WO2012171685A2 - Ladevorrichtung und verfahren zum laden eines elektrischen energiespeichers - Google Patents

Ladevorrichtung und verfahren zum laden eines elektrischen energiespeichers Download PDF

Info

Publication number
WO2012171685A2
WO2012171685A2 PCT/EP2012/057361 EP2012057361W WO2012171685A2 WO 2012171685 A2 WO2012171685 A2 WO 2012171685A2 EP 2012057361 W EP2012057361 W EP 2012057361W WO 2012171685 A2 WO2012171685 A2 WO 2012171685A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
converter circuit
output
circuit
rectifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/057361
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012171685A3 (de
Inventor
Jochen Fassnacht
Christoph VAN BOOVEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to CN201280029475.2A priority Critical patent/CN103688440A/zh
Priority to US14/126,833 priority patent/US20140103863A1/en
Priority to EP12716015.8A priority patent/EP2721720A2/de
Publication of WO2012171685A2 publication Critical patent/WO2012171685A2/de
Publication of WO2012171685A3 publication Critical patent/WO2012171685A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from AC mains by converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4225—Arrangements for improving power factor of AC input using a non-isolated boost converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/337—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration
    • H02M3/3376—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Details of circuit arrangements for charging or discharging batteries or supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present invention relates to a charging device for charging an electrical energy storage device with a first and a second input voltage connection in order to connect the charging device to an AC voltage source, a first and a second output voltage connection to connect the charging device to the energy storage device to be charged
  • Rectifier voltage converter circuit the input side with the
  • Input voltage terminals is connected and the output side connected to a first and a second intermediate circuit voltage terminal and is adapted to between the intermediate circuit voltage terminals a
  • DC link voltage a DC-DC converter circuit, which is the input side connected to the DC link and output side connected to the output voltage terminals of the charging device, wherein the DC-DC converter circuit is adapted to provide a DC output voltage and a DC output current at the output terminals.
  • the present invention relates to a method for charging an electrical energy storage device, wherein a rectifier voltage converter circuit to a
  • a DC voltage source is provided by the rectifier voltage converter circuit and wherein from the DC link voltage by means of a DC-DC converter circuit, a DC output voltage and a DC output current for charging the electrical energy storage is provided.
  • the charging devices To charge energy storage by means of charging devices that are connected to a public low-voltage network as an AC voltage source from the low-voltage network, the corresponding power to charge the electrical To obtain energy storage.
  • the charging devices usually have
  • These PFC stages provide a pulsating DC voltage to a DC link, which smoothes the pulsating AC voltage or the pulsating electrical power by means of a DC link capacitor.
  • the thus smoothed electrical voltage is adjusted by means of a DC-DC converter according to the state of charge of the energy storage or the battery to an optimum charging voltage.
  • the PFC stage sets a constant intermediate circuit voltage, the necessary voltage spread during the charging of the electrical energy storage is provided by the DC-DC converter. Therefore, since the DC-DC converter does not have a constant voltage-to-voltage ratio, the commonly used potential-separating converters can use an electromagnetic
  • Transmission element can not be optimally designed.
  • Such a charging device with a PFC stage and a DC-DC converter as a series resonant converter is known for example from US 5,581,171.
  • a disadvantage of the known charging devices is therefore the limited life, the high technical complexity, in particular the large control effort for adjusting the charging voltage and the associated high costs.
  • the present invention provides a charging device for charging an electrical energy storage device of the aforementioned type, in which the
  • DC link voltage across the rectifier voltage converter circuit is adjustable to adjust an electric power that is transmitted from the input voltage terminals to the output voltage terminals and the energy storage to be charged.
  • the present invention provides a charging device for loading a
  • Capacitors are connected whose total capacity is less than 100 ⁇ .
  • the present invention provides a method for charging an electrical energy store of the aforementioned type, wherein the
  • DC link voltage is adjusted by means of the rectifier voltage converter circuit to adjust a transmitted from the AC voltage source to the electrical energy storage to be charged electrical power.
  • the regulatory burden for charging the electrical energy storage can be reduced and at the same time can be reduced.
  • the entire charging device better adapted and dimensioned. Due to the small dimensions of the capacitors between the rectifier stage and the DC-DC converter cheaper and more reliable capacitors can be used, whereby the charging device is more reliable and more cost-effective. Overall, the loader is thus technically less expensive and cheaper.
  • the voltage at the output voltage terminals is determined by the connected electrical energy storage, so that the output power is adjustable via the output current.
  • the voltage difference between the input side and the output side of the DC-DC converter circuit increases, so that the current and thus also the transmitted power increase. This can be done by Setting the amount of DC link voltage to the electrical
  • Output terminals forms. As a result, a return of error direct currents to the DC voltage source can be avoided.
  • Transformers are compensated, so that the current between the input and output is limited only by the ohmic resistance of the transformer transformer. It is further preferred if the DC-DC converter circuit is designed to provide a pulsating output current having the same frequency as the DC link voltage.
  • capacitor or capacitors between the first and the second DC link voltage connection are formed as film capacitors.
  • the rectifier voltage converter circuit comprises a rectifier circuit and a DC-DC converter circuit which is designed as a switching power supply, wherein the amount of the intermediate circuit voltage is adjustable by means of the switching power supply.
  • the entire charging device acts like an ohmic load, causing the
  • the AC voltage source is a public
  • the charging device can be used substantially independently of location for charging the electrical energy store.
  • the intermediate circuit DC voltage is a pulsating DC voltage and one of the rectifier voltage converter circuit
  • intermediate circuit current is a pulsating direct current, which is formed in phase with the intermediate DC voltage.
  • the entire charging device acts like an ohmic load. It is understood that features, properties and advantages of the charging device according to the invention also apply correspondingly to the method according to the invention or are applicable.
  • Fig. 1 shows in schematic form a charging device according to the invention for charging an electrical energy storage device
  • Fig. 2 shows in schematic form a rectifier with downstream
  • Fig. 3 shows a series resonance converter
  • Fig. 4a) to d) show the time course of the DC link current
  • Fig. 1 the circuit of a charging device according to the invention is shown schematically and generally designated 10.
  • the charging device 10 has a first input voltage terminal 12 and a second input voltage terminal 14, which together form a voltage input.
  • the charging device 10 further includes a first output voltage terminal 12 and a second output voltage terminal 14 which together form a voltage output.
  • the input voltage terminals 12, 14 are adapted to be connected to an AC voltage source, not shown.
  • Input voltage terminals 12, 14 is applied to the input voltage UN, the
  • AC power source in a preferred embodiment of the invention is a public low-voltage network.
  • an input current IN is provided about the input voltage terminals 12, 14 of the charging device 10.
  • the input voltage UN is an alternating voltage and the input current IN is an alternating current, which are preferably sinusoidal.
  • the output voltage terminals 16, 18 are connected to an electrical energy storage 20 to be charged or a battery 20 to the electrical
  • the input voltage terminals 12, 14 are connected to a
  • Rectifier voltage converter circuit 22 is connected, which is preferably formed as a PFC stage.
  • the rectifier voltage converter circuit 22 is connected on the output side to a first intermediate circuit terminal 24 and a second intermediate circuit terminal 26.
  • the rectifier voltage converting circuit 22 is formed of
  • Rectifier voltage converter circuit 22 the pulsating DC link voltage UZK arbitrarily set by simple means.
  • Rectifier voltage converter circuit 22 is connected to a control unit 28 which adjusts the mean DC link voltage UZK via a control signal 30.
  • a DC link current IZK provided by the rectifier voltage converter circuit 22 at the DC link terminals 24, 26 and the DC link voltage UZK have no phase shift due to the reactive power compensation circuit.
  • the charging device 10 also has a DC-DC converter circuit 32, which is connected on the input side to the intermediate circuit terminals 24, 26 and on the output side to the output voltage terminals 16, 18.
  • Rectifier voltage converter circuit 32 is preferably designed as a resonant converter and converts the intermediate circuit voltage UZK and the intermediate circuit current IZK into an output voltage UO and an output current IO, which serve to charge the energy store 20. As the voltage drop across the electrical
  • Energy storage 20 is predetermined by the energy storage 20 itself, a fixed voltage UO is at the output voltage terminals 16, 18 a. As a result, the output current IO variable and thus also the output to the electrical energy storage 20 electrical power. Since the DC-DC converter 32 is preferably designed as a series resonant converter with galvanic isolation, the
  • Charging power can be set variably by setting the DC link voltage UZK.
  • the loading device 10 dispenses with the use of a large DC link capacitor for power smoothing.
  • the output current IO has a frequency that is twice as high as the frequency of the AC voltage source. This can be costly and expensive
  • Electrolytic capacitors with limited life are dispensed with.
  • the charging power of the charging device 10 can be set arbitrarily via the intermediate circuit voltage UZK.
  • the rectifier voltage converter circuit 22 is shown schematically.
  • the rectifier voltage converter circuit 22 includes a rectifier circuit 34 and a DC-DC converter 36.
  • the rectifier 34 is designed as a conventional B2 rectifier and has two parallel current branches, each with two diodes, between which the
  • the rectifier circuit 34 provides the DC-DC converter 36 with a pulsating DC voltage or a pulsating DC voltage.
  • the DC-DC converter 36 is as
  • Step-up converter 36 is formed and has in this embodiment, a coil and a diode, between which a bridge is connected to a transistor, and a parallel-connected capacitance.
  • Rectifier voltage converter circuit 22 is a reactive power compensated circuit that behaves like an ohmic load.
  • Rectifier voltage converter circuit are to be regarded as exemplary, wherein the respective components consisting of the rectifier 34 and the
  • the DC-DC converter 36 can be replaced by any components with the same function.
  • a Senenresonanzwandler is shown and generally designated 40.
  • the series resonant converter 40 preferably forms the DC-DC converter circuit 22 of the charging device 10 according to the invention.
  • the series resonant converter 40 has an inverter 42, a transformer 44 and a rectifier 46.
  • an intermediate circuit capacitor 48 is connected between the intermediate circuit terminals 24, 26, which is formed as a film capacitor and has a capacitance of about 50 F having.
  • an output capacitor 50 is connected between the output voltage terminals 16, 18.
  • the inverter 42 has two bridge branches 52, 54, which converts an alternating current IP, which forms the input current for the transformer 44, by appropriate control from the pulsating DC link DC current IZK.
  • the drive of the inverter 42 or the transistors of the inverter 42 takes place with a full duty cycle, so that a positive current IP is provided to the transformer 44 during half of each sampling period and a negative current IP is provided to the transformer 44 during the respective other half of the clock period becomes.
  • the transformer 44 has a constant winding ratio over a constant
  • the transformer provides a correspondingly translated voltage and a corresponding current to the rectifier 46 ready.
  • the rectifier 46 is formed by two-way rectification with the bridge branches 56, 58 and converts the
  • DC link voltage UZK has a frequency which corresponds to twice the frequency of the AC voltage source.
  • the voltage UO present between the output voltage sources 16, 18 is predetermined or set by the voltage of the connected energy store 20.
  • an output current IO corresponding to the intermediate circuit voltage UZK at the input of the inverter 42 sets.
  • the transmitted power of the entire charging device 10 can be adjusted via the intermediate circuit voltage UZK.
  • the intermediate circuit voltage UZK rises, the voltage difference between the input and the output of the series resonance converter increases, so that a correspondingly increased output current IO and thus a correspondingly increased
  • a separate control of the DC-DC converter circuit 32 can be dispensed with.
  • an optimum operating point can be set. Due to the pulsating performance is the
  • the transformer volume increases sharply.
  • the transformer volume increases by about 70% over a power smoothing design.
  • FIG. 4 schematically shows curves of the intermediate circuit current IZK, the intermediate circuit voltage UZK, the battery charging power P and the battery charging current 10.
  • Fig. 4a shows the DC link current IZK, which is designed as a pulsating direct current, with a frequency of 100 Hz, which is twice the frequency of
  • DC link voltage UZK has a fundamental frequency of 100 Hz, which is twice the frequency of the AC voltage source and is in phase with the DC link current IZK. Furthermore, the intermediate circuit voltage to another, higher-frequency signal, which is caused by the timing of the switching power supply 36. In Fig. 4c) the battery charging power is shown, resulting from the product of
  • Output voltage UO and the output current IO results.
  • the charging power is also pulsating with a frequency of 100 Hz and in phase with UZK and IZK.
  • the charging current IO is shown, which is also a pulsating direct current with a frequency of 100 Hz. It can therefore be seen that the battery or the energy store 20 is charged with pulsating direct current.
  • the resulting increased current load for the semiconductor diodes of the rectifier 46 can by the lower switching losses in the galvanically isolated transformer over the entire
  • Voltage or power range of the energy storage 20 are compensated or overcompensated, since the increased losses in the diodes are less than the reduction of the switching losses.
  • Almost any desired energy store 20 can be charged by the charging device, although the voltage supplied by the energy store 20 can be charged by the charging device
  • Rectifier voltage converter circuit 22 as well as for the
  • DC-DC converter circuit can be used semiconductor devices (transistors and diodes), which have a higher blocking capability.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (10) zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (20), mit einem ersten und einem zweiten Eingangsspannungsanschluss (12, 14), um die Ladevorrichtung (10) an eine Wechselspannungsquelle anzuschließen, einem ersten und einem zweiten Ausgangsspannungsanschluss (16, 18), um die Ladevorrichtung (10) an den zu ladenden Energiespeicher (20) anzuschließen, einer Gleichrichterspannungswandlerschaltung (22), die eingangsseitig mit den Eingangsspannungsanschlüssen (12, 14) verbunden ist und ausgangsseitig mit einem ersten und einem zweiten Zwischenkreisspannungsanschluss (24, 26) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, zwischen den Zwischenkreisspannungsanschlüssen (24, 26) eine Zwischenkreisgleichspannung (UZK) bereitzustellen, einer Gleichspannungswandlerschaltung (32), die eingangsseitig mit den Zwischenkreisanschlüssen (24, 26) verbunden ist und ausgangsseitig mit den Ausgangsspannungsanschlüssen (16, 18) der Ladevorrichtung (10) verbunden ist, wobei die Gleichspannungswandlerschaltung (32) dazu ausgebildet ist, eine Ausgangsgleichspannung (UO) und einen Ausgangsgleichstrom (IO) an den Ausgangsanschlüssen (16, 18) bereitzustellen, wobei die Zwischenkreisgleichspannung (UZK) über die Gleichrichterspannungswandlerschaltung (22) einstellbar ist, um eine elektrische Leistung (P), die von den Eingangsspannungsanschlüssen (12, 14) an die Ausgangsspannungsanschlüsse (16, 18) bzw. den zu ladenden Energiespeicher (20) übertragen wird, einzustellen.

Description

Beschreibung Titel
Ladevorrichtung und Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers mit einem ersten und einem zweiten Eingangsspannungsanschluss, um die Ladevorrichtung an eine Wechselspannungsquelle anzuschließen, einem ersten und einem zweiten Ausgangsspannungsanschluss, um die Ladevorrichtung an den zu ladenden Energiespeicher anzuschließen, einer
Gleichrichterspannungswandlerschaltung, die eingangsseitig mit den
Eingangsspannungsanschlüssen verbunden ist und ausgangsseitig mit einem ersten und einem zweiten Zwischenkreisspannungsanschluss verbunden ist und dazu ausgebildet ist, zwischen den Zwischenkreisspannungsanschlüssen eine
Zwischenkreisgleichspannung bereitzustellen, einer Gleichspannungswandlerschaltung, die eingangsseitig mit den Zwischenkreisanschlüssen verbunden ist und ausgangsseitig mit den Ausgangsspannungsanschlüssen der Ladevorrichtung verbunden ist, wobei die Gleichspannungswandlerschaltung dazu ausgebildet ist, eine Ausgangsgleichspannung und einen Ausgangsgleichstrom an den Ausgangsanschlüssen bereitzustellen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers, wobei eine Gleichrichterspannungswandlerschaltung an eine
Wechselspannungsquelle angeschlossen wird, eine Zwischenkreisgleichspannung von der Gleichrichterspannungswandlerschaltung bereitgestellt wird und wobei aus der Zwischenkreisgleichspannung mittels einer Gleichspannungswandlerschaltung eine Ausgangsgleichspannung und ein Ausgangsgleichstrom zum Laden des elektrischen Energiespeichers bereitgestellt wird.
Stand der Technik
Auf dem Gebiet der elektrischen Energiespeicher ist es allgemein bekannt,
Energiespeicher mittels Ladevorrichtungen aufzuladen, die mit einem öffentlichen Niederspannungsnetz als Wechselspannungsquelle verbunden sind, um aus dem Niederspannungsnetz die entsprechende Leistung zum Laden des elektrischen Energiespeichers zu beziehen. Die Ladevorrichtungen weisen üblicherweise
eingangsseitig eine PFC-Stufe für die Entnahme sinusförmiger Ströme aus dem
Versorgungsnetz auf. Diese PFC-Stufen stellen eine pulsierende Gleichspannung einem Zwischenkreis zur Verfügung, der mittels eines Zwischenkreiskondensators die pulsierende Wechselspannung bzw. die pulsierende elektrische Leistung glättet. Die derart geglättete elektrische Spannung wird mittels eines Gleichspannungswandlers entsprechend des Ladezustandes des Energiespeichers bzw. der Batterie auf eine optimale Ladespannung eingestellt. Um die Anforderung der Glättung der Zwischenkreisspannung zu erfüllen, sind
Zwischenkreiskondensatoren mit einer großen Kapazität notwendig (etwa 1 F bei einer Ladeleistung von 3,3 kW), die sich wirtschaftlich lediglich mit Elektrolytkondensatoren realisieren lassen. Elektrolytkondensatoren zeigen jedoch in Abhängigkeit von ihrer Strombelastung und ihrer Betriebstemperatur starke Alterungserscheinungen. Für den Einsatz im Automobilbereich sind derartige Elektrolytkondensatoren durch den großen spezifizierten Temperaturbereich und die dadurch reduzierte Lebensdauer eher begrenzt einsetzbar.
Da die PFC-Stufe eine konstante Zwischenkreisspannung einstellt, wird die notwendige Spannungsspreizung beim Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers von dem Gleichspannungswandler bereitgestellt. Da der Gleichspannungswandler daher kein konstantes Spannungsübersetzungsverhältnis aufweist, können die üblicherweise verwendeten potenzialtrennenden Wandler mit einem elektromagnetischen
Übertragungsglied nicht optimal ausgelegt werden. Die zur Zeit eingesetzten
potenzialtrennenden weichschaltenden Gleichspannungswandler verlieren ab einer bestimmten Übertragungsleistung ihre weichschaltende Eigenschaft, so dass der Wirkungsgrad durch zusätzlich anfallende Schaltverluste reduziert ist.
Eine derartige Ladevorrichtung mit einer PFC-Stufe und einem Gleichspannungswandler als Serienresonanzwandler ist beispielsweise bekannt aus der US 5,581 ,171 .
Nachteilig bei den bekannten Ladevorrichtungen ist daher die begrenzte Lebensdauer, der technisch hohe Aufwand, insbesondere der große Regelaufwand zum Einstellen der Ladespannung und die damit verbundenen hohen Kosten.
Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung stellt eine Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers der eingangs genannten Art bereit, bei der die
Zwischenkreisgleichspannung über die Gleichrichterspannungswandlerschaltung einstellbar ist, um eine elektrische Leistung, die von den Eingangsspannungsanschlüssen an die Ausgangsspannungsanschlüsse bzw. den zu ladenden Energiespeicher übertragen wird, einzustellen.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Ladevorrichtung zum Laden eines
elektrischen Energiespeichers der eingangs genannten Art bereit, bei der zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenkreisspannungsanschluss ein oder mehrere
Kondensatoren geschaltet sind, deren Gesamtkapazität kleiner als 100 μΡ ist.
Schließlich stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers der eingangs genannten Art bereit, wobei die
Zwischenkreisgleichspannung mittels der Gleichrichterspannungswandlerschaltung eingestellt wird, um eine von der Wechselspannungsquelle auf den zu ladenden elektrischen Energiespeicher übertragene elektrische Leistung einzustellen. Vorteile der Erfindung
Durch die vorliegende Erfindung kann der Regelungsaufwand zum Laden des elektrischen Energiespeichers reduziert werden und gleichzeitig kann der
Gleichspannungswandler und somit die gesamte Ladevorrichtung besser angepasst und dimensioniert werden. Durch die geringe Dimensionierung der Kondensatoren zwischen der Gleichrichterstufe und dem Gleichspannungswandler können kostengünstigere und zuverlässigere Kondensatoren eingesetzt werden, wodurch die Ladevorrichtung insgesamt zuverlässiger und kostengünstiger wird. Insgesamt wird die Ladevorrichtung somit technisch weniger aufwendig und kostengünstiger.
Mit anderen Worten wird die Spannung an den Ausgangsspannungsanschlüssen durch den angeschlossenen elektrischen Energiespeicher bestimmt, so dass die abgegebene Leistung über den Ausgangsstrom einstellbar ist. Sofern die Spannung zwischen den Zwischenkreisanschlüssen ansteigt, nimmt die Spannungsdifferenz zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Gleichspannungswandlerschaltung zu, so dass der Strom und somit auch die übertragene Leistung zunimmt. Dadurch kann durch Einstellen des Betrages der Zwischenkreisspannung die an den elektrischen
Energiespeicher übertragene Leistung eingestellt werden. Im Ergebnis kann somit durch einfache Spannungsregelung der Zwischenkreisspannung die übertragene Ladeleistung eingestellt werden.
Es ist von besonderem Vorzug, wenn die Gleichspannungswandlerschaltung eine galvanische Trennung zwischen den Zwischenkreisanschlüssen und den
Ausgangsanschlüssen bildet. Dadurch kann eine Rückführung von Fehlergleichströmen an die Gleichspannungsquelle vermieden werden.
Dabei ist es bevorzugt, wenn die Gleichspannungswandlerschaltung als
Serienresonanzwandler ausgebildet ist.
Dadurch können im Betrieb vorhandene Streuinduktivitäten des integrierten
Transformators kompensiert werden, so dass der Strom zwischen Eingang und Ausgang nur noch durch den Ohmschen Wicklungswiderstand des Transformators begrenzt wird. Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Gleichspannungswandlerschaltung dazu ausgebildet ist, einen pulsierenden Ausgangsstrom bereitzustellen, der dieselbe Frequenz wie die Zwischenkreisgleichspannung aufweist.
Dadurch kann der Regelungsaufwand und die Schaltverluste der
Gleichspannungswandlerschaltung reduziert werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der oder die Kondensatoren zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenkreisspannungsanschluss als Folienkondensatoren ausgebildet sind.
Dadurch kann ein zuverlässiger Zwischenkreis bereitgestellt werden.
Es ist weiterhin allgemein bevorzugt, wenn die Gleichrichterspannungswandlerschaltung eine Gleichrichterschaltung und eine Gleichspannungswandlerschaltung aufweist, die als Schaltnetzteil ausgebildet ist, wobei der Betrag der Zwischenkreisspannung mittels des Schaltnetzteils einstellbar ist. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Schaltung zum Einstellen des Betrages der Zwischenkreisgleichspannung bereitgestellt, die einen geringen Regelbedarf aufweist und die entsprechende Spannung verlustarm einstellen kann.
Es ist dabei bevorzugt, wenn die Gleichrichterspannungswandlerschaltung eine
Blindleistungskompensationsspannungbildet.
Dadurch wirkt die gesamte Ladevorrichtung wie eine Ohmsche Last, wodurch die
Aufnahme von Blindleistung reduziert bzw. eliminiert ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Wechselspannungsquelle ein öffentliches
Niederspannungsnetz ist. Dadurch kann die Ladevorrichtung im Wesentlichen ortsunabhängig zum Laden des elektrischen Energiespeichers verwendet werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Zwischenkreisgleichspannung eine pulsierende Gleichspannung ist und ein von der Gleichrichterspannungswandlerschaltung
bereitgestellter Zwischenkreisstrom ein pulsierender Gleichstrom ist, der phasengleich mit der Zwischengleichspannung ausgebildet ist.
Dadurch wirkt die gesamte Ladevorrichtung wie eine Ohmsche Last. Es versteht sich, dass Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung auch entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren zutreffen bzw. anwendbar sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt in schematischer Form eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers;
Fig. 2 zeigt in schematischer Form einen Gleichrichter mit nachgeschaltetem
Gleichspannungswandler zur Blindleistungskompensation; Fig. 3 zeigt einen Serienresonanzwandler; und
Fig. 4a) bis d) zeigen die zeitlichen Verläufe des Zwischenkreisstroms, der
Zwischenkreisspannung, der Ladeleistung des elektrischen Energiespeichers und des Ausgangsstroms.
Ausführungsformen der Erfindung
In Fig. 1 ist die Schaltung einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet.
Die Ladevorrichtung 10 weist eine erste Eingangsspannungsklemme 12 und eine zweite Eingangsspannungsklemme 14 auf, die zusammen einen Spannungseingang bilden. Die Ladevorrichtung 10 weist ferner eine erste Ausgangsspannungsklemme 12 und eine zweite Ausgangsspannungsklemme 14 auf, die zusammen einen Spannungsausgang bilden. Die Eingangsspannungsklemmen 12, 14 sind dazu ausgebildet, mit einer nicht dargestellten Wechselspannungsquelle verbunden zu werden. Zwischen den
Eingangsspannungsklemmen 12, 14 liegt die Eingangsspannung UN an, die
vorzugsweise der öffentlichen Netzspannung entspricht. Das heißt, dass die
Wechselspannungsquelle in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein öffentliches Niederspannungsnetz ist. Über die Eingangsspannungsklemmen 12, 14 wird der Ladevorrichtung 10 ein Eingangsstrom IN bereitgestellt. Die Eingangsspannung UN ist eine Wechselspannung und der Eingangsstrom IN ist ein Wechselstrom, die vorzugsweise sinusförmig ausgebildet sind.
Die Ausgangsspannungsklemmen 16, 18 sind mit einem zu ladenden elektrischen Energiespeicher 20 bzw. einer Batterie 20 verbunden, um den elektrischen
Energiespeicher 20 bzw. die Batterie 20 entsprechend zu laden. Die Eingangsspannungsklemmen 12, 14 sind mit einer
Gleichrichterspannungswandlerschaltung 22 verbunden, die vorzugsweise als PFC-Stufe ausgebildet ist. Die Gleichrichterspannungswandlerschaltung 22 ist ausgangsseitig mit einer ersten Zwischenkreisklemme 24 und einer zweiten Zwischenkreisklemme 26 verbunden. Die Gleichrichterspannungswandlerschaltung 22 bildet aus der
Eingangswechselspannung UN eine gleichgerichtete pulsierende Gleichspannung UZK zwischen den Zwischenkreisklemmen 24, 26. Die Gleichrichterspannungswandlerschaltung 22 weist einen in Fig. 1 nicht näher
dargestellten Gleichrichter und einen Gleichspannungswandler zum Einstellen der mittleren Zwischenkreisspannung UZK auf und bildet eine
Blindleistungskompensationsschaltung, wie es im Weiteren erläutert ist. Dadurch wirkt die Gleichspannungswandlerschaltung 22 wie eine rein Ohmsche Last, da sich keine
Phasenverschiebung zwischen UN und IN ergibt. Ferner kann die
Gleichrichterspannungswandlerschaltung 22 die pulsierende Zwischenkreisspannung UZK mit einfachen Mitteln beliebig einstellen. Die
Gleichrichterspannungswandlerschaltung 22 ist mit einer Steuereinheit 28 verbunden, die über ein Steuersignal 30 die mittlere Zwischenkreisspannung UZK einstellt. Ein von der Gleichrichterspannungswandlerschaltung 22 an den Zwischenkreisklemmen 24, 26 bereitgestellter Zwischenkreisstrom IZK und die Zwischenkreisspannung UZK weisen durch die Blindleistungskompensationsschaltung keine Phasenverschiebung auf.
Die Ladevorrichtung 10 weist ferner eine Gleichspannungswandlerschaltung 32 auf, die eingangsseitig mit den Zwischenkreisklemmen 24, 26 und ausgangsseitig mit den Ausgangsspannungsklemmen 16, 18 verbunden ist. Die
Gleichrichterspannungswandlerschaltung 32 ist vorzugsweise als Resonanzwandler ausgebildet und wandelt die Zwischenkreisspannung UZK und den Zwischenkreisstrom IZK in eine Ausgangsspannung UO und einen Ausgangsstrom IO um, die zum Laden des Energiespeichers 20 dienen. Da der Spannungsabfall an dem elektrischen
Energiespeicher 20 durch den Energiespeicher 20 selbst vorgegeben ist, stellt sich eine feste Spannung UO an den Ausgangsspannungsklemmen 16, 18 ein. Dadurch wird der Ausgangsstrom IO variabel und somit auch die an den elektrischen Energiespeicher 20 abgegebene elektrische Leistung. Da der Gleichspannungswandler 32 vorzugsweise als Serienresonanzwandler mit galvanischer Trennung ausgebildet ist, wird der
Ausgangsstrom IO über die Zwischenkreisspannung UZK und somit den sich
einstellenden Zwischenkreisstrom IZK bestimmt. Daher kann die übertragene
Ladeleistung durch Einstellen der Zwischenkreisspannung UZK variabel eingestellt werden.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird bei der Ladevorrichtung 10 auf den Einsatz eines großen Zwischenkreiskondensators zur Leistungsglättung verzichtet. Dadurch weist der Ausgangssstrom IO eine Frequenz auf, die doppelt so hoch ist wie die Frequenz der Wechselspannungsquelle. Dadurch kann auf aufwendige und teure
Elektrolytkondensatoren mit begrenzter Lebensdauer verzichtet werden. Im Ergebnis kann somit die Ladeleistung der Ladevorrichtung 10 über die Zwischenkreisspannung UZK beliebig eingestellt werden.
In Fig. 2 ist die Gleichrichterspannungswandlerschaltung 22 schematisch dargestellt. Die Gleichrichterspannungswandlerschaltung 22 weist eine Gleichrichterschaltung 34 und einen Gleichspannungswandler 36 auf.
Der Gleichrichter 34 ist als herkömmlicher B2-Gleichrichter ausgebildet und weist zwei parallele Stromzweige mit jeweils zwei Dioden auf, zwischen denen die
Eingangsspannungsanschlüsse 12, 14 angeschlossen sind. Die Gleichrichterschaltung 34 stellt dem Gleichspannungswandler 36 einen pulsierenden Gleichstrom bzw. eine pulsierende Gleichspannung bereit. Der Gleichspannungswandler 36 ist als
Hochsetzsteller 36 ausgebildet und weist in dieser Ausführungsform eine Spule und eine Diode, zwischen denen eine Brücke mit einem Transistor angeschlossen ist, und eine parallel geschaltete Kapazität auf. Insgesamt stellt die
Gleichrichterspannungswandlerschaltung 22 eine blindleistungskompensierte Schaltung dar, die sich wie eine Ohmsche Last verhält.
Dadurch wird durch die Gleichrichterspannungswandlerschaltung 22 aus der
Wechselspannung UN und dem Wechselstrom IN eine leicht pulsierende Gleichspannung UZK und ein entsprechend pulsierender Gleichstrom IZK bereitgestellt, die keine
Phasenverschiebung aufweisen und wobei über den Gleichspannungswandler der Mittelwert der Zwischenkreisspannung UZK nahezu beliebig einstellbar ist. Dazu ist der Transistor S1 mit der Steuereinheit 28 verbunden. Die Elemente, die in Fig. 2 die
Gleichrichterspannungswandlerschaltung bilden, sind als beispielhaft anzusehen, wobei die jeweiligen Komponenten bestehend aus dem Gleichrichter 34 und dem
Gleichspannungswandler 36 durch beliebige Komponenten mit gleicher Funktion ersetzt werden können. In Fig. 3 ist ein Senenresonanzwandler dargestellt und allgemein mit 40 bezeichnet. Der Serienresonanzwandler 40 bildet vorzugsweise die Gleichspannungswandlerschaltung 22 der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung 10. Der Serienresonanzwandler 40 weist einen Wechselrichter 42, einen Transformator 44 und einen Gleichrichter 46 auf. Eingangsseitig ist zwischen den Zwischenkreisklemmen 24, 26 ein Zwischenkreiskondensator 48 geschaltet, der als Folienkondensator ausgebildet ist und eine Kapazität von ca. 50 F aufweist. Ausgangsseitig ist zwischen den Ausgangsspannungsklemmen 16, 18 ein Ausgangskondensator 50 geschaltet.
Der Wechselrichter 42 weist zwei Brückenzweige 52, 54 auf, die durch entsprechende Ansteuerung aus dem pulsierenden Zwischenkreisgleichstrom IZK einen Wechselstrom IP wandelt, der den Eingangsstrom für den Transformator 44 bildet. Die Ansteuerung des Wechselrichters 42 bzw. der Transistoren des Wechselrichters 42 erfolgt mit vollem Tastgrad, so dass während der Hälfte einer jeden Tastperiode ein positiver Strom IP dem Transformator 44 bereitgestellt wird und während der jeweiligen andere Hälfte der Taktperiode ein negativer Strom IP dem Transformator 44 bereitgestellt wird. Die
Taktfrequenz und der Tastgrad sind vorzugsweise fest eingestellt, wodurch der
Regelaufwand reduziert werden kann.
Der Transformator 44 weist über ein festes Windungsverhältnis ein konstantes
Übersetzungsverhältnis auf und bildet eine galvanische Trennung zwischen den
Ausgangsspannungsklemmen 16, 18 und den Zwischenkreisklemmen 24, 26. Der Transformator stellt eine entsprechend übersetzte Spannung und einen entsprechenden Strom dem Gleichrichter 46 bereit. Der Gleichrichter 46 ist durch eine Zweiweg- Gleichrichtung mit den Brückenzweigen 56, 58 gebildet und wandelt die
Wechselspannung bzw. den Wechselstrom, die von dem Transformator 44 bereitgestellt werden, in eine pulsierende Gleichspannung bzw. einen pulsierenden Gleichstrom um, der an den Ausgangsspannungsklemmen 16, 18 anliegt und die Ladeleistung für den Energiespeicher 20 bildet. Entsprechend stellt sich ein sinusförmiger Ausgangsstrom IO ein, der aufgrund der fehlenden Leistungsglättung ebenso wie die
Zwischenkreisspannung UZK eine Frequenz aufweist, die der doppelten Frequenz der Wechselspannungsquelle entspricht.
Die zwischen den Ausgangsspannungsquellen 16, 18 anliegende Spannung UO ist durch die Spannung des angeschlossenen Energiespeichers 20 vorgegeben bzw. eingestellt. Dadurch stellt sich ein Ausgangsstrom IO entsprechend der Zwischenkreisspannung UZK am Eingang des Wechselrichters 42 ein. Dadurch lässt sich die übertragene Leistung der gesamten Ladevorrichtung 10 über die Zwischenkreisspannung UZK einstellen. Sobald die Zwischenkreisspannung UZK ansteigt, steigt auch die Spannungsdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Serienresonanzwandlers, so dass sich ein entsprechend erhöhter Ausgangsstrom IO und damit eine entsprechend erhöhte
Übertragungsleistung einstellt. Entsprechend sinkt der Ausgangsstrom IO bzw. die übertragene Ladeleistung mit sinkender Zwischenkreisspannung UZK. Somit kann auf eine gesonderte Regelung der Gleichspannungswandlerschaltung 32 verzichtet werden.
Daher kann mittels der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung 10 eine nahezu beliebige Ladeleistung eingestellt werden, und zwar lediglich über die Ansteuerung des
Schaltnetzteils 36 und die dadurch einstellbare Zwischenkreisspannung UZK.
Dadurch, dass sich ein konstantes Spannungsübersetzungsverhältnis für die
potenzialtrennende Gleichspannungswandlerschaltung einstellt, kann ein optimaler Arbeitspunkt eingestellt werden. Aufgrund der pulsierenden Leistung ist die
Gleichspannungswandlerschaltung für diesen Betrieb jedoch für die doppelte
Übertragungsleistung auszulegen, wodurch das Transformatorvolumen stark zunimmt. In dem vorliegenden Fall nimmt das Transformatorvolumen um etwa 70 % gegenüber einem Aufbau mit Leistungsglättung zu. Durch eine geeignete Auswahl des
Gleichspannungswandlers in Verbindung mit der verwendeten Schaltfrequenz lässt sich dieser Nachteil jedoch kompensieren.
In Fig. 4 sind Verläufe des Zwischenkreisstroms IZK, der Zwischenkreisspannung UZK, der Batterieladeleistung P und des Batterieladestroms 10 schematisch dargestellt.
Fig. 4a) zeigt den Zwischenkreisstrom IZK, der als pulsierender Gleichstrom ausgebildet ist, mit einer Frequenz von 100 Hz, was der doppelten Frequenz der
Wechselspannungsquelle bzw. der doppelten Netzfrequenz entspricht. Aus Fig. 4a) ist ersichtlich, dass der Zwischenkreisstrom IZK lediglich gleichgerichtet ist, wobei keine Glättung durch einen Zwischenkreiskondensator erfolgt ist.
In Fig. 4b) ist die Zwischenkreisspannung UZK dargestellt, die als pulsierende
Gleichspannung ausgebildet ist, wobei durch die geringe Kapazität des
Zwischenkreiskondensators 48 eine leichte Glättung erfolgt ist. Die
Zwischenkreisspannung UZK weist eine Grundfrequenz von 100 Hz auf, was der doppelten Frequenz der Wechselspannungsquelle entspricht und ist phasengleich mit dem Zwischenkreisstrom IZK. Ferner weist die Zwischenkreisspannung ein weiteres, hoherfrequentes Signal auf, was durch die Taktung des Schaltnetzteils 36 hervorgerufen wird. In Fig. 4c) ist die Batterieladeleistung dargestellt, die sich aus dem Produkt der
Ausgangsspannung UO und des Ausgangsstroms IO ergibt. Die Ladeleistung ist ebenfalls pulsierend mit einer Frequenz von 100 Hz und phasengleich mit UZK und IZK. In Fig. 4d) ist der Ladestrom IO dargestellt, der ebenfalls ein pulsierender Gleichstrom mit einer Frequenz von 100 Hz ist. Es ist daher ersichtlich, dass die Batterie bzw. der Energiespeicher 20 mit pulsierendem Gleichstrom geladen wird. Die dadurch erhöhte Strombelastung für die Halbleiterdioden des Gleichrichters 46 kann durch die geringeren Schaltverluste in dem galvanisch getrennten Transformator über den gesamten
Spannungs- bzw. Leistungsbereich des Energiespeichers 20 ausgeglichen werden bzw. überkompensiert werden, da die erhöhten Verluste in den Dioden geringer sind als die Reduktion der Schaltverluste.
Durch die Ladevorrichtung können nahezu beliebige Energiespeicher 20 geladen werden, wobei allerdings die bereitgestellte Spannung des Energiespeichers 20 durch die
Sperrfähigkeit der verwendeten Transistoren und Dioden begrenzt ist. Für den Fall sehr hoher Batteriespannungen müssen sowohl für die
Gleichrichterspannungswandlerschaltung 22 als auch für die
Gleichspannungswandlerschaltung Halbleiterbauteile (Transistoren und Dioden) verwendet werden, die eine höhere Sperrfähigkeit aufweisen.

Claims

Ansprüche 1 . Ladevorrichtung (10) zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (20), mit
- einem ersten und einem zweiten Eingangsspannungsanschluss (12, 14), um die Ladevorrichtung (10) an eine Wechselspannungsquelle anzuschließen,
- einem ersten und einem zweiten Ausgangsspannungsanschluss (16, 18), um die Ladevorrichtung (10) an den zu ladenden Energiespeicher (20) anzuschließen,
- einer Gleichrichterspannungswandlerschaltung (22), die eingangsseitig mit den
Eingangsspannungsanschlüssen (12, 14) verbunden ist und ausgangsseitig mit einem ersten und einem zweiten Zwischenkreisspannungsanschluss (24, 26) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, zwischen den Zwischenkreisspannungsanschlüssen (24, 26) eine Zwischenkreisgleichspannung (UZK) bereitzustellen,
- einer Gleichspannungswandlerschaltung (32), die eingangsseitig mit den
Zwischenkreisanschlüssen (24, 26) verbunden ist und ausgangsseitig mit den
Ausgangsspannungsanschlüssen (16, 18) der Ladevorrichtung (10) verbunden ist, wobei die Gleichspannungswandlerschaltung (32) dazu ausgebildet ist, eine
Ausgangsgleichspannung (UO) und einen Ausgangsgleichstrom (IO) an den
Ausgangsanschlüssen (16, 18) bereitzustellen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zwischenkreisgleichspannung (UZK) über die
Gleichrichterspannungswandlerschaltung (22) einstellbar ist, um eine elektrische Leistung (P), die von den Eingangsspannungsanschlüssen (12, 14) an die
Ausgangsspannungsanschlüsse (16, 18) und/oder den zu ladenden Energiespeicher (20) übertragen wird, einzustellen.
2. Ladevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Gleichspannungswandlerschaltung (32) eine galvanische Trennung (44) zwischen den Zwischenkreisanschlüssen (24, 26) und den Ausgangsspannungsanschlüssen (16, 18) bildet.
3. Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gleichspannungswandlerschaltung (32) als Serienresonanzwandler (32) ausgebildet ist.
4. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungswandlerschaltung (32) dazu ausgebildet ist, einen pulsierenden
Ausgangsstrom (IO) bereitzustellen, der dieselbe Frequenz wie die
Zwischenkreisgleichspannung (UZK) aufweist.
5. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder dem Oberbegriff von Anspruch
I , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten
Zwischenkreisspannungsanschluss (24, 26) ein oder mehrere Kondensatoren (48) geschaltet sind, deren Gesamtkapazität kleiner als 100 μΡ ist, insbesondere kleiner als 50 μΡ ist.
6. Ladevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die
Kondensatoren (48) als Folienkondensatoren ausgebildet sind.
7. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterspannungswandlerschaltung (22) eine Gleichrichterschaltung (34) und eine Gleichspannungswandlerschaltung (36) aufweist, die als Schaltnetzteil (36) ausgebildet ist, wobei der Betrag der Zwischenkreisspannung (UZK) mittels des Schaltnetzteils (36) einstellbar ist.
8. Ladevorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Gleichrichterspannungswandlerschaltung (22) eine Blindleistungskompensationsschaltung bildet.
9. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die
Wechselspannungsquelle ein öffentliches Niederspannungsnetz ist.
10. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreisgleichspannung (UZK) eine pulsierende Gleichspannung ist und ein von der Gleichrichterspannungswandlerschaltung (22) bereitgestellter Zwischenkreisstrom (IZK) ein pulsierender Gleichstrom ist, der phasengleich mit der
Zwischenkreisgleichspannung (UZK) ausgebildet ist.
I I . Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (20), wobei eine
Gleichrichterspannungswandlerschaltung (22) an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen wird, wobei eine Zwischenkreisgleichspannung (UZK) von der
Gleichrichterspannungswandlerschaltung (22) bereitgestellt wird, und wobei aus der Zwischenkreisgleichspannung (UZK) mittels einer Gleichspannungswandlerschaltung (32) eine Ausgangsgleichspannung (UO) und einen Ausgangsgleichstrom (IO) zum Laden des elektrischen Energiespeichers (20) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreisgleichspannung (UZK) mittels der Gleichrichterspannungswandlerschaltung (22) eingestellt wird, um eine von der Wechselspannungsquelle auf den zu ladenden elektrischen Energiespeicher (20) übertragene elektrische Leistung (P) einzustellen.
PCT/EP2012/057361 2011-06-17 2012-04-23 Ladevorrichtung und verfahren zum laden eines elektrischen energiespeichers Ceased WO2012171685A2 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201280029475.2A CN103688440A (zh) 2011-06-17 2012-04-23 用于对电储能器充电的充电装置及方法
US14/126,833 US20140103863A1 (en) 2011-06-17 2012-04-23 Charging device and method for charging an electrical energy store
EP12716015.8A EP2721720A2 (de) 2011-06-17 2012-04-23 Ladevorrichtung und verfahren zum laden eines elektrischen energiespeichers

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011077716A DE102011077716A1 (de) 2011-06-17 2011-06-17 Ladevorrichtung und Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers
DE102011077716.4 2011-06-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012171685A2 true WO2012171685A2 (de) 2012-12-20
WO2012171685A3 WO2012171685A3 (de) 2013-07-18

Family

ID=45998372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/057361 Ceased WO2012171685A2 (de) 2011-06-17 2012-04-23 Ladevorrichtung und verfahren zum laden eines elektrischen energiespeichers

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20140103863A1 (de)
EP (1) EP2721720A2 (de)
CN (1) CN103688440A (de)
DE (1) DE102011077716A1 (de)
WO (1) WO2012171685A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9484804B2 (en) 2013-12-18 2016-11-01 Hyundai Motor Company Battery charging system and method

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101386830B1 (ko) * 2012-05-29 2014-04-29 엘에스산전 주식회사 역률보상회로
CN106134060A (zh) * 2014-04-03 2016-11-16 施耐德电气It公司 隔离且高效的整流器系统
FR3025949B1 (fr) * 2014-09-11 2016-08-26 Renault Sa Procede de commande d'un chargeur de batterie a convertisseur courant-continu - courant continu a resonance serie
JP6400407B2 (ja) * 2014-09-18 2018-10-03 Ntn株式会社 充電装置
JP6495485B2 (ja) 2016-02-05 2019-04-03 クワントン オーピーピーオー モバイル テレコミュニケーションズ コーポレイション リミテッド アダプター及び充電制御方法
CN109638933A (zh) * 2017-10-06 2019-04-16 保时捷股份公司 在充电站或加电站的电力电子装置中的电流隔离
US10811185B2 (en) * 2018-09-13 2020-10-20 Analog Devices Global Unlimited Company Saturation prevention of current transformer
DE102018221519B4 (de) * 2018-12-12 2021-11-04 Vitesco Technologies GmbH Fahrzeugseitige Ladevorrichtung
EP3716441A1 (de) * 2019-03-25 2020-09-30 VARTA Microbattery GmbH Modulares gerät zur stromversorgung
DE102020103334A1 (de) * 2020-02-10 2021-08-12 Intrasys Gmbh Innovative Transportsysteme Stromversorgungsvorrichtung für eine Volksbelustigungsvorrichtung mit elektrisch angetriebenen Fahrgastträgern
CN113394989B (zh) * 2020-03-12 2023-08-08 Oppo广东移动通信有限公司 电源转换装置及充电控制方法
DE102021208278A1 (de) 2021-07-30 2023-02-02 Hochschule Heilbronn Körperschaft des öffentlichen Rechts Stromrichterschaltung zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung
DE102022212752A1 (de) 2022-11-29 2024-05-29 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Gleichspannungswandler, Gleichspannungswandlervorrichtung und Ladeschaltung für ein Elektrofahrzeug
DE102022212743A1 (de) 2022-11-29 2024-05-29 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Gleichspannungswandler, Gleichspannungswandleranordnung und Ladeschaltung für ein Elektrofahrzeug

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5581171A (en) 1994-06-10 1996-12-03 Northrop Grumman Corporation Electric vehicle battery charger

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2306308A1 (de) * 1972-02-08 1973-08-16 Yunaisu Kk Schnell-ladegeraet
US6697955B1 (en) * 2000-07-20 2004-02-24 International Business Machines Corporation Method and apparatus for using an energy reserve to provide voltage to a power factor correction circuit in the event of a power interuption
US6804127B2 (en) * 2002-11-19 2004-10-12 Wilcon Inc. Reduced capacitance AC/DC/AC power converter
US7116567B2 (en) * 2005-01-05 2006-10-03 Velox Semiconductor Corporation GaN semiconductor based voltage conversion device
US7796406B2 (en) * 2007-07-31 2010-09-14 Lumenis Ltd. Apparatus and method for high efficiency isolated power converter
DK2164164T3 (da) * 2008-09-10 2012-05-14 Ebm Papst Mulfingen Gmbh & Co Fremgangsmåde og styresystem til styring af en børsteløs elektromotor
JP5563577B2 (ja) * 2008-09-11 2014-07-30 イートレックス・インコーポレーテッド 双方向インバータ・チャージャ及びインバータ・チャージャ装置
FR2947114B1 (fr) * 2009-06-17 2014-09-19 Renault Sas Charge d'une batterie de vehicule automobile
US20110292703A1 (en) * 2010-05-29 2011-12-01 Cuks, Llc Single-stage AC-to-DC converter with isolation and power factor correction
KR20120020554A (ko) * 2010-08-30 2012-03-08 삼성전기주식회사 전기 차량용 통합형 충전 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5581171A (en) 1994-06-10 1996-12-03 Northrop Grumman Corporation Electric vehicle battery charger

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9484804B2 (en) 2013-12-18 2016-11-01 Hyundai Motor Company Battery charging system and method

Also Published As

Publication number Publication date
EP2721720A2 (de) 2014-04-23
US20140103863A1 (en) 2014-04-17
CN103688440A (zh) 2014-03-26
WO2012171685A3 (de) 2013-07-18
DE102011077716A1 (de) 2012-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2721720A2 (de) Ladevorrichtung und verfahren zum laden eines elektrischen energiespeichers
DE4426258B4 (de) Umrichter
EP2719051A2 (de) Hochsetzsteller
EP2144359A2 (de) DC/DC- Wandler
DE112012001623T5 (de) Photovoltaik-Leistungswandler
DE102007028077A1 (de) Vorrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie in ein Energieversorgungsnetz und Gleichspannungswandler für eine solche Vorrichtung
DE102007038959A1 (de) Wechselrichter
DE102008050402A1 (de) Schaltungsanordnung mit einem Hochsetzsteller und Wechselrichterschaltung mit einer solchen Schaltungsanordnung
EP2299572A1 (de) Aufstarten eines DC/DC-Wandlers mit Hochfrequenztransformator
DE102018216236B4 (de) Ladeschaltung für einen fahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher
DE102017222265A1 (de) Gleichspannungswandler
DE102012216691A1 (de) Stromrichterschaltung und Verfahren zur Steuerung der Stromrichterschaltung
DE102017212462A1 (de) Galvanisch gekoppelter elektrischer Wandler
EP3785360B1 (de) Vorladung eines zwischenkreises
DE102006014780A1 (de) Gleichstromsteller und Wechselrichter-Schaltungsanordnung
DE102007038960A1 (de) Wechselrichter
DE102018008603A1 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Laden einer Batterieanordnung mit mehreren Batteriemodulen
EP2783457B1 (de) Verdoppler-gleichrichter für mehrphasiges kontaktloses energieübertragungssystem
DE4426017C2 (de) Stromversorgungsgerät, insbesondere Batterie-Ladegerät für Elektrofahrzeuge oder dergleichen
DE102012220371A1 (de) Vorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers aus einer Wechselspannungsquelle
DE102018118080A1 (de) Aktiver Sperrwandler mit variabler Resonanzfrequenz
DE102006018577A1 (de) Hochsetzsteller-Leistungsfaktorkorrekturschaltung (Boost-PFC)
WO2014060302A2 (de) Wechselrichter mit einer anpassschaltung für hohe variable eingangsgleichspannungen und verwendung der anpassschaltung
WO2020064429A1 (de) Ladeschaltung für einen fahrzeugseitigen elektrischen energiespeicher
DE102008050765A1 (de) Wechselrichteranordnung zum Einspeisen von photovoltaisch gewonnener Energie in ein öffentliches Netz

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12716015

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2012716015

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012716015

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14126833

Country of ref document: US