[发明专利]组合的多级变流器和ACDC功率充电单元

说明书

技术领域

本发明涉及机动车的牵引电网的领域，特别是涉及机动车的牵引电池的充电。

背景技术

在常规的牵引电网中，用于行驶驱动的行驶变流器、AC充电单元和DC直接连接被实施为单个组件。常规的充电系统具有以下缺点，即AC充电功率大多由于基础设施而被限制到22kW上，很少被限制到44kW上，并且更高的DC充电功率只能够通过从DC充电桩到电池上的直接连接来实现。充电电流调节在此是场外的并且最终不在车辆控制下。

德国公开文献DE 10 2012 202 764 A1公开了一种电动车辆的充电设备，该电动车辆包括电机、驱动变流器和储能器。车辆的驱动变流器在将电机的相连接到低压电网时形成充电设备。该解决方案具有以下缺点，即不存在与驱动变流器分开的充电单元，使得在驱动变流器的电压水平上进行充电。

发明内容

本发明的任务在于，克服常规充电系统的缺点。该任务通过根据本发明的根据权利要求1的牵引电网来解决。本发明的其他有利的设计方案由从属权利要求和本发明的优选实施例的以下描述中得出。

根据本发明的用于机动车的牵引电网包括用于给牵引电池充电的充电单元以及将电机和充电单元都耦合到牵引电池上的行驶变流器。根据本发明的牵引电网具有以下优点，即例如多相充电单元和可控的DC充电单元与行驶变流器联合并且在此多次使用功率电子组件、如IGBT和二极管。

根据本发明的牵引电网可以有利地用在基于电驱动的机动车中，例如用在电池驱动的电动车辆（BEV）、混合动力车辆（HEV）、插电式混合动力车辆（PHEV）、燃料电池车辆（FCEV）、范围扩展电动车辆（REEV）或诸如此类的中。电机例如可以是任意的牵引电机。牵引电池可以是任意的高伏特电池，其被设置用于给电机馈电。

根据一种优选的实施方式，行驶变流器还被设计成，使得行驶变流器具有用于充电模块的功率流的附加的抽头。该抽头可以通过可控的继电器来实现，所述继电器由能量管理装置来控制。通过继电器的相应控制，行驶转换器从运行状态“行驶”切换到运行状态“充电”并且相反地切换，其中在运行状态“行驶”中牵引电池与电机耦合，在运行状态“充电”中牵引电池与充电单元耦合。

在一个优选的实施例中，存在充电单元和牵引电池或包括牵引电池的高伏特系统之间的直流分离。充电单元与牵引电池的直流分离例如可以通过串联振荡回路来实现，该串联振荡回路例如包括变压器以及扼流圈和电容器。

根据本发明的牵引电网的优点在于，通过充电单元与行驶变流器的连接可以多次使用行驶变流器的功率半导体。因此，针对运行模式“行驶”来安装的功率半导体根据本发明现在可以同样用于运行模式“充电”。特别是充电单元可以将具有功率因子修正的AC充电以及具有充电单元与牵引电池或牵引电网的高伏特系统的直流分离的可控的DC快速充电相联合。通过与用于行驶运行的功率半导体的集成，利用根据本发明的方案可以实现高的功率密度。汇流排可以在该集成的方案的情况下被限制到最小，在所述汇流排中由于低的设计电压而需要高的电流密度。通过多次使用无源组件（电容器）和传感装置可以实现高的功率密度。

优选地，作为行驶变流器使用多级行驶变流器，其借助附加的连接将多级变流器的优点与集成的功率充电联合。根据一种优选的实施方式，行驶变流器被设计成三级变流器拓扑，其允许在高伏特系统侧上的高的电压电平（例如800V）。在行驶变流器可以使用汽车级功率半导体，以便实现所述高的电压电平。三级变流器拓扑还允许，由于在电压的边沿陡度中的更适宜的特性而降低对机械侧的绕组的要求。替代地，行驶变流器也可以设计成两级变流器拓扑或类似的。

充电单元可以包括AC充电单元和/或DC充电单元，特别是多相AC充电单元和/或可控的DC充电单元、优选地可控的DC快速充电模块。

AC充电单元可以设计成，使得在AC充电时支持常规的一相运行（例如3.3kW至7kW），以及支持具有常见的电流和11kW、22kW或44kW（视所使用的机械连接器而定）的功率的三相运行。利用集成的控制装置和调节装置来跟踪功率因子同样是能够实现的。

通过可控的DC快速放电模块，优选地在DC输入端上实现宽的电压范围，例如200至800V。在DC充电时，根据运行策略由在宽的范围内允许的输入电压（例如200V至800V）利用通过能量管理装置的控制和调节来调节充电功率。