專利名稱：用于為電動車的可充電電池充電的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于為電動車的可充電電池充電的系統(tǒng)，其中電動車預(yù)設(shè)有電驅(qū)動裝置、產(chǎn)生第一輸出交流電的發(fā)電機、在電動車行駛中可開啟的驅(qū)動發(fā)電機的內(nèi)燃機和第一電氣充電插接裝置。
背景技術(shù)：
在個人近距離交通中，具有其它驅(qū)動方式、特別是電動驅(qū)動的特別是對氣候和環(huán)境有益的汽車概念獲得了越來越多的市場份額。所述電動驅(qū)動獲取用于牽引力的電功率的典型方式為來自電壓位在高壓范圍內(nèi)的電池，優(yōu)選為來自可充電的鋰離子電池。次級電池在能量和功率密度方面相對于其它的電化學(xué)能量存儲技術(shù)有一些優(yōu)勢。在具有電動驅(qū)動的汽車中，所述蓄電池在電動車停止運行或者被停置的狀態(tài)時，即在不準(zhǔn)備行駛的狀態(tài)時，普遍通過一般為汽車使用者的家用電網(wǎng)的交流電網(wǎng)、或者通過直流電充電站被充電。在具有可在行駛中開啟的內(nèi)燃機的電動車中，充電也可以在行駛或者行駛準(zhǔn)備狀態(tài)中實現(xiàn)。內(nèi)燃機驅(qū)動發(fā)電機以產(chǎn)生電流，其也可以被用作電池充電電流。由內(nèi)燃機給出的功率優(yōu)選用于電動車電驅(qū)動裝置的有效行程的延長，因此在本發(fā)明中內(nèi)燃機和發(fā)電機的組合被稱為行程延長器。結(jié)果是這對電動車的電路架構(gòu)提出了特別的技術(shù)要求，最主要涉及的是電動車停止和行駛中的能量和功率流。所述電路架構(gòu)的一部分為用于給可充電電池充電的系統(tǒng)。電動車可充電電池的充電系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)水平中是熟知的。例如專利EP0596988M1描述了由電池供電的電動車的電供給系統(tǒng)。其中供給是基于公共交流電網(wǎng)。此外專利EP0610258B1公布了用于電動車的充電站，其中在開始就特別提到充電站提供直流電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，給出一種改良的充電系統(tǒng)，用于為電動車電池重復(fù)充電。該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1的用于電動車可充電電池的充電系統(tǒng)解決。本發(fā)明的有益的實施形式和進(jìn)一步構(gòu)造由從屬權(quán)利要求給出。根據(jù)本發(fā)明，在內(nèi)燃機啟動的情況下，發(fā)電機至少暫時作為電功率源用于為電池提供充電功率，并且第一充電插接裝置在幾何結(jié)構(gòu)上這樣設(shè)計，使得提供第二輸出交流電的單相交流電網(wǎng)可以通過第一充電電線連接到第一充電插接裝置，從而在電動車被停置的狀態(tài)時作為電功率源為電池提供充電功率。在此第一充電插接裝置被設(shè)計成用于最大電壓位至少為240伏以及最大電流強度至少為32安培的負(fù)載，并且電動車中集成了第二電氣充電插接裝置，在汽車被停置的狀態(tài)中提供第一直流電的直流電充電站能夠通過第二充電電線連接到該第二電氣充電插接裝置，這樣在電動車被停置的狀態(tài)中直流電充電站能夠或者單獨地或者與單相交流電網(wǎng)同時地作為電功率源用于為電池提供充電功率。本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，在電動車在被停置狀態(tài)下在可充電電池的充電可能性方面給汽車使用者提供了高的靈活性。除了在例如公共充電站通過直流充電插接裝置、即第二充電插接裝置給電池充電外，在交流電源上通過交流電插接裝置、即第一充電插接裝置的多向電的充電也是可行的。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施形式，第一輸出交流電由第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器和與第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器并聯(lián)的第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器整流成第二直流電。在設(shè)計交流電源的充電功能時兩個轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)特別是能獲得高的地域靈活性。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施形式，第二直流電通過接在電驅(qū)動裝置之前的直流電-交流電轉(zhuǎn)換器為電驅(qū)動裝置供給電功率或者第二直流電通過接在電驅(qū)動裝置之前的直流電-交流電轉(zhuǎn)換器給電驅(qū)動裝置供給電功率并且同時給電池充電。在所述實施形式的框架中，充電系統(tǒng)使電池在準(zhǔn)備好行駛的狀態(tài)中的充電和在行駛中通過行程延長器的充電成為可能。這意味著交流電由發(fā)電機產(chǎn)生，而發(fā)電機在需要的情況下，即優(yōu)選在為了延長已經(jīng)開始的行駛的行程或者是為了實現(xiàn)即將開始的行駛由內(nèi)燃機使用燃料來驅(qū)動。此時由發(fā)電機作為電流給出的功率由電路優(yōu)選拐向電驅(qū)動裝置的方向，其中根據(jù)本發(fā)明的充電系統(tǒng)為電路架構(gòu)的一部分。可供選擇的是給出的功率部分可以同時用于電池的充電。同樣有益的是，第二輸出交流電由第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器和與第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器并聯(lián)的第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器整流成第三直流電并且第三直流電給電池充電。根據(jù)前面的描述第三直流電和第二直流電的區(qū)別特別在于，第二直流電流動的前提是行程延長器的運行以及第三直流電流動的前提是汽車通過第一充電插接裝置在交流電源上充電。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施形式，第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器被設(shè)計用于最大輸入功率至少為230伏xl6安培并且第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器被設(shè)計用于最大輸入功率至少為230伏xl6安培。該類系統(tǒng)能讓電動車的使用者(例如在北美)將電動車與不同的特定的、但是分布很廣的用于充電的交流電網(wǎng)連接用于電池充電。在北美大約至少有兩種交流電網(wǎng)在家用范圍內(nèi)被廣泛使用，一種為持續(xù)保證16安培的120伏網(wǎng)絡(luò)以及一種為持續(xù)保證32安培的240伏網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)汽車為了充電和更高電壓的網(wǎng)絡(luò)連接時，電池的充電相較于和低電壓網(wǎng)絡(luò)連接能在更短的時間內(nèi)實現(xiàn)，這在本發(fā)明的后文中被稱為快速充電。此外充電系統(tǒng)還優(yōu)選具有的特性為，第一直流電可以通過大功率開關(guān)、特別是直流接觸器中斷。以此在位于直流電充電站的充電過程中例如為了高壓安全的目的電池可以電流式地和直流電充電站斷開。此外根據(jù)本發(fā)明的充電系統(tǒng)可以被構(gòu)造成，第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器和直流接觸器在空間上被集成在一個組合充電單元中并且第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器和第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)在組合充電單元外部或者在組合充電單元上實現(xiàn)。該實施形式帶來的優(yōu)點首先為對于汽車制造商給出了模塊化的電路架構(gòu)或者電動車的構(gòu)造方式。例如在所述的實施形式中，在直流電充電站的直流充電可以以特別裝備的形式被提供，因為該功能和為此必要的技術(shù)組件對于充電系統(tǒng)的其它功能并不是必須的。這樣電動車可以以不同的配置被提供，這僅說明在直流電充電的可能性上為可選的。如果汽車具有直流電充電的可能性，在充電系統(tǒng)其它的配置例中就可以放棄第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器并且因此在工廠可以組裝不具有第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器的組合充電單元的簡化版本。通過這種方式根據(jù)第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器的設(shè)計在交流電網(wǎng)上只能通過最大功率至少為230伏xl6安培來充電，而不存在快速充電的可能型。如果汽車大致主要在歐洲或者在地球的其它國家或區(qū)域被使用或者由這些國家在汽車制造商處預(yù)訂，那么只具有一個交流電-直流電轉(zhuǎn)換器的缺少覆蓋高輸出功率交流電網(wǎng)的配置在技術(shù)上還是足夠的。在這種情況下快速充電的可能性對用戶沒有技術(shù)價值，這意味著能提供給客戶不具有可察覺技術(shù)限制的更便宜的汽車。根據(jù)本發(fā)明的充電系統(tǒng)的模塊化構(gòu)造(下面稱為模塊性)，通過前面所述的方式可以讓汽車制造商能夠根據(jù)一個組件原則低價提供不同類型的電動車，并且能夠在較小的生產(chǎn)技術(shù)成本下考慮特定的(例如形式為特殊配置或者區(qū)域變體的)客戶需求。在這種情況下基于充電系統(tǒng)的特定實施形式還可以考慮將行程延長器也同樣視為可選的或者作為特殊裝備提供。組合充電單元、第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器、第一充電插接裝置和第二充電插接裝置優(yōu)選由至少一個控制設(shè)備控制和監(jiān)控功能。在該控制設(shè)備或者該類控制設(shè)備中可以集成所有需要的軟件，尺度為至少充電系統(tǒng)的模塊性不會受到影響。軟件的范圍典型包括控制功能、調(diào)節(jié)功能、監(jiān)控功能和通過數(shù)據(jù)總線的通信功能。 一個特別的實施形式為，第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器、組合充電單元、交流電-直流電轉(zhuǎn)換器和控制設(shè)備是電動車的組件。該特別的實施形式帶來的優(yōu)點首先為，汽車外部的充電基礎(chǔ)設(shè)施、例如直流電充電站或者公共交流電網(wǎng)可以在技術(shù)上盡可能地保持簡單，或者通過充電電線的導(dǎo)電連接的建立首先只需要考慮幾何結(jié)構(gòu)。本發(fā)明基于如下的考慮根據(jù)國家特定的充電功率，具有可充電電池的電動車配有不同類型的充電設(shè)備，例如用于直流充電的、單相交流充電的或者三相交流充電的。此外根據(jù)現(xiàn)有系列研發(fā)水平，充電基礎(chǔ)設(shè)施還不明朗，不能看出哪種充電架構(gòu)確實能夠在未來使用。典型的為符合系列研發(fā)水平的額外具有直流充電可能性的單相3. 5千瓦交流充電設(shè)備。該技術(shù)的缺點為，直流充電站特別是在美國并沒有大范圍被使用并且因此只能通過3. 5千瓦交流充電設(shè)備充電。不然就必須研發(fā)額外的充電變體，而其對于其它市場又不是必須的。所以提供給駕駛員3. 5千瓦的交流充電設(shè)備作為基礎(chǔ)配置，這里稱為基礎(chǔ)充電設(shè)備。被稱為舒適充電設(shè)備的交流充電設(shè)備可以作為特殊裝備被訂購，其中額外裝了一個可以和基礎(chǔ)充電設(shè)備并聯(lián)的3. 5千瓦交流充電設(shè)備。以此可以達(dá)到7千瓦的交流充電功率。在可能的情況下舒適充電設(shè)備可以和基礎(chǔ)充電設(shè)備一樣構(gòu)造。舒適充電設(shè)備還包括此處被稱為接觸器盒的裝置用于連接高的電流，其可以實現(xiàn)高功率的直流充電。為此在汽車中必須有單獨的直流充電插座能夠通過接觸器盒與高壓系統(tǒng)斷開。以次帶來的優(yōu)點是，通過接觸器盒和舒適充電設(shè)備的連接可以避免研發(fā)其它的充電構(gòu)架類型，因為通過所述的架構(gòu)可以提供靈活的跨越國家的充電功能。其包括例如在美國由32安培確保的交流電網(wǎng)上的交流充電，其額外帶有在直流充電站直流充電的可能性。


下面通過附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的優(yōu)選實施形式。由此給出了本發(fā)明更多的細(xì)節(jié)、優(yōu)選實施形式和進(jìn)一步構(gòu)造。其中圖1示意性地示出了電動車可充電電池的充電系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式圖1示出了具有行程延長器(Range-Extender)的電動車的電路架構(gòu)。行程延長器由可以由少量氣缸構(gòu)成并且可以在功耗最佳點運行的內(nèi)燃機(5)和由內(nèi)燃機(5)機械驅(qū)動的發(fā)電機(4)組成。發(fā)電機產(chǎn)生交流電(3)。通過行程延長器產(chǎn)生交流電優(yōu)選發(fā)生在做好行駛準(zhǔn)備的狀態(tài)，以在行駛開始后延長行程或者使行駛成為可能。在行程延長器運行時由發(fā)電機產(chǎn)生的功率會被傳至兩個并聯(lián)的交流電-直流電轉(zhuǎn)換器(14、15)的輸入端。在輸出端，得到的直流電(16)典型地被用于供給將電功率轉(zhuǎn)換成機械功率的電動機(2)。為了這個目的在電動機前面接有作為逆變器的交流電-直流電轉(zhuǎn)換器(17)，因為電動機在輸入端不能由直流電供給。根據(jù)行程延長器(4、5)的可能功率輸出和驅(qū)動裝置(17)的功率要求也可以替代地提供直流電(16)用于高壓電池(I)的充電，高壓電池優(yōu)選以鋰離子技術(shù)實現(xiàn)為電化學(xué)能源存儲系統(tǒng)。也可以考慮例如鎳金屬混合電池或者鉛酸性電池作為其它的電化學(xué)能源存儲系統(tǒng)。在汽車被停置的狀態(tài)時，即電動車還沒有準(zhǔn)備好行駛時，電池(I)可以根據(jù)圖1畫出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過外接電源被充電，這里例如為公共交流電網(wǎng)(8)的家庭接口或者直流電充電站(13)。在交流電源(8)和直流電充電站(13)上的同時充電也是可行的。在交流電源上的充電通過將合適的充電電線(9 )插在汽車上集成的充電插接裝置(6 )上。所提供的交流電(7)通過兩個交流電-直流電轉(zhuǎn)換器(14、15)被整流并且得到的直流電(18)給電池(I)充電。兩個交流電-直流電轉(zhuǎn)換器被設(shè)計用于最大輸入功率至少為230伏xl6安培。直流電充電站(13)通過適合的充電電線(I)和汽車上集成的充電插接裝置(10)相連。所提供的直流電(12)給電池(I)充電并且可以通過直流接觸器(19)例如由于安全原因或者在充滿時被切斷。直流接觸器(19)和交流電-直流電轉(zhuǎn)換器(15)優(yōu)選被放置在被稱為組合充電單元(20)的外殼中。組合充電單元(20)的外形被這樣構(gòu)造，使得交流電-直流電轉(zhuǎn)換器(15)以可以被機械式拆卸的方式集成到組合充電單元(20)中，例如通過夾持式連接、螺紋連接或者插拔機理。以此充電系統(tǒng)的模塊化構(gòu)造就特別明顯了。這樣電動車?yán)缇涂梢砸詭в谢蛘卟粠в兄绷麟姵潆姽δ艿姆绞奖惶峁?，即帶有或者不帶有組合充電單元(20)。如果汽車配有直流電充電功能，汽車還可以以帶有或者不帶有快速充電的方式被提供，即帶有或者不帶有交流電-直流電轉(zhuǎn)換器(15)。在某些國家因為公共交流電網(wǎng)(8)的功率值交流電-直流電轉(zhuǎn)換器(14)總歸達(dá)不到設(shè)計的至少為230伏xl6安培的功率極限，例如在美國廣泛使用的120伏交流電網(wǎng)就是這種情況。對于那邊所有的客戶放棄交流電-直流電轉(zhuǎn)換器(15)是成本上的優(yōu)點，這使帶有或者不帶有交流電-直流電轉(zhuǎn)換器(15)的國家特定的汽車配置選擇成為可能。在這種情況下超過230伏xl6安培的交流電-直流電轉(zhuǎn)換器(14)的設(shè)計對很多國家并不是功能上的優(yōu)點，而是成本上的缺點。行程延長器、即發(fā)電機(4)和內(nèi)燃機(5)的組合也可以不依賴于上面示出的變體被可選擇地提供。如果發(fā)電機(4)和內(nèi)燃機(5)沒有被裝在汽車中，就不存在交流電(3)。充電系統(tǒng)會不相關(guān)于所選擇的變體由控制設(shè)備(21)調(diào)解、控制和監(jiān)控。這里所需的通過數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)的通信通道在圖1中用點線表示。
附圖標(biāo)記I可充電電池2電驅(qū)動裝置3第一輸出交流電4發(fā)電機5內(nèi)燃機6第一充電插接裝置7第二輸出交流電8交流電網(wǎng)9第一充電電線10第二充電插接裝置11第二充電電線12第一直流電13直流電充電站14第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器15第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器16第二直流電17直流電-交流電轉(zhuǎn)換器18第三直流電19直流接觸器20組合充電單元21控制設(shè)備
權(quán)利要求
1.用于為電動車的可充電電池(I)充電的系統(tǒng)，其中電動車配有電驅(qū)動裝置(2)、產(chǎn)生第一輸出交流電(3)的發(fā)電機(4)、在電動車行駛過程中可開啟的驅(qū)動發(fā)電機的內(nèi)燃機(5)和第一電氣充電插接裝置(6),其特征在于， -在內(nèi)燃機啟動的情況下，發(fā)電機能夠至少暫時作為電功率源，用于為電池提供充電功率， -第一充電插接裝置在幾何結(jié)構(gòu)上這樣設(shè)計，使得提供第二輸出交流電(7)的單相交流電網(wǎng)(8)能夠借助第一充電電線(9)連接到第一充電插接裝置，從而在電動車被停置的狀態(tài)下作為電功率源為電池提供充電功率， -第一充電插接裝置被設(shè)計用于最大電壓為至少240伏以及最大電流強度為至少32安培的負(fù)載， -在電動車中集成了第二電氣充電插接裝置(10)，在電動車被停置的狀態(tài)中提供第一直流電(12 )的直流電充電站(13 )能夠借助第二充電電線(11)連接到第二電氣充電插接裝置，這樣在電動車被停置的狀態(tài)中直流電充電站能夠或者單獨地或者與單相交流電網(wǎng)同時地作為電功率源用于為電池提供充電功率。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一輸出交流電由第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器(14)和與第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器并聯(lián)的第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器(15)整流成第二直流電(16)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，第二直流電通過接在電驅(qū)動裝置之前的直流電-交流電轉(zhuǎn)換器(17) 為該電驅(qū)動裝置供給電功率，或者第二直流電通過接在電驅(qū)動裝置之前的直流電-交流電轉(zhuǎn)換器為該電驅(qū)動裝置供給電功率并且第二直流電同時給電池充電。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其特征在于，第二輸出交流電由第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器和第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器整流成第三直流電(18)并且第三直流電給電池充電。
5.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器被設(shè)計用于至少為230伏xl6安培的最大輸入功率，并且第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器被設(shè)計用于至少為230伏xl6安培的最大輸入功率。
6.如權(quán)利要求2至5之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一直流電能夠通過大功率開關(guān)、尤其是直流接觸器(19)中斷。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器和直流接觸器在幾何結(jié)構(gòu)上被集成在一個組合充電單元(20)中并且第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器和第二交流電-直流電轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)在組合充電單元外部或者在組合充電單元上實現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，組合充電單元、第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器、第一充電插接裝置和第二充電插接裝置由至少一個控制設(shè)備(21)功能性地控制和監(jiān)控。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一交流電-直流電轉(zhuǎn)換器、組合充電單元、交流電-直流電轉(zhuǎn)換器和控制設(shè)備是電動車的組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于為電動車的可充電電池(1)充電的系統(tǒng)，其中電動車設(shè)有電驅(qū)動裝置(2)、產(chǎn)生第一輸出交流電(3)的發(fā)電機(4)、在電動車行駛中可開啟的驅(qū)動發(fā)電機的內(nèi)燃機(5)和第一電氣充電插接裝置(6)，其中在內(nèi)燃機啟動的情況下，發(fā)電機至少能夠暫時作為電功率源用于為電池提供充電功率，第一充電插接裝置在幾何結(jié)構(gòu)上這樣設(shè)計，使得提供第二輸出交流電(7)的單相交流電網(wǎng)(8)能夠通過第一充電電線(9)和第一充電插接裝置相連，從而在電動車被停置的狀態(tài)下作為電功率源為電池提供充電功率，第一充電插接裝置被設(shè)計用于最大電壓波動至少為240伏以及最大電流強度至少為32安培的負(fù)載，在電動車中集成了第二電氣充電插接裝置(10)，在汽車被停置的狀態(tài)中提供第一直流電(12)的直流電充電站(13)能夠通過第二充電電線和該第二電氣充電插接裝置相連，這樣在電動車被停置的狀態(tài)中直流電充電站能夠或者單獨地或者與單相交流電網(wǎng)同時地作為電功率源用于為電池提供充電功率。
文檔編號B60L11/12GK103079867SQ201180042220
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者M·容, P·米勒, R·格里斯巴赫, T·席曼尼克, C·希貝爾 申請人:寶馬股份公司