用于從三相交流電壓源中給電儲(chǔ)能器充電的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于從三相交流電壓源中給電儲(chǔ)能器充電的裝置。此外本發(fā)明涉及一種用于從三相交流電壓源中給電儲(chǔ)能器充電的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于給電池三相充電的已知裝置包括升壓調(diào)節(jié)器和降壓調(diào)節(jié)器，其被設(shè)置用于匹配電壓水平并分別被構(gòu)造為單獨(dú)的單元。此外已知裝置包括電網(wǎng)濾波器，該電網(wǎng)濾波器被設(shè)置用于抑制升壓或者說(shuō)降壓調(diào)節(jié)器對(duì)三相交流電壓網(wǎng)絡(luò)的干擾影響。
[0003]DE 195 235 76 Al描述一種交流電壓-直流電壓電源和用于在高壓系統(tǒng)中把交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的方法。該處所描述的交流電壓-直流電壓電源包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)在回流變換器(RUcklaufVandler)的低壓側(cè)上相比于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)在高壓側(cè)上具有較低的擊穿電壓。較低的擊穿電壓能借助于分流調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，該分流調(diào)節(jié)器調(diào)控低壓開(kāi)關(guān)側(cè)上的鉗位電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出一種用于從三相交流電壓源中給電儲(chǔ)能器充電的裝置，其在交流電壓源的各個(gè)相中包括:
-具有開(kāi)關(guān)的降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；
-并行于降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接的二極管；
-與降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接的、具有至少一個(gè)包括兩個(gè)串聯(lián)的開(kāi)關(guān)的第一半橋的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，其中第一半橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)的接合點(diǎn)和降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間連接了感應(yīng)器；
-其中借助于降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的整流機(jī)構(gòu)確定感應(yīng)器上的充電電流方向；
-其中借助于控制機(jī)構(gòu)依據(jù)交流電壓源的電壓和通過(guò)感應(yīng)器的充電電流能夠如此連接降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)和轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的第一半橋的至少一個(gè)第二開(kāi)關(guān)，以致于由交流電壓源為了給電儲(chǔ)能器充電而被提取的電流能夠如此產(chǎn)生，從而由交流電壓源的各個(gè)相被提取基本呈正弦狀的電流，其中在各個(gè)相中交流電壓源的電流和電壓基本上同相(in Phase)ο
[0005]根據(jù)第二方面，憑借本發(fā)明提供用于從交流電壓源中給電儲(chǔ)能器充電的方法，該方法包括以下步驟:
-如此降低輸入端交流電壓的各個(gè)電壓相，以致于輸入端交流電壓的電壓水平相比于轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)的定義電壓水平較低；并且
-如此產(chǎn)生針對(duì)各個(gè)被降低的電壓相的反向電壓，從而交流電壓源的相電壓和由交流電壓源的各個(gè)相為了給電儲(chǔ)能器充電而提取的電流基本同相。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選改型是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。
[0007]該裝置的一種優(yōu)選實(shí)施形式的特征在于，第一半橋的第二開(kāi)關(guān)或者第二半橋的第二開(kāi)關(guān)或者第三半橋的第二開(kāi)關(guān)被連接(geschaltet)。由此有利地實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的不同開(kāi)關(guān)的選擇，其中分別根據(jù)需要也能夠改變選擇。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一優(yōu)選實(shí)施形式的特征在于，第一半橋的第二開(kāi)關(guān)和第二半橋的第二開(kāi)關(guān)和第三半橋的第二開(kāi)關(guān)被重疊地(Uberlappend)連接。由此有利地把開(kāi)關(guān)功率分配到轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)上，這引發(fā)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)的均勻負(fù)載。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一優(yōu)選實(shí)施形式的特征在于，三相電機(jī)的各相繞組與轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的半橋的開(kāi)關(guān)的各接合點(diǎn)連接，其中電機(jī)的繞組的星形節(jié)點(diǎn)連接到降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的輸出端上。由此有利地利用了電機(jī)的繞組感應(yīng)器，這有利地使得外部感應(yīng)器的使用被摒棄。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一優(yōu)選實(shí)施形式的特征在于，轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的兩個(gè)或三個(gè)半橋的第二開(kāi)關(guān)同步或重疊地連接。這由于重疊的連接方式而有利地引發(fā)電儲(chǔ)能器的充電電流的降低的波動(dòng)。通過(guò)開(kāi)關(guān)的同步連接能夠?qū)崿F(xiàn)在轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)上的開(kāi)關(guān)功率的均衡。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的裝置的一種優(yōu)選實(shí)施形式的特征在于，僅降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)被連接。這對(duì)于電網(wǎng)電壓相比于電儲(chǔ)能器的電壓較大的情況而言允許最少的開(kāi)關(guān)類型。
[0012]在本發(fā)明中尤其被視為有利的是，借助于轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)的是，引發(fā)電儲(chǔ)能器的高效和利于成本的三相充電，辦法是，轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制針對(duì)電儲(chǔ)能器的充電電流。
[0013]其中也尤其被視為優(yōu)點(diǎn)的事實(shí)是，在系統(tǒng)中已經(jīng)現(xiàn)存的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(例如具有針對(duì)電動(dòng)車輛的高壓電池的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的B6逆變器)一并用于電儲(chǔ)能器的充電功能。在高次諧波因子改良的意義中，降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以此方式與耦合感應(yīng)器一起實(shí)現(xiàn)修正功能，該修正功能被規(guī)定符合EN-網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。
[0014]尤其也視為有利的是，通過(guò)使用降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和作為升壓調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)能夠把根據(jù)本發(fā)明的原理應(yīng)用在寬泛的輸入端和電池電壓范圍中。以此方式實(shí)現(xiàn)能在全世界應(yīng)用的充電方案。
[0015]當(dāng)前發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)在下文借助于實(shí)施形式參考附圖被闡釋。其中所有被描述或展示的特征單獨(dú)或以任意的組合構(gòu)成本發(fā)明的內(nèi)容，而無(wú)關(guān)于其在專利權(quán)利要求中的綜述或其引用關(guān)系，以及無(wú)關(guān)于其在說(shuō)明書(shū)或者說(shuō)在附圖中的行文或者說(shuō)展示。附圖首先被設(shè)想用于說(shuō)明本發(fā)明的主要原理并且不必被理解為詳細(xì)的線路圖。在附圖中相同的附圖標(biāo)記描述相同的或者說(shuō)相同功能的元件。
【附圖說(shuō)明】
[0016]附圖中:
圖1示出用于給電儲(chǔ)能器三相充電的傳統(tǒng)裝置；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施形式；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一實(shí)施形式；并且圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施形式的流程圖的原理展示。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1展示用于給電儲(chǔ)能器B三相充電的傳統(tǒng)裝置。三相的輸入端交流電壓W1、W2、W3 (三相電流)借助于升壓調(diào)節(jié)器HS被整流并且被升高到較高的中間電路電壓水平上。借助于中間電路電容使中間電路電壓被平順。借助于降壓調(diào)節(jié)器TS把中間電路電壓的電壓水平相應(yīng)于電儲(chǔ)能器B的充電需求地減小。按照法定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，在三相交流電壓W1、W2、W3和升壓調(diào)節(jié)器HS之間所設(shè)置的電網(wǎng)濾波器N阻止高次諧波限值的超出。
[0018]根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)在規(guī)定，已經(jīng)在系統(tǒng)中現(xiàn)存的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)U為了給電儲(chǔ)能器B三相充電而被一同使用。
[0019]圖2展示根據(jù)本發(fā)明的裝置100的第一實(shí)施形式。在三相的輸入端交流電壓W1、W2、W3的各個(gè)相電壓上連接了分別具有功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(例如IGBT) STS1、STS2、STS3和以四個(gè)二極管Dll...D33為形式的整流機(jī)構(gòu)的降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)TS1、TS2、TS3。各二極管D13、D14、D23、D24、D33、D34與開(kāi)關(guān)STS1、STS2、STS3的發(fā)射極和集電極電連接。此外兩個(gè)串聯(lián)的二極管D11、D12、D21、D22、D31、D32構(gòu)成串聯(lián)電路，其分別通過(guò)開(kāi)關(guān)STS1、STS2、STS3的門而電連接。
[0020]其中所提到的整流機(jī)構(gòu)的二極管Dll...D33基本上承擔(dān)相電流的電流方向的確定，所述相電流應(yīng)該沿著統(tǒng)一的方向通過(guò)耦合感應(yīng)器L4流動(dòng)以用于給電儲(chǔ)能器B充電。
[0021]在三個(gè)相電壓Wl、W2、W3的每個(gè)相電壓上耦合感應(yīng)器L1、L2、L3在兩個(gè)并行于開(kāi)關(guān)STS1、STS2、STS3的門連接的二極管Dll、D12、D21、D22、D31、D32的接合點(diǎn)上被連接。
[0022]具有輸出端的降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)TSl、TS2、TS3在具有三個(gè)包括各兩個(gè)串聯(lián)的開(kāi)關(guān)S1...S6的半橋Hl、H2、H3的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)U (例如B6逆變器)上連接，其中在第一半橋Hl的接合點(diǎn)和降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)TS1、TS2、TS3的輸出端之間連接了另外的感應(yīng)器L4。電機(jī)M在轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)U的半橋的開(kāi)關(guān)的接合點(diǎn)上連接，其中電機(jī)M在該配置中不具有功能。
[0023]借助于電流和電壓傳感器(未示出)所獲取的值和三個(gè)相電壓的時(shí)間曲線、相電流和通過(guò)感應(yīng)器L4的總電流(電池充電電流)被輸送到電子控制機(jī)構(gòu)10。
[0024]依據(jù)三個(gè)相電壓的時(shí)間曲線、相電流和通過(guò)感應(yīng)器L4的總電流現(xiàn)在借助于控制機(jī)構(gòu)10把降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)TS1、TS2、TS3的開(kāi)關(guān)STS1、STS2、STS3如此連接，從而三個(gè)相電流與各個(gè)相電壓W1、W2、W3同相或者說(shuō)協(xié)調(diào)(in Phase)。此外借助于降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)TS1、TS2、TS3的開(kāi)關(guān)STS1、STS2、STS3產(chǎn)生針對(duì)電儲(chǔ)能器B的總充電電流，該總充電電流不超過(guò)被定義的最大值。通過(guò)連接降壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)把感應(yīng)器L1...L3上的電流中斷，為此設(shè)置自振蕩二極管FLD，其針對(duì)開(kāi)關(guān)STS1、STS2、STS3的被定義的連接相(S