(57)【要約】【課題】一体型電源ボックスを提供する。【解決手段】本発明は、外部のＡＣ電源（３８）に接続し、車両に対してＨＶ−ＤＣ電圧（４０）を提供するためのＡＣ充電器（１２）と、車両のＨＶバッテリ蓄電部（５２）の温度を調節するためのＨＶ温度調節デバイス（１４）と、ＨＶ−ＤＣ電圧（４０）を車両の車載電気システム電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣ変換器（１６）と、車両においてＨＶ−ＤＣ電圧（４０）を分配するためのＨＶ電圧分配器（１８）とを備える車両用の電源装置（１０）であって、ＡＣ充電器（１２）が、電気絶縁無しの半導体技術を使用して具体化され、ＡＣ充電器（１２）、ＨＶ温度調節デバイス（１４）、ＤＣ／ＤＣ変換器（１６）およびＨＶ電圧分配器（１８）が一体型電源ボックス（２０）を形成するように配置されるハウジング（２２）を備えることを特徴とする、電源装置（１０）に関する。それに加えて、本発明は、前述の電源装置（１０）を備える車両に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部のＡＣ電源（３８）に接続し、車両に対してＨＶ−ＤＣ電圧（４０）を提供するためのＡＣ充電器（１２）と、
前記車両のＨＶバッテリ蓄電部（５２）の温度を調節するためのＨＶ温度調節デバイス（１４）と、
前記ＨＶ−ＤＣ電圧（４０）を前記車両の車載電気システム電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣ変換器（１６）と、
前記車両において前記ＨＶ−ＤＣ電圧（４０）を分配するためのＨＶ電圧分配器（１８）とを備える前記車両用の電源装置（１０）であって、
前記ＡＣ充電器（１２）が、電気絶縁無しの半導体技術を使用して具体化され、
前記ＡＣ充電器（１２）、前記ＨＶ温度調節デバイス（１４）、前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１６）および前記ＨＶ電圧分配器（１８）が一体型電源ボックス（２０）を形成するように配置されるハウジング（２２）を備えることを特徴とする、電源装置（１０）。
【請求項２】
前記ＡＣ充電器（１２）を電気的に保護するための安全機能ハードウェア（４２）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の電源装置（１０）。
【請求項３】
前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１６）を絶縁するための安全デバイスを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の電源装置（１０）。
【請求項４】
前記ＨＶ電圧分配器（１８）を切り替えるための切り替えデバイスを備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源装置（１０）。
【請求項５】
少なくとも２つのモジュールを備える、具体的には、前記ＡＣ充電器（１２）、前記ＨＶ温度調節デバイス（１４）、前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１６）および前記ＨＶ電圧分配器（１８）用のそれぞれのモジュールを備える、モジュール式構造を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源装置（１０）。
【請求項６】
前記ハウジング（２２）が、前記車両を安定させるための衝突関連構造として、具体的には、少なくとも少数の車両ドームのための安定化ストラットとして、具体化されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源装置（１０）。
【請求項７】
前記ハウジング（２２）が、電源装置（１０）の交換可能なコンポーネントへのアクセスを可能にする少なくとも１つのフラップを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電源装置（１０）。
【請求項８】
前記ＡＣ充電器（１２）、前記ＨＶ温度調節デバイス（１４）、前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１６）および前記ＨＶ電圧分配器（１８）間の内部電気接続が、「ブレード」技術に従って具体化されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電源装置（１０）。
【請求項９】
前記ＡＣ充電器（１２）、前記ＨＶ温度調節デバイス（１４）、前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１６）および前記ＨＶ電圧分配器（１８）を互いに接続する内部通信接続を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電源装置（１０）。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源装置（１０）を備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部のＡＣ電源に接続し、車両に対してＨＶ（高電圧）−ＤＣ電圧を提供するためのＡＣ充電器と、車両のＨＶバッテリ蓄電部の温度を調節するためのＨＶ温度調節デバイスと、ＨＶ−ＤＣ電圧を車両の車載電気システム電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣ変換器と、車両においてＨＶ−ＤＣ電圧を分配するためのＨＶ電圧分配器とを備える車両用の電源装置に関する。
【０００２】
その上、本発明は、前述の電源装置を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００３】
車両構造における電気駆動部の使用が増加する傾向にあり、これらの車両を構成する方法が変化している。電気駆動部を有する現在の車両は、依然として小規模モデルである場合が多く、その製造は、非常に高価である。従って、電気駆動部を有効にし、また、大量生産モデルの数を増加して普及させるため、以前の設計に関する最適化が必要である。現在の車両アーキテクチャは、分析して最適化する必要がある。
【０００４】
電気駆動部を有効にするため、車両において、ＤＣ電圧として現在ではおよそ数百ボルトの高電圧（ＨＶ）での供給が提供される。従って、電気駆動部を有する車両は、典型的には、ＡＣ充電器、ＨＶ温度調節デバイス、ＤＣ／ＤＣ変換器およびＨＶ電圧分配器を備える。これらのＨＶコンポーネントは共に、高電圧用の電源装置を形成する。それに加えて、電気駆動部を有する車両は、通常、電気エネルギーを蓄電するためのＨＶバッテリ蓄電部を備える。ＨＶバッテリ蓄電部では、多数の個々のバッテリセルは、ＨＶ−ＤＣ電圧を提供するために、互いに直列に相互接続される。より大きな電流は、そのような一続きのバッテリセルの並列配置によって提供することができる。適切な場合は、ＨＶバッテリ蓄電部によって提供される電圧は、ＤＣ／ＤＣ変換によってＨＶ−ＤＣ電圧まで増加される。
【０００５】
上記で言及したＨＶ（高電圧）用コンポーネントは、現在は、車両において個別に提供される。すなわち、ＨＶ用部品の各々は、専用ハウジングを備え、車両に別々に取り付けられ、車両において個別に電気的にケーブル接続されて位置付けられ、別個の冷却ホースを有する専用冷却システムを備える。これにより、高いアセンブリ出費が発生し、高い重量および大きなパッケージオーバーヘッドが発生する。
【０００６】
ＡＣ充電器を介して、車両は、前記車両のＨＶバッテリ蓄電部の充電のために外部のＡＣ電源に接続することができる。安全上の理由で、現代のＡＣ充電器は、車両においてＡＣ電源とＨＶ−ＤＣ電圧との間の電気的な絶縁を引き起こすために、絶縁変圧器を用いて具体化される。電気絶縁は、電気ショックに対する保護を与え、車両から外部のＡＣ電源へのＤＣ帰還を防ぐ。この電気絶縁は、ＡＣ充電器において比較的大きな空きスペースを必要とし、高い重量を有し、通常は高価である。
【０００７】
この文脈では、（特許文献１）は、電力変換器の一般的な制御のためのシステムおよび方法について開示している。
【０００８】
その上、（特許文献２）は、車両用の電力変換モジュールについて開示している。モジュールは、ハウジングと、ハウジングのベースパネルの内面に設置された電力変換ユニットとを備える。電力変換ユニットは、コンデンサモジュールと、インバータおよびＬＤＣの電力モジュールとを備える。水冷式冷却ユニットは、ハウジングのベースパネルの外面に設置され、インバータおよびＬＤＣの電力モジュールに対応する位置に配置され、ハウジングのベースパネルは、水冷式冷却ユニットと電力モジュールとの間に介在する。空冷式冷却リブは、ベースパネルの外部表面に設置され、コンデンサモジュールに対応する位置に配置され、ハウジングのベースパネルは、空冷式冷却リブとコンデンサモジュールとの間に介在する。
【０００９】
その上、（特許文献３）は、自動車用のＤＣ／ＤＣ変換器について開示しており、ＤＣ／ＤＣ変換器は、２つの高電圧端子と、高電圧変換器スイッチを有する高電圧ＤＣ／ＡＣ変換器と、電気的に絶縁された変圧器と、低電圧ＡＣ／ＤＣ変換器と、リンク回路静電容量を有するリンク回路と、リンク回路に接続され、リンク回路のリンク回路電圧を低電圧ＤＣ電圧に変換する上で役立つ変換器モジュールとを備える。変換器モジュールは、２つの低電圧端子を備える。高電圧変換器スイッチの駆動デバイスは、高電圧ＤＣ電圧とリンク回路電圧の変圧比（その比率は、高電圧ＤＣ／ＡＣ変換器、変圧器および低電圧ＡＣ／ＤＣ変換器を介して実現される）が一定であるように、事前に定義されたおよび固定されたデューティ比で高電圧変換器スイッチを駆動するように設計される。
【００１０】
それに加えて、（特許文献４）は、エネルギー変換デバイスのＡＣ／ＤＣ変換器について開示しており、その変換器は、フィルタ、ＰＦＣ回路、第１のフルブリッジ回路、第１の変圧器および第１の整流回路を備え、外部から供給されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣ変換器は、フィルタ、第２のフルブリッジ回路、第２の変圧器および第２の整流回路を備え、ＡＣ／ＤＣ変換器によってＤＣ電圧出力を低減する。第１の変圧器の一次側に位置するＡＣ／ＤＣ変換器の回路構成要素は、冷却ハウジングの上面に取り付けられ、冷却ハウジングは、両方の変換器を冷却する。第１の変圧器の二次側に位置するＡＣ／ＤＣ変換器の回路構成要素およびＤＣ／ＤＣ変換器の回路構成要素は、冷却ハウジングの下側に取り付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願公表第１１  ２００６  ００３  ０３３  Ｔ５号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０  ２０１５  ２１９  ９１７  Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０  ２０１４  ０１６  ０７６  Ａ１号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０  ２０１５  ２２３  ６５５  Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、上記で言及した先行技術に由来して、本発明は、上記で言及したタイプの電源装置およびその電源装置を備える車両を特定するという目的に基づき、電源装置は、効率的に生産することができ、装着が簡単であり、低い重量を有し、小型の設計を有し、低い電気損失を生成し、それに加えて、費用効果が高くなるように提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
目的は、本発明に従って、独立請求項の特徴によって達成される。本発明の有利な構成は、従属請求項において指定される。
【００１４】
従って、本発明は、外部のＡＣ電源に接続し、車両に対してＨＶ（高電圧）−ＤＣ電圧を提供するためのＡＣ充電器と、車両のＨＶバッテリ蓄電部の温度を調節するためのＨＶ温度調節デバイスと、ＨＶ−ＤＣ電圧を車両の車載電気システム電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣ変換器と、車両においてＨＶ−ＤＣ電圧を分配するためのＨＶ電圧分配器とを備える車両用の電源装置であって、ＡＣ充電器が、電気絶縁無しの半導体技術を使用して具体化される、電源装置であり、ＡＣ充電器、ＨＶ温度調節デバイス、ＤＣ／ＤＣ変換器およびＨＶ電圧分配器が一体型電源ボックスを形成するように配置されるハウジングを備える、電源装置を提供する。
【００１５】
それに加えて、本発明は、前述の電源装置を備える車両を提供する。
【００１６】
従って、本発明の基本的な概念は、ＨＶ機能（高電圧機能）のインテリジェントな組合せによって一体型電源ボックスを提供することであり、前記一体型電源ボックスは、パッケージ、効率、重量、コストおよび有効性に関する利点を可能にする。この関連で、最初に、共通のアレンジメントによって、個々のコンポーネント（すなわち、ＡＣ充電器、ＨＶ温度調節デバイス、ＤＣ／ＤＣ変換器およびＨＶ電圧分配器）間のラインパスを低減することができる。このラインパスの低減は、電気ケーブルと、例えば、一体型電源ボックスの個々のコンポーネントを冷却するための冷却液配管の両方に関係し、その結果、ケーブルの長さおよび冷却管の長さを低減することができ、重量を節約することができる。その上、従来の設計では、コンポーネントの各々は、各事例において個別に接続しなければならない。一体型電源ボックスは、コンポーネントの個々の装着と比べて、効率的に装着することができる。ここでは省略される従来の変圧器を用いたＡＣ充電器の追加の最適化は、一体型電源ボックスの構成における様々な自由度を生み出す。そのようなＡＣ充電器は、高効率をさらに有する。
【００１７】
車両は、具体的には、一体型電源ボックスを介して電気エネルギーが供給される電気駆動部を有する車両である。車両は、電気のみで駆動することも、いわゆるハイブリッド車両のように、電気駆動部およびさらなる駆動部（例えば、従来の内燃機関）の組合せを備えることもできる。
【００１８】
ＡＣ充電器は、外部のＡＣ電源に接続し、外部のＡＣ電圧を車両において提供されるＨＶ−ＤＣ電圧に変換する上で役立つ。原理上、電気エネルギー生成（レンジエクステンダとしても知られている）を有する車両の事例では、ＡＣ充電器を介してレンジエクステンダからの電気エネルギーを変換し、ＨＶバッテリ蓄電部または駆動部に導通させることも可能である。ＡＣ充電器は、電気絶縁無しの半導体技術を使用してパワーエレクトロニクス要素として具体化される。これにより、ＡＣ充電器を提供することや、それに応じて、低い重量を有する一体型電源ボックスを提供することが可能になる。その上、変圧器を省略することにより、必要な構造空間を低減することが可能になる。ＡＣ充電器は、充電ケーブルを介してまたは誘導的に外部のＡＣ電源に接続することができる。
【００１９】
ＨＶ温度調節デバイスは、車両のＨＶバッテリ蓄電部の温度を調節する上で役立つ。熱伝達流体は、典型的には、ＨＶバッテリ蓄電部中を流れ、例えば、バッテリ負荷、動作モードおよび／または周囲条件に応じて、ＨＶバッテリ蓄電部を加熱および／または冷却することができる。この関連で、ＨＶ温度調節デバイスは、低温で熱伝達流体を加熱するＨＶ加熱器を備え得る。加熱された流体は、ＨＶバッテリ蓄電部をより高い温度レベルまでもってくるため、および、関連する内部抵抗の低減を達成するために、バッテリ回路中を流れる。それに従って、より高い利用可能システム電力を達成することができる。ＨＶバッテリ蓄電部の温度が制限値を上回って上昇する場合は、ＨＶ温度調節デバイスは、バッテリセルを保護するために、ＨＶバッテリ蓄電部を冷却することができる。ＨＶ温度調節デバイスは、理想的には流体回路内に位置付けられるように、一体型電源ボックスに位置する。例として、ＨＶ加熱器の加熱要素として、ヒートロックまたは平面抵抗器が使用される。平面抵抗器は、一体型電源ボックス内に大きなエリアにわたって位置し、それにより、特定の熱伝導性材料を介するバッテリ回路への最大熱導入が保証される。ＨＶ温度調節デバイスは、駆動目的で、半導体スイッチング要素を用いて具体化される。
【００２０】
ＤＣ／ＤＣ変換器は、ＨＶ−ＤＣ電圧を車両の車載電気システム電圧に変換することを実行する。ＤＣ／ＤＣ変換器は、駆動のために車両のＡＣ充電器またはＨＶバッテリ蓄電部によって提供されるようなＨＶ−ＤＣ電圧を車両の車載電気システム電圧に変換する。ＨＶ−ＤＣ電圧は、例えば、約８００Ｖであり得る。車載電気システム電圧は、典型的には、１２Ｖであるが、２４Ｖまたは４８Ｖの値も想定することができる。ＤＣ／ＤＣ変換器は、好ましくは、半導体技術を使用してパワーエレクトロニクス要素として（例えば、ステップアップもしくはステップダウン変換器としてまたはブースト変換器として）具体化される。
【００２１】
ＨＶ電圧分配器は、車両におけるＨＶ−ＤＣ電圧の分配を可能にする。原理上、任意のＨＶ消費体には、ＨＶ電圧分配器を介して、ＨＶ−ＤＣ電圧を供給することができる。具体的には、車両の電気駆動部は、ＨＶ電圧分配器に接続される。その目的のため、ＨＶ電圧分配器は、典型的には、個々のブランチを接続および切断するための多数の母線および切り替えデバイスを備える。保守および／または修理を容易にするため、ＨＶ電圧分配器は、車両のエンジンルームに装着され次第、上方からアクセスしやすいように、一体型電源ボックスの上方の領域に位置付けられる。
【００２２】
ハウジングは、すべてのコンポーネントの共通のハウジングとして具体化される。すなわち、ハウジングは、ＡＣ充電器、ＨＶ温度調節デバイス、ＤＣ／ＤＣ変換器およびＨＶ電圧分配器を包含する。それに加えて、ハウジングを介して、冷却システムへの共通接続を提供することができる。ハウジングは、好ましくは、軽量の構築材料から生産される。そのような軽量の構築材料は、例えば、プラスチックまたは軽金属（アルミニウムなど）を含み、プラスチックまたは他の非導電性材料が好ましい。
【００２３】
一体型電源ボックスとしての電源装置の実施形態により、例として、電源ボックス用の単一の冷却システムは、その中に内包されるすべてのコンポーネントを一緒に冷却することができる。冷却システムは、温度を下げることによって、過熱の結果として生じる損傷を防ぐためおよびオーム抵抗を低減するために、電気コンポーネントおよびそれらの互いの接続部のラインおよび接触抵抗に生じるような熱を消散させる。
【００２４】
本発明の有利な構成では、電源装置は、ＡＣ充電器を電気的に保護するための安全機能ハードウェアを備える。好ましくは、安全機能ハードウェアは、ＡＣ充電器の不可欠な一部である。安全機能ハードウェアは、車両の保護を与えるために、欠陥が生じた場合にアクティブ状態になる。具体的には、安全機能ハードウェアは、欠陥が生じた場合に、外部のＡＣ電源からのＡＣ充電器の絶縁を実行するように具体化され、配置される。安全機能ハードウェアは、典型的には、多数のスイッチング要素を備える。スイッチング要素は、例えば接触器として電気機械的にまたは電力半導体を用いて完全に電子的に具体化することができる。電力半導体を用いる実施形態が好ましい。
【００２５】
本発明の有利な構成では、電源装置は、ＤＣ／ＤＣ変換器を絶縁するための安全デバイスを備える。好ましくは、安全デバイスは、ＤＣ／ＤＣ変換器の不可欠な一部である。安全デバイスは、車両の保護を与えるために、欠陥が生じた場合にアクティブ状態になる。具体的には、安全デバイスは、欠陥が生じた場合に、ＤＣ／ＤＣ変換器の絶縁を実行するように具体化され、配置される。安全デバイスは、典型的には、多数のスイッチング要素を備える。スイッチング要素は、例えば接触器として電気機械的にまたは電力半導体を用いて完全に電子的に具体化することができる。電力半導体を用いる実施形態が好ましい。
【００２６】
本発明の有利な構成では、電源装置は、ＨＶ電圧分配器を切り替えるための切り替えデバイスを備える。好ましくは、切り替えデバイスは、ＨＶ電圧分配器の不可欠な一部である。切り替えデバイスは、典型的には、多数のスイッチング要素を備える。スイッチング要素は、例えば接触器として電気機械的にまたは電力半導体を用いて完全に電子的に具体化することができる。電力半導体を用いる実施形態が好ましい。
【００２７】
本発明の有利な構成では、電源装置は、少なくとも２つのモジュールを備える（具体的には、ＡＣ充電器、ＨＶ温度調節デバイス、ＤＣ／ＤＣ変換器およびＨＶ電圧分配器用のそれぞれのモジュールを備える）モジュール式構造を有する。モジュール式構造により、必要に応じて個々のモジュールを選択して、それらを組み合わせて一体型電源ボックスを形成することによって、異なるように構成された一体型電源ボックスを簡単な方法で提供することができる。その上、モジュール式構造は、故障または損傷の場合に個々のモジュールの交換を容易にする。ここでは、モジュールは、それらの電気的な機能に応じてだけではなく、それに加えて、構造サイズおよび機械的要件も考慮して、選択して組み合わせることができる。それに従って、異なる車両プラットフォームに対応することができる。ここでは、互いのモジュールの間の十分な密封の概念は、内包されるコンポーネントの安全を保証するために重要である。
【００２８】
本発明の有利な構成では、ハウジングは、車両を安定させるための衝突関連構造として（具体的には、少なくとも少数の車両ドームのための安定化ストラットとして）具体化される。結果的に、その電気的な機能以外に、一体型電源ボックスは、車両の安定性を補強する構造コンポーネント部分を形成することができる。この関連で、相応に構成されたハウジングは、車両全体の安定のための車両の前端部における１つまたは複数のドームストラットの省略を可能にする。それに従って、一体型電源ボックスは、例えば、２つの前方のドーム間に取り付けることができ、それぞれの前方のドームからのそれぞれのホルダ接続は、一体型電源ボックスにねじ止めされる。従って、一体型電源ボックスは、１つまたは複数のドームストラットの機能を実行することができる。
【００２９】
本発明の有利な構成では、ハウジングは、電源装置の交換可能なコンポーネントへのアクセスを可能にする少なくとも１つの点検用フラップ（蓋体）を有する。そのような交換可能なコンポーネントは、具体的には、ヒューズであり、欠陥が生じた後に簡単に交換することができる。ヒューズは、具体的には、ＨＶヒューズであり、例えば、ＡＣ充電器を保護するためのものである。好ましくは、一体型電源ボックスは、それに加えて、評価回路を備え、評価回路は、ヒューズの正しい設置および／または点検用フラップの開き具合をモニタし、適切な場合には、報告する。その上、モジュールの電子ユニットもまた、点検用フラップを介して十分に交換可能であり得る。
【００３０】
本発明の有利な構成では、ＡＣ充電器、ＨＶ温度調節デバイス、ＤＣ／ＤＣ変換器およびＨＶ電圧分配器間の内部電気接続は、「ブレード」技術に従って具体化される。ブレード技術を使用する場合、電気接続は、ブレードおよびファストン端子を備える。電気接続の生産の間、ブレードは、ファストン端子に押し込まれ、摩擦および圧力プロセスによってファストン端子と接触する。ブレード技術は、ブレードとファストン端子との間の接続の確立と切断を繰り返し行えるように設計される。
【００３１】
本発明の有利な構成では、電源装置は、ＡＣ充電器、ＨＶ温度調節デバイス、ＤＣ／ＤＣ変換器およびＨＶ電圧分配器を互いに接続する内部通信接続を備える。通信接続は、例えば、自動車部門で広く使用される内部通信バス（例えば、ＣＡＮ、ＳＰＩもしくはＬＩＮまたはイーサネット（登録商標））に基づいて生産することができる。好ましくは、通信接続は、電磁場適合性（ＥＭＣ）に関する要件を満たすために、電磁照射から保護される。
【００３２】
本発明は、以下において、添付の図面を参照して、好ましい例示的な実施形態に基づいて、例示として説明され、以下で提示される特徴は、各事例において個別におよび組み合わされて、本発明の態様を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の好ましい実施形態による電源装置の斜視図を示し、電源装置は、一体型電源ボックスを形成するように共通のハウジングに配置されるＡＣ充電器、ＨＶ温度調節デバイス、ＤＣ／ＤＣ変換器およびＨＶ電圧分配器を備える。
【図２】図１からのＡＣ充電器の概略図を示し、ＡＣ充電器は、入力フィルタ、整流器、力率補正フィルタ、平滑要素、ＤＣ／ＤＣ変換器および出力フィルタを備える。
【図３】図２からのＡＣ充電器の機能上の概略図を示し、ＡＣ充電器は、追加で示される電流モニタリング装置および同様に追加で示される切断デバイスを備える。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、第１の好ましい実施形態による、車両用の本発明による電源装置１０を示す。第１の実施形態の車両は、電源装置１０を介して電気エネルギーが供給される電気駆動部を有する電気車両である。
【００３５】
電源装置１０は、一体型電源ボックス２０を形成するように共通のハウジング２２に配置されるＡＣ充電器１２、ＨＶ（高電圧）温度調節デバイス１４、ＤＣ／ＤＣ変換器１６およびＨＶ電圧分配器１８を備える。ＡＣ充電器１２、ＨＶ温度調節デバイス１４、ＤＣ／ＤＣ変換器１６およびＨＶ電圧分配器１８間の内部電気接続は、「ブレード」技術を使用して具体化される。
【００３６】
ＡＣ充電器１２は、外部のＡＣ電源３８に接続し、外部のＡＣ電源３８を介して伝達されるＡＣ電圧を車両において提供されるＨＶ（高電圧）−ＤＣ電圧４０に変換する上で役立つ。ＡＣ充電器１２は、電気絶縁無しの半導体技術を使用してパワーエレクトロニクス要素として具体化される。ＡＣ充電器１２は、充電ケーブルを介して外部のＡＣ電源３８に接続することができる。
【００３７】
第１の実施形態のＡＣ充電器１２は、図２および３において、各事例が部分的に詳細に説明される。ここでは、図２の図解は、本来知られているＡＣ充電器１２において使用されるような機能上の構築に基づく。それに従って、ＡＣ充電器１２は、機能コンポーネントとして、入力フィルタ２４、多数の半導体スイッチング要素２８を有する整流器２６、力率補正フィルタ３０、平滑要素３２、ＤＣ／ＤＣ変換器３４および出力フィルタ３６を備え、それらのコンポーネントは、この順番で直列に相互接続される。ＡＣ充電器１２は、入力側でＡＣ電源３８に接続され、出力側でＨＶ−ＤＣ電圧４０を伝達する。
【００３８】
それに加えて、ＡＣ充電器１２は、ＡＣ充電器１２を電気的に保護するための安全機能ハードウェア４２を備え、前記ハードウェアは、図３に示されている。欠陥が生じた場合、安全機能ハードウェア４２は、外部のＡＣ電源３８からのＡＣ充電器１２の絶縁を実行する。その目的のため、安全機能ハードウェア４２は、絶縁デバイス４４を備え、絶縁デバイス４４は、作動され次第、ＡＣ電源３８との接続を中断する多数のスイッチング要素（個々に図示せず）を備える。スイッチング要素は、電力半導体を用いて電子的に具体化される。
【００３９】
それに加えて、安全機能ハードウェア４２は、差動電流モニタ４６を備え、差動電流モニタ４６は、外部のＡＣ電源３８の三相Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３および中性導線Ｎにおける差動電流を測定する。その上、安全機能ハードウェア４２は、補償デバイス４８を備える。モニタリング装置５０は、欠陥を識別するために、差動電流モニタ４６において測定された差動電流を受信する。欠陥が生じた場合、電流モニタリング装置５０は、外部のＡＣ電源３８からＡＣ充電器１２を絶縁するために絶縁デバイス４４を駆動するか、または、電流補償を実行するために補償デバイス４８を駆動する。それに加えて、例えば、ＡＣ充電器１２において欠陥が生じた場合にＤＣ／ＤＣ変換器３４を解除するために、モニタリング装置５０によって、ＤＣ／ＤＣ変換器３４も駆動される。
【００４０】
図３に示されるように、図２に関する説明に従って、ＡＣ充電器１２は、入力フィルタ２４を備え、入力フィルタ２４は、ここでは、ＥＭＣフィルタと指定される。ＤＣ／ＤＣ変換器３４は、力率補正フィルタ３０と共に、入力フィルタ２４の下流に接続される。ＤＣ／ＤＣ変換器３４および力率補正フィルタ３０は、ここでは、一体化して具体化される。また、この図解では、出力フィルタ３６も下流に接続される。
【００４１】
出力側には、こうして提供されたＨＶ−ＤＣ電圧４０は、ここでは、ＨＶバッテリ蓄電部５２と共に示されている。また、ＨＶ温度調節デバイス１４、ＤＣ／ＤＣ変換器１６およびＨＶ電圧分配器１８もＨＶ−ＤＣ電圧４０に接続される。
【００４２】
ＨＶ温度調節デバイス１４は、車両のＨＶバッテリ蓄電部５２の温度を調節する上で役立つ。ＨＶ温度調節デバイス１４は、ここでは、ＨＶ加熱器１４として具体化される。熱伝達流体は、ＨＶバッテリ蓄電部５２を加熱するために、ＨＶバッテリ蓄電部５２中を流れる。この事例では、ＨＶ加熱器１４は、熱伝達流体を加熱する。ＨＶ温度調節デバイス１４は、駆動目的で、半導体スイッチング要素を用いて具体化される。
【００４３】
ＤＣ／ＤＣ変換器１６は、車両のＡＣ充電器１２またはＨＶバッテリ蓄電部５２によって提供されるようなＨＶ−ＤＣ電圧４０を車両の車載電気システム電圧に変換する。ここでは、ＨＶ−ＤＣ電圧４０は、８００Ｖの値を有し、車載電気システム電圧は、１２Ｖである。代替の実施形態では、車載電気システム電圧は、２４Ｖまたは４８Ｖの値を有する。ＤＣ／ＤＣ変換器１６は、半導体技術を使用してパワーエレクトロニクス要素として具体化される。その上、ＤＣ／ＤＣ変換器１６は、ＤＣ／ＤＣ変換器１６を絶縁するための安全デバイスを備える。安全デバイスは、欠陥が生じた場合に、ＤＣ／ＤＣ変換器の絶縁を実行するように具体化され、配置される。安全デバイスは、典型的には、多数のスイッチング要素を備える。スイッチング要素は、電力半導体を用いて電子的に具体化される。
【００４４】
ＨＶ電圧分配器１８は、車両においてＨＶ−ＤＣ電圧４０を分配する。車両の消費体には、ＨＶ電圧分配器１８を介して、ＨＶ−ＤＣ電圧４０が供給される。この車両の消費体は、具体的には、車両の電気駆動部に関係する。ＨＶ電圧分配器１８は、ハウジング２２の上方の領域に位置付けられる。ＨＶ電圧分配器１８は、個々の供給ブランチを接続および切断するための多数の母線および切り替えデバイスを備える。切り替えデバイスは、電力半導体を用いて電子的に具体化される個々のスイッチング要素を用いて具体化される。
【００４５】
電源装置１０は、ＡＣ充電器１２、ＨＶ温度調節デバイス１４、ＤＣ／ＤＣ変換器１６およびＨＶ電圧分配器１８を互いに接続する内部通信接続（ここでは図示せず）を備える。内部通信接続は、ハウジング２２に形成されたインタフェースを介して車両の制御デバイスに接続可能である。
【００４６】
ハウジング２２は、すべてのコンポーネント１２、１４、１６、１８の共通のハウジング２２として具体化され、そのハウジングには、ＡＣ充電器１２、ＨＶ温度調節デバイス１４、ＤＣ／ＤＣ変換器１６およびＨＶ電圧分配器１８が配置される。冷却システムへの一体型電源ボックス２０の共通接続は、ハウジング２２を介して達成される。ハウジング２２は、プラスチックから生産される。ハウジング２２は、電源装置１０の交換可能なコンポーネントへのアクセスを可能にするフラップを有する。
【００４７】
ハウジング２２は、車両を安定させるための衝突関連構造として具体化される。ハウジング２２において装着される状態では、電源装置１０は、車両の２つの前方のドーム間に安定化ストラット（ドームストラットとも呼ばれる）として取り付けられる。その目的のため、それぞれの前方のドームからのそれぞれのホルダ接続は、一体型電源ボックス２０にねじ止めされる。
【００４８】
第１の実施形態の電源装置１０は、モジュール式構築を有し、ＡＣ充電器１２、ＨＶ温度調節デバイス１４、ＤＣ／ＤＣ変換器１６およびＨＶ電圧分配器１８は、各事例において、個々のモジュールとして具体化され、接続されて、一体型電源ボックス２０を形成する。この実施例では、ハウジング２２全体を密封するために、個々のモジュールは、互いに密封される。
【符号の説明】
【００４９】
１０  電源装置
１２  ＡＣ充電器
１４  ＨＶ温度調節デバイス
１６  ＤＣ／ＤＣ変換器
１８  ＨＶ電圧分配器
２０  一体型電源ボックス
２２  ハウジング
３８  外部のＡＣ電源
４０  ＨＶ−ＤＣ電圧
５２  ＨＶバッテリ蓄電部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
2019154228000001.pdf