用于車輛的高壓車載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛中的能量分配系統(tǒng)。尤其本發(fā)明涉及一種在改進(jìn)對(duì)于能量供給系統(tǒng)的電機(jī)的操控的同時(shí)得到簡(jiǎn)化的構(gòu)造。此外，本發(fā)明尤其涉及一種用于車輛的能量供給系統(tǒng)以及一種車輛、尤其是電動(dòng)車或混合動(dòng)力車。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)車或者混合動(dòng)力車中的車載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)用于提供比如以電的方式所儲(chǔ)存的能量的蓄能器元件以及至少一個(gè)作為所儲(chǔ)存的能量的消耗器的、用于驅(qū)動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)元件、比如電動(dòng)馬達(dá)或者電機(jī)。在此，大多情況下蓄能器元件、高壓蓄電池或者電池系統(tǒng)在使用換流器(Inverters)或者直流電壓-交流電壓變換器(DC-AC-變換器)的情況下與電機(jī)相連接，并且由于結(jié)構(gòu)形式而被設(shè)置用于輸出直流電壓。在此，所述變換器將由蓄能器元件提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)于電動(dòng)馬達(dá)元件或者電機(jī)的運(yùn)行來(lái)說(shuō)合適的交流電壓。
[0003]圖1示出了一種傳統(tǒng)的、用于電動(dòng)車或者混合動(dòng)力車的車載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在從蓄能器元件4到電動(dòng)馬達(dá)或者電機(jī)6的線路路徑中，布置了換流器或者DC-AC變換器8。此外，能量供給系統(tǒng)2具有一充電器10，該充電器一方面與能量供給系統(tǒng)2相耦合并且另一方面與外部的能源12、比如電力網(wǎng)12相耦合。所述電力網(wǎng)12示范性地在使用三個(gè)相位L1-3的情況下被耦合到充電器上。能夠設(shè)想其它的、在電力網(wǎng)12與充電器10之間的連接。充電器10在此被設(shè)置用于:根據(jù)外部的能量供給機(jī)構(gòu)12來(lái)給蓄能器元件4充電。
[0004]傳統(tǒng)的蓄能器元件4通常具有取決于充電狀態(tài)的、可變的端電壓，所述端電壓通過(guò)能量供給系統(tǒng)2的內(nèi)部的敷設(shè)電纜也加載在變換器8上。圖2示出了由蓄能器元件4提供的電流的、取決于蓄能器元件4的端電壓的、示范性的曲線。因?yàn)樾钅芷髟?的所輸出的功率如在圖2中示出的那樣基本上恒定地不取決于所述端電壓，所以較低的端電壓引起提高了的電流并且反之亦然。
[0005]對(duì)于直接被連接的變換器8來(lái)說(shuō)，由此必須如此設(shè)計(jì)該變換器的尺寸，用于不僅能夠處理最高可能的電壓而且能夠處理最低可能的電壓并且不僅能夠處理最高可能的電流而且能夠處理最低可能的電流。
[0006]在此由所述變換器8實(shí)現(xiàn)的電功率基本上受到電流的限制，所述電流在不取決于所加載的端電壓的情況下不得超過(guò)特定的數(shù)值。由此必須針對(duì)這種最大的電流來(lái)設(shè)計(jì)所述變換器8。
[0007]為了現(xiàn)在能夠優(yōu)化地提供一種變換器，可以在蓄能器元件4與變換器8之間設(shè)置一直流電壓轉(zhuǎn)換器(Gleichspannungswandler) 14。由此可以轉(zhuǎn)換可變的、由蓄能器元件4輸出的、可變的、示范性地處于150V到300V的范圍內(nèi)的電壓或者將其轉(zhuǎn)換到一種電壓水平，該電壓水平基本上是恒定的，示范性地為400V。由此所述變換器8可以構(gòu)造用于基本上占據(jù)所定義的、由電流和電壓構(gòu)成的運(yùn)行工作點(diǎn)，而在此不必設(shè)計(jì)到較大的電流范圍。換句話說(shuō)，通過(guò)直流電壓轉(zhuǎn)換器14與變換器8之間的、中間電路中的所定義的電壓，根據(jù)基本上恒定的功率也將所屬的電流確定到基本上恒定的數(shù)值。對(duì)于這個(gè)數(shù)值來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在可以優(yōu)選設(shè)計(jì)所述變換器8，而在此不必考慮在降低的電壓的情況下針對(duì)可能提高的電流的儲(chǔ)備。所述變換器8或者換流器由此基本上在恒定的電壓比的情況下工作。由此尤其可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn):可以將在所述變換器8中的半導(dǎo)體的電流承載能力減半。相應(yīng)地，可以將所有的輸入?yún)?shù)設(shè)計(jì)到低得多的電壓及電流范圍。由此可以降低設(shè)計(jì)上的開(kāi)銷并且節(jié)省材料成本。
[0008]圖4示出了直流電壓轉(zhuǎn)換器的一種示范性的實(shí)施方式。直流電壓轉(zhuǎn)換器14或者DC-DC-轉(zhuǎn)換器14在此示范性地具有作為多相系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，由此作為多個(gè)單獨(dú)的電壓轉(zhuǎn)換器的組合來(lái)示出。通過(guò)這樣的構(gòu)造，產(chǎn)生了一些技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)，比如電壓及電流起伏(Spannungs-und Stromrippel)的減小。
[0009]但是，這樣的、按照?qǐng)D3所使用的直流電壓轉(zhuǎn)換器14在此是車輛的能量供給系統(tǒng)中的、附加的組件，該組件本身具有一定的能耗并且也僅僅由于其重量就已經(jīng)引起用于驅(qū)動(dòng)車輛的能量需求的提高。此外，依照傳統(tǒng)設(shè)置了一充電器10，該充電器將外部的能量供給機(jī)構(gòu)12如此耦合輸入到所述能量供給系統(tǒng)中，用于能夠給蓄能器元件4充電。
[0010]如果由此利用用于將恒定的供電電壓提供給所述變換器的DC-DC-轉(zhuǎn)換器來(lái)擴(kuò)展(參照?qǐng)D3)傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D1)，那么由此就提高所述組件的數(shù)目并且由此尤其提高了半導(dǎo)體的數(shù)目以及對(duì)其的操控水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的一個(gè)方面由此可以在于，提供一種用于車輛的車載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者能量供給系統(tǒng)，該能量供給系統(tǒng)一方面以基本上恒定的電壓來(lái)運(yùn)行一變換器或者換流器，但是在此提供所述能量供給系統(tǒng)的組件的一種得到改進(jìn)的連接方案以及一種得到簡(jiǎn)化的構(gòu)造。尤其基本上不應(yīng)該提高半導(dǎo)體的數(shù)目以及對(duì)其的操控。
[0012]相應(yīng)地示出了按獨(dú)立權(quán)利要求所述的、一種用于車輛的能量供給系統(tǒng)以及一種車輛，尤其電動(dòng)混合車輛。優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案從從屬權(quán)利要求中獲得。
[0013]按照本發(fā)明，現(xiàn)在如此改動(dòng)所述直流電壓轉(zhuǎn)換器，從而基本上可以取消經(jīng)常也在布置在車輛中的充電器。如在按照本發(fā)明的能量供給系統(tǒng)中所使用的一樣的直流電壓轉(zhuǎn)換器由此能夠在充電運(yùn)行中直接對(duì)用于給蓄能器元件進(jìn)行充電的、(比如三相的)外部的能源進(jìn)行饋電，而在行駛運(yùn)行中所述直流電壓轉(zhuǎn)換器可以向變換器提供基本上恒定的運(yùn)行電壓或者供電電壓。由此可以提供一種用于車輛的能量供給系統(tǒng)，在該能量供給系統(tǒng)的情況下所述蓄能器元件的充電功能被集成在所述直流電壓轉(zhuǎn)換器中并且由此可以使用一種變換器，該變換器被優(yōu)化到較小的電壓范圍。
[0014]按照本發(fā)明構(gòu)造一種具有充電功能的、示范性地具有三個(gè)或者更多個(gè)相位的相位數(shù)的直流電壓轉(zhuǎn)換器。在正常的行駛運(yùn)行中或者也在正向運(yùn)行中，所述相位在此通過(guò)在這種情況下閉合的接觸器或者開(kāi)關(guān)被連接在中間電路上，在所述中間電路上也連接了所述變換器，或者所述中間電路向所述變換器饋電。由于未連接或者未插接外部的能源，直流電壓轉(zhuǎn)換器由此基本上具有直接連接(durchverbunden)的結(jié)構(gòu)。
[0015]如果現(xiàn)在要給蓄能器元件充電，則斷開(kāi)所述開(kāi)關(guān)并且將示范性地構(gòu)造為3相結(jié)構(gòu)的電力網(wǎng)或者能源直接與直流電壓轉(zhuǎn)換器連接起來(lái)，直流電壓轉(zhuǎn)換器現(xiàn)在在反向運(yùn)行中作為充電器或者逆變器來(lái)工作并且向蓄能器元件或者車輛蓄電池提供恒定的充電電壓或者充電電流。
[0016]由此可以針對(duì)窄小的輸入電壓范圍對(duì)在車輛中所設(shè)置的變換器進(jìn)行優(yōu)化，這也在成本和體積方面產(chǎn)生了優(yōu)點(diǎn)。在此不需要附加的、用于充電器的組件，因?yàn)樵摴δ苡芍绷麟妷恨D(zhuǎn)換器來(lái)承擔(dān)。
[0017]所述電壓轉(zhuǎn)換器通常由于再生(Rekuperat1n)、也就是行駛運(yùn)行中的能量回收利用而構(gòu)造為雙向的轉(zhuǎn)換器，從而在所述轉(zhuǎn)換器作為充電器來(lái)運(yùn)行時(shí)所述蓄能器元件的能量也可以被反饋到外部的能源、比如電力網(wǎng)中。由此，大量的按本發(fā)明的能量供給系統(tǒng)可以為地區(qū)的或者國(guó)家的能源系統(tǒng)提供蓄能器解決方案。
[0018]按本發(fā)明的直流電壓轉(zhuǎn)換器在此可以針對(duì)大量的使用情況得到優(yōu)化，比如針對(duì)這樣的、在具有較長(zhǎng)的充電時(shí)間而無(wú)主動(dòng)冷卻功能的較低的功率范圍內(nèi)的使用情況或者也作為具有主動(dòng)冷卻功能的、用于快速充電的高功率電壓轉(zhuǎn)換器得到優(yōu)化。
[0019]所述按本發(fā)明的能量供給系統(tǒng)同樣被設(shè)置用于:在再生運(yùn)行中回收比如由于受到制動(dòng)的下坡行駛而被電機(jī)獲取的能量并且將其反饋到蓄能器元件中。