CN106240384B - 用于机动车辆的能量供应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对机动车辆的至少两个部件供以电能的能量供应系统，该能量供应系统被安排在该机动车辆中并且具有充电插座(60)，其中至少一个第一部件被实施为能量储存器并且至少一个第二部件被实施为耗能装置，其中该至少一个第一部件具有第一电压并且该至少一个第二部件具有第二电压，其中为了执行充电模式，该机动车辆有待经由该充电插座(60)连接至充电站，该充电站提供具有该第一或该第二电压的电流，通过该能量供应系统(52)可以执行该机动车辆的第一充电模式、第二充电模式、和行驶模式。

Description

用于机动车辆的能量供应系统
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的能量供应系统并且涉及一种用于对机动车辆的至少一个部件供以电能的方法。
背景技术
具有用于使之行驶的电动马达并且被实施为例如电动车辆或混合动力车辆的机动车辆进而具有电能储存器，该电能储存器被实施为高电压电池并且从其对该电动马达供以电能，其结果是电能通过该电动马达转换成机械能。此外，该电能储存器将经由充电站被供应电能并且因此被充电。如果电能储存器的电压与充电站的电压不同，为了对该电能储存器充电，就有必要将该充电站的电压变压成该电能储存器的电压。
作为现有技术，文献US 2008/0215200 A1披露了用于具有可重新配置的多功能转换器的混合动力车辆的一种控制系统，文献US 2009/0121659 A1披露了一种用于电力驱动的机动车辆的充电控制装置以及一种用于储存电能的控制方法，文献US 2010/0231169 A1披露了一种具有储电装置的机动车辆，该储电装置可以充电和放电，文献US 2011/0148353A1披露了一种对机动车辆的能量储存器进行快速充电的装置，文献US 2014/0354195 A1披露了一种用于在电动车辆的充电和放电功能与行驶功能之间进行切换的系统，并且文献US2015/0042159 A1披露了一种用于对电动车辆进行电能转换的装置。
发明内容
在这种背景下，本发明的目的是以对应电压对机动车辆的电能储存器和电气耗能装置独立地供以电能。
这个目的是通过针对能量供应系统和方法的下述1和12的特征来实现的。在下述2-11和13-18和说明书中可以发现该能量供应系统和方法的改进方案。
1.一种用于对机动车辆的至少两个部件供以电能的能量供应系统，该能量供应系统被安排在该机动车辆中并且具有充电插座(60)，其中至少一个第一部件被实施为能量储存器并且至少一个第二部件被实施为耗能装置，其中该至少一个第一部件具有第一电压并且该至少一个第二部件具有第二电压，
-其中为了执行充电模式，该机动车辆有待经由该充电插座(60)连接至充电站，该充电站提供具有该第一电压或该第二电压的电流，
-其中在该充电站具有该第一电压的情况下，该能量供应系统(52，98，112)被设计成以第一充电模式将来自该充电插座(60)的电流传输至该至少一个第一部件，并且
-其中在该充电站具有该第二电压的情况下，该能量供应系统(52，98，112)被设计成以第二充电模式将来自该充电插座(60)的电流从该第二电压变压成该第一电压并且将所述电流传输至该至少一个第一部件，并且其中该能量供应系统(52，98，112)被设计成将来自该充电插座(60)的电流传输至该至少一个第二部件，
-其中该能量供应系统(52，98，112)被设计成用于在该机动车辆的行驶模式中将来自该至少一个第一部件的电流从该第一电压变压成该第二电压并且将所述电流传输至该至少一个第二部件。
2.如上述1所述的能量供应系统，该能量供应系统具有被设计成用于将电流从这两个电压中的一个电压变压成另一个电压且反之亦然的至少一个变压器(62，92，114，120)。
3.如上述2所述的能量供应系统，其中该至少一个变压器具有第一输入端(68)和第一输出端(72)以及第二输入端(70)和第二输出端(74)。
4.如上述3所述的能量供应系统，其中该第一输入端(68)和该第一输出端(72)经由第一路径彼此连接，并且其中该第二输入端(70)和该第二输出端(72)经由第二路径彼此连接，其中沿着该第一路径安排了线圈(76)和第一主动切换元件，并且其中该第一路径和第二路径是经由第二主动切换元件和电容器(84)来彼此连接的。
5.如上述4所述的能量供应系统，其中沿着该第二路径安排了第三主动切换元件。
6.如上述4或5所述的能量供应系统，其中至少一个主动切换元件(78，82，94)被实施为半导体开关，例如场效应晶体管(116，118)或具有绝缘栅极的双极晶体管。
7.如上述3至6之一所述的能量供应系统，其中该至少一个变压器(62，92，114，120)的第一输入端(68)经由第一线路连接至该充电插座(60)的第一输出端(59)，并且该至少一个变压器(62，92，114，120)的第二输入端(70)经由第二线路连接至该充电插座(60)的第二输出端(61)，并且其中该至少一个变压器(62，92，114，120)的所述输出端(72，74)各自经由至少一条另外线路连接至该机动车辆的该至少一个第一部件。
8.如上述7所述的能量供应系统，其中该第一线路具有该第一线路经由其连接至该至少一个第二部件的第一节点，并且其中该第二线路具有该第二线路经由其连接至该至少一个第二部件的一个节点，其中在该充电插座(60)的第一输出端(59)与沿着该第一线路的该第一节点之间安排了保护开关(69，106，122)。
9.如上述8所述的能量供应系统，其中在沿着该第一线路的该第一节点与该至少一个第二部件之间安排了保护开关(108)。
10.如上述7至9之一所述的能量供应系统，其中该第一线路具有该第一线路经由其连接至该至少一个第一部件的第二节点，其中在该第二节点与该至少一个第一部件之间安排了保护开关(124)，该至少一个第一部件经由该保护开关直接连接至该充电插座(60)上。
11.如以上1-10之一所述的能量供应系统，该能量供应系统具有安排在该充电插座(60)与该至少一个第一部件之间的至少一个充电装置(66)。
12.一种用于经由机动车辆的能量供应系统(52，98，112)来对该机动车辆的至少两个部件供以电能的方法，其中至少一个第一部件被实施为能量储存器并且至少一个第二部件被实施为耗能装置，其中该至少一个第一部件具有第一电压并且该至少一个第二部件具有第二电压，
-其中为了执行充电模式，该机动车辆经由该能量供应系统(52，98，112)的充电插座(60)连接至充电站，该充电站提供具有该第一电压或该第二电压的电流，
-其中在该充电站具有该第一电压的情况下，在该能量供应系统(52，98，112)的第一充电模式下电流从该充电插座(60)传输至该至少一个第一部件，并且
-其中在该充电站具有第二电压的情况下，在该能量供应系统(52，98，112)的第二充电模式下，来自该充电插座(60)的电流从该第二电压变压成该第一电压并且被传输至该至少一个第一部件，并且其中来自该充电插座(60)的电流通过该能量供应系统(52，98，112)被传输至该至少一个第二部件，
-其中在具有该能量供应系统(52，98，112)的机动车辆的行驶模式中，来自该至少一个第一部件的电流从该第一电压变压成该第二电压并且被传输至该至少一个第二部件。
13.如上述12所述的方法，其中该第一电压高于该第二电压。
14.如上述12或13所述的方法，其中电流是通过至少一个双向变压器(62，92，114，120)从这两个电压中的一个电压变压成另一个电压，并且反之亦然。
15.如上述14所述的方法，其中直流是通过该至少一个双向变压器(62，92，114，120)来被转换的。
16.如上述12至15之一所述的方法，其中在该第一充电模式中，电流从该充电插座(60)直接传输至该至少一个第一部件。
17.如上述14至16之一所述的方法，其中在该第二充电模式中，来自该充电插座(60)的电流通过该至少一个变压器(62，92，114，120)从该第二电压变压成该第一电压并且被传输至该至少一个第一部件，并且其中来自该充电插座(60)的电流被直接传输至该至少一个第二部件。
18.如上述14至17之一所述的方法，其中在该行驶模式中，来自该至少一个第一部件的电流通过该至少一个变压器(62，92，114，120)从该第一电压变压成该第二电压并且被传输至该至少一个第二部件。
根据本发明的被安排在机动车辆中并且具有充电插座的能量供应系统被设计成用于对该机动车辆的至少两个部件供以电能。至少一个第一部件被实施为能量储存器并且该至少一个第二部件被实施为耗能装置，其中该至少一个第一部件具有第一电压并且该至少一个第二部件具有第二电压。为了执行充电模式，该机动车辆有待经由该充电插座连接至充电站，该充电站根据该充电站的改进方案提供具有该第一或第二电压或第一或第二电压水平的电流。如果该充电站具有该第一电压，则该能量供应系统通常被设计成以第一充电模式将来自该充电插座的电流直接传输至该至少一个第一部件。如果该充电站具有该第二电压，则该能量供应系统被设计成以第二充电模式将来自该充电插座的电流从该第二电压变压成该第一电压并且将所述电流传输至该至少一个第一部件。此外，该能量供应系统通常被设计成以该第二充电模式将来自该充电插座的电流直接传输至该至少一个第二部件。在机动车辆的行驶模式中，该能量供应系统被设计成用于将来自该至少一个第一部件的电流从该第一电压变压成该第二电压并且将所述电流传输至该至少一个第二部件。
在一个改进方案中，该第一电压高于或低于该第二电压。
该能量供应系统通常包括被设计成用于将电流(例如直流)从这两个电压中的一个电压变压成另一个电压且反之亦然的至少一个变压器，例如双向变压器和/或单向变压器，其中该至少一个变压器可以是DC耦合的。
在一个改进方案中，电流是通过使用该至少一个变压器将电压从该第二电压增大至该第一电压或通过将该电压从该第一电压减小至该第二电压来被转换的并且因此被变压的。如果该第一电压低于该第二电压，则使用该至少一个双向和/或单向变压器来将电流从该第一电压增大至该第二电压和/或将电流从该第二电压减小至该第一电压。
该至少一个变压器具有第一输入端和第一输出端以及第二输入端和第二输出端。
在这种背景下，该第一输入端和该第一输出端经由第一路径彼此相连接，而该第二输入端和该第二输出端经由第二路径彼此相连接。沿着该第一路径安排了线圈和第一主动切换元件。此外，第一和第二路径是经由第二主动切换元件和电容器彼此相连接的。
在一个改进方案中，沿着该第二路径安排了第三主动切换元件。
沿着这些路径之一的至少一个保护开关被实施为半导体开关，例如场效应晶体管或具有绝缘栅极(IGBT)的双极晶体管。此外，至少一个主动切换元件可以被实施为二极管或包括二极管。在这种背景下，通常如果沿着该第一路径安排了半导体开关，则二极管与该半导体开关并联连接。
该至少一个变压器的第一输入端经由第一线路连接至该充电插座的第一输出端，并且该变压器的第二输入端经由第二线路连接至该充电插座的第二输出端。该至少一个变压器的这些输出端各自经由至少一条另外的线路连接至该机动车辆的该至少一个第一部件。
通常，该第一线路具有该第一线路经由其连接至该至少一个第二部件的第一节点。该第二线路具有该第二线路经由其连接至该至少一个第二部件的一个节点。在该充电插座的第一输出端与沿着该第一线路的该第一节点之间安排了电气式和/或机械式(例如机电)保护开关。此外，也有可能沿着该第二线路安排电气式和/或机械式保护开关。
此外，在沿着该第一线路的该第一节点与该至少一个第二部件之间安排了电气式和/或机械式保护开关。
另外，该第一线路具有该第一线路经由其连接至该至少一个第一部件的第二节点，其中在该第二节点与该至少一个第一部件之间安排了电气式和/或机械式保护开关。
该能量供应系统可选地具有安排在该充电插座与该至少一个第一部件之间的至少一个充电装置。通过使用这至少一个充电装置将交流电变压和/或转换成直流电。在该至少一个充电装置中，按照惯例，交流电和直流电是电隔离的。
根据本发明的方法被设计成用于经由机动车辆的能量供应系统来对该机动车辆的至少两个部件供以电能，其中至少一个第一部件被实施为能量储存器并且至少一个第二部件被实施为耗能装置。该至少一个第一部件具有第一电压或第一电压水平，并且该至少一个第二部件具有第二电压或第二电压水平。为了执行充电模式，该机动车辆经由该能量供应系统的充电插座连接至充电站，该充电站提供具有该第一或该第二电压的电流。如果该充电站具有该第一电压，则在该能量供应系统的第一充电模式下电流从该充电插座传输至该至少一个第一部件。如果该充电站具有该第二电压，则在该能量供应系统的第二充电模式下来自该充电插座的电流从该第二电压变压成该第一电压并且被传输至该至少一个第一部件。在这种背景下，来自该充电插座的电流通过该能量供应系统从该充电插座通常直接传输至该至少一个第二部件。在具有该能量供应系统的机动车辆的行驶模式中，来自该至少一个第一部件的电流从该第一电压变压成该第二电压并且被传输至该至少一个第二部件。
该第一电压通常高于该第二电压。在替代性的改进方案中，该第一电压低于该第二电压。
电流是通过至少一个双向和/或单向变压器从这两个电压中的一个电压变压成另一个电压的和/或反之亦然。在这种背景下，直流是通过该至少一个双向和/或单向变压器来转换的。
在该第一充电模式中，电流经由闭合的(在其他情况下是断开的)保护开关从该充电插座直接传输至该至少一个第一部件。
在该第二充电模式中，来自该充电插座的电流通过该至少一个变压器从该第二电压变压成该第一电压并且被传输至该至少一个第一部件，其中，来自该充电插座的电流经由闭合的(在其他情况下是断开的)保护开关被直接传输至该至少一个第二部件。
此外，在该行驶模式中，来自该至少一个第一部件的电流通过该至少一个变压器从该第一电压变压成该第二电压并且被传输至该至少一个第二部件。
所描述的能量供应系统和所描述的方法被提供用于具有使其行驶的至少一个电动机器的机动车辆，该电动机器是由作为该至少一个第一部件的能量储存器(例如，高电压电池或DC牵引电池)供应电能的。这至少一个电能储存器具有例如600V或800V的第一高DC电压。
为了进而用电能对该至少一个电能储存器进行充电，该机动车辆的能量供应系统被电连接至充电站，例如固定的充电桩。这个固定的充电桩被设计成用于将来自该固定的供电系统的交流电经由集成在该充电桩中的交流/直流转换器转换成直流电。然而，如果该机动车辆的电能储存器的电压与该充电桩的电压不同，其中该充电桩的电压对应于例如400V或600V的第二低电压，则该机动车辆的能量供应系统具有该至少一个变压器，该变压器被实施为电增压器或电压增压器，通过该变压器该充电桩的第二低电压将被变压成该电能储存器的第一高电压。
这两个不同的电压将以可变化的方式借助于对应的电压区间来限定。在这种背景下，电压区间包括例如为200V或400V的最小值以及600V、700V、800V、1000V或更大的最大值。这两个电压的一个对应值取决于机动车辆的将被供应电能的这些部件并且取决于充电站，该充电站的可能电压例如是国别特定的。
在没有这种变压器的机动车辆的情况下，提供了另外的单独的电气式和/或机械式保护开关，以其将该机动车辆的充电插座切换成无电压状态。然而，在所呈现的能量供应系统中所提供的是，集成在其中的变压器具有至少一个切换保护模块，例如至少一个主动切换元件和/或例如电气式和/或机械式保护开关，其结果为可以省略以上所描述的这些另外的单独保护开关。
在该方法的范围内和/或在能量供应系统的实现方式中还提供了，如果该至少一个变压器以双向的方式实施的，则另外多个部件(通常为机动车辆的、将以该第二低电压运行的耗能装置，该第二低电压也是来自该至少一个电能储存器的第一高电压)也可以通过该变压器被供应电能。
因此，在一个改进方案中，能够通过能量供应系统从充电站或充电桩来供应机动车辆的电能储存器，而该充电站或充电桩具有比该机动车辆的电能储存器更低的电压、与所述电能储存器相同的电压、或在可能的另外一个改进方案中具有比该电能储存器更高的电压。此外，对该机动车辆的耗能装置(其电压与该机动车辆的电能储存器的电压不同，例如电压更低)也将通过该能量供应系统通常使用该变压器来供应电能。
变压器或增压器将“向前”运行来用来自(在一个改进方案中根据规定具有比该机动车辆的电能储存器更低电压的)充电站的电能对该机动车辆的电能储存器进行充电。然而，如果将以比所述电能储存器更低的电压用来自该机动车辆的电能储存器的电能供应该机动车辆的耗能装置的话，则该变压器根据规定将“向后”运行。
该变压器通常是以双向的方式实施的并且是直接连接至该能量供应系统的充电插座上的。然而，如果充电站的电压低于该电能储存器的电压，则该充电站提供的电流将通过该变压器被增大，例如以50％的脉冲占空因数增大。在这种背景下，该机动车辆的与充电站具有相同电压的这些耗能装置直接连接至充电站、但是与变压器断开的。在这方面，这些耗能装置经由保护开关连接至该机动车辆的充电插座、变压器、和电能储存器。在该方法的一个实施例中，机动车辆的这些耗能装置各自根据需要通过断开至少一个保护开关来与该机动车辆的充电插座、变压器、和/或电能储存器断开连接，或者通过闭合至少一个保护开关来连接该充电插座、变压器、和/或电能储存器。
这种耗能装置通常是空调系统的、通常被实施为冷却装置或加热装置的至少一个部件。在一个改进方案中，该变压器具有多个变压器模块(例如四个至六个)，这些模块并联连接并且其数目与两个电压之间将进行的变压无关。因此通过该方法能够使机动车辆的至少一个部件的电压与充电站的对应电压相适配。
从说明书和附图中可以发现本发明的进一步的优点和改进。
当然，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的那些特征不仅能够在对应的特定组合中使用，而且还可在其他组合中使用或者单独地使用而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明是在这些附图中通过多个实施例示意性展示的，并且参照附图予以示意性及详细说明，在附图中：
图1示出了从现有技术获知的机动车辆的充电系统的第一实例的示意性展示，
图2示出了从现有技术获知的用于机动车辆的充电系统的第二实例的示意性展示，
图3示出了从现有技术获知的用于机动车辆的充电系统的第三实例的示意性展示，
图4示出了对具有根据本发明的能量供应系统的第一实施例的机动车辆的安排的第一实例的示意性展示，
图5示出了对具有根据本发明的能量供应系统的第二实施例的机动车辆的安排的第二实例的示意性展示，
图6示出了对具有根据本发明的能量供应系统的第三实施例的机动车辆的安排的第三实例的示意性展示，
图7示出了用于执行根据本发明方法的实施例的第一框架的示意性展示，
图8示出了用于执行根据本发明方法的实施例的第二框架的示意性展示，并且
图9示出了用于执行根据本发明方法的实施例的第三框架的示意性展示。
是以连贯且综合的方式描述这些附图的。相同的参考数字表示相同的部件。
图1所示的机动车辆充电系统2的第一实例包括一个充电插座4、一个变压器6、和两个充电装置8，其中这个充电系统2被实施为该机动车辆的一个部件。在图1中，电池10、功率电子装置12、和电动马达14被示意性地展示为机动车辆的另外部件。
变压器6在此被实施为所谓的没有电隔离并且因此具有DC耦合的400V DC增压器。在此提供的是，变压器6在从50至150kW的功率范围内具有至少98％的效率水平。变压器6的安装空间在此约为6l。此外，变压器6在安装空间方面相对于两个充电装置8中立地实施，这两个充电装置各自具有11kW的功率。
在机动车辆的相对长的行程之后或者出于其他原因，其电池10(在此具有800V的电压)至少部分地或在某些情形下完全放电并且将被供以电能。为此目的，有必要使机动车辆行驶到充电站，该充电站可以400V第二低电压提供直流电和交流电两者。为了给电池10充电，将充电插座4连接至该充电站。来自该充电站的电能的一部分在此作为直流电被传输至变压器6(箭头16)，其中在此流动的直流电具有大约330至350A的电流强度。具有400V第二低电压的直流电或电能通过变压器6变压成800V的第一高电压，其中在此流动的直流电具有200A的电流强度(箭头18)。这个电能被传输至电池10。
此外，这两个充电装置8可从充电插座4获得具有通常为3至32A电流强度的交流电(箭头22)。可从这两个充电装置8的所述交流电提供具有28A的电流强度以及800V第一高电压的直流电(箭头24)。这个直流电也从这两个充电装置8传输至电池10并且与变压器6可提供的直流电叠加(箭头18)。
出于保护原因，电池10在此具有两个保护开关27。在机动车辆的行驶模式中，电能经由功率电子装置12从电池10传输至电动马达14，这些功率电子装置在此具有320kW的功率。
在此被实施为400V DC增压器的变压器6具有150kW的增压功率。在此该变压器6的输入电压范围为200至600V，而输出电压范围为600至1000V。
图2展示的机动车辆充电系统26的第二实例与图1中的充电系统2的第一实例的区别在于：具有另外一个实例的变压器30。另外，在此提供的电池32与图1的电池10不同。总的来说，在图2的示意性展示的安排中提供的是，变压器30(也被实施为400V DC增压器)现在具有保护开关34，而在该机动车辆的电池32中，与图1的安排相反，省略了保护开关27。
在图3中示意性展示的充电系统36的第三实例与以上出现的两个充电系统2、26的区别在于：代替变压器6、30，它具有带有两个保护开关40(S1)和42(S2)的保护装置38，这两个保护开关彼此并联地相连接，其中第一保护开关40是可选的。此外，针对图3中示意性展示的安排所提供的是，两个电动马达14将被供以来自该机动车辆的电池32的电能。
在此，经由保护装置38，电池32可获得具有400A的电流强度和400V的电压的直流电(箭头46)。此外，在通过这两个充电装置8充电的过程中，电池32可以获得具有55A的电流强度和400V电压的直流电(箭头48)。
根据插电式IEC61851(如在2015)的标准，在电池32以直流电快速充电的过程中，在此明白地规定了，直流电正极或直流电负极将在这种充电过程中断开以使得充电插座4被切换成无电压状态。在此呈现的充电系统36实例的情况下，保护装置38的这两个保护开关40、42中的至少一个将被断开。此外，如相对于图1呈现的，还能够将对应的保护开关27直接集成在电池10中。
在图4a中示意性展示的机动车辆安排50的第一实例包括根据本发明的作为机动车辆第一部件的能量供应系统52的第一实施例。作为机动车辆的另外部件，在此呈现的是被实施为电池的电能储存器54(该电池通常是高电压电池、在此具有800V的第一高电压)、具有320kW功率的功率电子装置56、以及电动机器58，其中电动机器58被设计成用于驱动或移动总体上被实施为电动车辆或混合动力车辆的机动车辆。为此，在该机动车辆的行驶模式中，电动机器58可经由功率电子装置56从能量储存器54获得电能。
为了执行充电模式，将机动车辆移动至充电站(在此未示出)并且将能量供应系统52的充电插座60连接该充电站。这个充电插座60具有第一输出端59(正极)和第二输出端61(负极)。在充电过程中，第一量的电能从充电插座60传输至能量供应系统52的DC耦合变压器62。传输此电能的直流电在此具有330A的电流强度(箭头64)。能量供应系统52作为另外的可选部件，在此具有对应的11kW功率的两个电隔离的充电装置66。这些充电装置66(在此被实施为车载充电装置)各自可选地包括电力通信路径(电力线通信，PLC)。
在图4a中出现的变压器的变体62包括第一输入端68和第二输入端70。在这种背景下，变压器62的第一输入端68连接至充电插座60的第一输出端59上。沿着第一输出端59与第一输入端68之间的线路安排了电气式和/或机械式保护开关69，通过该保护开关69来断开和闭合充电插座60的第一输出端59与变压器62的第一输入端68之间输送电流的线路。变压器62的第二输入端70连接至充电插座60的第二输出端61。此外，这个变压器62包括第一输出端72和第二输出端74。
在变压器62内，沿其安排了线圈76和作为主动切换元件的第一半导体开关78的第一路径在第一输入端68与第一输出端72之间延伸。此外，二极管80与半导体开关78并联连接，其中半导体开关78和二极管80一起形成了主动切换元件。在替代性的改进方案中，二极管80被集成在半导体开关78中。变压器62的第二路径在第二输入端70与第二输出端74之间延伸。此外提供的是，这个第二路径是经由作为主动切换元件的第二半导体开关82与沿着该第一路径在线圈76与第一半导体开关78之间的一个节点相连，并且经由电容器84与沿着该第一路径在第一半导体开关78与二极管80之间的节点相连并且与变压器62的第一输出端72相连。
在充电过程中，取决于安排了充电插座60的充电站处的电压，变压器62的第一输入端68可通过充电插座60的第一输出端59获得具有330A的电流强度和400V或800V的直流电压的直流电(箭头64)。在此电能储存器54可从变压器62的第一输出端72获得200A电流强度和800V电压的直流电(箭头86)。
此外，在充电过程中，这两个充电装置66可从充电插座60获得3至32A电流强度的交流电(箭头65)。进而，电能储存器54可通过这两个充电装置66获得28A电流强度和800V电压的直流电(箭头90)。
图4b示出了变压器的变体92，该变压器也被实施为具有150kW功率的400V增压器、并且在能量供应系统52的该实施例中可以用作图4a所示的变压器62的替代方案。在图4b中示意性展示的变压器的变体92与图4a的变压器的变体62的区别在于具有额外的部件(具体为第三半导体开关94)作为主动切换元件，该部件在此是沿着变压器92的第二路径、平行于沿着第一输入端68与第一输出端72之间的第一路径的线圈76安排的。
通过在相应的变压器62、92中提供被实施为半导体开关78、82、94的这些主动切换元件，就确保了充电插座60在机动车辆的行驶模式中是无电压的，其结果为能够省略另外的保护开关。例如至少一个这样的半导体开关78、82、94被实施为FET或IGBT。如果除了使用安全性之外还要求冗余停用，则如参照图4b中的变压器92所示，就有可能沿着第二输入端70与第二输出端74之间的第二路径提供额外的集成半导体开关94来作为主动切换元件。然而，如图4a所展示，这个半导体开关94是可选的。在一个改进方案中，替代地有可能沿着第二输出端61与第二输入端70之间的线路安排电气式和/或机械式保护开关71，如图5和图6所指示。
如果该安排50的、并且因此能量供应系统52的充电插座60被连接至400V电压的充电站上来对能量储存器54充电，则保护开关69闭合并且400V电压的电能通过变压器62、92被变压成800V电压。通过变压器62、92将此电能传输至能量储存器54。如果充电站已经具有800V的电压，则保护开关69断开并且因此与充电插座60和充电站断开。因此，电能可以在绕过变压器62、92的情况下、经由多个线路(在此未进一步示出)从充电插座60直接输送至能量储存器54。
参照图5示意性展示的机动车辆安排96的第二实例类似于图4a的第一安排50而具有电能供应系统98，该电能供应系统与图4a的能量供应系统52的区别仅在于具有多条额外的线路，通过这些线路它可以连接至另外的部件上(通常为机动车辆的耗能装置上)、具体连接至空调处理器100上并且连接至具有PTC电阻器的加热装置102上。在此提供的是，空调处理器100和加热装置102彼此并联连接、并且以第二低电压或400V电压水平运行。
在此呈现的能量供应系统98的实施例中，沿着充电插座60的第一输出端59(正极)与变压器62的第一输入端68之间的线路安排了第一保护开关106(在此为电气式和/或机械式式的)。在第一保护开关106与第一输入端68之间的节点处分支去到空调处理器100和加热装置102的第一额外线路具有第二保护开关108(在此为电气式和/或机械式的)。此外，去到空调处理器100和加热装置102的第二线路在沿着充电插座60的第二输出端61(负极)与变压器62的第二输入端70之间的线路的一个节点处分支出去。在这种背景下，沿着这条第二线路安排了另外一个可选的电气式和/或机械式保护开关71，这条第二线路可以通过保护开关71来闭合和断开以便在第二输出端61与第二输入端70之间输送电流。
在此所示的能量供应系统的实施例的变体98中，可想到的是用具有图4b的额外半导体开关94的变压器92来替代在此展示的变压器62。
通过提供在此呈现的电能供应系统98的第二实施例，现在多个部件(具体为空调处理器100和加热装置102)在机动车辆内能够用作另外的耗能装置，这些部件在此将以仅400V的第二低电压来运行，而该机动车辆的其他部件(具体为电能储存器54、功率电子装置56、和电动机器58)在此各自具有800V的第一高电压。
在机动车辆的行驶模式中提供的是，能量供应系统98的第一保护开关106断开，而第二保护开关108闭合。因此，能够将电能作为直流电以800V的第一高电压从电能储存器54输送至变压器62，该变压器在此以双向方式实施，其中该电能在此通过双向变压器62被变压成400V的第二低电压、并且是空调处理器100和加热装置102可获得的。
此外，通过在此所示的安排96以及能量供应系统98，能够执行充电模式的不同变体。如果充电插座60连接至可提供400V电压的充电站上，则能够闭合这两个保护开关106、108并且因此能够向空调处理器100和加热装置102供以电能。因此，能够对空调处理器100和加热装置102进行预调节，其中机动车辆的能量储存器54在充电过程中必须使用例如空调处理器100来冷却。此外，电流被输送至该变压器的第一输入端68、从第二电压变压成第一电压、并且可提供给该电能储存器，如箭头86所示。
如果在充电模式的另外一个变体中提供了经由充电插座60用来自充电站的电流(在此为800V的第一高电压)对电能储存器54进行快速充电，则在充电插座60与变压器62之间的保护开关71、106在此闭合并且第二保护开关108断开以保护空调处理器100和加热装置102，其结果为该电流可以经由变压器62从充电插座60输送至电能储存器54。在这种情形下，空调处理器100和加热装置102基于断开的第二保护开关108而被切换成无电压状态。
如果对于安排96的这个改进方案还提供了向这两个耗能装置(即，空调处理器102和加热装置104)以第二低电压供应电能的话，则保护开关71、106断开并且保护开关108闭合。于是可通过能量储存器54经由变压器62对这些耗能装置提供此时具有第二降低的电压的电流。
如果代替图5所示的变压器62而将图4b中出现的具有额外半导体开关94的变压器92用于在此出现的能量供应系统98中，则由此可以增大机动车辆的使用安全性并且可以防止该机动车辆变得失去移动能力。
图6a中示意性展示的机动车辆安排110的第三实例与图4a和图5中的安排的区别在于具有电能供应系统112的第三实施例，该电能供应系统尤其具有变压器的另外一个变体114，该变体与以上图4a、4b、和图5中出现的变压器的变体62和92不同。
在此，沿着在这个变压器114的位于第一输入端68与第一输出端72之间的第一路径、在变压器114内靠近线圈76代替半导体开关78和二极管80安排了第一场效应晶体管116来作为主动切换元件。此外，在这个第一路径与变压器114的第二路径之间还代替第二半导体开关82安排了第二场效应晶体管118作为主动切换元件，该第二场效应晶体管在此在该第二输入端70与第二输出端74之间延伸。
在能量供应系统112的这个实施例内，在图6b中展示的变压器的另外变体120将被用作图6a中所示的变压器的变体的替代方案，其中变压器的这个变体120与图6a中的变压器的变体114的区别在于具有额外的可选的半导体开关94作为沿着该第二路径的主动切换元件。
针对所呈现的能量供应系统52、98、112的所有实施例，在此出现的变压器的所有变体60、92、114、120都可以互换。
图6a的能量供应系统112的第三实施例类似于图5的能量供应系统98的第二实施例，不仅具有在这些耗能装置(即，空调处理器100和加热装置102)与沿着在变压器114的第二输入端70和充电插座60的第二输出端61之间的线路的节点之间的线路、并且还具有以下线路：这个能量供应系统112可以经由该线路直接连接至作为机动车辆的另外部件的空调处理器100和加热装置102上。在此提供的是，空调处理器100和加热装置102彼此并联连接并且连接保护开关108、经由一个节点连接能量供应系统112的充电插座60的第一输出端59与变压器114的第一输入端68之间的线路。
在这种背景下，与图5的第二实施例相反，沿着充电插座60的第一输出端与变压器114的第一输入端68之间的线路安排了第一保护开关122(在此为电气式和/或机械式的)，其中这个第一保护开关122位于充电插座60与该线路分支去到空调处理器100和加热装置102的节点之间。此外，在充电插座60的第一输出端59与第一保护开关122之间安排了另外一个节点，经由该节点可以提供从充电插座60的第一输出端59到机动车辆的电能储存器54的直达线路，如果沿着这条线路的第二保护开关124(在此为电气式和/或机械式的)被闭合的话。因此在充电插座60连接至可提供800V的第一高电压的电流的充电站的事件中，能够将这个电流经由闭合的第二保护开关124直接输送至电能储存器54。
如果在充电过程中或充电模式期间，充电插座60连接至可以400V电压提供电流的充电站上，则通过闭合第一保护开关122和断开第二保护开关124能够将400V的第二相对低电压的电流输送至变压器114和空调处理器100以及加热装置102。如以上所描述的，具有该第二电压的电流将被变压器114变压成具有该第一电压的电流并且可提供机动车辆的电能储存器54。
此外，来自充电插座60的400V第二低电压的电流可以在第一保护开关122闭合时继续输送至空调处理器100和加热装置102，由此这些装置也可以在充电模式中运行。
另外，在能量供应系统112的第三实施例中能够集成一个额外的保护开关108，如从图5中已知的，由此空调处理器100和加热装置102甚至在保护开关122被闭合时也会与充电插座60断开。
通过在所呈现的能量供应系统52、98、112的这些实施例中提供电气式和/或机械式(例如，机电)保护开关69、71、106、108、122、124，尤其能够使用机动车辆的多个在400V的第二低电压下运行的额外部件(在此为例如空调处理器100和加热装置102)，并且因此不必在此进行重新设计或提供800V第一高电压。
第一输入端68与第一输出端72之间的第一路径通过图4b和6b中的变压器的变体92、120被电停用，由此防止了相应的机动车辆变得失去移动能力并且会增加其使用安全性。由于额外的半导体开关94，第二输入端70与第二输出端74之间的第二路径可以在对应的变压器92、120中被停用。因此，经过这两条路径的电流可以被冗余地停用。
考虑目前(2015)提供的标准IEC 61851-1、-21、-22、-23、ISO FDIS17409，可想到的是，甚至经由电池储存器中的额外保护开关(例如主保护开关)，也能够确保充电线路的停用以及对充电插座60的接触保护。由于在电能储存器54中主保护开关必须不闭合，因此可想到的是，从使用安全性的观点来看，保护性粘合剂可以致使机动车辆变得失去动力。所谓的简单ISO错误可能是由充电插座60的脏污造成的并且可能发出警报信息。
关于根据本发明方法的实施例的执行，参考了图7的简图。在这种背景下，通过使用能量供应系统52、98、112，如图4至图6所呈现的，能够经由充电站的第一变体128(具有800V第一高电压)以及经由充电站的第二变体130(具有400V第二低电压)对机动车辆的多个部件126进行充电。由于针对400V第二低电压的可扩展插入技术，充电站的第二变体130能够提供高达350A的电流，由此，在实施该方法的实施例时电流极限将被拓宽。在以第一高电压的充电站第一变体128中，可以获得具有800V电压和上至200A电流强度的电流。此外，电压水平或电压范围可以扩展至最大1000V。功率水平在此可以达到高达160kW。对机动车辆的对应部件126而言，因此通过电流增大与电压增大的组合，实现了高达250kW的充电功率。
当执行该方法的实施例并且使用能量供应系统52、98、112时，还能够同时对机动车辆的具有不同电压的部件126供以电能。
图8的简图中所描述的方法的实施例涉及对机动车辆的电能储存器54充电，该电能储存器54将经由变压器62、92、114、120和充电插座60连接至充电站。该方法的这个实施例在第一步骤200中以充电请求开始。
在随后的第二步骤202中，检查了能量储存器54的电压是否低于充电站的最大电压。如果能量储存器54的电压低于充电站的最大电压(是)，则在第三步骤204中直接对能量储存器54充电。在这种背景下，越过变压器62、92、114、120将电流直接传导到能量储存器54。然而，如果在第二步骤202中出现能量储存器54的电压高于或等于充电站的最大电压，则在替代性的第四步骤206中，从该充电站经由变压器62、92、114、120对能量储存器54充电。
在能量供应系统112的第三实施例的情况下，在这方面提供的是，如果来自充电站和充电插座60的电流被直接传导至能量储存器54，则保护开关71、122断开并且第二保护开关124闭合。然而，如果经由变压器114、120对能量储存器54充电，则保护开关71、122闭合，而保护开关124断开。在这种背景下，能量储存器54是经由变压器62、92、114、120被充电至能量储存器54的电压的。
在经由变压器62、92、114、120对能量储存器54充电的过程中，能量储存器54的当前电压根据能量储存器54的对应的当前电量状态(SOC)而连续增大。
在这种背景下，可能的情况是，根据能量储存器54与充电站的电压的当前比率(这可以在第二步骤202中周期性进行检查)，而可以在第三步骤204与第四步骤206之间执行转换。此外，在第五步骤208中，检查能量储存器54是否充满。如果已经充满(是)，则该方法以最后的第六步骤210结束。如果能量储存器54还没有充满(否)，则该方法从第五步骤208开始、以第二步骤202继续。
图9的简图包括横坐标220，沿着该横线绘制的是时间。沿着这个简图的纵坐标222绘制的是电压。平行于横坐标220安排的第一直线224指示了充电站的最大电压的常数值。第二直线226指示了能量储存器54的、在该方法范围内依赖于时间的电压。平行于这条第二直线226安排了第三直线228，所述第三直线228指示了以其将电能提供给能量储存器54的或使其可供能量储存器使用的、依赖于时间的电压。在这种背景下，被提供用于充电的这个电压略微高于能量储存器54的电压。
此外，沿着横坐标220指示了在充电过程中、从充电过程开始时的第一时刻232延伸至第二时刻234的第一时间区间230。在这种背景下提供的是，第三直线228指示的电压低于充电站的最大电压。当执行该方法时，电能直接从充电插座60充入能量储存器54中，其中变压器62、92、114、120是停用的。只要用于对能量储存器54充电的电压(第三直线228)高于充电站的最大电压，变压器62、92、114、120就从第二时刻234开始启用，并且将电能从充电站的低电压变压成能量储存器54的相对高电压。该方法在能量储存器54充满的第三时刻236结束。
在该方法的范围内，考虑了不同幅值或水平的两个电压，所述电压通常在例如至少大约100V至大约1000V的电压范围内变化。在一个改进方案中，这两个电压中的较低者具有的值是从200V开始、通常是从400V上至600V。相反，这两个电压中的较高者具有的值是从600V开始、通常是从800V至1000V。

Claims (15)

1.一种用于对机动车辆的至少两个部件供以电能的能量供应系统，该能量供应系统被安排在该机动车辆中并且具有充电插座(60)，其中至少一个第一部件被实施为能量储存器并且至少一个第二部件被实施为耗能装置，其中该至少一个第一部件具有第一电压并且该至少一个第二部件具有第二电压，
-其中为了执行充电模式，该机动车辆有待经由该充电插座(60)连接至充电站，该充电站提供具有该第一电压或该第二电压的电流，
-其中在该充电站具有该第一电压的情况下，该能量供应系统(52，98，112)被设计成以第一充电模式将来自该充电插座(60)的电流传输至该至少一个第一部件，并且
-其中在该充电站具有该第二电压的情况下，该能量供应系统(52，98，112)被设计成以第二充电模式将来自该充电插座(60)的电流从该第二电压变压成该第一电压并且将所述电流传输至该至少一个第一部件，并且其中该能量供应系统(52，98，112)被设计成将来自该充电插座(60)的电流传输至该至少一个第二部件，
-其中该能量供应系统(52，98，112)被设计成用于在该机动车辆的行驶模式中将来自该至少一个第一部件的电流从该第一电压变压成该第二电压并且将所述电流传输至该至少一个第二部件；
该能量供应系统具有被设计成用于将电流从这两个电压中的一个电压变压成另一个电压且反之亦然的至少一个变压器(62，92，114，120)；其中该至少一个变压器具有第一输入端(68)和第一输出端(72)以及第二输入端(70)和第二输出端(74)；
其中该第一输入端(68)和该第一输出端(72)经由第一路径彼此连接，并且其中该第二输入端(70)和该第二输出端(72)经由第二路径彼此连接，其中沿着该第一路径安排了线圈(76)和第一主动切换元件，并且其中该第一路径和第二路径是经由第二主动切换元件和电容器(84)来彼此连接的。
2.如权利要求1所述的能量供应系统，其中沿着该第二路径安排了第三主动切换元件。
3.如权利要求1或2所述的能量供应系统，其中至少一个主动切换元件(78，82，94)被实施为半导体开关。
4.如权利要求1至2之一所述的能量供应系统，其中该至少一个变压器(62，92，114，120)的第一输入端(68)经由第一线路连接至该充电插座(60)的第一输出端(59)，并且该至少一个变压器(62，92，114，120)的第二输入端(70)经由第二线路连接至该充电插座(60)的第二输出端(61)，并且其中该至少一个变压器(62，92，114，120)的所述输出端(72，74)各自经由至少一条另外线路连接至该机动车辆的该至少一个第一部件。
5.如权利要求4所述的能量供应系统，其中该第一线路具有该第一线路经由其连接至该至少一个第二部件的第一节点，并且其中该第二线路具有该第二线路经由其连接至该至少一个第二部件的一个节点，其中在该充电插座(60)的第一输出端(59)与沿着该第一线路的该第一节点之间安排了保护开关(69，106，122)。
6.如权利要求5所述的能量供应系统，其中在沿着该第一线路的该第一节点与该至少一个第二部件之间安排了保护开关(108)。
7.如权利要求4所述的能量供应系统，其中该第一线路具有该第一线路经由其连接至该至少一个第一部件的第二节点，其中在该第二节点与该至少一个第一部件之间安排了保护开关(124)，该至少一个第一部件经由该保护开关直接连接至该充电插座(60)上。
8.如权利要求1至2之一所述的能量供应系统，该能量供应系统具有安排在该充电插座(60)与该至少一个第一部件之间的至少一个充电装置(66)。
9.如权利要求1或2所述的能量供应系统，其中至少一个主动切换元件(78，82，94)被实施为场效应晶体管(116，118)或具有绝缘栅极的双极晶体管。
10.一种用于经由机动车辆的能量供应系统(52，98，112)来对该机动车辆的至少两个部件供以电能的方法，其中至少一个第一部件被实施为能量储存器并且至少一个第二部件被实施为耗能装置，其中该至少一个第一部件具有第一电压并且该至少一个第二部件具有第二电压，
-其中为了执行充电模式，该机动车辆经由该能量供应系统(52，98，112)的充电插座(60)连接至充电站，该充电站提供具有该第一电压或该第二电压的电流，
-其中在该充电站具有该第一电压的情况下，在该能量供应系统(52，98，112)的第一充电模式下电流从该充电插座(60)传输至该至少一个第一部件，并且
-其中在该充电站具有第二电压的情况下，在该能量供应系统(52，98，112)的第二充电模式下，来自该充电插座(60)的电流从该第二电压变压成该第一电压并且被传输至该至少一个第一部件，并且其中来自该充电插座(60)的电流通过该能量供应系统(52，98，112)被传输至该至少一个第二部件，
-其中在具有该能量供应系统(52，98，112)的机动车辆的行驶模式中，来自该至少一个第一部件的电流从该第一电压变压成该第二电压并且被传输至该至少一个第二部件；
其中电流是通过至少一个变压器(62，92，114，120)从这两个电压中的一个电压变压成另一个电压，并且反之亦然；
其中该至少一个变压器具有第一输入端(68)和第一输出端(72)以及第二输入端(70)和第二输出端(74)；
其中该第一输入端(68)和该第一输出端(72)经由第一路径彼此连接，并且其中该第二输入端(70)和该第二输出端(72)经由第二路径彼此连接，其中沿着该第一路径安排了线圈(76)和第一主动切换元件，并且其中该第一路径和第二路径是经由第二主动切换元件和电容器(84)来彼此连接的。
11.如权利要求10所述的方法，其中该第一电压高于该第二电压。
12.如权利要求10所述的方法，其中直流是通过该至少一个变压器(62，92，114，120)来被转换的。
13.如权利要求10或11所述的方法，其中在该第一充电模式中，电流从该充电插座(60)直接传输至该至少一个第一部件。
14.如权利要求10所述的方法，其中在该第二充电模式中，来自该充电插座(60)的电流通过该至少一个变压器(62，92，114，120)从该第二电压变压成该第一电压并且被传输至该至少一个第一部件，并且其中来自该充电插座(60)的电流被直接传输至该至少一个第二部件。
15.如权利要求10所述的方法，其中在该行驶模式中，来自该至少一个第一部件的电流通过该至少一个变压器(62，92，114，120)从该第一电压变压成该第二电压并且被传输至该至少一个第二部件。
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