用于车辆的高压车载网络结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆中的能量分配系统。尤其本发明涉及一种在改进对于能量供给系统的电机的操控的同时得到简化的构造。此外，本发明尤其涉及一种用于车辆的能量供给系统以及一种车辆、尤其是电动车或混合动力车。
【背景技术】
[0002]电动车或者混合动力车中的车载网络拓扑结构具有至少一个用于提供比如以电的方式所储存的能量的蓄能器元件以及至少一个作为所储存的能量的消耗器的、用于驱动车辆的驱动元件、比如电动马达或者电机。在此，大多情况下蓄能器元件、高压蓄电池或者电池系统在使用换流器(Inverters)或者直流电压-交流电压变换器(DC-AC-变换器)的情况下与电机相连接，并且由于结构形式而被设置用于输出直流电压。在此，所述变换器将由蓄能器元件提供的直流电压转换为对于电动马达元件或者电机的运行来说合适的交流电压。
[0003]图1示出了一种传统的、用于电动车或者混合动力车的车载网络结构。在从蓄能器元件4到电动马达或者电机6的线路路径中，布置了换流器或者DC-AC变换器8。此外，能量供给系统2具有一充电器10，该充电器一方面与能量供给系统2相耦合并且另一方面与外部的能源12、比如电力网12相耦合。所述电力网12示范性地在使用三个相位L1-3的情况下被耦合到充电器上。能够设想其它的、在电力网12与充电器10之间的连接。充电器10在此被设置用于:根据外部的能量供给机构12来给蓄能器元件4充电。
[0004]传统的蓄能器元件4通常具有取决于充电状态的、可变的端电压，所述端电压通过能量供给系统2的内部的敷设电缆也加载在变换器8上。图2示出了由蓄能器元件4提供的电流的、取决于蓄能器元件4的端电压的、示范性的曲线。因为蓄能器元件4的所输出的功率如在图2中示出的那样基本上恒定地不取决于所述端电压，所以较低的端电压引起提高了的电流并且反之亦然。
[0005]对于直接被连接的变换器8来说，由此必须如此设计该变换器的尺寸，用于不仅能够处理最高可能的电压而且能够处理最低可能的电压并且不仅能够处理最高可能的电流而且能够处理最低可能的电流。
[0006]在此由所述变换器8实现的电功率基本上受到电流的限制，所述电流在不取决于所加载的端电压的情况下不得超过特定的数值。由此必须针对这种最大的电流来设计所述变换器8。
[0007]为了现在能够优化地提供一种变换器，可以在蓄能器元件4与变换器8之间设置一直流电压转换器(Gleichspannungswandler) 14。由此可以转换可变的、由蓄能器元件4输出的、可变的、示范性地处于150V到300V的范围内的电压或者将其转换到一种电压水平，该电压水平基本上是恒定的，示范性地为400V。由此所述变换器8可以构造用于基本上占据所定义的、由电流和电压构成的运行工作点，而在此不必设计到较大的电流范围。换句话说，通过直流电压转换器14与变换器8之间的、中间电路中的所定义的电压，根据基本上恒定的功率也将所属的电流确定到基本上恒定的数值。对于这个数值来说，现在可以优选设计所述变换器8，而在此不必考虑在降低的电压的情况下针对可能提高的电流的储备。所述变换器8或者换流器由此基本上在恒定的电压比的情况下工作。由此尤其可以实现这一点:可以将在所述变换器8中的半导体的电流承载能力减半。相应地，可以将所有的输入参数设计到低得多的电压及电流范围。由此可以降低设计上的开销并且节省材料成本。
[0008]图4示出了直流电压转换器的一种示范性的实施方式。直流电压转换器14或者DC-DC-转换器14在此示范性地具有作为多相系统的结构，由此作为多个单独的电压转换器的组合来示出。通过这样的构造，产生了一些技术上的优点，比如电压及电流起伏(Spannungs-und Stromrippel)的减小。
[0009]但是，这样的、按照图3所使用的直流电压转换器14在此是车辆的能量供给系统中的、附加的组件，该组件本身具有一定的能耗并且也仅仅由于其重量就已经引起用于驱动车辆的能量需求的提高。此外，依照传统设置了一充电器10，该充电器将外部的能量供给机构12如此耦合输入到所述能量供给系统中，用于能够给蓄能器元件4充电。
[0010]如果由此利用用于将恒定的供电电压提供给所述变换器的DC-DC-转换器来扩展(参照图3)传统的车载网络结构(参照图1)，那么由此就提高所述组件的数目并且由此尤其提高了半导体的数目以及对其的操控水平。
【发明内容】
[0011]本发明的一个方面由此可以在于，提供一种用于车辆的车载网络结构或者能量供给系统，该能量供给系统一方面以基本上恒定的电压来运行一变换器或者换流器，但是在此提供所述能量供给系统的组件的一种得到改进的连接方案以及一种得到简化的构造。尤其基本上不应该提高半导体的数目以及对其的操控。
[0012]相应地示出了按独立权利要求所述的、一种用于车辆的能量供给系统以及一种车辆，尤其电动混合车辆。优选的设计方案从从属权利要求中获得。
[0013]按照本发明，现在如此改动所述直流电压转换器，从而基本上可以取消经常也在布置在车辆中的充电器。如在按照本发明的能量供给系统中所使用的一样的直流电压转换器由此能够在充电运行中直接对用于给蓄能器元件进行充电的、(比如三相的)外部的能源进行馈电，而在行驶运行中所述直流电压转换器可以向变换器提供基本上恒定的运行电压或者供电电压。由此可以提供一种用于车辆的能量供给系统，在该能量供给系统的情况下所述蓄能器元件的充电功能被集成在所述直流电压转换器中并且由此可以使用一种变换器，该变换器被优化到较小的电压范围。
[0014]按照本发明构造一种具有充电功能的、示范性地具有三个或者更多个相位的相位数的直流电压转换器。在正常的行驶运行中或者也在正向运行中，所述相位在此通过在这种情况下闭合的接触器或者开关被连接在中间电路上，在所述中间电路上也连接了所述变换器，或者所述中间电路向所述变换器馈电。由于未连接或者未插接外部的能源，直流电压转换器由此基本上具有直接连接(durchverbunden)的结构。
[0015]如果现在要给蓄能器元件充电，则断开所述开关并且将示范性地构造为3相结构的电力网或者能源直接与直流电压转换器连接起来，直流电压转换器现在在反向运行中作为充电器或者逆变器来工作并且向蓄能器元件或者车辆蓄电池提供恒定的充电电压或者充电电流。
[0016]由此可以针对窄小的输入电压范围对在车辆中所设置的变换器进行优化，这也在成本和体积方面产生了优点。在此不需要附加的、用于充电器的组件，因为该功能由直流电压转换器来承担。
[0017]所述电压转换器通常由于再生(Rekuperat1n)、也就是行驶运行中的能量回收利用而构造为双向的转换器，从而在所述转换器作为充电器来运行时所述蓄能器元件的能量也可以被反馈到外部的能源、比如电力网中。由此，大量的按本发明的能量供给系统可以为地区的或者国家的能源系统提供蓄能器解决方案。
[0018]按本发明的直流电压转换器在此可以针对大量的使用情况得到优化，比如针对这样的、在具有较长的充电时间而无主动冷却功能的较低的功率范围内的使用情况或者也作为具有主动冷却功能的、用于快速充电的高功率电压转换器得到优化。
[0019]所述按本发明的能量供给系统同样被设置用于:在再生运行中回收比如由于受到制动的下坡行驶而被电机获取的能量并且将其反馈到蓄能器元件中。