本發(fā)明涉及一種用于汽車電池充電的充電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
得益于汽車驅(qū)動(dòng)裝置先進(jìn)的發(fā)展現(xiàn)狀，電機(jī)被越來越多地用于混合驅(qū)動(dòng)裝置、其中一個(gè)或多個(gè)電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)技術(shù)連接至內(nèi)燃機(jī)，或作為獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車，比如轎車、助動(dòng)車、摩托自行車或自行車。較佳的在混合驅(qū)動(dòng)裝置中與內(nèi)燃機(jī)一起采用或額外增加的電機(jī)一般連接于一電池或一蓄電池。為了適當(dāng)?shù)爻潆?，舉例來說，可由制動(dòng)力回收的電能并在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行過程中為該電池或蓄電池提供電能。相應(yīng)地，這些電池?zé)o需額外的充電，比如在汽車停放時(shí)采用外部電源充電。對于僅采用一個(gè)或多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的純電動(dòng)汽車，情況則不同。在此情況下，給電機(jī)供電的電池同樣可由制動(dòng)力回收的電能提供電能也是合理的，然而這樣回收的電能是不足的，舉例來說，這樣回收的電能不足以驅(qū)動(dòng)一轎車行駛較長距離。進(jìn)一步地，由于省略了額外的能量轉(zhuǎn)換器，比如混合驅(qū)動(dòng)裝置中的內(nèi)燃機(jī)，因此，這種純電動(dòng)汽車的電池需要額外充電，比如通過外部電源充電。如業(yè)內(nèi)所公知的，除了電池和電機(jī)，設(shè)置在汽車內(nèi)的充電系統(tǒng)主要包括一轉(zhuǎn)換器和一供電系統(tǒng)充電接口，該轉(zhuǎn)換器用于在電機(jī)運(yùn)行期間將一直流電壓轉(zhuǎn)換成一交流電壓、以及在電池充電期間將一交流電壓轉(zhuǎn)換成一直流電壓，該供電系統(tǒng)充電接口用于將外部電源連接至一電壓轉(zhuǎn)換模塊，從而根據(jù)電池的充電特性適當(dāng)?shù)亟o電池充電。大部分地，尤其是用于電池充電過程的電壓轉(zhuǎn)換模塊或其組成部件具有大的規(guī)格，從而該電壓轉(zhuǎn)換模塊能夠引導(dǎo)電機(jī)的實(shí)際輸出，舉例來說，電機(jī)的實(shí)際輸出可能為大約100kW，引導(dǎo)的方式和引導(dǎo)用于為電池充電的外部電源的實(shí)際輸出的方式完全相同。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的因此是提供一用于給汽車電池充電的充電系統(tǒng)，其包括一雙向充電控制器，該雙向充電控制器得益于其電路設(shè)計(jì)，僅僅使用尺寸合乎要求的小部件，這就意味著，該充電系統(tǒng)可以以節(jié)省空間并具有成本效益的方式生產(chǎn)。進(jìn)一步地，在該充電系統(tǒng)的制造中，該雙向充電控制器包括更少功率半導(dǎo)體器件，從而簡化了該充電系統(tǒng)的制造。本發(fā)明通過所述的用于給汽車電池充電的充電系統(tǒng)來達(dá)到這個(gè)目的。因此要求保護(hù)的是一用于給汽車電池充電的充電系統(tǒng)，該充電系統(tǒng)包括至少一轉(zhuǎn)換器、一供電系統(tǒng)充電接口和至少一第一開關(guān)單元，該轉(zhuǎn)換器用于在電池充電期間將一交流電壓轉(zhuǎn)換成一直流電壓、以及在通過電池供電使一電機(jī)運(yùn)行期間將一直流電壓轉(zhuǎn)換成一交流電壓，該供電系統(tǒng)充電接口用于將外部電源連接至該轉(zhuǎn)換器。該第一開關(guān)單元用于斷開該轉(zhuǎn)換器和該電機(jī)之間的導(dǎo)電連接。由此，本發(fā)明的充電系統(tǒng)就一雙向充電控制器而言是與眾不同的，該雙向充電控制器通過一第三開關(guān)單元以可中斷的方式直接連接至該電池，并且設(shè)計(jì)為在電池充電過程中降低來自該外部電源的輸入電壓、并升高來自該電池的用于給一電容充電的輸入電壓，該電容并聯(lián)于該雙向充電控制器和該轉(zhuǎn)換器之間。進(jìn)一步地，該雙向充電控制器具有包括該電池的一充電電路，該充電電路獨(dú)立于通過該電池來運(yùn)行該電機(jī)的運(yùn)行電路、并被設(shè)計(jì)用于給該電池和該電容充電，該充電電路包括一第一正導(dǎo)線和一負(fù)導(dǎo)線。因此，該電池傳導(dǎo)一電流至該雙向充電控制器，比如經(jīng)由該充電電路傳導(dǎo)，特別是經(jīng)由該正導(dǎo)線傳導(dǎo)電流至該雙向充電控制器，以使得該雙向充電控制器最好是以一升壓轉(zhuǎn)換器或一升壓變壓器的形式將該電池產(chǎn)生的輸入電壓轉(zhuǎn)換為一較高的輸出電壓，來給該電容或該中間電路電容充電。在將該供電系統(tǒng)充電接口插接至外部電源之前，將該電容充電至一最高電壓或一高于外部電源的電壓是特別重要的，以防止引起電流浪涌，從而保護(hù)該電池以及外部電源不受損害。例如，該電容設(shè)置在一中間電路內(nèi)，該中間電路具有和該電容并聯(lián)的雙向充電控制器和該并聯(lián)的電池。在給該電容充電時(shí)，該雙向充電控制器和為之設(shè)置的電氣部件的規(guī)格舉例來說大約僅僅是50W。運(yùn)行該雙向充電控制器的一第二模式是通過該雙向充電控制器給該電池或該汽車電池充電，在此情況下，該雙向充電控制器如同一降壓轉(zhuǎn)換器或降壓變壓器運(yùn)行、利用該外部電源的實(shí)際輸出給該電池充電。該外部電源具有標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，比如220V－240V(單相交流電源)或大約400V(三相電流電源)。為此，該雙向充電控制器和為之設(shè)置的電氣部件的規(guī)格舉例來說大約為3－100kW，較佳的為5－50kW，且更理想的大約為10－25kW，從而使得電池能在不發(fā)生損壞、“過度充電”或充電不完全的情況下進(jìn)行快速的充電。對于流進(jìn)和流出該電池的充電電流和放電電流的監(jiān)測，特別是控制和調(diào)節(jié)，舉例來說會(huì)受到一充電控制元件的影響。較佳的，該充電控制元件是該雙向充電控制器的一組成部分，該組成部分通過一可控方式監(jiān)測該電池的充電特性來防止該電池過度充電和/或不完全充電。必然的，該雙向充電控制器也可以檢測該電池的充電特性，由此可根據(jù)該充電特性對該電池充電，例如通過適應(yīng)性地改變充電電流或充電電壓。相應(yīng)地，該雙向充電控制器可以設(shè)置成必需的充電容量，因而不需要設(shè)計(jì)為最大牽引容量，這意味著與傳統(tǒng)的充電系統(tǒng)相比，額外的部件更少。還需注意的是，為了實(shí)現(xiàn)該電池充電，該電機(jī)和該至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器之間的導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)利用比如該第一開關(guān)單元來斷開，該第一開關(guān)單元包括至少一電氣開關(guān)。這能夠防止外部電源的電能供給至該電機(jī)，從而以此方式驅(qū)動(dòng)該電機(jī)。因此，在該電池充電過程期間，不必另行停止該車輛。該雙向充電控制器本身連接至一獨(dú)立于該運(yùn)行電路的開關(guān)電路；也就是說，該運(yùn)行電路的連接獨(dú)立于該充電電路，該運(yùn)行電路用于利用該電池運(yùn)行該電機(jī)并因此至少包括該電池、該電機(jī)和該轉(zhuǎn)換器，該充電電路用于給該電池和該電容充電并至少包括該電池、該雙向充電控制器和該電容和/或該轉(zhuǎn)換器。由該雙向充電控制器控制的一電流因此僅僅流過該充電電路，為此該充電電路具有連接至該電池的正極的一第一正導(dǎo)線和連接至該電池的負(fù)極的一負(fù)導(dǎo)線。在一較佳的實(shí)施例中，該充電電路的負(fù)導(dǎo)線對應(yīng)于該運(yùn)行電路的負(fù)導(dǎo)線。相應(yīng)地，該運(yùn)行電路具有一第二正導(dǎo)線和與該充電電路共用的一負(fù)導(dǎo)線，可以通過連接至該第二正導(dǎo)線的一第二開關(guān)單元中斷該運(yùn)行電路。然而，也可以想到，該充電電路具有一負(fù)導(dǎo)線，該負(fù)導(dǎo)線獨(dú)立于該運(yùn)行電路，并經(jīng)該雙向充電控制器從該電池的負(fù)極延伸直至比如該中間電路電容。較佳地，該運(yùn)行電路可以利用該第二開關(guān)單元中斷，從而允許該電容或該電池通過該充電電路充電。如果優(yōu)選地可包括一電氣開關(guān)的該第二開關(guān)單元以這樣一種方式啟用，即一電流可以流過該運(yùn)行電路(開關(guān)閉合)，該充電電路橋接在該充電電路開關(guān)閉合處，因此該電池通過該運(yùn)行電路放電，并因而運(yùn)行或驅(qū)動(dòng)該電機(jī)。因此該第二開關(guān)單元可用于電氣隔離該電池與該電機(jī)斷開。當(dāng)該電池驅(qū)動(dòng)該電機(jī)時(shí)，該充電電路也可以例如利用一第三開關(guān)單元與該電池?cái)嚅_(該第三開關(guān)單元的開關(guān)斷開)。在一較佳的實(shí)施例中，該充電電路的第一正導(dǎo)線具有從該電容到該雙向充電控制器的一第一導(dǎo)線部分、以及從該雙向充電控制器到該電池的正極的一第二導(dǎo)線部分，該第二開關(guān)單元相應(yīng)地連接于該充電電路和該電池的正極之間。以這種方式，該充電電路“繞開”該第二開關(guān)單元，并因此不被該第二開關(guān)單元中斷。進(jìn)一步地，該轉(zhuǎn)換器，較佳地該轉(zhuǎn)換器的直流電壓側(cè)，舉例來說也連接至該正導(dǎo)線或該正導(dǎo)線的第一導(dǎo)線部分。也是可以想到的，包括獨(dú)立于該運(yùn)行電路的一第二負(fù)導(dǎo)線的該雙向充電控制器連接至該電池的負(fù)極，與該第一正導(dǎo)線的設(shè)置相一致。因而，該充電電路的第二負(fù)導(dǎo)線具有例如從該電池的負(fù)極到該雙向充電控制器的一第一導(dǎo)線部分和從該雙向充電控制器到該電容的一第二導(dǎo)線部分。在一較佳的實(shí)施例中，該轉(zhuǎn)換器，較佳地該轉(zhuǎn)換器的直流電壓側(cè)舉例來說連接至該負(fù)導(dǎo)線。作為結(jié)果，該雙向充電控制器最好與該電池和/或該電容和/或該轉(zhuǎn)換器并聯(lián)。在一更佳的實(shí)施例中，該雙向充電控制器具有至少兩個(gè)斷路器作為電氣部件，每個(gè)斷路器包括和一二極管并聯(lián)的一三極管。這使其可能通過一斷路器傳導(dǎo)例如一起始于該電池的整流電流至該電容，從而給該電容充電。相反地，可能通過一斷路器傳導(dǎo)一已經(jīng)被該轉(zhuǎn)換器和該電容整流過的電流至該電池，從而給該電池充電。較佳地，該雙向充電控制器具有至少一個(gè)充電控制元件，該充電控制元件控制該電池的充電容量，并最好至少連接至該雙向充電控制器的斷路器和/或該雙向充電控制器的該第三開關(guān)單元。也可以想到的，較佳地，該充電控制元件連接至例如包括一電阻和一開關(guān)單元的一預(yù)充電電路，該預(yù)充電電路最好是該雙向充電控制器的一組成部分。并且舉例來說，該預(yù)充電電路用于在該中間電路電容充電期間或者充電之前防止該中間電路電容受到來自該電池的過度電流浪涌的損害。舉例來說，該充電控制元件使該電池所需要的充電容量能夠確定，從而在給該電池充電時(shí)產(chǎn)生一確定的電壓?；谶@樣的事實(shí)是必要的，即比如該電池本身可以提供大約100kW的輸出來驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，而該電池可以由外部電源充電，舉例來說該外部電源的輸出為大約3-100kW、較佳地為大約5-50kW、更佳地為大約10-25kW。還需注意的是，該電容不僅僅是在將交流電轉(zhuǎn)換為直流電時(shí)用作一平滑電容，而且還用作臨時(shí)儲(chǔ)存電能，從而比如在該供電系統(tǒng)充電接口插接到該外部電源時(shí)防止引起電流浪涌。為此，該電容利用該電池的電能充電，電能通過該雙向充電控制器傳輸，以使得該電容或該中間電路最終具有的電壓高于該外部電源的電壓。在一更佳的實(shí)施例中，該轉(zhuǎn)換器每一相具有至少兩個(gè)斷路器，每個(gè)該斷路器包括和一二極管并聯(lián)的一三極管，兩個(gè)該斷路器串聯(lián)連接，該供電系統(tǒng)充電接口連接于兩個(gè)該斷路器之間的一節(jié)點(diǎn)處。較佳地，該供電系統(tǒng)充電接口因而位于該轉(zhuǎn)換器的交流電流側(cè)，從而將自該外部電源接受的電能供給至一轉(zhuǎn)換器。此外，較佳地，該轉(zhuǎn)換器包括相互并聯(lián)的三個(gè)串聯(lián)電路，每個(gè)該串聯(lián)電路包括至少兩個(gè)斷路器，每個(gè)該串聯(lián)電路均與該電容并聯(lián)。在一更佳的實(shí)施例中，該轉(zhuǎn)換器是一雙轉(zhuǎn)換器，該雙轉(zhuǎn)換器具有一第一和一第二轉(zhuǎn)換器或換流器，用于在該電機(jī)的運(yùn)行期間將該電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為一交流電壓給該電機(jī)，或者在電池充電期間將該外部電源的一交流電壓轉(zhuǎn)換為一直流電壓給該電池，該電機(jī)和該第一轉(zhuǎn)換器以及該第二轉(zhuǎn)換器均相連接。在一更佳的實(shí)施例中，該第一開關(guān)單元包括比如兩個(gè)開關(guān)或開關(guān)單元，這兩個(gè)開關(guān)或開關(guān)單元均連接于該第一轉(zhuǎn)換器和該第二轉(zhuǎn)換器之間，以使得這些開關(guān)單元均能斷開兩個(gè)轉(zhuǎn)換器之間的連接。還可以想到的是，該電機(jī)是一三相交流電機(jī)，該三相交流電機(jī)連接于一星形電路中，并因此連接于該雙轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器或換流器之間。該雙向充電控制器還可能是該電池的一部分，因而不是一個(gè)自主的電氣部件。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)、目的和特性將基于如下附圖的描述進(jìn)行說明，附圖舉例示出了本發(fā)明的充電系統(tǒng)的實(shí)施例的兩個(gè)電路。附圖中功能至少大體對應(yīng)的部件以相同的標(biāo)記表示。這些部件不需要在所有附圖中表示和描述。附圖說明如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例1的具有一雙轉(zhuǎn)換器的充電系統(tǒng)的電路圖。如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例2的充電系統(tǒng)的電路的一部分的示意圖。附圖標(biāo)記說明1充電系統(tǒng)2雙轉(zhuǎn)換器2a第一轉(zhuǎn)換器2b第二轉(zhuǎn)換器3電機(jī)4中間電路電容5雙向充電控制器6電池6a電池正極6b電池負(fù)極7斷路器8二極管9三極管10供電系統(tǒng)充電接口11a第一開關(guān)單元的第一開關(guān)11b第一開關(guān)單元的第二開關(guān)12a第一正導(dǎo)線的第一導(dǎo)線部分12b第一正導(dǎo)線的第二導(dǎo)線部分13負(fù)導(dǎo)線14第二正導(dǎo)線15第二開關(guān)單元15a第二開關(guān)單元的第一開關(guān)15b第二開關(guān)單元的第二開關(guān)20充電控制元件21電感22第三開關(guān)單元23電阻24第四開關(guān)單元具體實(shí)施方式如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例1的具有一雙轉(zhuǎn)換器2的充電系統(tǒng)1的開關(guān)電路，該電路包括一第一轉(zhuǎn)換器2a或第一換流器2a和一第二轉(zhuǎn)換器2b或第二換流器2b、一電機(jī)3、一中間電路電容4或電容4、一雙向充電控制器5和一電池6。轉(zhuǎn)換器2a和2b各有三個(gè)相互并聯(lián)設(shè)置的串聯(lián)電路，每個(gè)串聯(lián)電路由兩個(gè)串聯(lián)連接的斷路器7組成。每個(gè)斷路器包括與一三極管9并聯(lián)的一二極管8。該電機(jī)3連接于串聯(lián)連接的斷路器之間，從而與兩個(gè)轉(zhuǎn)換器2a和2b連接。該電容4與轉(zhuǎn)換器2a和2b、該雙向充電控制器5、該電池6并聯(lián)連接。供電系統(tǒng)充電接口10連接在第一轉(zhuǎn)換器2a的每兩個(gè)串聯(lián)連接的斷路器7和電機(jī)3之間的節(jié)點(diǎn)處。在充電過程之前，包括兩個(gè)開關(guān)單元或如圖1所示的開關(guān)11a和11b的該第一開關(guān)單元以這樣一種方式連接，從而中斷或者斷開(開關(guān)斷開)該電機(jī)3與該供電系統(tǒng)充電接口10或該第一轉(zhuǎn)換器2a之間的導(dǎo)電連接。在整個(gè)充電過程中，該第一開關(guān)單元11a、11b的狀態(tài)也保持不變，從而在該電池6通過來自外部電源(未示出)的電能充電時(shí)，該電機(jī)3不會(huì)通過電流。由此，避免了該電機(jī)3在充電過程中被驅(qū)動(dòng)并且汽車開始移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。該雙向充電控制器5經(jīng)由具有一正導(dǎo)線12a、12b和一負(fù)導(dǎo)線13的充電電路連接至該電池6和該中間電路電容4。該正導(dǎo)線12a、12b包括一第一導(dǎo)線支路或第一導(dǎo)線部分12a和一第二導(dǎo)線部分12b，該第一導(dǎo)線支路或第一導(dǎo)線部分12a至少將該電容4連接至該雙向充電控制器5，該第二導(dǎo)線部分12b將該雙向充電控制器5連接至該電池的正極6a。如圖1所示，負(fù)導(dǎo)線13對應(yīng)于運(yùn)行電路的負(fù)導(dǎo)線。優(yōu)選地，該充電電路用于利用該電池6的電能給該電容4充電或者利用該外部電源的電能給該電池6充電。與之相反，獨(dú)立于該充電電路的一運(yùn)行電路從電池6發(fā)出，該運(yùn)行電路包括連接至該電池6的正極6a的一第二正導(dǎo)線14和連接至電池6的負(fù)極6b的該負(fù)導(dǎo)線13。此外，該運(yùn)行電路還具有連接至該正導(dǎo)線14的一第二開關(guān)單元15。并且，舉例來說，當(dāng)該電容4或該電池6正在或應(yīng)當(dāng)充電時(shí)，該第二開關(guān)單元15斷開該運(yùn)行電路。如果該開關(guān)15或該第二開關(guān)單元15閉合，從而允許該運(yùn)行電路導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)該電池6放電以驅(qū)動(dòng)該電機(jī)3。作為結(jié)果，只有在想要向該電機(jī)3供給電能時(shí)，該運(yùn)行電路才會(huì)引導(dǎo)電流流至該電機(jī)3。如圖1所示，該電池6，該轉(zhuǎn)換器2a、2b或該雙轉(zhuǎn)換器2，和該電機(jī)3均與該運(yùn)行電路相連接?？梢韵氲降模撾p向充電連接器5可作為該電池6的一個(gè)組成部分。圖2顯示了本發(fā)明實(shí)施例2的充電系統(tǒng)1的開關(guān)電路的一部分。在本實(shí)施例中僅給出了一個(gè)轉(zhuǎn)換器2a，因?yàn)樗c圖1中的轉(zhuǎn)換器2a具有相同設(shè)計(jì)，在此不再做具體描述。該中間電路電容4同樣和該雙向充電控制器5及該電池6并聯(lián)。該雙向充電控制器5也具有兩個(gè)斷路器7，每個(gè)斷路器包括與一三極管9并聯(lián)的一二極管8。此外，一個(gè)預(yù)充電電路連接于該雙向充電控制器5的兩個(gè)斷路器7之間，該預(yù)充電電路包括一電阻23及和該電阻23并聯(lián)的一第四開關(guān)單元24。進(jìn)一步地，包括一第三開關(guān)單元22的一電感21或線圈21串聯(lián)于該電池6的正極6a。因而，比如當(dāng)該電池6在給該中間電路電容4充電時(shí)，可停用該第二開關(guān)單元15，如圖2所示的，該第二開關(guān)單元15包括兩個(gè)開關(guān)單元15a和15b或兩個(gè)開關(guān)15a和15b，或者可斷開開關(guān)15a和15b，以使得電流無法流過該運(yùn)行電路，從而啟用或閉合該第三開關(guān)單元22。以這種方式，電流可經(jīng)該充電電路的正導(dǎo)線流到該線圈21，并向前流到該預(yù)充電電路，其中該線圈21用作該電容4充電期間的一臨時(shí)電磁磁存儲(chǔ)器。如果第四開關(guān)單元24被停用，也就是斷開，該電容4由該電阻23預(yù)充電，從而防止比如由于電流浪涌造成的對該電容4的損害。如果電容電壓達(dá)到預(yù)定值或電池電壓值，優(yōu)選地，啟用或者閉合該第四開關(guān)單元24，這意味著電流可以不受阻礙地經(jīng)由相應(yīng)的斷路器7流到該電容4，因而可提高電容電壓，從而使得電容電壓最終超過電池電壓。這類似于升壓轉(zhuǎn)換器或升壓變壓器的運(yùn)行模式。該充電控制元件20連接至該雙向充電控制器5的斷路器7、第三開關(guān)22和第四開關(guān)24，并優(yōu)選地控制該電池6的充電，從而該電池不會(huì)例如被過度充電或在該電池尚未充電充滿時(shí)充電提前中斷。此外，該充電控制元件20還可以控制該中間電路電容4的充電，從而在充電過程中不損壞該電容的情況下、在充電過程中將電容電壓提升至超過電池電壓值。因此，為了利用電池給電容充電或者利用外部電源給電池充電，該充電控制元件20需要根據(jù)它們各自的功能來驅(qū)動(dòng)該雙向充電控制器的斷路器7。需要注意，優(yōu)選地，該第三開關(guān)單元22是該雙向充電控制器5的一個(gè)組成部分，而不是該電池6的一個(gè)組成部分。申請人保留做如下申明的權(quán)利，即本申請文件中公開的所有特征對本發(fā)明都是極其重要的，只要這些特征本身或其組合相對于現(xiàn)有技術(shù)是新穎的。