CN114555405A

CN114555405A - 车辆电气系统

Info

Publication number: CN114555405A
Application number: CN202080072112.1A
Authority: CN
Inventors: F·普菲尔希夫特
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2022-05-27
Also published as: KR102708249B1; US20240140225A1; KR20220071281A; WO2021073977A1

Abstract

车辆电气系统（FB）装备有直流充电端子（GA）、蓄电池（AK）、直流电压变换器（W1）和电驱动装置（I、M）。所述直流电压变换器（GW）具有第一侧（1S），所述第一侧经由第一开关装置（S1、D）与连接点（VP）连接。所述直流电压变换器（GW）具有第二侧（2S），所述电驱动装置（I、M）连接到所述第二侧上，并且所述第二侧经由第二开关装置（S2、S3）并且与连接点（VP）连接。所述连接点（VP）与所述蓄电池（AK）连接。所述直流充电端子（GA）与所述第一开关装置（S1、D）的连接到所述直流电压变换器（GW）的第一侧（1S）上的侧连接。

Description

车辆电气系统

具有电驱动装置的车辆具有蓄电池，所述蓄电池在插电式车辆的情况下可以借助于充电端子从外部被充电。此外，在车辆之内存在具有标称电压例如为800伏的组件（例如高压蓄电池），而根据充电站可以在充电输入端处设置400伏的不同的电压。因此，在电气系统之内存在多个分段，所述分段具有不同的标称电压，但是直接或间接地与蓄电池连接。

此外，本发明的任务是表明一种可能性，利用所述可能性可以将车辆电气系统构成为使得一方面车辆电气系统内的不同标称电压是可能的，并且另一方面尽管车辆电气系统的分段中的不同的标称电压，车辆仍可以以免受过高的接触电压的方式被充电并且被驾驶。

该任务通过根据权利要求1所述的车辆电气系统来解决。

其他实施方式、特征、特性和优点利用从属权利要求、说明书和图得出。

提出一种车辆电气系统（Fahrzeugbordnetz），所述车辆电气系统具有直流充电端子、蓄电池、直流电压变换器和电驱动装置。直流电压变换器具有第一侧和第二侧，其中第一侧经由第一开关装置与连接点连接。直流电压变换器的第二侧与电驱动装置连接并且此外经由第二开关装置与连接点连接。连接点用于耦合蓄电池。蓄电池（尤其是经由隔离装置和/或经由保险装置）与连接点连接。直流充电端子与开关装置的一侧连接，其中该侧连接到直流电压变换器的第一侧上。因此，直流充电端子与直流电压变换器的第一侧连接，并且尤其是（与之有关地（bezogen auf diesen））在开关装置的这一侧连接。换句话说，直流充电端子经由第一开关装置与连接点连接并且因此与蓄电池连接。因此，从蓄电池出发，得出两个不同的路径，所述路径通过连接点被聚集，其中不同的路径通向直流电压变换器的不同的侧。在每个路径中设置两个开关装置之一。

由此，可以借助于开关装置将直流充电端子与蓄电池分离。也可以借助于开关装置（即第二开关装置）将电驱动装置与蓄电池分离。因此，不仅对于驾驶而且对于充电得出隔开蓄电池的可能性，以便从而能够避免高接触电压。尤其是，该操作方式允许存储在电驱动装置中的高电压（例如中间电路的电压）可以借助于开关装置被隔离，以便从而能够避免高接触电压。

第一开关装置是两极的，并且对于车辆电气系统的一个电位包括二极管装置并且对于车辆电气系统的另一电位包括开关元件。二极管设备以及开关元件串联连接，并且使得能够中断电流流动。开关元件尤其是机电开关元件或也是半导体开关。第一开关方向将直流电压变换器的第一侧的两个电位与连接点的两个电位连接。这两个电位例如是负电位和正电位或正电位和地电位。开关装置对于电位中的一个电位设置开关元件。开关装置对于另一电位设置二极管设备。如所提及的，所述开关元件和二极管设备串联连接。二极管设备的导通方向优选地对应于充电电流的电流流动方向，借助于所述充电电流，电能从直流充电端子被引导给蓄电池。如果二极管设备处于正电位，则导通方向从直流充电端子出发通向连接点或蓄电池。如果二极管设备处于负电位或地电位，则导通方向远离连接点或蓄电池并且指向直流充电端子。电位分别是直流电压电位。在电位之间施加直流电压。尤其是，每个电位分别对应于（直流）母线，所述母线也可以被称为DC母线或直流导体。电位尤其是直流电压电位。在电位之间施加供电电压，尤其是高压供电电压。电位尤其是高压电位。

二极管设备优选地是功率二极管设备。二极管设备具有二极管的功能，但不一定必须由单个二极管实现，而是可以具有其他二极管，或者可以具有实现二极管功能的其他器件。

二极管设备优选地将直流电压变换器的第一侧的正电位与连接点（或蓄电池）的电位连接。二极管设备的导通方向从直流电压变换器的第一侧指向连接点。可替代地，二极管设备将直流电压变换器的第一侧的负电位与连接点（或蓄电池）的负电位连接。在此情况下，二极管设备的导通方向从连接点（或从蓄电池）指向直流电压变换器的第一侧。

二极管设备优选地是半导体设备。二极管设备可以对应于二极管。此外，二极管设备可以具有至少一个二极管。如果二极管装置具有多个二极管，则这些二极管可以彼此并联或串联连接，但是优选地所有都具有相同的导通方向。二极管设备的二极管串联连接。可替代地，二极管设备具有晶体管或另外的半导体元件，其中晶体管或半导体元件通过其接线被操控为使得所述二极管设备（diese）执行二极管的功能。这尤其是涉及可以由外部切换信号控制的器件，其中这些器件通过相应的操控和/或接线来实现二极管的功能。这些器件也被认为是二极管设备。

第二开关装置将直流电压变换器的第二侧的两个电位与连接点的两个电位连接。在此情况下，开关装置借助于第一可切换的连接将第二侧的第一电位与连接点的第一电位连接，并且借助于第二可切换的连接将第二侧的第二电位与连接点的第二电位连接。因此，第二开关装置分别单独地连接电位。开关装置对于每个电位具有开关元件。开关元件可以被构造为机电开关元件或被构造为半导体开关元件，例如被构造为晶体管。尤其是，两个开关元件由双继电器的触点构成。

此外可以规定，连接点经由高温保险丝保险装置与蓄电池连接。高温保险丝保险装置是可以借助于炸药断开的电连接。炸药由电点火器触发。在触发时，炸药以机械方式分离电连接。高温保险丝保险装置优选地串联连接在二极管设备也处于的相同电位中。

可以在控制设备的意义上设置控制装置，所述控制装置被设立用于根据开路状态操控开关装置或断开所述开关装置。控制装置此外被设立用于仅当开关装置中的至少一个尽管相应的操控仍不断开时或者仅当尽管相应的操控仍确定出高电位或高电压时才触发高温保险丝保险装置。为此，控制装置以操控的方式与开关装置和高温保险丝保险装置连接。尤其是，控制装置被设立用于首先操作开关装置，并且然后在检验开关装置断开的效果之后，如果尽管断开（在高温保险丝保险装置的背离蓄电池的侧上）仍能确定出高电位，则触发高温保险丝保险装置。

连接点可以经由释放装置（Freischalteinrichtung）与蓄电池连接。例如在维护时，释放装置可以用于将车辆电气系统的分段切换成无电压的。释放装置串联连接在二极管设备也处于的相同电位中。尤其是，释放装置处于与高温保险丝保险装置相同的电位中（或相同的母线中）。释放装置可以存在于高温保险丝保险装置和蓄电池之间。此外，高温保险丝保险装置可以存在于释放装置和蓄电池之间。不仅高温保险丝保险装置而且释放装置如果存在的话优选地仅设置在两个电位之一中（尤其是二极管设备也处于的电位中），而另一电位通过连接点和蓄电池之间的直接连接被传递。

释放装置可以是具有分离功能的功率开关、断路器、熔断器、负载隔离开关、故障电流开关或插接设备。优选地，释放装置是可拆卸的跳线（Steckbrücke）。如果将所述跳线从支架上取下，则两个触点彼此分离，而在跳线被插上时，由跳线使两个触点相互连接。

第二开关装置优选地被构造为双继电器。

此外可以设置交流充电端子，所述交流充电端子经由整流器与直流电压变换器的第一侧连接。可以设置其他开关设备，所述其他开关设备设置在直流电压变换器的第一侧和第一开关装置之间。直流充电端子可以直接与第一开关装置连接，或者可以经由其他开关装置与第一开关装置连接。直流充电端子可以直接与第一开关装置连接和/或可以直接与直流电压变换器的第一侧连接。

可以设置其他直流电压变换器（以下：附加变换器）。该其他直流电压变换器可以具有第一侧，所述第一侧与直流电压变换器的第一侧连接。附加变换器的第二侧可以与低压电气系统、例如具有大约12、13、14、24或48伏的终端电压（Endspannung）的电气系统分段连接。

可以设置其他电组件，所述电组件连接到直流电压变换器的第二侧上。在此情况下这例如可以是加热装置、尤其是催化转化器的电加热装置，或可以是空调设备、例如电空调压缩机或电内部空间加热元件。可以在直流电压变换器的第二侧和电驱动装置之间设置其他开关。其他组件可以直接与第二侧连接，而电驱动装置经由该开关与第二侧连接。该开关可以被构造为半导体保险装置，尤其是被构造为IGBT，二极管与该IGBT并联连接。在故障情况下，半导体保险装置通过控制信号被断开。二极管的流通方向优选地从直流电压变换器的第二侧指向第二开关装置。如果开关设置在正电位，则这尤其是适用；如果该开关串联连接在负电位中，则二极管具有相反的流通方向。

蓄电池和释放装置、蓄电池和高温保险丝保险装置或蓄电池、释放装置和高温保险丝保险装置可以设置在一个外壳中，而车辆电气系统的剩余组件设置在至少一个其他外壳中。

车辆电气系统优选地是具有至少60伏、100伏、200伏、400伏或800伏（至少逐段地）的标称电压的高压电气系统。蓄电池优选地是牵引蓄电池，尤其是高压蓄电池。蓄电池可以是锂蓄电池。蓄电池具有例如400伏或800伏的标称电压。交流充电端子与直流电压变换器第一侧之间的整流器可以是不受控的整流器、受控的整流器或功率因数校正滤波器。此外，可以在整流器和直流电压变换器之间设置其他电压变换器。可以在直流电压变换器的第一侧和第一开关装置之间设置滤波器。

图1用于阐述在这里描述的车辆电气系统的实施方式。

图1示出车辆电气系统FB，所述车辆电气系统具有直流充电端子GA、蓄电池AK、直流电压变换器（Gleichspannungswandler）W1和电驱动装置，所述电驱动装置具有逆变器I和电机M。蓄电池具有负极，所述负极直接与连接点或连接点VP的相应负电位N连接。蓄电池AK的正极经由释放装置FE和高温保险丝保险装置（Pyrofuse-Sicherung）与连接点VP的正电位P连接。两个路径从连接点VP发出。

从连接点VP发出的第一路径从连接点VP出发经由第一开关装置（包括负电流路径中的开关S1和正电流路径中的二极管D）以及经由开关SD（全极，即在负电流路径和正电流路径中）通向直流电压变换器W1的第一侧1S。在此情况下，直流充电端子GA经由开关装置DS1与连接点VP连接。开关SD与第一开关装置串联连接。

从连接点VP引出的第二路径经由第二（全极）开关装置S2、S3和（全极）附加开关SC通向直流电压变换器W1的第二侧2S。从连接点VP发出的路径在直流电压变换器W1处被聚集。

可选的交流充电端子WA经由隔离开关SW与整流器GR连接，所述整流器GR又与直流电压变换器W1的第一侧1S连接。直流电压变换器GR直接与直流电压变换器W1的第一侧1S连接。附加开关SD将直流电压变换器的第一侧并且从而也将整流器GR的直流侧一方面与第一开关装置S1、D连接并且另一方面与直流充电端子GA连接。示出了替代的位置POS，在一种替代实施方式中直流充电端子GA连接到所述替代的位置上。该直流充电端子（dieser）位于开关SD和直流电压变换器W1的第一侧1S之间。然而，在所示的示例中，直流充电端子GA和交流充电端子WA或其整流器GR位于开关SD的不同侧上。

直流电压变换器W1的第二侧2S直接与示例性示出的组件K连接。附加开关SC将该组件并且从而也将变换器W1的第二侧2S与第二开关设备S2、S3连接。电驱动装置并且尤其是其逆变器I连接到附加开关ST的与第二开关装置S2、S3连接的侧上。组件K（例如800伏组件、例如电加热装置或空调压缩机）连接在附加开关SC的与直流电压变换器W1的第二侧2S连接的侧上。用SC表示的开关可以具有半导体保险装置的功能，即在过电流的情况下断开的基于半导体的隔离开关的功能。

第一开关设备包括第一开关S1和二极管D。第一开关S1设置在负电位N，而二极管D以串联的方式设置在正电位。二极管D因此将直流端子的正电位与连接点或蓄电池的正电位连接。第一开关S1将直流端子GA的负电位与连接点VP或蓄电池AK的负电位连接。

第二开关设备包括第二开关S2和第三开关S3，其中第三开关S2设置在负电位（以串联的方式），而第三开关设置在正电位。换句话说，开关S1和开关S2位于车辆电气系统的负母线中。二极管D位于连接电气系统（Verbindungsbordnetz）的正母线中。这也适用于第三开关S3。与由开关S2、S3构成的两极开关单元相比，第一开关设备除了开关元件S1（第一开关）之外还包括二极管D，即具有截止方向和导通方向的构件，其中通过电流的方向、而不通过外部控制信号来预先给定电流流动（Stromfluss）。两个电压轨或电位N、P单独地示出在所示车辆电气系统的右侧上。从蓄电池来看在第二开关设备的对侧（jenseits）或开关SD的对侧，为了简单起见仅示出基本连接，而未示出各个电位。因此，即使在图的左侧上连接仅通过单独的线条表示，连接也包括正母线和负母线或两个电位（正电位和负电位P、N）。

控制装置ST以操控的方式（ansteuernd）与开关S1、S2和S3连接并且此外可以以操控的方式与开关SC和SD连接，必要时还与开关SW连接。这种操控式连接用双箭头象征性地再现。控制装置ST此外以操控的方式与高温保险丝保险装置连接，以便必要时触发所述高温保险丝保险装置。控制装置ST被设立用于首先断开开关S1、S2和S3以及必要时还断开开关SD、SC和SW，仅当例如在直流充电端子GA处或在交流充电端子WA处或在车辆电气系统内的其他点处可以检测到高电压时，才触发高温保险丝保险装置，尽管在那里根据开关操控不会预期高电压。在故障情况下，控制装置断开相应的开关或保险装置。

车辆电气系统包括用于充电的端子WA和GA，其中所述端子构成充电接口LS。外部电源WQ和GQ被设立用于被与这些端子WA、GA连接并且例如可以由充电站设置为外部能量源。

Claims

1.一种车辆电气系统（FB），所述车辆电气系统具有直流充电端子（GA）、蓄电池（AK）、直流电压变换器（W1）和电驱动装置（I、M），其中所述直流电压变换器（GW）具有第一侧（1S），所述第一侧经由第一开关装置（S1、D）与连接点（VP）连接，并且所述直流电压变换器（GW）具有第二侧（2S），所述电驱动装置（I、M）连接到所述第二侧上，并且所述第二侧经由第二开关装置（S2、S3）并且与所述连接点（VP）连接，其中所述连接点（VP）与所述蓄电池（AK）连接并且所述直流充电端子（GA）与所述第一开关装置（S1、D）的连接到所述直流电压变换器（GW）的第一侧（1S）上的侧连接。

2.根据权利要求1所述的车辆电气系统（FB），其中所述第一开关装置将所述直流电压变换器（GW）的第一侧（1S）的两个电位（P、N）与所述连接点（VP）的两个电位（P、N）连接，其中所述开关装置对于所述电位中的一个电位设置开关元件（S1），并且对于另一电位设置二极管设备（D），所述二极管设备的导通方向对应于充电电流的电流流动方向，借助于所述充电电流将电能从所述直流充电端子（GA）引导给所述蓄电池（AK）。

3.根据权利要求2所述的车辆电气系统（FB），其中所述二极管设备（D）将所述直流电压变换器（GW）的第一侧（1S）的正电位（P）与所述连接点（VP）的正电位（P）连接，并且所述二极管设备（D）的导通方向从所述直流电压变换器（GW）的第一侧（1S）指向所述连接点（VP），或者

其中所述二极管设备（D）将所述直流电压变换器（GW）的第一侧（1S）的负电位（P）与所述连接点（VP）的负电位（P）连接并且所述二极管设备（D）的导通方向从所述连接点（VP）指向所述直流电压变换器（GW）的第一侧（1S）。

4.根据权利要求1、2或3所述的车辆电气系统（FB），其中所述二极管设备（D）对应于串联连接的二极管，或者包括晶体管，所述晶体管通过其接线被操控为使得所述晶体管执行二极管的功能。

5.根据前述权利要求中任一项所述的车辆电气系统（FB），其中所述第二开关装置将所述直流电压变换器（GW）的第二侧（2S）的两个电位（P、N）与所述连接点的两个电位（P、N）连接，其中所述开关装置对于每个电位设置开关元件。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的车辆电气系统（FB），其中所述连接点（VP）经由高温保险丝保险装置（PF）与所述蓄电池（AK）连接，其中所述高温保险丝保险装置（PF）串联连接在所述二极管设备（D）也处于的相同电位（P）中。

7.根据权利要求6所述的车辆电气系统（FB），所述车辆电气系统此外具有控制装置（ST），所述控制装置（ST）被设立用于根据开路状态操控所述开关装置（S1-S3）并且此外被设立用于仅当所述开关装置（S1-S3）中的至少一个尽管相应的操控仍未断开时，才触发高温保险丝保险装置（PF）。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的车辆电气系统（FB），其中所述连接点（VP）经由释放装置（FE）与所述蓄电池（AK）连接，其中所述释放装置（FE）串联连接在所述二极管设备（D）也处于的相同电位（P）中。

9.根据权利要求8所述的车辆电气系统（FB），其中所述释放装置是具有分离功能的功率开关、断路器、熔断器、负载隔离开关、故障电流开关或插接设备、尤其是可拆卸的跳线。

10.根据前述权利要求中任一项所述的车辆电气系统，其中所述第二开关装置（S2、S3）被设计为双继电器。