中间电路和具有中间电路的车辆侧充电电路的制作方法

中间电路和具有中间电路的车辆侧充电电路
1.已知的是，借助于电池作为能量存储器来驱动机动车辆，其中电驱动装置包括电机。一方面，为了产生旋转场并且通常为了控制电机需要半导体、尤其是换流器的半导体开关，以便能够借助于能量存储器的直流电压来运行电机。
2.此外通常已知的是，具有尤其是用于牵引的电能量存储器的车辆可以经由车辆外部处的充电端子（“插入式（plug-in）”）被充电。为了充电，充电站可以被用作交流电源，所述交流电源根据表现形式可以是三相的或仅单相的。由于在三相充电时比在单相充电时出现更高的经整流的电压，因此如中间电路电容之类的器件可以根据更高的电压来设计。
3.本发明的任务是表明以下可能性，利用所述可能性降低针对比较高的电压设计的中间电路电容的较高成本并且使得能够以高的效率充电。
4.该任务通过权利要求的中间电路和车辆侧充电电路来解决。其他特性、特征和实施方式以及优点利用从属权利要求、说明书和附图得出。
5.提出：将充电电路的中间电路电容器划分成两个电容，并且根据整流器电压将所述电容要么并联连接（在较低电压下对于高电容）要么串联连接（在高电压的情况下，以便将经整流的高电压分配到多个电容器上）。为了能够设定两种状态，使用两个转换开关，二极管电路位于所述转换开关之间。电容器以交叉的方式与各自转换开关之间的连接点和二极管电路连接。为了避免二极管电路处的电压降和从而避免损耗，提出：连接转换开关，使得在中间电路电容器的串联配置的情况下桥接二极管电路。（在并联配置中，二极管电路优选地不被桥接，尤其是不被配置开关桥接）。同时，二极管电路使得能够连接中性线，以便能够例如在三相充电时引开（ableiten）对称分量（symmetrische komponenten）。
6.因此，所提出的电路允许在串联连接的情况下降低损耗，其方式是在中间电路电容器的串联配置的情况下桥接二极管电路，而同时可以通过二极管电路引开非对称分量（asymmetrische komponenten）。应该注意的是，在通过中性线和相应的二极管引开不对称性（asymmetrien）时，虽然在二极管处有电压降（eine spannung an den dioden abf
ä
llt），但是与通过中间电路电容器的补偿电流相比，非对称分量的所属电流小，使得通过所述电路避免由于通过二极管电路引导中间电路电容器的补偿电流而引起的主要形成的损耗。
7.因此描述具有相应的表现形式的中间电路。中间电路尤其是车辆侧中间电路并且可以是车辆车载电网的一部分。可以设置车辆侧充电设备，所述车辆侧充电设备包括中间电路。中间电路具有第一端子。如果充电设备包括中间电路但不包括整流电路，则第一端子可以对应于充电设备的直流充电端子。这种直流充电端子可以根据用于有线地进行充电的标准来构造。可替代地，可以设置车辆侧充电电路，所述车辆侧充电电路包括整流电路和中间电路。在此情况下，整流电路可以具有交流电压端子。交流电压端子优选地根据用于有线地进行充电的标准来构造。中间电路连接在整流电路下游。
8.在这里描述的中间电路包括第一端子。所述第一端子可以被认为是中间电路的输入端子。第一端子具有中性线端子。除了中性线端子之外，第一端子可以具有正端子和负端子。中间电路包括至少一个第一和第二中间电路电容器。中间电路被设立用于将所述中间
电路电容器相互并联或串联连接。中间电路此外包括二极管电路。中间电路拥有配置开关。这些配置开关允许在中间电路电容器之间的可切换的并联或串联配置或连接。在第一状态下，配置开关将中间电路电容器相互串联连接。在第二状态下，配置开关将中间电路电容器相互并联连接。在这里使用的配置开关分别被构造为转换开关。
9.除了可以经由配置开关设定的中间电路电容器彼此间的连接之外，配置开关还具有以下特性：桥接二极管电路，也即尤其是在第一状态下（并且优选地不在第二状态下）进行。从而，在第一状态下，中间电路电容器不仅经由二极管电路相互连接（串联），而且还经由配置开关相互连接，使得基本上由配置开关承载（由于二极管电路的导通电压引起的）电流。桥接能够实现：在二极管电路处不出现电压降，使得在二极管处不发生相关的损耗功率。代替地，配置开关允许直接连接，尤其是在无显著的电压降的情况下。尤其是，配置开关在无将会由p-n结得出的电压降的情况下允许在中间电路电容器之间在第一状态下的连接。中性线端子与二极管电路连接。因此，在两相充电时，中性线端子可以被用于经由二极管电路耗散（abf
ü
hren）非对称分量。
10.中间电路并且尤其是中间电路电容器是高压部件，也就是说具有至少60伏、至少100伏并且优选地至少400伏或800伏的标称电压。中间电路的部件是功率部件，其中这尤其是涉及中间电路电容器、配置开关和二极管。二极管也优选地被构造为具有上述标称电压（作为截止电压）的高压部件。配置开关优选地是机电开关，使得在许多半导体开关上不出现电压降。配置开关尤其是转换开关或双向开关（wechsler）或换向开关。所述配置开关可以由具有双向开关的继电器表示；即两种状态分别对应于经由配置开关的两个转换触点的连接。
11.二极管电路优选地包括两个二极管的串联电路。所述二极管经由连接点相互连接。中性线端子优选地与连接点连接，尤其是以直接方式连接。在配置开关之间可以存在连接，所述连接在第一状态下桥接二极管电路。该（直接）连接优选地同样与中性线端子连接。
12.第一端子具有正电位（对应于正电位）和负电位（对应于负端子）。第一中间电路电容器的一个端部直接与正电位连接。第二中间电路电容器的一个端部直接与负电位连接。中间电路电容器的各自的相反的端部与配置开关连接，使得所述配置开关的开关位置可能对电容器的接线产生影响。
13.在第一状态下，配置开关优选地经由配置开关之间的直接连接将第一中间电路电容器的一个端部直接与第二中间电路电容器的一个端部连接。直接连接避免二极管处的电压降，并且关于其两个端部桥接二极管电路。在配置开关的第一状态下，中间电路电容器的不与两个电位之一直接连接的端部由配置开关（在它们之间（zwischen diesen）无连接的情况下）直接相互连接。在第二状态下，由配置开关将各自中间电路电容器的端部直接与第一端子的电位连接。这涉及中间电路电容器的不直接与第一端子的电位连接的端部，而是涉及相反的端部。该相反的端部经由配置开关中的各自配置开关直接与另一电位连接。在此情况下，第一配置开关将第二中间电路电容器的（不与负电位连接的）端部与正电位连接。第二配置开关将第一中间电路电容器的（不与正电位连接的）端部与第一端子的负电位连接。
14.二极管电路优选地包括两个二极管的串联电路。所述二极管经由连接点相互连接。中性线端子直接与连接点连接。可以在中间电路中设置直接连接，配置开关（在第一状
态下）经由该直接连接相互连接。配置开关在第一状态下（而不在第二状态下）相互连接所经由的直接连接优选地此外与（二极管电路的）连接点和/或与中性线端子直接连接。
15.可以设置第二端子，所述第二端子例如可以通向蓄电池。在此情况下，蓄电池优选地不是中间电路的一部分。因此，第二端子可以被称为蓄电池端子或也可以被称为车载电网端子或输出端子。第二端子与第一端子的两个电位连接。换句话说，第二端子具有两个电位（正电位和负电位），所述两个电位与第一端子或所述第一端子的两个电位连接。第二端子尤其是不具有中性线端子（与第一端子相反）。第一端子的负电位被环通到第二端子的负电位。第一端子的正电位被环通到第二端子的正电位。用“环通（durchschleifen）”表示借助于直接连接转发电位。
16.如所提及的，可以设置车辆侧充电电路，所述车辆侧充电电路尤其是交流充电电路。充电电路包括在这里描述的中间电路。此外，充电电路包括整流电路。整流电路可以是不受控的，或者可替代地可以是受控整流电路。整流电路尤其是被构建为多相的。整流电路具有多相、尤其是三相交流电压端子。整流电路因此可以被构建为三相的。
17.整流电路的多相交流电压端子优选地具有中性线端子。整流电路的该中性线端子与中间电路的中性线端子连接，尤其是以直接方式连接。中性线端子此外可以连接到整流电路的中性点上。整流电路优选地被构建为多相的。整流电路被设立用于单相运行和多相运行。尤其是，整流电路被构造用于三相运行。此外，整流电路优选地被构造用于单相运行，其中尤其是经由相应的相连接开关，交流电压端子的一个相能够连接到一个相、多个相或所有相上。由此将充电功率分配到所述相上。
18.整流电路可以对于每个相具有一个二极管半桥。可替代地，整流电路可以对于每个相具有一个可控的整流器桥，例如晶体管半桥。此外，整流电路可以具有工作电感，所述工作电感作为纵向电感或串联电感中间连接在二极管半桥和交流电压端子的相端子之间。每个半桥包括两个开关元件或二极管，所述开关元件或二极管经由连接点相互连接。二极管半桥的连接点在这里以下被称为中心点。在每个中心点和相端子之一之间设置串联电感。
19.整流器因此可以被构造为有源整流电路。如果存在上述电感，则得出电压变换器功能，使得在中间电路的第一端子处施加的电压不一定对应于交流电压端子的经整流的半波。整流电路尤其是可以被构造为功率因数校正滤波器，例如维也纳滤波器（vienna-filter）。
20.整流电路可以具有中性点。该中性点优选地与中间电路的中性线端子连接。中性点此外优选地与整流电路的中性线端子连接。每个相可以具有一个电路，其中该电路将每个中心点与共同的中性点连接。该电路尤其是可以包括开关、优选地一个半导体开关或多个半导体开关，尤其是当半导体开关具有体二极管时，所述半导体开关优选地以反串联方式相互连接。二极管半桥的中心点可以分别经由半导体开关与整流电路的共同的中性点连接。在此情况下，半导体开关构成上述电路。
21.整流电路可以被设立用于以单相或多相方式被运行。中间电路的配置开关优选地被设立用于在以多相方式运行整流电路时采用第一状态。配置开关此外被设立用于在以单相方式运行整流电路时（也就是说在运行整流电路的仅一个相时或在以相同的相运行整流电路的多个相或所有相时）采用第二状态。
22.可以设置控制装置，所述控制装置以操控的方式与配置开关连接。控制装置可以具有输入端，在所述输入端处可以接收运行状态信号。该运行状态信号例如可以由整流电路发出。运行状态信号再现：整流电路的各个相是否以多相方式工作或者是否存在着单相运行（单相运行意味着：要么仅整流电路的一个相是激活的，要么整流电路的多个相或所有相是激活的，但是一起（mit）获得相同的相信号或相同相的电压）。可替代地，可以设置控制装置，所述控制装置被设立用于不仅设定整流电路的运行状态，而且设定配置开关的开关状态。在两种情况下，控制装置被构造为使得在单相运行时（要么通过信号输入端接收要么通过控制装置自身设定），配置开关将中间电路电容器相互并联连接，而在多相运行并且尤其是三相运行时，配置开关将中间电路电容器相互串联连接，其中在此情况下，配置开关桥接二极管电路，并且从而将中间电路电容器直接地、而不经由二极管电路相互连接。换句话说，控制装置被设立用于在整流电路的多相运行并且尤其是三相运行时借助于配置开关桥接二极管电路。
23.在单相运行中，交流电压被施加在一个相端子或多个相端子（并联）以及中性线上。在此情况下，电流流经整流电路的二极管桥以及流经中间电路的二极管电路。但是，由于功率在单相运行中比在多相运行中低，所以中间电路的二极管电路的二极管处的损耗功率不像在三相运行中那样太多地起决定作用，其中在三相运行时在二极管电路处基本上不出现损耗功率。
24.图1用于更详细地阐述在这里描述的中间电路和在这里描述的车辆侧充电电路。
25.图1在右半部中示出具有第一端子a1和第二端子a2的中间电路ks。车载电网支路和/或蓄电池和/或电驱动装置可以连接到端子a2上。然而，这些车载电网支路和/或蓄电池和/或电驱动装置不是中间电路的一部分。第一端子a1包括对应于正电位的正端子 、对应于负电位的负端子-和中性线端子n。中间电路ks具有两个换向开关ws1、ws2以及第一中间电路电容器c1和第二中间电路电容器c2。
26.也被称为配置开关的转换开关具有两个开关位置1和2。图1示出开关位置1中的电路。如所示，在开关位置1中，连接到正极端子 上的第一中间电路电容器c1经由第二配置开关ws2和第一配置开关ws1（按该顺序）串联地与第二中间电路电容器c2连接。连接v将换向开关ws1和ws2相互连接。在此情况下，各自转换开关ws1、ws2的中间端子经由连接v相互连接。两个转换开关ws1、ws2的分别第一极对应于第一开关位置1并且中间端子与触点连接，在所述触点旁有附图标记1。配置开关分别具有第二极，所述第二极直接与第一端子a1的正电位和负电位或端子连接。换向开关的第一极分别与连接v连接；换句话说，配置开关ws1、ws2的分别第一极（经由连接v以直接的方式）相互连接。第二极（在附图标记2旁边）直接与第一端子a1的不同电位连接。
27.如果配置开关ws1、ws2处于第二状态，则配置开关的中间端子与第一端子a1的两个电位连接。在此情况下，在配置开关ws2的第二状态下，第一中间电路电容器c1与负电位-连接，并且第一中间电路电容器c1经由第一配置开关ws1与（第一端子的）正电位 连接。得出电容器的并联连接。
28.中间电路ks此外包括二极管电路，所述二极管电路包括两个二极管g1、g2，所述二极管相互串联连接。二极管电路和从而二极管的导通方向从第一电容器c1通向第二电容器c2。二极管电路连接在中间电路电容器c1和c2之间。以相同的方式，二极管电路连接在配置
开关ws1、ws2之间，尤其是连接在配置开关的中间端子之间。二极管电路的二极管g1、g2经由连接点vp相互串联连接。配置开关ws1、ws2并且尤其是其第一极（所述第一极在第一状态下与中间端子连接或与中间电路电容器连接）经由连接v相互连接。当配置开关ws1、ws2处于第一状态1下时，该连接v桥接二极管电路g1、g2。这对应于所示的状态。因此在中间电路电容器c1、c2的得出的串联连接情况下，位于其之间的二极管电路g1、g1被桥接，使得在那里不出现导通电压并且也不出现损耗。
29.控制装置c以操控的方式与配置开关ws1、ws2连接。第一端子a1的中性线端子n与连接点vp连接。以相同的方式，第一端子a1的中性线端子n与连接v连接，所述连接v将配置开关或其第一极相互连接。尤其是，控制装置c被设立用于在串联和并联状态之间来回切换，其中如所提及的那样，串联和并联状态在配置开关的状态中具有对应性（entsprechungen）。控制装置c被设立用于对称地切换两个配置开关ws1、ws2。控制装置c可以根据运行信号来切换配置开关，所述运行信号表示上游整流电路gr（简称：整流器）的运行状态。
30.在图1中此外示出整流器gr，所述整流器经由中间电路的第一端子与所述中间电路连接。在此情况下，整流器可以是固定的，例如是充电站的一部分，其中于是端子a1是车辆的充电端子，中间电路位于所述车辆中。此外，整流器gr可以像中间电路ks那样布置在车辆侧，使得整流器gr的交流电压端子被设置为车辆的充电端子，中间电路和整流器位于所述车辆中。
31.一种实施方式规定，整流器gr以及中间电路ks布置在车辆侧并且因此构成车辆侧充电电路。
32.整流器gr包括三个相端子l1至l3以及中性线端子作为交流端子的一部分。此外，整流器gr具有三个二极管半桥d1至d3。因此，整流器被构造为三相的。在二极管半桥d1至d3和所属的相端子l1至l3之间示例性地示出串联电感，所述串联电感能够实现：整流器此外具有电压变换功能。尤其是，这些串联电感允许将整流器gr构造为功率因数校正滤波器。
33.三个二极管半桥d1至d3（以及在这里同样设置的电感）是整流电路gr的三个相的一部分。此外，为每个相设置两个彼此反串联连接的开关，所述开关对于每个相共同地构成半导体开关。反串联定向涉及半导体开关s的各个开关元件的体二极管的导通方向。每个二极管半桥经由半导体开关s与整流电路gr的共同中性点sp连接。该中性点sp与交流电压端子wa的零线端子n连接。通过以时钟控制方式切换半导体开关s可以与所示的可选的电感一起实现相位校正和/或电压变换功能。二极管半桥构成b6u桥；可替代地，可以设置b6c桥。整流电路因此可以具有完全或至少部分地可控的半桥。在二极管半桥的端部处设置两个电位 和-，所述电位经由第一端子a1与中间电路ks连接。半导体开关s或各个相端子l1至l3（经由可选的串联电感）与二极管半桥的连接点连接，所述连接点被称为中点。
34.在三相充电的情况下，在相端子l1至l3上施加多相电压、尤其是彼此间移相120
°
的电压。在单相运行中，单个交流电压相对于零线端子n同时被施加在相端子l1至l3之一上或所有相端子l1至l3上。与在将多相电压施加到交流电压端子wa上的情况下相比，在最后提到的情况下得出端子a1处的经整流的较低电压。