式支路5_1和5_4经由它们的滤波器6_1或6_4被切换到连接端12_1上，桥式支路5_2和5_5经由它们的滤波器6_2或6_5被切换到连接端12_2上并且桥式支路5_3和5_6经由它们的滤波器6_3或6_6被切换到连接端12_3上。

图9示意性示出了在第三充电模式下在可控分配单元8的切换装置9的相对应的切换状态的情况下的充电***1。分配单元及其切换装置9出于更清楚的原因而未示出，而是仅仅示出了所得到的从滤波器输出端到连接端12_1和12_2的电分配。这里，滤波器6_1至6_6示范性地分别仅具有一个扼流圈7。

在第三充电模式下，可以利用直流电流以最大充电功率来给单个参考蓄能器2充电。

在第三充电模式下，三个桥式支路5_1、5_2、5_3的上方的半导体切换装置15持续导通而三个桥式支路5_1、5_2、5_3的下方的半导体切换装置15持续截止。因此，极16或正的中间电路电位经由三个桥式支路5_1、5_2、5_3的上方的切换装置15和滤波器6_1、6_2和6_3的扼流圈7来与连接端12_1电连接。

相对应地，三个桥式支路5_4、5_5、5_6的上方的半导体切换装置15持续截止而三个桥式支路5_4、5_5、5_6的下方的半导体切换装置15持续导通。因此，极17或负的中间电路电位经由三个桥式支路5_4、5_5、5_6的下方的切换装置15和滤波器6_5、6_5和6_6的扼流圈7来与连接端12_2电连接。

如果功率流反向，则逆变器单元5也可以被用于给电馈电蓄能器3再充电。为此，控制单元20可以针对可控分配单元8产生操控信号AS_1, ..., AS_k并且针对半导体切换装置15产生其它操控信号C1, ..., Cp，使得馈电蓄能器3借助于在连接端12_1, ...., 12_m中的一个或多个连接端处所提供的电能来被充电。

控制单元20可以构造为：产生全部操控信号，使得能够实现对分配单元8的切换装置9的无电流切换，以便切换装置9可以关于它们的切换功率方面小地被确定参数。

此外，切换装置9的过载保护可以通过在这些逆变器桥中集成的电流测量来被实现。

控制单元20可以构造用于与馈电蓄能器3以及所有所连接的参考蓄能器2的通信并且将逆变器单元5控制为使得提供所希望的功率（电压和电流）。

按照本发明，通过桥式支路的符合需要的并联可以提高AC充电电流，由此能够实现车辆电蓄能器的快速充电。相对应地，通过桥式支路的并联可以提高DC充电电流。

按照本发明的充电***还能够实现在常规的三相工业插座处对馈电蓄能器3的再充电。

Claims

1.一种充电***（1），其具有：

- 数目m个连接端（12_1, ...., 12_m），用于连接至少一个要充电的电参考蓄能器（2）；

- 数目n为至少三个的逆变器桥（5_1, ..., 5_n），所述逆变器桥分别具有中间抽头（10_1, ..., 10_n）；

- 数目n个电滤波器（6_1, ..., 6_n），其中数目n个滤波器（6_1, ..., 6_n）中的相应的滤波器的输入端（13_1, ..., 13_n）与数目n个逆变器桥（5_1, ..., 5_n）中的逆变器桥的相应所属的中间抽头（10_1, ..., 10_n）电连接；

- 可控分配单元（8），所述可控分配单元连到所述数目n个滤波器（6_1, ..., 6_n）中的滤波器的相应的输出端（11_1, ..., 11_n）与所述数目m个连接端（12_1, ...., 12_m）之间形成回路，并且所述可控分配单元构造为：根据至少一个操控信号（AS_1, ..., AS_k），将所述数目n个滤波器（6_1, ..., 6_n）中的滤波器的相应的输出端（11_1, ..., 11_n）电分配给所述数目m个连接端（12_1, ...., 12_m）中的相应所属的连接端；和

- 控制单元（20），所述控制单元构造为：根据所述充电***（1）的所希望的充电模式来产生所述至少一个操控信号（AS_1, ..., AS_k）。

2.根据权利要求1所述的充电***（1），其特征在于，

- 所述充电***（1）具有馈电蓄能器（3），所述馈电蓄能器构造为给所述数目n个逆变器桥（5_1, ..., 5_n）馈电。

3.根据权利要求1或2所述的充电***（1），其特征在于，

- 所述数目n个滤波器（6_1, ..., 6_n）中的相应的滤波器具有至少一个扼流圈（7）和至少一个电容器（14）。

4.根据上述权利要求中任一项所述的充电***（1），其特征在于，

- 所述所希望的充电模式从如下充电模式集合中被选择：

a) 利用交变电流同时给多个电参考蓄能器（2）充电；

b) 利用交变电流给至少一个参考蓄能器（2）充电，其中在充电模式b)下的充电电流高于在充电模式a)下的充电电流；

c) 利用直流电流同时给多个电参考蓄能器（2）充电；

d) 利用直流电流给至少一个电参考蓄能器（2）充电，其中在充电模式d)下的充电电流高于在充电模式c)下的充电电流。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的充电***（1），其特征在于，

- 所述控制单元（20）构造为：针对所述可控分配单元（8）产生所述至少一个操控信号（AS_1, ..., AS_k）并且针对所述逆变器桥（5_1, ..., 5_n）的切换装置（15）产生其它操控信号（C1, ..., Cp），使得所述馈电蓄能器（3）借助于在所述数目m个连接端（12_1,...., 12_m）中的一个连接端或多个连接端处所提供的电能来被充电。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的充电***（1），其特征在于，

- 所述控制单元（20）构造为：针对所述可控分配单元（8）产生所述至少一个操控信号（AS_1, ..., AS_k）并且针对所述逆变器桥（5_1, ..., 5_n）的切换装置（15）产生其它操控信号（C1, ..., Cp），使得将储存在所述馈电蓄能器（3）中的电能馈入到供电电网（21）中，所述供电电网连接在所述数目m个连接端（12_1, ...., 12_m）中的一个连接端或多个连接端处。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的充电***（1），其特征在于，

- 所述馈电蓄能器（3）提供具有如下电平的电压，所述电平大于充电蓄能器（2）输出的电压的电平。

8.根据上述权利要求中任一项所述的充电***（1），其特征在于，

- 所述分配单元（8）具有多个可控切换装置（9）。

9.根据权利要求8所述的充电***（1），其特征在于，

- 所述可控切换装置（9）是接触器。