蓄电池充电装置和用于该蓄电池充电装置运行的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及蓄电池充电装置和用于该蓄电池充电装置运行的方法。蓄电池充电装置，具有：ＨＦ储能式变压器，其初级绕组通过脉冲开关在用于交流电压的双极输入端上接上，其次级绕组根据反激变换器的类型与具有用于蓄电池的双极输出端的整流器接线；检测输入端上的电流和电压的测量单元；依赖于电流和电压操作脉冲开关的控制装置。在其运行方法中，控制装置使脉冲开关以不断变换的方式接通第一时间间隔长的时间和断开第二时间间隔长的时间，第一时间间隔在电流上升到相应于电压的与标度系数相乘的瞬时值的极限值时结束，第二时间间隔如此长时间地选择使得第一时间间隔和第二时间间隔的总持续时间相应于ＨＦ储能式变压器允许的工作频率的间隔的周期持续时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
电动轿车的设计基于如下原理，即从电网_或者换句话说"从插座"中获取用来使 驱动蓄电池充电的电能。为此蓄电池充电装置是必需的。在私人家庭中常见的是可从插 座中获取的功率在目前常见的带有16A保险装置的保护装置中约为3. 5kW。对蓄电池充电 装置的要求是，该蓄电池充电装置从电压电源中获取正弦形的电源电流，并且蓄电池通过 充电装置(例如通过隔离变压器)从电源上电流隔离。 在图7中示出满足上述要求的目前的蓄电池充电装置的基本结构。公知的蓄电池 充电装置300借助其输入端4接在电源6上并借助其输出端8接在蓄电池10上。供电网 6的电源电压Uw在这里在50-60Hz的电源频率时处于100-250v的范围内。蓄电池10的蓄 电池电压UB例如处于在250v到450v宽的电压范围内，并且依赖于蓄电池充电状态。 在蓄电池充电装置300内，输入端4通到向PFC 312 (Power-factor-Corrector-升 压变换器)供电的第一整流器310上。该PFC 312包含电感线圈L1的电抗器313、短路开 关315和续流二极管317。 PFC 312将中间电路电容器314充电到例如380V的恒定调节的 中间电路电压Uz。 实施为H电桥的逆变器316后置于中间电路电容器314，该逆变器316借助中高频 发出脉冲并在其输出端上产生所调节的中高频电压U『电压Uw供给可以小而轻地实施的 HF变压器318的初级侧或初级绕组。HF变压器318通过将电压Uw传递到该HF变压器318 次级侧或次级绕组上来进行匹配。同时，HF变压器318使蓄电池10与电源6电流隔离或 使蓄电池充电装置300的次级侧与该蓄电池充电装置300的初级侧电流隔离。在次级侧上 第二整流器20后置于HF变压器318，该第二整流器20通过电感线圈L2的电抗器322通到 输出端8上。 蓄电池电压UB在这里通过在逆变器316内实现的、有针对性的脉冲方法，尤其是 脉冲宽度调制(P丽)进行调节。 蓄电池充电装置300因此满足上述的基本要求，尤其是从电源6中在输入端4上 获取正弦形的电源电流I『 为了避免不可控制的或过高的电容器充电电流(例如接通蓄电池充电装置300时 不允许很高的浪涌电流(Inrush-Current))，公知整流器310不是像在图8中那样构造为 二极管电桥，而是构造为带有晶闸管的受控制的半桥。 蓄电池充电装置300按照教科书式的设计来构造，在该设计中，总共四个转换器 一个接一个地串联，即整流器310、PFC 312、逆变器316和整流器20。总体上使用大量的半 导体开关或无源元件。能量流动方向限制在从电压电源6到蓄电池20的方向上，不能实现 将能量回收到电源中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种改善的蓄电池充电装置和一种用于该蓄电池充电装置运行的相应方法。 该目的在装置方面通过权利要求1所述的蓄电池充电装置得以实现。该蓄电池充 电装置包含具有初级绕组和初级绕组的HF储能式变压器(高频储能式变压器)。初级绕组 通过脉冲开关在双极输入端上接上。脉冲开关在这里为双向开关，也就是说，电流可以在两 个方向上流过该开关。在运行中，在那里例如从供电网供给蓄电池充电装置交流电压。HF 储能式变压器的次级绕组根据反激变换器的类型与整流器的输入端，尤其是二极管整流器 的输入端接线。整流器在其输出端上具有双极输出端。在该双极输出端上，可以接上在运 行中待充电的蓄电池。蓄电池充电装置此外具有测量单元，该测量单元检测输入端上的电 流和电压的瞬时值-即在接到供电网上时检测其瞬时的电源电压和相应地流到蓄电池充 电装置内的电流。 此外，蓄电池充电装置具有控制装置，该控制装置依赖于由测量单元所测得的电 流和电压的数值来操作脉冲开关，即接通或者断开。在此，断开促使从输入端到初级绕组的 电流流动中断。HF储能式变压器促使面向输入端的初级侧和面向输出端的次级侧电流隔离。 本专利技术在此基于下列认识或考虑公知的蓄电池充电装置具有中间电路电容器， 该中间电路电容器从输入端的角度来看是一种注入电压的负载。因为待接上的电压电源是 一种注入电压的源头，所以在输入端与中间电路电容器之间必须装入第一电抗器。出于相 同的原因，在中间电路电容器与输出端(即蓄电池)之间必须装入另一个电抗器。 高频变压器由于电流隔离必须保留在蓄电池充电装置内。但该高频变压器已经具 有初级和次级绕组，该初级和次级绕组必须既针对最大可能的从电压电源流出的电流，又 针对最大的蓄电池充电电流来确定尺寸。HF变压器的绕组现在依据本专利技术也可以用于上述 电感线圈或电抗器的结构。换句话说，变压器的绕组除了其变压器传输的本来的目的之外， 还应满足作为配属于输入端和输出端或电压电源和蓄电池的电抗器的双重功能。 无源构件的数量与公知的蓄电池充电装置相比应该有所减少。如果为此从电路中 取消中间电路电容器，那么依据本专利技术的装置更小且更轻，但不再具有电容的储能能力。从 电压电源中获取的功率然后必须在无电容的中间存储装置的情况下直接传输到蓄电池。 因此依据本专利技术，输入端整流器、升压变换器、中间电路电容器和逆变器通过唯一 的单元来替代。也就是说，来自供电网的输入电压或电流直接通过脉冲开关传递到作为以 HF变压器初级绕组形式出现的电抗器的电感线圈上。该初级线圈k将能量传递到以HF 变压器次级绕组形式出现的电感线圈L2上。电感线圈和L2以初级绕组和次级绕组的形 式紧密耦合并缠绕在带有气隙的磁芯上。按照这种方式，电感线圈和L2形成高频变压器 并同时使初级侧和次级侧电流隔离。 依据本专利技术的蓄电池充电装置现在由控制装置在其脉冲开关方面以可变长度的 开关周期运行。也就是说，该开关周期具有分配给初级侧的第一时间间隔，在该第一时间间 隔内脉冲开关闭合。在分配给次级侧的第二时间间隔内断开脉冲开关。通过各自开关时间 的持续时间调节电量，即调节蓄电池充电装置的初级侧和次级侧的各自电流。 控制装置首先在运行中测定电源电压的时间分布。利用任意但固定选择的标度系数，该控制装置将电源电压的曲线形状映射(abbilden)到用于电流值的与该电源电压的 曲线形状同相的极限曲线上。该极限曲线也可以按照其他方式来测定，例如通过测定电源 电压的过零点和所期望的振幅的正弦形预定值。 每个第一时间间隔开始时接通脉冲开关并测量实际流到蓄电池充电装置内的、由于作为电抗器作用的初级绕组而逐渐升高的电流。如果电源电流达到相应于极限曲线的瞬时值的极限值，那么脉冲开关断开。第一时间间隔结束并且第二时间间隔开始。 根据反激变换器的功能性，电流现在才通过初级绕组流向蓄电池，并且存储在变压器内的能量流向蓄电池。在HF变压器内，因此先前在初级绕组内流动的电流传输到次级绕组内，这意味着，能量被转移到蓄电池上。第二时间间隔通过如下方式选择，即，使开关周期(即第一时间间隔和第二时间间隔的总和)相应于HF变压器的允许工作频率。连续开关周期的持续时间在此可以不断变化，这是因为尤其是在第一时间间隔内的电流到极限值的上升持续不同的时间。 换句话说，在开关周期的第一部分内，从源头中获取能量并存储在初级侧的电感 线圈内。在开关周期的第二部分内，来自次级侧电感线圈中的能量转移到负载上。能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
蓄电池充电装置（２），具有：ＨＦ储能式变压器（１２），所述ＨＦ储能式变压器（１２）的初级绕组（１４ａ）通过脉冲开关（１６）在用于交流电压（Ｕ↓［Ｎ］）的双极输入端（４）上接上，并且所述ＨＦ储能式变压器（１２）的次级绕组（１４ｂ）根据反激变换器的类型与具有用于蓄电池（１０）的双极输出端（８）的整流器（２０）接线；和检测所述输入端（４）上的电流（Ｉ↓［Ｎ］）和电压（Ｕ↓［Ｎ］）的测量单元（２２）；和依赖于所述电流（Ｉ↓［Ｎ］）和电压（Ｕ↓［Ｎ］）来操作所述脉冲开关（１６）的控制装置（２４）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：德扬施赖伯，
申请(专利权)人：赛米控电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]