车载充电系统的制作方法

本发明涉及一种车载充电系统，所述车载充电系统包括：变压器组件，所述变压器组件包括初级侧绕组组件和次级侧绕组组件，其中，所述次级侧绕组组件包括至少两个高电压绕组元件；初级侧变换器电路，所述初级侧变换器电路被配置为接收输入直流电压并向所述变压器组件的所述初级侧绕组组件提供初级侧变压器交流电压；和次级侧高电压变换器电路，所述次级侧高电压变换器电路被配置为从所述变压器组件的所述次级侧绕组组件接收次级侧变压器交流电压并提供用于给高电压车辆电池充电的高电压输出直流电压。

背景技术：

1、现代高电压车辆电池系统通常被设计为以400v的标称电压或800v的标称电压操作，其中，实际的操作电压在标称操作电压为400v的情况下可以在180v至470v之间变化，并且在标称操作电压为800v的情况下可以在550v至940v之间变化。此外可行的是，提供给电池系统的标称电压应针对不同的操作模式（例如直流供电的快速充电与交流供电的充电）而不同。因此，期望车载充电系统被配置为与这两个标称电压兼容。

2、在这种背景下，wo2023/111326a1描述了一种车载充电系统，所述车载充电系统包括具有两个高电压绕组元件的次级侧绕组组件，并且包括两个次级侧高电压变换器电路，每个次级侧高电压变换器电路都与高电压绕组元件之一电连接，以便能够提供与400v车辆电池系统兼容的高电压输出直流电压以及与800v车辆电池系统兼容的高电压输出直流电压。

3、此外，wo2021/247278a1描述了一种车载充电系统，所述车载充电系统包括具有单个高电压绕组元件的次级侧绕组组件和单个次级侧高电压变换器电路，其中，在次级侧高电压变换器电路的输出端处设置有转换装置，以便能够提供与400v车辆电池系统兼容的高电压输出直流电压以及与800v车辆电池系统兼容的高电压输出直流电压。

技术实现思路

1、本发明的目的是实现一种能够提供两种不同的标称高电压输出直流电压并且在设计上相对简单的车载充电系统。

2、所述目的通过一种具有权利要求1的特征的车载充电系统来解决。

3、根据本发明的车载充电系统包括变压器组件，所述变压器组件包括初级侧绕组组件和次级侧绕组组件，所述初级侧绕组组件和次级侧绕组组件以已知的方式磁性耦合，使得当初级侧变压器交流电压被提供给初级侧绕组组件时，在次级侧绕组组件中感应出次级侧变压器交流电压。变压器组件优选地被设计成使得初级侧绕组组件与次级侧绕组组件电流隔离。初级侧绕组组件优选地只包括一个单个绕组元件，但原则上可以包括任何数量的绕组元件。根据本发明的次级侧绕组组件包括至少两个高电压绕组元件，所述高电压绕组元件可以单独电接触。优选地，次级侧绕组组件包括恰好两个高电压绕组元件，所述两个高电压绕组元件优选地设置有相同的匝数。原则上，所述至少两个高电压绕组元件可以被设计为单绕组部件，每个单绕组部件仅限定一个单个高电压绕组元件，和/或所述至少两个高电压绕组元件可以被设计为所谓的分裂绕组部件，所述分裂绕组部件包括多个子绕组，所有子绕组均由一个单个绕组导线形成并且因此串联地电连接。在后一种情况下，通过电接触在两个子绕组之间的区域中的绕组导线，可以电接触限定各个高电压绕组元件的各个子绕组。

4、根据本发明的车载充电系统还包括初级侧变换器电路，所述初级侧变换器电路与所述变压器组件的所述初级侧绕组组件电连接，并且所述初级侧变换器电路被配置为被提供有输入直流电压并向所述初级侧绕组组件提供初级侧变压器交流电压。初级侧变换器电路的输入侧通常与所谓的直流母线电容组件电连接。

5、根据本发明的车载充电系统还包括次级侧高电压变换器电路，所述次级侧高电压变换器电路与变压器组件的次级侧绕组组件电连接，并且所述次级侧高电压变换器电路被配置为被提供有来自次级侧绕组组件的次级侧变压器交流电压并提供适合于给高电压车辆电池充电的高电压输出直流电压。

6、初级侧变换器电路和次级侧高电压变换器电路都可以各自基于本领域中已知的任何合适的变换器设计，例如半桥设计、全桥设计或电流倍增器设计。初级侧变换器电路和次级侧高电压变换器电路可以使用本领域中已知的任何合适的耦合方案来耦合，例如电压耦合方案、电流耦合方案、移相耦合方案、电容耦合方案、谐振耦合方案或有源桥耦合方案。

7、根据本发明，车载充电系统设置有转换装置，所述转换装置被配置为以至少两种不同的连接方案将次级侧高电压变换器电路与所述至少两个高电压绕组元件电连接，其中，如果初级侧变压器交流电压被提供给初级侧绕组组件，则每种连接方案导致次级侧高电压变换器电路被提供有不同的次级侧变压器交流电压。不同的连接方案可以例如被设计成使得次级侧高电压变换器电路能够与不同的单独的高电压绕组元件和/或与多于一个高电压绕组元件的不同的相互连接电连接。

8、因此，根据本发明的转换装置允许通过设置次级侧高电压变换器电路与变压器组件的次级侧绕组组件的所述至少两个高电压绕组元件之间的不同的电连接来容易地改变提供给次级侧高电压变换器电路的变压器交流电压。这允许实现如下车载充电系统，所述车载充电系统可以高效地提供两个不同的标称高电压输出直流电压，并且由于其仅包括一个单个次级侧高电压变换器电路，因此在设计方面相对简单。

9、在根据本发明的车载充电系统的一个优选实施例中，次级侧高电压变换器电路在第一连接方案中与单个高电压绕组元件电连接并且在第二连接方案中与至少两个高电压绕组元件的串联连接电连接。这可以通过以下方式以相对简单的方式实现：次级侧绕组组件的所述至少两个高电压绕组元件串联地电连接，其中，次级侧高电压变换器电路的一个输入连接端永久地与串联连接的高电压绕组元件的第一高电压绕组元件的输入连接端电连接，并且次级侧高电压变换器电路的另一个输入连接端被转换装置选择性地要么电连接到串联连接的高电压绕组元件的第一高电压绕组元件的输出连接端要么电连接到串联连接的高电压绕组元件的后继高电压绕组元件的输出连接端。

10、优选地，次级侧绕组组件的所述至少两个高电压绕组元件都是一个单个高电压分裂绕组部件的子绕组，这导致次级侧绕组组件并且因此变压器组件易于组装。在这样的分裂绕组部件中，子绕组都由一个单个绕组导线形成，使得所有子绕组串联地电连接。各个子绕组可以通过在两个子绕组之间的区域中电接触绕组导线来电接触。

11、在一个优选的实施例中，转换装置包括控制连接端，经由所述控制连接端可以向转换装置提供控制信号，其中，转换装置被配置为依赖于控制信号来设置不同的连接方案。这允许由车辆控制单元以简单的方式控制当前的连接方案以及因此当前的次级侧变压器交流电压。

12、优选地，转换装置包括至少一个继电器以在不同的连接方案之间进行切换。这允许实现简单的且成本有效的转换装置。

13、替代地或附加地，转换装置优选地包括至少一个半导体开关，优选地两个或更多个半导体开关，以在不同的连接方案之间进行切换。这允许实现简单的、能量高效的且易于控制的转换装置。

14、替代地或附加地，转换装置优选地包括至少一个双向三极晶闸管，优选地两个或更多个双向三极晶闸管，也已知为双极三极晶闸管或双向可控硅（简称：triac）。这允许实现简单的且成本有效的转换装置。

15、在一个优选的实施例中，根据本发明的车载充电系统包括次级侧低电压变换器电路，并且次级侧绕组组件包括至少一个、更优选地恰好一个低电压绕组元件，其中，次级侧低电压变换器电路被配置为从次级侧绕组组件的低电压绕组元件接收另外的次级侧变压器交流电压并提供用于给低电压车辆电池充电的低电压输出直流电压。低电压输出直流电压通常被设计成13.5v的标称电压，但是在实际操作中可以在6v至18v之间变化。低电压车辆电池通常是所谓的机动车/汽车电池，其用于给车辆的辅助单元供电，并且在混合动力电动车辆的情况下还用于启动车辆的内燃机。

16、在上述实施例中，根据本发明的车载充电系统优选地包括低电压滤波电路，所述低电压滤波电路被配置为对由次级侧低电压变换器电路提供的低电压输出直流电压进行滤波，以便提供特别平滑的低电压输出直流电压。低电压滤波电路通常包括一个或多个电容器，但原则上可以是本领域中已知的任何适用于使低电压直流电压平滑的电压滤波器。

17、优选地，根据本发明的车载充电系统包括高电压滤波电路，所述高电压滤波电路被配置为对由次级侧高电压变换器电路提供的高电压输出直流电压进行滤波，以便提供特别平滑的高电压输出直流电压。高电压滤波电路通常包括一个或多个电容器，但原则上可以是本领域中已知的任何适用于使高电压直流电压平滑的电压滤波器。

18、在一个优选的实施例中，根据本发明的车载充电系统包括交流接口，所述交流接口被配置为连接到车外交流电源，其中，车外交流电源可以是提供合适交流电压的任何车外电源。车外交流电源可以例如是专用的交流充电站，所述专用的交流充电站通常提供三相交流电压，但也可是简单的家用电源插座，所述简单的家用电源插座通常提供单相或双相交流电压。在这种情况下，车载充电系统优选地还包括电磁干扰（emi）滤波器、继电器矩阵电路和保护电路，它们原则上可以以本领域中已知的任何合适的方式来实现。

19、在上述实施例中，根据本发明的车载充电系统优选地还包括功率因数校正（pfc）电路，所述功率因数校正（pfc）电路布置在交流接口与初级侧变换器电路之间。功率因数校正电路，也已知为功率因数补偿电路，被配置为提供所谓的功率因数校正，这基本上意味着消除或至少减弱交流电压的无用谐波。pfc电路原则上可以以本领域中已知的任何方式来实现。pfc电路的输出端优选地连接到整流直流母线电容组件。

20、优选地，根据本发明的车载充电系统被配置为实现双向能量流，这意味着车载充电系统不仅能够利用来自车外电源的电能给高电压车辆电池充电，而且还能够将电能从高电压车辆电池提供至车外负载或电网。在这种情况下，次级侧高电压变换器电路还被配置为从高电压车辆电池接收高电压输入直流电压并向变压器组件的次级侧绕组组件提供变压器交流电压，并且初级侧变换器电路还被配置为从变压器组件的初级侧绕组组件接收变压器交流电压并提供输出直流电压。