CN114523848B - 有两个车载电力子系统和之间的保护装置的车载电力系统 - Google Patents

有两个车载电力子系统和之间的保护装置的车载电力系统 Download PDF

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Abstract

一种车载电力系统，具有以不同的车载电压运行的至少两个车载电力子系统，其中在第一车载电力子系统中设置有电压转换器以将第一车载电压转换为第二车载电压，其中该车载电力系统具有保护装置，该保护装置布置在这些车载电力子系统之间并且具有：至少一个第一开关，其布置在这些车载电力子系统中的一个车载电力子系统的电压输出端与另一个车载电力子系统的同极的电压输入端之间；和/或电阻元件，其电阻值能够被可变地调节并且布置在该一个车载电力子系统的电压输入端之间；其中该保护装置被配置成监测施加在该一个车载电力子系统的电压输入端上的电压，并且在该电压超过极限值时断开该至少一个第一开关和/或降低该电阻元件的可变电阻值。

Description

有两个车载电力子系统和之间的保护装置的车载电力系统
技术领域
本发明涉及一种车载电力系统、尤其用于电动车辆的车载电力系统，该车载电力系统具有两个车载电力子系统和布置在它们之间的保护装置。保护装置用于维持工作电压较小的那个车载电力子系统的电压等级。
背景技术
在车辆、例如电动车辆的车载电力系统中存在不同的车载电力子系统。在车载电力子系统中的每一个车载电力子系统中可以限定不同的电压等级。例如，在第一车载电力子系统中800V的电压能够占主导，而在与第一车载电力子系统耦联的另一车载电力子系统中500V的电压能够占主导。
在每个车载电力子系统中的部件在确保功能安全性方面受保护而免受过高的电压。通常，在此考虑在相应的车载电力子系统中占主导的工作电压。例如可以规定，在有确定电压等级的车载电力子系统中，其中占主导的电压应该始终小于或等于相关联的极限值，例如500V。如果连接在该车载电力子系统中的构件的端子上的电压超过该极限值，则存在损坏这些构件的危险。当具有几百伏特的相对大的电压差的车载电力子系统相互电接触时，该危险是特别大的。这样的场景例如可能存在于电动车辆的车辆侧的充电基础设施中，该充电基础设施基本上具有整流器、中间电路电容器组和直流电压转换器，该直流电压转换器最后提供对于牵引电池充电所需的直流电压。在此，在中间电路电容器组上可以施加800V的直流电压，该直流电压由直流电压转换器转换到例如500V。
在其中800V占主导的车载电力子系统功能故障的情况下，在最坏的情况下该电压可能被施加在直流电压转换器的端子上，这可能以较高的概率导致直流电压转换器的故障。
因此，本发明的目的基于，提供针对车载电力系统中的过电压的保护，尤其是维持车载电力子系统中不同的电压等级。
发明内容
该目的借助于根据以下各个实施方案中所述的车载电力系统来实现。
根据本发明，提供一种车载电力系统、尤其用于电动车辆的车载电力系统，该车载电力系统具有以第一车载电压(车载电力系统电压)运行的第一车载电力子系统和以第二车载电压运行的第二车载电力子系统。换句话说，这两个车载电力子系统被设计成以不同的车载电压运行。在此，在第一车载电力子系统中设置有电压转换器，该电压转换器被配置用于将该第一车载电压转换成该第二车载电压。换句话说，第二车载电力子系统利用由第一车载电力子系统中的电压转换器提供的电压运行。在此，在电压转换器的输入端子上施加第一车载电压，而在电压转换器的输出端子上施加第二车载电压。第一车载电压可以大于第二车载电压。
根据本发明的车载电力系统具有保护装置，该保护装置布置在该第一车载电力子系统与该第二车载电力子系统之间并且具有至少一个第一开关和/或电阻元件，该至少一个第一开关布置在该第一车载电力子系统的电压输出端与该第二车载电力子系统的同极的电压输入端之间，该电阻元件的电阻值能够被可变地调节并且该电阻元件布置在该第二车载电力子系统的电压输入端之间。将保护装置布置在第一车载电力子系统与第二车载电力子系统之间意味着，第二车载电力子系统通过保护装置电耦联到第一车载电力子系统上。在正常运行中，保护装置表现得如同其不存在，也就是说在直流电压转换器的输出端子上提供的电压(在忽略线路电阻的情况下)被施加到第二车载电力子系统的输入端子上。在过电压情况下，保护装置被激活并且中断或者改变这两个车载电力子系统之间的电耦联。直流电压转换器例如可以是升降压转换器(Buck/Boost-Converter)。
具体地，保护装置被配置成监测施加在第二车载电力子系统的电压输入端上的电压，并且在该电压超过极限值时断开至少一个第一开关和/或降低该电阻元件的可变电阻值。
该保护装置可以具有控制单元，该控制单元被配置成操控至少一个开关以及可变电阻器。此外，保护装置可以具有电压测量装置，该电压测量装置例如测量施加在第二车载电力子系统的端子上的电压。在第二车载电压(该第二车载电压对应于第二车载电力子系统的工作电压)相对高的情况下，可以设置有分压器，该分压器可以用于测量第二车载电压。与极限值的比较可以借助比较器进行。基于比较器的输出(该输出可以被输送给操控电路)，据此激活保护装置。
在保护装置的非激活状态下，该保护装置不影响电流在第一车载电力子系统与第二车载电力子系统之间的流动。这种状态对应于第二电路的正常运行，其中没有检测到过电压。在该状态下，该至少第一开关闭合并且在第一车载电力子系统的输出端子与第二车载电力子系统的输入端子之间的电路径中构成实际上可忽略的电阻器。替代或附加于至少第一开关而设置的电阻元件具有非常高的电阻，从而实际上没有电流可以流过可变电阻器并且电压和电流实际上为零。例如，可以通过断开的开关来实现非常高或无限的电阻。
在过电压的情况下检测到该过电压并且随后激活保护装置。为此，如已经描述的那样，一方面至少一个第一开关被断开。由此中断第一车载电力子系统与第二车载电力子系统之间的电流流动。替代或附加于至少第一开关而提供的具有可变电阻的电阻元件被操控成使得降低该电阻元件的电阻。因此，电阻元件构成了第二车载电力子系统的输入端子之间的高欧姆路径，这导致准横向短路。准横向短路是指在第二车载电力子系统的输入端子上的短路，然而该短路不对应于完全的短路，其中能够形成具有极小的电阻的电路径，非常高的电流能够流过该电路径。准横向短路提供高欧姆的电路径，通过该高欧姆的电路径能够实现受限的电流流动，该电流流动引起第二车载电力子系统的输入端子上的过电压的受控的降低。尤其在第二车载电力子系统中安装有电容或甚至电池的情况下，这些电容或电池可能由于不受限的短路而受损。通过高欧姆的“过电压消除路径”，如具有可变电阻的电阻元件在激活状态下提供的那样，尤其可以避免这些电容元器件的过大的负载。
按照根据本发明的车载电力系统的另外的实施方式，该保护装置可以具有第二开关，该第二开关布置在该第一车载电力子系统的另一个电压输出端与该第二车载电力子系统的另一个电压输入端之间。第二开关在原则上可以相当于第一开关，第二开关可以仅代替连接在第一车载电力子系统与第二车载电力子系统之间的第一电路径中而连接在第二电路径中。因此，例如第一开关可以连接在正电路径中，即连接在两个车载电力子系统的正接头(HV+)之间，并且第二开关可以连接在负电路径中，即连接在两个车载电力子系统的负接头(HV-)之间。保护装置可以被配置用于在施加在第二车载电力子系统的电压输入端上的电压超过极限值的情况下断开第二开关。因此，对称地或类似于第一开关地操控第二开关。
按照根据本发明的车载电力系统的另外的实施方式，第二车载电力子系统可以具有牵引电池。在这样的实施方式中，根据本发明的车载电力系统可以反映车辆侧的充电基础设施，其中第一车载电力系统具有逆变器、中间电路电容器组和所述的直流电压转换器。在此，第一车载电压可以对应于充电电压、例如800V并且借助于直流电压转换器转换成更低的第二车载电压、例如500V，以用于给第二车载电力子系统中的牵引电池充电。
按照根据本发明的车载电力系统的另外的实施方式，该电阻元件可以具有由第三开关和电阻器构成的串联电路。在激活第三开关时基本上提供电流路径并且借助于串联连接的电阻器可以限制电流通过横向短路路径的流动。
按照根据本发明的车载电力系统的另外的实施方式，该电阻元件可以具有包括晶闸管和压敏电阻的串联电路。作为可接入的单向元器件的晶闸管具有两个稳定状态，其中一个是高欧姆的并且另一个是低欧姆的。在激活或接通保护装置时，晶闸管被置于低欧姆状态并且激活用于横向电流的电流路径。作为与电压有关的电阻的压敏电阻确定允许的横向电流的大小。实际上，压敏电阻的电阻值随着施加电压的增加而减小，使得原则上更高的过电压值自动地通过更大的电流流动而以更大的程度降低。在可变电阻元件中设置晶闸管时，还可以设置对应的操控电路，该操控电路提供激活晶闸管所需的“点火”。
不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在相应给出的组合中使用，而且还可以在其他组合中或者单独地使用。
附图说明
本发明的其他优点和设计方案自说明书和附图的整体中得出。
图1示出了根据本发明的车载电力系统的示例性的实施例。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的车载电力系统的示例性的实施例。车载电力系统具有相互耦联的第一车载电力子系统1和第二车载电力子系统2，其中在它们之间连接有保护装置3。在所示的示例中，车载电力系统体现车辆侧的充电基础设施。第一车载电力子系统1具有整流器11、中间电路电容器组12和直流电压转换器13。在整流器11中标明了三个输入端4，这三个输入端应表示整流器11以及因此第一车载电力子系统连接到充电桩的三个充电相L1、L2、L3的接头。当然，可以设置有另外的输入端，例如用于中性导体或用于通信线路。然而为了简化，这些已经被省略。第一车载电力子系统1的输出端可以基本上对应于直流电压转换器13的输出端。第二车载电力子系统2基本上具有牵引电池21，其中第二车载电力子系统2的输入端22、23可以对应于牵引电池21的端子。
保护装置3连接在第一车载电力子系统1的输出端或输出端子14、15与第二车载电力子系统2的输入端或输入端子22、23之间。第一输出端14可以对应于第一车载电力子系统1的正极并且第二输出端15可以对应于第一车载电力子系统的负极。第二车载电力子系统2的输入端22、23被相应地配置。
保护装置3具有第一开关31和第二开关32，该第一开关和第二开关布置在第一车载电力子系统1的输出端14、15与第二车载电力子系统2的对应的输入端22、23之间。此外，在两个电路径之间设置有横向电路径，该横向电路径将这两个车载电力子系统1、2的接头相互连接，其中该横向路径基本上由可变电阻元件33形成。在图1中没有明确示出用于测量施加在输入端22、23上的电压(其对应于第二车载电压)的电压测量装置以及相关联的评估电路，例如比较器。
在车载电力系统的正常运行中，保护装置3被配置成使得其不影响电流在这两个车载电力子系统1、2之间的流动。也就是说，第一开关31和第二开关32闭合(导通)，并且具有可变电阻的电阻元件33具有非常高的电阻值，从而该电阻元件是非导通的并且横向路径实际上是不存在的。
在检测到输入端22、23上的过电压时，第一开关31和第二开关32断开，由此第一车载电力子系统1与第二车载电力子系统2分离。此外，减小可变电阻元件33的电阻值，使得在连接车载电力子系统1、2的两个线路之间并且因此在第二车载电力子系统2的输入端22、23之间提供高欧姆的横向路径。由此可以以受控的方式和方法消除施加在第二车载电力子系统2的输入端22、23上的过电压，而不会过度地给牵引电池21加负载。
要指出的是，在根据本发明的车载电力系统的在图1中示出的实施例中，可以省略这两个开关31、32中的一个开关。此外，在改型的实施例中，可以仅设置有电阻元件33，即没有这两个开关31、32。

Claims (6)

1.一种车载电力系统，该车载电力系统具有以第一车载电压运行的第一车载电力子系统(1)和以第二车载电压运行的第二车载电力子系统(2)，其中在该第一车载电力子系统(1)中设置有电压转换器(13)，该电压转换器被配置用于将该第一车载电压转换为低于该第一车载电压的该第二车载电压，其中该车载电力系统具有保护装置(3)，该保护装置布置在该第一车载电力子系统(1)与该第二车载电力子系统(2)之间并且具有：
至少一个第一开关(31)，该至少一个第一开关布置在该第一车载电力子系统(1)的电压输出端(14)与该第二车载电力子系统(2)的同极的电压输入端(22)之间；和/或
电阻元件(33)，该电阻元件的电阻值能够被可变地调节并且该电阻元件布置在该第二车载电力子系统(2)的电压输入端(22，23)之间；
其中该保护装置(3)被配置成监测施加在该第二车载电力子系统(2)的电压输入端(22，23)上的电压，并且在该电压超过极限值时断开该至少一个第一开关(31)和/或降低该电阻元件(33)的可变电阻值。
2.根据权利要求1所述的车载电力系统，其中该保护装置(3)具有第二开关(32)，该第二开关布置在该第一车载电力子系统(1)的另一个电压输出端(15)与该第二车载电力子系统(2)的另一个电压输入端(23)之间，并且该保护装置(3)被配置用于在施加在该第二车载电力子系统(2)的电压输入端(22，23)上的电压超过该极限值的情况下断开该第二开关(32)。
3.根据权利要求1至2之一所述的车载电力系统，
其中该第二车载电力子系统(2)具有牵引电池(21)。
4.根据权利要求1至2之一所述的车载电力系统，
其中该电阻元件(33)具有包括第三开关和电阻器的串联电路。
5.根据权利要求1至2之一所述的车载电力系统，
其中该电阻元件(33)具有包括晶闸管和压敏电阻的串联电路。
6.根据权利要求1至2之一所述的车载电力系统，
其中该车载电力系统用于电动车辆。
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