CN109510253A - 用于充电装置的保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于直流电压充电装置(10)的保护电路(20)具有第一输入端(41)、第一输出端(21)、第二输入端(42)、第二输出端(22)、可控第一开关(31)、可控第二开关(32)和第一电路(25)。第一输出端(21)可以通过可控第一开关(31)与第一输入端(41)电连接，第二输出端(22)可以通过可控第二开关(32)与第二输入端(42)电连接。第一电路(25)与第一输出端(21)和第二输出端(22)电连接，且它具有电压测量仪(28)，其设计用于确定表征第一输出端(21)和第二输出端(22)之间电压的正负符号的电压值。第一电路(25)设计用于根据电压值实现第一开关(31)和第二开关(32)的控制。

Description

用于充电装置的保护电路
技术领域
本发明涉及用于直流电压充电装置的保护电路。
背景技术
在可充电电池如用于带有电动驱动装置的交通工具的牵引用蓄电池的充电过程中，可能在极性倒转情况下出现短路和电池受损或充电器受损。
US 2005/0110467 A1示出了汽车用充电器，其具有极性检测和过载电流保护功能。待充电电池根据极性通过桥式电路以正确的极与直流电压源相连。
US 2015/0137740 A1示出一种具有极性倒转保护电路的移动式充电系统，该电路通过比较器来检查电池上的电压且在极性倒转时接通继电器以启动红灯。
US 2016/0049819 A1示出一种具有极性倒转检查功能的电池充电器，其中在极性倒转时输出报警信号。
知道了如下解决方案，在此，在充电装置中设有保险机构和具有从负极支路到正极支路的流向的二极管。当极性倒转时，大电流流过二极管和保险机构，且保险机构断路或烧断。不利的是因保险机构的电阻而在正常运行中出现损耗功率。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于直流电压充电装置的新型保护电路。
该目的通过如下项1的主题来完成，项2-9为优选的实施方案。
1.一种用于直流电压充电装置的保护电路，该保护电路具有第一输入端、第一输出端、第二输入端、第二输出端、可控第一开关、可控第二开关和第一电路，
该第一输出端能通过该可控第一开关与该第一输入端电连接，
该第二输出端能通过该可控第二开关与该第二输入端电连接，
该第一电路与该第一输出端电连接，
该第一电路与该第二输出端电连接，
该第一电路具有电压测量仪，该电压测量仪设计用于确定表征所述第一输出端和第二输出端之间的电压的正负符号的电压值，
该第一电路设计用于根据该电压值实现所述第一开关和所述第二开关的控制。
2.根据如上项1所述的保护电路，其中，所述第一开关和所述第二开关以接触器形式构成。
3.根据如上项1或2所述的保护电路，其中，预充电电路与所述第一开关并联。
4.根据如上项3所述的保护电路，其中，所述第一开关只有当第一输出端和第二输出端之间的电压具有预定的正负符号时才在预定时间之后被合上，以实现第一输入端与第一输出端之间的电位平衡。
5.根据如上项3所述的保护电路，其中，所述第一开关只有当第一输出端与第一输入端之间的电位差小于预定的电位差时才被导电接通。
6.根据如上项1或2所述的保护电路，其中，该电压测量仪具有测量电阻，并且该电压测量仪设计用于通过测量落于该测量电阻上的电压来确定该电压值。
7.根据如上项1或2所述的保护电路，其中，第一输入端和第二输入端与直流电流源连接。
8.根据如上项1或2所述的保护电路，其中，第一输出端和第二输出端与用于交通工具的充电桩电连接。
9.根据如上项8所述的保护电路，其中，该充电桩具有用于待充电电池的接线端。
第一开关和第二开关根据第一输出端和第二输出端之间电压的正负符号来开关，由此能够可靠避免短路。
根据一个优选实施方式，第一开关和第二开关以接触器的形式构成。接触器允许以极低的损耗功率来通断高功率并且容许形成保护电路而在功率支路中没有半导体开关。
根据一个优选实施方式，预充电电路与第一开关并联。预充电电路容许在充电器和例如与之相连的牵引用蓄电池之间电压的平衡，因而可以无火花产生地实现第一开关的操作。
根据一个优选实施方式，第一开关只有在第一输出端和第二输出端之间的电压具有预定的正负符号时才在预定时间后被合上，以实现第一输入端和第一输出端之间的电位平衡。这允许预充电电路的功能可靠。
根据一个优选实施方式，只有当第一输出端和第一输入端之间的电位差小于预定电位差时，第一开关才导电接通。由此可靠避免在第一开关接通时有大电流流动，其可能导致第一开关或其它构件损伤。
根据一个优选实施方式，该电压测量仪具有测量电阻，并且该电压测量仪设计用于通过测量落在测量电阻上的电压来确定该电压值。这实现可靠电压测量。
根据一个优选实施方式，第一输入端和第二输入端与直流电流源相连。该保护电路可以由此保护直流电流源。
根据一个优选实施方式，所述第一输出端和第二输出端与用于交通工具的充电桩电连接。交通工具为了快速充电需要很大的电流和/或电压，为此，该保护电路是极其有利的。
根据一个优选实施方式，该充电桩具有用于待充电电池的接线端。这简化了电池的连接。
附图说明
本发明的其它细节和有利改进来自以下所述的且如图所示的、但绝不被视为对本发明限制的实施例以及上述2-9项，其中：
图1以电路示意图示出了充电装置和与之相连的交通工具，以及
图2以电路示意图示出了用于图1的充电装置的呈半桥形式的直流电流源。
具体实施方式
图1示出了包括接线端61和接线端62的充电装置10，带有待充电电池54的交通工具52与这些接线端彼此电连接。
充电装置10具有直流电流源23、保护电路20且示例性具有充电桩50。
保护电路20具有第一输入端41、第一输出端21、第二输入端42、第二输出端22、可控第一开关31、可控第二开关32和第一电路25。第一输出端21可以通过可控第一开关31电连接第一输入端41，且第二输出端22可以通过可控第二开关32电连接至第二输入端42。第一电路25通过导线74与第一输出端21电连接并通过导线73与第二输出端22电连接。
第一电路25具有电压测量仪28，其设计用于确定表征第一输出端21和第二输出端22之间电压的正负符号的电压值。对此，例如可以测量带有正负符号的电压，随后分析正负符号。
第一电路25设计用于根据电压值实现第一开关31和第二开关32的控制。
第一开关31和第二开关32优选以接触器形式构成，但例如功率半导体或其它开关也是可能的。
预充电电路33优选与第一开关31并联。预充电电路用于执行电位补偿。为此，电流可通过预充电电路33在第一输出端21和第一输入端41之间流动，由此第一输出端21上的电位和第一输入端41上的电位相同或至少几乎相同。这对于在第一开关31合上时避免或至少减少形成火花是有利的。第一输入端41和第二输入端42与直流电流源23连接，在这里，所述连接优选是这样的，第一输入端41上的电位高于第二输入端42上的电位。第一输出端21和第二输出端22与充电桩50相连，且充电桩50通过导线61、62与交通工具52相连。
工作方式
在基本状态中，第一开关31和第二开关32未被导电接通。当电池54被连接至充电装置10时，它产生第一输出端21和第二输出端22之间的电压。没有电流流过第一开关31和第二开关32，且该电压可以通过电压测量仪28来测量。当此时所确定的电压值对应于在电池54正确连接时出现的电压时，第一电路25可以导电接通第一开关31和第二开关32，且可以发生电池54的充电。
而当电压值表明电池54极性倒转时，即当例如第二输出端22上的电位高于第一输出端21上的电位时，第一电路25未导电接通第一开关31和第二开关32，并且不对连接错误的电池54进行充电。由此可以避免电池54或充电装置10的损坏。
第一开关31优选当第一输出端21和第二输出端22之间电压具有预定的正负符号(极性未倒转)时才在预定时间之后被合上，以便首先通过预充电电路33实现第一输入端41与第一输出端21之间的电位平衡。当可以估算出电位平衡时间时，该预定时间在此例如可以被固定设定，或者第一输出端21与第一输入端41之间的电位差被测量，随后只有当该电位差小于预定电位差时才将第一开关31导电接通。
电压测量仪28也可以具有测量电阻，该测量电阻允许测量由流过测量电阻的电流所产生的电压并进而容许测量电流方向和带有正负符号的电压。
保护电路20能够可靠保护充电装置10和电池54以免极性倒转，并且在功率路径中不需要附加的保险机构或其它开关元件。将接触器用作第一开关31和第二开关32容许在功率路径中没有附加的半导体开关的保护电路。由此可以获得保护电路20的极低功率损耗。
所示保护电路20例如可以被用于按照标准IEC 61851-23型号4-部分CC的充电模式。
图2示出了直流电流源23的一个实施例，其具有也被称为DC/DC变换器或直流电压变换器的DC/DC级。只示出了一个半桥，它是DC/DC级的组成部分。设有接线端81和接线端82，它们与高压直流电流源相连。接线端81通过一个功率半导体开关83与点86相连，点86通过一个功率半导体开关84与接线端82相连。点86与保护电路20的第一输入端41相连，接线端82与保护电路20的第二输入端42相连。因而在考虑直流电流源23的半桥时所述接线端81、82是输入端，而点41、42是输出端。功率半导体开关83和84分别与一个体二极管87或88并联。体二极管87在从点86至接线端81的流通方向上被接通，体二极管88在从接线端82至点86的流通方向上被接通。通过优选相互间定时地控制该功率半导体开关83、84，可以影响第一输入端41和第二输入端42之间的电压。当在这样的直流电压源23情况下发生电池54的极性倒转时，可能有短路电流从电池经体二极管88流回到电池，并且这可能导致充电装置10或电池54损坏。可以通过保护电路20可靠排除这种故障。
当然，在本发明范围内可以有各种各样的变化和修改。

Claims (9)

1.一种用于直流电压充电装置(10)的保护电路(20)，该保护电路(20)具有第一输入端(41)、第一输出端(21)、第二输入端(42)、第二输出端(22)、可控第一开关(31)、可控第二开关(32)和第一电路(25)，
该第一输出端(21)能通过该可控第一开关(31)与该第一输入端(41)电连接，
该第二输出端(22)能通过该可控第二开关(32)与该第二输入端(42)电连接，
该第一电路(25)与该第一输出端(21)电连接，
该第一电路(25)与该第二输出端(22)电连接，
该第一电路(25)具有电压测量仪(28)，该电压测量仪(28)设计用于确定表征所述第一输出端(21)和第二输出端(22)之间的电压的正负符号的电压值，
该第一电路(25)设计用于根据该电压值实现所述第一开关(31)和所述第二开关(32)的控制。
2.根据权利要求1所述的保护电路(20)，其中，所述第一开关(31)和所述第二开关(32)以接触器形式构成。
3.根据权利要求1或2所述的保护电路(20)，其中，预充电电路(33)与所述第一开关(31)并联。
4.根据权利要求3所述的保护电路(20)，其中，所述第一开关(31)只有当第一输出端(21)和第二输出端(22)之间的电压具有预定的正负符号时才在预定时间之后被合上，以实现第一输入端(41)与第一输出端(21)之间的电位平衡。
5.根据权利要求3所述的保护电路(20)，其中，所述第一开关(31)只有当第一输出端(21)与第一输入端(41)之间的电位差小于预定的电位差时才被导电接通。
6.根据权利要求1或2所述的保护电路(20)，其中，该电压测量仪(28)具有测量电阻，并且该电压测量仪(28)设计用于通过测量落于该测量电阻上的电压来确定该电压值。
7.根据权利要求1或2所述的保护电路(20)，其中，第一输入端(41)和第二输入端(42)与直流电流源(23)连接。
8.根据权利要求1或2所述的保护电路(20)，其中，第一输出端(21)和第二输出端(42)与用于交通工具(52)的充电桩(50)电连接。
9.根据权利要求8所述的保护电路(20)，其中，该充电桩(50)具有用于待充电电池(54)的接线端。
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