通过改变电压和匹配DC/DC转换器的相数来匹配直接中间电路的设备和方法与流程

通过改变电压和匹配dc/dc转换器的相数来匹配直接中间电路的设备和方法
技术领域
[0001]
本发明涉及一种用于车辆的中间电路匹配设备、具有中间电路匹配设备的车辆以及用于改变中间电路电压和/或相数的方法。


背景技术：

[0002]
近年来，提高的环境意识和对消耗、co2排放和其他排放量的更高要导致新的驾驶员辅助系统和众多新的驾驶功能。此外，为了进一步减少co2排放，越来越多地开发和销售电动车辆。但是，这些电动车辆具有有限的行程长度和长的充电过程。此外，诸如电池组和发动机的部件必须被冷却，以便排出损耗功率，然而这需要额外的电能。通过减少电气系统中的损耗，可以提高行程长度并且同时可以减少冷却需求，这导致重量减轻和进一步的行程距离提高。


技术实现要素：

[0003]
本发明的任务是提高电传动系的效率并减少中间电路中的损耗。
[0004]
该任务通过独立权利要求的特征来解决。本发明的扩展方案从从属权利要求和对实施方式的以下描述中得出。
[0005]
本发明的第一方面涉及一种用于车辆的中间电路匹配设备。该中间电路匹配设备具有带至少两个相的直流中间电路和控制单元。控制单元被设置为基于当前的工作点改变中间电路电压和/或中间电路的相数。
[0006]
为了减少中间电路中的损耗并因此提高中间电路的效率，可以改变中间电路电压和具有至少两个并联相的直流中间电路的相数。直流电路电压和相数的改变可以根据当前的或预期的工作点由中间电路匹配设备来进行。例如，在当前工作点中，可以将具有低功率要求的负载连接到中间电路，以便——为了减少损耗——可以降低中间电路电压（减少与电压有关的损耗），并且可以减少相数（减少与相/电流有关的损耗）。
[0007]
在电气系统中使用或安装多个并联相，以将各个组件实施得更小并能够更灵活地缩放电气系统（组合部件）。另外，通过更大件数的较小部件可以降低成本。除了中间电路之外，中间电路匹配设备还具有控制单元。该控制单元可以根据当前的工作点改变中间电路电压和/或相数。中间电路电压的改变在此情况下可以连续进行或以固定的电压等级来进行。
[0008]
工作点在此情况下可以包括负载的功率、动态性、峰值电流、负载的最小中间电路电压或者也包括温度、冷却功率、加热功率。
[0009]
负载可以是连接到中间电路的耗电器，例如整流器、转换器或逆变器（用于电动机），或者也可以是加热装置或冷却装置。
[0010]
在本申请的范围中，在dc / dc或直流电压转换器中的引导电流的线路称为相。
[0011]
应当注意，与电流有关的损耗可在每个相中出现。每个相中流过的电流越多，损耗
可能越大。此外，与电流有关的损耗与电流成平方关系，p = r * i2，其中r =线路电阻并且p =功率损耗。除了与电流相关的损耗外，还出现与电压相关的损耗，尤其是在电压转换时。中间电路电压越高，在从电池组或燃料电池电压到中间电路电压的电压转换时的损耗就越大。通过改变中间电路电压和相数可以使这种损耗最小化。
[0012]
根据一个实施方式，当前的工作点考虑连接到中间电路的负载。该工作点在此情况下可以包括功率、动态性、峰值电流、负载的最小中间电路电压，或者也包括温度、冷却功率、加热功率。
[0013]
根据一个实施方式，控制单元被设置为将中间电路电压改变到250v至800v之间的值。应当注意，中间电路电压的范围也可以是250v至450v或400v至1000v。
[0014]
根据另一实施方式，控制单元被设置为逐步改变中间电路电压。在此情况下可以以预定的固定等级改变直流电路电压。由于所述等级具有一定的波动宽度或储备，因此可以减少改变的次数。
[0015]
根据一个实施方式，中间电路电压的逐步改变的等级高度为25v。替代地或附加地，等级高度也可以是20v、30v或50v。替代地或附加地，也可以改变等级高度，使得在中等电压范围内存在较低的等级高度，例如10v，并且在低压或高压范围内存在较高的等级高度，例如30v。因此，相关区域可以比边缘区域更精细地分级。
[0016]
根据一个实施方式，控制单元被设置为连续改变中间电路电压。换句话说，控制单元可以将中间电路电压改变到两个极限值之间的每个任意值，例如250v和800v。由此可以实现最大的灵活性，并可以实现对损耗功率的最佳降低。
[0017]
根据一个实施方式，控制单元被设置成首先改变中间电路电压，并且然后改变相数。因此可以快速地、动态地和有效地确定当前工作点的最佳中间电路电压和最佳相数。
[0018]
根据一个实施方式，中间电路具有四个相。如果连接在中间电路处的负载下降到第一预定阈值以下，则控制单元被设置为降低中间电路电压和/或减小相数，并且如果连接在中间电路处的负载超过第二预定阈值，则所述控制单元被设置为升高中间电路电压和/或提高相数。
[0019]
应当注意，第一阈值和第二阈值可以是绝对、相对或百分比阈值。例如，当当前工作点的功率比上一个工作点高15％时，可以接通相。
[0020]
根据一个实施方式，控制单元被设置为基于预期的工作点来改变中间电路电压和/或中间电路的相数。因此可以进行中间电路电压和相数的预测性的或预防性的改变。因此可以确保，始终为连接的负载提供足够的功率。尤其是，如果车辆具有部分或完全自动化的驾驶功能（车辆纵向引导），则可以基于预期的工作点来改变中间电路电压和相数。例如，车辆的自动驾驶仪或导航单元可能已知车辆很快到达高速公路入口并且在此必须大力加速。
[0021]
因此可以事先已经提高中间电路电压和接通相。因此可以无延迟地进行加速。
[0022]
根据一个实施方式，中间电路匹配设备还具有用于检测中间电路电压的电压传感器。由此，总是可以检测当前的中间电路电压，并且可以通过控制单元进行到所期望的中间电路电压的调节。
[0023]
根据一个实施方式，控制单元被设置为根据当前工作点来改变连接在中间电路处的整流器、转换器或逆变器的开关频率。
[0024]
除了中间电路电压和相数之外，控制单元还可以基于当前工作点来改变或匹配连接在中间电路处的逆变器、转换器或整流器的开关频率。因此，可以进一步提高电气系统的效率。在具有低功率的工作点情况下，可以附加地降低开关频率。在更高的功率或更高的动态要求（中间电路电压的快速改变）情况下，可以提高连接在中间电路处的整流器、转换器或逆变器的开关频率。
[0025]
本发明的另一方面涉及一种用于改变中间电路电压和/或相数的方法。该方法包括以下步骤：
-ꢀ
检测中间电路电压；
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确定当前的工作点；
-ꢀ
根据当前的工作点改变中间电路电压；和
-ꢀ
根据当前的工作点改变中间电路的相数。
[0026]
应该注意的是，该方法的各个步骤可以在一个循环中执行，使得对中间电路电压和/或相数进行不断的改变或匹配。
[0027]
本发明的另一方面涉及一种具有在上面和在下文中描述的中间电路匹配设备的车辆。
[0028]
所述车辆例如是机动车辆，如汽车、公共汽车或载重汽车，也或者是有轨车辆、轮船或飞行器，例如直升机或飞机。
[0029]
本发明的另一方面涉及一种程序元件，该程序元件当其在中间电路匹配设备的控制单元上实施时指导中间电路匹配设备执行上面和后续描述的方法。
[0030]
本发明的另一方面涉及一种计算机可读介质，在该计算机可读介质上存储有程序元件，该程序元件当其在中间电路匹配设备的控制单元上实施时指导中间电路匹配设备执行上面和后续描述的方法。
[0031]
本发明的其他特征、优点和应用可能性从对实施例和图的以下描述中得出。
附图说明
[0032]
这些图是示意性的并且非比例正确的。如果在下面的描述中在不同的图中给出相同的附图标记，则这些附图标记表示相同或相似的元素。
[0033]
图1示出了根据一个实施方式的具有中间电路匹配设备和负载的中间电路的框图。
[0034]
图2示出了根据一个实施方式的中间电路匹配设备的框图。
[0035]
图3示出了根据一个实施方式的中间电路随时间的电压变化曲线。
[0036]
图4示出了根据一个实施方式的具有多个相的电路。
[0037]
图5示出了根据本发明的一个实施方式的相数与功率的效率关系图。
[0038]
图6示出了根据一个实施方式的具有中间电路匹配设备的车辆。
[0039]
图7示出了根据一个实施方式的用于改变中间电路电压和/或相数的方法的流程图。
具体实施方式
[0040]
图1示出了中间电路10。该中间电路10是具有至少两个并联相的直流中间电路。此
外，图1示出了连接到中间电路10的逆变器。设置成驱动车辆的负载3、例如电动机连接到该逆变器。在此可以改变中间电路10的电压，也即将电流传输到多少分支上。此外可以改变相数。可以根据当前的工作点（例如所需的功率、最小电压和动态性）来进行这两个改变。因此，可以始终为连接在中间电路10处的负载3提供足够的功率，而不会使损耗变得不必要地高。在wltp（worldwide harmonized light vehicles test procedure，全球统一的轻型车辆测试程序）中，通过中间电路匹配设备的效率提高可以高达5％。中间电路电压和相数可以在此情况下基于当前的或预期的（预防性的）工作点来改变、匹配或更改。例如，可以通过车辆（导航模块）识别出：很快就需要电动机上的大功率（驶入高速公路）并且相应地可以已经预先接通额外的相并且可以提高中间电路电压。中间电路电压和相数的预防性改变可以尤其是在部分或全自动的车辆中有意义，因为在这里用于车辆纵向引导和车辆控制的信息已经存在于车辆中并且不必对驾驶员的行为做出反应。中间电路匹配设备1可以规定首先改变、更改或匹配中间电路电压，因为该中间电路电压可以更快地、更加动态地和更简单地改变，并且然后改变、更改或匹配相数。
[0041]
图2示出了中间电路匹配设备1的框图。该中间电路匹配设备1具有中间电路10、控制单元20和电压传感器30。中间电路10具有中间电路电压和至少两个相。为了能够使用更小和更便宜的组件并能够更灵活地缩放中间电路，使用多个并联相。中间电路10的各个相可以根据需要接通或断开。因此，相数可以改变。中间电路电压也可以改变。中间电路电压的改变可以离散地（即以特定的预定的等级，例如25v）或连续地改变或匹配。控制单元20可以确定当前的或预期的工作点，并基于该工作点来改变中间电路电压和/或相数。因此，可以减小中间电路10中的损耗和冷却功率，并且可以提高行程距离。该工作点尤其可以考虑与中间电路10、例如电动机连接的负载。这可以是尤其有利的，因为用于动态应用的电动机需要中间电路10中的一定的最小电压。中间电路电压可以通过控制单元20例如改变到250v至800v之间的值。此外，控制单元20可以首先改变中间电路电压（具有高动态性并且有可能迅速地改变），并且然后改变相数。应当注意，如果从中间电路10要求的负载下降到第一预定阈值以下，则控制单元20可以减小中间电路电压和/或相数。换句话说，如果从中间电路10要求功率低，则可以减小中间电路电压和相数。此外，如果从中间电路10要求的负载超过第二预定阈值，则控制单元20可以升高中间电路电压和/或提高相数。换句话说，如果从中间电路10要求的功率高，则可以提高中间电路电压和相数。
[0042]
图3示出了中间电路的中间电路电压与时间的关系图。以秒为单位的时间绘制在横坐标上，并且以伏特为单位的当前中间电路电压绘制在纵坐标上。可以看出，中间电路电压随时间分级改变。在此情况下，各次改变与等级高度之间的时间可以变化。
[0043]
图4示出具有四个并联相15的电路或中间电路10。在右侧可以看到负载3，该负载3由中间电路10馈电。各个相15可以选择性地接通或断开。每个相15都可以具有mosfet，以便接通或断开这些相。中间电路10的电流在各个相15之间划分，使得存在相15的对称利用。应该注意的是，各个相15可以通过中间电路匹配设别的控制单元来接通或断开。尤其是可以在考虑当前工作点的情况下来发生。
[0044]
图5示出了相数与功率的效率关系图。在此情况下，效率沿纵坐标（y轴）绘制，并且传输的功率沿横坐标（x轴）绘制。相数由数字1到3表示。可以看出，随着功率升高，为了在中间电路中传输功率，需要更多的相，并且整个系统的效率取决于相数。从一定功率起，使用
两个相位进行传输（从相应的交点起）会更加有效。因此，在已知功率的情况下，可以找到具有最高效率的相数。此外，效率也可以关于中间电路电压绘制，但是这在此处未示出。
[0045]
图6示出具有中间电路匹配设备1的车辆2，尤其是电动车辆。由此，车辆2的中间电路电压和/或相数可以根据当前或预期的工作点来改变。通过改变中间电路电压，可以使与电压有关的损耗最小化。此外，可以通过接通或断开各个相来使与相或与电流有关的损耗最小化。通过最小化的损耗，可以同时减少冷却工作量。这两种效果导致车辆的行程距离增大。
[0046]
图7示出了用于改变车辆的中间电路电压和/或相数的方法的流程图。在步骤s1中检测当前的中间电路电压。这可以例如通过电压传感器来进行。在步骤s2中确定当前的工作点或预期的工作点。该工作点可以取决于所需的功率和最小所需电压以及驾驶操作。在步骤s3中，根据当前的或预期的工作点改变（提高或减小）中间电路电压。在步骤s4中，根据当前的或预期的工作点改变相数，例如选择性地接通或断开各个相。因此，可以使中间电路中的损耗最小化，从而可以提高车辆的行程距离。