CN116964889A - 充电系统、电压转换器单元和存储单元 - Google Patents

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Brussa Hynergy
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Abstract

本发明涉及一种用于电动车辆中的存储器(48)的充电系统(2)，包括：电压转换器单元(3)和存储单元(4)，其中：存储单元(4)被设计用于通过两个供电端子(44、45)供应电能；存储单元(4)的存储器(48)包括两个端子(481、482)，这两个端子通过第二和第三断路开关(46、47)可断开地连接到供电端子(44、45)；电压转换器单元(3)设计为与存储单元(4)分离，并且通过三个端子(31、32、33)连接到存储单元(4)的结构单元；以及，在所述连接状态，在存储单元(4)内，三个端子中的两个端子(32、33)连接到存储器(48)的两个端子(481、482)，并且三个端子中的第三个端子(31)连接到供电端子(44、45)之一，并且在电压转换器单元(3)内，三个端子中的第三个端子(31)经由第一断路开关(36)引导。

Description

充电系统、电压转换器单元和存储单元
技术领域
本发明涉及用于电能存储器的充电系统的领域，特别是移动电能存储器、特别是用于电动车辆。
背景技术
已知的特别是用于电动车辆的充电装置，通常连接在充电站和电能存储器之间。它们用于根据需要将充电站处存在的电压调整为电能存储器的电压水平。这取决于充电站的电压：充电装置输入端的电压可以切换至电能存储器(旁路模式)而无需电压转换，或者必须由转换器根据电能存储器的电压水平进行转换。这种充电装置可能受到法规的约束，根据该法规，电能存储器必须能够通过机械断路开关以全极方式与充电站断开。
在已知的充电装置中，存在电压转换器单元，所述电压转换器单元连接在充电站和电能存储器(通常是可再充电电池或蓄电池)之间。在旁路工作时，可以进行快速充电过程，期间会产生相对较高的电流，因此电压转换器单元中的导体横截面需要设计得相应较大。此外，为了全极断开，电压转换器单元中需要存在多个断路开关。此外，对于选择性地具有或不具有电压转换器单元的模块化构造，可能发生不必要的元件重复。
DE 102017220287 A1和DE 102018207185中公开了已知充电装置的示例。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种克服上述缺点的最初提到的类型的充电系统、电压转换器单元和存储单元。
这些目的中的至少一个通过具有相应独立权利要求的特征的充电系统、电压转换器单元和存储单元来实现。
由此，可以通过三个断路开关以全极方式将存储器以及布置在电压转换器单元中的电压转换器从供电端子断开。
此外，可以为电压转换器单元配备仅单个断路开关或者甚至不配备断路开关，因为另外的断路开关存在于存储单元中，并且由于电压转换器单元不直接地，而是通过存储单元连接到充电站，可以通过存储单元中的断路开关实现电压转换器单元从充电站的断开。
还可以经由两个供电端子将存储单元直接连接到充电站上，无需将用于此目的的导体引导通过电压转换器单元。这样，反过来，在旁路模式下快速充电时出现的高电流不需要被引导通过电压转换器单元，并且电压转换器单元3中的导体可以相应地设计得更小。
还可以完全在没有电压转换器单元的情况下设计和操作存储单元。这里，存储单元的两个供电端子可以以不变的方式采用和操作，就像用于连接到充电站的供电线路一样。因此，从同一存储单元开始，可以实现具有或不具有电压转换器单元的配置。在制造上，这是有利的，因为存储单元能够以不变的方式应用于两种配置。此外，存储单元或包含其的车辆也可以在开始操作后用电压转换器单元进行改装。电压转换器单元可以作为模块存在，也可以不作为模块存在。这种模块仅包括单个断路开关或者甚至不包括断路开关。断路开关的总数由此被最小化。
在实施例中，充电系统是根据权利要求2设计的。
在实施例中，根据权利要求3设计充电系统。由此，可以以单独的模块(即，电压转换器单元和存储单元)的形式制造充电系统，并且可以将它们组合在一起使用。特别地，以这种方式模块化的充电系统可以选择性地在有或没有电压转换器单元的情况下操作。
在实施例中，根据权利要求4设计充电系统。由此，可以以简单的方式创建和释放电压转换器单元和存储单元之间的连接。
在实施例中，存储系统根据权利要求5设计。因此，可以利用电动车辆技术中常见的锁定系统(例如互锁(Interlock)或HV互锁(HV-Interlock))或者利用先导触点来操作存储系统。
在实施例中，充电系统是根据权利要求6和/或权利要求7设计的。因此，充电系统适合在电动车辆中使用。充电系统的合适电压可以是例如400伏或800伏。
电压转换器单元根据权利要求8来设计。由此，输入端子能够通过第一断路开关与电压转换器单元的电压转换器断开。
该存储单元根据权利要求9来设计。由此，该存储单元可以选择性地在有或没有电压转换器单元的情况下操作。
附图说明
下文将通过附图中所示的优选实施例来更详细地解释本发明的主题。
在每种情况下，示意性显示的是：
图1是具有电压转换器单元和存储单元的充电系统；
图2为具有电压转换器单元的具体第一实施例的充电系统；
图3是根据第二实施例的具有电压转换器单元和存储单元的充电系统；
图4是根据第二实施例的具有电压转换器单元的具体的第二实施例的充电系统。
基本上，在附图中相同或功能等同的部件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了连接到充电站1的充电系统2。充电系统2包括电压转换器单元3和存储单元4。
电压转换器单元3包括输入端子31、输出端子32、公共端子33和电压转换器37，用于将输入端子31和公共端子33之间存在的输入电压转换成输出端子32和公共端子33之间存在的输出电压。
电压转换器37工作时，其输入电压等于充电站1的输出电压，其输出电压等于存储器48的电压。
存储单元4包括：
第一端子41，用于连接至电压转换器单元3的输入端子31，
第二端子42，用于连接到电压转换器单元3的输出端子32，并且用于向存储器48的第一端子481馈电，
第三端子43，用于连接到电压转换器单元3的公共端子33，并且用于向存储器48的第二端子482馈电，
第一供电端子44，用于连接到充电站1的第一充电端子11，以及
第二供电端子45，用于连接到充电站1的第二充电端子12。
第一供电端子44和第二供电端子45分别经由第一供电线路13和第二供电线路14实现分别与充电站1的第一充电端子11和第二充电端子12的连接。
在实施例中，两个供电线路13、14被设计为单独的电缆，并且两个供电端子44、45形成在单独的插头上。由此，在需要设计成用于高充电电流的情况下，成功地使单独的、分离的电缆不会变得太重。
在实施例中，两个供电线路13、14被设计在公共电缆中，并且两个供电端子44、45形成在公共插头上。
在电压转换器单元3内
·电压转换器单元3的输入端子31可经由第一断路开关36与电压转换器37断开。
在存储单元4内
·第一供电端子44连接到存储单元4的第一端子41，
·存储单元4的第二端子42和存储器48的第一端子481经由第二断路开关46可断开地连接到第一供电端子44，并且
·存储单元4的第三端子43和存储器48的第二端子482经由第三断路开关47可断开地连接到第二供电端子45。
在实施例中，代替第一供电端子，连接到存储单元4的第一端子41的是第二供电端子45。假设存储器48和充电站1的极性相同，则这对应于极性相反的电压转换器37的操作方式。
存储单元4并且特别是存储器48可以配备有电池管理系统(未示出)和/或已知类型的充电的闭环控制。后者可以经由通信连接(未示出)控制例如充电站1和/或电压转换器单元3。
在实施例中，存储单元4是消耗电路的一部分，或者连接到消耗电路，消耗电路在车辆的情况下也称为牵引电路。此外，存储单元4可以包括另外的断路开关483、484，用于将存储器48的第一端子481和第二端子482从其余元件(例如与电压转换器单元3和消耗电路)断开。用于断开存储单元4的这种另外的断路开关483、484的存在可以由标准规定。
断路开关36、46、47和电压转换器37的控制由控制器100和通信连接(未示出)实现。举例来说，控制器100被示出在电压转换器单元3中，但是也可以被布置在存储单元4中或两个单元的外部。未示出用于确保功能和安全(例如用于监控供电端子44、45)的其他公共元件。
在充电站1提供的电压不等于为存储器48充电所需的电压的情况下，充电系统2可以切换到转换器模式。此时，第二断路开关46断开，第一断路开关36和第三断路开关47闭合。电压转换器37是脉冲的。
这里，经由存储单元4的第一端子41和第一供电端子44以及第一电源线13，其将存在于电压转换器单元3的输入端子31处的第一充电端子11的电压转换为存在于电压转换器单元3的输出端子32处的电压。该电压经由存储单元4的第二端子42存在于存储器48的第一端子481处。所提到的电压是相对于公共端子33而言的。
第二充电端子12的电压经由第二供电线路14和第二供电端子45存在于存储单元4的第三端子43处，并且因此存在于电压转换器单元3的公共端子33处以及存储器48的第二端子482处。
在充电站1提供的电压等于对存储器48充电所需的电压的情况下，充电系统2可以切换到旁路模式。此时，第一断路开关36断开，第二断路开关46和第三断路开关47闭合。电压转换器37不被计时。充电站1的电压存在于存储器48处。
在充电系统2与充电站电流隔离的情况下，所有三个断路开关36、46、47都断开。
存储器48通常是可充电电池或蓄电池。
照例，电压转换器37是DC-DC转换器。例如，它可以是电荷泵、升压转换器、降压转换器或作为升压-降压转换器的组合，或者具有不同的拓扑，例如实现DC-DC转换器的桥式电路。电荷泵可设计用于使电压加倍或用于电压倍增。
照例，在操作时，电压转换器37将电能从充电站1传输至存储器48，充电站1经由输入端子31和公共端子33向电压转换器37馈电，存储器48经由输出端子32和公共端子33从电压转换器38馈电。在实施例中，还可以另外实现再馈电模式，其中能量沿相反方向传输。为此，可以用电压转换器37中的有源半导体开关代替无源阀(二极管)。
图2示出了充电系统2，其中电压转换器37被设计为电荷泵。在此示出的电荷泵的实施例中，电感LRES与存储电容CRES串联，意味着由此形成谐振振荡电路。该电压转换器37的功能方式在WO 2018/046370 A1中进行了解释，其内容通过引用明确地整体并入本文。图2还示出了用于分离存储器48的另外的断路开关483、484。这些也可以存在于根据图1的一般表示中。
类似于图1和图2，图3和图4均示出了充电系统，其中第一断路开关36没有布置在电压转换器单元3中，而是布置为存储单元4中的第一断路开关36。在本文中，存储单元4的第一供电端子44或第二供电端子45通过存储单元4的第一断路开关36b可断开地连接至存储单元4的第一端子41。因此，在图3和图4的实施例中，电压转换器单元3中不存在断路开关，特别是不存在用于断开电压转换器单元3的三个端子31的断路开关。

Claims (9)

1.一种充电系统(2)，特别是用于移动存储器(48)，特别是用于电动车辆中的存储器(48)，包括
电压转换器单元(3)和存储单元(4)，其中
所述存储单元(4)被设计用于通过两个供电端子(44、45)供应电能，
所述存储单元(4)的存储器(48)包括两个端子(481、482)，这两个端子通过第二和第三断路开关(46、47)可断开地连接到所述供电端子(44、45)，
所述电压转换器单元(3)被设计为从所述存储单元(4)分离，并且通过所述电压转换器单元(3)的三个端子(31、32、33)连接至所述存储单元(4)的结构单元，并且在所述连接状态下
在所述存储单元(4)内
·所述电压转换器单元(3)的所述三个端子中的两个端子(32、33)连接到所述存储器(48)的所述两个端子(481、482)，并且
或者根据第二实施例变型
在所述存储单元(4)内
·所述电压转换器单元(3)的所述三个端子中的第三个端子(31)经由第一断路开关(36b)连接至所述供电端子(44、45)之一，
或者根据第一实施例变型
在所述存储单元(4)内
·所述电压转换器单元(3)的所述三个端子中的第三个端子(31)连接到所述供电端子(44、45)之一，并且
在所述电压转换器单元(3)内，所述电压转换器单元(3)的所述三个端子中的第三个端子(31)经由第一断路开关(36)引导。
2.根据权利要求1所述的充电系统(2)，其中，所述电压转换器单元(3)包括
输入端子(31)，
输出端子(32)，
公共端子(33)，以及
电压转换器(37)，用于将所述输入端子(31)和所述公共端子(33)之间存在的输入电压转换为所述输出端子(32)和所述公共端子(33)之间存在的输出电压，
其中，存储单元(4)包括
第一端子(41)，用于连接到所述电压转换器单元(3)的输入端子(31)，
第二端子(42)，用于连接到所述电压转换器单元(3)的输出端子(32)，并且用于向所述存储器(48)的第一端子(481)馈电，
第三端子(43)，用于连接到所述电压转换器单元(3)的公共端子(33)，并且用于向所述存储器(48)的第二端子(482)馈电，
第一供电端子(44)，用于连接到充电站(1)的第一充电端子(11)，以及
第二供电端子(45)，用于连接到所述充电站(1)的第二充电端子(12)，其特征在于
或者根据所述第二实施例变型
在所述存储单元(4)内
·所述第一供电端子(44)经由所述第一断路开关(36b)可断开地连接到所述存储单元(4)的所述第一端子(41)，
·所述存储单元(4)的所述第二端子(42)和所述存储器(48)的所述第一端子(481)经由所述第二断路开关(46)可断开地连接至所述第一供电端子(44)，并且
·所述存储单元(4)的所述第三端子(43)和所述存储器(48)的所述第二端子(482)经由第三断路开关(47)可断开地连接至所述第二供电端子(45)，或者根据所述第一实施例变型
在所述电压转换器单元(3)内
·所述电压转换器单元(3)的所述输入端子(31)通过第一断路开关(36)从所述电压转换器(37)断开，
在所述存储单元(4)内
·所述第一电源端子(44)连接到所述存储单元(4)的所述第一端子(41)，
·所述存储单元(4)的所述第二端子(42)和所述存储器(48)的所述第一端子(481)经由所述第二断路开关(46)可断开地连接至所述第一供电端子(44)，并且
·所述存储单元(4)的所述第三端子(43)和所述存储器(48)的所述第二端子(482)经由所述第三断路开关(47)可断开地连接至所述第二供电端子(45)。
3.根据权利要求1或2所述的充电系统(2)，其中，所述电压转换器单元(3)被设计为能够独立于所述存储单元(4)来制造、处理和运输。
4.根据前述权利要求中任一项所述的充电系统(2)，其中，所述电压转换器单元(3)连接到所述存储单元(4)所通过的所述三个端子(31、32、33)是可释放且可重新连接的端子，
特别是插入式端子或螺钉端子或夹紧端子。
5.根据前述权利要求中任一项所述的充电系统(2)，其中，所述供电端子(44、45)形成在单个插头上或两个单独的插头上，其中特别地，该单个插头或该两个插头各自具有分别用于先导电路或安全电路的安全触点。
6.根据前述权利要求中任一项所述的充电系统(2)，其中，所述供电端子(44、45)被设计用于最大快速充电电流，所述最大快速充电电流是所述电压转换器单元(3)能够提供的最大充电电流的两倍以上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的充电系统(2)，其中，所述供电端子(44、45)被设计用于高于300安培、特别是高于400安培的最大快速充电电流，和/或所述电压转换器单元(3)被设计用于高于50安培、特别是高于100安培的最大充电电流。
8.一种电压转换器单元(3)，特别是用在根据前述权利要求中任一项所述的充电系统(2)中，包括
输入端子(31)，用于连接到输入电压源的第一极，
输出端子(32)，用于连接到要馈电的用电设备的第一极，以及
公共端子(33)，用于连接到所述输入电压源的第二极和所述用电设备的第二极，
其中所述输入端子(31)经由第一断路开关(36)引导。
9.一种存储单元(4)，特别是用于根据权利要求1至7中任一项所述的充电系统中，包括
两个供电端子(44、45)和一个存储器(48)，
其中所述存储器(48)包括两个端子(481、482)，所述两个端子通过第二和第三断路开关(46、47)可断开地连接到所述供电端子(44、45)，
其中，所述存储单元(4)包括三个端子(41、42、43)，用于连接至电压转换器单元(3)的相应端子，并且
在所述存储单元(4)内
·所述三个端子中的两个端子(42、43)连接到所述存储器(48)的所述两个端子(481、482)，并且
或者根据第二实施例变型
·所述三个端子中的第三个端子(41)通过第一断路开关(36b)可断开地连接到所述供电端子(44、45)之一，
或者根据第一实施例变型
·所述三个端子中的第三个端子(41)连接到所述供电端子(44、45)之一。
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