CN110014889B - 对具有电驱动器的车辆的低电压车载网络的供电 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于具有电驱动装置的车辆(12)的充电站(10)，其中所述充电站(10)被实施成用于对所述车辆(12)的高电压能量储存器进行充电，所述充电站包括：高电压供应装置(14)，和高电压连接装置(16)，其用于将所述高电压供应装置(14)连接到所述车辆(12)的高电压能量储存器，其中所述充电站(10)具有低电压供应装置(18)和用于连接到所述车辆(12)的低电压车载网络的单独的低电压连接端子(20)，其中所述低电压车载网络能够独立于所述高电压连接装置(16)经由所述低电压连接端子(20)被供应电能。

Description

对具有电驱动器的车辆的低电压车载网络的供电
技术领域
本发明涉及一种用于具有电驱动器的至少一个车辆的充电站，其中所述充电站被实施成用于对所述车辆的高电压能量储存器进行充电，所述充电站包括高电压供应装置和高电压连接装置，该高电压连接装置用于将所述高电压供应装置连接到所述车辆的高电压能量储存器。
背景技术
这种充电站用于以高电压直流电压和直流电流给具有电驱动器的车辆的电能储存器充电，从而提供用于给这些车辆快速充电的大的电功率。这些车辆可以是纯电力驱动的，作为所谓的电动车辆，或者除了电驱动器之外还具有另一个驱动装置，例如具有燃烧发动机。后一种车辆通常被称为混合动力车辆。
因此，快速充电涉及一种用于驱动车辆的可再次充电的高电压能量储存器。该能量储存器(通常也被称为驱动电池或高电压电池)包括多个单独的储存器单元，这些储存器单元并联连接和/或串联连接，以便提供用于驱动车辆所需的高电压直流电压和直流电流。
此外，车辆通常实施有低电压车载网络，如目前常见的车辆中所使用的。该车载网络在乘用车辆中在大多数情况下是基于12V的电源电压。低电压车载网络用于给车辆中的所有其他耗电设备供电。因此，低电压车载网络通常包括单独的能量储存器，其通常被称为低电压车载网络电池。
为了可以实现对高电压能量储存器的快速充电，低电压车载网络(包括在其中使用的低电压车载网络电池)必须是可运行的。这对于实现车辆与充电站之间的通信是必要的。这种通信是用于在充电站处启动对高电压能量储存器的充电过程的前提条件。此外，在车辆中使用的、需要高的接通电流的车辆接触器必须以来自低电压车载网络的能量来切换。车辆接触器作为安全装置被连接在可再次充电的高电压能量储存器的上游，使得车辆、更具体地说可再次充电的高电压能量储存器可以在接触器被致动之后才经由充电站被充电。
因此，为了执行充电初始化并且为了接通车辆接触器，还需要必须能够从低电压车载网络中获取最小量的能量。因此，必须通过低电压车载网络电池来提供能量并且因此将能量储存在其中。因此，低电压车载网络电池的放电可能导致可再次充电的高电压能量储存器在连接到充电站时无法被充电。
当车辆在较长的时间段上不被使用时，低电压车载网络电池例如可能发生放电，因为当前车辆在不使用时被置于待机模式下，例如以便识别通过远程操作来操纵对该车辆的解锁。例如当车辆照明装饰或其他耗电设备有意或无意地在更长的时间上被启动时，低电压车载网络电池也可能容易发生放电。
虽然随着放电的进行，低电压车载网络电池可以通过高电压能量储存器被再充电。但是如果高电压能量储存器达到其充电下限，或者例如出于热学原因无法对低电压车载网络电池再充电时，则低电压车载网络电池完全放电，其方式为使得即使在例如改变了热学条件的情况下也无法再实现从高电压能量储存器进行再充电。于是，既不能启动车辆、也不能为车辆充电。
在这种情况下，只能通过外部电池充电设备给低电压车载网络充电。但是，这些电池充电设备并不总是触手可及或者可用的。替代性地，也可以对低电压车载网络电池进行更换，以使车辆再次做好使用准备。然而，这对于当前车辆而言可能是有问题的，因为车载网络由于更换而暂时被完全停用了。这可能有时需要激活车辆部件，这是高耗费且复杂的。
虽然已知了用于充电站的充电插头，所述充电插头除了高电压之外还提供用于运行低电压车载网络的低电压。然而，出于上述原因，这仅在低电压车载网络电池具有足够能量时，可以通过充电插头来开始供电。在低电压车载网络电池过度放电的情况下，经过充电插头的低电压也无法帮助开始车辆的充电过程。
就此而言，在DE 10 2015 006 205A1中公开了一种用于给机动车辆的高电压电池充电的充电组件。该充电组件具有用于与机动车辆外部的第一电源联接的第一接口、以及第一联接装置。该第一接口可以经由第一联接装置与高电压电池联接，以便对高电压电池充电。此外，该充电组件具有用于与机动车辆外部的第二电源联接的第二接口，该第二接口能够经由不同于车辆的第一联接装置的第二联接装置与机动车辆的电气部件相联接，以便在机动车辆外部给该机动车辆的电气部件供电。
此外，从US 9 505 318B2中已知一种电动车辆充电系统。该电动车辆充电系统包括一个或多个系统电力控制模块(SPCM)以及车辆充电站(VCS)。SPCM电流从电流源被分配到VCS，并且VCS将电力分配给一个或多个电动车辆。另一种电动车辆的充电系统包括SPCM、VCS、用于监测和控制充电系统的车队管理系统(FMS)、以及用于交换信息的通信网络。一种用于管理多个电动车辆的系统包括插接模块，该插接模块被配置成用于从多个电动车辆、管理软件、通信网络、以及智能设备中的至少一个的车载诊断系统中收集并存储信息。软件应用程序用于显示系统信息。
发明内容
因此，基于上述的现有技术，本发明的基本目的是给出一种用于具有上述类型的电驱动器的车辆的充电站，所述充电站即使在低电压车载网络发生故障或者是在深度放电的情况下也可以以简单的方式实现给车辆充电。
根据本发明，该目的的解决方案是通过下述1的特征来实现的。在下述2-10中给出本发明的有利设计方案：
1.一种用于具有电驱动器的车辆(12)的充电站(10)，其中所述充电站(10)被实施成用于对所述车辆(12)的高电压能量储存器进行充电，所述充电站包括
高电压供应装置(14)，和
高电压连接装置(16)，其用于将所述高电压供应装置(14)连接到所述车辆(12)的高电压能量储存器，
其特征在于，
所述充电站(10)具有低电压供应装置(18)和用于连接到所述车辆(12)的低电压车载网络的单独的低电压连接端子(20)，其中所述低电压车载网络能够独立于所述高电压连接装置(16)经由所述低电压连接端子(20)被供应电能。
2.根据上述1所述的充电站(10)，其特征在于，
所述低电压供应装置(18)被实施成用于提供12V、24V、48V和/或60V的直流电压。
3.根据上述1或2之一所述的充电站(10)，其特征在于，
所述低电压连接端子(20)具有电触点(30)，其用于与连接到所述车辆(12)的低电压车载网络的电端子接触。
4.根据上述1-3之一所述的充电站(10)，其特征在于，
所述低电压供应装置(18)具有电压转换器(22)，所述电压转换器与所述高电压供应装置(14)电连接，其中
所述低电压供应装置(18)被实施成用于经由所述电压转换器(22)向所述低电压连接端子(20)供应来自所述高电压供应装置(14)的电能。
5.根据上述1-4之一所述的充电站(10)，其特征在于，
所述充电站(10)具有变压器(24)，并且
所述低电压供应装置(18)经由所述变压器(24)连接到交流电压源(26)，并且
所述变压器(24)被实施成用于将所述交流电压源(26)的电压变换为合适的低电压，以便经由所述低电压供应装置(18)给所述低电压连接端子(20)供电。
6.根据上述1-5之一所述的充电站(10)，其特征在于，
所述充电站(10)具有控制装置(32)，所述控制装置被实施成用于通过所述低电压供应装置(18)来控制对所述低电压连接端子(20)的电能供应。
7.根据上述6所述的充电站(10)，其特征在于，
所述充电站(10)具有用于检测连接到所述低电压连接端子(20)的外部电压的测量装置，并且
所述控制装置(32)被实施成根据所检测到的外部电压来控制对所述低电压连接端子(20)的电能供应。
8.根据上述7所述的充电站(10)，其特征在于，
所述控制装置(32)被实施成用于根据所检测到的外部电压来检测与所述低电压连接端子(20)连接的所述低电压车载网络的极性，并且根据所检测到的极性来控制对所述低电压连接端子(20)的电能供应。
9.根据上述7或8之一所述的充电站(10)，其特征在于，
所述控制装置(32)被实施成用于根据所检测到的外部电压来检测与所述低电压车载网络的正确连接，并且根据与所述低电压车载网络的正确连接来控制对所述低电压连接端子(20)的电能供应。
10.根据上述6至9之一所述的充电站(10)，其特征在于，
所述充电站(10)具有操作装置，并且
用于控制对所述低电压连接端子(20)的电能供应的所述控制装置能够通过所述操作装置被激活并且可选地被配置。
因此，根据本发明提出了一种用于具有电驱动器的车辆的充电站，其中所述充电站被实施成用于对所述车辆的高电压能量储存器进行充电，所述充电站包括高电压供应装置和高电压连接装置，该高电压连接装置用于将所述高电压供应装置连接到所述车辆的高电压能量储存器，其中所述充电站具有低电压供应装置和用于连接到所述车辆的低电压车载网络的单独的低电压连接端子，其中所述低电压车载网络能够独立于所述高电压连接装置经由所述低电压连接端子被供应电能。
因此，本发明的基本思想是，利用充电站而不依赖于高电压连接装置额外地提供低电压，借助所述低电压可以运行车辆的低电压车载网络，或者借助所述低电压可以给低电压车载网络电池充电。如果低电压车载网络电池具有足够的电量，则可以通过它来运行车辆的低电压车载网络。因此，可以在充电站处并通过充电站直接对低电压车载网络电池进行充电。因此，即使在具有深度放电的低电压车载网络电池的车辆中，其高电压能量储存器也可以在充电站处被充电。同样实现了：即使在低电压车载网络电池放电和/或有缺陷时，也能够再次启动车辆，其方式为使得车辆的低电压车载网络如下地被激活：使得可以通过车辆内部的DC/DC转换器从高电压能量储存器对车辆的低电压车载网络进行供电。由此，例如可以继续驾驶车辆直到附近的修理车间。
因此，充电站与低电压车载网络的连接直接通过低电压连接端子来实现。这可以根据目前在燃烧发动机领域所已知的启动辅助装置的方式来实现，其中自身的低电压车载网络电池与外部提供的低电压桥接。在此优选地，可以在没有预先通信或车辆与充电站之间不存在“握手”方式的情况下提供电能。
该高电压供应装置涉及一种用于对车辆的高电压能量储存器进行充电或快速充电的电能供应装置。该高电压供应装置通常被实施成用于提供几百伏的充电电压以及同样很大的充电电流。该高电压供应装置通常提供直流电压。
该高电压连接装置可以被实施成具有标准连接插头的连接线缆，其用于将高电压电能供应装置与车辆的高电压能量储存器连接。替代性地，高电压连接装置例如可以被实施为充电插座，以便将车辆的对应线缆连接到其上，或者以便与车辆和高电压连接装置之间的单独线缆进行连接。
低电压供应装置涉及一种用于为车辆的低电压车载网络提供电能的供应装置。低电压供应装置通常被实施成用于提供小于60伏的充电电压。低电压供应装置通常提供直流电压。
低电压连接端子被实施成用于连接车辆的低电压车载网络，并且独立于高电压连接装置。连接端子可以被实施成不同的，以便与车辆的低电压车载网络建立连接。在此，尤其要确保运行安全。
在本发明的有利设计方案中，所述低电压供应装置被实施成用于提供12V、24V和/或48V的直流电压。对应的低电压用于各种车辆，使得这些车辆可以将其低电压车载网络与低电压连接端子连接。优选地，低电压供应装置被实施成用于替代地或同时提供所述直流电压中的多个直流电压。相对应地，低电压连接端子可以实施有例如电触点或端子，其用于同时提供多个直流电压。替代性地，低电压供应装置可以在这些直流电压之间切换。
在本发明的有利设计方案中，所述低电压连接端子具有电触点，其用于与连接到所述车辆的低电压车载网络的电端子接触。触点可以实现与不同电端子的通用接触。触点和端子本身是在现有技术中已知的。
在本发明的有利设计方案中，所述低电压供应装置具有电压转换器，所述电压转换器与所述高电压供应装置电连接，其中所述低电压供应装置被实施成用于经由所述电压转换器向所述低电压连接端子供应来自所述高电压供应装置的电能。因此，在低电压连接端子处通过由高电压供应装置供电来供应电能。因此，低电压供应装置不需要自身与外部电源连接，这简化了充电站的安装。电压转换器在此被实施为降压转换器，其将高电压供应装置的高电压转换为低电压。电压转换器可以直接提供在低电压连接端子处所提供的低电压，或者提供可以进一步转换的中间电压。
在本发明的有利设计方案中，所述充电站具有变压器，所述低电压供应装置经由所述变压器连接到交流电压源，并且所述变压器被实施成用于将所述交流电压源的电压变换为合适的低电压，以便经由所述低电压供应装置给所述低电压连接端子供电。
因此，低电压供应装置可以独立于高电压供应装置来运行，例如甚至在高电压供应装置故障的情况下。原则上，低电压供应装置也可以连接到单独的交流电压源。优选地，低电压供应装置包括整流器，以便将交流电压源的交流电压转换为用于供应给低电压连接端子的直流电压。原则上，变压器也可以用电子电压转换器来代替。
在本发明的有利设计方案中，所述充电站具有控制装置，所述控制装置被实施成用于通过所述低电压供应装置来控制对所述低电压连接端子的电能供应。该控制装置能够有针对性地控制对低电压连接端子的供电，例如以保持恒定的低电压。该控制装置还可以适于以充电曲线执行对低电压车载网络电池的充电控制。
在本发明的有利设计方案中，所述充电站具有用于检测连接到所述低电压连接端子的外部电压的测量装置，并且所述控制装置被实施成用于根据所检测到的外部电压来控制或调节对所述低电压连接端子的电能供应。由此，例如可以实现在低电压连接端子处的低电压的自动适配。
在本发明的有利设计方案中，所述控制装置被实施成用于根据所检测到的外部电压来检测与所述低电压连接端子连接的所述低电压车载网络的极性，并且根据所检测到的极性来控制对所述低电压连接端子的电能供应。因此，优选地可以在通过低电压连接端子开始供电之前检查极性，以便防止由于对低电压连接端子进行供电所产生的可能的损坏。为此，通过施加到低电压连接端子的电压的标记来检测极性。在此，低电压车载网络的剩余电压(其即使在高度放电的低电压车载网络电池中也可被识别)足以实现对极性的识别。
在本发明的有利设计方案中，所述控制装置被实施成用于根据所检测到的外部电压来检测与所述低电压车载网络的正确连接，并且根据与所述低电压车载网络的正确连接来控制或调节对所述低电压连接端子的电能供应。因此，例如可以确保低电压车载网络与低电压连接端子完全连接。为了防止滥用，还可以预设低电压车载网络电池的当前剩余电压。在此，该剩余电压可以很低。当在低电压连接端子处检测到通常不是用于低电压车载网络或低电压车载网络电池的电压时，控制装置可以阻止或停止对低电压连接端子的电能供应。当然，在用户的相应输入之后仍然可以进行电能供应。
在本发明的有利设计方案中，所述充电站具有操作装置，其中用于控制对所述低电压连接端子的电能供应的所述控制装置能够通过所述操作装置被激活并且可选地被配置。通过该操作装置，对低电压连接端子供电例如可以配置有期望的低电压并且然后才开始。另外，还可以执行对车辆或车辆的驾驶员的识别。此外，通过该操作装置可以提供用于使用低电压连接端子的指令。该操作装置可以保持简单，并且可以例如包括针对期望的低电压的选择按钮或选择开关、以及启动按钮。
附图说明
下面参照附图借助优选实施例示例性地解释本发明，其中，下面所示的特征无论是单独地还是组合地都可以构成本发明的一个方面。
在附图中：
图1示出了一种根据优选的第一实施方式的带有与之相连的车辆的充电站的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据优选的第一实施方式的根据本发明的充电站10。充电站10与车辆12相连接。
车辆12包括电驱动器，其由内部的、可再次充电的高电压能量储存器馈电。该高电压能量储存器包括多个单独的储存器单元，这些储存器单元并联连接和串联连接，以便提供所需的几百伏的高电压直流电压和所需的直流电流以便驱动车辆12。
另外，车辆12包括基于在此示例性地为12伏特的低电压的低电压车载网络。除驱动器之外，低电压车载网络用于为车辆12中的所有耗电设备供电。低电压车载网络包括作为单独能量储存器的低电压车载网络电池。
充电站10包括高电压供应装置14和用于将该高电压供应装置14与车辆12的高电压能量储存器连接的高电压连接装置16。高电压供应装置14涉及一种用于对车辆12的高电压能量储存器进行充电或快速充电的电能供应装置。高电压供应装置14被实施成用于提供几百伏的充电电压以及同样很大的充电电流。高电压供应装置14在此提供直流电压。
高电压连接装置16在此被实施为具有标准连接插头的连接线缆，其用于通过车辆12的充电插座将高电压供应装置14与高电压能量储存器连接。
此外，充电站10包括低电压供应装置18和用于连接到车辆12的低电压车载网络的单独的低电压连接端子20，其中低电压车载网络可以独立于高电压连接装置16经由低电压连接端子20被供应电能。
为此，低电压供应装置18包括电压转换器22，其与高电压供应装置14电连接。电压转换器22被实施为降压变换器，其将高电压供应装置14的高电压转换成合适的低电压。
此外，充电站10具有变压器24。低电压供应装置18经由变压器24连接到交流电压源26，并将交流电压源26的电压转换成合适的较低的电压。低电压供应装置18包括整流器28，低电压供应装置18经由该整流器与变压器24连接。为了给高电压供应装置14供电，交流电压源26也与该高电压供应装置连接。
低电压供应装置18对应地被实施成用于将交流电压源26的交流电压转换为用于给低电压连接端子20供电的直流电压，并且用于通过电压转换器22将高电压供应装置14的电能供应给低电压连接端子20，其中电压转换器22直接提供在低电压连接端子20上所提供的低电压。因此所述供电是冗余地实施的。
低电压连接端子20包括电触点30，其用于与连接到车辆12的低电压车载网络的电端子接触。在触点30上施加有由低电压供应装置18提供的低电压。
此外，充电站10具有控制装置32，所述控制装置被实施成用于控制对低电压连接端子20的电能供应。此外，控制装置32被实施成用于控制提供直流电压来对车辆12的高电压能量储存器进行快速充电的高电压供应装置14。
充电站10另外包括测量装置34，其用于检测连接到低电压连接端子20的外部电压。所检测到的外部电压从测量装置34被传递给控制装置32。
充电站10还具有一个操作装置36，通过该操作装置可以对低电压连接端子20的供电进行激活和配置。为此，操作装置36与控制装置32连接，该控制装置根据操作来控制低电压供应装置18和可选地高电压供应装置14。在此，操作装置36可以简单地保持有针对期望的低电压的选择按钮38，所述选择按钮同时触发用于通过控制装置32中的低电压连接端子20来供电的启动功能。
根据操作装置36的操作和利用测量装置34施加在低电压连接端子20上的外部电压，控制装置32对低电压连接端子20的电能供应进行控制。
为此，根据操作装置36的操作，低电压供应装置18被设定成用于提供12V、24V、48V和/或小于60V的直流电压。由此，根据所述操作，在连接到低电压连接端子20处实现对低电压的适配。低电压供应装置18可以对应地在不同的直流电压之间切换。所述切换可以通过控制装置32的对应控制在电压转换器22处实现。在具有变压器24和整流器28的冗余路径中，可以对应地控制在此未示出的、在下游连接的转换器，例如DC/DC转换器。
控制装置32首先检查：由测量装置34检测到的外部电压的标记是否和低电压连接端子20的触点30的极性一致。在通过低电压连接端子20开始供电之前检查极性。如果极性不正确，则低电压供应装置18被控制装置32控制成不向低电压连接端子20供应电能，除非在不存在低电压车辆电池的情况下由用户进行对应输入之后。
此外，控制装置32根据检测到的外部电压来检测低电压连接端子20与车辆12的低电压车载网络的正确连接。当在低电压连接端子20处检测到通常不是用于低电压车载网络或低电压车载网络电池的电压时，由控制装置32阻止或停止对低电压连接端子20的电能供应。
当低电压连接端子20与车辆的低电压车载网络的正确连接时，根据用于对低电压车载网络电池充电的充电曲线来实现对低电压连接端子20的供电控制。

Claims (8)

1.一种用于具有电驱动器的车辆(12)的充电站(10)，其中所述充电站(10)被实施成用于对所述车辆(12)的高电压能量储存器进行充电，所述充电站包括：
高电压供应装置(14)，
高电压连接装置(16)，其用于将所述高电压供应装置(14)连接到所述车辆(12)的高电压能量储存器，
低电压供应装置(18)和用于连接到所述车辆(12)的低电压车载网络的单独的低电压连接端子(20)，其中
所述低电压车载网络能够独立于所述高电压连接装置(16)经由所述低电压连接端子(20)被供应电能，以及
与所述高电压供应装置(14)分开的变压器(24)，
其中所述低电压供应装置(18)被实施成经由所述变压器(24)连接到交流电压源(26)，
其中所述变压器(24)被实施成用于将所述交流电压源(26)的电压变换为合适的低电压，以便经由所述低电压供应装置(18)给所述低电压连接端子(20)供电，
其中所述低电压供应装置(18)具有电压转换器(22)，所述电压转换器与所述高电压供应装置(14)电连接，并且
其中所述低电压供应装置(18)被实施成经由冗余路径向所述低电压连接端子(20)供应来自所述高电压供应装置(14)的电能，所述冗余路径包括所述电压转换器(22)并且与所述变压器(24)分开。
2.根据权利要求1所述的充电站(10)，其特征在于，
所述低电压供应装置(18)被实施成用于提供12V、24V、48V和/或60V的直流电压。
3.根据权利要求1或2之一所述的充电站(10)，其特征在于，
所述低电压连接端子(20)具有电触点(30)，其用于与连接到所述车辆(12)的低电压车载网络的电端子接触。
4.根据权利要求1或2所述的充电站(10)，其特征在于，
所述充电站(10)具有控制装置(32)，所述控制装置被实施成用于通过所述低电压供应装置(18)来控制对所述低电压连接端子(20)的电能供应。
5.根据上述权利要求4所述的充电站(10)，其特征在于，
所述充电站(10)具有用于检测连接到所述低电压连接端子(20)的外部电压的测量装置，并且
所述控制装置(32)被实施成根据所检测到的外部电压来控制对所述低电压连接端子(20)的电能供应。
6.根据上述权利要求5所述的充电站(10)，其特征在于，
所述控制装置(32)被实施成用于根据所检测到的外部电压来检测与所述低电压连接端子(20)连接的所述低电压车载网络的极性，并且根据所检测到的极性来控制对所述低电压连接端子(20)的电能供应。
7.根据上述权利要求5或6之一所述的充电站(10)，其特征在于，
所述控制装置(32)被实施成用于根据所检测到的外部电压来检测与所述低电压车载网络的正确连接，并且根据与所述低电压车载网络的正确连接来控制对所述低电压连接端子(20)的电能供应。
8.根据权利要求4所述的充电站(10)，其特征在于，
所述充电站(10)具有操作装置，并且
用于控制对所述低电压连接端子(20)的电能供应的所述控制装置能够通过所述操作装置被激活并且可选地被配置。
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