CN114364567A - 车辆充电电路及具有车辆充电电路的车辆车载网络 - Google Patents

Abstract

车辆充电电路包括具有多个电位的交流电压连接端（IF）、开关装置（S1.1、S1.2）、多个整流器（GR1、GR2）、多个升压转换器和多个电流隔离的直流电压转换器（W1、W2），每个整流器都构造为桥式整流器。整流器（GR1、GR2）的输入端相互连接。整流器（GR1,GR2）的相互连接的输入端经由开关装置（S1.1,S1.2）连接到交流电压连接端（IF）。整流器（GR1、GR2）分别具有输出端，在输出端的下游分别连接所述升压转换器（B1，B2）之一。所述升压转换器（B1，B2）与所述车辆充电电路的蓄电池连接端（AA）连接。

Description

车辆充电电路及具有车辆充电电路的车辆车载网络

背景技术

已知为车辆配备由车载蓄电池运行的电驱动器。所述蓄电池也称为牵引蓄电池。为了对所述蓄电池充电而设置充电连接端。充电电压的电压电平基本上由提供所述充电电压的供电网络定义。所述蓄电池的运行电压取决于所述蓄电池的标称电压和所述蓄电池的充电状态，并且特别是可以选择为明显高于充电电压的有效值，特别是为了能够满足高功率要求。

发明内容

本发明的任务是展示一种可能性，利用这种可能性可以使充电电压和蓄电池电压相互适配，同时所涉及的措施是成本有利的，特别是在具有高标称电压的部件的高部件成本方面。

该任务通过独立权利要求的主题来解决。其他特性、特征、实施方式和优点利用从属权利要求、说明书和附图得出。

提出了一种车辆充电电路，其中不仅功率路径连接到两个交流电压相导体，所述功率路径有助于为蓄电池或车载网络供电，而且其中多个整流器以及连接在每个整流器下游的转换器连接到交流电压连接端的相同两个电位。每个转换器都具有电容器（中间电路电容器），所述电容器通过所述整流器相互串联。通过该串联电路将所述中间电路电容器要承载的电压减半。换言之，由此导致蓄电池的运行电压划分到两个或更多个转换器的两个（或通常更多个）中间电路电容器上，这些转换器连接在两个或更多个整流器的下游，其中所述整流器连接到（所述交流电压连接端的）相同的两个交流电压电位。从而所述中间电路电容器可以针对较低的标称电压更成本有利地设计。

因此提出了一种车辆充电电路，其具有交流电压连接端，所述交流电压连接端具有多个电位。在此，所述多个电位特别是两个电位，例如第一相导体和第二相导体。在此，特别是使用单相三导体网络作为所述交流电压连接端的供电网络，在所述单相三导体网络的情况下两个外导体表示多个电位。特别地，所述多个电位因此是两个电位，其中例如在美国***中，这些电位之间存在240伏（2×120伏）的交流电压，前提是这些电位对应于所述单相三导体网络的外导体电位。

所述车辆充电电路还包括开关装置。所述开关装置连接在所述交流电压连接端的下游。所述开关装置包括一个或优选地多个开关元件。特别地，为所述交流电压连接端的每个电位设置连接在所述交流电压连接端下游的开关元件。如前所述，所述交流电压连接端的两个或更多个电位可以是交流电压网络的相导体，或者可以包括交流电压网络的中性导体和相导体。

所述车辆充电电路还包括多个整流器。所述整流器分别被构造为桥式整流器。换句话说，每个整流器都构造为 Graetz 桥，并且因此被设置为对全波进行整流。

所述车辆充电电路还包括多个电流隔离的直流电压转换器。在此，整流器的数量对应于直流电压转换器的数量。在每个整流器的下游优选连接恰好一个直流电压转换器（直接或经过升压转换器）。因此得出多个路径，特别是与所述整流器或所述直流电压转换器具有相同数量的路径。每个路径包括整流器和直流电压转换器，其中每个路径与交流电压连接端连接，并且在每个路径中将直流电压转换器连接在直流电压转换器与交流电压连接端之间。

所述整流器的输入端相互连接。在此，每个整流器包括的输入端的数量对应于电位的数量。在一个实施方式中，每个整流器设置有两个输入端，其中交流电压连接端也具有两个电位（优选地，用于单相三导体网络的两个外导体的电位）。整流器的输入端相互连接，特别是以并联的方式。在此，每个整流器的第一电位相互连接，并且每个整流器的第二电位相互连接。同一整流器的不同电位互不连接。整流器的互相连接的输入端经由所述开关装置与交流电压连接端连接。所述开关装置因此连接在整流器输入端的并联电路的上游并且位于所述整流器的该并联电路与所述交流电压连接端之间。所述开关装置允许以可开关的方式实现交流电压连接端与整流器的至少单相断开，如果不是全相的话。

此外，多个整流器的不同整流器的输出端与所述车辆充电电路的蓄电池连接端连接。因此，所述车辆充电电路包括蓄电池连接端，该蓄电池连接端被设置用于连接蓄电池、特别是高压蓄电池。所述蓄电池连接端包括两个电位。在每个整流器或其输出端的下游分别连接了升压转换器之一。这些升压转换器与蓄电池连接端连接。因此，在每个整流器的下游连接了升压转换器，所述升压转换器将该整流器与直流电压转换器连接。所述蓄电池连接端连接到升压转换器与直流电压转换器之间的连接上。

特别地，所述蓄电池的不同直流电压电位连接到不同的直流电压转换器或不同的升压转换器，特别是连接到不同直流电压转换器的输入端或不同升压转换器的输出端。这是按照以下方式设置的，即不同升压转换器的多个电压的总和施加在所述蓄电池连接端处。然而，经由整流器将升压转换器（以及直流电压转换器）相互连接，其中产生位于直流电压转换器和/或升压转换器中的电容器串联配置。如前所述，通过这种串联配置将施加在蓄电池连接端处的总电压分开。因此，所涉及的中间电路电容器只需针对总电压的一部分来加以设计。

各个整流器经由各个升压转换器与各个直流电压转换器连接。直流电压转换器（分别）具有（特别是以并联方式）相互连接的输出端。特别地，直流电压转换器或其输出端与车载网络连接端连接。直流电压转换器的并联电路因此与车载网络连接端并联。由此，直流电压转换器产生的电流相加。在此，整流器用于无源地传导从电容器流出或流入电容器的补偿电流。在此，整流器是全波整流器，从而补偿电流可以双向地从电容器流出或流入电容器。

各个整流器经由各个升压转换器与各个直流电压转换器连接。因此，对于每个路径都产生一个整流器，该整流器经由升压转换器与直流电压转换器连接，其中这些整流器的输入端相互并联，并且直流电压转换器的输出端相互并联。代替并联连接，也可以为整流器的输入端和/或为直流电压转换器的输出端设置串联连接。直流电压转换器的输出端相互连接（如上所述，优选以并联方式）并且以这种方式相互连接到车载网络连接端。直流电压转换器的电流相加，其中由于整流器的并联连接，总电压分布在不同直流电压转换器和/或不同升压转换器的电容器上。

每个升压转换器都具有二极管、工作电感、中间电路电容和转换器开关。所述工作电感和二极管串联，其中产生的连接点与所述转换器开关连接。二极管和工作电感形成T形电路的纵向路径，其中工作电感形成横向路径。中间电路电容与二极管并联或在转换器开关中并联。在此，转换器开关、二极管和中间电路电容形成Pi电路，其中二极管形成纵向支路，而转换器开关和中间电路电容形成T电路的两个不同的横向支路。对于每个升压转换器，二极管经由工作电感与所连接的整流器的第一直流电压电位（优选为正的直流电压电位）连接。还规定，相应的二极管经由转换器开关与所连接的整流器的第二直流电压电位（优选地为负电位）连接。中间电路电容优选地连接到第二直流电压电位并且连接到二极管的与转换器开关相对的端部。因此，中间电路电容连接到升压转换器的输出端的两个直流电压电位和直流电压转换器的输入端的两个直流电压电位。

特别地，设置了两个路径，每个路径包括经由升压转换器与直流电压转换器连接的整流器。因此，所述车辆充电电路配备了两个整流器和两个直流电压转换器（以及配备了分别连接整流器和直流电压转换器的两个升压转换器）。直流电压转换器分别具有第一输入电位和第二输入电位。这些电位是不同的，并且可以例如设置为正电位和负电位。蓄电池连接端与第一直流电压转换器的第一输入电位（优选正输入电位）以及与第二直流电压转换器的第二输入电位连接。蓄电池连接端因此与不同的直流电压转换器连接。由此为蓄电池连接端产生直流电压转换器或升压转换器的两个输入电压之和。

换言之，蓄电池连接端因此连接到升压转换器和/或直流电压转换器的两个中间电路电容，这些中间电路电容经由整流器（或经由可选的开关）彼此连接。如所提到的，可以设置可选的开关，该开关将第一直流电压转换器的第二输入电位与第二直流电压转换器的第一输入电位可开关地连接。所述可选开关因此连接到直流电压转换器或升压转换器的未与蓄电池开关连接的那些电位。通过相关开关使得可以将电容器直接串联，这些电容器设置在升压转换器中（在输出侧）和/或在直流电压转换器中（在输入侧）。交流电压连接端优选被设置为与单相三导体供电网络的外导体连接。例如，这样的供电网络用于北美。在这种情况下，供电网络有两个外导体。这些外导体与供电网络的中心导体（即星形点）相比具有相对于彼此旋转了180°的电压，从而在外导体上施加了相应外导体与中心连接之间的电压之和。这例如可以是240伏，其中外导体与中心导体之间的电压分别为120伏。这些信息与有效电压有关。交流电压连接端特别是设置为代表该供电网络的两个外导体的连接端。

优选地，交流电压连接端被设置为根据NEMA标准，特别是NEMA 6-15、NEMA 6-20、NEMA 6-30或NEMA 6-50或根据NEMA 10-30或NEMA 10-50定义的插塞连接元件。这允许与上述例如在北美使用的插头连接。

所述车辆充电电路还可以具有直流电压连接端。该直流电压连接端优选地经由车辆电路的蓄电池断路开关与直流电压连接端连接。在此，蓄电池断路开关可以以开关方式在所有极将直流电压连接端与蓄电池连接端断开。可以设置连接点，经由该连接点将蓄电池连接端与直流电压转换器连接。该连接点位于蓄电池断路开关与转换器之间。特别是可以规定，直流电压连接端经由连接开关与转换器连接，其中直流电压连接端的两个不同电位特别是与转换器的不同电位连接并且直流电压连接端也经由连接开关与不同的转换器连接。因此可以规定，所述车辆充电电路还具有连接开关，所述连接开关将直流电压连接端可开关地与不同整流器的输出端的不同电位连接。在此，正电位可以经由连接开关之一与第一直流电压转换器的正电位连接，并且直流电压连接端的负电位可以经由（另外的）连接开关与第二直流电压转换器的负电位连接。可以在连接开关与直流电压转换器之间设置滤波器，该滤波器特别是构造为低通滤波器。

特别地，直流电压连接端与直流电压转换器的输入端连接，即与直流电压转换器的连接到升压转换器的侧连接。因此，直流电压转换器可以与升压转换器的输出端连接，其中在此直流电压连接端的通常电位也与不同的升压转换器连接。

整流器的输入端可以直接相互连接。替代地，整流器的输入端可以经由附加开关装置可开关地相互连接。附加开关装置为单极或多极。附加开关装置可以设置在所有极上并且因此以可开关的方式在所有极上将第一整流器的输入端与第二整流器的输入端断开。

还描述了具有这里提到的车辆充电电路的车辆车载网络。除了这里提到的车辆充电电路之外，所述车辆车载网络还包括蓄电池和车载网络支路。所述蓄电池优选构造为高压蓄电池。所述蓄电池特别是基于锂。所述蓄电池优选地是车辆的牵引蓄电池，所述车辆车载网络设置在该车辆中。特别地，蓄电池具有至少60伏、100伏、特别是至少400伏并且优选至少800伏的标称电压。在车载网络支路中设置高压组件，即具有至少100伏、400伏或优选至少800伏的标称电压的组件。车载网络特别是可以具有电驱动装置，例如逆变器和/或电机。所述驱动装置是车辆的牵引驱动装置，其中设置有所述车辆车载网络或所述车辆充电电路。在蓄电池与车载网络支路之间可以存在直接的或优选地具有全极断路开关的连接。所述蓄电池可以连接到车辆充电电路的蓄电池连接端。在此，蓄电池经由蓄电池断路开关与连接开关连接，该连接开关又通向直流电压转换器（即通向直流电压转换器的输入端）。车载网络支路连接到车辆充电电路的车载网络连接端。车载网络支路因此连接到转换器的输出端，特别是连接到这些输出端的并联电路。可以在车载网络支路与车载网络连接端之间设置断路开关，或者可以设置直接连接（无开关）。

附图说明

图1用于示例性解释这里描述的车辆充电电路和这里描述的车辆车载网络。

具体实施方式

图1示出了具有交流电压连接端IF1和直流电压连接端IF2的车辆充电电路。两个连接端都是充电连接端。交流电压连接端IF1的两相经由开关装置S1.1和S1.2与整流器GR1和GR2连接。在此，输入端、即整流器GR1和GR2的交流电压连接端彼此并联，其中该并联电路又与交流电压连接端IF1并联。可以设置附加开关装置ZS，其将整流器GR1和GR2的输入端以可开关的方式相互连接。在每个整流器的下游连接了升压转换器B1、B2。在升压转换器B1、B2的下游又连接了两个直流电压转换器W1、W2。直流电压转换器W1、W2的输出端彼此并联。该并联连接又与车载网络连接端BA并联连接。车载网络BN与车载网络连接端BA连接。车载网络BN不是车辆充电电路的一部分，而是图1所示的车辆车载网络的一部分。

外部电压源WQ和GQ（WQ是交流电压源，GQ是直流电压源）可以连接到连接端IF1和IF2，这些连接端是车辆充电电路和车辆车载网络的一部分。这些电压源不是车辆车载网络的一部分，也不是车辆充电电路的一部分。

整流器GR1和GR2被实现为Graetz桥，如示例性借助于整流器GR2所示。在此存在两个二极管桥，即第一二极管桥D1、D2和第二二极管桥D3和D4。交流电压连接端IF1的两个相都连接到相应二极管桥的连接点（经由开关S1.1和S1.2）。一方面二极管半桥D1、D2和另一方面D3、D4的连接点形成整流器GR1、GR2的输入端。每个二极管半桥具有由二极管的导通方向指向的第一端，其中二极管半桥的这些端相互连接。两个二极管半桥的相对端也相互连接。这两端形成整流器GR1和GR2的输出端，并分别单独连接到升压转换器B1、B2或它们的输入端。

直流电压转换器B1、B2分别在输入端均具有串联的工作电感，这些工作电感经由转换器开关可开关地与相反电位连接。这些工作电感在这里显示在正支路中，其中转换器开关可开关地产生电感到负电位的连接。在每个升压转换器B1、B2中，在工作电感的下游连接了二极管，该二极管的流动方向指向远离工作电感的方向。在该二极管的下游连接了电容器，该电容器将该二极管与相反电位并联连接。因此在所示实施方式中，在正电位中产生串联电路，该串联电路包括所述工作电感和所述二极管。为这些组件之间的连接点设置转换器开关，该转换器开关将所述连接点与负电位连接。所述电容器位于升压转换器的输出端，而所述工作电感器位于输入端。在升压转换器的输出端，所述电容器将正电位与负电位连接并因此用于平滑。

可选开关AS连接在升压转换器B1的负电位与第二升压转换器B2的正电位之间。如前所述，该开关是可选的，也可以省略。如果省略该开关，则通过整流器GR1和GR2或通过二极管桥的二极管D1至D4产生串联连接，从而升压转换器的电容器彼此串联连接。直流电压连接端IF2的正电位连接到第一升压转换器B1与第一直流电压转换器W1之间的正电位。直流电压连接GF2的负电位连接到第二升压转换器B2与第二直流电压转换器W2之间的连接的负电位。直流电压连接端IF2与直流电压转换器W1、W2或升压转换器B1、B2之间的连接经由连接开关引导。该连接开关被设置为将该连接在所有极与直流电压连接端IF2断开。应该注意的是，直流电压连接端IF2具有两个电位，这两个电位连接到不同的转换器W1、W2或它们的输入端。因此，如果在直流电压连接端IF2上施加了例如800伏的电压，则该电压划分到升压转换器B1、B2的两个电容器上或在直流电压转换器W1、W2（未显示）的输入侧设置的电容器上，因为这些电容器经由整流器GR1,GR2的并联电路和整流桥连接到整流器GR1、GR2的交流电压输入端。该连接也可以由可选的开关AS来提供。

在直流电压连接端IF2与蓄电池AK之间是蓄电池断路开关S5.1和S5.2，它们允许蓄电池AK在所有极上断开。特别是，这些蓄电池断路开关使得能够实现蓄电池连接端AA的全极断开，其中蓄电池AK连接到该蓄电池连接端AA。连接开关S2.1、S2.2的连接不经由蓄电池断路开关S5.1、S5.2引导，而是直接通向直流电压连接端IF2。

在蓄电池AK与车载网络支路BN之间还可以存在另外的连接，该车载网络支路BN连接到车载网络连接端BA，可以借助于开关S4.1和S4.2来对所述另外的连接进行开关。车载网络因此可以直接由蓄电池供电，可以由车载网络连接端BA供电并且因此由转换器W1、W2供电，或者由这两种方式都供电。

由于施加在IF2上的电压的电压分布，升压转换器W1、W2或转换器W1、W2的电容器的尺寸可以具有较低的标称电压或最大电压。该电压分布通过这些电容器的串联电路产生，该串联电路由二极管、二极管全桥D1至D4、整流器GR1、GR2及其在输入侧的并联电路提供。

Claims (10)

1.一种车辆充电电路，包括

-具有多个电位的交流电压连接端（IF），

-开关装置（S1.1，S1.2），

-多个整流器（GR1，GR2），每个整流器都被构造为桥式整流器，

-多个升压转换器，和

-多个电流隔离的直流电压转换器（W1，W2），

其中所述整流器（GR1，GR2）的输入端相互连接，并且所述整流器（GR1，GR2）的相互连接的输入端经由所述开关装置（S1.1，S1.2）与所述交流电压连接端（IF）连接，以及

所述整流器（GR1，GR2）分别具有输出端，在所述输出端的下游分别连接所述升压转换器（B1，B2）之一，所述升压转换器（B1，B2）与所述车辆充电电路的蓄电池连接端（AA）连接。

2.根据权利要求1所述的车辆充电电路，其中各个整流器（GR1，GR2）经由各个升压转换器（B1，B2）与各个直流电压转换器（W1，W2）连接，其中所述直流电压转换器（W1，W2）具有相互连接并且与车载网络连接端（BA）连接的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的车辆充电电路，其中所述升压转换器（B1，B2）分别具有二极管、工作电感、中间电路电容和转换器开关，其中二极管分别经由所述工作电感与所连接的整流器（GR1，GR2）的第一直流电压电位（+）连接并且经由所述转换器开关与所连接的整流器（GR1，GR2）的第二直流电压电位（-）连接，以及所述中间电路电容连接到所述第二直流电压电位（-）和所述二极管的与所述转换器开关相对的端。

4.根据前述权利要求中任一项所述的车辆充电电路，其配备有两个整流器和两个直流电压转换器（W1，W2），其中每个直流电压转换器（W1，W2）具有第一输入电位（+）和第二输入电位（-），并且所述蓄电池连接端（AA）与所述第一直流电压转换器（W1）的第一输入电位（+）以及与所述第二直流电压转换器（W2）的第二输入电位（-）连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的车辆充电电路，其中所述交流电压连接端被设置为与单相三导体供电网络的外导体连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的车辆充电电路，其中所述交流电压连接端被设置为根据ANSI/NEMA WD 6-2002标准构造的插塞连接元件，特别是构造为根据NEMA 6-15、NEMA L6-15、NEMA 6-20、NEMA L6-30、NEMA 6-30、NEMA 6-50、NEMA L6-50、NEMA 10-30或NEMA 10-50的插座或插头。

7.根据前述权利要求中任一项所述的车辆充电电路，其还具有直流电压连接端（IF2），其中所述蓄电池连接端（AA）经由所述车辆充电电路的蓄电池断路开关（S5.1，S5.2）与所述直流电压连接端（IF2）连接。

8.根据权利要求7所述的车辆充电电路，其还包括连接开关（S2.1，S2.2），所述连接开关将所述直流电压连接端（IF2）可开关地连接到不同整流器（GR1，GR2）的输出端的不同电位。

9.根据前述权利要求中任一项所述的车辆充电电路，其中所述整流器（GR1，GR2）的输入端彼此直接连接或经由附加开关装置（ZS）可开关地彼此连接。

10.一种车辆车载网络，具有根据前述权利要求中任一项所述的车辆充电电路、蓄电池（AK）和车载网络支路（BN），其中所述蓄电池（AK）连接到所述车辆充电电路的蓄电池连接端（AA），并且所述车载网络支路（BN）连接到所述车辆充电电路的车载网络连接端（BA）。

Images