用于給蓄電池?zé)o線充電的蓄電池充電系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于給蓄電池、特別是電動車輛的蓄電池?zé)o線充電的蓄電池充電系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如能用于給電動車輛電池充電的蓄電池充電器通常構(gòu)造為電子調(diào)節(jié)的直流電壓源和直流電流源。在充電過程期間，以確定的電壓極限值輸入調(diào)節(jié)的充電電流直到確定的充電結(jié)束電壓。根據(jù)蓄電池類型，充電特征曲線可以提供可變的充電電流。
[0003]由DE 27 09 863 Al公知了一種自動的電學(xué)的蓄電池充電器，所述蓄電池充電器包括用于監(jiān)測充電電流和用于將所述充電電流設(shè)定到預(yù)定值的裝置。此外，蓄電池充電器包括對蓄電池電壓起作用的裝置，在進(jìn)行充電過程中，所述裝置相應(yīng)于蓄電池電壓的功能降低所述數(shù)值。
[0004]例如由DE 10 2011 004 215 Al公知了一種用于機(jī)動車的充電裝置。所述充電裝置具有過載開關(guān)，當(dāng)在最小持續(xù)時間內(nèi)電流強(qiáng)度處于電流強(qiáng)度極限值之上，所述過載開關(guān)被打開。具有待充電的蓄電池的機(jī)動車能夠借助于充電電纜與充電裝置連接。
[0005]由EP O 820 653 BI公知了一種具有感應(yīng)耦合裝置的電動車輛電池充電系統(tǒng)。在此，充電能量作為1kHz直到200kHz的范圍內(nèi)的交流電從充電站傳輸?shù)诫妱榆囕v并且在電動車輛中被整流。電動車輛電池充電系統(tǒng)應(yīng)該特別是適用于裝備有蓄電池能量管理系統(tǒng)(BEMS)的車輛。車用網(wǎng)絡(luò)的蓄電池專門化的存在于電動車輛中的充電控制模塊做出決定，并且將關(guān)于充電電流的大小和時間點(diǎn)的信號發(fā)送到充電站。在EP O 820 653 BI中，充電站根據(jù)以下意義視為普遍通用的，即，應(yīng)該可連接多個不同的電動車輛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，相對于所述的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)給蓄電池、特別是車輛蓄電池的無線充電，并且在此在滿足高質(zhì)量要求下使儀器制造的費(fèi)用保持相對小。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過具有權(quán)利要求1所述特征的蓄電池系統(tǒng)、以及通過用于借助于具有權(quán)利要求5所述特征的分散的蓄電池充電系統(tǒng)給蓄電池?zé)o線充電的方法來實(shí)現(xiàn)。下面結(jié)合蓄電池充電系統(tǒng)所述的構(gòu)造方案和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)按意義也適用于所述方法，并且反之亦然。蓄電池充電系統(tǒng)特別是適用于給具有電驅(qū)動裝置的機(jī)動車的蓄電池充電。所述蓄電池可以例如是鎳鉻蓄電池或者鋰離子蓄電池。
[0008]用于給蓄電池?zé)o線充電的蓄電池充電系統(tǒng)包括
[0009]-初級側(cè)上的充電單元，也簡稱為初級側(cè)，
[0010]-次級側(cè)上的充電單元，也簡稱為次級側(cè)，
[0011]-變壓器，所述變壓器具有作為所述初級側(cè)的部件的、初級側(cè)上的線圈和作為所述次級側(cè)的部件的、次級側(cè)上的線圈，
[0012]-在所述初級側(cè)上和在所述次級側(cè)上的各一個控制器，
[0013]-在所述初級側(cè)上和在所述次級側(cè)上的各一個電壓傳感器，
[0014]-在所述初級側(cè)上和在所述次級側(cè)上的各一個電流傳感器，
[0015]-在所述初級側(cè)上和在所述次級側(cè)上的各一個通訊單元，
[0016]其中，僅僅在所述初級側(cè)上設(shè)置直流變壓器，并且所述直流變壓器構(gòu)造為初級側(cè)上的功率調(diào)節(jié)裝置的部件，而次級側(cè)不具有直流變壓器。
[0017]本發(fā)明由下述構(gòu)思出發(fā)，即在給蓄電池充電期間必須以足夠的精度并且實(shí)時地測量充電電流，以便遵循預(yù)定的充電特征曲線，并且可以足夠快地對可能的干擾做出反應(yīng)。而在不分散的充電器的情況下可以相對容易地滿足所述要求，在分散的充電器的情況下，初級側(cè)和次級側(cè)之間的分隔部是電勢薄弱處，這涉及數(shù)據(jù)的傳輸。為了以足夠的可靠性確保在初級側(cè)和次級側(cè)之間的數(shù)據(jù)傳輸，原理上可能的是，給串行通訊通道提供超過一般限度的通道傳輸能力。在無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r中，在電感的、分散的充電系統(tǒng)中期望所述無線數(shù)據(jù)傳輸，然而這種可靠的確定性的通訊通道與在導(dǎo)線連接的數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r中相比是明顯更難實(shí)現(xiàn)的。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，所述取決于原理的關(guān)于在分散的蓄電池系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜秉c(diǎn)通過以下方式規(guī)避，即替代次級側(cè)上的電流調(diào)節(jié)設(shè)置初級側(cè)上的功率調(diào)節(jié)。此外，通常分散的充電系統(tǒng)中所需的次級側(cè)上的DC-DC轉(zhuǎn)換器的取消降低了蓄電池充電系統(tǒng)的次級側(cè)方面的復(fù)雜性。
[0019]用于借助于分散的蓄電池充電系統(tǒng)給蓄電池?zé)o線充電的方法包括下述特征:
[0020]-借助于變壓器將電功率從蓄電池充電系統(tǒng)的初級側(cè)傳輸?shù)叫铍姵爻潆娤到y(tǒng)的次級側(cè)，
[0021]-將待充電的蓄電池與蓄電池充電系統(tǒng)的次級側(cè)連接，
[0022]-借助于初級側(cè)上的功率調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)蓄電池的充電電流。
[0023]初級側(cè)上的功率調(diào)節(jié)裝置基于電流和電壓測量，在蓄電池充電系統(tǒng)的初級側(cè)上進(jìn)行電流和電壓測量。與此相反，蓄電池充電系統(tǒng)的次級側(cè)上的電流傳感器和電壓傳感器不用于在充電過程期間進(jìn)行電流和電壓調(diào)節(jié)。確切地說，蓄電池充電系統(tǒng)的次級側(cè)上的電流傳感器和電壓傳感器具有對蓄電池充電系統(tǒng)校準(zhǔn)的范圍內(nèi)的功能。
[0024]出于校準(zhǔn)的目的，在此首先將電功率施加給蓄電池充電系統(tǒng)的初級側(cè)，在考慮所有公差的情況下，所述電功率可靠地低于允許的最大負(fù)荷，關(guān)于次級側(cè)也如此。因此，通過校準(zhǔn)過程排除了對待充電的蓄電池的損壞。在此，用于校準(zhǔn)而輸送的功率優(yōu)選地依次確定成不同級、例如最大允許功率的10%和90%。
[0025]由已知的輸送的功率出發(fā)，在校準(zhǔn)的范圍內(nèi)在蓄電池充電系統(tǒng)的次級端上測量電流和電壓進(jìn)而確定變壓器的效率。在校準(zhǔn)結(jié)束之后，不是借助于直接的、次級側(cè)上的對充電電流的測量，而是僅僅間接地、即借助于蓄電池充電系統(tǒng)的初級側(cè)上的功率調(diào)節(jié)進(jìn)行對蓄電池的充電電流的調(diào)節(jié)。在優(yōu)選的構(gòu)造方案中，用于所述功率調(diào)節(jié)的電流傳感器和電壓傳感器與用于校準(zhǔn)的次級側(cè)上的電流傳感器和電壓傳感器相比具有較低的測量精度。因?yàn)槌跫墏?cè)上的電流傳感器和電壓傳感器與校準(zhǔn)過程無關(guān)，所以較低的測量精度在所述傳感器中是足夠的。優(yōu)選地，在蓄電池充電系統(tǒng)的包括校準(zhǔn)和功率調(diào)節(jié)的運(yùn)行中所給出的范圍內(nèi)，次級側(cè)上的電流傳感器和電壓傳感器中的精度是初級側(cè)上的電流傳感器和電壓傳感器中的精度的至少兩倍、特別是優(yōu)選地至少四倍、例如至少十倍。
[0026]與用于確定電流、電壓和功率的裝置的各個功率數(shù)據(jù)無關(guān)地，除了變壓器的效率以外，借助于所述校準(zhǔn)確定特別是測量技術(shù)和放大技術(shù)的參數(shù)例如Offset (補(bǔ)償系數(shù))和Gain (放大系數(shù))。
[0027]根據(jù)一個有利的改進(jìn)方案，所述校準(zhǔn)循環(huán)地、即在給蓄電池充電的過程中反復(fù)進(jìn)行。接著第一次校準(zhǔn)進(jìn)行的再次的校準(zhǔn)步驟也稱為重復(fù)校準(zhǔn)。與充電過程的總持續(xù)時間相比，全部的校準(zhǔn)過程在總數(shù)上僅僅占據(jù)相對小的時間間隔、例如低于總持續(xù)時間的2%。
[0028]待充電的蓄電池對于蓄電池充電系統(tǒng)而言是僅僅緩慢地和持續(xù)地改變的負(fù)載。同樣在正常的運(yùn)行條件下由下述出發(fā)，即變壓器具有最緩慢地改變的電特性。因此，利用循環(huán)的重復(fù)校準(zhǔn)讀取蓄電池充電系統(tǒng)的次級側(cè)上的電流和電壓的準(zhǔn)靜態(tài)的測量值。盡管在時間軸上看相對于整個充電過程幾乎僅僅逐點(diǎn)地進(jìn)行校準(zhǔn)，但因此能夠以高準(zhǔn)確度遵循預(yù)定的充電曲線。在此相對于通常的、次級側(cè)上的充電電流調(diào)節(jié)特別的優(yōu)點(diǎn)事實(shí)上也是，即絕對不產(chǎn)生停機(jī)時間，在次級端上的測量和接著將數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠跫墏?cè)上時必然產(chǎn)生所述停機(jī)時間。
[0029]根據(jù)一個有利的改進(jìn)方案，與充電過程進(jìn)行的調(diào)節(jié)無關(guān)地，通過功率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)蓄電池充電系統(tǒng)中的監(jiān)測和保護(hù)功能，其中，為此可以在次級側(cè)上特別是讀取測量技術(shù)上的部件。特別是能夠在超過閾值方面監(jiān)測次級側(cè)上的電流值和電壓值，其中，關(guān)于超過閾值的信息自動地、通常無線地被傳輸?shù)匠跫墏?cè)上。根據(jù)借助于閾值監(jiān)測確定的與通常運(yùn)行的誤差的類型也可以設(shè)置充電過程的自動中止。
[0030]理論上例如由于變壓器的氣隙中的金屬物質(zhì)引起對蓄電池充電系統(tǒng)的通常運(yùn)行的顯著干擾。在此，所述物質(zhì)被加熱，其中，有效功率在初級側(cè)增高，而有效功率在次級側(cè)隨變化趨勢下降。也就是說，不期望由于變壓器的氣隙中引入金屬物質(zhì)而使待充電的蓄電池過載。更確切地說，變壓器的改變的變壞的特性可以通過校準(zhǔn)和調(diào)節(jié)來補(bǔ)償。然而如果從變壓器的氣隙中再次去除金屬物質(zhì)，那么由于變壓器的突然再次改善的特性可以非常突然地導(dǎo)致蓄電池的過載。在這種假設(shè)的情況中，進(jìn)行次級側(cè)上的閾值監(jiān)測并且保護(hù)蓄電池免受過載影響。然而因此在通常運(yùn)行中在蓄電池充電系統(tǒng)的次級側(cè)上不存在調(diào)節(jié)技術(shù)上的功會K。
[0031]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)特別是在于，在分散的蓄電池充電系統(tǒng)中取消了次級側(cè)上的DC-DC轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樵诠顺跫墏?cè)和次級側(cè)支架之間構(gòu)造的變壓器的接口特性時，能夠使用用于足夠準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)充電電流的充電電流替代該轉(zhuǎn)換器，其中，由于將調(diào)節(jié)技術(shù)上的部件集中在蓄電池充電系統(tǒng)的初級側(cè)上，給出了充電過程非常穩(wěn)定的進(jìn)行情況。
【附圖說明】
[0032]下面根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例以及蓄電池充電系統(tǒng)的不要求說明的實(shí)施方式。附圖中:
[0033]圖1以框圖示出根據(jù)本發(fā)明的蓄電池充電系統(tǒng)的粗略結(jié)構(gòu)，
[0034]圖2以相對于圖1簡化的視圖示出對根據(jù)圖1的蓄電池充電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，
[0035]圖3以框圖示出不要求的、不分散的蓄電池充電系統(tǒng)的理論結(jié)構(gòu)，
[0036]圖4以類似于圖2的視圖示出對根據(jù)圖3的蓄電池充電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，
[0037]圖5以框圖示出不要求的、分散的蓄電池充電系統(tǒng)的理論結(jié)構(gòu)，
[0038]圖6以類似于圖2的視圖示出對根據(jù)圖5的蓄電池充電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，
[0039]圖7以流程圖示出根據(jù)圖1的蓄電池充電系統(tǒng)的運(yùn)行，
[0040]圖8以相對于圖1細(xì)節(jié)化的視圖示出根據(jù)圖1的蓄電池充電系統(tǒng)。
[0041]彼此理論上相應(yīng)的或作用相同的部件在所有附圖中以相同的標(biāo)號標(biāo)出。
【具體實(shí)施方式】
[0042]為了說明初步構(gòu)思，首先參考圖3，所述附圖示出了可能的、不分散的蓄電池充電系統(tǒng)I的原則上的結(jié)構(gòu)。
[0043]共同以標(biāo)號I標(biāo)出的蓄電池充電器用于給蓄電池2充電，并且包括提供交流電壓的電壓源3、直流電壓轉(zhuǎn)換器4(DC-DC轉(zhuǎn)換器)、控制器5、電流傳感器6以及電壓傳感器7。此外，設(shè)置通訊單元8，其用于例如與上級的控制器交換數(shù)據(jù)。
[0044]根據(jù)圖3的整個蓄電池充電器I構(gòu)造為一個下述的單元，例如