[發明專利]雙向并且無接觸地傳輸功率以便對電動車輛充電

無效

• 申請號: 201080015622.1
• 申請日: 2010-04-06
• 公開（公告）號: CN102387935A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: R.柯德斯;G.格里彭特羅格;T.科馬;S.尼爾伯克
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: B60L11/18
• 分類號: B60L11/18;H02J5/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 謝強

技術領域

本發明涉及雙向并且無接觸地傳輸功率以便對電動車輛充電。

背景技術

通常將電動車輛通過插拔連接器連接到電網或固定的充電整流器。如果要在15分鐘之內對20kWh的電池充電(所謂的6C充電)，則預計要大約87kW的充電功率，這在400伏電網中相應于125A的電流。這相當于最大的、商業上可供使用的具有126mm直徑和282mm長度的插頭。為插入或拔出所需的手工力量為數百牛頓，這使得難以操作。更高的充電功率利用目前可用的插頭系統是不可能傳輸的。此外，插頭系統容易臟污，由于腐蝕使接觸電阻升高而有相應的過熱危險。一種回避該問題的替換方案在于無接觸地將能量傳輸到車輛。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種用于無接觸地傳輸能量以便對電動車輛充電的裝置，該裝置具有簡單的結構。另一個要解決的技術問題是提供一種改進的充電方法，用于電運行的車輛的能量存儲裝置。

本發明通過一種具有權利要求1的特征的裝置解決上述技術問題。另一個解決方案在于具有權利要求7的特征的方法。從屬權利要求涉及本發明的優選實施方式。

按照本發明的運行裝置用于在電運行的車輛中使用，該車輛具有至少一個電驅動(Elektroantrieb)和至少一個用于利用電能對電驅動饋電的能量存儲裝置，所述運行裝置包括：

-變流器，其在輸入側可與能量存儲裝置連接，構造為用于將輸入側的直流電壓轉換為輸出側的單相或多相的交流電壓并且用于將輸出側的單相或多相的交流電壓轉換為輸入側的直流電壓，

-線圈裝置，用于電感性地傳輸電能，

-與線圈裝置串聯設置的用于諧振調諧的電容。

優選地，在變流器輸出端設置第一開關裝置，用于連接變流器和電驅動，并且在變流器輸出端設置第二開關裝置，用于連接變流器和線圈裝置。

在此，有利地將在電運行的車輛中本來就存在的變流器用于電感性地傳輸電能和對電池充電。此外合適的是，如果要進行電感性傳輸，則借助第一開關裝置將變流器與車輛發動機分離，并且利用第二開關裝置將變流器與用于電感性地傳輸電能的傳輸器相連。在其他時候將變流器借助第一開關裝置與車輛發動機相連并且利用第二開關裝置與傳輸器分離。

合適地，將用于控制電機的變流器構造為硬連接的變流器電路，其將在兩個半導體開關(例如IGBT)或對應的續流二極管之間的半橋內的發動機電流進行換向(kommutieren)。為了降低開關損耗，將這些驅動變流器的開關頻率確定在kHz范圍內，特別地為大約8至10kHz。由此開關損耗大約為通過電流導線在半導體中導致的損耗。因為電感性的能量傳輸的可傳輸的功率在傳導電流的組件(鐵心磁路、鐵氧體等)給定的橫截面的情況下與頻率成比例，所以應該選擇盡可能高的傳輸頻率。優選對于電感性的電能傳輸使用在20和30kHz之間的頻率，其中為了傳輸電流采用鐵氧體。當變流器在與電動機的運行相比大約3倍開關頻率的情況下要硬切換大約相同的電流時，則總共發生大約雙倍的損耗，這導致功率半導體的熱過載。

因此，優選地對于電感性的能量傳輸給出一個諧振電路，方法是，將線圈裝置的漏電感通過串聯布置的電容來調諧。由此可以有利地總是在過零切換負載電流。僅必須對線圈裝置的磁化電流進行硬換向。合適地，由漏電感和諧振電容器形成的諧振電路通過變流器利用相應于諧振頻率的頻率的矩形波電壓來激勵。

諧振電容器可以選擇性地設置在傳輸器的兩側或者僅設置在傳輸器的一側上。如果僅使用一個諧振電容器，則可以將該諧振電容器布置在車輛方面或者布置在充電站方面。

進行能量的無接觸傳輸并且包括線圈裝置的傳輸器可以構造為單相的或三相的傳輸器。

優選地，變流器具有三個半橋，其中的兩個在輸出側與第二開關裝置相連，而第三個可通過DC-DC轉換器與能量存儲裝置相連。作為替換，變流器具有四個半橋，其中三個在輸出側與第二開關裝置相連，而第四個可通過DC-DC轉換器與能量存儲裝置相連。

附圖說明

現在根據附圖詳細解釋本發明的優選的但是絕非限制性的實施例。在此示意性地示出了其特征，并且相應的特征用相同的附圖標記表示。在此各個附圖示出：

圖1示出了具有單相的傳輸器的第一實施變形，

圖2示出了具有單相的傳輸器和單相的變流器的第二實施變形，

圖3示出了具有單相的傳輸器和在電池和變流器之間的DC-DC轉換器的第三實施變形，

圖4示出了具有三相的傳輸器和在電池和變流器之間的DC-DC轉換器的第四實施變形。

具體實施方式