[发明专利]具有可控的中间电路中心点电压的充电设备以及具有这种充电设备的驱动系统

说明书

本发明涉及一种用于给设有电驱动马达(2)的机动车的电池(7)充电的充电设备。该充电设备具有电感和驱动变流器(3)，所述驱动变流器在机动车的驱动运行中转换用于所述电驱动马达(2)的所述电池(7)的直流电压，并且所述驱动变流器具有中间电路中心点(5)，其中，所述电感与所述驱动变流器(3)一起在所述电池(7)的充电运行中用作升压转换器。为了提供完整的和成本低廉的充电设备，所述充电设备具有可控的开关装置(9)，所述开关装置设计为，使得所述中间电路中心点(5)充电和/或放电到一个电压。

本发明涉及一种用于给设计有电驱动马达的机动车的电池充电的充电设备以及一种具有这种充电设备的电驱动系统。

为了给电动汽车充电，使用不同的充电策略。通过家用插座使用交流电的充电方式几乎无处不在，但这种方式仅提供低于5千瓦的低充电功率。相比之下，在直流电源(DC充电)上进行快速充电时，例如通过特殊充电站，可以实现更高的功率(50kW及以上)输出。然而，当充电桩的可用电压电平，通常为400伏DC低于车辆电池的电压电平(中期为800伏DC)时，需要对充电电压进行调整。

为了调整电压电平，可以使用升压转换器(也被称为“升压斩波器”，“boost-converter”或者“step-up-converter”)作为独立的结构单元。但是还可能的是，使用牵引马达或电动马达中已经存在的逆变器(在英语中也被称为“Inverter”)作为升压转换器，用来进行直流电压转换。为了不必在逆变器中使用用于升压的附加电感，已知可行的是，牵引马达的绕组用作充电电感：

DE 10 2016 209 905 A1示出了一种用于电动车辆的快速充电单元，其中，牵引马达的逆变器结合马达线圈用作升压转换器。

DE 10 2009 052 680 A1示出了在逆变器之前连接降压转换器。

除了2级逆变器之外，对于电动车辆也存在具有第三电压电平的三电平逆变器。尤其在具有NPC拓扑(中点钳位)的三电平逆变器中，施加在半桥的开关器件上的电压由此降低到额定电压的一半。相应地，这种额定电压通常仅针对该电压值设计。

DE 10 2016 218 304 B3示出了一种用于电动车辆的NPC配置(“neutral pointclamped”的缩写)中的三电平逆变器，其在快速充电运行中可以作为升压转换器运行，其中，可以使用外部电感作为用于升压的电感。

在三电平逆变器作为升压转换器运行时，必须避免开关器件达到满额的额定电压。由于拓扑，禁止特定的开关状态，其使得某些开关器件被错开地切换：首先必须切换内部的开关器件，然后必须切换外部的开关器件。在此时间内，电流流入中间电路(或其电容)的中心点，并且进行不希望地充，且随着每个开关周期继续该充电过程。如果中间电路中心点的电压超过开关器件或二极管的允许的截止电压，或者如果中间电路中心点的电压超过开关器件的允许的电容电压，则会导致相关器件发生故障，并且导致逆变器的损坏。必须避免这种情况。

在正常操作中(逆变器DC-AC)使电压水平在中间电路中心点处振荡，但中间电路中心点不充电。为了减少这些振荡，要么根本不调节，要么主动调节中间电路电压。

一种可能性是通过适当的控制半桥来实现虚拟调控。在此，各个相位的脉冲宽度在时间上如下地适配：减小有效流入中间电路中心点的电流。即，一个相位的脉冲宽度并不都一样长。这方面的示例例如由US 5790396给出。

另一种可能性是通过输入外部补偿负载进行调控：

WO 2012/093504 A1示出了一种三电平逆变器，其具有在逆变器操作(DC到AC转换)中主动的电压平衡目的在于，在中间电路中能够减小包含的电容。该电压平衡包括可控的开关和至少一个通过外部器件持续预充电的辅助电容，其为电压平衡提供电荷。平衡装置直接布置在中间电路的中点和半桥的中间入口之间；她尤其没有与正汇流条和负汇流条连接。