[发明专利]用于电动车辆的电池的DC充电站

说明书

技术领域

本发明涉及用于电动车辆的电池的直流电压快速充电站。

背景技术

通常，为了对电池充电需要直流电压或者直流电流。用于电动车辆的电池的充电站通常被连接到三相网络端子上，从而首先必须实施AC-DC转换。在此，适合于不在电动车辆中实施转换，而是在充电站中实施，以便避免电动车辆本身必须被装配交流电压-直流电压变换器（AC-DC变换器）。

用于电动车辆的相应的DC充电站通常具有至少一个3相网络端子、输入滤波器和分离变压器、AC-DC变换器以及电池端子。

AC-DC变换器尤其是当充电站应当用于充电以及用于对电池放电时是受控的变换器。作为这样的变换器的实现形式可以例如使用6或12脉冲晶闸管桥或者所谓的IGBT桥（“绝缘栅双极晶体管”或者具有绝缘栅电极的双极晶体管），它们典型地以在kHz范围中的时钟时间运行。

为了减少在变换器的DC输出端处的DC电压和DC电流上的所谓的“波纹”，经常尤其是在晶闸管桥的情况下在变换器和电池之间连接无源的电网络形式的输出滤波器。

图1示出了DC充电站的已知的电路图，该DC充电站具有3相网络端子1、输入滤波器2、分离变压器3、AC-DC变换器4、输出滤波器5、以及电池端子6，通过其可以将要充电的电池7与充电站连接。在图1中无名称编号地示出的在变换器4的输入侧和输出侧上的保险装置典型地存在用于保护变换器4。

如果电池7固定地与输出滤波器5连接，也即以硬方式被布线并且不可借助插头被接线或者拆除接线，则AC-DC变换器4的输出侧的布线是不成问题的。这样的情况例如在US 2010/0019737A1中示出。但是因为电池7在电动车辆的情况下以有意义的方式经由电耦合6例如插接连接与DC充电站的输出滤波器5的输出接线柱电连接，因此当在建立耦合或者连接时电池电压U2和充电站的输出电压U1、也即输出滤波器5的输出电压不同时，产生问题。在该情况下，在建立电池7和充电站之间的连接时电池充电或放电电流可以流经输出滤波器5的组件，所述电池充电或放电电流的最大数值可以为最大允许的充电或放电电流的多倍并且其因此可能导致所有电流流经的电组件损坏，直至电池7的破坏。

所描述的问题原则上例如可以借助下面的措施来避免或者至少减少：

（i）放弃输出滤波器：在足够快速地时钟控制的并且被调节的IGBT变换器情况下，该变型方案原则上是可设想的，但是代价是与具有输出滤波器的构造相比在电池充电或放电电流上的较大的电流波纹。该较高的波纹可能减少电池寿命。此外，IGBT变换器的较快的时钟控制导致在变换器中的较高的损耗。因此，从能量效率角度看目标是使时钟频率尽可能小并且使调节时间尽可能大。放弃输出滤波器在晶闸管桥变换器情况下是不可设想的。电池充电或放电电流的产生的波纹是不可接受地大的。

（ii）对LC输出滤波器扩展了电阻，该电阻与电容C串联。这是对于电池充电或放电电流的限制电流的措施，该电池充电或放电电流基于在U1和U2之间的初始电压差得出。但是该措施在输出滤波器的有效性变差中起作用。此外，这样的电阻在整个充电或放电过程期间是附加的损耗源，随之而来的是充电站的效率变差。

（iii）将二极管插入到输出滤波器5和电池接线柱6之间。根据现有技术（例如参见Chademo标准），该二极管被插入到正线路中并且被称为反向电流二极管。这样的二极管阻止电流流动的方向变换并且将电流乘以时间的积分限制在输出滤波器5中的电容器的最大充电量上。反向电流二极管的缺点是：

（a）反向电流二极管是附加的损耗源，其中损耗功率等于充电电流乘以在反向电流二极管上的典型地为0.9V至1.5V的电压降。

（b）具有反向电流二极管的充电站不是能够反向馈电的，也即电池仅仅能够利用这样的充电站充电，但是不能放电。

发明内容

因此，本发明的任务是，说明DC充电站和相应的充电过程的流程的可能的实现形式，其避免了上述的缺点并且尤其是避免了在充电过程开始时不受控制的并且可能过高的电池充电或放电电流的上述问题。

该任务通过在独立权利要求中说明的发明来解决。有利的扩展方案从从属权利要求中得到。

本发明的解决方案基于如下认识：在可以接上电池之前，在使用不可控制或可调节的无源电网络时在DC充电站的AC-DC变换器的输出端处需要在DC充电站的输出电压U1和电池电压U2之间的电压平衡。

本发明的用于对尤其是电动车辆的电池充电的DC充电站，具有：

－带有输出端的DC电压源，在该输出端处至少在DC充电站的运行状态中提供DC电压，