具有直流终端和交流终端的充电电路，以及具有充电电路的车辆电气系统

技术领域

具有直流终端和交流终端的充电电路，以及具有充电电路的车辆电气系统。

背景技术

具有电气牵引驱动器的车辆具有蓄电池，蓄电池为电气驾驶准备能量。此外，电气运行的车辆配备有充电终端，借助于充电终端可将电能从充电站传输到车辆的蓄电池上。为了尽可能地兼容，电动车辆可配备直流充电终端和交流充电终端。因此，相应的充电电路不仅必须提供用于对充电电流进行电流引导或电流适配的部件，而且还必须能够以最经济有效的方式使用车辆的其他供电部件。在此应考虑到，在电气驾驶时以及在充电时待传输的功率较高，且因此车辆电气系统或相关充电电路中使用的组件是主要的成本因素。此外，应确保在充电终端不出现危险的接触电压，特别是在不被使用的充电终端。

发明内容

本发明的目的是表明一种可能性，通过这种可能性可以以经济有效的方式实现借助于交流电或直流电的安全充电。该目的通过根据独立权利要求所述的充电电路和车辆电气系统来实现。利用从属权利要求、说明书和图1给出了其他属性、特征、实施方式和优点。

建议提供一种充电电路，其具有蓄电池终端并且具有直流终端和交流终端，其中，交流终端联接在整流器上。直流终端联接在蓄电池终端上用于传输充电能，而整流器经由直流电压转换器与蓄电池终端连接。借助于直流电压转换器，可以将电压水平适配为合适的充电电压。经由转换开关可以选择性地(视充电类型而定)将整流器或直流电压终端与直流电压转换器连接，使得直流电压转换器可以针对两种充电类型进行电压适配。一种实施方式规定，在这种情况下隔离开关可以在直接电流终端和蓄电池终端之间的直接连接中进行隔离。

为了经济有效地避免在交流充电时通过整流器的电压加载直流终端，在直流充电终端和直流电压转换器之间的连接中设置二极管，当整流器的输出端产生用于直流电压转换器的电压时，该二极管阻断。由此还可以将(用于在交流充电和直流充电之间转换的)转换开关设置成单极的。因此，转换开关只涉及一个直流电位，而二极管则在另一个直流电位中起作用。由此确保了整流器的直流侧的任何一个所述电位都不会出现在直流充电终端，其中，由二极管为一个电位提供隔离，而由转换开关为另一个电位提供隔离。直流终端和蓄电池终端之间的优选全极的隔离开关允许直流终端与蓄电池和直流电压转换器分离。整流器的直流侧经由转换开关和直流电压转换器(以该顺序)与蓄电池终端连接。隔离开关设置在直流终端和蓄电池终端之间，且允许直流终端不仅与蓄电池终端也与直流电压转换器、即与直流电压转换器的与蓄电池终端连接的那一侧(优选全极)隔离。

因此提出了一种充电电路，特别是车载充电电路，其具有直流终端和交流终端。这些终端被设置用于有线充电。交流终端联接在充电电路的整流器的交流侧。整流器也具有直流侧，其中，整流器被配置为将施加在交流侧的电流转换为直流侧的直流电。直流侧经由转换开关与直流电压转换器连接。转换开关将直流电压转换器的第一侧(特别是其第一电位)选择性地与直流终端(或其第一电位)或与整流器的直流侧的第一电位连接。因此，可以选择整流器是否与直流电压转换器连接(并因此经由直流电压转换器与蓄电池终端连接)或直流电压转换器是否要与直流终端连接。转换开关根据充电模式(直流/交流)来调节。整流器的直流侧的第二电位经由二极管与直流终端连接。二极管的阻断方向指向直流终端。由此根据该阻断方向，抑制了从整流器的直流侧出发(也就是说在交流充电时)到直流终端的危险电位的传输。因此，在直流终端没有整流器直流侧的电位，因为不仅针对一个电位的二极管而且针对另一个电位的转换开关都进行隔离。隔离开关将蓄电池终端一方面与转换开关连接，且另一方面与直流终端连接。换句话说，直流电压转换器的第二侧与蓄电池终端连接，其中，直流终端经由隔离开关与蓄电池终端连接。

因此，转换开关可以被构造成单极的且因此相对于两极转换开关成本更低。与两极转换开关相比，二极管是低成本的构件，即使在大功率应用中也是如此，且同时使得整流器的直流侧的相关电位相对于直流终端有效分离。

直流终端也可以被称为直流充电终端。交流终端也可以被称为交流充电终端。这两个终端优选为插接触点，特别是可以在车辆外侧面上连接到充电电缆上的插接触点。充电电路使得直流终端能够直接与车辆的蓄电池连接，以便实现快速充电。此外，通过直流电压转换器和经由转换开关的应用，使得为了电压适配的目的，例如在充电阶段的开始，功率能够从直流终端经由直流电压转换器被提供到蓄电池用以电压适配。除了在交流充电期间低成本地分离直流终端外，该电路还能实现快速充电，其中，直流电压转换器不仅能够在直流电压充电期间使用，如果需要电压适配的话，也能够在交流充电期间使用。

直流电压转换器的第二侧与充电电路的蓄电池终端连接。在蓄电池终端上优选也(经由隔离开关，但没有电压转换地)联接直流终端。直流电压转换器的第二侧也可以被称为输出端，而第一侧可以代表输入端。这些名称尤其与充电过程有关。

在隔离开关打开(即直流终端和蓄电池终端之间的连接中断)时，直流终端经由二极管和转换开关(与直流终端的两个电位之一有关地)经由直流电压转换器与蓄电池终端连接。整流器的转换开关和二极管防止直流终端的电压传输到交流终端。为了直接的直流充电，隔离开关可以被关闭。在交流充电时，转换开关和二极管(分别针对整流器的直流侧的两个电位之一)防止在直流终端会出现危险电位。隔离开关在此情况下防止在交流充电期间直流电压从蓄电池终端传输到(未被使用的)直流终端。隔离开关被构造成全极的隔离开关。转换开关被构造成单极的。

直流电压转换器(特别是其第二侧)可以直接与蓄电池终端连接。可替换地，设置第二优选全极的隔离开关，经由该隔离开关将直流电压转换器(特别是其第二侧)与蓄电池终端连接。

整流器的直流侧的第一电位优选为负电位，例如负高压电位(大约为负电位)。该负电位可以经由转换开关选择性地与直流电压转换器的第一侧、特别是该侧的负电位连接，或者可以经由转换开关与直流终端、特别是直流终端的负电位连接。因此，第一电位是负电位，该负电位经由转换开关与直流电压转换器的第一侧的负电位连接。在这种情况下，整流器的直流侧的第二电位优选是正电位。该正电位经由二极管与直流终端的正电位连接。在这种情况下，二极管的阴极与正电位、也就是第二电位连接，而二极管的阳极则与直流终端、特别是与其正电位连接。在这种情况下，直流终端包括两个触点，一个触点用于正电位，且一个触点用于负电位。

还可以设想的实施方式是，二极管将整流器的直流侧的负电位与直流终端的负电位连接，而转换开关与直流电压转换器的第一侧的正电位连接，并选择性地将整流器的直流侧的正电位或将直流终端的直流侧的正电位与直流电压转换器的第一侧的正电位连接。然后，二极管相应地被设置在另一个电位上并具有阻断方向，该阻断方向阻止电流从直流侧流向直流终端。

一般来说，二极管的阻断方向是这样的：当直流终端没有电压时，二极管阻止电流从整流器流向直流终端，并且当直流终端存在充电电压时，将电流从直流终端导向直流电压转换器。整流器的二极管具有阻断作用，当整流器的直流侧存在电压、如直流终端的充电电压时，阻止电流从整流器的直流侧的一个电位流向直流侧的另一个电位。换句话说，当电压被施加到整流器的直流侧，或者说当整流器的交流侧不存在电压时，整流器的整流元件阻止电流从直流侧的电位流向交流侧。

整流器优选不提供电隔离。整流器也可以是提供电隔离的整流器，其中，使用提供电连接的整流器，即不提供电隔离的整流器，更具成本效益。直流电压转换器可以被构造为提供电隔离或者说电隔绝的直流电压转换器且因此可以具有变压器，经由变压器传输功率。然而，直流电压转换器也可以是提供电连接的直流电压转换器。使用提供电连接的直流电压转换器更具成本效益，但其不允许在转换器的两侧之间有任何潜在的隔离。

功率电路优选地包括中间电路电容器。该中间电路电容器并联地联接在直流电压转换器的第一侧。该中间电路电容器被设置在转换开关和直流电压转换器之间。因此，无论转换开关的开关位置如何，中间电路电容器都与直流电压转换器的第一侧直接连接。因此，中间电路电容器位于直流电压转换器的面向转换开关或整流器的那一侧。中间电路电容器尤其设置在直流电压转换器的背离蓄电池终端的那一点上。

整流器的直流侧可以经由二极管以及熔断器与直流终端连接。因此，整流器的直流侧经由串联电路与直流终端连接，其中，该串联电路通过二极管和熔断器的串联连接而产生。优选熔断器经由二极管与整流器或者说与其直流侧连接。由此在二极管发生短路故障时保护电路。

充电电路优选包括控制器。该控制器以操控方式与转换开关连接。控制器被配置为调节转换开关，以在交流充电状态下将直流电压转换器的第一侧与整流器的直流电压侧连接。控制器还被配置为在直流充电状态下将直流电压转换器的第一侧与直流终端连接。当整流器的交流侧有单相或多相电压(而直流电压终端没有电压)时，存在交流充电状态，而当直流电压终端有直流电压，即充电直流电压(而交流电压终端没有充电电压)时，存在直流充电状态。

控制器优选以操控方式与隔离开关连接。控制器优选被配置为当存在交流充电状态时将隔离开关设置为打开状态，并且当存在直流充电状态时将隔离开关设置为关闭状态。

交流终端和直流终端优选地按照用于插电式车辆的传导性充电的标准设计。该标准可以例如是IEC 61851、IEC 60309/CEE、SAEJ 1772、IEC 62196-2或EN62196(类型II)。交流终端和直流终端优选由可从车辆外侧面到达的插接元件提供，以便插入充电站的插头。交流终端和直流终端也可以由共同的插接装置提供，该插接装置合并了用于交流终端和直流终端的触点，在组合终端(CCS)或类似的意义上。

充电电路可以设有蓄电池终端，其同样与直流终端且与直流电压转换器的第二侧连接。因此，存在(两个)连接点，它们将直流电压转换器的第二侧与蓄电池终端连接。连接点设置在隔离开关的一侧，而隔离开关的相反侧经由转换开关与直流电压转换器的第一侧的第一电位连接。隔离开关的该相反侧还经由二极管与直流电压转换器的第一侧的第二电位连接。在连接点上联接蓄电池终端，从而形成用于联接蓄电池的中央接口。

充电电路可以具有蓄电池隔离开关，该蓄电池隔离开关连接在该蓄电池终端的下游，以便由此能够断开经由蓄电池隔离开关联接在充电电路上的(车辆电气系统的)蓄电池。蓄电池终端被构造为与蓄电池连接，并具有允许联接蓄电池的触点。蓄电池终端被构造为高压蓄电池接口。前缀“高压”是指相关部件针对多于60V，或至少为100V、200V、400V或800V电压的设计。

蓄电池接口可以经由转换开关与直流电压转换器的第一侧连接，并且可以经由二极管与整流器的直流电压侧连接。在这种情况下，蓄电池接口经由隔离开关与二极管和转换开关连接。全极(两极)的隔离开关的一个电位终端与二极管连接，全极(两极)的隔离开关的另一个电位终端与转换开关连接。

充电电路还可以具有其他隔离开关，经由其他隔离开关将直流电压转换器的第二侧与蓄电池终端或直流终端(即与连接点)连接。该其他隔离开关优选被构造为全极(两极)的开关。

充电电路还可以具有车辆电气系统终端，该车辆电气系统终端位于直流电压转换器的第二侧，特别是位于其他隔离开关的与直流电压转换器的第二侧(直接)连接的那一侧。例如，在充电时，联接在充电电路上的车辆电气系统分支可以经由车辆电气系统终端与其他电气组件联接，这些电气组件在交流充电和直流充电时都可以被提供。在交流充电的情况下，这些电气组件经由直流电压转换器提供。在直流电压充电的情况下，这些电气组件可以经由其他隔离开关提供，或者也可以在隔离开关打开时同样经由直流电压转换器提供。

下面描述的车辆电气系统包括联接在充电电路上并具有相应组件的车辆电气系统分支，例如在充电时被供电的组件，例如空调压缩机、12伏车辆电气系统转换器、可电热的催化器等。此外，在车辆电气系统分支中可以设置电气牵引驱动器。如果电气牵引驱动器经由蓄电池终端供能，则直流电压转换器将车辆电气系统终端与直流电压转换器的第一侧隔离。在牵引模式下，转换开关优选将直流电压转换器与整流器连接，并将直流电压转换器与直流终端的第一电位隔离。

此外，描述了一种车辆电气系统，特别是一种具有本文所述的充电电路的车辆电气系统。该车辆电气系统还包括蓄电池。蓄电池联接在蓄电池终端上，并且可以直接或经由充电电路的(优选全极的)蓄电池隔离开关与蓄电池终端连接。因此，蓄电池可以经由隔离开关与直流终端连接，并直接或经由其他隔离开关与直流电压转换器的第二侧连接。

车辆电气系统包括具有交流终端的充电电路，交流终端通过整流器和设置在第一电位中的转换开关与直流电压转换器连接。整流器和直流电压转换器之间的第二电位经由二极管与直流电压终端的第二电位连接。直流电压终端的第一电位经由二极管与整流器和直流电压转换器之间的第一电位连接。隔离开关将直流电压终端(且因此二极管和转换开关)与蓄电池终端连接，在蓄电池终端上联接蓄电池(车辆电气系统的一部分，而不是充电电路的一部分)。转换开关将直流电压转换器的第一侧的电位选择性地与整流器的直流电压侧的第一电位或与直流电压终端的第一电位连接。直流电压转换器的第二侧直接或优选经由其他隔离开关与蓄电池终端连接。终端、整流器、逆变器、开关和二极管是充电电路的一部分。车辆电气系统的蓄电池连接在蓄电池终端上。充电电路的车辆电气系统终端直接与直流电压转换器的第二侧连接，其中，车辆电气系统的车辆电气系统分支，其不是充电电路的一部分，联接在车辆电气系统终端上。控制器如上所述至少切换转换开关。

车辆电气系统配备有如本文所描述的充电电路。车辆电气系统具有联接在充电电路的蓄电池终端上的蓄电池。车辆电气系统具有至少一个组件，该组件联接在充电电路的车辆电气系统终端上。车辆电气系统终端与直流电压转换器的第二侧(优选直接)连接，并经由充电电路的(可选的)其他隔离开关与充电电路的蓄电池终端连接。车辆电气系统优选为高压车辆电气系统。车辆电气系统优选为例如具有电气牵引驱动器的车辆的车辆电气系统。

附图说明

图1示出了电路图，用于更详细地解释这里所描述的充电电路和这里所描述的车辆电气系统。

具体实施方式

图1示出了充电电路LS，在充电电路上一方面联接有蓄电池A，且另一方面联接有直流电源G和交流电源W。充电电路LS包括接口S，接口具有直流终端GA和交流终端WA。这两个终端都是充电终端。可以看出，交流电源W或直流电源G可以联接在相应的终端WA、GA上，这样就可以得到针对两种充电类型的兼容性。

充电电路LS具有整流器G1，整流器具有交流侧WS，交流侧与交流终端WA(直接)连接。在整流器G1的相应直流侧GS上经由(单极的)转换开关US联接充电电路LS的直流电压转换器GW。直流侧的第一电位，即负电位-，经由转换开关US联接在直流电压转换器GW的第一侧的第一电位-上。转换开关US被配置为在第一开关状态1下将直流电压转换器GW的第一侧1S、特别是其第一电位-与直流终端GA、特别是与其第一电位-连接。转换开关US的该开关位置用附图标记1标记。在该开关位置，转换开关US将直流电压转换器GW与整流器GS(基于第一电位-)隔离。

在转换开关US的另一开关位置2中，整流器G1的直流电压侧GS的第一电位-与直流电压转换器GW的第一侧的第一电位-连接。在该开关位置，转换开关将直流电压转换器GW与直流终端GA(基于GW和GA的第一电位-)隔离。

直流电压转换器GW具有第二侧2S，第二侧与车辆电气系统终端BA(直接)连接。此外，直流电压转换器GW的第二侧2S与蓄电池终端(经由其他隔离开关TS2)连接。直流电压转换器的第二侧2S(经由其他隔离开关TS2)与连接点V连接，在该连接点上直流电压转换器的第二侧2S经由其他隔离开关TS2与隔离开关TS1连接，该隔离开关通往直流终端GA。此外，连接点V与充电电路LS的蓄电池终端AA连接。在充电电路LS的蓄电池终端AA上联接所示车辆电气系统的蓄电池A。因此，直流电压转换器(GW)的第二侧2S与蓄电池终端AA(经由可选的其他隔离开关TS2)连接，该蓄电池终端经由隔离开关TS1与直流电压终端GA连接。蓄电池终端经由隔离开关TS1并经由二极管D1和转换开关US(设置在不同的电位轨+、-中)与整流器G1(或其直流电压侧GS)连接。直流终端GA直接与二极管D1和转换开关US连接，二极管和转换开关直接通向直流电压侧GS或直流电压转换器GW的第一侧1S。在连接点V和蓄电池终端AA之间设置蓄电池隔离开关(未示出)，或者蓄电池终端AA直接与连接点V连接。

其他隔离开关TS2是可选的，并且可以联接在直流电压转换器GW的第二侧2S和蓄电池终端(或隔离开关TS1)之间。特别是，其他隔离开关TS2联接在车辆电气系统终端BA和蓄电池终端AA之间。隔离开关被构造成两极的，并以可切换的方式隔离两个电位。

车辆电气系统终端BA是充电电路的一部分，其中，车辆电气系统的其他组件(特别是高压组件，例如空调压缩机、12V转换器、催化器加热元件以及特别是电气驱动器)可联接在车辆电气系统终端BA上。然而，这些组件不是充电电路LS的一部分。

整流器G1的直流电压侧GS的第一电位-与直流电压转换器GW的第一侧1S经由(单极构造的)转换开关US连接，而针对第二正电位+存在直流侧GS和第一侧1S之间的直接连接。第二电位+经由二极管D1与直流终端GA的第二电位+连接。因此，二极管D1也将直流侧的第二电位+(且因此也将第一侧1S的第二电位+)经由隔离开关TS1与连接点V或与蓄电池终端AA连接。在二极管D1和直流终端GA的第二电位+之间可设置可选的熔断器F。

控制器C以操控方式与转换开关US连接(如箭头所示)，以便选择性地调节出转换开关US的开关位置1或2。优选在交流充电时转换开关具有开关位置2，且在直流充电时具有开关位置1。

整流器G1还具有二极管D2至DN，为了清晰起见没有详细示出。整流器G1可以例如被设置为功率因数校正滤波器或BnC桥，其中，n是交流终端WA的相数的两倍。在交流充电时，转换开关US被设置在开关位置2，使得直流侧GS的第一电位-由于转换开关US而与直流终端GA的第一电位-解耦。

控制器C还可以以操控方式与(全极构造的)隔离开关TS1连接，该隔离开关位于一方面连接点V或蓄电池终端AA和另一方面直流终端GA之间。在交流充电时，控制器C操控转换开关US进入位置2，同时隔离开关TS1被控制器置于打开的开关状态。因此，直流终端GA的第一电位-经由转换开关US与直流侧GS和第一侧1S的第一电位-隔离，并且也经由隔离开关TS1与直流电压转换器的第二侧2S的第一电位-隔离。对于第二电位+可以确定在交流充电时，直流侧GS(且因此直流电压转换器GW的第一侧1S)的第二电位+经由二极管D1与直流终端GA的第二电位+隔离。此外，直流电压转换器GW的第二侧2S的第二电位+也经由隔离开关TS1与直流终端GA隔离。然而同样地，2S和AA之间的连接使得功率流能够在交流充电期间从直流电压转换器GW流向蓄电池A。在交流充电时，可选的隔离开关TS2被打开(而在直流充电时被关闭)，其中，控制器C为此可以以操控方式与隔离开关TS2连接。

在直流充电时，功率从直流终端GA经由隔离开关TS1(在直接的直流充电期间被操控为关闭)流向蓄电池终端AA。这里，整流器G1的二极管D2...Dn阻止任何电流从整流器G1的直流侧GS流向交流终端WA。此外，在直接的直流充电期间，开关TS2可以被操控为打开。此外，在电压适配直流充电时，隔离开关TS1可以打开(且可选的开关TS2关闭)，以便经由转换器GW向蓄电池终端AA传输功率。在这里，二极管D2...Dn(针对第二电位)也会产生阻断作用，而转换开关US针对第一电位-将转换器GW的第一侧1S与整流器G1的直流侧GS隔离。由此确保了即使在直流充电(经由转换器GW的直接充电和电压适配直流充电)的情况下，不被使用的终端，在该情况下是终端WA，不以载流方式与主动充电终端(在本例中是充电终端GA)的任何电位处于连接中。

由于转换开关US仅被构造成单极的，因此相比于转换开关US的两极设计存在成本优势，即使二极管D1对于转换开关US的单极设计是必要的，因为二极管比多极转换开关US的成本更低。