CN111801242B - 机动车辆的交流充电装置及其运行方法和机动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆（1）的交流充电装置（2），所述交流充电装置具有中性导体（6）、至少一个相导体（7、8、9）和至少一个整流器（13、18），其中所述中性导体（6）和所述相导体（7、8、9）与所述整流器连接，并且所述整流器还与至少一个平滑电容器（14、16）电连接，所述交流充电装置（2）具有布置在所述交流充电装置（2）的供电网连接端（33、34、35、36）和所述平滑电容器（14、16、19）之间的预充电电路（20），所述预充电电路被构造为对所述平滑电容器（14、16）进行预充电，其中所述相导体（7）在连接部分（37）中借助于交叉连接线路（25、28）与所述交流充电装置（2）的至少一个其他相导体（8、9）电连接，其中所述交叉连接线路（25、28）具有用于将所述相导体（7）和所述其他相导体（8、9）分离的交叉连接开关（26、29），并且所述预充电电路（20）布置在所述相导体（7、8、9）的第一相导体（7）的供电网连接端（33）与所述连接部分（37）之间。

Description

机动车辆的交流充电装置及其运行方法和机动车辆

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的交流充电装置，其中所述交流充电装置具有用于平滑电容器的预充电电路，并且本发明涉及一种具有这种交流充电装置的车辆。

背景技术

交流充电装置是已知的。通过交流充电装置可以为机动车辆的车载电网供应能量，或者向所述机动车辆的牵引蓄电池充电。所述交流充电装置被构造为从供电网接收交流电并且将直流电输出到机动车辆的车载电网。

交流充电装置通常具有至少一个平滑电容器。通过所述平滑电容器减少了交流电整流后残留的剩余纹波或交流分量。所述平滑电容器接收由于脉动式的直流电压而存在的交流电压分量（或将交流电压短路）。所述平滑电容器通常在电网分离接触器闭合之前通过预充电电路进行预充电，该电网分离接触器在供电网和所述平滑电容器之间建立了连接。所述预充电电路在此通常仅具有一个预充电电阻，该预充电电阻在通过闭合所述电网分离接触器而开始对所述车辆的车载电网的实际充电过程之前限制充电电流。通过所述预充电，所述平滑电容器通常被延迟地带到所述供电网的电压水平。因此，通过所述预充电电路避免了所述供电网的电压突然击穿到所述平滑电容器上，特别是由于所述预充电电阻对电流的限制。

已知的预充电电路的缺点在于，交流充电装置针对所有相分别设置了预充电电路。

发明内容

本发明的任务是提供一种交流充电装置、一种机动车辆以及一种方法，利用所述交流充电装置、所述机动车辆或在所述方法的情况下可以更简单地构造交流充电装置。

该任务通过如下所述的交流充电装置、机动车辆和方法来解决。

根据本发明的用于机动车辆的交流充电装置具有中性导体、至少一个相导体（特别是三个相导体）以及至少一个特别是无源的整流器。所述中性导体和所述相导体与所述整流器连接，特别是与所述整流器的交流侧连接。平滑电容器与所述整流器的直流电压侧并联连接。此外，所述交流充电装置具有预充电电路，该预充电电路布置在所述交流充电装置的供电网连接端与优选从所述相导体的供电网连接端观察的第一平滑电容器之间。所述预充电电路被构造为对所述平滑电容器进行预充电。所述预充电电路连接到所述整流器的直流电压侧。所述预充电电路连接在所述供电网连接端的下游。所述预充电电路连接在所述供电网连接端与所述整流器之间，并且优选地连接这些组件。所述整流器经由电网分离接触器与供电网连接端连接。所述预充电电路与所述电网分离接触器并联连接。如果所述电网分离接触器断开，则通向所述整流器或平滑电容器的唯一电流路径优选经由所述预充电电路引导。所述预充电电路特别是可以例如借助于与所述预充电电路的预充电电阻串联连接的晶体管来切换。当晶体管断开和接触器断开时，所述供电网连接端与所述整流器断开。因此，所述预充电电路是可切换的。此外，所述预充电电路是无源预充电电路，并且特别地被构造为没有自身的电压源并且没有转换器。

所述相导体在连接部分中借助于交叉连接线路与所述交流充电装置的至少一个其他相导体连接。此外，所述交叉连接线路具有用于将所述相导体和所述其他相导体分离的交叉连接开关。作为本发明的重要思想，规定所述预充电电路布置在所述相导体的第一相导体的供电网连接端与所述连接部分之间。

本发明基于以下认识：如果所述预充电电路布置在所述第一相导体的供电网连接端与所述连接部分之间，则可以更简单地构造所述交流充电装置。

通过将所述预充电电路布置在所述第一相导体的供电网连接端与所述连接部分之间，可以省去在其他相导体中，特别是在所述相导体的第二相导体或第三相导体中，或者在交叉连接线路中或在中性导体中的其他预充电电路。于是，通过将所述预充电电路布置在所述第一相导体的供电网连接端与所述连接部分之间，仅唯一的预充电电路就足以能够通过三个分支和例如仅一个连接到供电网的相导体安全地运行所述交流充电装置。因此，通过将所述预充电电路布置在中性导体中，例如可以节省两个预充电电路。

可以设置一种控制器，该控制器被设计为首先激活所述预充电电路，特别是通过闭合所述预充电电路的晶体管，并且该控制器被设计为在闭合所述晶体管之后同时或单独地一个接一个地或按组地一个接一个地闭合所有交叉连接线路。由此，所述平滑电容器也由不具有自己的预充电电路的相充电。这通过开关流过所述连接部分的电流来实现。

所述交流充电装置特别是构造为三相的三相充电装置。因此，所述交流充电装置特别是具有三个相导体。每个相导体可以具有带有晶体管的预充电电路。由此，如果各自的供电网连接端未与所述供电网连接，则可以无电压地连接每单个相导体的供电网连接端。

此外，所述交流充电装置被构造为具有至少一个交叉连接线路，使得至少两个相导体经由所述交叉连接线路彼此连接。这是有利的，因为即使所述交流充电装置仅通过唯一的相导体与所述供电网连接，也可以通过所述交叉连接线路来使用所述交流充电装置的多个分支。

所述预充电电路特别是具有至少一个预充电电阻。所述预充电电路可以与所述电网分离接触器并联布置。所述预充电电路可以具有串联连接的晶体管，该晶体管特别是被设计为完全分离经过所述预充电电路的电流路径。所述预充电电阻与所述晶体管串联连接。由晶体管和预充电电阻产生的串联电路与所述电网分离接触器并联连接或桥接所述电网分离接触器。如果所述电网分离接触器和所述晶体管断开，则所涉及的相与所述供电网连接端完全分离。

因此，在经由所述供电网向所述供电网连接端施加电压时，首先经由所述预充电电路，即经由所述预充电电阻以及特别是经由闭合的晶体管，对所述平滑电容器进行预充电。在预充电期间，相导体的电网分离接触器断开。所述电网分离接触器优选在所述平滑电容器已经经由所述预充电电路被充分预充电时才闭合。

此外优选地规定，所述预充电电路具有至少一个、特别是通常截止或自截止的晶体管。通过所述晶体管可以无电压地连接所述交流充电装置的供电网连接端。此外，所述晶体管是有利的，因为否则在闭合所述交叉连接线路的交叉连接开关时可能近似出现经由预充电电阻的电网短路。由此可以使机动车辆更安全地运行。

所述连接部分设置在所述预充电电路的背离所述供电网连接端的一侧。由此，在所述预充电电路断开时，没有电流可以流经所述连接部分。

优选地规定，所述预充电电路具有二极管，该二极管特别是相对于所述平滑电容器布置在所述晶体管的上游。所述二极管被构造为在从无源整流器到所述供电网连接端的方向上截止。通过所述二极管可以防止由电网正弦波触发的电流经由所述预充电电路流回，即，从所述平滑电容器向所述供电网连接端的方向流回。通过所述二极管，即使在晶体管闭合时也不会有电流经由所述预充电电路从所述平滑电容器向所述供电网连接端的方向流回。所述交流充电装置因此可以更安全地运行。此外，由此可以以简单的方式将所述交流充电装置构造为具有交叉连接线路。所述二极管、所述晶体管和所述预充电电阻串联连接。所述二极管经由所述晶体管与所述预充电电阻连接。所述二极管优选地与所述供电网连接端连接，而所述电阻与所述整流器连接，其中也可以设置为相反。代替所述二极管，所述晶体管也可以与所述供电网连接端连接，其中于是所述晶体管经由所述二极管与所述电阻连接。最后，所述晶体管可以与所述供电网连接端连接，并经由所述二极管和所述预充电电阻（以这种顺序或相反的顺序）与所述整流器连接。所述晶体管特别是MOSFET。所述晶体管具有反向二极管。所述反向二极管的截止方向与所述二极管的截止方向相反。由此通过所述晶体管对于所述供电网连接端处的电压的每个相位或每个极性都实现了完全的截止。如前所述，所述预充电电路桥接分离接触器并实现完全断开或充电电流的限制。

补充地，所述交叉连接线路优选具有用于将所述相导体和所述其他相导体分离的交叉连接开关。

所述相导体可以通过所述交叉连接线路彼此连接。特别是将该连接设置为，仅将所述相导体之一与所述供电网连接，但是应当使用所述交流充电装置的多个分支进行充电。从而也可以通过所述交叉连接线路例如以大于16A的电流强度进行充电，因为所述交流充电装置的每单个分支例如仅被设计为最大16A。从而例如可能的是，不存在正确的充电连接端来将所述交流充电装置的供电网连接端与多于一个相导体连接。从而所述供电网仅与唯一的供电网连接端、特别是所述第一相导体的供电网连接端电连接。然而，尽管仅与相导体的一个供电网连接端或所述交流充电装置的插头连接端的一个管脚电网连接，但为机动车辆的车载电网馈电、特别是为所述机动车辆的蓄电池充电的电流强度可以优选用16A的三倍加载。因此，使用是仅使用一个分支而不是三个分支的情况的三倍的电流强度来进行充电。

特别地，所述交叉连接线路还具有交叉连接开关。通过所述交叉连接开关可以中断所述交叉连接线路。

特别是规定，所述预充电电路与所述电网分离接触器并联地构造。由于所述预充电电路与所述电网分离接触器并联布置，如果所述电网分离接触器和/或所述电网分离电路断开，则可以经由所述预充电电路用来自所述供电网的能量对所述平滑电容器进行预充电。

本发明还涉及一种方法，在该方法中运行用于机动车辆的交流电充电装置。执行以下步骤：

a）断开所述交流充电装置的第一相导体的电网分离接触器，如果所述电网分离接触器未断开，则所述第一相导体将供电网与所述交流充电装置的特别是无源的整流器电连接；

b）向所述交流充电装置施加所述供电网的电压，其中所述交流充电装置的相导体在连接部分中借助于交叉连接线路与所述交流充电装置的至少一个其他相导体电连接；

c）通过布置在所述第一相导体的供电网连接端与所述连接部分之间的预充电电路对所述交流充电装置的至少一个平滑电容器进行预充电；以及

d）如果所述平滑电容器已预充电，则闭合所述电网分离接触器。

特别地，在该方法或运行期间，所述交流充电装置仅通过所述第一相导体的供电网连接端与所述供电网电连接。第二相导体的供电网连接端和第三相导体的供电网连接端特别是不与所述供电网电连接。

优选地规定，在步骤c）中对所述交流充电装置的第一分支中的平滑电容器进行预充电，同时第一交叉连接线路的第一交叉连接开关断开，其中所述第一交叉连接开关在对第一分支中的平滑电容器进行了特别是完全的预充电之后闭合，并且在所述交流充电装置的第二分支中的至少一个平滑电容器被预充电。由此可以顺序地对平滑电容器进行预充电。因此，优选地首先对第一分支的平滑电容器进行预充电，然后在对第一分支的平滑电容器预充电完成之后对第二分支的平滑电容器进行预充电。这是有利的，因为所述预充电电路的预充电电阻由此仅需针对唯一分支的电流进行设计。由此，所述预充电电阻以及因此所述交流充电装置可以更便宜和更紧凑地构造。所述断开和所述闭合可以由控制器设置，该控制器操控地与所涉及的开关连接。

此外优选地规定，在步骤c）中，对所述交流充电装置的第二分支中的平滑电容器进行预充电，同时第二交叉连接线路的第二交叉连接开关断开，其中特别是第一交叉连接开关在对第二分支中的平滑电容器进行了特别是完全的预充电之后断开，并且第二交叉连接开关闭合，并且对所述交流充电装置的第三分支中的至少一个平滑电容器进行预充电。也就是说，由此在第二分支之后，第三分支的平滑电容器也可以与第一分支和第二分支的平滑电容器分开地被预充电。这又是有利的，因为所述预充电电路的预充电电阻由此仅需针对唯一分支的电流进行设计。因此，可以使所述预充电电阻以及因此使所述交流充电装置更便宜和更紧凑地构造。

本发明还涉及一种具有根据本发明的交流电充电装置的机动车辆。所述机动车优选被构造为乘用车。

根据本发明的交流充电装置或机动车辆的有利的实施方式应被认为是根据本发明的方法的有利的实施方式。所述交流充电装置或所述机动车辆的主题组件分别被构造为执行各自的方法步骤。

本发明的其他特征从本发明公开内容，尤其是附图和附图描述中得出。

附图说明

下面基于示意图更详细地解释本发明的实施例。

图1示出了具有根据本发明的交流充电装置的实施例的机动车辆的示意性平面图；

图2示出了具有预充电电路的交流充电装置的实施例的示意图，该预充电电路具有预充电电阻和两个交叉连接线路，每个交叉连接线路具有交叉连接开关；以及

图3示出了具有预充电电路的交流充电装置的另一实施例的示意图，该预充电电路具有晶体管。

在附图中，相同或功能相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1以示意性平面图示出了具有交流充电装置2的机动车辆1。根据该实施例，交流充电装置2处于充电状态并且连接至供电网3。供电网3提供交流电。此外，所述交流充电装置经由机动车辆1的车载电网4与机动车辆1的牵引蓄电池5电连接。根据该实施例，车载电网4被构造为具有例如400V的高压车载电网。

图2示出了交流充电装置2。交流充电装置2具有中性导体6、第一相导体7、第二相导体8和第三相导体9。中性导体6以及第一相导体7与供电网3电连接。相反，根据该实施例，第二相导体8和第三相导体9不直接与供电网3连接，而是特别是仅经由第一相导体7与供电网3连接。

第一相导体7与交流充电装置2的第一分支10电连接。第二相导体8与交流充电装置2的第二分支11直接电连接。第三相导体9与交流充电装置2的第三分支12直接电连接。根据该实施例，第一分支10与第二分支11或与第三分支12构造为相同。下面描述第一分支10作为另外两个分支11、12的示例。

所述交流充电装置的第一分支10具有第一无源整流器13、第一平滑电容器14、直流电压转换器15、第二平滑电容器16、逆变器17、第二整流器18和第三平滑电容器19。可以在逆变器17和第二整流器18之间布置变压器。所述变压器可以导致与供电网3和车载电网4的电气分离。然而，所述交流充电装置优选地被构造为不具有变压器，由此供电网3和车载电网4电气连接。

根据该实施例，在第一相导体7中布置预充电电路20。根据该实施例，预充电电路20包括预充电电阻21。该预充电电阻21串联连接在预充电电路20中以从而限制电流。

根据图3的实施例，所述预充电电路还包括二极管23和自截止的晶体管22。二极管23的导通方向从供电网3延伸到第一平滑电容器14。所述晶体管和所述二极管反串联地相互连接。这产生了由二极管23、晶体管22和预充电电阻21组成的串联电路，其中该串联电路的末端与接触器24并联连接。该串联电路或该预充电电路可控地桥接接触器24。

经由第一预充电电路20对第一平滑电容器14和/或第二平滑电容器16和/或第三平滑电容器19进行预充电。如果对平滑电容器14、16、19进行了预充电，即由此使这些平滑电容器达到供电网3的电压，则第一相导体7的并联连接到第一预充电电路20的第一电网分离接触器24闭合。在第一电网分离接触器24闭合之后，电流基本上流过第一电网分离接触器24并且不再流过预充电电路20。根据该实施例，第一电网分离接触器24被设计为16A。然而，第一电网分离接触器24也可以被设计为多种其他电流强度。

此外，第一相导体7经由第一交叉连接线路25与第二相导体8电连接。第一交叉连接线路25具有第二电网分离接触器31。

根据该实施例，第一交叉连接开关26被构造为与第一电网分离接触器24相同。

此外，第一相导体7通过第二交叉连接线路28与第三相导体9电连接。第二交叉连接线路28具有第二交叉连接开关29。

交叉连接开关26、29优选地被结构相同地构造。

第二相导体8具有第二电网分离接触器31。第三相导体9具有第三电网分离接触器32。电网分离接触器24、31、32优选地被构造为相同。在第一相导体7的供电网连接端32与第一分支10之间的电连接可以通过第一电网分离接触器24来中断。从第二相导体8的供电网连接端34到第二分支11的电连接可以通过第二电网分离接触器31中断。从第三相导体9的供电网连接端35到第三分支12的电连接可以通过第三电网分离接触器32中断。供电网连接端33、34、35例如可以被构造为插头的管脚。该插头例如可以被构造为三相插头，其具有作为相导体7、8、9的供电网连接端33、34、35的三个管脚和作为中性导体6的供电网连接端36的其他管脚。

根据该实施例，仅第一相导体7的供电网连接端33和中性导体6的供电网连接端36与供电网3直接连接。根据该实施例，第二相导体8的供电网连接端34和第三相导体9的供电网连接端35不与供电网3电连接，但是如果在供电网侧提供适配的连接端，则供电网连接端34和供电网连接端35适于被连接。

如果仅将第一相导体7的供电网连接端33与供电网3连接，而第二相导体8的供电网连接端34不与供电网3连接，则通过第一交叉连接线路25可以向第二分支11供应电流。与此类似地，如果仅第一相导体7的供电网连接端33与供电网3电连接并且第二相导体8的供电网连接端34和第三相导体9的供电网连接端35不与供电网3连接，则可以经由第二交叉连接线路28向第三分支12供应电流。

附图标记列表

1 机动车辆

2 交流充电装置

3 供电网

4 车载电网

5 牵引蓄电池

6 中性导体

7 第一相导体

8 第二相导体

9 第三相导体

10 第一分支

11 第二分支

12 第三分支

13 第一整流器

14 第一平滑电容器

15 直流电压转换器

16 第二平滑电容器

17 逆变器

18 第二整流器

19 第三平滑电容器

20 预充电电路

21 预充电电阻

22 晶体管

23 二极管

24 第一电网分离接触器

25 第一交叉连接线路

26 第一交叉连接开关

28 第二交叉连接线路

29 第二交叉连接开关

31 第二电网分离接触器

32 第三电网分离接触器

33 第一相导体的供电网连接端

34 第二相导体的供电网连接端

35 第三相导体的供电网连接端

36 中性导体的供电网连接端

37 连接部分。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆（1）的交流充电装置（2），所述交流充电装置具有中性导体（6）、至少一个相导体（7、8、9）和至少一个整流器（13、18），所述整流器连接至所述中性导体（6）和所述相导体（7、8、9），并且所述整流器还与至少一个平滑电容器（14、16、19）电连接，其中所述交流充电装置（2）具有布置在所述交流充电装置（2）的供电网连接端（33、34、35、36）和所述平滑电容器（14、16、19）之间的预充电电路（20），所述预充电电路（20）被构造为对所述平滑电容器（14、16、19）进行预充电，其中所述相导体（7、8、9）的第一相导体（7）在连接部分（37）中借助于交叉连接线路（25、28）与所述交流充电装置（2）的至少一个其他相导体（8、9）电连接，

其特征在于，

所述交叉连接线路（25、28）具有用于将所述第一相导体（7）和所述其他相导体（8、9）分离的交叉连接开关（26、29），并且所述预充电电路（20）布置在所述相导体（7、8、9）的第一相导体（7）的供电网连接端（33）与所述连接部分（37）之间。

2.根据权利要求1所述的交流充电装置（2），

其特征在于，

所述交流充电装置（2）在所述第一相导体（7）的供电网连接端（33）与所述连接部分（37）之间具有所述预充电电路（20）作为总体上唯一的预充电电路。

3.根据权利要求1所述的交流充电装置（2），

其特征在于，

所述预充电电路（20）具有彼此串联连接的至少一个晶体管（22）和预充电电阻。

4.根据权利要求3所述的交流充电装置（2），

其特征在于，

所述晶体管（22）被构造为自截止。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的交流充电装置（2），

其特征在于，

所述预充电电路（20）具有彼此串联连接的二极管（23）和预充电电阻。

6.根据权利要求5所述的交流充电装置（2），

其特征在于，

所述二极管（23）相对于所述平滑电容器（14、16、19）布置在所述晶体管（22）的上游。

7.一种用于运行机动车辆（1）所用的交流充电装置（2）的方法，其中执行以下步骤：

a）断开所述交流充电装置（2）的第一相导体（7）的电网分离接触器（24），如果所述电网分离接触器（24）未断开，则所述第一相导体将供电网（3）与所述交流充电装置（2）的整流器（13、18）电连接；

b）向所述交流充电装置（2）施加所述供电网（3）的电压，其中所述交流充电装置（2）的所述第一相导体（7）在连接部分（37）中借助于交叉连接线路（25、28）与所述交流充电装置（2）的至少一个其他相导体（8、9）电连接；

c）通过布置在所述第一相导体（7）的供电网连接端（33）与所述连接部分（37）之间的预充电电路（20）对所述交流充电装置（2）的至少一个平滑电容器（14、16、19）进行预充电；以及

d）如果所述平滑电容器（14、16、19）已预充电，则闭合所述电网分离接触器（24）。

8.根据权利要求7所述的方法，

其特征在于，

在步骤c）中对所述交流充电装置（2）的第一分支（10）中的平滑电容器（14、16、19）进行预充电，同时第一交叉连接线路（25）的第一交叉连接开关（26）断开，其中所述第一交叉连接开关（26）在对所述第一分支（10）中的平滑电容器（14、16、19）进行了预充电之后闭合，并且在所述交流充电装置（2）的第二分支（11）中的至少一个平滑电容器（14、16、19）被预充电。

9.根据权利要求8所述的方法，

其特征在于，

在步骤c）中对所述交流充电装置（2）的第二分支（11）中的平滑电容器（14、16、19）进行预充电，同时第二交叉连接线路（28）的第二交叉连接开关（29）断开，其中所述第二交叉连接开关（29）闭合，并且对所述交流充电装置（2）的第三分支（12）中的至少一个平滑电容器（14、16、19）进行预充电。

10.一种机动车辆，具有根据权利要求1至6中任一项所述的交流充电装置（2）。