用于提供车辆中的dc电压的电路布置和操作电路布置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于提供期望的DC电压，具体是用于对车辆中的牵引电池进行充电的电压的电路布置。另外，本发明涉及一种车辆，具体是包括所述电路布置的道路汽车或轨道车辆。此外，本发明涉及一种操作所述电路布置的方法。
【背景技术】
[0002]车辆，具体是电动陆地车辆可以被以不同方式提供能量。一个选项是当车辆停止时并且通过使用电缆连接对车辆上车载的能量储存进行充电。根据另一选项，使用磁场以无线方式将能量传送到车辆，所述磁场在车辆上车载的至少一个电感中诱发电压。“拾取器”或“接收器”的表达已经被用于包括至少一个电感的设备。电动车辆可以包括所谓的牵引电池。牵引电池提供电能以对车辆进行供电或推进。储存在牵引电池中的电能可以由推进电动车辆的电机耗散。因此，有必要对牵引电池进行充电以便提供足够的电能来推进电动车辆。
[0003]对牵引电池进行充电的一个选项是使用电能的外部源，例如外部电网。例如，前述的无线方式使用磁场将电能从路由侧初级绕组结构传送到车辆侧次级绕组结构，其中，交流电压是在车辆上车载来诱发的。该交流电压必须被转换，使得可以对牵引电池进行充电。
[0004]US 6499701中描述了范例。文档示出了将电力传送到电动车辆的系统的电路模型。AC电力信号激励沿着车辆导轨行进的传输线。与常规变压器一样，铁磁拾取器连同传输线一起形成初级和次级绕组。来自拾取器的AC电压由二极管桥整流、由电感器和电容器过滤并且由降压变换器调整，从而将向负载提供恒定DC电压。
[0005]示出的解决方案的缺点在于导致了明显的损耗，尤其是在高功率电平是必要的时在充电流程的开始处。这些损耗仅可以由复杂并且昂贵的电路布置来降低。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种用于提供期望的直流(DC)电压，具体是用于对牵引电池进行充电的DC电压的电子电路布置，所述电子电路布置可以在包括用于经由磁场接收电能的电感拾取器布置的车辆中使用，并且所述电路布置降低所述电路布置的功率损耗、成本和重量。本发明的另一目的是提供一种车辆，具体是包括所提出的电路布置的道路汽车或轨道车辆。此外，本发明的目的是提供一种操作所述电子电路布置的方法。
[0007]根据本发明的基本思想，提出了一种用于提供期望的直流(DC)电压，具体是用于对车辆中的牵引电池进行充电的DC电压的电路布置。额外地或备选地，所述DC电压可以被用于其他目的，例如驱动电机或对所述车辆的其他电动或电子设备供电。
[0008]本发明可以适于任何陆地车辆(包括但非优选地，适于仅临时在陆地上的任何车辆)，具体是诸如轨道车辆(例如有轨电车)的有轨车辆，并且还适于诸如个人(私人)客车或公共交通车辆(例如公共汽车，包括也是有轨车辆的无轨电车)的道路汽车。
[0009]这样的牵引电池提供电力以推进所述车辆。所述电动车辆可以是道路汽车或轨道车辆。例如，所述电动车辆可以包括被连接到所述牵引电池并且被连接到推进所述车辆的电机的功率变换器。所述功率变换器可以对由所述牵引电池提供的DC电压，即所谓的牵引电压，进行变换，以对所述电机供电。
[0010]所述电路布置包括车辆侧拾取器部分或接收器的至少一个次级侧电感。所述拾取器部分，具体是所述电感，用于接收磁场并且用于产生电输出电压。经由所述拾取器部分，电能可以被从例如沿着车辆导轨(初级侧)运行的路由侧传输线传送到所述电动车辆(次级侧)。所述拾取器部分因此形成变压器的次级部分。所述次级侧电感或所述拾取器部分的所述电输出电压是AC电压或交流电压。所述电感可以通过绕组结构来提供。
[0011]另外，所述电路布置包括至少一个整流器，所述至少一个整流器用于对所述至少一个电感的所述输出电压进行整流。整流器的表达涉及将交流输入电压整流为直流输出电压的电路布置。
[0012]另外，所提出的电路布置包括至少一个源元件。作为对所述源元件的备选或补充，所提出的电路布置包括至少一个漏元件。所述源元件是提供或生成额外的电压的元件。所述源元件的所述电压可以被添加到所述整流器的输出电压。也可能的是，所述源元件在对被连接到所提出的电路布置的所述牵引电池进行充电的同时提供额外的电能。
[0013]所述漏元件是捕捉电压的元件。捕捉到的电压可以降低所述整流器的所述输出电压。也可能的是，所述漏元件在对被连接到所提出的电路布置的所述牵引电池进行充电的同时耗散过量的电能。
[0014]根据本发明，所述整流器和所述源元件被连接起来，使得所述电路布置的输出电压是所述整流器的输出电压与所述源元件的输出电压的和。所述源元件的输入侧和输出侧是相对于在相应的元件的操作期间通过所述源元件的能量流而被限定的，其中，所述能量从所述输入侧流到所述输出侧。因此，所述源元件的所述输出电压是在所述源元件的所述输出侧处提供的电压。
[0015]如果所述电路布置包括漏元件，则所述整流器和所述漏元件被连接起来，使得所述电路布置的输出电压是所述整流器的所述输出电压与所述漏元件的输入电压之间的差。所述漏元件的所述输入侧和所述输出侧是相对于在相应的元件的操作期间通过所述漏元件的能量流而被限定的，其中，所述能量从所述输入侧流到所述输出侧。因此，所述漏元件的所述输入电压是所述漏元件的所述输入侧上的电压降。
[0016]为了确定所述电路布置的所述输出电压，即如果所述电路布置的所述输出电压是两个电压的和或两个电压之间的差，则选择偏振敏感视图。这意指电压降，例如所述源元件的输出端子上或所述漏元件的输入端子上的电压降，是从高电势指向低电势的。
[0017]假如所述整流器的所述输出电压例如由于变化的操作参数而变化，则所提出的电路布置有利地允许提供所述电路布置的恒定或几乎恒定的输出电压，例如用于对牵引电池进行充电的电压。
[0018]在另一个实施例中，所提出的电路布置包括至少一个电压变换器。所述电压变换器提供前述的所述源元件。如果所述电路布置包括漏元件，则所述电压变换器可以备选地或额外地提供所述漏元件。可能的是，一个电压变换器可以以源模式操作，作为源元件，并且以漏模式操作，作为漏元件。在这种情况下，以所述源模式操作的所述电压变换器的输出端子可以等于以所述漏模式操作的所述电压变换器的输入端子。然而，也可能的是，所述电路布置包括提供所述源元件的第一电压变换器和提供所述漏元件的第二电压变换器。
[0019]所述电压变换器可以将具有给定的电平的直流输入电压转换为具有期望的电平的直流输出电压。已知的电压变换器例如是所谓的降低变换器或降压变换器、所谓的升高变换器或升压变换器、以及所谓的降升压变换器。另一已知的电压变换器是所谓的谐振变换器。谐振变换器或谐振功率变换器含有谐振LC网络，所述谐振LC网络的电压和电流波形在每个切换周期的一个或多个子区间期间正弦地变化。谐振变换器还包括变压器。已知的谐振拓扑包括例如串联谐振变换器、并联谐振变换器和所谓的串并联谐振变换器。
[0020]如果所述电压变换器提供源元件，则所述整流器和所述电压变换器被电气连接，使得所述电路布置的输出电压是所述整流器的所述输出电压与所述电压变换器的所述输出电压的和。与已知的解决方案，例如US 6499701提出的解决方案相反，可以是用于所述牵引电池的充电电压的所述电路布置的所述输出电压不等于所述电压变换器的所述输出电压，而是由所述整流器的所述输出电压和所述电压变换器的所述输出电压组成。这有利地允许设计所述电压变换器使得仅期望的充电电压的部分需要由所述电压变换器来提供。这进而允许选择更便宜、更轻并且更小体积的元件来设计所述电压变换器。
[0021]如果所述电压变换器提供漏元件，则所述整流器和所述电压变换器被电气连接，使得所述电路布置的输出电压是所述整流器的所述输出电压与所述电压变换器的所述输入电压之间的差。
[0022]在所有配置中，所述电路布置的所述输出电压是DC电压。
[0023]在另一个实施例中，所述整流器的所述输出电压等于所述源元件，例如第一电压变换器，的输入电压。所述电压变换器的输入端子可以例如被连接到所述整流器的输出端子。
[0024]所述整流器的所述输出电压也可以等于所述漏元件的输出电压。所述漏元件可以是通过所述第一电压变换器或以漏模式操作的另一电压变换器来提供的。
[0025]这有利地提供所提出的电路布置的简单电气连接或电气设计。尽管所述电压变换器的所述输入电压是所述整流器的所述输出电压，但是所述电压变换器和其元件仅需要被设计使得所述充电电压的部分需要由所述电压变换器提供。这提供了所提出的电路布置的前述的优势。
[0026]在备选实施例中，所述电路布置的输出电压等于所述源元件的输入电压和/或所述漏元件的输出电压。这有利地提供了所提出的电路布置的备选而且简单的电气连接或电气设计。
[0027]在另一个实施例中，所述整流器的输出部被串联连接到所述源元件的输出部和