电路、电动力系和用于对电池充电的方法
【技术领域】
[0001]各种实施例大体上涉及电力车辆的电路和电动力系(power train)以及用于对电力车辆的电池充电的方法。
【背景技术】
[0002]电力车辆可以具有用于推进的电池和电力驱动单元。电力驱动单元的电动机可以被用作再生制动，即它可以被用作将动能转换为电能的发电机。期望使用由电力驱动单元提供的电能对电池充电。
[0003]然而，在电力车辆的高速中并且特别在电池几乎用尽时失效的情况下，大的电流可以流到电池中。这可以导致在电力车辆的一个或多个轮上的大的制动转矩，这可能在光滑的道路上或在曲线中导致危险的情形。进一步，用太高的电流对电池充电可以产生火灾或损坏或破坏电池，特别在电池已经充满电、太热或太冷时。
[0004]为了防止电池的不受控制的充电，电动机的最大电压可以选择成小于电池的最小电压。然而，在这种情况下要求来提供相同的功率水平的更大电流可以导致用于电力电动机的更重的电动机和更大的控制电子设备，这可以增加成本、空间要求和重量并且减少电力驱动单元的电效率。
【发明内容】
[0005]提供一种电路，该电路包含电池、全极开关、开关元件、DC中间电路和电流供给装置。全极开关可以被耦合到电池并且可以被配置成电断开(或电隔离)电池。DC中间电路可以经由开关元件被耦合到全极开关，并且电流供给装置可以被耦合到DC中间电路。
[0006]在各种实施例中，开关元件可以具有最大阻断电压，该最大阻断电压小于电流供给装置的最大电压并且大于电流供给装置的最大电压与电池的最小电压的差。
[0007]在各种实施例中，开关元件可以具有最大阻断电压，该最大阻断电压小于电流供给装置的最大电压与电池的最小电压的差。
[0008]在各种实施例中，开关元件可以包含相互串联耦合的多个开关。每个开关可以具有最大阻断电压并且多个开关的最大阻断电压的和可以小于电流供给装置的最大电压并且大于电流供给装置的最大电压与电池的最小电压的差。
[0009]在各种实施例中，开关元件可以进一步包含与多个开关串联耦合的至少一个其它开关。多个开关的最大阻断电压与至少一个其它开关的最大阻断电压的和可以大于电流供给装置的最大电压。
[0010]在各种实施例中，多个开关中的每个开关和至少一个其它开关可以具有相同的最大阻断电压。
[0011]在各种实施例中，多个开关中的至少一个开关可以被耦合在电池的正极与电流供给装置之间并且多个开关中的至少一个开关可以被耦合在电池的负极与电流供给装置之间。
[0012]在各种实施例中，电路可以进一步包含二极管，该二极管与开关元件并联耦合并且被配置成允许电流从电池流到电流供给装置并且阻断电流从电流供给装置流到电池。
[0013]在各种实施例中，电路可以进一步包含耦合到开关元件的缓冲电路(snubbercircuit)。
[0014]在各种实施例中，电路可以进一步包含控制单元，该控制单元被配置成取决于以下中的至少一个来操作开关元件:电流供给装置的电压与电池的电压之间的电压差超过电压阈值；从电流供给装置流到电池的电流超过电流阈值；以及温度超过温度阈值。
[0015]在各种实施例中，电流供给装置可以包含以下中的一个:电力驱动单元；以及充电器。
[0016]在各种实施例中，电力驱动单元可以包含永久励磁同步电动机；以及耦合到永久励磁同步电动机的具有续流二极管的逆变器。
[0017]进一步，提供一种电动力系，该电动力系包含牵引电池、电力驱动单元和开关元件。电力驱动单元可以包含逆变器和耦合到逆变器的永久励磁同步电动机。逆变器可以被耦合到牵引电池并且开关元件可以被耦合在牵引电池与驱动单元之间。驱动单元的最大电压可以大于电池的最小电压。
[0018]在各种实施例中，开关元件可以具有最大阻断电压，该最大阻断电压小于驱动单元的最大电压。
[0019]在各种实施例中，开关元件可以具有最大阻断电压，该最大阻断电压小于驱动单元的最大电压与牵引电池的最小电压的差。
[0020]更进一步，提供一种用于对电池充电的方法。该方法可以包含经由开关元件将电池与电流供给装置耦合和去耦，其中开关元件具有最大阻断电压，该最大阻断电压是:小于电流供给装置的最大电压；并且大于电流供给装置的最大电压与电池的最小电压的差。[0021 ] 在各种实施例中，当电流供给装置的电压与电池的电压之间的电压差在第一阈值以下时，开关元件可以将电流供给装置耦合到电池。
[0022]在各种实施例中，开关元件在以下中的至少一个时可以将电流供给装置与电池去耦:电流供给装置的电压与电池的电压之间的电压差超过第二阈值；从电流供给装置流到电池的电流超过电流阈值；以及温度超过温度阈值。
[0023]在各种实施例中，在电流供给装置的电压与电池的电压之间的电压差超过第二阈值时开关元件已将电流供给装置与电池去耦之后，开关元件可以将电流供给装置间歇地耦合到电池。
[0024]在各种实施例中，电流供给装置的电流可以由充电器或作为发电机的电力驱动单元来提供。
【附图说明】
[0025]在附图中，遍及不同视图，相同的参考符号大体上指代相同的部分。附图不一定是按比例的，而是重点大体上放在图示本发明的原理。在附图中，参考数字的最左边的(一个或多个)数字可以标识在其中参考数字首次出现的附图。相同的数字可以遍及视图被用来参考相同的特征和部件。在下面的描述中，本发明的各种实施例参考下面的附图来描述，在附图中: 图1示出电路的实施例；
图2示出电动力系的实施例；
图3示出开关元件的实施例；
图4示出开关元件的另一个实施例；
图5示出开关元件的又一个实施例；
图6示出保护单元的实施例；
图7示出具有续流二极管的电路的实施例；
图8示出具有缓冲电路的电路的实施例；
图9不出具有另一个缓冲电路的电路的实施例；以及图10示出用于对电池充电的方法的实施例。
【具体实施方式】
[0026]下面的详细描述参考附图，附图以图示的方式示出在其中可实践本发明的特定细节和实施例。
[0027]词语“示范性”在这里用于意指“用作示例、实例或图示”。任何在这里描述为“示范性”的实施例或设计不一定解释为相对于其它实施例或设计是优选的或有利的。
[0028]图1示出例如用于电动力系的电路的实施例100。电动力系可以包含电池102和电力驱动单元104。电池102可以对电力驱动单元104供电以便推动电力车辆。它可以是牵引电池，即被用于电力车辆的推进的可再充电电池。它可以是铅酸电池、镍金属氢化物电池、锂离子电池、熔盐电池或任何其它种类的电池。电池电压Vbat可以例如是Vbat = 150V ~ 500 V，然而，其它值是可能的。
[0029]电池102可以经由全极开关106和保护单元108被耦合到电力驱动104。全极开关106可以具有耦合到电池102的正极(+ )的开关和耦合到电池102的负极(_)的开关。它用于例如当电力车辆停放时或在紧急情形期间将电池102的正极(+ )和负极(_)从驱动单元104分离或断开。全极开关106可以是继电器和/或半导体开关。
[0030]电力驱动104可以在再生中断期间对电池102充电并且可以提供电压Vc。保护单元108可以将电池102与电力驱动单元104连接和断开。举例来说，对于具有85 kW功率的电力驱动单元104和电池电压Vbat = 250 V，保护单元108可能需要切换340 A的电流。举例来说，如果保护单元108的最大消耗是500 W，则保护单元108可以具有4.3 πιΩ的通态电阻或1.5V的电压降。
[0031]控制单元110可以操作保护单元108。当电池102正在对电力驱动单元供电时，控制单元110可以操作保护单元108以将电池102连接到电力驱动单元104。控制单元110可以在以下情况将电池102与电力驱动单元104断开:在电力驱动单元104的电压Vc与电池102的电压Vbat之间的电压差Vc - Vbat超过电压阈值时、或在从电力驱动单元104流到电池102的电流超过电流阈值的情况下、或例如在电池102或驱动单元104的温度超过温度阈值的情况下、或在可能损坏电动力系的任何部分的任何这样的事件期间。这样的安全相关的事件当电力车辆正在以高速运动并且电池102几乎完全放电时或当电池102在它已经完全充电时正被充电时可能发生。控制单元110也可以当互锁信号活动时将电池102与电力驱动单元104断开。互锁信号可以指示箱或壳体已被打开并且承载高的电压的部分可能被暴露到人体接触。
[0032]在事件已平息之后和/或在重置信号已被发出之后，控制单元110可以操作保护单元108以将电池102连接到电力驱动单元104。保护单元108因此可以控制由电力驱动单元104对电池102的充电并且所以可以保护电池102。驱动单元104的最大电压Vcmax因此可以在没有引入安全风险的情况下大于电池102的最小电压Vbatmin。因此，更小的电子电动机和控制电子设备(例如在逆变器中)可以被使