电气系统、用电池提供充电的方法、电动和混合机动车辆与流程

一般来说，本发明涉及一种电气系统、用电池提供充电的方法、电动和混合机动车辆，所述电气系统配置成尤其调适成在机动车辆(尤其电动或混合机动车辆)上为电池充电。

更精确地，电动或混合车辆包括为车辆的电气设备供电的低电压供电电池和参与推进车辆的高电压供电电池。已知的是车辆包含目前以“车载充电器(onboardcharger)”的缩略词obc指示的用于为高电压供电电池和最终低电压供电电池充电的车载充电器，以及交流-直流电转换器用于转换交流电压源与所述供电电池组之间的电压。在这种背景下，本发明涉及一种电气系统，所述电气系统呈现由车载充电器和由交流-直流转换器提供的若干功能。

背景技术：

众所周知，电动或混合车辆包括经由车载高电压电气网络由高电压供电电池供电的电动机系统，和经由车载低电压电气网络由低电压供电电池供电的多个辅助电气设备。因此，高电压供电电池确保电动机系统的能量供应以推进车辆。低电压供电电池供电辅助电气设备，例如车载计算机、车窗电机、多媒体系统等。高电压供电电池通常输送100伏与900伏之间、较佳为100伏与500伏之间的电压，然而低电压供电电池通常输送约12伏、24伏或48伏的电压。这两种高电压供电电池组和低电压供电电池组必须能够经充电。

高电压供电电池的电能充电以经由车辆高电压电气网络将其连接到例如交流电家用供电网络的外部电气供电网络的已知方式来实现。为这一目的，高电压供电电池能够经由指定为车载充电器的车载电气充电系统连接到外部电气供应，所述车载充电器通常包括整流电路和功率因数校正电路。

图1示出现有技术水平的单向(unidirectional)车载电气充电器obc-10的功能框图，所述单向车载电气充电器负责供电高电压供电电池hv，通常专用于推进电动或混合车辆。所示的车载电气充电器obc-10包括电磁滤波电路(electromagneticfilteringcircuit)emc(任选的)和双向功率因数校正电路(two-directionalpowerfactorcorrectioncircuit)pfc，所述功率因数校正电路pfc包括交流-直流转换器(alternating-directconverter)，其接收来自例如交流电家用供电网络的外部交流电供应g1的电流。

预充电模块pc10可防止高涌入电流在系统接通时穿过功率因数校正电路pfc的交流-直流转换器电路。换句话说，预充电模块pc10可防止在接通某些电气接收器时所产生的瞬时过电压，且因此避免尤其在链路电容器(linkcapacitor)clink中充电过快和过高的增大。对应于指定为“直接模式(directmode)”的车载电气充电器操作模式obc-10，预充电模块pc10仅在为hv供电电池充电时激活。

仍参考图1，功率因数校正电路pfc具有消除由经系统吸收的电流引起的外部电气供电网络g1的变形以便防止出现谐波电流(harmoniccurrent)的主要功能，所述谐波电流损害外部电气供电网络。

最后，低电压供电电池的充电(图1中未示出)以已知方式经由连接在hv供电电池与低电压供电电池之间的第二dc-dc转换器(图中未示出)由高电压供电电池hv进行。

因此，高电压供电电池hv的充电借助于车辆中的车载电气充电器obc-10进行。然而，由于单向dc-dc转换器dc/dc10，车载电气充电器obc-10仅能够为高电压供电电池hv充电，但无法反向，即不可能使用充电的高电压供电电池hv来提供充电。

可获得车载双向电气充电器obc-10的一种解决方案为用另一双向dc-dc转换器替换单向dc-dc转换器dc/dc10。然而，双向dc-dc转换器比单向dc-dc转换器更加昂贵。另外，这种解决方案为繁琐的，这是因为其无法如上文所呈现通过添加低成本组件来轻易地修改车载电气充电器obc-10，而是需要替换已存在于这一车载电气充电器obc-10中的组件，从而产生实质额外成本。

为了克服这些劣势，本发明提出使用能够在两个不同模式中操作的电气充电器，所述两个不同模式即：“直接模式”，其对应于为高电压供电电池hv充电；以及“反向模式”，其中电气充电器使用所述高电压供电电池hv进行供应充电的功能。

技术实现要素：

更精确地，本发明涉及一种尤其用于机动车辆的电气系统，包括电气充电器，其配置成供电尤其配置成提供能量以驱动车辆的供电电池，所述电气充电器包括功率因数校正电路和dc-dc转换器，所述功率因数校正电路包括第一连接接口(interface)和第二连接接口，所述dc-dc转换器包括第一连接接口和第二连接接口。

出于这一目的，电气系统的电气充电器的显著之处在于其配置成具有两个操作模式：

-“直接”操作模式，其中外部电气供电网络(externalelectricalsupplynetwork)通过功率因数校正电路的中介(intermediary)和dc-dc转换器的中介供电电池，功率因数校正电路的第二连接接口连接到dc-dc转换器的第一连接接口，在直接模式中，所述第二连接接口对应于功率因数校正电路的输出接口，

-“反向”操作模式，其中电池通过功率因数校正电路的中介来提供充电(charge)，

电气系统包括dc-dc转换器的短路电路(short-circuitcircuit)，所述短路电路包括可使dc-dc转换器的第二连接接口直接连接到功率因数校正电路的第二连接接口的至少一个开关，在反向操作模式中，功率因数校正电路的第二连接接口对应于功率因数校正电路的输入接口。

根据本发明的一方面，电气系统的电气充电器包括预充电模块(pre-chargemodule)，所述预充电模块的第一连接接口通过开关的中介连接到功率因数校正电路的第二连接接口且所述预充电模块的第二连接接口连接到dc-dc转换器的第二连接接口，在反向模式中，所述预充电模块配置成使用连接到dc-dc转换器的第二连接接口的电池来为连接到功率因数校正电路的第二接口的电容器充电。

在一实施例中，电气系统的电气充电器包括第二预充电模块，所述第二预充电模块的第一连接接口通过开关的中介连接到功率因数校正电路的第一连接接口，且所述第二预充电模块的第二连接接口连接到功率因数校正电路的第二连接接口。

有利地，电气系统的电气充电器包括保险丝(fuse)。

有利地，电气系统的电气充电器包括第二升压dc-dc转换器(step-updc-dcconverter)，其一方面连接到dc-dc转换器的第二连接接口，且另一方面连接到功率因数校正电路的第二连接接口。

有利地，电气系统的电气充电器的功率因数校正电路为双向的，且dc-dc转换器为自其第一连接接口到其第二连接接口单向的。

本发明涉及一种用于使用尤其用于机动车辆的电池来提供充电的方法，所述方法通过包括如上文简要描述的电气充电器的电气系统实施。所述方法的显著之处在于其包括以下操作步骤：

-闭合(closing)连接dc-dc转换器的第二连接接口与功率因数校正电路的第二连接接口的至少一个开关，

-经由功率因数校正电路通过dc-dc转换器的第二接口的中介、至少一个开关的中介、第二连接接口的中介将来自电池的直流电压转换为交流电压，所述交流电压调适成供应连接到功率因数校正电路的第一连接接口的充电，

-通过来自功率因数校正电路的交流电压来提供充电。

本发明还涉及一种用于使用尤其用于机动车辆的电池来提供充电的方法，所述方法通过包括如上文简要描述的电气充电器的电气系统实施。所述方法的显著之处在于其包括检测充电的接口处的电压和电池的接口处的电压，且当充电的接口处的电压小于电池的接口处的电压时，进行以下步骤：

-闭合连接dc-dc转换器的第二连接接口与功率因数校正电路的第二连接接口的至少一个开关，

-经由功率因数校正电路通过dc-dc转换器的第二接口的中介、至少一个开关的中介、第二连接接口的中介将来自电池的直流电压转换为交流电压，所述交流电压调适成提供连接到功率因数校正电路的第一连接接口的充电，

-通过来自功率因数校正电路的交流电压来提供充电。

本发明还涉及一种用于使用尤其用于机动车辆的电池来提供充电的方法，所述方法通过包括如上文简要描述的电气充电器和第二升压dc-dc转换器的电气系统实施。所述方法的显著之处在于其包括检测充电的接口处的电压和电池的接口处的电压，且当充电的接口处的电压大于电池的接口处的电压时，进行以下步骤：

-经由第二dc-dc转换器通过dc-dc转换器的第二接口的中介将来自电池的直流电压转换为更高电压，所述更高电压输送到功率因数校正电路的第二接口，

-经由功率因数校正电路通过dc-dc转换器的第二接口的中介、至少一个开关的中介、第二连接接口的中介将来自电池的直流电压转换为交流电压，所述交流电压调适成提供连接到功率因数校正电路的第一连接接口的充电，

-通过来自功率因数校正电路的交流电压来提供充电。

本发明还涉及一种电动或混合机动车辆，包括如上文简要描述的电气系统。

附图说明

通过阅读仅作为实例给出的以下描述且通过参考作为非限制性实例给出的附图，将更好地理解本发明，其中相同的参考给予类似的对象，且其中：

-图1(上文已论述)是根据现有技术水平的电气系统的功能框图。

-图2示出根据本发明的电气系统的实施例的功能框图。

-图3是图2的实施例的电子图。

-图4是根据本发明的另一实施例的电子图。

应注意，附图以用于实施本发明的具休方式来公开本发明，所述附图当然能够在适用时用以更好地定义本发明。

具体实施方式

应注意，下文中使用各种非限制性实施例来描述本发明，且在本发明还涉及的领域的技术人员的范围内能够在替代例中实施本发明。

图2示出根据本发明的电气系统的电气充电器obc-1的第一实施例的功能框图。这一电气充电器obc-1尤其配置成在电动或混合机动车辆上。电气充电器obc-1使得可在所谓的“直接”模式中使用例如家用网络的外部电气供电网络g1为高电压供电电池hv充电，或在所谓的“反向”模式中使用所述高电压供电电池hv来供应充电。

参考图2，根据所示出实施例，电气充电器obc-1包括：

-双向功率因数校正电路pfc，包括第一连接接口b1和第二连接接口b2，

-dc-dc转换器dc/dc，包括第一连接接口b3和第二连接接口b4，

-预充电模块pc2和第二预充电模块pc1，分别包括第一连接接口b7和第一连接接口b5以及第二连接接口b8和第二连接接口b6，

-高电压供电电池hv，包括连接接口b9，

-链路电容器clink，位于功率因数校正电路pfc与dc-dc转换器dc/dc之间，可抑止直流组件同时仍允许交流信号自一个直流组件传递到另一直流组件，

-三个开关a、b及c，

-保险丝f，换句话说，保护电气充电器obc-1的断路器。

电气充电器obc-1的各种元件连接的方式取决于所使用的操作模式。

在直接模式中，开关a和开关b开启。电气充电器obc-1的组件之间的所有链路用导电线制作。因此，外部电气供电网络g1连接到功率因数校正电路pfc的第一连接接口b1。第二预充电模块pc1的第一连接接口b5和第二连接接口b6分别通过开关c连接到功率因数校正电路pfc的第一连接接口b1和连接到第二连接接口b2。随后，功率因数校正电路pfc通过其第二连接接口b2连接到dc-dc转换器dc/dc的第一连接接口b3。此外，链路电容器clink连接在第二连接接口b2与第一连接接口b3之间。最后，dc-dc转换器dc/dc的第二连接接口b4连接到高电压供电电池hv的连接接口b9。

仍参考图2，大部分(mass)的功率因数校正电路pfc和dc-dc转换器dc/dc经连接且可具有对于整个电气充电器obc-1为共同的电气参考。电气充电器obc-1较佳地还包括保险丝(换句话说，断路器(breaker))，其连接在高电压供电电池hv的连接接口b9与预充电模块pc2的第二输出接口b8之间，所述保险丝f可在电路的支路中开启电气电路并避免电气充电器obc-1的任何劣化。在直接模式中，第一连接接口b1和第一连接接口b3对应于输入接口且第二连接接口b2和第二连接接口b4对应于功率因数校正电路pfc的输出接口。

因此，在电气系统的直接操作模式和电气充电器obc-1的直接操作模式中，在预充电步骤中，开关c闭合且因此功率因数校正电路pfc短路，第二预充电模块pc1允许电压逐渐增大以便防止链路电容器clink的接口处的电压过量增大。在预充电完成时，开关c开启，允许双向功率因数校正电路pfc使用由外部电气供电网络g1供应的交流电压在其输出处输送正直流电压或负直流电压。随后，dc-dc转换器dc/dc可修改在功率因数校正电路pfc的输出处获得的直流电压，以便将所述直流电压调适为用于为高电压供电电池hv充电所需的直流电压。因此，高电压供电电池hv可被充电。

仍参考图2，在电气充电器obc-1的反向操作模式中，高电压供电电池hv提供作为车辆外部的充电的供应源的功能。举例而言，这类充电器由任何一件电气设备组成(尤其为可再充电的)，能够由供电电池hv供电。在本发明的情况下所述充电的电源电压小于高电压供电电池hv的电压。

首先，在反向操作模式中，可提供预充电步骤。此外，为了在其之间连接电气充电器obc-1的接地，提供开关d。因此，在预充电步骤期间，开关a和开关d闭合，因此dc-dc转换器dc/dc短路。换句话说，这一预充电步骤可使高电压供电电池hv的连接接口b9连接到预充电模块pc2的第二连接接口b8，且使预充电模块pc2的第一连接接口b7与功率因数校正电路pfc的第二连接接口b2连接。

因此，预充电模块pc2连接在高电压供电电池hv与功率因数校正电路pfc之间，避免链路电容器clink中的任何涌入电流且因此避免链路电容器clink的任何劣化。

在预充电步骤完成(如果可应用)时，开关a开启且开关b闭合，开关d在反向操作模式中保持持续闭合。因此，dc-dc转换器dc/dc和预充电模块pc2短路，且高电压供电电池hv的连接接口b9直接连接到功率因数校正电路pfc的第二连接接口b2。此外，充电(charge)连接到功率因数校正电路pfc的第一连接接口b1。

因此，为提供所述充电，由高电压供电电池hv供电的直流电通过功率因数校正电路pfc转换为替代电压。

图3详细地示出电气充电器obc-1的实施例。在这一实例中，功率因数校正电路pfc的交流-直流转换器ac/dc包括h桥(hbridge)，其包括充当开关的四个双极晶体管(bipolartransistor)以及四个二极管。另一方面，dc-dc转换器dc/dc包括电路llc，其对于本领域的技术人员为已知的且因此本文中不描述。最后，开关a、开关b、开关c以及开关d可为继电器(relay)、gto晶闸管(gtothyristor)(即门极关断晶闸管(gateturnoffthyristor，gto))、可控硅整流晶闸管或scr晶闸管、mosfe、称作igbt晶体管的绝缘栅极双极晶体管等。

根据一实施例，在电气充电器obc-1处于反向模式中的情况下，如果高电压供电电池hv的电压小于充电的电源电压的最大幅值，那么电气充电器obc-1包括第二所谓的“升压”dc-dc转换器ce，其添加到电气充电器obc-1以便确保电气充电器obc-1的正确操作并符合要求地提供充电。换句话说，第一实施例的电气充电器obc-1在高电压供电电池hv的电压较低(即小于340伏)时并不在反向操作模式中运行。为了增大高电压供电电池hv的末端处的电压，将第二dc-dc转换器ce添加到电气充电器obc-1。

因此，在第二实施例中，参考图4，电气充电器obc-2与电气充电器obc-1类似，不同之处在于转换器dc/dc另外包括第二dc-dc转换器ce。所述第二dc-dc转换器ce使得增大输送到充电器的电压为可能的。

因此，参考图4，示出本发明的另一实施例。第二dc-dc转换器ce与dc-dc转换器电路分离且与图2中示出的电气充电器obc-1的其它组件分离。在这一实施例中，所述升压电路ce一方面连接到高电压供电电池hv的连接接口b9，且另一方面连接到功率因数校正电路pfc的第二连接接口b2。

已声明本发明不限于所描述的实例且能够在本领域的技术人员的范围内进行修改。