用于在使用電驅(qū)動(dòng)裝置的組件的情況下對(duì)電驅(qū)動(dòng)裝置的電池充電的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明描述用于用電池運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)的電池的多級(jí)充電裝置。所述多級(jí)充電裝置包括降壓變換器、中間電路和升壓變換器，以便從由電流端子所提供的（單相或三相）交流電產(chǎn)生合適的充電直流電。對(duì)于升壓變換器和中間電路，在此使用電氣驅(qū)動(dòng)裝置的組件：電動(dòng)機(jī)作為中間電路起作用并且驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器作為升壓變換器起作用。在此實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)到網(wǎng)絡(luò)側(cè)的降壓變換器上的耦合，使得至少一半的充電電流流經(jīng)電氣驅(qū)動(dòng)裝置的至少三個(gè)線圈中的至少一個(gè)。本發(fā)明此外描述相應(yīng)的方法以及驅(qū)動(dòng)組件的相應(yīng)的使用。
【專利說(shuō)明】用于在使用電驅(qū)動(dòng)裝置的組件的情況下對(duì)電驅(qū)動(dòng)裝置的電池充電的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在使用電驅(qū)動(dòng)裝置的組件的情況下對(duì)電驅(qū)動(dòng)裝置的電池充電的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電驅(qū)動(dòng)裝置經(jīng)常由電池或蓄電池供應(yīng)能量。這樣的電池典型地提供直流電壓，該直流電壓為了運(yùn)行電驅(qū)動(dòng)裝置經(jīng)常借助驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器或DC/AC轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換為交流電壓。于是該電驅(qū)動(dòng)裝置將電能例如轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或諸如此類的。
[0003]對(duì)于這些電池的充電經(jīng)常使用充電裝置，這些充電裝置不依賴于驅(qū)動(dòng)裝置并且借助自身的電氣組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在電驅(qū)動(dòng)的車輛中，充電裝置常常被集成到車輛中，使得車輛僅還必須借助電插塞連接或類似的連接來(lái)連接到供電網(wǎng)上。于是充電電子設(shè)備的大部分例如被集成到車輛中。
[0004]如果由供電網(wǎng)提供交流電壓，那么該交流電壓必須由充電裝置轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合于電池的充電的直流電壓。因此，為了實(shí)現(xiàn)這樣的充電裝置經(jīng)常使用多級(jí)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，這些開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)例如可以包括電源濾波器、降壓變換器、中間電路和升壓變換器。
[0005]根據(jù)出版物WO 2010/103063 Al，在該上下文中已知的是，在電池充電設(shè)備的實(shí)現(xiàn)中，代替特地為充電裝置所提供的升壓變換器而使用電氣驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器并且代替特地為充電裝置所提供的中間存儲(chǔ)器而使用電動(dòng)機(jī)的電感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明根據(jù)一種實(shí)施方式創(chuàng)建用于對(duì)用電池運(yùn)行的電氣驅(qū)動(dòng)裝置(Elektroantriebe)的電池充電的充電裝置，其中該充電裝置包括降壓變換器，該降壓變換器能與單相或三相交流電網(wǎng)連接并且被設(shè)計(jì)用于在該降壓變換器的輸出端處提供被整流的電流；(電流)中間電路，該中間電路能與降壓變換器的至少一個(gè)輸出端電連接并且具有至少一個(gè)用于平滑電流的電感；升壓變換器，該升壓變換器被設(shè)計(jì)用于在至少一個(gè)輸入端處通過(guò)中間電路與降壓變換器電連接并且該升壓變換器在其輸出端處與電池電連接并且該升壓變換器適合于將降壓變換器和/或中間電路所提供的電壓轉(zhuǎn)換為用于對(duì)電池充電的同樣大或更高的電壓，其中該升壓變換器由電氣驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成并且該中間電路由電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。該裝置的特征在于，在對(duì)電池充電時(shí)，電動(dòng)機(jī)的線圈的第一端子與降壓變換器電連接，并且在電動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行(發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行)時(shí)，開(kāi)關(guān)將線圈的相同的端子與升壓變換器電連接。
[0007]根據(jù)另一種實(shí)施方式，本發(fā)明創(chuàng)建用于為用電池運(yùn)行的電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電池提供充電裝置的方法，具有如下步驟:提供降壓變換器，該降壓變換器能與交流電網(wǎng)連接并且能夠在該降壓變換器的輸出端處提供相同或更小電壓的被整流的電流；提供中間電路，該中間電路能與降壓變換器的輸出端連接并且具有用于平滑被整流的電流的線圈；提供升壓變換器，該升壓變換器能夠?qū)⒅虚g存儲(chǔ)器的被平滑的電流轉(zhuǎn)換為具有相同或更大電壓的電流并且與電池連接，其中為了提供中間電路使用電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)并且其中為了提供升壓變換器使用電氣驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器；并且其中在對(duì)電池充電時(shí)，電動(dòng)機(jī)的線圈的第一端子與降壓變換器電連接，并且其中在電動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行(發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行或驅(qū)動(dòng)模式)時(shí)，開(kāi)關(guān)將線圈的相同的端子與升壓變換器電連接。
[0008]本發(fā)明此外涉及電氣驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器和電動(dòng)機(jī)在用于對(duì)電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電池充電的充電裝置中的使用，其中該驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器用作升壓變換器并且該電動(dòng)機(jī)用作中間電路；其中在對(duì)電池充電時(shí)，電動(dòng)機(jī)的線圈的第一端子與降壓變換器電連接；并且其中開(kāi)關(guān)適合于將線圈的相同的端子與升壓變換器電連接。
[0009]在此可以分別規(guī)定，充電裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器或升壓變換器在充電運(yùn)行中作為升壓變換器工作，然而在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中作為降壓變換器起作用。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，利用本發(fā)明可以在使用電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電氣部件的情況下提供相較于現(xiàn)有技術(shù)成本更低的充電設(shè)備以及相應(yīng)的充電方法。
[0011]在一種有利的擴(kuò)展方案中，要充電電池是用電池運(yùn)行的電氣驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)電池。
[0012]其它有利的擴(kuò)展方案是各個(gè)從屬權(quán)利要求的主題。
[0013]本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)是為了實(shí)現(xiàn)具有升壓變換器、降壓變換器和中間電路的多級(jí)充電裝置而使用用電池運(yùn)行的電氣驅(qū)動(dòng)裝置的組件、特別是使用電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器。然而，與在現(xiàn)有技術(shù)中已知的實(shí)施方式相反，本發(fā)明建議網(wǎng)絡(luò)側(cè)的降壓變換器到電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器上的特別的耦合。尤其是建議，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)側(cè)的降壓變換器到電動(dòng)機(jī)的電連接，使得整個(gè)充電電流或至少一半的充電電流分別流經(jīng)電動(dòng)機(jī)的至少三個(gè)線圈中的至少一個(gè)。該通電(BestiOmung)至少對(duì)于短暫的時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)于在電氣驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)模式下施加在電動(dòng)機(jī)上的通電。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造相較于現(xiàn)有技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)一般的電動(dòng)機(jī)的使用，在這些電動(dòng)機(jī)中星形結(jié)點(diǎn)不必可向外接觸并且此外能夠?qū)崿F(xiàn)更大的電感和因此更平滑的充電電流。所述更平滑的充電電流允許電池的更節(jié)省的充電并且保證充電裝置的好的可調(diào)節(jié)性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]本發(fā)明的實(shí)施方式的其它的特征和優(yōu)點(diǎn)由以下參考附圖的描述得出。
[0016]其中:
圖1示出多級(jí)充電設(shè)備的示意圖；
圖2a示出具有星形地布置的線圈的用電池運(yùn)行的電氣驅(qū)動(dòng)裝置的示意圖；
圖2b示出在星形地布置的線圈中的電流走向的示意圖；
圖2c示出具有三角形地布置的線圈的用電池運(yùn)行的電氣驅(qū)動(dòng)裝置的示意圖；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的充電裝置的第一實(shí)施方式的示意圖；
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的充電裝置的第二實(shí)施方式的示意圖；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的充電裝置的第三實(shí)施方式的示意圖；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的充電裝置的第四實(shí)施方式的示意圖；
圖7示出用于提供充電裝置的方法的示意圖。[0017]在附圖的各圖中，只要沒(méi)有其它的被解釋，相同的和功能相同的元件、特征和組件就分別配備相同的附圖標(biāo)記。易于理解的是，在附圖中的組件和元件由于清楚性和可理解性的原因不是必然地相互按正確比例被再現(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1示出用于電池或蓄電池I的充電的多級(jí)充電裝置100的示意圖。為此該電池I與電網(wǎng)、例如公共供電網(wǎng)電連接。在此可以通過(guò)該電網(wǎng)提供例如三相交流電。圖1示出充電裝置100的一種實(shí)施方式，在該實(shí)施方式中端子2被構(gòu)造為三相交流端子，在該三相交流端子中在三條線路上分別提供近似正弦的、相互分別相移120°的交流電。然而，也可以連接到單相交流電網(wǎng)上。
[0019]為了連接到該電網(wǎng)上，該充電裝置此外可以包括(在圖1中未被示出的)電源濾波器。這樣的電源濾波器的使用是可選的并且對(duì)于運(yùn)行充電裝置不是強(qiáng)制必需的。然而，電源濾波器的使用可能是有利的，以便在時(shí)間上可變的耗用電流的情況下避免到電網(wǎng)中的不期望的反饋(電壓峰值等等)。這樣可變的耗用電流例如可以在使用下面進(jìn)一步描述的脈沖整流器的情況下出現(xiàn)，因?yàn)樵撜髌髦粫簳r(shí)地從網(wǎng)絡(luò)中提取功率。電源濾波器在這種情況下可以特別是用于遵循網(wǎng)絡(luò)干擾的由供電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)商設(shè)定的極限值?？梢允褂萌我獾脑诂F(xiàn)有技術(shù)中已知的電源濾波器，例如可以借助電容將網(wǎng)絡(luò)端子的三條線路相互耦合。
[0020]在圖1中被示出的充電裝置100此外包括降壓變換器3、中間電路4和升壓變換器5，以便將電網(wǎng)所提供的(三相)交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合于電池I的充電的、近似恒定的充電電壓。該充電電壓在此可以根據(jù)電池位于范圍100V - 1000V內(nèi)、特別是范圍250V — 450V內(nèi)。圖1中被示出的充電裝置的多級(jí)構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn)，利用該充電裝置覆蓋這樣的電壓范圍。自然地，該充電裝置也可以被補(bǔ)充其它級(jí)。
[0021]該降壓變換器3也常常被稱為降壓轉(zhuǎn)換器(engl:buck converter或step downconverter)并且是單相或多相整流器，該整流器將在輸入側(cè)經(jīng)由電網(wǎng)施加的交流電交替地與充電裝置連接并且因此從交流電中切掉區(qū)段，使得可以在輸出側(cè)提供被整流的電流，該被整流的電流根據(jù)整流器的構(gòu)型和品質(zhì)或多或少像平滑的直流電。降壓變換器3例如可以是任意的基于電流中間電路的整流器。該降壓變換器可以有利地適合于提供具有時(shí)間平均上小于或等于輸入電壓的電壓的輸出電流。
[0022]該中間電路4用于降壓變換器3和升壓變換器5的耦合。該中間電路用于進(jìn)一步平滑由降壓變換器輸出的近似的直流電(所謂的直流中間電路)并且包括例如一個(gè)或多個(gè)線圈或電感或一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)扼流圈。在理想情況下，在中間電路的輸出端提供理想的直流電。在實(shí)際應(yīng)用中得出被平滑的電流，其中較大的電感值導(dǎo)致較強(qiáng)的平滑。圖1中的該中間電路4只被連接在降壓變換器3的輸出端和升壓變換器5的輸入端之間。替代地，該中間電路但是也可以被耦合到降壓變換器3的兩個(gè)輸出端上和升壓變換器的兩個(gè)輸入端上。該中間電路有利地是電流中間電路或直流中間電路。
[0023]在圖1中被示出的升壓變換器5被耦合在降壓變換器3或中間電路4和電池I之間并且給該電池供應(yīng)所期望的充電直流電壓。該升壓變換器5用于從在輸入側(cè)所提供的被平滑的并且被整流的電流出發(fā)向該電池提供同樣大的或更大的直流電壓。升壓變換器常常也被稱為升壓轉(zhuǎn)換器(engl:boost converter 或 step up converter)。[0024]具有降壓變換器3和升壓變換器5的充電裝置100的在圖1中被示出的多級(jí)構(gòu)造用于通過(guò)減小降壓變換器3中在網(wǎng)絡(luò)側(cè)所提供的輸入電壓和/或利用升壓變換器5提高電壓來(lái)提供對(duì)于電池I的充電來(lái)說(shuō)分別理想的充電電壓。
[0025]為了能夠盡可能簡(jiǎn)單地、節(jié)省空間地并且成本低地提供充電裝置100，根據(jù)本發(fā)明將電氣驅(qū)動(dòng)裝置的組件用于升壓變換器5和中間電路4。特別地，電氣驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器被用于升壓變換器5并且電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)或電機(jī)被用于中間電路。
[0026]圖2a示意地示出一般的、用電池運(yùn)行的電氣驅(qū)動(dòng)裝置200的構(gòu)造。該電氣驅(qū)動(dòng)裝置200包括(驅(qū)動(dòng))電池1、電動(dòng)機(jī)11和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器12。該電池I在電動(dòng)機(jī)11作為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行(所謂的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行)時(shí)用作電流或電壓源并且近似地提供(在電池的放電過(guò)程中在時(shí)間上緩慢減小的)直流電壓。該驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器12用于將電池所提供的直流電轉(zhuǎn)換為交流電并且也可以被稱為逆變器或DC/AC轉(zhuǎn)換器。該驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器可以在電動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行(發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行)時(shí)特別是作為降壓變換器工作并且在此給電動(dòng)機(jī)11提供等于或小于電池電壓的電壓。在圖2中被示出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器12是三相的、脈沖的逆變器或脈沖逆變器，該脈沖逆變器將電池所提供的直流電壓在三個(gè)分支U、V和W中分解為分別移動(dòng)120°的交流電壓脈沖并且將這些交流電壓脈沖輸送給電動(dòng)機(jī)11。此外，在圖2a中示范地示出可選的電容器13，該電容器可以平行于電池I被連接并且用于在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中提供電流脈沖。本身易于理解的是，代替或附加于該電容器13還可以設(shè)置其它的電子部件，以便形成驅(qū)動(dòng)電流。
[0027]在圖2a中被示出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器12由總共三個(gè)具有各兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管和各兩個(gè)二極管的分支U、V、W組成。到交流電的轉(zhuǎn)換在此可以通過(guò)開(kāi)關(guān)晶體管以已知的方式來(lái)控制。因?yàn)槊}沖的逆變器的運(yùn)行在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，所以由于清楚性的原因放棄對(duì)控制的詳細(xì)的描述。替代于在圖2a中被示出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器12，自然也可以使用任意的其它的DC/AC轉(zhuǎn)換器。
[0028]在圖2a中被示出的電動(dòng)機(jī)11是具有三個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈或電感l(wèi)la、llb、llc的三相電動(dòng)機(jī)。代替三個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈，在此也可以使用更多線圈、但是有利地三個(gè)線圈的整數(shù)倍，即代替三個(gè)線圈，例如可以使用三個(gè)線圈對(duì)。只要在下文中簡(jiǎn)化地僅談及三個(gè)線圈，那么因此也應(yīng)該包括具有相應(yīng)的線圈對(duì)、線圈三元組等等的實(shí)施方式。
[0029]在圖2a中被示出的線圈lla、llb、llc星形地被布置和被布線，即三個(gè)線圈11a、IlbUlc的一端分別與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器12的分支U、V、W連接，而三個(gè)線圈11a、lib、Ilc的另一端分別星形地在星形結(jié)點(diǎn)處相互連接。在電動(dòng)機(jī)11運(yùn)行時(shí)，即當(dāng)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)被運(yùn)行并且驅(qū)動(dòng)要驅(qū)動(dòng)的對(duì)象時(shí)，電流在此暫時(shí)地流動(dòng)，使得電流完整地流經(jīng)三個(gè)分支U、V、W之一或三個(gè)線圈lla、llb、llc之一并且一半分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)另外的分支和線圈流回。這示意性地在圖2b中被闡明。
[0030]圖2c示出電氣驅(qū)動(dòng)裝置201的一種實(shí)施方式，在該電氣驅(qū)動(dòng)裝置中，電動(dòng)機(jī)14的線圈14a、14b、14c三角形地被布置和被接線。關(guān)于圖2a中的電動(dòng)機(jī)11的解釋可類似地套用于此。在電動(dòng)機(jī)14的運(yùn)行模式下，電流暫時(shí)地完整地流經(jīng)分支U并且一半經(jīng)過(guò)兩個(gè)另外的分支V、W和線圈14a、14b流回。
[0031]圖3是根據(jù)本發(fā)明的根據(jù)第一實(shí)施方式的用于對(duì)電池I充電的充電裝置300的示意圖。用于對(duì)電池I充電的充電裝置300對(duì)應(yīng)于圖1中被示出的兩級(jí)充電裝置并且由(可選的)電源濾波器16、降壓變換器15、中間電路11和升壓變換器12組成。該降壓變換器15是三相整流器，該三相整流器對(duì)由電網(wǎng)在端子17上施加的單相或三相交流電進(jìn)行整流并且因此根據(jù)整流的品質(zhì)近似地轉(zhuǎn)換為直流電。通過(guò)對(duì)降壓變換器15的合適的控制，降壓變換器可以提供相較于在網(wǎng)絡(luò)側(cè)所提供的電壓相等或更低電壓的電流。具有電感和電容器的電源濾波器16用于避免或減少到電網(wǎng)中的所不期望的反饋。該中間電路11包括多個(gè)電感并且用于平滑降壓變換器15所提供的、被整流的電流。該升壓變換器12是三相脈沖逆變器并且可以在其與電池I連接的輸出端上提供電壓，該電壓在時(shí)間平均上等于或大于降壓變換器15或中間電路11所提供的電壓。通過(guò)對(duì)降壓變換器15和升壓變換器12中的晶體管的相應(yīng)的控制，施加在電池I上的電壓可以適配于在IOOV - 1000V的范圍內(nèi)、特別是在250V - 450V的范圍內(nèi)的所需的充電電壓。
[0032]有利地，電池I是電動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)電池。例如，電池I可以是電驅(qū)動(dòng)車輛、例如PKW的牽引電池。電氣驅(qū)動(dòng)裝置的構(gòu)造在此可以對(duì)應(yīng)于在圖2a_2c中所介紹的電氣驅(qū)動(dòng)裝置。
[0033]在圖3中被示出的根據(jù)本發(fā)明的充電裝置300和下面緊接著的充電裝置400-600的一個(gè)重要方面是，充電裝置的升壓變換器12和中間電路11通過(guò)與電池I連接的電氣驅(qū)動(dòng)裝置的部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。特別地，該升壓變換器12由電氣驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成并且該中間電路由電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)或處于該電動(dòng)機(jī)內(nèi)的線圈/電感構(gòu)成。該驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器如已經(jīng)在上面參考圖2被示出的那樣在驅(qū)動(dòng)或行駛模式下用于將源于電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為用于電動(dòng)機(jī)的交流電壓并且在充電模式下被用作升壓變換器。該電動(dòng)機(jī)如已經(jīng)在上面參考圖2被示出的那樣在驅(qū)動(dòng)或行駛模式下用于驅(qū)動(dòng)要驅(qū)動(dòng)的裝置、例如電動(dòng)車輛的輪子，并且在充電模式下用作用于平滑被整流的電流的中間電路。
[0034]如驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器和電動(dòng)機(jī)那樣的驅(qū)動(dòng)組件在用于驅(qū)動(dòng)電池的充電裝置中的使用已經(jīng)在上面提到的出版物W02010/103063中被描述。然而，該出版物教導(dǎo)，將電動(dòng)機(jī)的線圈星形地布線并且為了降壓變換器的耦合使電動(dòng)機(jī)的星形結(jié)點(diǎn)向外能到達(dá)。與此相對(duì)，根據(jù)在圖3中被示出的實(shí)施方式的本發(fā)明建議，將電動(dòng)機(jī)11的線圈11a、lib、Ilc星形地布線，而不使星形結(jié)點(diǎn)向外能到達(dá)，即線圈在第一端處分別直接地相互連接，而星形結(jié)點(diǎn)Ild不直接與降壓變換器15或升壓變換器12或其它的部件接觸。關(guān)于線圈lla、llb、llc的第二線圈端，第一線圈Ila可控地與升壓變換器12的第一分支U連接，而其它的線圈IlbUlc優(yōu)選地固定地與升壓變換器12的第二或第三分支V或W連接。在驅(qū)動(dòng)模式下，開(kāi)關(guān)19被閉合，使得線圈Ila的第二端與充電裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器12或升壓變換器12的第一分支U連接，但是不與降壓變換器15連接。在該開(kāi)關(guān)位置下所產(chǎn)生的裝置基本上對(duì)應(yīng)于在圖2a中被示出的電氣驅(qū)動(dòng)裝置并且具有相同的功能。降壓變換器15的通過(guò)分支15b還被接觸的開(kāi)關(guān)元件最多在寄生影響的范圍內(nèi)妨礙作用方式，因此可以參閱關(guān)于圖2a的上述解釋。特別是在驅(qū)動(dòng)模式下在圖2中被示出的電流暫時(shí)地存在。
[0035]作為開(kāi)關(guān)在此可以使用任意的、在現(xiàn)有技術(shù)中已知的開(kāi)關(guān)。特別是可以使用適配于相應(yīng)的電流和電壓的功率半導(dǎo)體。
[0036]為了對(duì)驅(qū)動(dòng)電池I充電，該開(kāi)關(guān)19被切換，使得線圈Ila的第二端到升壓變換器12的第一分支U的連接被斷開(kāi)并且替代于此通過(guò)引線15a與降壓變換器15連接。因?yàn)橹虚g電路11和降壓變換器15的聯(lián)接可以理想地被看作直流電壓源，所以在充電運(yùn)行中在該裝置中同樣得出在圖2b中被示出的電流走向。線圈lla、llb、llc的星形接線由此未被解決。[0037]本發(fā)明的在圖3中被示出的實(shí)施方式因此根本上區(qū)別于在出版物W02010/103063中所描述的電路，在該電路中電流在充電運(yùn)行中均勻地分布在電動(dòng)機(jī)的三個(gè)線圈上。與此相對(duì)，該充電裝置300具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn):因?yàn)樵诔潆娧b置300中電動(dòng)機(jī)的星形結(jié)點(diǎn)不必向外被接觸，所以在該電路中可以使用一般的電動(dòng)機(jī)。特別是不必使用具有被接觸的星形結(jié)點(diǎn)的專門被制造的電動(dòng)機(jī)，使得在電動(dòng)機(jī)或供應(yīng)商的選擇方面也沒(méi)有得出任何限制。此外，在根據(jù)本發(fā)明的裝置中得出更高的電感并且因?yàn)榫哂蠭或0.5*1的經(jīng)過(guò)各個(gè)線圈的充電電流分別大于W02010/103063的裝置中的分別只為1/3*1的電流，也得出更強(qiáng)的磁場(chǎng)。因?yàn)槌潆婋娏鞯湫偷匦∮谠陔妱?dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流，所以對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的充電裝置300來(lái)說(shuō)幾何尺寸的適配不是必需的。然而，應(yīng)該指出的是，通過(guò)升壓變換器的控制可以影響充電電流的上面所說(shuō)明的根據(jù)0.5的劃分并且該比例適用于升壓變換器/驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的分支的對(duì)稱的控制。只要僅短期地偏離對(duì)稱的控制，就至少在時(shí)間平均上允許出現(xiàn)上面所說(shuō)明的比例。在根據(jù)本發(fā)明的裝置中所產(chǎn)生的電流在此分別對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)模式下的電流，即電動(dòng)機(jī)在充電運(yùn)行中也以最佳的并且因此大的電感工作。如已經(jīng)在上面被提及的，相較于現(xiàn)有技術(shù)更高的電感允許更平滑的充電電流變化曲線的產(chǎn)生和因此電池I的更節(jié)省的充電以及好的可調(diào)節(jié)性。
[0038]有利地，該充電裝置300可以被補(bǔ)充用于在充電過(guò)程期間閉鎖電動(dòng)機(jī)11的閉鎖裝置，以便在充電過(guò)程期間避免電動(dòng)機(jī)11的旋轉(zhuǎn)。例如變速器止動(dòng)爪、停車閉鎖器(Parksperre)或類似的裝置適合作為在電運(yùn)行的車輛中的閉鎖裝置。
[0039]圖4是根據(jù)本發(fā)明的根據(jù)第二實(shí)施方式的充電裝置400的示意圖。在該實(shí)施方式中，與充電裝置300相比，電動(dòng)機(jī)/中間電路14的線圈不是星形地而是三角形地被布線。在充電運(yùn)行中，降壓變換器15通過(guò)開(kāi)關(guān)19與電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)線圈14a、14b連接，而在驅(qū)動(dòng)模式下，開(kāi)關(guān)19將這兩個(gè)線圈14a、14b與充電裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器12或升壓變換器12的第一分支連接。與星形電路相比，在三角形電路中在升壓變換器/驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器12的對(duì)稱的控制的情況下只給三個(gè)線圈中的兩個(gè)、即線圈14a和14b通電，其中電流在升壓變換器12的對(duì)稱的控制的情況下被均勻分配到兩個(gè)線圈上。
[0040]圖5是根據(jù)本發(fā)明的根據(jù)有利的第三實(shí)施方式的充電裝置500的示意圖。該實(shí)施方式極大程度上對(duì)應(yīng)于在圖3中被示出的實(shí)施方式，但是此外具有附加的電感18。如果由電動(dòng)機(jī)11所提供的電感不足以在充電運(yùn)行中產(chǎn)生充分恒定的直流電，則該附加的電感18可以是有利的。該附加的電感18可以用于進(jìn)一步減少通過(guò)降壓變換器15和中間電路11被整流的電流的剩余的波動(dòng)性并且更好地平滑降壓變換器15的被整流的電流。特別是為了保護(hù)電池I，這在否則在充電時(shí)出現(xiàn)的剩余的電流波動(dòng)性可能減少電池的壽命時(shí)可以是有利的。自然地，在圖5中被示出的附加的電感也可以被應(yīng)用于本發(fā)明的所有其它的實(shí)施方式中，即特別是與圖4中的三角電路連接。
[0041]圖6是根據(jù)本發(fā)明的根據(jù)有利的第四實(shí)施方式的充電裝置600的示意圖。在此與在圖3中被示出的實(shí)施方式相比，開(kāi)關(guān)19'被實(shí)施，使得該開(kāi)關(guān)只作為電動(dòng)機(jī)的線圈Ila到升壓變換器12的相應(yīng)分支的連接的斷續(xù)器而起作用。此外設(shè)置有附加的開(kāi)關(guān)20和21，以便優(yōu)選地在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行(驅(qū)動(dòng)模式)時(shí)使充電裝置的降壓變換器15和隨之出現(xiàn)的寄生電容和電感從電動(dòng)機(jī)去耦。這可以引起效率的提高并且改善電磁相容性。自然地，在此也可以只設(shè)置兩個(gè)開(kāi)關(guān)之一 20或21。開(kāi)關(guān)19'、20和21可以在此以任意的組合也被使用在上面介紹的實(shí)施方式中。
[0042]圖7示意性地示出用于為用電池運(yùn)行的電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電池I提供充電裝置的方法。在此，在步驟71中提供根據(jù)上述實(shí)施方式之一的降壓變換器15。該降壓變換器可與交流電網(wǎng)連接并且可以在其輸出端處提供相同或更小電壓的被整流的電流。在步驟72中提供根據(jù)上述實(shí)施方式之一的中間電路11 ;14，該中間電路可與降壓變換器15的輸出端連接并且具有用于平滑被整流的電流的線圈Ila ;llb，llc ;14a，14b，14c。在步驟73中提供根據(jù)上述實(shí)施方式之一的升壓變換器12，該升壓變換器可以將中間存儲(chǔ)器11 ；14的被平滑的電流轉(zhuǎn)換為具有相同或更大電壓的電流并且與電池I連接，其中為了提供中間存儲(chǔ)器11 ;14，使用電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)，并且其中為了提供升壓變換器12，使用電氣驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器并且其中在對(duì)電池I充電時(shí)電動(dòng)機(jī)11 ; 14的線圈Ila ；14a的第一端子與降壓變換器15電連接并且其中在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)開(kāi)關(guān)19 ;19'將線圈Ila ；14a的相同的端子與升壓變換器12電連接。各個(gè)方法步驟在此不必必然地以上面所說(shuō)明的順序被實(shí)施。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的充電裝置有利地被構(gòu)造，使得該充電裝置不僅適合于三相交流電的使用而且適合于單相交流電的使用。對(duì)于單相運(yùn)行，應(yīng)只使用降壓變換器的三個(gè)輸入橋分支中的兩個(gè)。在該運(yùn)行狀態(tài)下控制應(yīng)被實(shí)行，使得受控制地運(yùn)行輸入側(cè)的電流中間電路變頻器并且輸出側(cè)的升壓變換器承擔(dān)PFC (Power Factor Corrector (功率因素校正器))功能。應(yīng)僅利用輸入級(jí)來(lái)確保，降壓變換器的平均輸出電壓小于電池電壓，因此輸出側(cè)的升壓變換器可以工作。
【權(quán)利要求】
1.用于對(duì)用電池運(yùn)行的電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電池(I)充電的充電裝置(100；300 ；400 ；500 ;600)，包括: 一降壓變換器(15)，所述降壓變換器能與單相或三相交流電網(wǎng)連接并且被設(shè)計(jì)用于在其輸出端處提供被整流的電流； 一中間電路(11 ;14)，所述中間電路能與所述降壓變換器(15)的至少一個(gè)輸出端電連接并且具有至少一個(gè)用于平滑電流的電感； 一升壓變換器(12)，所述升壓變換器被設(shè)計(jì)用于在至少一個(gè)輸入端處通過(guò)所述中間電路(11 ;14)與所述降壓變換器(15)電連接并且在其輸出端處與所述電池(I)電連接，并且所述升壓變換器適合于將所述降壓變換器(15)和/或所述中間電路(11 ；14)所提供的電壓轉(zhuǎn)換為用于對(duì)所述電池(I)充電的同樣大或更高的電壓， 一其中所述升壓變換器(12)由所述電氣驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成并且所述中間電路(11 ；14)由所述電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)構(gòu)成； 其特征在于， 在對(duì)所述電池(I)充電時(shí)，所述電動(dòng)機(jī)(11 ；14)的線圈(11a ；14a)的第一端子與所述降壓變換器(15)電連接，并且在所述電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，開(kāi)關(guān)(19 ;19')將所述線圈(lla;14a)的相同的端子與所述升壓變換器(12)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置(100；300 ；400 ；500 ;600)，其中所述電動(dòng)機(jī)包括至少三個(gè)星形 地或三角形地彼此布線的線圈(lla、llb、llc ;14a、14b、14c)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電裝置(100;300 ;500 ;600)，其中所述開(kāi)關(guān)(19 ;19')保證，在對(duì)所述電池(I)充電時(shí)，整個(gè)充電電流分別流經(jīng)所述電動(dòng)機(jī)(11)的線圈之一(11a)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的充電裝置(100；300 ；500 ;600)，其中所述電動(dòng)機(jī)(11)的至少三個(gè)線圈(11a ;llb、llc)星形地彼此連接并且從星形結(jié)點(diǎn)出來(lái)只存在到所述電動(dòng)機(jī)(11)的至少三個(gè)線圈(11a ;llb、llc)的端子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置(100;400)，其中所述電動(dòng)機(jī)包括至少三個(gè)三角形地彼此連接的線圈(14a、14b、14c)并且其中所述開(kāi)關(guān)(19')保證，在對(duì)所述電池(I)充電時(shí)，一半的充電電流在時(shí)間平均上分別流經(jīng)所述電動(dòng)機(jī)(11)的線圈之一(11a)。
6.用于為用電池運(yùn)行的電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電池(I)提供充電裝置(100；300 ；400 ；500 ；600)的方法，具有如下步驟: 一提供降壓變換器(15)，所述降壓變換器能與交流電網(wǎng)連接并且能夠在其輸出端處提供相同或更小電壓的被整流的電流； 一提供中間電路(11 ;14)，所述中間電路能與所述降壓變換器(15)的輸出端連接并且具有用于平滑被整流的電流的線圈(11a ;llb、llc ;14a、14b、14c)； 一提供升壓變換器(12)，所述升壓變換器能夠?qū)⑺鲋虚g電路(11 ；14)的被平滑的電流轉(zhuǎn)換為具有相同或更大電壓的電流并且與所述電池(I)連接； 一其中為了提供所述中間電路(11 ;14)使用所述電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)并且其中為了提供所述升壓變換器(12)使用所述電氣驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器；以及 一其中在對(duì)所述電池(I)充電時(shí)，所述電動(dòng)機(jī)(11 ;14)的線圈(11a ;14a)的第一端子與所述降壓變換器(15)電連接，并且其中在所述電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，開(kāi)關(guān)(19 ;19')將線圈(11a;14a)的相同的端子與所述升壓變換器(12)電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中在對(duì)所述電池(I)充電時(shí)，整個(gè)充電電流分別流經(jīng)所述電動(dòng)機(jī)(11)的線圈之一(11a)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7之一所述的方法，其中所述電動(dòng)機(jī)(11)的至少三個(gè)線圈或電感(11a ;llb、llc)星形地彼此連接并且從星形結(jié)點(diǎn)出來(lái)只存在到所述電動(dòng)機(jī)(11)的至少三個(gè)線圈(11a ;llb、llc)的端子。
9.電氣驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器(12)和電動(dòng)機(jī)(11;14)在用于對(duì)所述電氣驅(qū)動(dòng)裝置的電池(I)充電的充電裝置(100 ；300 ；400 ；500 ；600)中的使用， 其中所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器(12)用作升壓變換器并且所述電動(dòng)機(jī)(11 ; 14)用作中間電路； 其中在對(duì)所述電池(I)充電時(shí)，所述電動(dòng)機(jī)(11 ；14)的線圈(11a ；14a)的第一端子與所述降壓變換器(15)電連接；并且其中開(kāi)關(guān)(19 ;19')適合于將所述線圈(lla;14a)的相同的端子與所述升壓變換器(12)電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用，其中 一所述降壓變換器(15)能與單相或三相交流電網(wǎng)連接并且被設(shè)計(jì)用于在其輸出端處提供被整流的電流； 一所述中間電路(11 ;14)能與所述降壓變換器(15)的至少一個(gè)輸出端電連接并且具有至少一個(gè)用于平滑電流的電感；以及 一所述升壓變換器(12)被設(shè)計(jì)用于在至少一個(gè)輸入端處通過(guò)所述中間電路(11 ；14)與所述降壓變換器(15)電連接并且在其輸出端處與所述電池(I)電連接，并且所述升壓變換器適合于將所述降壓變換器(15)和/或電流中間電路(11 ;14)所提供的電壓轉(zhuǎn)換為用于對(duì)所述電池(I)充電的同樣大或更高的電壓。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103764433SQ201280041883
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月29日
【發(fā)明者】B.迪特默, E.埃伯萊茵, 葛杰, B.馬德, C.范博文, A.米塔格, P.艾特納, B.?？颂? 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司