CN115214390A - 增加电动车辆的输入电压的设备、电动车辆和设备操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种增加电动车辆(100)的输入电压(105)的设备(102)，其具有连接于车辆电池(114)的能量供应接口(110)、DC‑DC转换器(111)和逆变器(112)。DC‑DC转换器(111)具有用于连接至能量供应接口(110)的第一连接部(116)、以及用于连接至逆变器(112)的第二连接部(118)，其中，DC‑DC转换器(111)被设计为响应于放大器信号(120)在第二连接部(118)处供应输出电压(122)，该输出电压相对于施加至第一连接部(116)的输入电压(105)增加。逆变器(112)具有用于将逆变器(112)连接至第二连接部(118)的逆变器连接部(124)，并且具有至少一个激励接口(126)，该至少一个激励接口用于激励耦接至激励接口(126)的至少一个单元，其中，逆变器(112)被设计为将施加至逆变器连接部(124)的DC电压转换为AC电压，并将该AC电压提供给激励接口(124)。

Description

增加电动车辆的输入电压的设备、电动车辆和设备操作方法
技术领域
本发明涉及一种增加电动车辆的输入电压的设备、电动车辆、以及设备操作方法。
背景技术
在本行业中，电动驾驶作为环保的一部分变得越来越重要，其目的不仅在于电动驾驶乘用车，还在于电动驾驶商用车。
发明内容
在这样的背景下，根据主要权利要求，本发明提供一种改进的增加电动车辆的输入电压的设备，进一步提供一种改进的电动车辆和改进的设备操作方法。从从属权利要求和随后的描述中体现有利的改进。
使用本发明能够实现的优点在于，能够增加由车辆电池供应的DC电压，从而能够可靠地供应用于操作车辆内部或车辆外部的单元所需的电能。
一种增加电动车辆的输入电压的设备，其具有能量供应接口、DC-DC转换器和逆变器。能量供应接口被形成为用于将设备连接至电动车辆的车辆电池或电动车辆的车辆燃料电池。DC-DC转换器具有用于将DC-DC转换器连接至能量供应接口的第一连接部、以及用于将DC-DC转换器连接至逆变器的第二连接部，DC-DC转换器被设计为响应于放大器信号而在第二连接部处供应输出电压，输出电压相对于施加至第一连接部的输入电压增加。逆变器具有用于将逆变器连接至第二连接部的逆变器连接部，并且具有激励接口，该激励接口用于激励耦接至激励接口的至少一个单元，逆变器被设计为将施加至逆变器连接部的DC电压转换为AC电压，并将该AC电压提供给激励接口。
电动车辆可以实现为电动商用车，例如卡车。激励接口可以被设计为电连接一个或多个车辆内部或车辆外部的单元。逆变器可以被设计为将施加至逆变器连接部的DC电压转换为AC电压，并响应于逆变器信号而将该AC电压提供给激励接口。但作为替代方案，逆变器还可以被设计为将施加的DC电压转换为AC电压，并且在DC电压被施加至逆变器连接部时自动将该AC电压提供给激励接口。利用这里提出的设备，能够确保由车辆电池和/或车辆燃料电池提供的电压能够在必要时增加，然后再向单元供电电池。这会是有帮助的，因为能够由车辆电池或车辆燃料电池提供的电压和能量可能会随着使用年限的增加而降低。
DC-DC转换器能够被设计为在第二连接部处提供输出电压，当不存在放大器信号时，输出电压对应于输入电压。根据需要，能够提供未改变的输出电压或增加的输出电压。例如，只有当需要相对于输入电压增加的输出电压时，才生成放大器信号。
逆变器能够被设计为在激励接口处提供基本上为400伏至600伏或230伏、和/或频率范围基本上在50Hz至60Hz的AC电压。因此，激励接口能够被设计为连接一个或多个车辆内部或车辆外部的单元。例如，为此，激励接口能够耦接至或可以耦接至用于该单元的单元连接部，该单元连接部能够在230伏的15％偏差的容限范围内动作，且例如在50赫兹至60赫兹的频率范围10％偏差的容限范围内动作，或者在400伏至600伏AC的15％偏差的容限范围内动作，且例如在50赫兹至60赫兹的频率范围10％偏差的容限范围内动作。单元连接部能够形成为插头。但也可以有更多个，例如能够耦接至或可以耦接至用于三个单元的三个此类单元连接部，其中，至少一个可以在230伏AC的15％偏差的容限范围内动作，且例如在50赫兹至60赫兹的频率范围10％偏差的容限范围内动作，和/或至少一个可以在400伏至600伏AC的15％偏差的容限范围内动作，且例如在50赫兹至60赫兹的频率范围10％偏差的容限范围内动作。例如，另一电动车辆、例如用于经由车辆电池和/或车辆燃料电池对另一车辆电池充电的另一电动车辆的另一车辆电池能够连接至激励接口。
根据一个实施例，DC-DC转换器还能够具有用于将DC-DC转换器连接至另一逆变器的第三连接部，DC-DC转换器被设计为进一步响应于放大器信号而在第三连接部处提供输出电压，输出电压相对于施加至第一连接部的输入电压增加。作为替代方案，DC-DC转换器能够被设计为响应于另一放大器信号而在第三连接部处提供输出电压，输出电压相对于施加至第一连接部的输入电压增加。例如，另一逆变器能够用于使用输出电压为电动车辆的附加驱动器提供运行能量。附加驱动器能够被设计为例如提供超越电动车辆的渐进移动的功能。例如，附加驱动器能够用于驱动电动车辆的挖掘机铲或起重机。因此，增加的输出电压能够有利地用于附加驱动器以确保其正确操作。
根据一个实施例的设备具有另一逆变器也是有利的，另一逆变器具有用于将另一逆变器连接至第三连接部的第四连接部、以及用于将另一逆变器连接至附加驱动器的第五连接部，另一逆变器被设计为将施加至第四连接部的DC电压转换为AC电压，并在第五连接部处提供该AC电压。因此，能够向附加驱动器提供AC电压。另一个逆变器能够被设计为将施加至第四连接部的DC电压转换为AC电压，并响应于另一逆变器信号而将该AC电压提供给第五连接。但作为替代方案，另一逆变器还能够被设计为将施加的DC电压转换为AC电压，并且在DC电压被施加至第四连接部时自动在第五连接部处提供该AC电压。
另一个逆变器能够被设计为在第五连接部处提供基本上为400伏至600伏、和/或频率范围基本上在50Hz至60Hz的AC电压。因此，另一逆变器提供的AC电压也能够在400至600伏的15％偏差的容限范围内，和/或在50Hz至60Hz的频率范围10％偏差的容限范围内。这样的电压适合于附加驱动器的操作。
设备还能够进一步具有附加驱动器，附加驱动器具有用于连接至第五连接部的附加驱动器连接部。
进一步地，根据一个实施例的设备具有控制装置也是有利的，控制装置被设计为输出放大器信号以在第二连接部处提供输出电压，输出电压相对于施加至第一连接部的输入电压增加。控制装置还能够被设计为进一步输出另一放大器信号，以在第三连接部处提供输出电压，输出电压相对于施加至第一连接部的输入电压增加。因此能够根据需要来控制输入电压的增加。
控制装置能够被设计为在输入电压具有或低于限定最小电压限值时，输出放大器信号。例如，最小电压限值可以是500伏。因此，能够确保较低的电压值被增大。
控制装置还能够被设计为在输入电压超过限定最小电压限值时，不输出放大器信号。例如，最小电压限值可以是500伏。因此，能够确保较高电压值不被增大。
根据一个实施例，DC-DC转换器能够被设计为响应于放大器信号而在第二连接部处提供输出电压，输出电压为至少576伏。相应地，DC-DC转换器能够被设计为响应于放大器信号或另一放大器信号而在第三连接部处提供输出电压，输出电压为至少576伏。因此，能够提供操作附加驱动器或维持电网或向另一车辆电池或另一车辆燃料电池充电所需的电压。
设备还能够包括车辆电池和/或车辆燃料电池，车辆电池和/或车辆燃料电池被设计为提供500至650伏之间的DC电压。因此，可以使用通用的车辆电池，由于使用该设备，所以在仅500伏的低供电电压(例如由于老化)的情况下和在650伏的高供电电压的情况下均可使用具有预定值的输出电压。
电动车辆包括形成为上述变型之一的设备。电动车辆能够实现为电动商用车，例如卡车。电动车辆还能够包括电连接至第五连接部的附加驱动器。
形成为上述变型之一的设备的操作方法包括增加步骤和转换步骤。在增加步骤中，响应于放大器信号而增加向第一连接部施加的输入电压，并且在第二连接部处提供相对于输入电压增加的输出电压。在转换步骤中，将施加至逆变器连接部的DC电压转换为AC电压，并在激励接口处提供该AC电压。
该方法可以例如以软件或硬件或软件和硬件混合的形式实现，例如在控制器中实现。
附图说明
在此，在附图中示出本发明的示例性实施例，并在下面的描述中对其进行更详细的说明。在附图中：
图1示出根据一个示例性实施例的具有增加输入电压的设备的电动车辆的示意图；
图2示出根据一个示例性实施例的设备的示意图；并且
图3示出根据一个示例性实施例的设备操作方法的流程图。
具体实施方式
在本发明的优选的示例性实施例的以下描述中，相同或相似的附图标记用于表示各图中所示的具有相似作用的元件，并省略对这些元件进行重复描述。
图1示出根据一个示例性实施例的具有增加输入电压105的设备102的电动车辆100的示意图。
根据该示例性实施例，设备102仅以示例方式布置在电动车辆100之内或其上。电动车辆100例如实现为电动卡车，例如具有磨碎机或例如混凝土泵。设备102具有能量供应接口110、DC-DC转换器111和逆变器112。能量供应接口110形成为将设备102连接至电动车辆100的车辆电池114和/或电动车辆100的车辆燃料电池。DC-DC转换器111具有第一连接部116，用于将DC-DC转换器111连接至能量供应接口110；以及第二连接部118，用于将DC-DC转换器111连接至逆变器112。DC-DC转换器111被设计为响应于放大器信号120而在第二连接部118处供应输出电压122，该输出电压相对于施加至第一连接部116的输入电压105增加。逆变器112具有逆变器连接部124，用于将逆变器112连接至第二连接部118，并且具有至少一个激励接口126，用于激励耦接至激励接口126的至少一个单元，其中，逆变器112被设计为将施加至逆变器连接部124的DC电压转换为AC电压，并将该AC电压提供给激励接口126。
激励接口126被设计为电连接一个或多个车辆内部或车辆外部的单元。根据该示例性实施例，逆变器112被设计为将施加至逆变器连接部124的DC电压转换为AC电压，并响应于逆变器信号128，将该AC电压提供给激励接口126。根据一个替代示例性实施例，逆变器112被设计为将施加的DC电压转换为AC电压，并且在DC电压被施加至逆变器连接部124时，自动将该AC电压提供给激励接口126。根据该示例性实施例，DC-DC转换器111进一步被设计为在第二连接部118处提供输出电压，当不存在放大器信号120时，输出电压对应于输入电压105。
根据该示例性实施例，逆变器112被设计为在激励接口126处提供400至600伏的AC电压或230伏的AC电压。根据一个示例性实施例，提供50Hz至60Hz频率范围内的AC电压。
根据一个示例性实施例，可选地，DC-DC转换器111进一步具有第三连接部130，用于将DC-DC转换器111连接至另一逆变器132，其中，DC-DC转换器111被设计为进一步响应于放大器信号120而在第三连接部130处提供输出电压122，该输出电压相对于施加至第一连接部116的输入电压105增加。根据一个替代示例性实施例，DC-DC转换器111被设计为响应于另一放大器信号而在第三连接部130处提供输出电压122，该输出电压相对于施加至第一连接部116的输入电压105增加。根据一个示例性实施例，另一逆变器132用于使用输出电压122为电动车辆100的附加驱动器136提供运行能量134。根据该示例性实施例，附加驱动器136被设计为例如提供超越电动车辆100的渐进移动的功能。例如，附加驱动器136用于驱动电动车辆100的挖掘机铲或起重机。
根据一个示例性实施例，设备102进一步具有另一逆变器132，另一逆变器132具有第四连接部138，用于将另一逆变器132连接至第三连接部130，以及第五连接部140，用于将另一逆变器132连接至附加驱动器136，其中，另一逆变器132被设计为将施加至第四连接部138的DC电压转换为AC电压，并在第五连接部140处提供该AC电压。根据该示例性实施例，另一逆变器132被设计为将施加至第四连接部138的DC电压转换为AC电压，并响应于另一逆变器信号，将该AC电压提供给第五连接部140。根据一个替代示例性实施例，另一逆变器132被设计为将施加的DC电压转换为AC电压，并且在DC电压被施加至第四连接部138时，自动向第五连接部140提供该AC电压。
根据一个示例性实施例，另一个逆变器132可以被设计为在第五连接部140处提供基本上为400伏至600伏和/或频率范围基本上在50Hz至60Hz的AC电压。
根据一个示例性实施例，设备102还进一步具有附加驱动器136，附加驱动器136具有附加驱动器连接部，用于连接至第五连接部140。
根据一个示例性实施例，设备102进一步包括控制装置145，控制装置145被设计为输出放大器信号120以在第二连接部118处提供输出电压122，该输出电压相对于施加至第一连接部116的输入电压105增加。根据一个替代示例性实施例，控制装置145还被设计为输出另一放大器信号以在第三连接部130处提供输出电压122，该输出电压相对于施加至第一连接部116的输入电压105增加。根据一个示例性实施例，控制装置145被设计为在输入电压105具有或低于规定的最小电压限值时输出放大器信号120。根据一个示例性实施例，例如，最小电压限值是500伏。根据一个示例性实施例，控制装置145还被设计为在输入电压105超过规定的最小电压限值时，不输出放大器信号120。
根据该示例性实施例，DC-DC转换器111被设计为响应于放大器信号120地在第二连接部118处供应输出电压122，输出电压为至少576伏。根据一个示例性实施例，相应地，DC-DC转换器111被设计为响应于放大器信号或另一放大器信号第在第三连接部130处提供输出电压122，输出电压为至少576伏。
根据一个示例性实施例，设备102还包括车辆电池114和/或车辆燃料电池，车辆电池114和/或车辆燃料电池被设计为提供500至650伏之间的DC电压。
由于存在DC-DC转换器111(也可以称为DC/DC转换器)，在此提出的设备102有利地实现激励接口126和/或具有微型电网(即本地有限电网)的电可操作附加驱动器136的升压功能。附加驱动器136也能够称为“工作应用ePower(ePower to work application)”或“ePTO”。
在这种情况下，DC-DC转换器111连接在车辆电池114和/或车辆燃料电池与逆变器112和/或另一逆变器132之间。DC-DC转换器111有利地实现增加由车辆电池114和/或车辆燃料电池供应的DC电压，这意味着在由车辆电池114和/或车辆燃料电池供应的低电压下实现DC线电压的稳定化。此外，由于存在DC-DC转换器111，优化了操作点、以及/或者提高了附加驱动器132(也可以称为“eMotor”)的效率。此外，由于存在DC-DC转换器111，能够确保被称为“微电网”的电网的最小电压。根据一个示例性实施例，第二连接部118和/或第三连接部130处的最小电压是576伏DC，该最小电压用于在激励接口126和/或附加驱动器连接部处提供例如400VAC/50Hz的AC电压。根据一个示例性实施例，设备102包括至少一个电绝缘部。
当构建400VAC/50Hz微电网时，例如当车辆电池114和/或车辆燃料电池在650伏DC的额定电压下提供大约500伏DC的最小电压时，这对于400VAC/50Hz微电网的构建来说是不够的，而能够通过DC-DC转换器111实现的升压功能可确保足够的电压电平和适当的功能。576伏的最小DC电压对于构造这种微电网是必需的。因此，当电压下降至低于该576伏的最小DC电压时，根据一个示例性实施例，DC-DC转换器111将电压增加至576伏或高于576伏DC，由此确保400VAC/50Hz微电网的正常功能而不会发生电压降。
图2示出根据一个示例性实施例的设备102的示意图。该设备可以是图1中描述的设备102。
根据该示例性实施例，此外，车辆燃料电池200在车辆电池114的外部电连接至能量供应接口110。根据该示例性实施例，升压装置205接触连接在车辆燃料电池200和能量供应接口110之间，升压装置被设计为增加由车辆燃料电池200供应的能量。根据一个示例性实施例，车辆燃料电池200和/或升压装置205是设备102的一部分。
DC-DC转换器111被设计为根据DC-DC转换器111的一个或多个DC-DC转换器开关207、208的切换频率速度来增加或减小DC电压。转换是借助于周期性地操作一个或多个DC-DC转换器开关207、208和一个或多个能量存储器(在这种情况下是以电容器的形式)来执行的。作为电感转换器并且用于中间存储能量的电感209由例如线圈或换流变压器组成。因此，具有可调放大系数的已知转换器能够用作DC-DC转换器111。
根据该示例性实施例，逆变器112和/或另一逆变器132具有至少一个由开关(通常为晶体管)组成的电桥电路。可以使用已知的逆变器，如逆变器112、132。
根据该示例性实施例，用于每个车辆内部或车辆外部单元的三个单元连接部210、215电耦接至激励接口126。根据一个示例性实施例，第一单元连接部210形成为第一插头，并且被设计为在400伏至600伏AC的15％偏差的容限范围内，例如在50赫兹至60赫兹的频率范围10％偏差的容限范围内为第一单元供电。根据一个示例性实施例，第二单元连接部215形成为第二插头，并且被设计为在230伏AC的15％偏差的容限范围内，例如在50赫兹至60赫兹的频率范围10％偏差的容限范围内对第二单元供电。根据一个示例性实施例，另一第二单元连接部215形成为另一第二插头，并且被设计为在230伏AC的15％偏差的容限范围内，例如在50赫兹至60赫兹的频率范围10％偏差的容限范围内对第二单元供电。根据一个示例性实施例，第一单元连接部210、第二单元连接部215和/或另一第二单元连接部215均是设备102的一部分。根据一个替代示例性实施例，设备102在激励接口126处具有比图2所示的单元连接部210、215更少或任意数量的附加第一单元连接部210和/或附加第二单元连接部215，这些附加单元连接部例如以插头的形式来形成，如图2所示。
根据一个示例性实施例，微电网(400VAC/50Hz)表示AC电压为3x0～230V±15％或3x0～400V±15％、且例如在50Hz±10％或60Hz±10％的频率范围内的电网。
图3示出根据一个示例性实施例的设备操作方法300的流程图。该设备可以是所提出的图1或图2所示设备的一种变型。
方法300包括增加步骤305和转换步骤310。在增加步骤305中，向第一连接部施加的输入电压响应于放大器信号而被增加，并且在第二连接部处提供相对于输入电压增加的输出电压。在转换步骤310中，将施加至逆变器连接部的DC电压转换为AC电压，并在激励接口处提供该AC电压。
附图标记
100 电动车辆
102 设备
105 输入电压
110 能量供应接口
111 DC-DC 转换器
112 逆变器
114 车辆电池
116 第一连接
118 第二连接
120 放大器信号
122 输出电压
124 逆变器连接
126 激励接口
128 逆变器信号
130 第三连接
132 另一逆变器
134 运行能量
136 附加驱动器
138 第四连接
140 第五连接
145 控制装置
200 车辆燃料电池
205 升压装置
210 第一单元连接
215 第二单元连接
300 设备操作方法
305 增加步骤
310 转换步骤

Claims (14)

1.一种增加电动车辆(100)的输入电压(105)的设备(102)、所述设备(102)具有以下特征部：
能量供应接口(110)，其用于将所述设备(102)连接至所述电动车辆(100)的车辆电池(114)和/或所述电动车辆(100)的车辆燃料电池(200)；
DC-DC转换器(111)，其具有用于将所述DC-DC转换器(111)连接至所述能量供应接口(110)的第一连接部(116)、以及用于将所述DC-DC转换器(111)连接至逆变器(112)的第二连接部(118)，所述DC-DC转换器(111)被设计为响应于放大器信号(120)而在所述第二连接部(118)处提供输出电压(122)，所述输出电压相对于施加至所述第一连接部(116)的输入电压(105)增加；以及
所述逆变器(112)，其具有用于将所述逆变器(112)连接至所述第二连接部(118)的逆变器连接部(124)，并且具有至少一个激励接口(126)，该至少一个激励接口(126)用于激励耦接至所述激励接口(126)的至少一个单元，所述逆变器(112)被设计为将施加至所述逆变器连接部(124)的DC电压转换为AC电压，并将所述AC电压提供给所述激励接口(126)。
2.根据权利要求1所述的设备(102)，其中，
所述DC-DC转换器(111)被设计为在所述第二连接部(118)处提供输出电压(122)，当不存在所述放大器信号(120)时，所述输出电压对应于所述输入电压(105)。
3.根据前述任意一项权利要求所述的设备(102)，其中，
所述逆变器(112)被设计为在所述激励接口(126)处提供基本上为400伏至600伏或230伏和/或频率范围基本上在50Hz至60Hz的AC电压。
4.根据前述任意一项权利要求所述的设备(102)，其中，
所述DC-DC转换器(111)具有用于将所述DC-DC转换器(111)连接至另一逆变器(132)的第三连接部(130)，其中，所述DC-DC转换器(111)被设计为进一步响应于所述放大器信号(120)，在所述第三连接部(130)处提供所述输出电压(122)，所述输出电压相对于施加至所述第一连接部(116)的所述输入电压(105)增加。
5.根据权利要求4所述的设备(102)，包括所述另一逆变器(132)，所述另一逆变器(132)具有用于将所述另一逆变器(132)连接至所述第三连接部(130)的第四连接部(138)、以及用于将所述另一逆变器(132)连接至附加驱动器(136)的第五连接部(140)，所述另一逆变器(132)被设计为将施加至所述第四连接部(138)的DC电压转换为AC电压，并在所述第五连接部(140)处提供该AC电压。
6.根据权利要求5所述的设备(102)，其中，
所述另一逆变器(132)被设计为在所述第五连接部(140)处提供基本上为400伏至600伏、和/或频率范围基本上在50Hz至60Hz的AC电压。
7.根据权利要求5或者6所述的设备(102)，包括所述附加驱动器(136)，所述附加驱动器(136)具有用于连接至所述第五连接部(140)的附加驱动器连接部。
8.根据前述任意一项权利要求所述的设备(102)，包括控制装置(145)，所述控制装置(145)被设计为输出所述放大器信号(120)以在所述第二连接部(118)处提供所述输出电压(122)，所述输出电压相对于施加至所述第一连接部(116)的所述输入电压(105)增加。
9.根据权利要求8所述的设备(102)，其中，
所述控制装置(145)被设计为在所述输入电压(105)具有或低于规定的最小电压限值时，输出所述放大器信号(120)。
10.根据权利要求8或9所述的设备(102)，其中，
所述控制装置(145)被设计为在所述输入电压(105)超过规定的最小电压限值时，不输出所述放大器信号(120)。
11.根据前述任意一项权利要求所述的设备(102)，其中，
所述DC-DC转换器(111)被设计为响应于所述放大器信号(120)而在所述第二连接部(118)处提供所述输出电压(122)，所述输出电压为至少576伏。
12.根据前述任意一项权利要求所述的设备(102)，
包括所述车辆电池(114)和/或所述车辆燃料电池(200)，所述车辆电池(114)和/或所述车辆燃料电池(200)被设计为提供500至650伏之间的DC电压。
13.一种电动车辆(100)，包括根据前述任意一项权利要求所述的设备(102)。
14.一种根据前述任意一项权利要求所述的设备(102)的操作方法(300)，其中，所述方法(300)包括以下步骤：
响应于所述放大器信号(120)，增加(305)向所述第一连接部(116)施加的输入电压(105)，并且在所述第二连接部(118)处提供相对于所述输入电压(105)增加的输出电压(122)；以及
将施加至所述逆变器连接部(124)的DC电压转换(310)为AC电压，并在所述激励接口(126)处提供所述AC电压。
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