用於給中間電路電容器充電的方法和電路裝置的製作方法

2023-05-11 20:49:11

專利名稱：用於給中間電路電容器充電的方法和電路裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於給中間電路電容器充電的方法以及用於實現該方法的電路裝置。
背景技術：
論對於靜止的應用(如風力發電設備)還是對於移動的應用(如在機動車技術中的應用)，蓄電池系統的未來的發展都將朝向新的蓄電池系統，對這樣的蓄電池系統在可靠性方面提出了非常高的要求。這種要求的背景是，蓄電池的故障能夠導致整個系統的故障。例如在電動車輛中，牽引蓄電池的故障能夠導致所謂的「趴窩」。在風力發電設備中，蓄電池的故障甚至能夠導致與安全相關的問題，因為在這裡例如把蓄電池用於在大風的情況下通過轉子葉片分布保護設備不處於不允許的運行狀態中。為了用蓄電池獲得需要的功率數據和能量數據，單個的蓄電池單元串聯並且部分附加地並聯。在混合動力車輛或者電動車輛中，當其應該運行時，典型的方式是藉助於兩個主接觸器將蓄電池與車輛驅動器連接。在車輛中，為了緩衝電壓尖峰和電流尖峰存在附加的所謂的中間電路電容器。然而該中間電路電容器禁止這兩個主接觸器的直接接通，因為在這種情況下極高的電流會通過接觸器流入中間電路電容器從而能夠損壞它。出於這一理由，根據已知的現有技術在蓄電池的線路布置中使用所謂的預充電單元，該預充電單元首先以一個受限制的電流對中間電路電容器充電，並且僅在對中間電路電容器充電後才接通兩個主接觸器。已知的現有技術在圖4和圖5中示出。圖4示出了一種用於通過預充電電阻R對中間電路電容器充電的典型的電路。這裡接通了所謂的預充電繼電器，然後通過預充電電阻R對中間電路電容器充電。在達到期望的中間電路電壓後，接通兩個主接觸器。該解決方案的缺點在於，在開始充電時高的電流流過預充電單元，該電流隨時間以指數方式減小，並且由此延長了直至主接觸器閉合的時間。為縮短接通時間，必須更小地選擇電阻值，這將直接導致電阻中發生更大的損耗功率，並且由此決定了要使用體積和重量更大的以及更昂貴的電阻。出於這一理由，經常使用如在圖5中所示的電流源。具有恆定電流的電流源導致在充電過程期間中間電路電壓的恆定的斜度。然而這裡的缺點在於，在通過電流源開始時，也就是說在中間電路電容器尚在放電時，要施加高的電壓，這將導致高的損耗功率。因為充電過程 通常持續數百毫秒，所以電流源中的功率構件按照該高的功率損耗來設計。然而，該參數選擇在充電過程結束時不再使用，這裡那時能夠有較高的電流流動。
從US 5，576，609中獲知一種用於給具有控制系統的蓄電池充電的電路，通過該控制系統來改變電流，以便保證恆定的損耗功率。充電裝置的控制系統的重要的元件是電流傳感器、電壓傳感器和與這些傳感器耦合的放大器。在DE 102006050529A1中描述了一種用於電力驅動器的供電的組合的絕緣監視和保護監視的電路裝置。該電路步驟提供了兩個電壓測量裝置，用於測量電壓偏移。另外設置的功率電子器件包括一個中間電路電容器，其由受限制的電流充電。

發明內容
依據本發明描述了一種方法，所述方法在預充電單元內設置了一個用於給中間電路電容器充電的電流源，其中，所述電流源不提供恆定的電流。獲取所述電流源上的電壓並且如此地調節電流，以使得所述電流源在整個充電過程期間以恆定的損耗功率工作。根據本發明的電路裝置具有與所述電流源並聯設置的調節電路，藉助於所述電路裝置可如此調節所述電流，以使得在該電流源內在整個充電過程期間產生恆定的損耗功率。本發明的方法具有這樣的優點:縮短預充電過程的持續時間，這通過下述措施實現:為了在預充電單元中對中間電路電容器充電，通過電流源進行對中間電路電容器的充電，所述電流源的電流被如此地調節，以使得在所述電流源中在整個充電過程期間產生恆定的損耗功率。此外，依據本發明的方法非常有利地實現了:在充電過程期間獲取電流源上的電壓並且調節由所述電流源供給的電流。本發明的另一個優點在於，通過與電流源並聯地設置調節電路能夠低成本地並且可靠地構造所述電路裝置，藉助 於所述調節電路可如此調節用於給所述中間電路電容器充電的電流，以使得在整個充電過程期間在所述電流源中產生恆定的損耗功率。依據本發明的一種優選的實施方式設置有通過齊納二極體結合電阻來調節所述恆定的損耗功率。在本發明的一種特別的實施方式中設置有:所述調節電路具有電晶體，這些電晶體彼此連接作為除法器電路(Dividierschaltung)。在從屬權利要求中給出並且在說明書中說明了本發明的有利的改進方案。


根據附圖和下面的說明書進一步闡述本發明的實施例。附圖中:圖1示出了具有取決於中間電路電壓的恆定的損耗功率的依據本發明的電流源的原理圖；圖2示出了用於實現圖1中示出的原理圖的一種詳細的電路裝置；圖3示出了用於為中間電路電容器充電的模擬結果；圖4示出了用於為出自根據現有技術的蓄電池系統的中間電路電容器充電的預充電單元的原理圖；以及圖5示出了通過現有技術的恆定電流源為中間電路電容器充電的原理圖。
具體實施例方式在圖1中示出了依據本發明的解決方案的基本原理。蓄電池I (在本實施例中是鋰離子蓄電池)與電流源2連接。根據本發明將獲取電流源2上的電壓並且如此調節電流，以使得在整個充電過程期間在電流源2中產生恆定的損耗功率。電流源2通過開關3與中間電路電容器4連接。與電流源2並聯地設置調節電路5，藉助於該調節電路可調節用於為中間電路電容器4充電的電流，以使得在整個充電過程期間在電流源2中產生恆定的損耗功率。圖2示出了本發明的一種可能的實施方式。在此，電晶體02、012、04、05和06作為除法器電路工作。該恆定的損耗功率通過齊納二極體4和電阻R2來調節作為額定損耗功率。通過電阻R4來獲取蓄電池電壓和中間電路電容器電壓之間的電壓差。然後，在電晶體Qll的集電極上流過正比於電流源2的額定電流的電流。然後，僅再需通過具有相應的電流比的電流鏡來實現實際的電流源2。圖3示出了在圖2中示出的、用於將中間電路電容器4充電到U = 250V的電壓的電路裝置的模擬結果。上面的圖表中帶有方塊的線是電流，下面的圖表中帶有圓圈的線是電壓，具有三角形的線是電晶體Q7中的損耗功率。能夠看出，電流隨著中間電路電容器4上的電壓上升在電流源2上的電壓下降的情況下上升。因此，依據本發明，中間電路電容器4上的電壓不會僅僅線性地上升，而是該上升的斜度隨中間電路電壓的上升而上升，從而縮短了充電過程的持續時間。虛點線示出 了電晶體Q7中的損耗功率，其如所期望的那樣在整個充電過程期間近似地保持恆定。
權利要求
1.一種用於在預充電單元中給中間電路電容器充電的方法，其特徵在於，通過電流源(2)來進行對所述中間電路電容器(4)的充電，所述電流源(2)的電流被如此地調節，以使得在整個充電過程期間在所述電流源(2)中產生恆定的損耗功率。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述充電過程期間獲取所述電流源(2)上的電壓，並且調節由所述電流源(2)供給的電流。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，通過齊納二極體結合電阻來調節所述恆定的損耗功率。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其中，通過具有相應的電流比的電流鏡來實現所述電流源⑵。
5.具有蓄電池(I)的電路裝置，所述蓄電池⑴與電流源⑵連接並且所述電流源(2)通過開關(3)與中間電路電容器(4)連接，其中，與所述電流源(2)並聯地設置調節電路(5)，藉助於所述調節電路(5)可如此調節用於給所述中間電路電容器(4)充電的電流，以使得在整個充電過程期間在所述電流源(2)內產生恆定的損耗功率。
6.根據權利要求5所述的電路裝置，其中，所述調節電路(5)具有電晶體(Q2、Q12、Q4、Q5和Q6)，其彼此連接作為除法器電路。
7.根據權利要求5或6所述的電路裝置，其中，通過齊納二極體(Dl)與電阻(R2)聯合來進行對所述恆定的損耗功率的調節。
8.根據權利要求5至7之一所述的電路裝置，其中，通過電阻(R4)獲取蓄電池電壓和中間電路電容器電壓之間的電壓差。
9.一種機動車，其具有用於驅動所述機動車的電驅動電機和與所述電驅動電機連接的、根據權利要求5至8之一所述的電路裝置。
10.一種風力發電設備，其具有蓄電池系統和與所述蓄電池系統連接的、根據權利要求5到8之一所述的電路裝置。
全文摘要
本發明描述了一種在預充電單元中給中間電路電容器充電的方法。其中，通過電流源來進行對該中間電路電容器的充電，該電流源的電流被如此地調節，以使得在整個充電過程期間在該電流源中產生恆定的損耗功率。此外提出了一種具有蓄電池(1)的電路裝置，該蓄電池(1)與電流源(2)連接並且電流源(2)通過開關(3)與中間電路電容器(4)連接。與電流源(2)並聯設置有調節電路(5)，藉助於該調節電路可如此調節用於給中間電路電容器(4)充電的電流，以使得在整個充電過程期間在電流源(2)中產生恆定的損耗功率。
文檔編號H02H9/00GK103229389SQ201180043965
公開日2013年7月31日 申請日期2011年8月9日 優先權日2010年9月14日
發明者S·布茨曼 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社