電路、電動力系和用于對電池充電的方法
【技術領域】
[0001]各種實施例大體上涉及電力車輛的電路和電動力系(power train)以及用于對電力車輛的電池充電的方法。
【背景技術】
[0002]電力車輛可以具有用于推進的電池和電力驅動單元。電力驅動單元的電動機可以被用作再生制動，即它可以被用作將動能轉換為電能的發電機。期望使用由電力驅動單元提供的電能對電池充電。
[0003]然而，在電力車輛的高速中并且特別在電池幾乎用盡時失效的情況下，大的電流可以流到電池中。這可以導致在電力車輛的一個或多個輪上的大的制動轉矩，這可能在光滑的道路上或在曲線中導致危險的情形。進一步，用太高的電流對電池充電可以產生火災或損壞或破壞電池，特別在電池已經充滿電、太熱或太冷時。
[0004]為了防止電池的不受控制的充電，電動機的最大電壓可以選擇成小于電池的最小電壓。然而，在這種情況下要求來提供相同的功率水平的更大電流可以導致用于電力電動機的更重的電動機和更大的控制電子設備，這可以增加成本、空間要求和重量并且減少電力驅動單元的電效率。
【發明內容】
[0005]提供一種電路，該電路包含電池、全極開關、開關元件、DC中間電路和電流供給裝置。全極開關可以被耦合到電池并且可以被配置成電斷開(或電隔離)電池。DC中間電路可以經由開關元件被耦合到全極開關，并且電流供給裝置可以被耦合到DC中間電路。
[0006]在各種實施例中，開關元件可以具有最大阻斷電壓，該最大阻斷電壓小于電流供給裝置的最大電壓并且大于電流供給裝置的最大電壓與電池的最小電壓的差。
[0007]在各種實施例中，開關元件可以具有最大阻斷電壓，該最大阻斷電壓小于電流供給裝置的最大電壓與電池的最小電壓的差。
[0008]在各種實施例中，開關元件可以包含相互串聯耦合的多個開關。每個開關可以具有最大阻斷電壓并且多個開關的最大阻斷電壓的和可以小于電流供給裝置的最大電壓并且大于電流供給裝置的最大電壓與電池的最小電壓的差。
[0009]在各種實施例中，開關元件可以進一步包含與多個開關串聯耦合的至少一個其它開關。多個開關的最大阻斷電壓與至少一個其它開關的最大阻斷電壓的和可以大于電流供給裝置的最大電壓。
[0010]在各種實施例中，多個開關中的每個開關和至少一個其它開關可以具有相同的最大阻斷電壓。
[0011]在各種實施例中，多個開關中的至少一個開關可以被耦合在電池的正極與電流供給裝置之間并且多個開關中的至少一個開關可以被耦合在電池的負極與電流供給裝置之間。
[0012]在各種實施例中，電路可以進一步包含二極管，該二極管與開關元件并聯耦合并且被配置成允許電流從電池流到電流供給裝置并且阻斷電流從電流供給裝置流到電池。
[0013]在各種實施例中，電路可以進一步包含耦合到開關元件的緩沖電路(snubbercircuit)。
[0014]在各種實施例中，電路可以進一步包含控制單元，該控制單元被配置成取決于以下中的至少一個來操作開關元件:電流供給裝置的電壓與電池的電壓之間的電壓差超過電壓閾值；從電流供給裝置流到電池的電流超過電流閾值；以及溫度超過溫度閾值。
[0015]在各種實施例中，電流供給裝置可以包含以下中的一個:電力驅動單元；以及充電器。
[0016]在各種實施例中，電力驅動單元可以包含永久勵磁同步電動機；以及耦合到永久勵磁同步電動機的具有續流二極管的逆變器。
[0017]進一步，提供一種電動力系，該電動力系包含牽引電池、電力驅動單元和開關元件。電力驅動單元可以包含逆變器和耦合到逆變器的永久勵磁同步電動機。逆變器可以被耦合到牽引電池并且開關元件可以被耦合在牽引電池與驅動單元之間。驅動單元的最大電壓可以大于電池的最小電壓。
[0018]在各種實施例中，開關元件可以具有最大阻斷電壓，該最大阻斷電壓小于驅動單元的最大電壓。
[0019]在各種實施例中，開關元件可以具有最大阻斷電壓，該最大阻斷電壓小于驅動單元的最大電壓與牽引電池的最小電壓的差。
[0020]更進一步，提供一種用于對電池充電的方法。該方法可以包含經由開關元件將電池與電流供給裝置耦合和去耦，其中開關元件具有最大阻斷電壓，該最大阻斷電壓是:小于電流供給裝置的最大電壓；并且大于電流供給裝置的最大電壓與電池的最小電壓的差。[0021 ] 在各種實施例中，當電流供給裝置的電壓與電池的電壓之間的電壓差在第一閾值以下時，開關元件可以將電流供給裝置耦合到電池。
[0022]在各種實施例中，開關元件在以下中的至少一個時可以將電流供給裝置與電池去耦:電流供給裝置的電壓與電池的電壓之間的電壓差超過第二閾值；從電流供給裝置流到電池的電流超過電流閾值；以及溫度超過溫度閾值。
[0023]在各種實施例中，在電流供給裝置的電壓與電池的電壓之間的電壓差超過第二閾值時開關元件已將電流供給裝置與電池去耦之后，開關元件可以將電流供給裝置間歇地耦合到電池。
[0024]在各種實施例中，電流供給裝置的電流可以由充電器或作為發電機的電力驅動單元來提供。
【附圖說明】
[0025]在附圖中，遍及不同視圖，相同的參考符號大體上指代相同的部分。附圖不一定是按比例的，而是重點大體上放在圖示本發明的原理。在附圖中，參考數字的最左邊的(一個或多個)數字可以標識在其中參考數字首次出現的附圖。相同的數字可以遍及視圖被用來參考相同的特征和部件。在下面的描述中，本發明的各種實施例參考下面的附圖來描述，在附圖中: 圖1示出電路的實施例；
圖2示出電動力系的實施例；
圖3示出開關元件的實施例；
圖4示出開關元件的另一個實施例；
圖5示出開關元件的又一個實施例；
圖6示出保護單元的實施例；
圖7示出具有續流二極管的電路的實施例；
圖8示出具有緩沖電路的電路的實施例；
圖9不出具有另一個緩沖電路的電路的實施例；以及圖10示出用于對電池充電的方法的實施例。
【具體實施方式】
[0026]下面的詳細描述參考附圖，附圖以圖示的方式示出在其中可實踐本發明的特定細節和實施例。
[0027]詞語“示范性”在這里用于意指“用作示例、實例或圖示”。任何在這里描述為“示范性”的實施例或設計不一定解釋為相對于其它實施例或設計是優選的或有利的。
[0028]圖1示出例如用于電動力系的電路的實施例100。電動力系可以包含電池102和電力驅動單元104。電池102可以對電力驅動單元104供電以便推動電力車輛。它可以是牽引電池，即被用于電力車輛的推進的可再充電電池。它可以是鉛酸電池、鎳金屬氫化物電池、鋰離子電池、熔鹽電池或任何其它種類的電池。電池電壓Vbat可以例如是Vbat = 150V ~ 500 V，然而，其它值是可能的。
[0029]電池102可以經由全極開關106和保護單元108被耦合到電力驅動104。全極開關106可以具有耦合到電池102的正極(+ )的開關和耦合到電池102的負極(_)的開關。它用于例如當電力車輛停放時或在緊急情形期間將電池102的正極(+ )和負極(_)從驅動單元104分離或斷開。全極開關106可以是繼電器和/或半導體開關。
[0030]電力驅動104可以在再生中斷期間對電池102充電并且可以提供電壓Vc。保護單元108可以將電池102與電力驅動單元104連接和斷開。舉例來說，對于具有85 kW功率的電力驅動單元104和電池電壓Vbat = 250 V，保護單元108可能需要切換340 A的電流。舉例來說，如果保護單元108的最大消耗是500 W，則保護單元108可以具有4.3 πιΩ的通態電阻或1.5V的電壓降。
[0031]控制單元110可以操作保護單元108。當電池102正在對電力驅動單元供電時，控制單元110可以操作保護單元108以將電池102連接到電力驅動單元104。控制單元110可以在以下情況將電池102與電力驅動單元104斷開:在電力驅動單元104的電壓Vc與電池102的電壓Vbat之間的電壓差Vc - Vbat超過電壓閾值時、或在從電力驅動單元104流到電池102的電流超過電流閾值的情況下、或例如在電池102或驅動單元104的溫度超過溫度閾值的情況下、或在可能損壞電動力系的任何部分的任何這樣的事件期間。這樣的安全相關的事件當電力車輛正在以高速運動并且電池102幾乎完全放電時或當電池102在它已經完全充電時正被充電時可能發生。控制單元110也可以當互鎖信號活動時將電池102與電力驅動單元104斷開。互鎖信號可以指示箱或殼體已被打開并且承載高的電壓的部分可能被暴露到人體接觸。
[0032]在事件已平息之后和/或在重置信號已被發出之后，控制單元110可以操作保護單元108以將電池102連接到電力驅動單元104。保護單元108因此可以控制由電力驅動單元104對電池102的充電并且所以可以保護電池102。驅動單元104的最大電壓Vcmax因此可以在沒有引入安全風險的情況下大于電池102的最小電壓Vbatmin。因此，更小的電子電動機和控制電子設備(例如在逆變器中)可以被使