CN105818700A - 用于车辆中的电池的充电控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用以第一DC电压提供电流的电池充电站来对车辆所包括的电池进行充电的方法，其中，由该电池充电站以该第一DC电压输出的电流被供应至该车辆的一个充电器，其中在该第一DC电压下的电流在该充电器内被转换成对该车辆的电池进行充电所要求的在第二DC电压下的第二电流、并且然后被供应给该电池。此外，本发明涉及一种车辆、一种充电器以及一种充电控制器。

Description

用于车辆中的电池的充电控制器
技术领域
本发明涉及一种使用电池充电站对车辆所包括的电池进行充电的方法，涉及具有电池、充电控制器以及至少一个充电器的一种车辆，并且涉及一种充电器和充电控制器。
背景技术
电驱动车辆由电池供电。为了凭借小的电缆截面来实现对应的车辆的远里程和低重量，车辆越来越多地以具有800伏特的DC电压的电流来运行。由于传统的电池充电站通常只以400伏特的DC电压提供电流，使用传统电池充电站迄今一直无法对具有800伏特电压要求的电池进行充电。
现有技术描述了用于给车辆供电的方法和装置。
德国公开文件DE102010006125A1披露了一种具有电网侧逆变器的充电器，该逆变器将电池充电站提供的DC电压转换成AC电压。
欧洲专利申请EP2581257A2披露了一种将针对为车辆的充电所提供的充电电流的电压与车辆的对应要求相匹配的电池充电站。
美国文件US6,281660B1披露了一种具有逆变器的充电器，其中该充电器包括具有多个电容器的、用于将DC电压下的电流转换成较高的AC电压下的电流的中间电路。
美国文件US20130049677A1中披露了一种具有多个充电接口的电池充电站，其中该电池充电站被配置成基于需要充电的对应车辆的要求给对应充电接口以DC电压供应电流或以AC电压供应电流。
美国文件US20130311017A1披露了一种电动车辆以及安排在与该车辆电连接的电池充电站上的一种外部器械，其中该外部器械被配置成如果在该电池充电站的充电过程中发生异常现象就与该车辆交换电流。
美国文件US20130314093A1披露了一种以AC电压给电动车辆供应电流的充电系统。
美国文件US20140091764A1披露了一种能够通过AC电压下的电流和DC电压下的电流两者来充电的电驱动车辆。
发明内容
在这种背景下，本发明的目标是提供一种使用电池充电站来对要求第一电压下的电流的车辆进行充电的方法，其中该电池充电站以比该车辆的所要求电压更低的第二电压输送电流。
通过提出具有下述1的特征的方法、具有下述5的特征的车辆、具有下述8的特征的充电器、以及具有下述11的特征的充电控制器达到了上述目标。下述2-4、6-7、9-10和12-15为优选实施方案。
1.一种使用以第一DC电压提供电流的电池充电站来对车辆所包括的电池进行充电的方法，其中由该电池充电站以该第一DC电压输出的电流被供应至该车辆的一个充电器，其中在该第一DC电压下的电流在该充电器内被转换成对该车辆的电池进行充电所要求的在第二DC电压下的第二电流、并且然后被供应给该电池。
2.如上述1所述的方法，其中该车辆所包括的一个充电控制器基于由该电池充电站以对应电压提供的对应电流的电气特性而在该车辆的多个不同充电路径之间进行切换，其中至少一个充电路径路由经过该充电器，并且能够使用至少一个另外的路径来直接对该电池进行充电。
3.如上述2所述的方法，其中，该充电器包括用于使在该第一DC电压下的电路与在该第二DC电压下的电路隔离的一个电气链路，其中该第一DC电压下的电流在被转换成在该第二DC电压下的电流之后是被转换成交流电流并路由经过该电气链路、并且在该电气链路之后被转换回在该第二电压下的直流电流。
4.如以上1至3之一所述的方法，其中，该第一DC电压被供应至该充电器的一个中间电路。
5.一种车辆，该车辆具有一个电池、一个充电控制器以及至少一个充电器，其中该车辆能够连接至能够以第一DC电压对该车辆供应电流的一个电池充电站，并且其中该充电控制器被配置成使得如果该第一DC电压低于对该电池进行充电所要求的第二DC电压的话，该充电控制器就将能够从该电池充电站传输至该车辆的电流通过一个电力路径而传输至该充电器，并且其中该充电器被配置成将在该第一DC电压下的电流转换成在该第二DC电压下的第二电流。
6.如上述5所述的车辆，其中该充电控制器被额外地配置成使得如果该电池充电站提供了适合于对该电池进行充电的第二DC电压下的电流的话，该充电控制器就将由该电池充电站所提供的电流传输至一个能够直接对该电池进行充电的路径。
7.如上述5或6所述的车辆，其中如果该电池充电站被配置成以AC电压提供电流的话，则该充电控制器被配置成将该电池充电站所能够以AC电压提供的电流传输至一个到该充电器的路径，并且其中，该充电器被配置成将AC电压下的电流变换成DC电压下的电流。
8.一种用于车辆的充电器，该充电器被配置成将一个电池充电站所能够以第一DC电压提供的电流转换成在第二DC电压下的电流并且通过将所述电流供应至该车辆或该车辆的一个电池来对该电池进行充电。
9.如上述8所述的充电器，其中该充电器包括至少一个DC-DC电源转换器。
10.如上述8所述的充电器，其中该充电器包括用于将该第一DC电压转换成该第二DC电压的一个升压转换器。
11.一种用于控制在电池充电站处对车辆电池进行充电的充电过程的充电控制器，其中该充电控制器包括用于测量该电池充电站所能够提供的电流的电压的一个模块、以及用于基于该电池充电站所能够提供的电流的电气特性来切换到该车辆内的不同充电路径的一个模块。
12.如上述11所述的充电控制器，其中，该充电控制器包括一个保护模块，该保护模块用于在该车辆所包括的一个充电器的一个中间电路过载的情况下使该电池充电站与该车辆解除联接。
13.如上述12所述的充电控制器，其中，该充电控制器包括用于感测该中间电路中的过载的一个温度传感器。
14.如上述11至13之一所述的充电控制器，其中，该充电控制器包括一个用于通过充电器适配该第一DC电压下的电流到该第二DC电压下的电流的转换效率的模块。
15.如上述14所述的充电控制器，其中，该充电控制器被配置成基于由针对周围环境和/或该充电器的至少一个传感器所感测到的环境数据来调节对效率的适配。
从说明书以及所附权利要求中将显现多个实施例。
因此，提出了一种使用以第一DC电压提供电流的电池充电站来对车辆所包括的电池进行充电的方法。所提出的方法提供的是，使得由该电池充电站以该第一DC电压输出的电流供应至该车辆的一个充电器，其中在该第一DC电压下的电流在该充电器内被转换成对该车辆的电池进行充电所要求的在第二DC电压下的第二电流、并且然后被供应给该电池。
所提出的方法具体用于对具有800伏特(即750伏特与850伏特之间，这例如取决于电池的电量状态)车载电力供应系统的车辆的电池使用不同的较低电压(例如400伏特)的电池充电站来进行充电。
从而仍然使用基础设施或电池充电站以对于给对应电池在电池的充电过程中进行充电而言过低的第一电压提供的电流，所提出的方法提供了使得电流充电站所提供的电流转换成适合于对该电池进行充电的第二电压的电流。
为了将该第一电压转换成该第二电压，提供的是使得该电池充电站所提供的电流通过一个路径(即电气连接)来路由至该车辆的充电器并且供应至该充电器中的中间电路，尤其是以并行的方式。举例而言，该中间电路包括DC-DC电压转换器或升压转换器，以便将该第一电压下的电流转换成该第二电压下的电流。这意味着将该电池充电站所提供的电流变换成适合于对该车辆的电池进行充电的电流是借助于提供该电池充电站所提供的电流并且通过在该电池充电站与电力转换器之间的车内电力路径的连接来实现的。
在所提出的方法的一个可能实施例中，该车辆所包括的一个充电控制器基于该电池充电站所提供的对应电流的电气特性(例如对应的电压)而在该车辆的多个不同充电路径之间进行切换，其中至少一个充电路径路由经过该充电器，并且能够使用至少一个另外的路径来直接对该电池进行充电。
为了在多个各自提供了具有对应的电气特性的电流的电池充电站给对应的车辆进行充电，一个智能充电控制器感测对应的电池充电站所提供的电流的电气特性(即例如电压和/或电流强度)并且例如基于其电气特性来使得电流路由到穿过该车辆而到该电池、到充电器或到该充电器所包括的中间电路的一个对应的路径。相应地，当电池充电站提供交流电流时，例如，可以提供的是使得该充电控制器将交流电流传输至该充电器，以用于使该充电器将交流电流变换成所期望的电压、对其进行整流并且将其传输给对应车辆的电池。
可替代地，当另一个电池充电站提供直流电流并且该直流电流对应于对应车辆的车载电力供应系统的电压时，可想到的是使该直流电流直接路由至该电池来对该电池进行充电。
为了感测对应电池充电站所提供的电流的电气特性，对应车辆的充电控制器可以使用与该电池充电站连通的通信链路和/或可以使用测量该电流的电气特性的多个测量仪器。
在所提出的方法的另一个可能实施例中，该充电器包括用于使在该第一DC电压下的电路与在该第二DC电压下的电路隔离的一个电气链路，其中该第一DC电压下的电流在被转换成在该第二DC电压下的电流之后是被转换成交流电流并路由经过该电气链路、并且在该电气链路之后被转换回在该第二电压下的直流电流。
出于使对应车辆的车载电力供应系统与被供以对应电池充电站所供应的电流的充电电路相隔离的目的并且为了防止对应车辆的电池放电，对应车辆的充电器包括电气链路。例如，可以通过交流电流来越过该电气链路。这意味着直流电流需要被转换成相应的交流电流以便越过该电气链路，并且在该链路之后可能需要被再次转换回直流电流以便对该车辆的电池进行充电。出于将直流电流转换成交流电流并且再次转换回直流电流的目的，该充电器包括具有整流器和逆变器以及可能的变压器的多个适当的中间电路。
此外，本发明包括一种车辆，该车辆具有一个电池、一个充电控制器以及至少一个充电器，其中，该车辆能够连接至能够以第一DC电压对该车辆或该电池供应电流的一个电池充电站，并且其中，该充电控制器被配置成使得如果该第一DC电压低于对该电池进行充电所要求的电压的话，该充电控制器就将能够从该电池充电站传输至该车辆的电流通过一个电力路径而传输至该充电器，并且其中，该充电器被配置成将在该第一DC电压下的电流转换成在该第二DC电压下的第二电流，该第二DC电压是适合于对该电池进行充电的。
所提出的车辆是具体用于执行所提出的方法的。
此外，本发明涉及一种用于车辆的充电器，该充电器被配置成将一个电池充电站所能够以第一DC电压提供的电流转换成在第二DC电压下的电流并且通过将所述电流供应至该电池或该车辆来适当地对该电池进行充电。
所提出的充电器是具体用于执行所提出的方法的。
此外，本发明涉及一种用于控制在电池充电站处对车辆电池进行充电的充电过程的充电控制器，其中，该充电控制器包括用于测量该电池充电站所能够提供的电流的电压的一个模块以及用于基于该电池充电站所能够提供的电流的电气特性来切换到该车辆内的不同充电路径的一个模块。
所提出的充电控制器是具体用于执行所提出的方法的。所提出的充电控制器通过多个通信链路与对应车辆的电池和充电器两者保持连通，以便根据对应电池充电站所提供的电流的电气特性来初始化不同的充电条件，并且举例而言，适当地配置该充电器。因此，例如在与车载电力供应系统(即所要求电压)相比低电压下的电流的情况下，该充电控制器可以使用适合于转换该电流的中间电路来激活该充电器并且可以将该电流传输至该充电器的中间电路。
相比之下，如果该车辆的电池所要求的电压(即电气电压)是可直接可用的，该充电控制器就可以将对应的电流直接传输至该电池而无需使该电流路由经过该充电器。
在所提出的充电控制器的一个可能实施例中，该充电控制器包括一个保护模块，所述保护模块用于在该车辆所包括的一个充电器的一个中间电路过载的情况下使该电池充电站与该车辆解除联接。
为了防止该中间电路的过载并且作为结果防止该充电器的过载，该充电控制器可以将该中间电路与该电池充电站(即该电池充电站的电流供应)隔离。为了识别过载，可想到的是使该充电控制器访问用于感测该中间电路的状态或该充电器的状态的传感器系统，例如温度传感器。
在所提出的充电控制器的另一个可能实施例中，该充电控制器包括一个用于通过充电器适配该第一DC电压下的电流到该第二DC电压下的电流的转换效率的模块。
可想到的是将该充电控制器实施为对应车辆所已经包括的控制器中的程序。
为了能够对该充电器中的温度波动(例如作为高转换率或激烈变换过程的结果)作出反应而不中断对应的充电过程，可想到的是适配(例如降低)这种第一电压的电流到第二电压的电流的转换过程或变换过程的效率。这意味着使得该第二电压例如降低5％或10％，从而使得仍然可以给对应车辆的电池进行充电，但可以提供相应更小的变换能力并且产生相应更少的废热。
在所提出的充电控制器的另一个可能实施例中，该充电控制器被配置成基于由针对周围环境和/或该充电器的至少一个传感器所感测到的环境数据来调节对效率的适配。
由于环境影响(例如外界温度或空气湿度)对相应充电器的应力、特别是热应力具有显著影响，该效率或所要求的第二电压是基于对应车辆外部的和/或充电器内部的环境影响来进行适配，以防止例如由充电器过热引起的过载。
本发明的进一步的优点和实施例将从说明书和附图中展现出来。
不言而喻，以上提到的这些特征以及还有待在以下说明的那些特征不但可以在各自指示的组合中使用，而且还可以在其他组合中或者它们单独地使用而不脱离本发明的范围。
附图说明
多个实施例在附图中示意性地示出了本发明并且示意性地并参照附图详细地描述本发明。
图1示出了用于车辆电池的充电系统的示意图，该充电系统具有所提出的充电器的可能实施例和所提出的充电控制器的可能实施例。
图2示出了图1的充电器的详细视图。
具体实施方式
图1示出了电池充电站1，该电池充电站可以用第一电压来给电池3供应电流、即可以对所述电池充电。呈控制器形式的充电控制器5通过通信链路7与电池3保持连通并且通过通信链路6与充电器15保持连通，该充电器被永久地连接到相应的车辆(未示出)上。基于由电池充电站1或另一个电池充电站19提供的电流的电气特性，充电控制器5将相应的电流传输或切换至充电路径9、13或21，当以AC电压提供电流时始终选择路由经过充电器15的充电路径21。
当电池充电站1提供了与电池3的电压相对应的电流时，即当来自电池充电站1的电流的电压与用于对电池3充电所要求的电压相一致时，充电控制器5将来自电池充电站1的电流通过充电路径9直接传输给电池3，以便对电池3进行充电。
如果电池充电站19以AC电压提供电流，则充电控制器5将电池充电站19提供的电流通过充电路径21传输至充电器15，例如在该充电器处电流被变换、整流并且通过路径11输送至电池3。
如果通过电池充电站1仅有比电池3所要求的电压更低的电压下的直流电流可供使用，则充电控制器5通过充电路径13和高压接口17将相应的电流传输至充电器15。充电器15将在比电池3所要求的电压小太多的电压下的电流转换成在适合于对该电池进行充电的电压下的电流并且将经转换的电流通过路径11传输至电池3。
图2示出了充电器15的详细视图，电池充电站1通过高压接口17给该充电器供应具有比电池3所要求的电压小太多的电压的电流。为了将电池充电站1所提供的电流转换成在适合于对电池3进行充电的电压下的电流，如图形25中所展示的，电池充电站1所提供的电流被供应至充电器15的中间电路31并且通过DC-DC转换器来变换。
为了将经变换的电流供应至车载电力供应系统以用于对电池3提供电力，该电流必须移动穿过电气链路33。为此，该电流(其已经由DC-DC转换器转换成更高电压的电流)被斩波成在AC电压27下的电流并且路由经过电气链路33。在与中间电路31相对的一侧，电流被供应至另一个中间电路35，在该另一个中间电路该电流被整流，如用图形29来展示的。
在中间电路35中，中间电路31提供的电压与可能出现的峰值电压一起应用。具体地讲，通过举例的方式，这可以意味着电池充电站1以400伏特电压提供的电流在中间电路31中被升高至800伏特的电压、被斩波、路由经过电气链路33并且在中间电路35被整流，中间电路35中的电流的电压基于峰值电压而可能在700伏特与1200伏特之间或者更高。
接下来，变换成更高电压的经整流的电流被传输至电池3。

Claims (15)

1.一种使用以第一DC电压提供电流的电池充电站来对车辆所包括的电池进行充电的方法，其中由该电池充电站以该第一DC电压输出的电流被供应至该车辆的一个充电器，其中在该第一DC电压下的电流在该充电器内被转换成对该车辆的电池进行充电所要求的在第二DC电压下的第二电流、并且然后被供应给该电池。
2.如权利要求1所述的方法，其中该车辆所包括的一个充电控制器基于由该电池充电站以对应电压提供的对应电流的电气特性而在该车辆的多个不同充电路径之间进行切换，其中至少一个充电路径路由经过该充电器，并且能够使用至少一个另外的路径来直接对该电池进行充电。
3.如权利要求2所述的方法，其中，该充电器包括用于使在该第一DC电压下的电路与在该第二DC电压下的电路隔离的一个电气链路，其中该第一DC电压下的电流在被转换成在该第二DC电压下的电流之后是被转换成交流电流并路由经过该电气链路、并且在该电气链路之后被转换回在该第二电压下的直流电流。
4.如以上权利要求之一所述的方法，其中，该第一DC电压被供应至该充电器的一个中间电路。
5.一种车辆，该车辆具有一个电池、一个充电控制器以及至少一个充电器，其中该车辆能够连接至能够以第一DC电压对该车辆供应电流的一个电池充电站，并且其中该充电控制器被配置成使得如果该第一DC电压低于对该电池进行充电所要求的第二DC电压的话，该充电控制器就将能够从该电池充电站传输至该车辆的电流通过一个电力路径而传输至该充电器，并且其中该充电器被配置成将在该第一DC电压下的电流转换成在该第二DC电压下的第二电流。
6.如权利要求5所述的车辆，其中该充电控制器被额外地配置成使得如果该电池充电站提供了适合于对该电池进行充电的第二DC电压下的电流的话，该充电控制器就将由该电池充电站所提供的电流传输至一个能够直接对该电池进行充电的路径。
7.如权利要求5或6所述的车辆，其中如果该电池充电站被配置成以AC电压提供电流的话，则该充电控制器被配置成将该电池充电站所能够以AC电压提供的电流传输至一个到该充电器的路径，并且其中，该充电器被配置成将AC电压下的电流变换成DC电压下的电流。
8.一种用于车辆的充电器，该充电器被配置成将一个电池充电站所能够以第一DC电压提供的电流转换成在第二DC电压下的电流并且通过将所述电流供应至该车辆或该车辆的一个电池来对该电池进行充电。
9.如权利要求8所述的充电器，其中该充电器包括至少一个DC-DC电源转换器。
10.如权利要求8所述的充电器，其中该充电器包括用于将该第一DC电压转换成该第二DC电压的一个升压转换器。
11.一种用于控制在电池充电站处对车辆电池进行充电的充电过程的充电控制器，其中该充电控制器包括用于测量该电池充电站所能够提供的电流的电压的一个模块、以及用于基于该电池充电站所能够提供的电流的电气特性来切换到该车辆内的不同充电路径的一个模块。
12.如权利要求11所述的充电控制器，其中，该充电控制器包括一个保护模块，该保护模块用于在该车辆所包括的一个充电器的一个中间电路过载的情况下使该电池充电站与该车辆解除联接。
13.如权利要求12所述的充电控制器，其中，该充电控制器包括用于感测该中间电路中的过载的一个温度传感器。
14.如权利要求11至13之一所述的充电控制器，其中，该充电控制器包括一个用于通过充电器适配该第一DC电压下的电流到该第二DC电压下的电流的转换效率的模块。
15.如权利要求14所述的充电控制器，其中，该充电控制器被配置成基于由针对周围环境和/或该充电器的至少一个传感器所感测到的环境数据来调节对效率的适配。
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