机动车和用于为机动车的电的动力储能器充电的方法与流程

1.本发明涉及一种机动车，其包括电的动力储能器、至少两个直流电压转换器/直流变压器和用于与车外能量源电接触的接触装置。本发明还涉及一种用于为机动车的电的动力储能器充电的方法。


背景技术：

2.为机动车的动力储能器充电时，可使用外部能量源提供直流电流。直流电流可被机动车接收，并用于为动力储能器充电。在机动车电池的电压水平与充电站输出的电压相对应/相等的情况下，可直接由充电站为电池充电。例如，对于mhev(轻度混合动力电动汽车)就是这种情况。在其他情况下，通常在机动车中设置用于对动力储能器充电的转换器，该转换器适配所接收的直流电流的电压电平。然而，其缺点在于，由于附加的转换器，在机动车中需要安装空间，并且技术复杂性和制造机动车的成本增加。


技术实现要素：

3.因此本发明要解决的技术问题的是，提出一种机动车，在该机动车中可以低成本地给机动车的动力储能器充电。
4.为了解决这个技术问题，根据本发明对于上述类型的机动车提出，所述至少两个直流电压转换器分别在第一侧上串联连接，所述接触装置连接到所述直流电压转换器的第一侧，动力储能器连接到直流电压转换器的第二侧。
5.使用两个分别在第一侧串联连接的直流电压转换器(dc/dc转换器)的优点使得可以扩展机动车已经存在的第一直流电压转换器，使得它也可以用于为电的动力储能器充电。与第一直流电压转换器分别在第一侧上串联连接的第二直流电压转换器既可以用于适配车外能量源的直流电流的电压，也可以提高为动力储能器充电的最大充电功率。有利地，这使得机动车的动力储能器能够由车外能量源提供的如下电压充电：该电压大于第一直流电压转换器在其第一侧的输入电压。具体地，可以用车外能量源提供的如下电压对动力储能器充电：该电压对应于直流电压转换器在第一侧相应的输入电压的总和。如果超过两个、例如三个或更多个直流电压转换器分别在第一侧上串联连接，则也类似地适用。通过还使用已经存在的直流电压转换器为动力储能器充电，可以将另一直流电压转换器设计为具有较小的结构尺寸和/或具有较低的功率，因此也具有较低的成本。
6.直流电压转换器构造为将施加到第一侧的直流电压转换成施加到第二侧的、且不同于施加到第一侧的直流电压的直流电压。关于充电过程中的能量流，直流电压转换器的第一侧代表其输入，第二侧相应地代表输出。尤其是，通过直流电压转换可以使经由接触装置从车外能量源接收的直流电压增加到机动车的动力储能器的电压电平，该储能器例如可以是高压电池。动力储能器可以具有例如220v至840v的电压、例如220v至460v的电压或560v至840v的电压。
7.当希望由电压低于动力储能器电压的车外能量源为电的动力储能器充电时，经由
两个直流电压转换器进行充电可能具有特别的优势。还可能的是，由车外能量源提供的电压可以不同于在机动车内部使用的其他电压，因为一个或多个子车载网络/电气系统、特别是低压车载网络可以分别经由至少两个直流电压转换器之一连接到动力储能器。这使得至少一个子车载网络的电压可以不同于电的动力储能器的电压，以及不同于经由接触装置所接收的车外能量源电压。
8.根据本发明可以设置，直流电压转换器在它们各自的第二侧并联连接。在分别在自身第二侧上产生与动力储能器的电压相对应的直流电压的直流电压转换器的情况下，因此可以提高为动力储能器充电所提供的电流。
9.在本发明的一种优选的设计方案中可以设置，至少一个所述直流电压转换器可以被双向运行。这使得除了经由至少两个直流电压转换器对电的动力储能器充电之外，还可以以反向功率流运行至少一个直流电压转换器，从而例如可以经由至少一个双向的直流电压转换器将功率从连接到直流电压转换器第二侧的电的动力储能器输出到与双向直流电压转换器第一侧连接的子车载网络中。
10.根据本发明可以设置，至少一个所述直流电压转换器被设计为，在第一侧上的电压相当于机动车的低压车载网络的电压。该直流电压转换器尤其可以被双向运行，从而机动车的低压车载网络也可以由电的动力储能器运行。低压车载网络的电压尤其可以是12v。但是，其他车载网络电压，例如24v、36v或48v也是可能的。这些车载网络电压尤其是根据车载网络标准电压的车载网络电压类别。在实际运行中，车载网络电压例如可能与电池的荷电状态、温度等相关，可能会与标称电压不同。用于转换到机动车的低压车载网络电压的直流电压转换器尤其可以被设计用于1kw至5kw的功率，优选用于3kw的功率。
11.根据本发明可以设置，低压车载网络与至少一个所述直流电压转换器的第一侧连接。有利地，这使得被设置用于向低压车载网络供电的直流电压转换器也可以用于对电的动力储能器进行充电。
12.根据本发明可以设置，所述低压车载网络与直流电压转换器中的第一直流电压转换器的对应于高电位的端子连接并且与直流电压转换器中的第二直流电压转换器的对应于低电位的端子相连接。特别地，通过直流电压转换器的串联连接，可以将第二直流电压转换器具有低电位的端子连接至第一直流电压转换器具有高电位的端子。在这种情况下，有利地通过在第一侧经由接触装置串联连接至少两个直流电压转换器，可以接收比在机动车低压车载网络中高的电压。
13.由于以这样的方式进行互连，使得低压车载网络与直流电压转换器中的第一直流电压转换器的对应于高电位的端子连接并且与直流电压转换器中的第二直流电压转换器的对应于低电位的端子相连接，从而向低压车载网络提供电压，该电压对应于第一直流电压转换器的第一侧上的电压。例如，可以使用两个直流电压转换器，这两个直流电压转换器相应地用于将与低压车载网络中的电压相对应的电压转换为动力储能器的电压。有利地，这使得两个直流电压转换器可以具有相同的构造，由此可以减少机动车不同部件的数量，这对机动车制造成本和制造复杂度具有有利的影响。
14.根据本发明可以设置，接触装置被设计为连接到提供保护性低压的能量源。为此，接触装置例如可以包括至少一个与车外能量源的相对应的触点对连接的触点对。在能量源提供保护性低压、例如小于60v的直流电压的情况下，可以使用开放/裸露的触点，因为由于
使用的电压等于或低于安全低压的限值，即使有开放的触点也具备接触安全性。
15.根据本发明可以设置，在接触装置和直流电压转换器之间布置有开关装置，尤其是至少一个半导体开关和/或至少一个接触器。通过该开关装置允许动力储能器与接触装置分离。由此例如实现了接触装置与机动车侧能量源的无功率的连接。附加或替代于切断接触装置，开关装置可以用于切断至少一个直流电压转换器。
16.根据本发明可以设置，接触装置和/或直流电压转换器被设计为连续传导100a的电流。以这种方式，可以以较高的充电功率进行充电，该充电功率是由车外能量源提供的电压与经由接触装置接收的电流的乘积所得出的。为了进一步提高充电功率，尤其可以设置，接触装置和/或直流电压转换器被设计为传导200a、250a、300a、350a、400a或500a的电流。接触装置和/或直流电压转换器特别是被设计成连续传导这些电流，因此接触装置和/或直流电压转换器被设计成持续性能良好，从而也可以实现即便在更长的时间内也可以提供要获得的充电功率，并可以将其用于给电的动力储能器充电。
17.在本发明的一种优选的设计方案中可以设置，接触装置具有可动的集电器，该集电器设计为与能量源的接触装置接触。这实现了，例如在将机动车停在接触装置上方之后，由接触装置使接触装置的可动集电器运动从而与能量源的接触装置的一个或多个触点直接接触，由此从能量源接收直流电流形式的能量并能够经由机动车的直流电压转换器将能量馈入电的动力储能器和/或低压车载网络的低压电池中，该低压车载网络与直流电压转换器之一连接。集电器尤其可以布置在机动车的底侧上，并且可以经由执行器、例如电动马达使该集电器在竖直方向上运动。
18.根据本发明可以设置，机动车包括用于与车外能量源通信的通信设备。经由该通信设备可以传递例如如下的信息，该信息用于移动可动的集电器和/或操作布置在接触设备和直流电压转换器之间的开关设备。此外，可以传递与待传递的功率和/或将由车外能量源提供的电压和/或待由车外能量源提供的电流有关的信息。例如，可以将描述直流电压转换器的第一侧上的电压之和的电压信息从机动车侧通信设备传输到车外的充电站，从而可以由车外能量源提供具有相应电压的直流电流。
19.对于根据本发明的用于给机动车的电的动力储能器充电的方法设置，经由机动车的接触装置从车外能量源接收电流，电流被至少两个直流电压转换器转换以用于馈入到动力储能器中，所述至少两个直流电压转换器在分别与接触装置连接的第一侧上串联，所述动力储能器连接到直流电压转换器的第二侧。
20.在这种情况下，例如，经由设置用于执行该方法的机动车控制单元在机动车的接触装置接触车外能量源之前或之后调节直流电压转换器的运行，使得经由机动车的接触装置接收的电流经由直流电压转换器的连接到接触装置的第一侧转换成更高的用于为电的动力储能器充电的电压，电的动力储能器布置在直流电压转换器的第二侧，并且功率从直流电压转换器的第一侧流到直流电压转换器的第二侧。
21.因此，功率从接触装置流到电的动力储能器。相反，在不经由接触装置为电的动力储能器充电的状态下，至少一个直流电压转换器运行，使得功率从连接到直流电压转换器第二侧的动力储能器流到与至少一个直流电压转换器的第一侧连接的低压车载网络。通过将低压车载网络与其中一个直流电压转换器的第一侧上的接触设备连接，附加或替代于为动力储能器充电，还可以将经由接触设备接收的能量馈入低压车载网络的低压电池中。车
外能量源也可以双向运行，从而来自动力储能器的能量也可以以反向功率流的形式从机动车输出到车外能量源。
22.关于根据本发明的机动车上述的所有优点和构造也相应地适用于根据本发明的方法。
附图说明
23.本发明的其他优点和细节从下面描述的实施例并且参照附图得出。这些为示意图，并且示出：
24.图1示出根据本发明的机动车的实施例，以及
25.图2示出根据本发明的机动车以及车外能量源。
具体实施方式
26.图1示出了根据本发明的机动车1的示意性侧视图。机动车1包括电的动力储能器2，该储能器存储用于运行机动车1的电动动力设备(此处未显示)的能量。动力储能器2实施为高压电池。此外，机动车还包括低压车载网络3，该车载网络包括低压电池4以及一个或多个用电器5(这里以虚线所示)。
27.机动车1还包括第一直流电压转换器6以及第二直流电压转换器7。此外，机动车1具有用于接触车外能量源的接触装置8。第一直流电压转换器6和第二直流电压转换器7在其相应的第一侧9串联连接，并以其第二侧10连接到电的动力储能器2。直流电压转换器6、7以其第二侧10并联连接。
28.第一直流电压转换器6在其第一侧9处具有对应于高电位的端子11和对应于低电位的端子12。相应地，另一直流电压转换器7在其第一侧9上具有对应于高电位的端子13和对应于低电位的端子14。直流电压转换器7的端子14连接到直流电压转换器6的端子11，以将直流电压转换器6、7串联连接。例如，低压车载网络3的低压电池4连接到直流电压转换器7的对应于低电位的端子14或直流电压转换器6的对应于高电位的端子11，用于将低压车载网络3与直流电压转换器6连接。另外，低压电池4或低压车载网络3还连接到第一直流电压转换器6的对应于低电位的端子12。
29.设计用于接收直流电流的接触装置8连接到直流电压转换器6的对应于低电位的端子12和另一直流电压转换器7的对应于高电位的端子13。
30.图2示出了机动车1以及设计为充电站15的车外能量源的平面图。机动车1的接触装置8包括集电器16，该集电器经由执行器17(例如电动机)可移动。集电器16包括两个设计用于与充电站15的接触装置19连接的触点18。充电站15的接触装置19包括两个触点对20，这两个触点对分别设计用于接触集电器16的其中一个触点18。
31.为了给机动车1的动力储能器2充电，机动车1可以被移动到充电站15的接触装置19上方，并且可以经由执行器17将接触装置8的集电器16移动到接触装置19上，使得触点18分别与其中一个触点对20直接接触。随后，能量可经由充电站15被输送至机动车1。对此，例如充电站15可以具有连接到整流器22的单相或多相交流端子21。单相或多相交流电流可利用整流器22被整流并且转换为直流电流，其电压等于或低于安全性低压的限值。
32.作为车外能量源的充电站15提供的直流电流可经由接触装置8的集电器16被接
收，以便为动力储能器2充电。在当前实施例中，第一直流电压转换器6设计为将第一直流电压转换器6的第一侧9的端子11和12之间的电压u1转换为与动力储能器2的电压相对应的电压。相应地，第二直流电压转换器7设计成将直流电压转换器7的第一侧9处的端子13和14之间的电压u2转换成与动力储能器2的电压相对应的电压。第一直流电压转换器6的电压u1对应于低压车载网络3的电压或低压车载网络3的低压电池4的电压。
33.经由接触装置8接收的电压对应于直流电压转换器6、7的输入电压之和，因此是电压u1 u2。使用第二直流电压转换器7，有利地允许使低压车载网络3与机动车1中的动力储能器2连接的第一直流电压转换器6还被用于经由接触装置8对动力储能器2充电。这允许在直流电压转换器6的第一侧9上接收大于电压u1的电压u1 u2。通过使用第二直流电压转换器7可以以车外能量源提供的电压充电，该电压大于直流电压转换器6的第一侧9处的电压或大于机动车1的低压车载网络3的电压。这在给定的充电功率下有利于增加充电功率或减少流动电流的强度。
34.例如，充电站15可以产生24v的电压，其中第一直流电压转换器6具有u1＝12v的输入电压，并且第二直流电压转换器7也具有u2＝12v的输入电压。因此，低压车载网络3的电压也是12v。特别地，直流电压转换器6和直流电压转换器7可能以构造相同的方式实施，由此减少不同部件的数量，从而可以降低机动车1的制造成本和制造复杂度。但是，第二直流电压转换器也可能具有u2>12v的输入电压，使得充电站15可以提供u1 u2>24v的电压。
35.特别地，第一直流电压转换器6可以实施为双向的，使得也可以由动力储能器2来运行低压车载网络3。例如，可以以3kw或3.6kw的功率实施第一直流电压转换器6。如果第二直流电压转换器7以与第一直流电压转换器6构造相同的方式被实施，则最大充电功率可以为6kw或7.2kw。如上所述，可以使用输入电压u2大于第一直流电压转换器6的输入电压u1的第二直流电压转换器7。在这些变体中，特别地，第二直流电压转换器7也可以具有比第一直流电压转换器6更高的功率，从而总的来说，可以以更高的充电功率来对电的动力储能器2进行充电。充电站15也可以双向运行，从而机动车1还可以以反向功率流将能量从动力储能器2输送到充电站15。
36.机动车1还包括通信设备23和控制设备24。可以经由机动车1的通信设备23和充电站15的通信设备25之间的通信连接交换至少一个信息来进行信息交换。这可以包括例如由充电站15在接触装置19处提供的直流电流的电压，使得机动车1中的动力储能器2的充电过程可以由直流电压转换器6、7执行。可设置机动车1的用于切断接触装置8的包括至少一个半导体开关和/或至少一个接触器的开关装置26。通过开关装置26可以对经由接触装置8接收的高电位以及低电位或接地部进行切换。或者，也可以通过开关装置仅切换与直流电压转换器7的端子13相连接的正电势。开关装置26可被实施为单独的元器件或集成到直流电压转换器7中，其中转换器7必要时可以为被切换的低电势或被切换的接地部的输入和输出提供附加的连接。
37.机动车1的控制设备24用于执行机动车1的电的动力储能器2的充电方法。在充电过程中，经由机动车1的接触装置8从充电站11接收直流电流，其中直流电流通过在其第一侧9上串联连接的直流电压转换器6、7被转换以馈入动力储能器2。为此，控制设备24可驱动开关装置26，以打开或切断控制装置7的至少一个开关元件。另外，控制设备24可以调节直流电压转换器6和直流电压转换器7的运行，从而允许能量从接触装置8流向动力储能器2。
在充电过程结束后，控制设备12还可以驱动直流电压转换器6，使得能量可以从动力储能器2流向低压车载网络3，例如流向低压车载网络3的低压电池4。
38.接触装置8和直流电压转换器6、7设计为以100a、优选200a、250a、300a、350a、400a或500a的电流，尤其是连续进行传导。也可以以较低的电流强度传导电流。能够特别地根据直流电压转换器6、7的最大功率来设计能由接触装置8引导并经机动车1传导的最大电流强度。