CN110190658B - 使用牵引驱动部件的车载dc充电电路 - Google Patents

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Abstract

一种DC充电电路具有开关对和具有最大电压容量的电池组，以及功率逆变器模块(PIM)。开关对将电池组连接到PIM或从PIM断开。电机具有共用电动机中性端子的相绕组。相绕组电连接到PIM的相应开关对。开关模块具有一个或两个附加开关以及中心开关，附加开关选择性地将PIM连接到站，中心开关选择性地将站连接到电动机中性端子。当最大电压容量超过最大充电电压时，控制器执行建立PIM的升压模式的方法。通过闭合RESS的开关对，闭合开关模块的中心开关和附加开关中的一个，并打开另一个附加开关(如果存在)来建立升压模式。

Description

使用牵引驱动部件的车载DC充电电路
技术领域
本发明涉及车辆充电领域，特别涉及使用牵引驱动部件的车载DC充电电路。
引言
电力传动系通常包括一个或多个多相/交流(AC)电机。每个电机的相绕组通过高压直流(DC)电池组经由功率逆变器供电。功率逆变器内的半导体开关对的开关控制最终产生AC输出电压，该AC输出电压适于激励相位绕组，并且最终引起产生转矩的机器旋转。用于现代插入式电动或混合电动车辆或其他移动式或固定式高压系统的电池组可以通过经由车载充电端口将电池组连接到车外电源而进行充电。
背景技术
当车外电源产生AC充电电压时，在车辆上使用AC-DC转换器以将AC充电电压转换为适于存储在电池组的单个电池单元中的DC电压。转换器可以包括无源二极管桥和有源控制的半导体开关，它们的导通/截止导通状态使用脉宽调制(PWM)或其他合适的开关控制技术来控制，这种开关控制消除AC充电电压波形的负周期。在DC快速充电系统中，使用高压DC电源代替AC电源并且消除AC-DC转换器，其中DC充电选项提供相对高功率/高速的充电选项。
用于在具有电传动系的现代车辆上推进的电池组的电压容量继续增加，以便延长电驱动范围并改善总体驱动性能。作为这种电池改进的结果，DC快速充电基础设施和充电方法将继续发展，以便提供与较新电池组的充电要求相匹配的充电功率能力。然而，将较高功率充电站集成到现有电池充电基础设施中的有意步伐将确保至少对于可预见的未来而言持续需要较旧的较低功率充电站。由于这种趋势，给定的DC快速充电站可能不能对某些高压电池组完全充电。
发明内容
本发明涉及一种车载直流(DC)充电电路，其中使用动力系牵引驱动部件来确保与传统的车外DC快速充电站的向后兼容性，该车外DC快速充电站能够以小于车载高压电池组的最大电压容量的电压电平提供充电电压。
如上所述，无论是单独使用电力供电，还是采用使用可燃燃料来点火发动机的混合配置，电动车辆都可以配备具有超过DC快速充电站的最大充电电压容量的最大电压容量的电池组。作为说明性示例，典型的400伏DC(VDC)电池组可以使用400-500VDC从车外DC快速充电站完全充电。然而，新兴的电池组或许额定为800-1000VDC或更高，因此不能在这样的充电水平下实现完全充电状态。因此，本方法旨在确保新兴的高压电池组与现有的低压DC快速充电基础设施的向后兼容性，通过将牵引驱动部件(即电动机相绕组)、功率逆变器开关和其他开关并入集成电路拓扑中的DC充电电路来实现。
在说明性实施例中，DC充电电路包括具有开关对的RESS和具有最大电压容量的高压电池组。此外，DC充电电路包括功率逆变器模块(PIM)，其一侧电连接到RESS。RESS的开关对选择性地将电池组连接到PIM或从PIM断开，即，当处于闭合/二进制1状态时连接到PIM，而当处于断开/二进制0状态时从PIM断开。电机形成DC充电电路的一部分，并且在示例性的三相实施例中包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，这些相绕组共用中性抽头或节点，并且这些节点在下文中称为电动机中性端子。电机的第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组分别电连接到PIM开关的第一开关对、第二开关对和第三开关对。每个PIM开关对包括两个能够控制的半导体开关，每个能够控制的半导体开关具有反并联连接的二极管。
该特定实施例中的DC充电电路还包括具有中心开关和附加开关的开关模块，附加开关连接到正母线或负母线。在一些配置中，可以使用两个附加开关，每个相应的附加开关连接到正母线或负母线中相应的一个。在电池组的DC快速充电操作期间，开关模块经由本领域所理解类型的插入充电端口将DC充电电路电连接到车外DC快速充电站。特别地，开关模块的附加开关(或多个附加开关)用于选择性地将PIM连接到DC快速充电站，中心开关选择性地将DC快速充电站连接到上述电动机中性端子。
控制器与PIM、开关模块以及DC充电电路内的剩余开关通信。控制器配置成经由向各个PIM开关对传输开关控制信号，并且基于操作模式，还向中心开关、RESS的开关对和开关模块的附加开关传输开关控制信号，从而选择性地建立PIM的DC-DC升压模式。该开关控制动作响应于检测到的电池组的最大电压容量超过DC快速充电站的最大充电电压的条件而发生。
在非限制性示例性实施例中，电池组的最大电压容量在700-1000VDC的范围内，这将使电池组处于比上述类型的传统DC快速充电站的400-500VDC版本高得多的电压电平。在其他实施例中，最大电压容量可以是最大充电电压的至少125％。
RESS的开关和开关模块的开关可以实现为机电接触器，或者在备选实施例中实现为固态开关，例如IGBT、MOSFET或其他能够开关的基于半导体的部件。
电机可操作地连接到机动车辆的驱动轮，所述机动车辆例如为混合动力电动或电池电动车辆构造。
DC快速充电电路可以包括附件模块或设备，或多个这样的设备，每个设备连接到PIM和开关模块的中心开关，例如空调控制模块、辅助电源模块、电池冷却模块等。在这样的实施例中，中心开关的定位和控制与PIM开关对的控制相结合，使得能够在低于电池组的当前电压电平的电平电压下向附件设备提供附件电压。
还公开了一种用于在具有RESS的DC充电电路中对高压电池组充电的方法，其中RESS包括电池组和开关对、具有多个PIM开关对的PIM，具有共享电动机中性端子的第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组的电机，以及上述开关模块。该方法包括检测电池组的所请求的DC快速充电操作，其中充电电路电连接到DC快速充电站。
此外，该方法包括：当控制器成功检测到充电操作时，将DC快速充电站的最大充电电压与电池组的最大电压容量进行比较，然后经由控制器的开关控制动作建立PIM的DC-DC升压操作模式。当最大充电电压小于最大电压容量时建立的DC-DC升压模式包括命令RESS的开关对以及开关模块的中心开关和附加开关闭合，并且如果开关模块中存在第二附加开关，则命令第二附加开关断开。在备选的“两个开关”的实施例中，在升压模式期间闭合的附加开关是连接到与中心开关相反的母线的附加开关，例如，当中心开关连接到正母线时其连接到负母线，反之亦然。
以上概述并非旨在表示本公开的每个实施例或方面。相反，前述概述举例说明了本文所述的某些新颖方面和特征。通过以下结合附图和所附权利要求书对实施本公开的代表性实施例和模式的详细描述，本公开的上述和其他特征和优点将是清楚明白的。
附图说明
图1是连接到车外DC快速充电站的示例性机动车辆的示意图，该机动车辆具有在此描述的类型的DC充电电路。
图2是图1所示DC充电电路的可能实施例的示意性电路图。
图3是描述图2的DC充电电路的可能操作模式和相应接触器状态的表。
图4是描述图1所示机动车辆的高压电池组的DC快速充电的示例方法的流程图。
本公开易于接受修改和替换形式，其中代表性实施例在附图中以示例的方式示出并在下面详细描述。本公开的发明方面不限于所公开的特定形式。相反，本公开旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本公开范围内的修改、等效物、组合和替换。
具体实施方式
参照附图，其中相同的附图标记表示几个图中同一个或相同的部件，在图1中示意性地示出了作为机动车辆20的一部分的直流(DC)充电电路10。车辆20描绘为经历DC快速充电操作，其中DC充电电路10经由充电端口11和充电电缆15(例如，使用SAE J772充电连接器、CHAdeMO，或其他合适的区域或国家标准充电插头或连接器)电连接到车外DC快速充电站30。本教导与最终用于涉及DC快速充电站30的DC快速充电操作中的特定充电标准无关，因此上述示例仅仅是说明性的。
DC充电电路10可以有利地用作机动车辆20及诸如固定或移动发电厂机器人或平台的其他电气系统的一部分。对于车辆应用，例如飞机、船舶和轨道车辆的非机动车辆可以享有类似的益处。同样地，DC充电电路10可以用作移动系统(例如示例性车辆20)的动力系的一部分，或者用在DC快速充电站30是移动的并且DC充电电路10保持静止的配置中。为了说明的一致性，以下将描述DC充电电路10在机动车辆语境中作为车辆20的集成部分的应用，而不将本公开限制于这样的实施例。
图1的车辆20包括车身12和驱动轮14。车身12可以限定或包括用户可访问的位置处的充电端口11。车辆20可以不同地体现为具有高压电池组(BHV)126的插入式电动车辆，高压电池组(BHV)126如图2中最右侧所示并且在下文中进行描述，例如多电池锂离子、锌-空气、镍-金属氢化物或铅酸直流电池组，其可使用图1的车外DC快速充电站30选择性地充电。如图2中最佳示出的，DC充电电路10包括车辆20的动力系/牵引驱动部件，该动力系/牵引驱动部件的普通功能可以包括向电机(ME)29供电，以产生电动机转矩并将其传递到驱动轮14，用于车辆20的推进，或用于在车辆20上执行其他有用的工作。
如上所述，新兴的电动车辆可以配备有具有远远超过图1所示的DC快速充电站30的最大充电电压容量(V1)的最大电压容量的高压电池组。也就是说，虽然一些DC快速充电站30能够提供与给定电池组126的最大电压容量相匹配或超过给定电池组126的最大电压容量的最大充电电压，但是或许存在仅能够以较低电压电平提供充电的较旧的或传统的DC快速充电站30。
作为说明，图1的示例DC快速充电站30可以能够提供大约400-500VDC的最大充电电压(V1)。图2的电池组126可以具有最大充电电压(V1)的至少125％的、或者在一些实施例中高达700-1000VDC的最大电压容量。在这种情况下，电池组126(图2)将不能使用DC快速充电站30实现完全充电状态。因此，下面参照图2-4详细描述的DC充电电路10旨在解决出现的高功率电池组与现有低电压快速充电基础设施的向后兼容性的这个潜在问题。
参照图2，DC充电电路10通过将车辆20的牵引驱动部件结合到还包括开关模块(KC)22的集成充电电路拓扑中来实现上述益处。驱动部件包括功率逆变器模块(PIM)28和多相/AC电机(ME)29，例如所示的三相电动机。电机29最终产生电动机输出转矩，例如，在机动车辆实施例中旋转图1的驱动轮14并由此推动车辆20，或者在其他动力传动系构造中执行工作。
DC充电电路10还包括可再充电能量存储系统(RESS)26，其电连接到PIM 28、即分别跨过正(+)高压母线17P和负(-)高压母线17N。以示意性简化的方式由等效电阻R表示的一个或多个可选的附件设备(ACC)33可以用作DC充电电路10的一部分，附件设备例如高压设备或诸如空调控制模块、辅助功率模块或电池冷却系统的系统。这样的附件设备33可以在辅助电压电平下驱动，该辅助电压电平虽然相对于典型的12-15VDC辅助/低电压电平仍然是高电压，但小于电池组126的最大电压容量(VB)或当前电池电压。
在图2的DC充电电路10内，最右侧示出的RESS 26包括标记为开关SD和SE的开关对27以及上述电池组126。开关对27可以可替换地实施为固态开关器件，例如MOSFET或IGBT，或机电接触器。如图所示，RESS 26可以跨过PIM 28的DC链路电容器C1而连接，电池组126通过开关对27的闭合和断开选择性地连接到PIM 28并与PIM 28断开。如果需要，可以使用预充电电路(未示出)以受控的速率对DC链路电容器C1充电，以便在闭合开关SD和SE之前均衡开关对27两端的电压。
PIM 28包括多个PIM开关对31、131和231，每个PIM开关对连接到正母线17P和负母线17N。连接到正母线17P的PIM开关对31、131和231的各个开关在本领域中称为“上”PIM开关。类似地，形成连接到负母线17N的PIM开关对31、131和231的PIM开关称为“下”PIM开关。如本领域所熟知的，诸如图2的PIM 28的功率逆变器使用快速半导体开关控制技术，例如PWM信号，以将电池组126的放电提供的DC功率变换为适于驱动电机29的AC功率。PWM和其他技术用于例如通过调节脉冲宽度来控制PIM 28的输出电压，或者通过改变调制周期来控制输出频率。特别地，PIM 28可以通过如下所述的控制器50的操作来控制，以便根据需要增加或降低电压，其中增加电压称为“升压转换”，降低电压称为“降压转换”。
PIM开关对31、131和231电连接到电机29的各个相绕组129。例如，在电机29的代表性三相实施例中，电机29具有分开的第一相绕组W1、第二相绕组W2和第三相绕组W3，其中共同相绕组129共享电动机中性端子N1。为了实现所公开的开关控制，由绕组W1、W2和W3形成的电路的电动机电感可以是低的，所以可选的电感器L1可以连接在电动机中性端子N1和三相绕组W1、W2和W3之间。电感器L1的这种布置旨在帮助确保附加电感器L1不影响电机29的转矩性能。
PIM开关对31、131和231通常被控制以在相绕组W1、W2和W3上产生期望的电压，并且因此在图1所示的车辆20的操作过程中在电机29的输出轴(未示出)处产生期望的电动机转矩。此外，已知开关技术允许在电机29的操作期间紧密地控制中性电压和电流。因此，作为本方法的一部分，并且在电机29的转子/输出轴不旋转的条件下，开关对31、131和231以及每个相绕组W1、W2和W3的电感可以通过控制每个下开关(即连接到负母线17N的PIM开关对31、131、231)的占空比而选择性地操作，作为在电动机中性端子N1处具有输入的三相升压转换器。在这种情况下，如典型的多相转换器控制，电机29的各个相脚在称为“交错”的过程中异相切换120°。这样的过程旨在减少波纹和其他不希望的效果。因此，例如对于400安培(400A)充电电流而言，三相绕组W1、W2和W3中的每一个将得到133A。
关于图2的开关模块22，该装置配置成在电池组126的DC快速充电操作期间经由本领域已知类型的插入充电端口(为了说明的清晰性而省略)电连接到图1的车外DC快速充电站30。开关模块22包括一个或两个附加功率开关37，其例如示出为标记为开关SA和SC的另外的开关对37，经由正(+)输入端子和/或负(-)输入端子21选择性地将PIM 28连接到DC快速充电站30，中心开关137(SB)选择性地将DC快速充电站30连接到电动机中性端子N1。图2中标记为SA和SC的开关37分别连接到DC充电电路10的正(+)母线17P和负(-)母线17N。如上所述，两个开关37中的一个可以用于确保这里公开的期望的开关结果，其中在单个附加开关实施例中，这样的开关37电连接到与中心开关137相反的母线17P或17N。
电传感器32可用于三相绕组W1、W2、W3或相位绕组W1、W2和W3中的任何两个上，以测量单独的相电流，其中从其他两个测量中容易地计算第三相电流。可选地，相位绕组W1、W2和W3中的所有三个可以具有用于冗余的相应电传感器32。滤波电容器C2连接在电动机中性端子N1和负压母线17N之间。上述可选电感器L1可以连接在中心开关137(SB)和电动机中性端子N1之间，以增加由相位绕组W1、W2和W3形成的电动机绕组电路的电感，以及在PIM 28的操作期间启用较低的开关频率作为升压转换器。
DC充电电路10包括控制器(C)50。控制器50包括至少一个处理器(P)和用于存储实现方法100的指令的足够的存储器(M)，下面参考图3和图4描述示例。存储器(M)包括有形的非易失性的存储器，例如只读存储器，可以是光学的、磁性的、闪存或其他。控制器50还包括足够量的随机存取存储器、电可擦除可编程只读存储器等，以及高速时钟、模数转换电路和数模转换电路、输入/输出电路和设备，以及适当的信号调节和缓冲电路。
作为本方法100的一部分，控制器50与PIM 28、开关模块22、传感器32和RESS 26通信，并且配置为在操作模式期间选择性地建立PIM 28的DC-DC升压模式，在所述操作模式中，图1所示的DC快速充电站30的最大充电电压(V1)小于图2所示的电池组126的最大电压容量(VB)。控制器50向各个PIM开关对31、131和231传输开关控制信号(箭头CCO)而产生该控制动作。开关控制信号(箭头CCO)最终控制PIM 28的占空比。
另外，开关控制信号(箭头CCO)控制位于RESS 26内的开关对27的开关SD和SE、位于开关模块22内的标记为SA和SC的开关，以及也位于开关模块22内的中心开关137(SB)中的多个的开/关状态，即分别为二进制逻辑状态0和1。这样，响应于电池组126的最大电压容量(VB)超过图1所示的DC快速充电站30的最大充电电压(V1)的检测条件，控制器50对开关控制信号(箭头CCO)的产生和传输选择性地建立DC-DC升压模式作为升压控制动作。
参照图3，图2的DC充电电路10配置为提供多种不同的操作模式，缩写为“OM”：(1)车辆关闭模式，(2)车辆推进模式，以及提供两种不同的充电模式的模式(3)和模式(4)，其中，模式(3)在最大充电电压V1小于电池组126的最大电池电压容量(VB)时提供升压充电模式，并且在最大充电电压(V1)等于或超过最大电压容量(VB)时提供模式(4)。在示例性实施例中，当在模式(3)中操作时，最大充电电压(V1)可以在大约400-500VDC的范围内，并且当使用较新的高压电池组时，最大电压容量(VB)可以在大约700-1000VDC的范围内，如本文别处所述，其他实施例和电压电平也是可能的。
对于上述操作模式(OM)中的每一个，图3描述了用于图2中不同地标记为SA、SB、SC、SD和SE的开关27、37和137中的每一个的相应开关逻辑状态，以及PIM 28的启用控制模式。因此，当车辆20关闭并且没有充电时，即OM＝1时，标记为SA-SE的各个开关27、37和137中的每一个都是“断开”逻辑状态(0)并且PIM 28被关闭，如图2最右列中的“-”符号所示。当在推进模式(OM＝2)中电驱动图1的车辆20时，图2所示的RESS 26的开关27，即开关SD和SE，通过来自控制器50的开关控制信号(箭头CCO)的操作而闭合(逻辑状态1)。PIM 28此后控制来自图2的电机29的电动机转矩(TM)，用于推进车辆20，并且如果这样的附件设备33存在于DC充电电路10内，则向可选附件设备33供电(缩写为PACC)。
关于图3中所示的DC快速充电操作模式(OM＝3或4)，模式3也缩写为DCFC，以指示相对于模式4的升压操作模式，将DC充电电路10插入图1所示的车外DC快速充电站30后，相关的充电标准确保DC快速充电站将最大充电电压(V1)传送到控制器50。结果，在开始充电操作之前，控制器50知道DC快速充电站30的功率容量。控制器50还被编程为具有电池组126的功率要求，并且在操作期间更新为具有相关的电池参数，例如充电状态、电池电流和电压以及温度。因此，控制器50在充电操作开始时确定最大充电电压(V1)是否小于最大电压容量(VB)。
当最大充电电压(V1)小于最大电压容量(VB)时，即，当V1<VB时，开关SB-SE全部闭合(逻辑状态1)并且开关SA断开(逻辑状态0)。在建立这种开关逻辑状态后，控制器50其后控制处于升压模式的PIM 28，以将来自车外DC快速充电站30的电压从V1的电平增加到适于对电池组126充电的电平。在操作模式3中，图1的DC快速充电站30也以最大充电电压(V1)向附件设备33供电。
当最大充电电压(V1)等于或超过最大电压容量(VB)，即V1≥VB时，图2的开关SA和SC-SE闭合(逻辑状态1)并且开关模块22的开关SB断开(逻辑状态0)。操作模式(4)开始。当开关SA处于闭合状态时，电池组126跨过母线17P和17N连接到DC快速充电站30，从而允许来自图1的DC快速充电站30的满充电电压到达电池组126。在建立这样的开关状态后，控制器50其后控制PIM 28的占空比，以便在降压模式下操作PIM 28，并由此向附件设备33提供减小的附件电压。
参考图4可以最佳地理解图3的开关状态，图4描述了用于使图2的控制器50能够执行电池组126的DC快速充电操作的方法100的示例性实施例，而不管图1的DC快速充电站30的实际电压电平如何。
从步骤S102开始，控制器50例如通过评估点火或动力系逻辑状态来确定图1的车辆20是否处于开通状态，即20＝+。当布置在图1的充电电缆15的端部的充电连接器插入充电端口11中时，车辆唤醒也可以开始。方法100在车辆20未行驶时进入步骤S103，备选地，在车辆20行驶时进入步骤S104。
步骤S103对应于图3的第一操作模式(OM＝1)。响应于该模式，控制器50断开开关模块22的开关37和中心开关137，即开关SA、SB和SC，这确保了DC充电电路10完全与图1的DC快速充电站30断开，并且还断开RESS 26的开关27，即开关SD和SE，以将RESS 26与PIM 28完全断开。控制器50还中断PIM 28的开关控制操作，有效地关闭PIM 28。尽管为了说明简单起见从图4中省略，但是方法100此后通过重复步骤S102重新开始。
步骤S104包括评估车辆20是否正被主动充电(CHDC)或被驱动。为此，控制器50配置为检测车辆20的变速器或PRNDL设定是否处于停车状态，以及检测图1的充电电缆15与充电端口11之间的电连接，通过这样的连接在车辆20和车外DC快速充电站30之间建立必要的电力传送和通信链路，如本领域所熟知的。如果没有检测到这种连接，则方法100进行到步骤S105。否则，方法100进行到步骤S108。
在步骤S105，控制器50确定车辆20处于主动推进模式，在该主动推进模式中，图2的电机29用于产生电动机转矩并将其传递到例如图1所示的驱动轮14。在对应于图2的操作模式(OM＝2)的该模式中，控制器50闭合RESS 28的开关27，即开关SD和SE，将RESS 26连接到PIM 28。控制器50还断开开关模块22的开关37和中心开关137，即开关SA、SB和SC，从而将DC快速充电站30与DC充电电路10断开。此后，控制器50使用车载功率控制来控制电机29的输出转矩和对附件设备33的期望附件功率。
当控制器50在步骤S104中确定正在进行DC快速充电操作时到达步骤S106，在步骤S106中，控制器50接着从图1的DC快速充电站30接收描述站30能够提供给图2所示电池组126的最大充电电压(V1)的信息。此后，控制器50将最大充电电压(V1)与电池组126的最大电压容量(VB)进行比较。当最大充电电压(V1)等于或超过最大电压容量(VB)时，即，当V1≥VB时，方法100继续到步骤S108，并且可替换地，当V1<VB时，方法100继续到步骤S110。
响应于控制器50在步骤S106中确定DC快速充电站30能够提供所需的最大充电电压(VB)而执行步骤S108。控制器50通过闭合RESS 26的开关对27(即开关SD和SE)和闭合开关SA和SC来响应该确定。在该模式(即，图3的第四操作模式(OM＝4))中，控制器50还命令断开中心开关137(SB)。之后，通过DC充电电路10经由PIM 28的操作以DC快速充电操作的通常方式向电池组126提供充电功率，尽管其电压电平高于现有DC快速充电基础设施的典型电压电平。图2的电路拓扑结构具有附加的优点，即通过将附件设备33连接到电动机中性点N1来启用降压转换器功能，从而在这种充电情况下能够以比提供给电池组126的电压电平更低的电压电平递送附件电源电压。
当最大充电电压(V1)小于最大电压容量(VB)时，即，当图2的DC快速充电站30不能提供对图2的电池组126完全充电所需的充电功率时，到达步骤S110。在这种情况下，在图2的实施例中，控制器50闭合开关模块22的开关37(SC)和中心开关137(SB)。控制器50还闭合RESS26的两个开关27(SD和SE)，并断开附加开关37(SA)，即连接到与中心开关137相同的母线17P的开关。在该模式中，即，图3的第三操作模式(OM＝3)中，控制器50控制PIM开关对31、131和231作为DC升压转换器，其使用快速半导体开关控制，例如PWM，将来自DC快速充电站30的电压增加到与电池组126的最大电池容量(VB)相匹配或超过其的电平。
在上述方法100中，控制器50可以实施最大电压容量超过最大充电容量设定量(例如110-125％)的进入条件，使得当最大电压容量(VB)充分高于最大充电电压(V1)时，控制器50建立DC-DC升压模式。当将图1和图2的DC充电电路10用作具有电机29和驱动轮14的机动车辆20的一部分时，方法100可以包括断开开关37和中心开关137，并且闭合RESS 26的开关对27，从而启用图3的推进模式(OM＝2)。
在这种推进模式期间，控制器50可以使用电机29向驱动轮14输出电动机转矩。同样，作为方法100的一部分，附件设备33是DC充电电路10的一部分，因此电连接到PIM 28和中心开关137。在这种实施例中，方法100包括通过电动机中性端子N1以小于电池组126的电压电平的电压电平向附件设备33提供附件电压。可以在电机29的转矩产生操作存在或不存在的情况下提供附件功率。换言之，附件设备33(如果存在的话)可以在图1的车辆20的驾驶模式期间以及当车辆20停车或充电时操作。
鉴于本公开内容，本领域的普通技术人员将理解，在不脱离预期的发明范围的情况下，可以实现图2的拓扑的变化。例如，在图2中示为连接到正端子21和正母线17P的中心开关137可以替代地连接到负端子21和负母线17N。此外，图2的开关模块22中示出的开关37中的一个可以选择性地消除。消除的开关是连接到与中心开关137相同的端子21和母线17N或17P的特定开关，即，图2的示例配置中的开关SA。为了在该特定模式下操作，中心开关137断开，PIM开关，即PIM开关对31、131和231都断开。这允许电流流过PIM 28内的PIM开关对31、131和231的二极管。在该可选配置中，不能使用附件设备33，因为电动机中性端子N1可能在电池组126的全电压下操作。
虽然已经详细描述了一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践在所附权利要求中定义的本教导的多种替代设计和实施例。本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所公开的实施例进行修改。此外，本概念明确地包括所述元件和特征的组合和子组合。详细描述和附图仅仅支持和描述本教导，本教导的范围仅由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种与提供最大充电电压的车外DC充电站一起使用的直流DC充电电路，所述DC充电电路包括:
正母线和负母线；
能够再充电的能量存储系统RESS，其跨接在正母线和负母线上，并且包括开关对和具有最大电压容量的高压电池组；
功率逆变器模块PIM，其通过所述正母线、负母线和所述开关对电连接到所述RESS，所述PIM包括多个PIM开关对，其中所述RESS的所述开关对分别选择性地将所述电池组连接到所述PIM或从所述PIM断开；
电机，其具有共用电动机中性端子的第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，其中所述第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组分别电连接到多个PIM开关对中的第一对、第二对和第三对；
具有正输入端子和负输入端子的开关模块，配置成在电池组的所请求的DC快速充电操作期间从DC快速充电站接收DC充电电压，所述开关模块具有第一附加开关和中心开关，所述第一附加开关通过正输入端子或负输入端子之一选择性地将PIM连接到DC快速充电站，并且中心开关选择性地将DC快速充电站连接到电动机中性端子；以及
控制器，其与所述PIM和所述开关模块通信，配置为作为充电控制动作响应于检测到的条件而选择性地建立所述PIM的DC-DC升压模式，在所述检测到的条件中所述电池组的最大电压容量超过所述DC快速充电站的最大充电电压，其中控制器通过闭合RESS的开关对并闭合开关模块的中心开关和第一附加开关来建立DC-DC升压模式。
2.根据权利要求1所述的DC充电电路，其中，所述开关模块包括第二附加开关，所述第二附加开关通过未连接到所述第一附加开关的正输入端子或负输入端子选择性地将所述PIM连接到所述DC快速充电站，其中，所述控制器通过断开所述第二附加开关来建立所述DC-DC升压模式。
3.根据权利要求1所述的DC充电电路，其中，在进入条件的检测期间，所述最大充电电压在400-500VDC的范围内，并且所述最大电压容量在700-1000 VDC的范围内，并且所述第一附加开关和所述中心开关额定为至少400安培。
4.根据权利要求1所述的DC充电电路，其中所述RESS的所述开关对、所述开关模块的所述第一附加开关和所述开关模块的所述中心开关中的每个开关是机电接触器。
5.根据权利要求1所述的DC充电电路，其中所述开关对、所述开关模块的所述第一附加开关和所述开关模块的所述中心开关中的至少一个开关包括固态开关和二极管中的一个或多个。
6.根据权利要求5所述的DC充电电路，其中所述开关对、所述第一附加开关和所述中心开关包括固态开关和二极管中的一个或多个。
7.根据权利要求1所述的DC充电电路，其中所述DC充电电路是包括所述电机的机动车辆的一部分，所述电机具有所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组，并且配置为在推进模式期间将电动机转矩输出到车辆的驱动轮组，并且其中控制器配置为断开开关模块的第一附加开关和中心开关，并且闭合RESS的开关对，以启用推进模式。
8.根据权利要求1所述的DC充电电路，进一步包括：附件设备，其连接到所述PIM和所述中心开关，使得所述附件设备被提供有小于所述电池组的最大电压容量的附件电压。
9.根据权利要求8所述的DC充电电路，其中，附件设备选自由以下各项组成的组：空调控制模块、辅助功率模块，以及电池冷却模块。
10.根据权利要求1所述的DC充电电路，进一步包括连接在电动机中性端子与第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组之间的电感器。
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