CN103248216A

CN103248216A - 包括高电压系统的机动车辆的转换器设备及相应操作方法

Info

Publication number: CN103248216A
Application number: CN2013100138708A
Authority: CN
Inventors: T·弗里茨
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2013-08-14
Also published as: DE102012101011A1; KR20130091682A; JP2013162742A; KR101401861B1; JP5731552B2; US20130200695A1

Abstract

本发明涉及一种用于包括高电压系统（5）的机动车辆的转换器设备（20），该转换器设备包括：一个第一输入装置（21），该第一输入装置被联接至该高电压系统（5）的一个第一电压域（15）；一个第二输入装置（22），该第二输入装置被联接至该高电压系统（5）的一个第二电压域（16）；以及一个DC/DC转换器（28），该DC/DC转换器被联接至该第一输入装置（21）和该第二输入装置（22）并且该DC/DC转换器被设计成将电功率从该第一电压域（15）和该第二电压域（16）传输至该转换器设备（20）的一个输出装置（25）。

Description

包括高电压系统的机动车辆的转换器设备及相应操作方法

技术领域

本发明涉及一种用于包括高电压系统的机动车辆的转换器设备（Wandlervorrichtung），并且涉及一种用于包括相应转换器设备的高电压系统的操作方法。

背景技术

US2009/0167077A1描述了一种可以安装在机动车辆处或机动车辆之中的供电装置，该供电装置包括一个电池组模块、一个用于容纳该电池组模块的蓄电池壳体、以及一个DC/DC转换器模块。在这种情况下，在此描述的这种供电装置可以将三个或更多个电压值作为供电电压来提供。

US2008/0072859A1描述了一种电池组设备，该电池组设备包括多个电池组模块，其中该多个电池组模块各自具有多个串联连接的电池单体。

在此描述的电池组设备此外具有多个电压均衡电路，这些电路被相应地指配给该多个电池组模块并且这些电路被配置成使得包括在该多个电池组模块的每一个中的这些电池单体的电压对应地均衡化。此外，在此描述的电池组设备包括一个连接转变结构，该连接转变结构被配置成使该多个电池组模块的连接状态在串联连接与并联连接之间转变。

此外，在此描述的电池组设备包括一个电压均衡控制模块，该电压均衡控制模块被配置成，在满足一个预定电压均衡条件时，对该多个电压均衡电路进行控制以便在该多个电池组模块的串联连接状态中使得包括在该多个电池组模块的每一个中的这些电池单体的电压被对应地均衡化。

在此处描述的电池组设备的情况下，该电压均衡控制模块此外被配置成在满足一个预定电压均衡条件时，控制该连接转变结构。

此外，该电压均衡控制模块被配置成在完成该多个电池组模块的每一个中的这些对应电池单体的电压均衡化时，对该连接转变结构以及该多个电压均衡电路进行控制以便使该多个电池组模块并联地连接，并且使这些对应的电池组模块的电压均衡化。

US2007/0202792A1披露了一种用于机动车辆的电源，该电源包括一个电池组壳体和大量可充电的电池单体以及大量用于对这些电池单体进行冷却的空气通道。在此描述的电源包括大量的空气入口开口及空气出口开口。这些空气入口开口及空气出口开口是在偏离这些空气通道的方向的一个方向上形成的。

US2007/0046259A1描述了一种电池组阵列，该电池组阵列是借助于三级或更多级的空气冷却来冷却的。该电池组阵列包括一对相对置的侧壁，这些侧壁形成了用于电池组阵列的一个封闭的室。

DE102009035468A1披露了一种用于存储和/或产生电能的设备。在此描述的设备具有至少两个模块，这些模块是彼此电联接的。在这种情况下，该至少两个模块具有不同的功能性。一个第一模块被实施为一个电化学模块。作为一个电能存储模块，该电化学模块被设计用于高的功率和能量密度。第二模块作为一个牵引模块被设计用于高的功率密度。

然而，上述解决方案具有的问题是，如果提供两个或更多个模块来产生高电压电池组的标称电压，那么高电压电池组容量的增加总是需要两个或更多个或其倍数的模块以便实现高电压电池组按所要求的标称输出电压来增加容量。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种改进的转换器设备以用于包括高电压系统的机动车辆。

此目的是借助于用于包括如下述1所述的高电压系统的机动车辆的一种转换器设备并且借助于用于包括如下述9所述的这些特征的高电压系统的一种操作方法来实现的。下述2-8及10涉及本发明的多种有利的改进。

1.一种用于包括高电压系统的机动车辆的转换器设备，该转换器设备包括：

-一个第一输入装置，该第一输入装置被联接至该高电压系统的一个第一电压域；

-一个第二输入装置，该第二输入装置被联接至该高电压系统的一个第二电压域；以及

-一个DC/DC转换器，该DC/DC转换器被联接到该第一输入装置和该第二输入装置，并且该DC/DC转换器被设计成将电功率从该第一电压域和该第二电压域传输至该转换器设备的一个输出装置。

2.根据前述1所述的转换器设备，其特征在于，该第一电压域的第一标称电压值被提供为使得它的量值为该第二电压域的第二标称电压值的整数倍或有理数倍。

3.根据前述1或2所述的转换器设备，其特征在于，该第一电压域具有第一数目的电池单体模块而该第二电压域具有第二数目的电池单体模块。

4.根据前述3所述的转换器设备，其特征在于，该第一数目的电池单体模块被提供为使得它的数量为该第二数目的电池单体模块的整数倍或有理数倍。

5.根据前述任何一项所述的转换器设备，其特征在于，该DC/DC转换器具有一个用于检测该第一电压域的标称电压值和该第二电压域的标称电压值的传感器。

6.根据前述任何一项所述的转换器设备，其特征在于，该第一电压域和/或该第二电压域的这些电池单体模块是串联连接的。

7.根据前述任何一项所述的转换器设备，其特征在于，该第一电压域和/或该第二电压域的这些电池单体模块是并联连接的。

8.根据前述任何一项所述的转换器设备，其特征在于，该DC/DC转换器被设计成将整数倍或有理数倍的该第一电压域和/或该第二电压域的标称电压值提供为该输出装置的一个标称电压值。

9.一种用于包括根据前述1至8中任何一项所述的转换器设备的高电压系统的操作方法，该操作方法包括以下方法步骤：

将该转换器设备的第一输入装置联接至该高电压系统的第一电压域；

将该转换器设备的第二输入装置联接至该高电压系统的第二电压域；并且

使用一个DC/DC转换器将电功率从该第一电压域以及从该第二电压域传输至该转换器设备的一个输出装置。

10.根据前述9所述的操作方法，其特征在于，用整数倍或有理数倍的该第二电压域的第二标称电压值来作为该第一电压域的第一标称电压值。

根据一个方面，本发明提供了用于包括高电压系统的机动车辆的一种转换器设备，该转换器设备包括一个第一输入装置，该第一输入装置被联接至该高电压系统的一个第一电压域；并且包括一个第二输入装置，该第二输入装置被联接至该高电压系统的一个第二电压域；以及一个DC/DC转换器，该DC/DC转换器被联接至该第一输入装置和该第二输入装置并且该DC/DC转换器被设计成将电功率从该第一电压域和该第二电压域传输至该转换器设备的一个输出装置。

根据另一个方面，本发明提供了用于包括相应转换器设备的高电压系统的一种操作方法，该操作方法包括以下方法步骤：将该转换器设备的第一输入装置联接至该高电压系统的第一电压域，将该转换器设备的第二输入装置联接至该高电压系统的第二电压域，以及使用一个DC/DC转换器来将电功率从该第一电压域并且从该第二电压域传输至该转换器设备的一个输出装置

本发明的一个构思是使用一个直流电压转换器，即，DC/DC转换器，该缩写DC表示“直流”，该转换器被提供有一个第一电压域的第一标称电压和一个与其不同的第二电压域的第二标称电压。

使用根据本发明的转换器设备可实现提供具有奇数数目的电池单体模块的高电压电池组；具体而言，可实现提供包括三个电池单体模块的高电压电池组。

根据本发明的转换器设备有利地允许对该高压电池组的第一电压域和第二电压域进行分立地控制。此外，可实现用在高电压系统或高电压电池组中的电池单体的一种改进的老化特性。

此外，根据本发明的转换器设备允许一种适配的并且在机动车辆范围内以小的步进的逐步增加，因为可以方便地增加偶数数目或者奇数数目的电池单体模块或者甚至一半的电池单体模块。

根据本发明的一个有利的发展，该第一电压域的第一标称电压值被提供为使得它的量值为该第二电压域的第二标称电压值的整数倍或有理数倍。该DC/DC转换器可以因此以来自两个电池单体模块的第一标称电压（例如，390V），以及以这个电压的一半，即来自一个电池单体模块的195V的第二标称电压来运行。

有利地提供的是，该第一电压域具有第一数目的电池单体模块而该第二电压域具有第二数目的电池单体模块。这两个电压域的由此获得的不同标称电压的转换还可实现高电压系统具有奇数数目的电池单体模块的构造。

本发明的一个有利的发展使得该第一数目的电池单体模块被提供为它的数量为第二数目的电池单体模块的整数倍或有理数倍。由此可在这两个电压域中以不同方式实施这些电池单体模块的连接。

优选的是，该DC/DC转换器具有用于检测该第一电压域和第二电压域的标称电压值的一个传感器。这带来了机动车辆的高电压系统的一种可靠供给。

本发明的一个有利发展使得第一电压域和/或第二电压域的这些电池单体模块串联地相连接。由此与第一电压域和/或第二电压域的标称电压相比较，可在输出装置处实现增加的标称电压，并且因此来用于高电压系统。

有利地提供的是，第一电压域和/或第二电压域的这些电池单体模块是并联地相连接。

本发明的一个有利发展使得DC/DC转换器设计成提供整数倍或有理数倍的该第一电压域和/或该第二电压域的标称电压值来作为该输出装置的标称电压值。

根据本发明的一个有利发展，整数倍或有理数倍的该第二电压域的第二标称电压值被用作该第一电压域的第一标称电压值。

如果方便的话，在此描述的这些配置和发展是可以彼此任意组合的。

本发明的进一步可行的配置、发展和实现方式还包括以上或以下关于这些示例性实施方案所描述的本发明的特征的多种组合（未明确提及）。

这些附图旨在提供本发明的这些实施方案的进一步的理解。它们展示了多个实施方案并且用来与本说明相结合以便阐释本发明的原理和构思。

其他实施方案以及所提及的这些优点中的许多就附图而言是明显的。在附图中所展示的这些要素不必相对于彼此以真实比例的方式来示出。

附图说明

在附图中：

图1示出根据本发明用于包括高电压系统的机动车辆的转换器设备的一个示例性实施方案的示意性展示；

图2示出了根据本发明用于包括转换器设备的高电压系统的操作方法的一个示例性实施方案的流程图。

具体实施方式

在附图的这些图形中，相同的参考标记指示相同的或功能上相同的元件、结构零件、部件或方法步骤，除非被指示成相反。

图1示出根据本发明用于包括高电压系统的机动车辆的转换器设备的一个示例性实施方案的示意性展示。

结合本说明，一个电压域指示一个电压区域。电压域的这种表述可以同样用来表示电动系统或高电压系统的一个特定的局部区域，在所述特定局部区内该电动系统或该高电压系统的一个特定电压区域占优势。

用于机动车辆的高电压系统具有多个电能存储器或高电压电池组，其中可以提供将该电能存储器或该高电压电池组模块化成多个单独的电池单体模块。

在这种情况下，该电能存储器的一个电池单体模块包括串联电连接在一个共用的单元中的大量电池单体，这个共用的单元例如被实施为一个电池单体模块形式的机械装配件（Verbund）。

在这种情况下，该电池单体例如是一个单独的原电池（galvanische Zelle），它取决于该原电池的这些电极的材料的组合来提供一个特征电压。

用于包括高电压系统5的机动车辆的一个转换器设备20具有一个第一输入装置21、一个第二输入装置22、一个DC/DC转换器28以及一个输出装置25。

第一输入装置21被联接至高电压系统5的一个第一电压域15。第一电压域15例如是由连接到转换器设备20的一个电池单体模块的标称电压来限定的。

第二输入装置22被联接至高电压系统5的第二电压域16。第二电压域16例如是由连接到转换器设备20的一个另外的电池单体模块的标称电压来限定的。

该DC/DC转换器28被联接至该第一输入装置21、第二输入装置22以及该输出装置25。

该DC/DC转换器28例如被设计成将电功率从第一电压域15以及该第二电压域16传输至该转换器设备20的输出装置25。

在这种情况下，该DC/DC转换器28可以被设计用于该第一电压域15和第二电压域16的并联连接。

此外，该DC/DC转换器28可以通过串联连接来联接该第一电压域15和第二电压域16。

通过举例，第一电压域15的第一标称电压值被提供为使得它的量值为第二电压域16的第二标称电压值的整数倍或有理数倍。

例如第一电压域15可以具有一个电池单体模块12，而第二电压域16可以具有两个电池单体模块10、11。

该输出装置25例如被连接至机动车辆的一个汽车电器网络（Bordnetz）。在这种情况下，机动车辆的该汽车电器网络可以通过转换器设备20被提供以电能，以便对机动车辆的电负载提供电能。

用于包括转换器设备20的高电压系统的操作方法包括以下方法步骤：

一个第一方法步骤S1包括：将转换器设备20的第一输入装置21联接至高电压系统5的第一电压域15。

一个第二方法步骤S2包括：将转换器设备20的第二输入装置22联接至高电压系统5的第二电压域16。

一个第三方法步骤S3包括：使用一个DC/DC转换器28将电功率从第一电压域15以及从第二电压域16传输至转换器设备2的一个输出装置25。

应该阐明的是，图2所示的这些方法步骤可以用任何希望的方式重复，例如递归地或反复地重复。

虽然以上基于多个优选的示意性实施方案已经对本发明进行了完全地说明，但是本发明并不限于此，而是能够以多种不同的方式进行修改。

Claims

1.一种用于包括高电压系统（5）的机动车辆的转换器设备（20），该转换器设备包括：

-一个第一输入装置（21），该第一输入装置被联接至该高电压系统（5）的一个第一电压域（15）；

-一个第二输入装置（22），该第二输入装置被联接至该高电压系统（5）的一个第二电压域（16）；以及

-一个DC/DC转换器（28），该DC/DC转换器被联接到该第一输入装置（21）和该第二输入装置（22），并且该DC/DC转换器被设计成将电功率从该第一电压域（15）和该第二电压域（16）传输至该转换器设备（20）的一个输出装置（25）。

2.根据权利要求1所述的转换器设备（20），其特征在于，该第一电压域（15）的第一标称电压值被提供为使得它的量值为该第二电压域（16）的第二标称电压值的整数倍或有理数倍。

3.根据权利要求1或2所述的转换器设备（20），其特征在于，该第一电压域（15）具有第一数目的电池单体模块（12）而该第二电压域（16）具有第二数目的电池单体模块（10，11）。

4.根据权利要求3所述的转换器设备（20），其特征在于，该第一数目的电池单体模块（12）被提供为使得它的数量为该第二数目的电池单体模块（10，11）的整数倍或有理数倍。

5.根据权利要求1或2所述的转换器设备（20），其特征在于，该DC/DC转换器（28）具有一个用于检测该第一电压域（15）的标称电压值和该第二电压域（16）的标称电压值的传感器。

6.根据权利要求3所述的转换器设备（20），其特征在于，该第一电压域（15）和/或该第二电压域（16）的这些电池单体模块（10，11，12）是串联连接的。

7.根据权利要求3所述的转换器设备（20），其特征在于，该第一电压域（15）和/或该第二电压域（16）的这些电池单体模块（10，11，12）是并联连接的。

8.根据权利要求1或2所述的转换器设备（20），其特征在于，该DC/DC转换器（28）被设计成将整数倍或有理数倍的该第一电压域（15）和/或该第二电压域（16）的标称电压值提供为该输出装置（25）的一个标称电压值。

9.一种用于包括根据权利要求1至8中任何一项所述的转换器设备（20）的高电压系统（5）的操作方法，该操作方法包括以下方法步骤：

（S1）将该转换器设备（20）的第一输入装置（21）联接至该高电压系统（5）的第一电压域（15）；

（S2）将该转换器设备（20）的第二输入装置（22）联接至该高电压系统（5）的第二电压域（16）；并且

（S3）使用一个DC/DC转换器（28）将电功率从该第一电压域（15）以及从该第二电压域（16）传输至该转换器设备（20）的一个输出装置（25）。

10.根据权利要求9所述的操作方法，其特征在于，用整数倍或有理数倍的该第二电压域（16）的第二标称电压值来作为该第一电压域（15）的第一标称电压值。