用于汽车电池充电的带有双向充电控制器的充电系统的制作方法与工艺

本发明涉及一种用于汽车电池充电的充电系统。

背景技术：
得益于汽车驱动装置先进的发展现状，电机被越来越多地用于混合驱动装置、其中一个或多个电机通过驱动技术连接至内燃机，或作为独立驱动电机用于驱动纯电动汽车，比如轿车、助动车、摩托自行车或自行车。较佳的在混合驱动装置中与内燃机一起采用或额外增加的电机一般连接于一电池或一蓄电池。为了适当地充电，举例来说，可由制动力回收的电能并在内燃机的运行过程中为该电池或蓄电池提供电能。相应地，这些电池无需额外的充电，比如在汽车停放时采用外部电源充电。对于仅采用一个或多个电机驱动汽车的纯电动汽车，情况则不同。在此情况下，给电机供电的电池同样可由制动力回收的电能提供电能也是合理的，然而这样回收的电能是不足的，举例来说，这样回收的电能不足以驱动一轿车行驶较长距离。进一步地，由于省略了额外的能量转换器，比如混合驱动装置中的内燃机，因此，这种纯电动汽车的电池需要额外充电，比如通过外部电源充电。如业内所公知的，除了电池和电机，设置在汽车内的充电系统主要包括一转换器和一供电系统充电接口，该转换器用于在电机运行期间将一直流电压转换成一交流电压、以及在电池充电期间将一交流电压转换成一直流电压，该供电系统充电接口用于将外部电源连接至一电压转换模块，从而根据电池的充电特性适当地给电池充电。大部分地，尤其是用于电池充电过程的电压转换模块或其组成部件具有大的规格，从而该电压转换模块能够引导电机的实际输出，举例来说，电机的实际输出可能为大约100kW，引导的方式和引导用于为电池充电的外部电源的实际输出的方式完全相同。

技术实现要素：
本发明的目的因此是提供一用于给汽车电池充电的充电系统，其包括一双向充电控制器，该双向充电控制器得益于其电路设计，仅仅使用尺寸合乎要求的小部件，这就意味着，该充电系统可以以节省空间并具有成本效益的方式生产。进一步地，在该充电系统的制造中，该双向充电控制器包括更少功率半导体器件，从而简化了该充电系统的制造。本发明通过所述的用于给汽车电池充电的充电系统来达到这个目的。因此要求保护的是一用于给汽车电池充电的充电系统，该充电系统包括至少一转换器、一供电系统充电接口和至少一第一开关单元，该转换器用于在电池充电期间将一交流电压转换成一直流电压、以及在通过电池供电使一电机运行期间将一直流电压转换成一交流电压，该供电系统充电接口用于将外部电源连接至该转换器。该第一开关单元用于断开该转换器和该电机之间的导电连接。由此，本发明的充电系统就一双向充电控制器而言是与众不同的，该双向充电控制器通过一第三开关单元以可中断的方式直接连接至该电池，并且设计为在电池充电过程中降低来自该外部电源的输入电压、并升高来自该电池的用于给一电容充电的输入电压，该电容并联于该双向充电控制器和该转换器之间。进一步地，该双向充电控制器具有包括该电池的一充电电路，该充电电路独立于通过该电池来运行该电机的运行电路、并被设计用于给该电池和该电容充电，该充电电路包括一第一正导线和一负导线。因此，该电池传导一电流至该双向充电控制器，比如经由该充电电路传导，特别是经由该正导线传导电流至该双向充电控制器，以使得该双向充电控制器最好是以一升压转换器或一升压变压器的形式将该电池产生的输入电压转换为一较高的输出电压，来给该电容或该中间电路电容充电。在将该供电系统充电接口插接至外部电源之前，将该电容充电至一最高电压或一高于外部电源的电压是特别重要的，以防止引起电流浪涌，从而保护该电池以及外部电源不受损害。例如，该电容设置在一中间电路内，该中间电路具有和该电容并联的双向充电控制器和该并联的电池。在给该电容充电时，该双向充电控制器和为之设置的电气部件的规格举例来说大约仅仅是50W。运行该双向充电控制器的一第二模式是通过该双向充电控制器给该电池或该汽车电池充电，在此情况下，该双向充电控制器如同一降压转换器或降压变压器运行、利用该外部电源的实际输出给该电池充电。该外部电源具有标准参数，比如220V－240V(单相交流电源)或大约400V(三相电流电源)。为此，该双向充电控制器和为之设置的电气部件的规格举例来说大约为3－100kW，较佳的为5－50kW，且更理想的大约为10－25kW，从而使得电池能在不发生损坏、“过度充电”或充电不完全的情况下进行快速的充电。对于流进和流出该电池的充电电流和放电电流的监测，特别是控制和调节，举例来说会受到一充电控制元件的影响。较佳的，该充电控制元件是该双向充电控制器的一组成部分，该组成部分通过一可控方式监测该电池的充电特性来防止该电池过度充电和/或不完全充电。必然的，该双向充电控制器也可以检测该电池的充电特性，由此可根据该充电特性对该电池充电，例如通过适应性地改变充电电流或充电电压。相应地，该双向充电控制器可以设置成必需的充电容量，因而不需要设计为最大牵引容量，这意味着与传统的充电系统相比，额外的部件更少。还需注意的是，为了实现该电池充电，该电机和该至少一个转换器之间的导线应当利用比如该第一开关单元来断开，该第一开关单元包括至少一电气开关。这能够防止外部电源的电能供给至该电机，从而以此方式驱动该电机。因此，在该电池充电过程期间，不必另行停止该车辆。该双向充电控制器本身连接至一独立于该运行电路的开关电路；也就是说，该运行电路的连接独立于该充电电路，该运行电路用于利用该电池运行该电机并因此至少包括该电池、该电机和该转换器，该充电电路用于给该电池和该电容充电并至少包括该电池、该双向充电控制器和该电容和/或该转换器。由该双向充电控制器控制的一电流因此仅仅流过该充电电路，为此该充电电路具有连接至该电池的正极的一第一正导线和连接至该电池的负极的一负导线。在一较佳的实施例中，该充电电路的负导线对应于该运行电路的负导线。相应地，该运行电路具有一第二正导线和与该充电电路共用的一负导线，可以通过连接至该第二正导线的一第二开关单元中断该运行电路。然而，也可以想到，该充电电路具有一负导线，该负导线独立于该运行电路，并经该双向充电控制器从该电池的负极延伸直至比如该中间电路电容。较佳地，该运行电路可以利用该第二开关单元中断，从而允许该电容或该电池通过该充电电路充电。如果优选地可包括一电气开关的该第二开关单元以这样一种方式启用，即一电流可以流过该运行电路(开关闭合)，该充电电路桥接在该充电电路开关闭合处，因此该电池通过该运行电路放电，并因而运行或驱动该电机。因此该第二开关单元可用于电气隔离该电池与该电机断开。当该电池驱动该电机时，该充电电路也可以例如利用一第三开关单元与该电池断开(该第三开关单元的开关断开)。在一较佳的实施例中，该充电电路的第一正导线具有从该电容到该双向充电控制器的一第一导线部分、以及从该双向充电控制器到该电池的正极的一第二导线部分，该第二开关单元相应地连接于该充电电路和该电池的正极之间。以这种方式，该充电电路“绕开”该第二开关单元，并因此不被该第二开关单元中断。进一步地，该转换器，较佳地该转换器的直流电压侧，举例来说也连接至该正导线或该正导线的第一导线部分。也是可以想到的，包括独立于该运行电路的一第二负导线的该双向充电控制器连接至该电池的负极，与该第一正导线的设置相一致。因而，该充电电路的第二负导线具有例如从该电池的负极到该双向充电控制器的一第一导线部分和从该双向充电控制器到该电容的一第二导线部分。在一较佳的实施例中，该转换器，较佳地该转换器的直流电压侧举例来说连接至该负导线。作为结果，该双向充电控制器最好与该电池和/或该电容和/或该转换器并联。在一更佳的实施例中，该双向充电控制器具有至少两个断路器作为电气部件，每个断路器包括和一二极管并联的一三极管。这使其可能通过一断路器传导例如一起始于该电池的整流电流至该电容，从而给该电容充电。相反地，可能通过一断路器传导一已经被该转换器和该电容整流过的电流至该电池，从而给该电池充电。较佳地，该双向充电控制器具有至少一个充电控制元件，该充电控制元件控制该电池的充电容量，并最好至少连接至该双向充电控制器的断路器和/或该双向充电控制器的该第三开关单元。也可以想到的，较佳地，该充电控制元件连接至例如包括一电阻和一开关单元的一预充电电路，该预充电电路最好是该双向充电控制器的一组成部分。并且举例来说，该预充电电路用于在该中间电路电容充电期间或者充电之前防止该中间电路电容受到来自该电池的过度电流浪涌的损害。举例来说，该充电控制元件使该电池所需要的充电容量能够确定，从而在给该电池充电时产生一确定的电压。基于这样的事实是必要的，即比如该电池本身可以提供大约100kW的输出来驱动该电机，而该电池可以由外部电源充电，举例来说该外部电源的输出为大约3-100kW、较佳地为大约5-50kW、更佳地为大约10-25kW。还需注意的是，该电容不仅仅是在将交流电转换为直流电时用作一平滑电容，而且还用作临时储存电能，从而比如在该供电系统充电接口插接到该外部电源时防止引起电流浪涌。为此，该电容利用该电池的电能充电，电能通过该双向充电控制器传输，以使得该电容或该中间电路最终具有的电压高于该外部电源的电压。在一更佳的实施例中，该转换器每一相具有至少两个断路器，每个该断路器包括和一二极管并联的一三极管，两个该断路器串联连接，该供电系统充电接口连接于两个该断路器之间的一节点处。较佳地，该供电系统充电接口因而位于该转换器的交流电流侧，从而将自该外部电源接受的电能供给至一转换器。此外，较佳地，该转换器包括相互并联的三个串联电路，每个该串联电路包括至少两个断路器，每个该串联电路均与该电容并联。在一更佳的实施例中，该转换器是一双转换器，该双转换器具有一第一和一第二转换器或换流器，用于在该电机的运行期间将该电池的直流电压转换为一交流电压给该电机，或者在电池充电期间将该外部电源的一交流电压转换为一直流电压给该电池，该电机和该第一转换器以及该第二转换器均相连接。在一更佳的实施例中，该第一开关单元包括比如两个开关或开关单元，这两个开关或开关单元均连接于该第一转换器和该第二转换器之间，以使得这些开关单元均能断开两个转换器之间的连接。还可以想到的是，该电机是一三相交流电机，该三相交流电机连接于一星形电路中，并因此连接于该双转换器的两个转换器或换流器之间。该双向充电控制器还可能是该电池的一部分，因而不是一个自主的电气部件。本发明进一步的优点、目的和特性将基于如下附图的描述进行说明，附图举例示出了本发明的充电系统的实施例的两个电路。附图中功能至少大体对应的部件以相同的标记表示。这些部件不需要在所有附图中表示和描述。附图说明如图1所示为本发明实施例1的具有一双转换器的充电系统的电路图。如图2所示为本发明实施例2的充电系统的电路的一部分的示意图。附图标记说明1充电系统2双转换器2a第一转换器2b第二转换器3电机4中间电路电容5双向充电控制器6电池6a电池正极6b电池负极7断路器8二极管9三极管10供电系统充电接口11a第一开关单元的第一开关11b第一开关单元的第二开关12a第一正导线的第一导线部分12b第一正导线的第二导线部分13负导线14第二正导线15第二开关单元15a第二开关单元的第一开关15b第二开关单元的第二开关20充电控制元件21电感22第三开关单元23电阻24第四开关单元具体实施方式如图1所示为本发明实施例1的具有一双转换器2的充电系统1的开关电路，该电路包括一第一转换器2a或第一换流器2a和一第二转换器2b或第二换流器2b、一电机3、一中间电路电容4或电容4、一双向充电控制器5和一电池6。转换器2a和2b各有三个相互并联设置的串联电路，每个串联电路由两个串联连接的断路器7组成。每个断路器包括与一三极管9并联的一二极管8。该电机3连接于串联连接的断路器之间，从而与两个转换器2a和2b连接。该电容4与转换器2a和2b、该双向充电控制器5、该电池6并联连接。供电系统充电接口10连接在第一转换器2a的每两个串联连接的断路器7和电机3之间的节点处。在充电过程之前，包括两个开关单元或如图1所示的开关11a和11b的该第一开关单元以这样一种方式连接，从而中断或者断开(开关断开)该电机3与该供电系统充电接口10或该第一转换器2a之间的导电连接。在整个充电过程中，该第一开关单元11a、11b的状态也保持不变，从而在该电池6通过来自外部电源(未示出)的电能充电时，该电机3不会通过电流。由此，避免了该电机3在充电过程中被驱动并且汽车开始移动的风险。该双向充电控制器5经由具有一正导线12a、12b和一负导线13的充电电路连接至该电池6和该中间电路电容4。该正导线12a、12b包括一第一导线支路或第一导线部分12a和一第二导线部分12b，该第一导线支路或第一导线部分12a至少将该电容4连接至该双向充电控制器5，该第二导线部分12b将该双向充电控制器5连接至该电池的正极6a。如图1所示，负导线13对应于运行电路的负导线。优选地，该充电电路用于利用该电池6的电能给该电容4充电或者利用该外部电源的电能给该电池6充电。与之相反，独立于该充电电路的一运行电路从电池6发出，该运行电路包括连接至该电池6的正极6a的一第二正导线14和连接至电池6的负极6b的该负导线13。此外，该运行电路还具有连接至该正导线14的一第二开关单元15。并且，举例来说，当该电容4或该电池6正在或应当充电时，该第二开关单元15断开该运行电路。如果该开关15或该第二开关单元15闭合，从而允许该运行电路导通，从而实现该电池6放电以驱动该电机3。作为结果，只有在想要向该电机3供给电能时，该运行电路才会引导电流流至该电机3。如图1所示，该电池6，该转换器2a、2b或该双转换器2，和该电机3均与该运行电路相连接。可以想到的，该双向充电连接器5可作为该电池6的一个组成部分。图2显示了本发明实施例2的充电系统1的开关电路的一部分。在本实施例中仅给出了一个转换器2a，因为它与图1中的转换器2a具有相同设计，在此不再做具体描述。该中间电路电容4同样和该双向充电控制器5及该电池6并联。该双向充电控制器5也具有两个断路器7，每个断路器包括与一三极管9并联的一二极管8。此外，一个预充电电路连接于该双向充电控制器5的两个断路器7之间，该预充电电路包括一电阻23及和该电阻23并联的一第四开关单元24。进一步地，包括一第三开关单元22的一电感21或线圈21串联于该电池6的正极6a。因而，比如当该电池6在给该中间电路电容4充电时，可停用该第二开关单元15，如图2所示的，该第二开关单元15包括两个开关单元15a和15b或两个开关15a和15b，或者可断开开关15a和15b，以使得电流无法流过该运行电路，从而启用或闭合该第三开关单元22。以这种方式，电流可经该充电电路的正导线流到该线圈21，并向前流到该预充电电路，其中该线圈21用作该电容4充电期间的一临时电磁磁存储器。如果第四开关单元24被停用，也就是断开，该电容4由该电阻23预充电，从而防止比如由于电流浪涌造成的对该电容4的损害。如果电容电压达到预定值或电池电压值，优选地，启用或者闭合该第四开关单元24，这意味着电流可以不受阻碍地经由相应的断路器7流到该电容4，因而可提高电容电压，从而使得电容电压最终超过电池电压。这类似于升压转换器或升压变压器的运行模式。该充电控制元件20连接至该双向充电控制器5的断路器7、第三开关22和第四开关24，并优选地控制该电池6的充电，从而该电池不会例如被过度充电或在该电池尚未充电充满时充电提前中断。此外，该充电控制元件20还可以控制该中间电路电容4的充电，从而在充电过程中不损坏该电容的情况下、在充电过程中将电容电压提升至超过电池电压值。因此，为了利用电池给电容充电或者利用外部电源给电池充电，该充电控制元件20需要根据它们各自的功能来驱动该双向充电控制器的断路器7。需要注意，优选地，该第三开关单元22是该双向充电控制器5的一个组成部分，而不是该电池6的一个组成部分。申请人保留做如下申明的权利，即本申请文件中公开的所有特征对本发明都是极其重要的，只要这些特征本身或其组合相对于现有技术是新颖的。