车辆侧充电电路

背景技术

带有电驱动器的车辆具有蓄电池来向所述驱动器馈电。在许多车辆中设置有充电插座，以便将能量从外部传输到所述蓄电池中，例如在充电过程的范围中。

在将车辆连接到交流电压网时，多个电参数可能会发生变化，所述多个电参数会影响诸如所述充电电路的电压或功率的运行变量。这些可变参数例如是相数以及所述交流电压网的电压或配置，所述相数取决于交流电压连接端的设计，而所述电压或配置可能会局部变化。

发明内容

因此存在展现以下可能性的任务，即可以尽可能成本有利地使用不同设计的交流电压连接端来给车辆充电。

该任务通过权利要求1的主题解决。利用从属权利要求、说明书和附图得到其他实施方式、特征、特性和优点。

建议了一种车辆侧充电电路，其中多个（电流隔离的）直流电压转换器可以借助于可调节的开关装置彼此并联或串联连接，以便由此能够将所述充电电路与连接到交流电压网的连接端的设计（例如，单相或多相）相适配。所述充电电路的整流器连接在所述充电电路的交流电压接口的下游，并对施加在所述交流电压接口上的电压进行整流。经过整流的电压（或其峰值）取决于所述交流电压接口的相数。从而对于230V电网和三相的连接端配置来说，可能导致经过整流的电压高于可以利用特定半导体工艺达到的极限标称电压。在这种情况下，为了给所述直流电压转换器的半导体设置不限制可使用的工艺的极限标称电压，所述开关装置可以将多个直流电压转换器彼此串联连接。由此将每个直流电压转换器的运行电压除以直流电压转换器的数量。如果存在两个直流电压转换器，则每个直流电压转换器的半导体用来工作的运行电压减半。在单相运行的情况下，可以将所述直流电压转换器并联连接，以由此实现载流能力的倍增。

所述车辆侧充电电路配备有交流电压接口和连接到所述交流电压接口的整流器。所述交流电压接口特别是具有多个接触部的插接连接元件。所述整流器具有整流功能，但是在一些实施方式中除了该功能之外还可以具有其他功能，如功率因数校正或谐波滤波；所述整流器特别是有源整流器。所述整流器具有交流电压侧。所述整流器利用所述交流电压侧连接到所述交流电压接口。

所述整流器优选地对于所述交流电压接口的每个相接触部都包括至少一个半桥（所述半桥可以是可控的或者可以是二极管半桥）。所述交流电压接口可以具有中性导体接触部。所述中性导体接触部优选与所述整流器的（自己的）半桥连接。该半桥不同于与所述交流电压接口的相连接的半桥，并且可以特别是二极管半桥。

所述整流器还包括直流电压侧。所述整流器的半桥连接到所述直流电压侧。所述直流电压侧特别是包括两个直流电压电位或直流电压母线。所述半桥连接到所述两个直流电压电位或直流电压母线（其中在此特别是所述半桥的两端都连接到这些电位或母线）。

多个电流隔离的直流电压转换器连接到所述整流器（或连接到所述整流器的直流电压侧）。可以借助于开关装置调节所述直流电压转换器与所述整流器连接所处的连接类型（并联或串联）。所述开关装置以可切换的方式将直流电压转换器彼此连接。所述开关装置的不同开关位置一方面与所述整流器的不同连接逻辑关联，另一方面与直流电压转换器的不同连接逻辑关联。

借助于所述开关装置，所述直流电压转换器（特别是所述直流电压转换器的具有中间电路电容器的那一侧）可以选择性地彼此并联或串联连接。特别地，可以借助于所述开关装置将所述直流电压转换器的面向所述整流器的侧可调节地彼此并联或串联连接。这些侧可以对应于所述直流电压转换器的输入侧，特别是在充电过程中。在反馈的情况下（也就是说，在双向直流电压转换器的情况下），这些侧对应于所述直流电压转换器的输出端。

所述开关装置允许将所述直流电压转换器的输入端（特别是与充电过程有关）彼此串联或并联连接。由于所述直流电压转换器与所述整流器连接，因此借助于所述开关装置可以调节所述直流电压转换器与所述整流器的连接类型。在串联连接的情况下，如果存在两个直流电压转换器则得到一半的运行电压（就经过整流的电压而言），从而所述开关元件以及所述中间电路电容器都只需要根据该一半（或除以转换器数量）的运行电压予以设计。所述直流电压转换器具有面向所述整流器的侧。所述直流电压转换器的这些侧借助于所述开关装置选择性地或可切换地（或可调节地）彼此并联或串联连接。所述中间电路电容器位于这些侧上，因此所述中间电路电容器可调节地彼此并联或串联连接。这也适用于所述直流电压转换器的开关单元。

所述整流器经由所述直流电压转换器与车载电网连接端连接。所述车载电网连接端特别是高压连接端，因此被设计用于大于60V的运行电压，特别是用于至少400V、600V或800V的运行电压。带有这里描述的充电电路的车载电网还包括连接到所述车载电网连接端的蓄电池。除了所述蓄电池之外，其他组件也可以连接到所述车辆电网连接端。所述车载电网连接端可以经由隔离开关与所述直流电压转换器连接。

第一和第二直流电压转换器可以分别设有变压器或至少一个初级绕组。所述变压器或所述初级线圈连接到所涉及的直流电压转换器的开关单元。第一直流电压转换器的第一变压器或第一初级绕组连接到所述第一直流电压转换器的开关单元。第二变压器或第二初级绕组连接到所述第二直流电压转换器的开关单元。所述变压器将所述直流电压转换器构造为电流隔离的直流电压转换器。所述变压器或所述初级绕组连接到连接点，各自的直流电压转换器的开关单元经由该连接点彼此连接。该连接点对应于中间抽头。可以规定，所述变压器或所述初级绕组具有两端，其中其第一端连接到所述开关单元之间的连接点，而其第二端连接到两个彼此串联连接的电容器的连接点。

所连接的电容器形成串联电路。该串联电路与所述开关单元并联连接。所述开关单元特别是两个经由所述连接点彼此连接的开关单元。得到所述开关单元的串联电路，该串联电路与所述电容器的串联电路并联连接。换句话说，所述初级绕组或所述变压器的一端与所述交流电压侧或与所述开关单元的连接点连接，而另一端与所涉及的整流器的至少一个直流电压电位或供电电位以电容方式连接。优选地，这适用于所有或两个直流电压转换器。这里提到的初级绕组是所述变压器的初级绕组。所述变压器包括至少一个其他绕组，即，至少一个其他次级绕组，该至少一个其他次级绕组与所述初级绕组电流隔离并且与所述初级绕组磁耦合。每个直流电压转换器优选具有自己的变压器。可以规定将同一变压器用于多个直流电压转换器或所有直流电压转换器，其中每个直流电压转换器优选地与同一变压器的自己的初级绕组连接。

在所述车载电网连接端与所述直流电压转换器之间，特别是在所述车载电网连接端与所述多个变压器（或所述一个变压器）之间设置有次级整流器。这是与设置在所述交流电压接口和所述整流器之间的整流器不同的整流器。次级整流器位于所述车载电网连接端与所述直流电压转换器或变压器之间，下面全部称为次级整流器，因此在语言上也不同于上述整流器（在交流电压接口和直流电压转换器之间，也可以称为输入端整流器）。所述次级整流器包括第一侧，特别是交流电压侧，所述第一侧与所述变压器连接，特别是与所述次级绕组连接。因此，所述次级整流器具有面向所述直流电压转换器的交流电压接口。所述次级整流器还具有直流电压侧，所述直流电压侧连接到所述车载电网连接端。所述次级整流器包括至少一个第一和第二整流器电路，特别是对每个直流电压转换器都包括整流器电路。第一整流器电路以电流隔离的方式与第一直流电压转换器连接，特别是经由电流隔离的变压器。第二整流器电路与所述第二直流电压转换器电流隔离地连接，特别是经由所述第二变压器。

所述次级整流器的整流器电路的直流电压侧彼此并联连接，但是也可以串联连接。所述次级整流器可以具有至少一个平滑电容器，该至少一个平滑电容器设置在与所述车载电网连接端连接的次级整流器的侧上。特别地，所述次级整流器的整流器电路的交流电压侧与一个或多个平滑电容器连接。

设置所述直流电压转换器是为了对从所述整流器或所述交流电压接口侧接收的电压进行斩波，以由此激励所述初级绕组或所涉及的变压器。然而，由于这样做是为了产生直流电压，因此所述开关单元与所述中间电路电容器一起被称为直流电压转换器，因为它们有助于直流电压转换。此外，所述变压器和所述次级整流器也用于直流电压转换，从而所述直流电压转换器、所述变压器和所述次级整流器可以一起被看做是直流电压转换单元。在这种背景下，包括所述中间电路电容器和所述开关单元的直流电压转换器也可以被看作是具有中间电路的斩波器（英语：chopper），其后接着是电流隔离的次级整流器。因此，分别包括所述中间电路电容器和所述开关单元的直流电压转换器的另一个名称是“斩波器”。

第一和第二电压转换器的开关单元分别包括两个串联连接的开关。这些开关优选是半导体开关，例如晶体管。由于通过划分为多个直流电压转换器来划分了所述整流器的总电压，因此可以使用最大电压小于650伏、700伏或600伏的晶体管，例如所谓的“超结FET”。这特别适用于230伏电网，如果将该电网三相连接到所述充电电路的话，从而无需为所述直流电压转换器配备必须被设计为具有更高最大电压的晶体管。由此例如可以省去SiC-MOSFET，SiC-MOSFET代表了显著的成本因素。诸如MOSFET或IGBT的晶体管特别适合作为开关单元。

所述整流器优选具有一个或多个可切换的半桥。这些半桥特别是完全可切换的，也就是说，每个半桥都由两个诸如晶体管的开关的串联电路组成。半桥或其连接点或中间抽头特别是直接或经由串联电感连接到所述交流电压接口。在经由相应的串联电感进行连接的情况下，得到功率因数校正电路，该功率因数校正电路既具有整流功能又具有电压转换功能，特别是上游转换功能。因此，交流接口和直流电压转换器之间的整流器优选是有源整流器，并且如果该整流器配备有如上所述的串联电感，则该整流器还可以执行关于功率因数的校正功能和/或具有谐波阻尼作用。

所述交流电压接口可以被设计为单相，或者优选地被设计为多相，例如三相。因此，所述交流电压接口和所述直流电压转换器之间的整流器也优选地被设计为单相、多相或者特别是三相。所述交流电压接口的相数优选地对应于连接在所述交流电压接口下游的整流器的相数。所述交流电压接口的相数优选地对应于所述整流器的相数。所述整流器的相数优选地对应于所述整流器的（可切换的）半桥数量。可以规定，还设置二极管半桥形式的附加的半桥。在这种情况下，所述整流器包括一定数量的（可切换的）半桥以及附加的半桥，所述附加的半桥特别是设计为二极管桥。

可以在所述交流电压接口的各相之间设置固定接线或可切换的连接。如果所述接口本身仅被单相占用或以单相方式运行，则这些连接优选将所有相彼此连接。否则，这些连接将不存在或这些连接断开。在所述交流电压接口被多相或三相占用的情况下，不设置这些连接或这些连接断开。因此，即使所述交流接口仅被单相占用，这些连接也允许在所述整流器的所有半桥上配置和特别是分配待承载的电流。因此，所述交流电压接口配备有多个相接触部。这些相接触部在单相状态下借助于连接彼此连接。在多相状态下，这些相接触部单独与各个半桥连接，也就是说与所述整流器的各个半桥连接。在所述多相状态下，所述交流电压接口的相不相互连接。

所述连接可以由半导体开关、机电开关或由固定接线的可移除连接元件来设置，所述连接元件例如被构造为插入到引脚上并可以从所述引脚上移除的桥。通过后一种提到的可能性，有可能以简单且成本有利的方式选择配置，而不必更改其余电路，以由此将所述充电电路与单相或多相切换适配。

所述充电电路也可以具有控制器。所述控制器以操控的方式与所述开关单元连接。由此，所述控制器可以调节直流电压转换器是彼此串联还是并联连接。由此所述控制器可以特别是调节所述直流电压转换器的面向所述整流器的侧是彼此并联还是串联连接。由此所述控制器可以调节是借助于所述整流器的并联电路来使载流容量倍增，还是通过所述直流电压转换器的串联连接来根据所述直流电压转换器的数量划分相应的运行电压。所述控制器在单相状态下操控所述开关单元以将所述直流电压转换器彼此并联连接。

在多相状态下，所述控制器操控所述开关单元以将所述直流电压转换器串联连接。这特别是与所涉及的直流电压转换器的相应中间电路电容器或开关单元的串联或并联连接有关。如果在所述交流电压接口的相接触部之间还设置了可切换的连接（例如通过所述连接内的半导体开关或通过所述连接内的机电开关），则在设置单相状态时在相或相接触部之间建立这些连接，而在设置多相状态时将这些连接断开。可以设置检测装置，其检测所述交流接口处的占用状态，并且所述检测装置特别是检测所述接口的一个相还是多个相被占用。如果占用多个相，则调节出多相状态，以及如果仅占用一个相，则调节出单相状态。所述检测装置可以是所述控制器的一部分，或者可以连接在所述控制器的上游，以便向所述控制器提供对应的信息。

可以设置所述控制器、所述控制器的一部分或者直接或间接逻辑关联的控制单元，以操控所述直流电压转换器或其开关单元和/或操控（有源）整流器的开关装置。以操控的方式与所述开关单元连接的控制器可以由上级控制器布置，所述上级控制器还可以操控地与操控所述直流电压转换器的开关单元和/或所述整流器的开关元件的控制单元连接。但是，最终可以用不同的方式实现所述控制器的电流划分。

所述整流器可以具有二极管半桥，所述二极管半桥与所述交流电压接口的中性导体接触部连接。除了所述二极管半桥之外，所述整流器还包括带有开关单元的半桥，其中将这些半桥中的每个半桥都分配给所述交流电压接口的一个相或与该相（例如，经由电感）连接。

如上所述，所述整流器优选地被构造为有源整流器。在此，所述整流器包括一个或多个半桥，每个半桥包括由两个开关元件组成的串联电路。所述整流器优选地被构造为有源功率因数校正滤波器。在此，所述有源功率因数校正滤波器包括多个经由串联电感与所述交流接口连接的半桥电路。这些连接在此是单独的，从而所述串联电感也表示相应的半桥和所述交流电压接口的相接触部之间的单独连接。如前所述，为了单相充电或在单相状态下可以规定，所述相接触部经由对应的连接相互连接。所述整流器可以特别是被构造为Vienna整流器。

附图说明

图1用于更详细地解释这里描述的充电电路。

具体实施方式

图1示出具有示例性的充电电路的车载电网，所述充电电路经由交流电压接口IF（静态）连接到电流网SN。在此，该供电电流网被构造为三相的并且包括中性导体N。由此得到交流接口IF的四个接触部，包括三个相接触部P1，P2，P3和用于中性导体N的一个接触部，该接触部称为中性导体接触部NK。

所述充电电路连接到电流网SN，该电流网SN是例如公共电流供应网。所述充电电路包括连接到整流器GR的交流电压接口IF。所述整流器又连接到两个直流电压转换器GW1，GW2，这两个直流电压转换器借助于开关装置SV以可配置的方式彼此连接。整流器GW1，GW2分别包括连接到次级整流器SG的晶体管T1，T2。次级整流器SG因此形成至车载电网连接端AN的连接。

所述整流器包括三个半桥HB1至HB3，每个半桥可被完全控制。通过两个开关元件的串联电路得到的半桥HB1，HB2，HB3的连接点分别经由电感L1至L3与相接触部P1至P3连接。中性导体接触部NK直接、也就是说没有附加电感地与二极管半桥DH连接，二极管半桥DH也属于整流器GR。作为整流器在此是指连接在交流电压接口IF与直流电压转换器GW1，GW2之间的整流器。连接在直流电压转换器GW1，GW2下游的次级整流器GR始终被称为次级整流器，以便将其与首次提到的整流器区分开。

半桥HB1至HB3以及二极管半桥DH分别将其端部连接至两个供电电位V-，V+。这些供电电位通过对应的母线实现。所述整流器连接到这些供电电位之一，但不能连接到两个供电电位。这允许借助于开关装置SV进行可配置的串联或并联连接。

第一直流电压转换器GW1与正供电电位V+连接。直流电压转换器GW1的第二供电电位可以经由开关装置SV选择地与另一供电电位V-或与第二直流电压转换器的正供电电位连接。由此可以选择将两个直流电压转换器GW1，GW2串联还是并联连接。

第二直流电压转换器具有与所述充电电路的负供电电位V-相对应的负供电电位。然而，第二直流电压转换器GW2也具有电位，即正供电电位，该电位可以经由开关装置SV选择地与第一直流电压转换器或其负供电电位连接或与所述充电电路的正供电电位V+连接。为此，开关装置SV包括第一开关S1。所述第一开关允许第一直流电压转换器GW1的负供电电位与第二直流电压转换器GW2的正供电电位可切换地连接。如果该开关S1闭合，则直流电压转换器的输入端或直流电压转换器的中间电路电容器C1，C2或直流电压转换器的开关单元SE1，SE2彼此串联连接，并且从而作为串联电路与所述充电电路的两个供电电位V+，V-连接。

第二开关S2允许第二电压转换器的正供电电位与所述充电电路的供电电位V+连接。对应地存在第三开关S3，其将第一直流电压转换器GW1的负供电电位与所述充电电路的负供电电位V+可切换地连接。如果开关S2，S3闭合，则两个直流电压转换器GW1，GW2都以所述充电电路的供电电位V-，V+工作，也就是说以整流器GR的输出电压工作。象征性地示出的控制器ST操控地与开关S1至S3连接。

在所示的开关装置SV的开关状态2中，开关S1闭合并且开关S2，S3断开。由此直流电压转换器GW1，GW2彼此串联连接。在开关状态1（与所示的开关状态相反）中，S1断开，并且开关S2，S3闭合。由此所述电压转换器分别直接与整流器GR连接；换句话说，直流电压转换器GW1，GW2彼此并联连接。开关S2，S3同时断开或闭合。当开关S2，S3闭合时，开关S1断开。当开关S2，S3断开时，开关S2闭合。因此，开关S1和开关S2，S3优选地彼此互补地工作（就它们的开关状态而言）。这特别是涉及所述电路的活动状态；在所述电路的不活动状态下，开关S1-S3可以断开。

两个直流电压转换器GW1，GW2分别包括两个电容器的串联电路，其中直流电压转换器GW1具有电容器CK1和CK2的串联电路，而第二直流电压转换器GW2具有电容器CK3和CK4的串联电路。这些串联电路分别与相应的直流电压转换器的供电电位并联连接。

每个直流电压转换器GW1，GW2包括开关单元，每个开关单元具有两个开关的串联电路。这些开关之间的连接点与相关联的初级线圈连接。因此，第一直流电压转换器GW1的开关单元SE1的连接点与晶体管T1的初级线圈PW1连接，并且第二晶体管T2的初级线圈T2与直流电压转换器GW2的开关单元SE2的连接点连接。初级绕组P1，P2的分别相对的端部连接到电容器CK1至CK4的对应串联电路的串联电路连接点。因此，相应的初级绕组P1，P2的一端连接到所涉及的直流电压转换器GW1，GW2的电容分压器。所述电容分压器由两个电容器CK1，CK2或CK3和CK4的串联电路形成。次级整流器SG连接在晶体管T1，T2的下游或经由其次级绕组连接。

次级整流器SG可以具有两个整流器电路，其中这些整流器电路中的第一整流器电路与第一晶体管T1连接，并且这些整流器电路中的第二整流器电路与第二晶体管T2连接。这些整流器电路可以分别被构造为格拉茨（Grätz）电路。为了将所述充电电路构造为能够反馈，所述次级整流器可以具有可控的整流器电路。在此可以使用可控的半导体开关来代替二极管。由此也可以将功率施加到车载电网连接端AN上，从该车载电网连接端AN将次级整流器斩波到反馈状态下，以将经过斩波的信号经由所述晶体管和开关单元SE1，SE2传输到整流器GR，整流器GR同样有助于经由交流电压接口IF向电流网SN的反馈。

为了更清楚起见，次级整流器SG仅示意性地显示为虚线矩形。

虚线示出了交流电压接口的相接触部或相之间或整流器GR的输入端的相接触部或相之间的两个连接V1，V2。当所述充电电路处于单相充电状态时，即，当所述交流电压接口被单相占用时，存在连接V1，V2。如果设置了多相状态，其中接口IF被多相占用，则不存在连接V1，V2。

总之，开关装置SV和划分成两个直流电压转换器GW1，GW2允许对电压转换器进行可配置的组合。在此，开关S1可以看作是串联开关（由于在闭合开关S1时所述直流电压转换器串联连接）。开关S2，S3可以看作是并联开关，因为当开关S2，S3闭合时，直流电压转换器GW1，GW2彼此并联连接。一方面，开关S1的开关状态与开关S2，S3的开关状态相反。将开关S2分配给正供电电位，将开关S3分配给负供电电位。但是也可以规定，所有的开关都是断开的，例如在不活动模式下或在故障模式下。

代替晶体管或相关联的初级线圈P1，P2的电容式耦合，其他耦合类型或连接类型也是可能的，例如在每个开关单元都被构造为全桥的情况下。然而，图1示出了构造为半桥的开关单元SE1，SE2，其中电容器CK1至CK4同样被认为分别是半桥（特别是电容半桥），其中开关单元SE1，SE2的相应连接点之间的初级线圈P1，P2与相应的电容分压器CK1，CK2；CK3，CK4连接。

如上所述，次级整流器SG可以被构造为无源的，特别是在所述充电电路被构造为单向的情况下，或者如果所述充电电路被构造为双向的，也就是能够反馈的，则次级整流器SG可以被构造为有源的。在后一种情况下，所述次级整流器针对每个晶体管都包括完全受控的H桥。在此，每个H桥都连接到两个变压器T1，T1之一。

车辆车载电网可以包括所述充电电路（特别是所示的充电电路）和连接到所述充电电路的车载电网部分。所述车载电网部分具有至少一个蓄电池，并且还可以具有至少一个（车辆侧的）负载和/或（车辆侧的）电能源。如图1所示，该车载电网部分将在右侧连接到所述充电电路，并且例如将连接到连接端AN。