CN103229389B - 用于给中间电路电容器充电的方法和电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种在预充电单元中给中间电路电容器充电的方法。其中，通过电流源来进行对该中间电路电容器的充电，该电流源的电流被如此地调节，以使得在整个充电过程期间在该电流源中产生恒定的损耗功率。此外提出了一种具有蓄电池(1)的电路装置，该蓄电池(1)与电流源(2)连接并且电流源(2)通过开关(3)与中间电路电容器(4)连接。与电流源(2)并联设置有调节电路(5)，借助于该调节电路可如此调节用于给中间电路电容器(4)充电的电流，以使得在整个充电过程期间在电流源(2)中产生恒定的损耗功率。

Description

用于给中间电路电容器充电的方法和电路装置

技术领域

本发明涉及用于给中间电路电容器充电的方法以及用于实现该方法的电流装置。

背景技术

无论对于静止的应用(如风力发电设备)还是对于移动的应用(如在机动车技术中的应用)，蓄电池系统的未来的发展都将朝向新的蓄电池系统，对这样的蓄电池系统在可靠性方面提出了非常高的要求。

这种要求的背景是，蓄电池的故障能够导致整个系统的故障。例如在电动车辆中，牵引蓄电池的故障能够导致所谓的“趴窝”。

在风力发电设备中，蓄电池的故障甚至能够导致与安全相关的问题，因为在这里例如把蓄电池用于在大风的情况下通过转子叶片分布保护设备不处于不允许的运行状态中。

为了用蓄电池获得需要的功率数据和能量数据，单个的蓄电池单元串联并且部分附加地并联。

在混合动力车辆或者电动车辆中，当其应该运行时，典型的方式是借助于两个主接触器将蓄电池与车辆驱动器连接。

在车辆中，为了缓冲电压尖峰和电流尖峰存在附加的所谓的中间电路电容器。

然而该中间电路电容器禁止这两个主接触器的直接接通，因为在这种情况下极高的电流会通过接触器流入中间电路电容器从而能够损坏它。

出于这一理由，根据已知的现有技术在蓄电池的线路布置中使用所谓的预充电单元，该预充电单元首先以一个受限制的电流对中间电路电容器充电，并且仅在对中间电路电容器充电后才接通两个主接触器。

已知的现有技术在图4和图5中示出。

图4示出了一种用于通过预充电电阻R对中间电路电容器充电的典型的电路。这里接通了所谓的预充电继电器，然后通过预充电电阻R对中间电路电容器充电。在达到期望的中间电路电压后，接通两个主接触器。

该解决方案的缺点在于，在开始充电时高的电流流过预充电单元，该电流随时间以指数方式减小，并且由此延长了直至主接触器闭合的时间。

为缩短接通时间，必须更小地选择电阻值，这将直接导致电阻中发生更大的损耗功率，并且由此决定了要使用体积和重量更大的以及更昂贵的电阻。

出于这一理由，经常使用如在图5中所示的电流源。具有恒定电流的电流源导致在充电过程期间中间电路电压的恒定的斜度。

然而这里的缺点在于，在通过电流源开始时，也就是说在中间电路电容器尚在放电时，要施加高的电压，这将导致高的损耗功率。

因为充电过程通常持续数百毫秒，所以电流源中的功率构件按照该高的功率损耗来设计。然而，该参数选择在充电过程结束时不再使用，这里那时能够有较高的电流流动。

从US 5,576,609中获知一种用于给具有控制系统的蓄电池充电的电路，通过该控制系统来改变电流，以便保证恒定的损耗功率。

充电装置的控制系统的重要的元件是电流传感器、电压传感器和与这些传感器耦合的放大器。

在DE 102006050529 A1中描述了一种用于电力驱动器的供电的组合的绝缘监视和保护监视的电流装置。该电路步骤提供了两个电压测量装置，用于测量电压偏移。另外设置的功率电子器件包括一个中间电路电容器，其由受限制的电流充电。

发明内容

依据本发明描述了一种方法，所述方法在预充电单元内设置了一个用于给中间电路电容器充电的电流源，其中，所述电流源不提供恒定的电流。获取所述电流源上的电压并且如此地调节电流，以使得所述电流源在整个充电过程期间以恒定的损耗功率工作。

根据本发明的电流装置具有与所述电流源并联设置的调节电路，借助于所述电流装置可如此调节所述电流，以使得在该电流源内在整个充电过程期间产生恒定的损耗功率。

本发明的方法具有这样的优点：缩短预充电过程的持续时间，这通过下述措施实现：为了在预充电单元中对中间电路电容器充电，通过电流源进行对中间电路电容器的充电，所述电流源的电流被如此地调节，以使得在所述电流源中在整个充电过程期间产生恒定的损耗功率。

此外，依据本发明的方法非常有利地实现了：在充电过程期间获取电流源上的电压并且调节由所述电流源供给的电流。

本发明的另一个优点在于，通过与电流源并联地设置调节电路能够低成本地并且可靠地构造所述电流装置，借助于所述调节电路可如此调节用于给所述中间电路电容器充电的电流，以使得在整个充电过程期间在所述电流源中产生恒定的损耗功率。

依据本发明的一种优选的实施方式设置有通过齐纳二极管结合电阻来调节所述恒定的损耗功率。

在本发明的一种特别的实施方式中设置有：所述调节电路具有晶体管，这些晶体管彼此连接作为除法器电路(Dividierschaltung)。

在说明书中说明了本发明的有利的改进方案。

附图说明

根据附图和下面的说明书进一步阐述本发明的实施例。附图中：

图1示出了具有取决于中间电路电压的恒定的损耗功率的依据本发明的电流源的原理图；

图2示出了用于实现图1中示出的原理图的一种详细的电流装置；

图3示出了用于为中间电路电容器充电的模拟结果；

图4示出了用于为出自根据现有技术的蓄电池系统的中间电路电容器充电的预充电单元的原理图；以及

图5示出了通过现有技术的恒定电流源为中间电路电容器充电的原理图。

具体实施方式

在图1中示出了依据本发明的解决方案的基本原理。蓄电池1(在本实施例中是锂离子蓄电池)与电流源2连接。根据本发明将获取电流源2上的电压并且如此调节电流，以使得在整个充电过程期间在电流源2中产生恒定的损耗功率。

电流源2通过开关3与中间电路电容器4连接。与电流源2并联地设置调节电路5，借助于该调节电路可调节用于为中间电路电容器4充电的电流，以使得在整个充电过程期间在电流源2中产生恒定的损耗功率。

图2示出了本发明的一种可能的实施方式。在此，晶体管Q2、Q12、Q4、Q5和Q6作为除法器电路工作。该恒定的损耗功率通过齐纳二极管4和电阻R2来调节作为额定损耗功率。通过电阻R4来获取蓄电池电压和中间电路电容器电压之间的电压差。然后，在晶体管Q11的集电极上流过正比于电流源2的额定电流的电流。然后，仅再需通过具有相应的电流比的电流镜来实现实际的电流源2。

图3示出了在图2中示出的、用于将中间电路电容器4充电到U＝250V的电压的电流装置的模拟结果。上面的图表中带有方块的线是电流，下面的图表中带有圆圈的线是电压，具有三角形的线是晶体管Q7中的损耗功率。

能够看出，电流随着中间电路电容器4上的电压上升在电流源2上的电压下降的情况下上升。因此，依据本发明，中间电路电容器4上的电压不会仅仅线性地上升，而是该上升的斜度随中间电路电压的上升而上升，从而缩短了充电过程的持续时间。

虚点线示出了晶体管Q7中的损耗功率，其如所期望的那样在整个充电过程期间近似地保持恒定。

Claims (5)

1.一种用于在预充电单元中给中间电路电容器充电的方法，其特征在于，通过电流源(2)来进行对所述中间电路电容器(4)的充电，所述电流源(2)的电流被如此地调节，以使得在整个充电过程期间在所述电流源(2)中产生恒定的损耗功率，其中，通过齐纳二极管结合电阻来调节所述恒定的损耗功率并且通过具有相应的电流比的电流镜来实现所述电流源(2)，其中，在所述充电过程期间获取所述电流源(2)上的电压，并且调节由所述电流源(2)供给的电流。

2.具有蓄电池(1)的电路装置，所述蓄电池(1)与电流源(2)连接并且所述电流源(2)通过开关(3)与中间电路电容器(4)连接，其中，与所述电流源(2)并联地设置调节电路(5)，借助于所述调节电路(5)可如此调节用于给所述中间电路电容器(4)充电的电流，以使得在整个充电过程期间在所述电流源(2)内产生恒定的损耗功率，其中，所述调节电路(5)具有晶体管(Q2、Q12、Q4、Q5和Q6)，其彼此连接作为除法器电路并且通过齐纳二极管(D1)与电阻(R2)联合来进行对所述恒定的损耗功率的调节。

3.根据权利要求2所述的电路装置，其中，通过电阻(R4)获取蓄电池电压和中间电路电容器电压之间的电压差。

4.一种机动车，其具有用于驱动所述机动车的电驱动电机和与所述电驱动电机连接的、根据权利要求2所述的电路装置。

5.一种风力发电设备，其具有蓄电池系统和与所述蓄电池系统连接的、根据权利要求2所述的电路装置。