用于在DC电源上直接给电动车辆充电的方法和设备与流程

用于在dc电源上直接给电动车辆充电的方法和设备
技术领域
1.本发明涉及一种用于在dc电源上、尤其在dc电源上直接给电动车辆充电的方法和设备。


背景技术：

2.在装备有光伏设施的建筑物中，通常，施加在太阳能模块(光伏模块)的输出端上的直流电压首先借助dc/dc转换器调节到特定的直流电压值，并随后馈送至dc/ac转换器，其将调节后的直流电压转换成交流电压。因此产生的交流电可以要么直接在建筑物中使用，例如用于给电动车辆充电，要么也可以有偿地馈入到电网中。在提供在建筑物中的充电点处给电动车辆充电时，在车辆侧首先实现所提供的交流电压的ac/dc转换，然后借助dc/dc转换器将其转换为合适的直流电压，利用该直流电压给牵引电池充电。以相同的方式，除了dc光伏设施之外或替代dc光伏设施，例如可以使用热电发电机。
3.虽然这种方法尤其对私人家庭特别有吸引力并且能够利用房屋自有的光伏设施给电动车辆充电，但这里出现的问题是，每次电流或电压转换都具有损耗，并且由此在利用由光伏设施产生的电力给电动车辆进行如上概述的充电时，效率会降低。
4.从文献de 102015219665 a1已知一种用于给机动车辆的电池进行充电的方法，其中充电能量从光伏装置或热电装置通过充电装置馈送给机动车辆的电池。为了将充电能量暂存在充电装置中，使用蓄能器，其中在检测到描述暂存在蓄能器中的充电能量的量的充电状态参量超过阈值时，至少用充电能量的一部分量来给电池充电。


技术实现要素：

5.本发明的目的可以是更高效地设计电动车辆利用太阳能的充电过程。
6.该目的借助根据本发明的用于在dc电源上直接给电动车辆充电的方法和相应的设备来实现。其他实施方式在下文的附加示例中限定。
7.根据本发明提供了一种用于在dc电源上直接给电动车辆充电的方法。该方法包括：借助于dc电源在能量接头上提供直流电流。在此，主要是指借助dc电源提供直流电流的基本的可能性，直流电流在能量接头上提供。能量接头例如可以是安装在建筑物中或上的充电点，例如专门为电动车辆充电而提供的充电器，该充电器与建筑物电网联接，dc电源也与建筑物电网联接。
8.dc电源是可以基于能量转换(例如光伏的、电化学的或热电的能量转换)原生地提供直流电流或直流电压的设备。因此，dc电源或dc电压源例如是光伏设施或光伏电网(在该光伏电网中，多个光伏设施连接在一起)，或是热电发电机。直流电压转换器可以连接在dc电源的下游，或作为模块集成在其中，该直流电压转换器可以用于使电压稳定，并且用于适配电压水平。
9.根据本发明的方法进一步包括：在能量接头上给电动车辆充电。为此，车辆以由现有技术已知的方式和方法借助合适的充电电缆与能量接头连接，并且以在能量接头上提供
的电流被充电。在充电器上、例如在壁箱充电站上提供的充电电缆可以用于充电过程。
10.根据本发明的充电方法的特征在于，在充电过程期间，旁路绕过布置在dc电源与能量接头之间的逆变器，从而在能量接头上提供由dc电源提供的直流电流。在此要强调的是，在没有事先通过逆变器进行电流转换的情况下，在能量接头上提供由dc电源提供的直流电流。逆变器是已经在开篇部分提到的建筑物侧的dc/ac转换器，其将由dc电源提供的直流电流转换为交流电流，从而使交流电流可以馈入到建筑物电网中。为了针对充电过程旁路绕过建筑物侧的逆变器，可以使用开关，例如继电器，借助继电器可以旁路绕过逆变器，即例如借助开关激活dc电源的输出端与能量接头(例如相应的充电器的接口)之间的导电路径来实现。术语“旁路绕过逆变器(
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cken des wechselrichters，旁通逆变器)”也可以是指逆变器的直通，其中将布置在其中的开关持续接通，并且没有以时钟方式运行，从而将逆变器的输入电流在没有转换的情况下提供为输出电流。
11.因此，根据本发明的直接充电是具有优化的充电拓扑结构的充电过程，该优化的充电拓扑结构能够在绕过至少一个电流或电压转换器(ac/dc、dc/ac或dc/dc)的情况下实现给电动车辆的牵引电池充电，该电流或电压转换器通常在建筑侧布置在dc电源与能量接头之间的电流路径中。旁路绕过的电流转换器尤其可以是刚刚提到的逆变器，该逆变器将由dc电源提供的直流电流转换为交流电流，从而将该交流电流馈入到电网中、例如建筑物电网中，dc电源(例如光伏设施)与该电网联接并且运行。优选地，在直接的充电过程期间，多个电流或电压转换器(在车辆侧以及在建筑物侧)可以被旁路绕过，其中建筑物侧代表充电基础设施的车辆外部的部分。尤其，在根据本发明的充电方法期间，附加地可以旁路绕过布置在建筑物侧上的并且连接在dc电源下游的直流电压转换器。
12.按照根据本发明的充电方法的另外的实施方式，可以在电动车辆的充电过程期间旁路绕过车辆侧的充电线路中的整流器。整流器通常是在车辆侧的充电线路中提供的车载整流器，其在进行交流充电时将交流电流转换为直流电流，利用直流电流给牵引电池充电。此外，通常在整流器与牵引电池之间连接有直流电压转换器(例如升降压式变换器，buck/boost-converter)。通过旁路绕过车辆侧的整流器，在能量接头上提供的直流电流仅由车辆侧的直流电压转换器来转换，从而使得来自dc电源的直流电流可以直接进入车辆的直流电流中间电路。由此，在能量接头上提供的直流电压可以借助电动车辆的直流电压转换器以总体上更小的损耗转换为适用于为牵引电池充电的直流电压。
13.按照根据本发明的充电方法的另外的实施方式，在充电过程期间可以旁路绕过与dc电源联接的并且连接在逆变器上游的直流电压转换器。直流电压转换器可以是属于dc电源的dc/dc转换器，其利用必要时改变的电压水平将由dc电源的能量转换模块(例如光伏模块)产生的未经调节的直流电压转换为经调节的直流电压。就此而言，直流电压转换器可以集成在dc电源中。因此在根据本发明的充电方法的在此描述的这个实施方式中，将未经调节的直流电压(其施加在dc电源的输出端上)直接施加到电动车辆的直流电流中间电路上。由此，转换损耗可以最大程度地被最小化，因为在该情况下，车辆侧的直流电压转换器是唯一的电力转换单元，该电力转换单元连接在dc电源与牵引电池之间的电流路径中并且参与充电过程。
14.按照根据本发明的充电方法的另外的实施方式，为了旁路绕过逆变器和必要时直流电压转换器，可以借助开关激活旁路绕过这两者的电流路径。
15.按照根据本发明的充电方法的另外的实施方式，为了进行电动车辆的充电过程，dc电源的输出端可以与能量接头或其电流输入端联接。联接在此可以单独或直接进行，即例如借助专门为充电过程提供的电流路径进行，该电流路径借助前述的开关被激活。但另一方面，联接也可以间接进行，因此主要使用已经存在的配电基础设施(例如安装在建筑物中的配电网络)。在任何情况下，dc电源的输出端与能量接头的改变的联接导致通常连接在它们之间的至少一个电流转换设备(即ac/dc、dc/ac、dc/dc转换器)被旁路绕过。换言之，在根据本发明的充电方法的范围内，由dc电源提供的直流电压、优选由其(多个)能量转换模块提供的未经调节的直流电压可以提供在电动车辆的充电插头上，用于给牵引电池充电。
16.在根据本发明的充电方法的不同的实施方式中，优选在附加地旁通dc电源的直流电压转换器的情况下，dc电源的输出端可以与能量接头上的相(例如l2和l3)联接，这些相在其他情况下用于以三相电流(l1、l2、l3、n)给电动车辆进行交流充电。
17.此外，根据本发明提供一种用于在dc电源上直接给电动车辆充电的设备。在此，充电设备具有已经提到的类型的dc电源、尤其是光伏设施，该光伏设施可以具有至少一个光伏模块。此外，根据本发明的设备具有能量接头，该能量接头与dc电源联接。在此，能量接头可以安置在壳体中或上，dc电源也配属于该壳体，即例如与建筑物电网联接。此外，根据本发明的设备具有开关，该开关联接在dc电源与能量接头之间并且被配置成在其激活时旁路绕过布置在dc电源的提供电流和电压的输出端与能量接头之间的逆变器。
18.根据充电设备的另外的实施方式，开关可以进一步被配置用于旁路绕过提供在dc电源与逆变器之间的整流器。因此如已经描述的那样，除了建筑物侧的逆变器之外也可以旁路绕过直流电压转换器，该直流电压转换器通常可以连接在逆变器的上游并且例如配属于dc电源。
19.总体上，根据本发明的充电设备可以被设计为使得因此可以实施前述的根据本发明的充电方法。
20.在根据本发明的充电设备的另外的实施方式中，开关可以被配置成将dc电源的两个提供电流和电压的输出端与能量接头上的两个相(例如l2和l3)连接，这些相在其他情况下或通常用于以交流电流为电动车辆充电。在此尤其地，建筑物侧的逆变器和优选还有连接在该逆变器上游的直流电压转换器被旁路绕过，因此dc电源的未经调节的直流电压可以直接输送至电动车辆，而不用事先经历电流或电压转换。总之，仅通过dc/dc转换器发生唯一的电流或电压转换过程，该dc/dc转换器连接在电动车辆的牵引电池的上游。dc/dc转换器将由dc电源的一个或多个电流产生模块产生的未经调节的电压以小的损耗转换为适用于为牵引电池充电的直流电压。
21.要理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在相应给出的组合中使用，而且还可以在其他的组合中或者单独地使用。
22.本发明的其他的优点和设计方案从说明书和附图的整体中得出。
附图说明
23.图1示出了电动车辆的常用的根据现有技术实现的充电过程的示意图。
24.图2示出了根据本发明的电动车辆的示例性的充电过程的示意图。
具体实施方式
25.图1示出了示例性的充电基础设施，在该充电基础设施上待要给电动车辆充电。利用由dc电源1产生的电实现充电过程，该dc电源例如可以是安装在建筑物5上的光伏设施。dc电源1与直流电压转换器2联接，该直流电压转换器又与逆变器3联接。在直流电压转换器2的输入侧上存在dc电源1的未经调节的电压。直流电压转换器2调节/稳定这个输入电压，并且必要时适配这个输入电压的电压水平，随后通过逆变器3将这个输入电压转换为交流电压或交流电流。交流电流可以馈入到建筑物电网(在图1中未详细示出)中，并且在建筑物5本身中使用，或被馈入到供电网中。
26.在图1所示的示例中，在能量接头4上提供的交流电压用于给电动车辆9充电。车辆充电基础设施可以对应于常见的充电基础设施，并且在此仅大致通过整流器6示出，该整流器与直流电压转换器7联接，该直流电压转换器本身与牵引电池8联接。
27.如所示的那样，在常见的由现有技术已知的充电过程中，在dc电源1与牵引电池8之间的电流路径延伸经过总共4个电流或电压转换器。因为由每个电流或电压转换器执行的电流/电压转换都具有损耗，所以以这种方式构建的充电链的效率会大大降低。
28.与之相比，在图2中示出了根据本发明的充电基础设施配置，根据本发明的充电方法以该配置为基础。基于相同的基本配置，相同的元件以相同的附图标记已知并且不用重新详细描述。
29.与现有技术不同地，按照根据本发明的充电方法的实施方式，旁路绕过dc电源1与建筑物5一侧的能量接头之间的两个转换器、即直流电压转换器2和逆变器3，并且使其不参与充电过程。因此，它们的损耗不会降低根据本发明的充电链的效率。在所示的示例中，借助作为开关的继电器10提供替代的电流路径，借助该替代的电流路径使dc电源1的输出端与能量接头4联接。
30.替代的电流路径也可以仅旁路绕过整流器2，并且又通入经过逆变器3引导的常用的电流路径中，其中逆变器3被直通，从而其开关损耗不会影响电流引导，并且不会降低充电过程的效率。
31.替代地，在根据本发明的充电方法的范围内，也可以仅旁路绕过逆变器3或使其直通，从而由整流器2调节的电压就能直接施加到能量接头4上。
32.在根据本发明的方法中，也可以对车辆侧的充电线路进行与现有技术不同的适配，从而使车辆侧的整流器6直通(图2所示的选项)或旁路绕过(在图2中未示出的选项)车辆侧的整流器。因为有利地在能量接头4上已经提供用于给电动车辆9充电的(可能被调节的)直流电压，所以不需要由整流器6对充电电压进行整流，因此根据本发明的充电方法的效率可以进一步提高。
33.一旦电动车辆9与能量接头联接，那么根据本发明的充电方法就可以自动启动。能量接头4可以被配置成随后为直接从dc电源1提供的直流(充电)电流切换电流路径。同时，信息可以从能量接头4传输到电动车辆9，从而可以使整流器6直通。
34.此外，在能量接头4中可以设置有以下设备，该设备被配置用于从dc电源1调用关于由其提供的功率的信息，并且将该功率与电动车辆9的可能的充电功率进行比较。该设备可以被配置用于确定根据本发明的方法是否启动。例如，当达到关于由dc电源1提供的充电功率的特定的阈值时，可以启动根据本发明的充电方法。阈值在此可以由用户设置。该设备
可以被配置成仅当dc电源1能够提供对应于电动车辆9的最大的充电功率的30％或可由能量接头4提供的最大充电功率的30％的充电功率时，才启动根据本发明的充电方法。如果由dc电源1提供的充电功率位于阈值以下，那么充电过程可以根据图1进行，从而由dc电源1提供的充电功率由连接至建筑物5的供电网补充。