CN117999184A - 对中间电路电容器充电的设备和方法、能量供应网络和电驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及借助于低压网络中的电能对高压网络中的中间电路电容器充电。在此情况下设置为，在使用低压网络的运行参数、例如低压网络中的电压的情况下调整从低压网络到高压网络中的功率流。

Description

对中间电路电容器充电的设备和方法、能量供应网络和电驱 动系统

技术领域

本发明涉及一种用于对中间电路电容器、特别是高压网络中的中间电路电容器充电的设备和方法。本发明还涉及一种用于电动车辆的能量供应网络和电驱动系统。

背景技术

完全或至少部分的电驱动车辆具有电驱动系统，其由所谓的牵引用电池供电。电驱动系统通常包括电机和变流器、特别是逆变器，其中，在变流器中为了稳定输入端直流电压而设置所谓的中间电路电容器。在切断状态下，牵引用电池可借助于断开开关与电驱动系统的变流器断开。在此情况下，在重新连接牵引用电池与变流器之前，希望将变流器中的中间电路电容器充电到至少近似相应于牵引用电池的电压水平的电压水平。由此可以经由断开开关来建立牵引用电池和变流器之间的电连接。

例如，出版物DE 102016200662 Al描述了一种用于从低压电池为中间电路电容器充电的双向直流电压转换器。

发明内容

本发明公开了具有独立权利要求的特征的一种用于对高压网络中的中间电路电容器充电的设备和方法，以及一种用于电动车辆的能量供应网络和一种电驱动系统。其他有利的实施方式是从属权利要求的主题。

因此设置：

一种用于对高压网络中的中间电路电容器充电的设备。该设备包括直流电压转换器和控制装置。直流电压转换器被设置用于在输入侧与低压网络耦接。直流电压转换器还被设置用于在输出接口与中间电路电容器耦接并提供用于对中间电路电容器充电的充电电压。控制装置被设置用于获知低压网络的运行参数。控制装置还被设置用于在使用所获知的运行参数的情况下调整(einzustellen，设定)从低压网络向高压网络中的中间电路电容器的功率流。

此外设置：

一种用于电动车辆的能量供应网络，具有高压网络、低压网络和根据本发明的用于对中间电路电容器充电的设备。高压网络包括高压电池、中间电路电容器和断开开关。断开开关被设置用于打开或闭合高压电池和中间电路电容器之间的电连接。

还设置：

一种电驱动系统，具有根据本发明的能量供应网络、电机和电气变流器。变流器被设置用于在使用高压网络中提供的电能的情况下驱控电机。在此情况下高压网络中的中间电路电容器可以特别是设置在电气变流器中。

最后设置：

一种用于对高压网络中的中间电路电容器充电的方法。该方法包括用于获知低压网络中的运行参数的步骤。该方法此外包括用于在使用低压网络中的电能的情况下对高压网络中的中间电路电容器充电的步骤。在此情况下，在使用所获知的低压网络的运行参数的情况下调整从低压网络向高压网络中的中间电路电容器的功率流。

发明优点

本发明基于如下认知：在借助于低压网络中的电能对高压网络中的中间电路电容器充电时，低压网络通常由电池供电。本发明还基于如下认知：低压网络中的这种电池仅具有被限制的容量。如果低压网络中的电池的充电状态下降，那么在提取能量用于对高压网络中的中间电路电容器充电时，会出现具有电池的低压网络中的电压骤降。

因此本发明的一个想法是，考虑这种认知并控制用于对高压网络中的中间电路电容器充电的功率，使得在充电期间在低压网络中也能连续地维持稳定的供应电压。为此设置，在对中间电路电容器充电之前和/或期间，评估低压网络的、特别是对低压网络供电的电池的一个或多个性能并在使用这些参数的情况下适配用于对中间电路电容器充电的充电功率，使得在低压网络中不会出现不希望的电压骤降。

低压网络通常除了供应用于在高压网络和低压网络之间进行电能传输的直流电压转换器之外，还供应大量其他的电消耗器。特别是也可以由低压网络给敏感的电气组件、例如控制器或类似装置供应电能。在此情况下，通过在对中间电路电容器充电期间适配从低压网络向高压网络的功率流可以保证，从低压网络的能量提取始终被限制到不导致低压网络中的显著的电压骤降的值，该电压骤降会导致其他的联接在低压网络上的消耗器受到干扰或故障。

以这种方式特别是在低压网络中的电池的低充电状态下和/或低压网络中的电池严重老化的情况下可以实现对中间电路电容器的充电，不会出现低压网络中的其他消耗器的干扰或故障。

根据一种实施方式，运行参数包括低压网络中的电压。相应地，控制装置被设置用于获知低压网络的电压。此外，控制装置可以被设置为，在使用所获知的低压网络的电压的情况下调整从低压网络向高压网络中的中间电路电容器的功率流。在许多情况下，电池、在该情况下低压电网的电池的电压与电池的充电状态相关联。随着充电状态下降，电池的输出电压且因此低压网络中的电压也下降。从低压网络向高压网络中的用于对中间电路电容器充电的功率流因此可以相应于低压网络中的电压进行适配。为此可以例如预设低压网络中的电压和功率流之间的线性关系。此外，功率流也可以被分列为多个级。例如在低于预设的阈值电压的情况下可以将功率流限制到第一值，而在高于该阈值电压的情况下可以调整出更高的功率流。当然也可以设置用于控制功率流的更多级。此外也可以设置任何其他的预设值，用于根据低压网络中的电压来适配功率流。

根据一种实施方式，控制装置被设置用于获知联接在低压网络中的电池的状态值。相应地，控制装置可以被设置用于在使用所获知的状态值的情况下调整从低压网络向高压网络中的中间电路电容器的功率流。该状态值可以是任意的值，其代表低压网络中的电池的特性参量。例如可以经由电池管理单元或类似装置来获知充电状态、健康状态或类似状态。此外也可以例如连带考虑低压网络中的电池的温度。这样，电池例如可以在较低温度下仅提供比其在较高温度下更小的最大功率。

根据一种实施方式，控制装置包括数据接口。控制装置的数据接口可以被设置用于接收低压网络的运行参数，特别是联接的电池的状态值。例如相应的数据可以经由CAN总线或任意其他的合适的数据总线来传输。

根据一种实施方式，控制装置被设置用于，根据所获知的运行参数，使至少一个联接在低压网络上的消耗器去除激活。特别是可以在对中间电路电容器充电期间使低压网络中的一个或多个消耗器去除激活。这样可以例如在对中间电路电容器充电期间使不太重要的消耗器，例如座椅加热器、风扇或类似装置去除激活，或至少在其功率上减小。以这种方式使低压网络中的电池在充电期间的负荷减小，从而提供更多的能量用于对中间电路电容器充电。特别是在对中间电路电容器充电期间可以根据之前描述的所获知的运行参数使低压网络中的一个或多个消耗器去除激活。

根据一种实施方式，所述设备为了对中间电路电容器充电而包括输出装置。输出装置可以被设置为，如果所获知的运行参数的值低于预设的阈值时，则输出光学和/或声学的信号。可替代地，所获知的运行参数或所获知的运行参数的值可以被输出到显示器上。以这种方式，使用者可以提前获得关于低压网络中的、特别是低压网络的电池中的关键状态的信息。这样可以促使使用者例如及时更换低压网络中的电池，在低压网络中的电池的功率性能还没有被进一步限制且这可能会导致干扰或失效之前。

只要是合理的，上面的设计和改进可以任意地相互组合。本发明的其他设计、改进和实现也包括未详细提到的之前或接下来关于实施例描述的特征的组合。尤其是本领域技术人员也可添加单个方面作为对于本发明的相应的基本形式的改进或补充。

附图说明

下面参照附图说明本发明的其他特征和优点。其中：

图1：示出了能量供应网络的方块图的示意图，具有电驱动系统和用于对根据一种实施方式的中间电路电容器充电的设备，以及

图2：示出了用于对根据一种实施方式的中间电路电容器充电的方法的流程图。

除非另有说明，附图中相同的附图标记表示相同或功能相同的部件。

具体实施方式

图1示出了电动车辆中的能量供应网络的示意图，具有电驱动系统。该能量供应网络包括高压网络2和低压网络3。低压网络3包括低压电池31，其向低压网络3中的一个或多个电消耗器33供应电能。例如低压网络3可以是具有12V、24V或也可能48V的电压的能量供应网络。高压网络2包括高压电池或牵引用电池21。牵引用电池21可以例如经由断开开关22与高压网络2的其他部件连接。在去除激活的状态下断开开关22是打开的，从而牵引用电池21不与高压网络2的其他部件电连接。高压网络2的其他部件包括特别是电气变流器23，例如逆变器。变流器23可以将高压网络2中提供的直流电压转换成一相或多相的交流电压并且将该交流电压提供到电机24上。为了稳定变流器23中的输入侧的直流电压，设置中间电路电容器23a。在去除激活的状态下，也就是说当断开开关22打开时，中间电路电容器23a被放电。

高压网络2与低压网络3经由电压转换器、特别是直流电压转换器11耦接。以这种方式可以在运行期间，也就是说在断开开关22闭合时将电能从高压网络2传输到低压网络3中。以这种方式可以向低压网络3中的消耗器33供应电能。此外也可以对低压网络3中的电池31充电。

如上已述，在断开开关22打开时中间电路电容器23a被放电。因此如果断开开关22闭合，则在断开开关22闭合之前将中间电路电容器23a充电到如下电压，该电压的高度大致相应于牵引用电池21的电压。为此可以例如将电能从低压网络3经由直流电压转换器11传输到高压网络中且因此传输到中间电路电容器23a。

由于中间电路电容器23a通常具有比较高的容量，因此必须从低压网络3提取大的能量来为中间电路电容器23a充电。如果充电过程在此在特别短的时间段内完成，则可能在低压网络3中会出现强度较大或较小的电压骤降。特别是在低压网络3中的电池31较弱时、也就是说强烈放电或可能严重老化时，经由直流电压转换器11给中间电路电容器23a充电可能导致低压网络3中的显著的电压骤降。

为了避免在对中间电路电容器23a充电期间低压网络3中过强的电压骤降，可以通过控制装置12来适配从低压网络3到高压网络2中的功率流。下面描述用于控制从低压网络3到高压网络2中的功率流以对中间电路电容器23a充电的几个运行策略。

控制装置12可以例如获知低压网络3中的电压。为此可以例如设置借助于电压传感器的简单的电压测量。可替代地，控制装置12也可以经由数据接口或通信总线从其他部件接收低压网络中的电压，该部件监控低压网络3中的电压。接着，控制装置12也可以根据所获知的低压网络3中的电压来调整用于对中间电路电容器23a充电的功率流。例如可以预设阈值。如果低压网络3中的电压位于预设的阈值之上，则利用较高的功率对中间电路电容器23a充电。相反，如果低压网络3中的电压低于预设的阈值，则控制装置12调整出较低的功率流来对直流电压转换器11中的中间电路电容器23a充电。当然，也可以设置具有多于一个阈值、例如两个、三个或更多个阈值的多级方案。此外，也可以在下边界电压和上边界电压之间线性地根据低压网络3中的电压来调整用于对中间电路电容器23a充电的功率流。此外，当然也可以设置功率流和低压网络3中的电压之间的任意其他的功能关系。

除了调整用于对中间电路电容器23a充电的功率流之外，也可以考虑低压网络3的其他的合适的运行参数。例如可以考虑低压网络3中的电池31的充电状态(英文：englischState ofCharge，SoC)、健康状态(英文：State ofHealth,SoH)或任何其他的合适的运行参数，以相应地适配用于对中间电路电容器23a充电的功率流。这种运行参数、特别是SoC或SoH的数据可以例如由低压网络3中的电池31的电池管理系统接收。可替代地，任何另外的控制部件也可以提供合适的值，这些值用于控制从低压网络3的用于对中间电路电容器23a充电的功率流。

例如用于对中间电路电容器23a充电的功率流也可以根据温度、特别是低压网络3中的电池31的温度来适配。这样，可以例如在较低的温度下调整出较低的功率流，而在较高的电池温度下设置较高的功率流。为此也可以设置任何合适的线性或梯级式的控制用于适配功率流。

除了根据所获知的运行参数来控制从低压网络3向中间电路电容器23a的功率流之外，附加地或可替代地也可以在对中间电路电容器23a充电期间使低压网络3中的一个或多个消耗器33去除激活或在其功率消耗上进行限制。例如可以在对中间电路电容器23a充电期间断开座椅加热器或风扇或者在功率消耗上进行减少。当然也可以在对中间电路电容器23a充电期间使低压网络3中的任何另外的消耗器33去除激活或在其功率消耗上进行限制。特别是可以根据之前描述的低压网络3中的运行参数进行去除激活或功率消耗的限制。

因此，通过使低压网络3中的一个或多个消耗器33暂时地去除激活以及控制从低压网络3向中间电路电容器23a的功率流，能够实现对中间电路电容器23a充电，而不会在对中间电路电容器23a充电期间出现低压网络3中的过度的电压骤降。以这种方式可以保证，电压敏感的部件、例如控制器或类似装置在对中间电路电容器23a充电期间不被影响。

此外，在用于对中间电路电容器23a充电的设备1中可以设置信号提供装置13，例如显示器或声学信号发送器。借助于这种部件可以向使用者提供低压网络3中的运行状态的信号，该运行状态导致在对中间电路电容器23a充电期间功率流的减少。例如可以向使用者提供信号，低压网络3中的电压、低压网络3中的电池31的充电状态(SoC)或健康状态(SoH)已达到临界值。以这种方式可以提前告知使用者关于低压网络3中的电压供应可能的失效或受损的信息，从而可以及时导入合适的应对措施。例如他可以及时地采用新电池来更换低压网络3中的电池31。

图2示出了用于对高压网络中的中间电路电容器充电的方法的流程图。该方法原则上可以包括任意的步骤，如之前已经结合用于对中间电路电容器充电的设备1所描述的那样。类似地，上面描述的用于对中间电路电容器充电的设备1以及所描述的能量供应网络和电驱动系统也可以具有任意合适的部件，如为了执行下面描述的方法所需的部件。

在步骤S1中获知低压网络的运行参数。如上已述，所获知的运行参数例如可以是低压网络中的电压、低压网络中的电池31的健康状态或充电状态或者任意另外的合适的参数，例如温度。

接着，在步骤S2中进行对高压网络2中的中间电路电容器23a充电。中间电路电容器23a在此情况下借助于低压网络3的电能来充电。在此特别是调整从低压网络向高压网络2中的中间电路电容器23a的功率流23a，其中，在使用所获知的低压网络中的运行参数的情况下调整功率流。

总的来说，本发明涉及借助于低压网络中的电能对高压网络中的中间电路电容器充电。在此情况下设置，在使用低压网络的运行参数、例如低压网络中的电压的情况下调整从低压网络到高压网络中的功率流。

Claims (10)

1.一种用于对高压网络(2)中的中间电路电容器(23a)充电的设备(1)，具有：

直流电压转换器(11)，其被设置用于在输入侧与低压网络(3)耦接，在输出端与所述中间电路电容器(23a)耦接并且在所述中间电路电容器(23a)上提供用于对所述中间电路电容器(23a)充电的充电电压，以及

控制装置(12)，其被设置用于获知所述低压网络(3)的运行参数并且在使用所获知的运行参数的情况下调整从所述低压网络(3)向所述高压网络(2)中的中间电路电容器(23a)的功率流。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述控制装置(12)被设置用于获知所述低压网络(3)的电压并且在使用所获知的所述低压网络(3)的电压的情况下调整从所述低压网络(3)向所述高压网络(2)中的中间电路电容器(23a)的功率流。

3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其中，所述控制装置(12)被设置用于获知联接在所述低压网络(3)中的电池(31)的状态值并且在使用所获知的状态值的情况下调整从所述低压网络(3)向所述高压网络(2)中的中间电路电容器(23a)的功率流。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备(1)，其中，所述控制装置(12)包括数据接口，所述数据接口被设置用于接收所述低压网络(3)的运行参数。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备(1)，其中，所述控制装置(12)被设置用于根据所获知的运行参数，使至少一个联接在所述低压网络(3)上的消耗器(33)去除激活。

6.一种用于电动车辆的能量供应网络，具有：

高压网络(2)，具有高压电池(21)、中间电路电容器(23a)和断开开关(22)，其中，所述断开开关(22)被设置用于闭合或断开所述高压电池(21)和所述中间电路电容器(23a)之间的电连接；

低压网络(3)，具有低压电池(31)；以及

根据权利要求1至5中任一项所述的用于对中间电路电容器(23a)充电的设备(1)。

7.一种电驱动系统，具有：

根据权利要求6所述的能量供应网络，

电机(24)；以及

电气变流器(23)，其被设置用于在使用所述高压网络(3)中提供的电能的情况下驱控所述电机(24)。

8.一种用于对高压网络(2)中的中间电路电容器(23a)充电的方法，具有下列步骤：

获知(S1)低压网络(3)中的运行参数；

在使用所述低压网络(3)中的电能的情况下对所述高压网络(2)中的中间电路电容器(23a)充电(S2)，其中，在使用所获知的所述低压网络(3)的运行参数的情况下调整从所述低压网络(3)向所述高压网络中的中间电路电容器(23a)的功率流。

9.根据权利要求8所述的方法，具有在对所述中间电路电容器(23a)充电期间使所述低压网络(3)中的至少一个电消耗器(33)去除激活的步骤。

10.根据权利要求8或9所述的方法，具有在对所述中间电路电容器(23a)充电之前和/或期间当所获知的所述低压网络(3)的运行参数低于预设的阈值时输出报警信号的步骤。