直流牵引用电池充电的高压充电升压器和方法及电动车辆的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种高压充电升压器，该高压充电升压器用于在直流充电桩处对直流牵引用电池进行充电，该高压充电升压器具有以下特征：变换器(14)，该变换器用于在第一电压水平与第二电压水平不同时将该第一电压水平转变为该第二电压水平；以及旁路(16)，该旁路用于在该第一电压水平对应于该第二电压水平时对该变换器(14)进行旁路或连接穿过一个功率级。本发明还提供了相应的电动车辆、方法、计算机程序和存储介质。
【专利说明】
直流牵引用电池充电的高压充电升压器和方法及电动车辆
技术领域
[0001]本发明涉及一种高压充电升压器，该高压充电升压器用于在一个直流充电粧处对一个直流牵引用电池进行充电。本发明还涉及相应的电动车辆、方法、计算机程序和存储介质。
【背景技术】
[0002]现有技术包括具有直流牵引用电池的电动车辆，该直流牵引用电池具有例如800V的直流电压水平。为了对该牵引用电池进行充电，该电动车辆通过一个充电粧感应式地或以缆线约束的方式连接至固定的交流电源系统。然后可以直接用直流电进行充电，其中使用了被整合到该充电粧中的AC/DC转换器。可替代地使用交流电来充电，这需要将AC/DC转换器整合到该机动车辆中。
[0003]US 2008/0215200A1披露了一种具有可再配置的多功能电力逆变器的混合动力车辆和控制系统。这个具体文件在此背景下具体地描述了一种用于以交流电进行充电的致动方法。
[0004]US 2010/0231169A1解释了基于例如450V的充电电压与电动车辆中的不同高压的常规能量转换。
[0005]US 2011/0148353A1涉及用于借助分开的功率电子装置进行快速充电的一种装置以及一种方法并且主要描述了直流充电粧的、其直流母线是借助于交流电的能量转换来馈电的设计。
[0006]US 2012/0049794A1披露了一种对两个高压电池供电的AC充电装置。
【发明内容】
[0007]本发明提供了根据下述1、4、6和9-10的一种用于在直流充电粧处对直流牵引用电池进行充电的高压充电升压器、一种相应的电动车辆、方法、计算机程序和存储介质。
[0008]1.—种高压充电升压器(10)，该高压充电升压器用于在直流充电粧处对牵引用电池(12)进行充电，
[0009]其中，该充电粧具有第一电压水平(Vin)并且该牵引用电池(12)具有第二电压水平(V0Ut)，
[0010]其特征为以下特征:
[0011]-变换器(14)，该变换器用于在该第一电压水平(Vin)与该第二电压水平(Vciut)不同时将该第一电压水平(Vin)转变为该第二电压水平(Vciut),以及
[0012]-旁路(16)，该旁路用于在该第一电压水平(Vin)对应于该第二电压水平(Vciut)时对该变换器(14)进行旁路或连接穿过一个功率级。
[0013]2.如上述I所述的高压充电升压器(10)，
[0014]其特征在于
[0015]该变换器(14)优选地是双向配置的并且其以如下方式配置:给定最高为150kW的功率，如果该充电粧将330A与350A之间的输入电流馈送给该升压器(10)、该第一电压水平(Vin)在200V与450V之间并且该第二电压水平(Vciut)为800V的话，则该升压器(10)以最高为大于200A的输出电流来对该牵引用电池(12)进行充电。
[0016]3.如上述I或2所述的高压充电升压器(10)，
[0017]其特征在于
[0018]该升压器(10)具有约61的体积。
[0019]4.—种电动车辆(10，12，18，19，20，22，24)，
[0020]其特征为以下特征:
[0021]-电动机(18)，该电动机用于驱动该电动车辆(10，12，18，19，20，22，24)，
[0022]-牵引用电池(12)，该牵引用电池用于给该电动车辆(18)馈电，
[0023]-至少一个车载充电装置(20，22)，该至少一个车载充电装置用于在交流充电插座处对该牵引用电池(12)进行充电，
[0024]-如上述I至3之一所述的高压充电升压器(10)，该高压充电升压器用于在直流充电粧处对牵引用电池(12)进行充电，
[0025]-旁路(16)的布线，以及
[0026]-车载计算机，该车载计算机通过电缆连接至该高压充电升压器(10)。
[0027]5.如上述 4所述的电动车辆(10，12，18，19，20，22，24)，
[0028]其特征为以下特征:
[0029]-该电动车辆(10，12，18，19，20，22，24)包括两个车载充电装置(20，22)并且
[0030]-这些车载充电装置(20，22)被配置的方式为使得:给定相应IlkW的功率，如果该充电插座将最高为32A的三相输入电流馈送给该车载充电装置(20，22)、并且该第二电压水平(Vcmt)是700V至900V或更高，则这些车载充电装置(20，22)以28A的输出电流来对该牵引用电池(12)进行充电。
[0031]6.—种方法，该方法用于在直流充电粧处以400V的第一电压水平(Vin)对如上述4或5之一所述的电动车辆(10，12，18，19，20，22，24)进行充电，
[0032]其特征为以下特征:
[0033]-将该电动车辆(10，12，18，19，20，22，24)连接(31)至该充电粧，
[0034]-对该升压器(10)的运行能力进行评估(32)，
[0035]-针对给定的运行能力(43)，对该第一电压水平(Vin)进行检测(33)，
[0036]-针对所检测到的第一电压水平(Vin)，启动(34)与该充电粧的信息交换，
[0037]-将充电相关信息传输(35)至该充电粧，
[0038]-对升压器(10)的需用功率进行可用性测试(36)，
[0039]-记录(37)充电过程，
[0040]-将功率连接(38)至该升压器(10)，
[0041]-对从该充电粧流出的充电电流进行合理性检查(39)，
[0042]-存储(40)环境数据，
[0043]-监测(41)该充电过程，并且
[0044]-结束(42)该充电过程。
[0045]7.如上述6所述的方法，
[0046]其特征为以下特征:
[0047]-借助于用于控制该充电过程的第一软件模块来执行对该充电相关信息的传输
(35)，
[0048]-借助于用于检测和检查该充电过程的合理性的第二软件模块来执行对该充电过程的监测(41)，
[0049]-借助于用于评估实际状态的第三软件模块来执行对该运行能力的评估(32)，
[0050]-借助于用于对该充电过程进行节流的第四软件模块来执行对功率的可用性检查
(36)和对充电过程的记录，
[0051 ]-借助于用于切换接触器的第五软件模块来进行对功率的连接(38)，
[0052]-借助于用于与该充电粧通信的第六软件模块来执行对该第一电压水平(Vin)的检测(33)，
[0053]-借助于用于检查该充电电流的合理性的第七软件模块来执行对该充电电流的合理性检查(39)，
[0054]-借助于用于存储历史数据的第八软件模块来执行对环境数据的存储(40)，并且
[0055]-借助于用于结束该充电过程的第九软件模块来执行该充电过程的结束(42)。
[0056]8.如上述7所述的方法，
[0057]其特征在于
[0058]位于该车载充电装置(20，22)或该升压器(10)中的软件功能包括这些软件模块。
[0059]9.—种计算机程序，该计算机程序被配置成用于执行如上述6至8之一所述的方法的所有步骤。
[0060]10.—种机器可读存储介质，该机器可读存储介质具有被存储在其上的如上述9所述的计算机程序。
[0061 ]这种技术方案的优点是，其并不依赖于800V的构架设计和相关的国家标准和政策决定，这种非依赖性是通过使用现有的400V的构架来实现的。以此方式，所提出的方法能够以一种通用的智能方式判定将在未来数年内基于世界范围来确保充电兼容性。
[0062]本发明在此所基于的事实是，能够自动地确定在400V和800V之间的直流电压，且如果存在400V电压的话，能够借助于开关矩阵来自动切换并且激活变换器。可替代地，有可能甚至更快地在新的800V构架上并行充电。
[0063]具体地，在此考虑了具有可选择的功率流动的方向以及馈电直流构架的电压范围在200V与700V之间的一种非电绝缘的、所谓的双向变换器，当存在800V构架时该电压范围可以被旁路、或者可以通过连接穿过有利于直流充电过程的功率级而切换至被动状态。在此给出小于1%的波动，存在于高压电池处的输出电压高于450V与950V之间的输入电压，并且借由来自软件的电流调整和内部电压调整来控制。
[0064]上述2-3、5和7-8中指定了本发明的进一步有利的实施例。例如，该变换器可以以这样的方式被配置:给定最高为200kW及以上的功率，如果该充电粧将330A与350A之间的输入电流馈送给该升压器、该第一电压水平在200V与600V之间并且该第二电压水平为700V至900V，则该升压器以175A与200A之间的输出电流对该牵引用电池进行充电，其中未来的实施例可以支持显著更高的电压水平。以此方式，通过最高为450V的恒压充电实现了对400V的充电构架的最大利用率，并且相对于常规的AC充电对应地减少了充电时间。在此背景下，这种升高电压的非依赖性借助于这种高压电池通过其与给定350A充电电流下的25kW的功率优点相对应的充电状态而得以维持。
[0065]在一个优选实施例中，该升压器具有小于61的体积。因此，所需要的安装空间与IlkW的车载充电装置的安装空间相对应，这对于被相应地装备的车辆开启了多种可能的供电选择。这类车辆可以就安装空间而言以中性的方式被改装成22kW交流电流充电，尤其是在给出广泛提供的800V构架的情况下。
【附图说明】
[0066]在附图中表示了本发明的一个示例性实施例并且以下将对其进行更为详细的说明。
[0067]图1示出了用于在给出400V的电压水平的直流充电粧处对牵引用电池进行充电的装置的电路图。
[0068]图2示出了根据本发明的一个实施例的400V升压器的系统综述。
[0069]图3示出了根据本发明的另一个实施例的计算机程序的程序流程图。
【具体实施方式】
[0070]图1展示了电动车辆在给定400V的电压水平的直流充电粧处对牵引用电池12进行充电所构成的要求。相关的配置标准在此包括一个150kW的电源，该电源用于将直流充电粧的450V的第一电压水平Vin转变为600V与900V之间(尤其是800V)的第二电压水平Vcmt。在此情况下，在450V侧上存在所导致的333A的输入电流，其建议配置为350A，而在800V侧上出现了 175A的输出电流。
[0071]在图1中所示的变换器14基本上满足了指定的需求。关于实现800V的旁路的问题依然未确定。
[0072]根据图2的本发明的高压充电升压器10包括这样一个旁路16:如果该充电粧的第一电压水平Vin对应于牵引用电池12的第二电压水平Vciut，则电旁路绕过变换器14;另一方面，如果第一电压水平Vin与第二电压水平Vciut不同，则该变换器14不通过旁路16被旁路绕过，而是将第一电压水平Vin转变为第二电压水平Vciut。这就必须例如在根据附图的旁路16的开关位置中做出假定，在该开关位置中，该充电粧将330A与350A之间的输入电流馈送给升压器10，并且第一电压水平￥^在400￥与450V之间，并且第二电压水平Vciut为800V。在此情形下，给定150kW的功率，升压器10以最高为200A的输出电流来对牵引用电池12进行充电，其结果是，牵引用电池12经由其后部的功率电子装置19给电动车辆10、12、18、19、20、22、24(未以其整体展示)的电动机18馈电。
[0073]在已经提及的部件之外，电动车辆10、12、18、19、20、22、24包括两个车载充电装置20、22，给定相应IlkW的功率，如果相应配置的交流充电插座对车载充电装置20、22通过其充电插座24以最高为32A的三相输入电流来供电，则这些车载充电装置以28A的输出电流对牵引用电池12进行充电。
[0074]现在将参照序列控制来解释用于在直流充电粧处以400V的第一直流电压水平对所解释的电动车辆10、12、18、19、20、22、24进行充电的方法，该序列控制由图3概括并且可以定位在车载充电装置20、22中或定位在升压器10中。为此目的，对应的软件功能包括:用于升压控制的第一软件模块；用于对升压运行进行检测和合理性检查的第二软件模块；用于对相关部件的实际状态进行评估的第三软件模块；用于升压降低额定值的第四软件模块;用于激活升压接触器的第五软件模块;用于通过充电构架进行PLC升压控制的第六软件模块;用于对充电电流进行合理性检查的第七软件模块;用于历史值的第八软件模块；以及用于结束升压的第九软件模块。
[0075]在第一方法步骤31中，电动车辆10、12、18、19、20、22、24在此被连接至一个400V的直流构架。在第二方法步骤32中，该第三软件模块评估800V升压器10是否能够运行。在证实了运行能力43的情况下，该第六软件模块然后在第三方法步骤33中评估电动车辆10、12、18、19、20、22、24连接的是400V还是800V的充电粧。
[0076]如果此评估检测到400V的第一电压水平Vin，则PLC在第四方法步骤34中开始交换所有的充电相关信息。在第五方法步骤35中，该第一软件模块计算所有的直流充电相关信息并且将其传输给该构架。例如会考虑到设定点电流或设定点电压。然后该第四软件模块在第六方法步骤36中检查这种经计算的功率是否能够由800V升压器10来传输。如果令人满意的检查展现出可以无限制地传输此功率44，则该第四软件模块在第七方法步骤37中开始充电过程。
[0077]在第八方法步骤38中，该第五软件模块控制用于将接触器加以切换以将电源连接至800V升压器10并且在该过程中受到该第四软件模块的监测45。在由800V升压器10执行的、到800V的第二电压水平Vciut的能量转变46过程中，该第七软件模块在第九方法步骤39中检查充电电流的合理性，该充电电流的合理性是由构架的第六软件模块相对于800V升压器10的实际值来标志的。在第十方法步骤40中，该第八软件模块启动并且存储所有的环境数据。
[0078]好像被赋予“看门狗功能”的该第二软件模块就其本身而言在第十一方法步骤41中并行监测整个充电操作并且管理该第一软件模块、该第三软件模块、该第四软件模块、该第五软件模块、该第六软件模块、该第七软件模块和该第八软件模块，直到最后在第十二方法步骤42中，该第九软件模块借助于无线电遥控、键板或触摸板或该充电构架自身来结束充电过程D
【主权项】
1.一种高压充电升压器(10)，该高压充电升压器用于在直流充电粧处对牵引用电池(12)进行充电， 其中，该充电粧具有第一电压水平(Vin)并且该牵引用电池(12)具有第二电压水平(Vout)， 其特征为以下特征: -变换器(14)，该变换器用于在该第一电压水平(Vin)与该第二电压水平(V-)不同时将该第一电压水平(Vin)转变为该第二电压水平(V-)，以及 -旁路(16)，该旁路用于在该第一电压水平(Vin)对应于该第二电压水平(V-)时对该变换器(14)进行旁路或连接穿过一个功率级。2.如权利要求1所述的高压充电升压器(10)， 其特征在于 该变换器(14)优选地是双向配置的并且其以如下方式配置:给定最高为150kW的功率，如果该充电粧将330A与350A之间的输入电流馈送给该升压器(10)、该第一电压水平(￥^)在200V与450V之间并且该第二电压水平(Vciut)为800V的话，则该升压器(10)以最高为大于200A的输出电流来对该牵引用电池(12)进行充电。3.如权利要求1或2所述的高压充电升压器(10)， 其特征在于 该升压器(10)具有约61的体积。4.一种电动车辆(10，12，18，19，20，22，24)， 其特征为以下特征: -电动机(18)，该电动机用于驱动该电动车辆(10，12，18，19，20，22，24)， -牵引用电池(12)，该牵引用电池用于给该电动车辆(18)馈电， -至少一个车载充电装置(20，22)，该至少一个车载充电装置用于在交流充电插座处对该牵引用电池(12)进行充电， -如权利要求1至3之一所述的高压充电升压器(10)，该高压充电升压器用于在直流充电粧处对牵引用电池(12)进行充电， -旁路(16)的布线，以及 -车载计算机，该车载计算机通过电缆连接至该高压充电升压器(10)。5.如权利要求4所述的电动车辆(10，12，18，19，20，22，24)， 其特征为以下特征: -该电动车辆(10，12，18，19，20，22，24)包括两个车载充电装置(20，22)并且-这些车载充电装置(20，22)被配置的方式为使得:给定相应IlkW的功率，如果该充电插座将最高为32A的三相输入电流馈送给该车载充电装置(20，22)、并且该第二电压水平(Vcmt)是700V至900V或更高，则这些车载充电装置(20，22)以28A的输出电流来对该牵引用电池(12)进行充电。6.—种方法，该方法用于在直流充电粧处以400V的第一电压水平(Vin)对如权利要求4或5之一所述的电动车辆(10，12，18，19，20，22，24)进行充电， 其特征为以下特征: -将该电动车辆(10，12，18，19，20，22，24)连接(31)至该充电粧， -对该升压器(10)的运行能力进行评估(32)， -针对给定的运行能力(43)，对该第一电压水平(Vin)进行检测(33)， -针对所检测到的第一电压水平(Vin)，启动(34)与该充电粧的信息交换， -将充电相关信息传输(35)至该充电粧， -对升压器(10)的需用功率进行可用性测试(36)， -记录(37)充电过程， -将功率连接(38)至该升压器(10)， -对从该充电粧流出的充电电流进行合理性检查(39)， -存储(40)环境数据， -监测(41)该充电过程，并且 -结束(42)该充电过程。7.如权利要求6所述的方法， 其特征为以下特征: -借助于用于控制该充电过程的第一软件模块来执行对该充电相关信息的传输(35)， -借助于用于检测和检查该充电过程的合理性的第二软件模块来执行对该充电过程的监测(41)， -借助于用于评估实际状态的第三软件模块来执行对该运行能力的评估(32)， -借助于用于对该充电过程进行节流的第四软件模块来执行对功率的可用性检查(36)和对充电过程的记录， -借助于用于切换接触器的第五软件模块来进行对功率的连接(38)， -借助于用于与该充电粧通信的第六软件模块来执行对该第一电压水平(Vin)的检测(33)， -借助于用于检查该充电电流的合理性的第七软件模块来执行对该充电电流的合理性检查(39)， -借助于用于存储历史数据的第八软件模块来执行对环境数据的存储(40)，并且 -借助于用于结束该充电过程的第九软件模块来执行该充电过程的结束(42)。8.如权利要求7所述的方法， 其特征在于 位于该车载充电装置(20，22)或该升压器(10)中的软件功能包括这些软件模块。9.一种计算机程序，该计算机程序被配置成用于执行如权利要求6至8之一所述的方法的所有步骤。10.—种机器可读存储介质，该机器可读存储介质具有被存储在其上的如权利要求9所述的计算机程序。
【文档编号】H02J7/00GK105826968SQ201610051810
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】D·赫尔克, D·斯潘塞
【申请人】保时捷股份公司