CZ308969B6 - Charger for bidirectional energy flow and controlling it - Google Patents

Charger for bidirectional energy flow and controlling it Download PDF

Info

Publication number
CZ308969B6
CZ308969B6 CZ2020236A CZ2020236A CZ308969B6 CZ 308969 B6 CZ308969 B6 CZ 308969B6 CZ 2020236 A CZ2020236 A CZ 2020236A CZ 2020236 A CZ2020236 A CZ 2020236A CZ 308969 B6 CZ308969 B6 CZ 308969B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
time
switches
switch
open
converter
Prior art date
Application number
CZ2020236A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2020236A3 (en
Inventor
Roman Hrbáč
Libor Hrdina
Stanislav Mišák
Original Assignee
Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava filed Critical Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava
Priority to CZ2020236A priority Critical patent/CZ2020236A3/en
Publication of CZ308969B6 publication Critical patent/CZ308969B6/en
Publication of CZ2020236A3 publication Critical patent/CZ2020236A3/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L55/00Arrangements for supplying energy stored within a vehicle to a power network, i.e. vehicle-to-grid [V2G] arrangements
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14Plug-in electric vehicles

Abstract

Charger for bidirectional energy flow, which has on the way from the mains voltage source (ug) to the battery: the first bidirectional converter (A) consisting of switches (S1 to S4) operating on the mains frequency, the second bidirectional converter (B) consisting of switches ( S5 to S8) operating at a frequency in the order of hundreds of kHz, a transformer (TR) and a third bidirectional converter (C) consisting of switches (S9 to S12) operating at the same frequency as the second converter. A coil (L) is connected in one of the buses (+, -) connecting the first and second converters (B, C), behind which the buses (+, -) are connected via a separate switch (S13) and a capacitor (C13). The method of controlling the charger by the control unit for the mains battery charging phase consists of a signal from the control unit being switched by a switch (S13) with period T / 2 and the second and third converters (B, C) are switched with period T. For safety reasons, the control unit leaves the switch (S13) open for an additional time during the safety delays tdead and tdelay before the interval to, or after this interval t0.

Description

Nabíječka pro obousměrný tok energie a způsob jejího řízeníCharger for bidirectional energy flow and method of its control

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká nabíječky, která umožňuje jak nabíjení baterie elektromobilu z elektrické sítě nn, tak opačný tok energie, při kterém je energie čerpána z baterie do elektrické sítě nn. Tohoto opačného toku energie lze využít i pro napájení ostrovní sítě (např. energeticky autonomního domu).The invention relates to a charger which allows both the charging of an electric vehicle battery from a low-voltage electrical network and the reverse flow of energy, in which energy is pumped from the battery into the low-voltage electrical network. This opposite flow of energy can also be used to power the island network (eg an energy autonomous house).

Dosavadní stav technikyState of the art

Obousměrné nabíječky daného typu mají na cestě od zdroje síťového napětí k baterii obvykle za sebou řazeny tři obousměrné měniče osazené čtveřicí spínačů s antiparalelními diodami. První obousměrný měnič, který funguje na kmitočtu sítě, dodává druhému obousměrnému měniči stejnosměrný proud. Druhý měnič, který transformuje stejnosměrný proud na střídavý, funguje na kmitočtu v řádu kHz. Následně řazený transformátor dodává třetímu obousměrnému měniči vysokofrekvenční střídavý proud, který pak třetí měnič fungující na shodném kmitočtu jako druhý měnič převádí na proud stejnosměrný, kterým se nabíjí baterie.Bidirectional chargers of a given type usually have three bidirectional converters fitted with four switches with anti-parallel diodes in series on the way from the mains voltage source to the battery. The first bidirectional converter, which operates at the mains frequency, supplies direct current to the second bidirectional converter. The second converter, which converts direct current to alternating current, operates at a frequency in the order of kHz. The subsequent transformer supplies a high-frequency alternating current to the third bidirectional converter, which then converts the third converter operating at the same frequency as the second converter into direct current, which charges the batteries.

K tomuto typu patří např. nabíječky popsané v čínských patentových přihláškách CN 106972604 A a CN 106849294 A. Zde uvedené nabíječky jsou připojeny do trojfázové sítě. Zapojení má napěťový meziobvod a na primární straně transformátoru obsahuje zvyšovací měnič napětí, který zvyšuje napětí v režimu rekuperace energie do sítě. Vzhledem k zapojení více spínacích prvků v sérii, kterými protéká proud, lze zde očekávat vyšší energetické ztráty.This type includes, for example, the chargers described in Chinese patent applications CN 106972604 A and CN 106849294 A. The chargers mentioned here are connected to a three-phase network. The connection has a voltage intermediate circuit and on the primary side of the transformer it contains a step-up voltage converter, which increases the voltage in the mode of energy recovery into the network. Due to the connection of several switching elements in series through which current flows, higher energy losses can be expected here.

Nabíječka popsaná v CN 109808522 A je určena k připojení do jednofázové sítě. Její třetí měnič umožňuje nabíjet zároveň trakční baterii vozidla o napětí 100 V a pomocnou baterii o napětí 12 V. Tato nabíječka má rovněž mezi prvním a druhým měničem zařazen napěťový meziobvod, který obsahuje též akumulační tlumivku. Tu v režimu nabíjení ve vhodných okamžicích zkratuje tranzistor, atak vytváří zvyšující napětí. To umožňuje odebírat ze sítě harmonický proud. Zároveň zde nedochází k nebezpečným napěťovým špičkám. Akumulační tlumivka je zapojena v jedné sběrnici sériově s jedním spínačem, přičemž mezi tlumivkou a tímto spínačem jsou sběrnice propojeny přes další spínač. Proud v tomto zapojení prochází přes více spínacích prvků v sérii, což způsobuje větší energetické ztráty, tj. nižší účinnost.The charger described in CN 109808522 A is intended for connection to a single-phase network. Its third converter allows to charge both the vehicle's traction battery with a voltage of 100 V and the auxiliary battery with a voltage of 12 V. This charger also has a voltage intermediate circuit between the first and second converter, which also contains a storage choke. This is short-circuited by the transistor at the appropriate times in the charging mode, which creates an increasing voltage. This allows harmonic current to be drawn from the network. At the same time, there are no dangerous voltage peaks. The storage choke is connected in one bus in series with one switch, while the buses are connected between the choke and this switch via another switch. The current in this circuit passes through more switching elements in series, which causes greater energy losses, ie lower efficiency.

Vynález si klade za úkol navrhnout obousměrnou nabíječku určenou zejména pro automobily, jejíž schéma zapojení zajišťuje nejmenší hmotnost a rozměry a tím vysokou výkonovou a objemovou hustotu.The object of the invention is to provide a two-way charger intended in particular for automobiles, the circuit diagram of which ensures the smallest weight and dimensions and thus a high power and volume density.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Uvedený úkol splňuje nabíječka pro obousměrný tok energie, která má na cestě od zdroje síťového napětí k baterii za sebou řazeny: první obousměrný měnič tvořený čtyřmi spínači fungující na kmitočtu sítě, druhý obousměrný měnič tvořený čtyřmi spínači fungující na kmitočtu v řádu stovek kHz, transformátor a třetí obousměrný měnič tvořený čtyřmi spínači fungující na shodném kmitočtu jako druhý měnič. Podstata nabíječky spočívá v tom, že v jedné ze sběmic propojujících první a druhý měnič je zapojena cívka, za níž jsou sběrnice propojeny přes samostatný spínač a kondenzátor a přičemž spínače všech tří měničů jsou jednotlivě ovládány z řídicí jednotky.The charger for bidirectional power flow, which has in order on the way from the mains voltage source to the battery: the first bidirectional converter consisting of four switches operating on the mains frequency, the second bidirectional converter consisting of four switches operating on the frequency in the hundreds of kHz, transformer and a third bidirectional converter consisting of four switches operating at the same frequency as the second converter. The essence of the charger lies in the fact that in one of the buses connecting the first and second converter a coil is connected, behind which the buses are connected via a separate switch and capacitor and wherein the switches of all three converters are individually controlled from the control unit.

Podstata inovativního způsobu řízení nabíječky prostřednictvím řídicí jednotky pro fázi nabíjení baterie (BAT) ze sítě, spočívá vtom, že signály z řídicí jednotky je spínán spínač (S13) s periodou 772 a druhý a třetí měnič (B, C) jsou spínány s periodou T, přičemž při současném sepnutí spínačůThe essence of the innovative way of controlling the charger via the control unit for the battery charging phase (BAT) from the mains is that the signals from the control unit are switched by the switch (S13) with period 772 and the second and third converters (B, C) are switched with period T , while closing the switches

-1 CZ 308969 B6 (S5 až Ss) druhého měniče (B) se během časového intervalu t0 akumuluje energie v cívce (L) jako zdroji proudu pro nabíjení baterie (BAT) po jeho usměrnění, přičemž řídicí jednotka z bezpečnostních důvodů ponechává spínač (S13) rozepnutý navíc po dobu bezpečnostních prodlev /dead a ídeiay před intervalem t0 resp. po tomto intervalu t0.-1 CZ 308969 B6 (S5 to Ss) of the second converter (B) energy is accumulated in the coil (L) as a current source for charging the battery (BAT) after its rectification during the time interval t 0, the control unit leaving the switch ( S13) additionally open during safety delays / dead and ídeiay before the interval t 0 resp. after this interval t 0 .

Objasnění výkresůClarification of drawings

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresů, na nichž obr. 1 představuje schéma výhodného zapojení nabíječky podle vynálezu, na obr. 2 jsou spínací diagramy spínačů S5 až S13 pro režim nabíjení a na obr. 3 spínací diagramy spínačů S5 až S13 pro režim vybíjení. Pilové průběhy v prvních 3 řádcích diagramů podle obr. 2 a 3 naznačují funkci hardwarových časovačů (čítají nahoru), které jsou uvnitř mikroprocesoru, přičemž označení Τι, T2, T3, T4 a T8 je jejich skutečné očíslovaní v manuálu mikroprocesoru. Např. Ti je označení časovače 1 a Chi je číslo komparačního kanálu, který patří k tomuto časovači. Zpravidla procesor, který je použit, má čtyři komparační kanály pro jeden časovač. Čtyři kanály mohou být ovládány jedním časovačem. Když hodnota časovače, který čítá, je shodná s hodnotou komparačního registru, dojde ke změně logické úrovně výstupu. Buď z log. 1 do log. 0 nebo naopak, záleží na nastavení.The invention will be further elucidated with the aid of the drawings, in which FIG. 1 is a diagram of a preferred circuit of a charger according to the invention, FIG. 2 are switching diagrams of switches S5 to S13 for charging mode and FIG. Saw waveforms in the first three rows of the diagrams of FIGS. 2 and 3 indicate the function of the hardware timers (counts up) that are inside the microprocessor, wherein the marking Τι, T 2, T 3, T 4 and T 8 are numbered in their actual manual microprocessor. E.g. Ti is the designation of timer 1 and Chi is the number of the comparison channel that belongs to this timer. Typically, the processor that is used has four comparison channels for one timer. Four channels can be controlled by one timer. When the value of the timer it counts is the same as the value of the comparison register, the logic level of the output changes. Either from the log. 1 to log. 0 or vice versa, depending on the setting.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Obousměrná nabíječka, jejíž schéma je na obr. 1 zajišťuje převod elektrického proudu ze zdroje Mg střídavého síťového napětí do baterie BAT. Od zdroje Mg jsou za sebou řazeny: první obousměrný měnič A tvořený spínači Si až S4, fungující na kmitočtu sítě a druhý obousměrný měnič B tvořený spínači S5 až S8. fungující na kmitočtu v řádu stovek kHz. První a druhý měnič A, B jsou propojeny sběrnicemi +, -. Na druhý měnič B je připojen transformátor TR a na něj je zapojen třetí obousměrný měnič C tvořený spínači S9 až S12 fungující na shodném kmitočtu jako druhý měnič B. V jedné ze sběmic + propojujících první a druhý měnič A, B je zapojena cívka L, za níž jsou sběrnice +, - propojeny přes samostatný spínač S13 a kondenzátor C13. Spínače S5 až S13 jsou jednotlivě ovládány z řídicí jednotky, která není na schématu znázorněna.The bidirectional charger, the diagram of which is shown in Fig. 1, ensures the transfer of electric current from the Mg source of mains voltage to the BAT battery. From the Mg source, the following are arranged in sequence: the first bidirectional converter A consisting of switches Si to S 4 , operating at the mains frequency, and the second bidirectional converter B consisting of switches S5 to S 8 . operating at a frequency in the hundreds of kHz. The first and second inverters A, B are connected by +, - buses. A transformer TR is connected to the second converter B and a third bidirectional converter C consisting of switches S9 to S12 operating on the same frequency as the second converter B is connected to it. which the buses +, - are connected via a separate switch S13 and a capacitor C13. Switches S5 to S13 are individually controlled from a control unit, which is not shown in the diagram.

První měnič A na straně sítě přepíná v obou provozních režimech (nabíjení i vybíjení) na nízkém kmitočtu sítě nn. Spínače S5 až Si2 fungují jako obousměrný DC/DC měnič s oddělovacím transformátorem TR. Aby bylo dosaženo co nejnižší hmotnosti a rozměrů celého zařízení, pracuje tento měnič na vysokém kmitočtu (stovky kHz). Jen tak mohou být rozměry a hmotnost transformátoru TR a cívky L výrazně menší. V režimu nabíjení i vybíjení jsou všechny spínací prvky aktivně řízeny, tak aby bylo dosaženo minimálních výkonových ztrát.The first inverter A on the network side switches in both operating modes (charging and discharging) on the low frequency of the LV network. Switches S5 to Si 2 function as a bidirectional DC / DC converter with an isolating transformer TR. In order to achieve the lowest possible weight and dimensions of the entire device, this converter operates at a high frequency (hundreds of kHz). Only in this way can the dimensions and weight of the transformer TR and the coil L be significantly smaller. In both charging and discharging modes, all switching elements are actively controlled to achieve minimum power losses.

V režimu nabíjení první měnič A usměrňuje síťové napětí. Kondenzátor Ci slouží jako vysokofrekvenční filtr bránící přenosu spínacího kmitočtu do napájecí sítě. Cívka L akumuluje energii po dobu sepnutí spínačů S5 až Sg. Z hlediska spínání spínačů S5 až S8 a S9 až Si2 měničů B, C je cívka L zdrojem proudu a tvoří tzv. proudový meziobvod. Zároveň působí jako filtr proti pronikání nežádoucího vysokofrekvenčního rušení do sítě. Přenos energie z cívky L do transformátoru TR probíhá po dobu sepnutí jedné z úhlopříček druhého měniče B, tedy spínačů S5, Sg (kladná půlvlna napětí) resp. Sg, S7 (záporná půlvlna napětí). Sekundární napětí transformátoru TRje pak usměrněno spínači S9 až Si2.In charging mode, the first inverter A rectifies the mains voltage. Capacitor Ci serves as a high-frequency filter preventing the transmission of the switching frequency to the supply network. Coil L accumulates energy as long as switches S5 to Sg are closed. In terms of switching switches S5 to S 8 and S9 to Si 2 of converters B, C, coil L is the current source and forms the so-called current intermediate circuit. At the same time, it acts as a filter against the penetration of unwanted high-frequency interference into the network. The energy transfer from the coil L to the transformer TR takes place during the closing of one of the diagonals of the second converter B, ie switches S5, Sg (positive voltage half-wave) resp. Sg, S7 (negative voltage half-wave). The secondary voltage of the transformer, then rectified TRje switches S9 to SI second

V režimu vybíjení pracuje třetí měnič C se spínači S9 až Si2 ve fúnkci střídače, energie přenesená transformátorem TRje usměrněna spínači Sg až Sg. V daném režimu slouží cívka L společně s kondenzátorem Ci k filtraci pulzního napětí z druhého měniče B. K následnému přenosu energie do elektrické sítě slouží první měnič A se spínači Si až S4 ve funkci střídače.In the discharging mode, the third inverter C operates with switches S9 to Si 2 in the inverter function, the energy transferred by the transformer TR is directed by switches Sg to Sg. In this mode, coil L together with capacitor Ci serves to filter the pulse voltage from the second inverter B. The first inverter A with switches Si to S 4 serves as an inverter for the subsequent transfer of energy to the grid.

Nabíječka v režimu nabíjení (přenos energie ze sítě do baterie) funguje dále popsaným způsobem - viz spínací diagram na obr. 2:The charger in charging mode (transfer of energy from the mains to the battery) works as follows - see the switching diagram in Fig. 2:

- 2 CZ 308969 B6- 2 CZ 308969 B6

1.1 Spínání spínačů Si až S4.1.1 Switching switches Si to S4.

Spínače Si až S4 fungují jako usměrňovači můstek. V principu by to mohl být i neřízený diodový můstek. Pro dosažení vyšší účinnosti (aby na spínačích Si až S4 byly menší úbytky napětí), jsou tyto spínací prvky řízeny. Spínače Si až S4 vždy spínají ve dvojicích Si, S4 a Sg, S3. Spínají síťovým kmitočtem, okamžiky sepnutí jsou vedeny sítí, a to průchodem síťového napětí nulou.Switches S1 to S4 act as a rectifier bridge. In principle, it could also be an uncontrolled diode bridge. These switching elements are controlled to achieve higher efficiency (so that there are smaller voltage drops at switches S1 to S4). Switches S1 to S4 always switch in pairs S1, S4 and Sg, S3. They switch at the mains frequency, the switching moments are guided by the mains, by the passage of the mains voltage to zero.

1.2 Spínání spínačů S3 až Sg a S13.1.2 Switching switches S3 to Sg and S13.

Perioda spínacího cyklu je označena T, což jsou řádově jednotky ps, to odpovídá spínacímu kmitočtu v řádu stovky kHz. Perioda spínání spínače S13 je poloviční (dvojnásobný kmitočet). Spínače S3, Sx spínají a rozpínají současně, stejně tak je to u dvojice spínačů S3, S7. Při následném popisu se vychází z toho, že čas t = 0 není okamžikem startu obvodu, aleje to pouze začátek nové periody. Obvod již byl v dynamickém ustáleném stavu z předchozí periody, cívky a kondenzátory v sobě mají akumulovanou energii.The switching cycle period is denoted by T, which are of the order of ps, which corresponds to a switching frequency in the order of hundreds of kHz. The switching period of switch S13 is halved (double frequency). Switches S3, Sx switch on and off simultaneously, as does the pair of switches S3, S7. In the following description, it is assumed that the time t = 0 is not the moment of the start of the circuit, but only the beginning of a new period. The circuit was already in a dynamic steady state from the previous period, the coils and capacitors have stored energy in them.

1.2.1 Časí = 0.1.2.1 Time = 0.

V čase t = 0 dochází k rozepnutí spínačů S3, Sg, zatímco S3, S7 jsou sepnuté z předchozí periody. Spínač S13 je rozepnut.At time t = 0, switches S3, Sg open, while S3, S7 are closed from the previous period. Switch S13 is open.

Cívkou L teče proud z’l, zatímco proud primárním vinutím transformátoru TR žp je v tuto chvíli nulový. V ideálním případě by proud cívky L měl začít okamžitě téct do primárního vinutí transformátoru TR. Kvůli rozptylové indukčnosti reálného transformátoru to však není možné. Proud z cívky L pokračuje přes antiparalelní diodu spínače S13 do kondenzátoru C13. C13 se nabíjí, hromadí se v něm energie. Zároveň začíná pozvolna narůstat proud zp. Kdyby tam C13 nebyl, vznikla by mezi uzlem 1 a uzlem 0 nebezpečná napěťová špička, která by zničila spínací prvky. To je právě úkolem sériového spojení S13, C13·Current z'l flows through coil L, while the current through the primary winding of the transformer TR ž p is zero at this time. Ideally, the current of coil L should start flowing immediately to the primary winding of the transformer TR. However, this is not possible due to the stray inductance of the real transformer. The current from coil L continues through the anti-parallel diode of switch S13 to capacitor C13. C13 is charging, energy is accumulating in it. At the same time, the current from p . If C13 were not there, a dangerous voltage peak would be created between node 1 and node 0, which would destroy the switching elements. This is exactly the task of the serial connection S13, C13 ·

1.2.2 Čas h.1.2.2 Time h.

V čase ti dojde k sepnutí spínače S13.In time, switch S13 will close.

Čas ti je krátký, řádově jednotky procent doby periody. Je tam vložen jako bezpečnostní prodleva mezi rozepnutím spínačů S3, Sg a sepnutím S13. Jejich společné sepnutí by znamenalo zkrat kondenzátem C13·Your time is short, on the order of a percentage of the period. It is inserted there as a safety delay between opening S3, Sg and closing S13. Their joint switching would mean a short circuit with condensate C13 ·

Proud zp stále narůstá, jak začal v bodě 1.2.1. Po určité době dosáhne stejné hodnoty jako je z’l. V tom okamžiku zaniká proud tekoucí do kondenzátem C13, směr proudu v C13 se obrátí. Kondenzátor C13 se začíná vybíjet do transformátoru TR, proud žp je nyní o proud kondenzátem C13 vyšší než proud z’l.The current from p is still increasing, as started in point 1.2.1. After a while, it reaches the same value as z'l. At that moment, the current flowing into the condensate C13 ceases, the direction of the current in C13 reverses. The capacitor C13 begins to discharge into the transformer TR, the current ž p is now by the current through the condenser C13 higher than the current z'l.

V této části periody dochází k přenosu energie z primární na sekundární stranu transformátoru TR.In this part of the period, energy is transferred from the primary to the secondary side of the TR transformer.

1.2.3 Čas ri.1.2.3 Time ri.

V čase ti dojde k vypnutí spínače S13. Kondenzátor C13 je tímto odpojen od obvodu. Stále trvá přenos energie z primární na sekundární stranu transformátoru TR.In time, switch S13 will switch off. Capacitor C13 is thus disconnected from the circuit. The transfer of energy from the primary to the secondary side of the TR transformer still takes place.

K rozepnutí S13 v čase ti dochází z důvodů, že v čase Ϊ3 jsou současně sepnuty dvojice spínačů S3, Sg a S3, S7 (začíná akumulace energie do tlumivky L). Proto S13 musí vypnout dříve, než budou sepnuty všechny čtyři spínače S3 až Sg, aby nedošlo ke zkratu nabitého kondenzátem C13. Bezpečnostní prodleva mezi ti a h je přibližně jedno procento doby periody T.The opening of S13 at time ti occurs due to the fact that at time Ϊ3 the pairs of switches S3, Sg and S3, S7 are closed at the same time (the accumulation of energy into the choke L begins). Therefore, S13 must turn off before all four switches S3 to Sg are closed to prevent a short circuit charged by condensate C13. The safety delay between ti and h is approximately one percent of the time of period T.

-3CZ 308969 B6-3GB 308969 B6

1.2.4 Čas h.1.2.4 Time h.

V čase 7 dojde k sepnutí spínačů Sg, Sg, spínače Sg, S7 zůstávají sepnuté.At time 7, switches Sg, Sg are closed, switches Sg, S 7 remain closed.

Primární vinutí transformátoru TR je zkratované, proud zp klesá k nulové hodnotě.The primary winding of the transformer TR is short-circuited, the current from p decreases to zero.

Okamžitá hodnota usměrněného napětí sítě Uá je nyní na cívce L, proud cívkou L roste a akumuluje se v ní energie.The instantaneous value of the rectified mains voltage Uá is now on coil L, the current through coil L increases and energy accumulates in it.

Tento stav trvá až do času 1/27. Dobu jeho trvání označujeme jako dobu překrytí t0 (overlap).This condition lasts until time 1/27. We refer to its duration as the overlap time t 0 (overlap).

Prodlužováním t0, tedy snižováním hodnoty 7 se zvýší energie akumulovaná v cívce L, proud tekoucí cívkou L a v konečném důsledku i celková energie přenášená na sekundární stranu transformátoru.Increasing t 0 , i.e. decreasing the value 7, increases the energy accumulated in the coil L, the current flowing through the coil L and, ultimately, the total energy transmitted to the secondary side of the transformer.

Naopak zkracováním t0 (zvyšováním hodnoty 7) se celkové množství energie snižuje.Conversely, by shortening t 0 (increasing the value of 7), the total amount of energy decreases.

Zároveň s posouváním 7 se musí posouvat i 7, aby byla zachována bezpečnostní prodleva popsaná v části 1.2.3.Simultaneously with the shift 7, the slide 7 must also be moved in order to maintain the safety delay described in section 1.2.3.

1.2.5 Čas 1/27.1.2.5 Time 1/27.

Čas 1/27 je polovina periody; děj se začíná opakovat s tím rozdílem, že dvojice Sg, Sg a Sg, S7 si vyměnily roli.Time 1/27 is half of the period; the plot begins to repeat with the difference that the pairs Sg, Sg and Sg, S 7 exchanged roles.

V čase 1/27 dochází k rozepnutí spínačů Sg, S7 zatímco Sg, Sg jsou sepnuté z předchozí periody. Spínací prvek Sb je rozepnut.At time 1/27, the switches Sg, S 7 open, while Sg, Sg are closed from the previous period. Switching element Sb is open.

Cívkou L teče proud z’l, zatímco proud zp primárním vinutím transformátoru TR je v tuto chvíli nulový. V ideálním případě by proud cívky L měl začít okamžitě téct do primárního vinutí transformátoru TR. Kvůli rozptylové indukčnosti reálného transformátoru to však není možné. Proud z cívky L pokračuje přes antiparalelní diodu spínače Sb do kondenzátoru Cb. Kondenzátor Cb se nabíjí, hromadí se v něm energie. Zároveň začíná pozvolna narůstat proud zp.Current z'l flows through coil L, while current z p through the primary winding of transformer TR is zero at this time. Ideally, the current of coil L should start flowing immediately to the primary winding of the transformer TR. However, this is not possible due to the stray inductance of the real transformer. The current from coil L continues through the anti-parallel diode of switch Sb to capacitor Cb. Capacitor Cb charges, energy accumulates in it. At the same time, the current from p .

Kdyby tam Cb nebyl, vznikla by mezi uzlem 1 a uzlem 0 nebezpečná napěťová špička, která by zničila spínací prvky. Zabránit tomu je právě úkolem sériového spojení Sb, Cb.If Cb was not there, a dangerous voltage peak would be created between node 1 and node 0, which would destroy the switching elements. To prevent this, it is the task of the serial connection Sb, Cb.

1.2.6 Čas 1/27+tí.1.2.6 Time 1/27 + t.

Dojde k sepnutí spínače Sb. Situace je analogická k té, která je popsána v 1.2.2.The switch Sb is closed. The situation is analogous to that described in 1.2.2.

1.2.7 Čas 1/27+7.1.2.7 Time 1/27 + 7.

Dojde k vypnutí spínače Sb. Situace je analogická k té, která je popsána v 1.2.3.The switch Sb is switched off. The situation is analogous to that described in 1.2.3.

1.2.8 Čas 1/27+7.1.2.8 Time 1/27 + 7.

Dojde k sepnutí Se, Sg. Nastává doba překrytí 7, tak jak je popsáno v 1.2.4.Se, Sg. The overlap time 7 occurs, as described in 1.2.4.

1.2.9 Čas 7.1.2.9 Time 7.

V čase 7, což je jedna perioda spínacího cyklu, se celý děj opakuje zcela stejně, jako začal v okamžiku 7=0.At time 7, which is one period of the switching cycle, the whole process is repeated exactly as it started at time 7 = 0.

1.3 Spínání spínačů Sg až Sb.1.3 Switching of switches Sg to Sb.

-4CZ 308969 B6-4CZ 308969 B6

Spínací prvky S9 až S12 fungují jako usměrňovač, který usměrňuje střídavé napětí s kmitočtem stovek kHz na výstupu transformátoru TR.Switching elements S9 to S12 function as a rectifier which rectifies an alternating voltage with a frequency of hundreds of kHz at the output of the transformer TR.

V nejjednodušším případě by pro tento účel stačil diodový můstek. Použité diody musí ovšem být dostatečně rychlé. Protože použité spínací prvky (tranzistory typu MOSFET) mají v sepnutém stavu menší úbytek napětí než dioda v propustném směru, je usměrňovač spínaný (řízený), aby se zmenšily výkonové ztráty. Zároveň musí být tento můstek osazen aktivními spínacími prvky z důvodu možnosti reverzní funkce nabíječky (přenos energie z baterie do elektrické sítě).In the simplest case, a diode bridge would suffice for this purpose. However, the diodes used must be fast enough. Because the switching elements used (MOSFETs) have a smaller voltage drop in the closed state than the diode in the forward direction, the rectifier is switched (controlled) to reduce power losses. At the same time, this jumper must be equipped with active switching elements due to the possibility of the reverse function of the charger (energy transfer from the battery to the mains).

1.3.1 Čas t = 0.1.3.1 Time t = 0.

V čase t = 0 došlo k rozepnutí spínače Sn. Spínače S9 až S12 jsou nyní všechny rozepnuté, usměrňovači měnič C fúnguje pouze jako neřízený, diodový. V čase t = 0 je sekundární proud transformátoru zs nulový, nulový je i primární proud zp. S tím, jak začíná postupně narůstat proud zp, viz 1.2.1, začíná narůstat i proud zs, který se uzavírá přes antiparalelní diody spínačů S10 a Sn.At time t = 0, the Sn switch opened. Switches S9 to S12 are now all open, rectifier converter C only functions as an uncontrolled, diode. At time t = 0, the secondary current of the transformer z s is zero, the primary current z p is also zero. As the current from p gradually begins to increase, see 1.2.1, so does the current from s , which closes through the anti-parallel diodes of switches S10 and Sn.

1.3.2 Čas h.1.3.2 Time h.

V čase ti dojde k sepnutí spínačů S10 a Sn a proud protéká přes ně, namísto jejich antiparalelních diod, čímž se sníží výkonové ztráty. V této fázi se přenáší největší část energie do baterie BAT.In time, switches S10 and Sn close and current flows through them, instead of their anti-parallel diodes, thus reducing power losses. At this stage, most of the energy is transferred to the BAT battery.

1.3.3 Čas 7.1.3.3 Time 7.

Dojde k rozepnutí spínače S10, zatímco Sn zůstává stále sepnutý.Switch S10 opens, while Sn remains closed.

Rozepnutí S10 se děje proto, že za okamžik, v čase 7 bude primární vinutí transformátoru TR zkratováno současným sepnutím spínačů S5 až S8 (viz. 1.2.4.). Kdyby bylo zároveň zkratováno primární vinutí a sepnuty oba spínače S10 a Sn, obrátil by se tok energie, energie by tekla z baterie BAT do transformátoru TR. k čemuž nesmí dojít.Opening S10 occurs because in a moment, at time 7, the primary winding of the transformer TR will be short-circuited by simultaneously closing switches S5 to S 8 (see 1.2.4.). If the primary winding were short-circuited at the same time and both switches S10 and Sn were closed, the energy flow would be reversed, energy would flow from the BAT battery to the transformer TR. which must not happen.

1.3.4 Čas h.1.3.4 Time h.

V čase h se stav spínačů S9 až S12 nemění.At time h, the state of switches S9 to S12 does not change.

1.3.5 Čas 1/27.1.3.5 Time 1/27.

Čas UTT je polovina periody, děj se začíná opakovat s tím rozdílem, že dvojice spínačů S9, Sn a S10, Sn si vyměnily roli. Dochází k rozepnutí spínače Sn. Usměrňovači měnič C funguje jako neřízený, proud zs sekundárního vinutí transformátoru TR. postupně roste z nulové hodnoty a uzavírá se přes antiparalelní diody spínačů S9 a Sn.The UTT time is half of the period, the process begins to repeat, with the difference that the pairs of switches S9, Sn and S10, Sn have exchanged roles. The Sn switch opens. Rectifier converter C functions as an uncontrolled current from the secondary winding of the transformer TR. it gradually grows from zero and closes via the anti-parallel diodes of switches S9 and Sn.

1.3.6 Čas 1/27+/1.1.3.6 Time 1/27 + / 1.

V čase /1 dojde k sepnutí spínačů S9, Sn a proud přes ně začíná téci, namísto jejich antiparalelních diod. Tím se sníží výkonové ztráty. V této fázi se přenáší největší část energie do baterie.At time / 1, switches S9, Sn are closed and current begins to flow through them, instead of their anti-parallel diodes. This reduces power losses. At this stage, most of the energy is transferred to the battery.

1.3.7 Čas 1/27+7.1.3.7 Time 1/27 + 7.

Dojde k rozepnutí spínače S^, zatímco Sn zůstává stále sepnutý. Jde o analogickou situaci jako 1.3.3.Switch S1 is opened while Sn remains closed. This is an analogous situation to 1.3.3.

1.3.8 Čas 1/27+7.1.3.8 Time 1/27 + 7.

V čase 7 se sepnutí spínačů S9 až Sn nemění.At time 7, the closing of switches S9 to Sn does not change.

-5CZ 308969 B6-5CZ 308969 B6

1.3.9 Čas T.1.3.9 Time T.

V čase T, což je jedna perioda spínacího cyklu, se celý děj opakuje zcela stejně, jako začal v okamžiku T= 0.At time T, which is one period of the switching cycle, the whole process is repeated exactly as it started at time T = 0.

Nabíječka v režimu vybíjení (přenos energie z baterie do sítě) funguje dále popsaným způsobem viz spínací diagram na obr. 3.The charger in the discharge mode (transfer of energy from the battery to the mains) works as described below, see the switching diagram in Fig. 3.

2.1 Spínání spínačů Si až S4.2.1 Switching switches Si to S4.

Spínače Si až S4 fungují jako můstek ve střídačovém režimu. Přepínají polaritu stejnosměrného napětí ua, podle toho, jaká je právě polarita v síti. Samotné napětí není konstantní hodnota, ale změnami šířek jednotlivých časů 0 až C je modulováno tak, že jeho tvar je opakující se přibližně sinusová půlvlna. Měnič A se spínači Si až S4tyto půlvlny podle potřeby invertuje, a tak přivádí do sítě střídavé napětí přibližně sinusového průběhu.Switches S1 to S4 function as a jumper in inverter mode. They switch the polarity of the DC voltage ua, depending on the polarity in the network. The voltage itself is not a constant value, but by changing the widths of the individual times 0 to C, it is modulated so that its shape is a repeating approximately sinusoidal half-wave. Inverter A with switches S1 to S4 inverts these half-waves as required, thus supplying an AC voltage of approximately sinusoidal to the network.

2.2 Spínání spínačů S9 až S12.2.2 Switching switches S9 to S12.

Perioda spínacího cyklu je označena T, což jsou řádově jednotky ps, to odpovídá spínacímu kmitočtu stovky kHz.The switching cycle period is denoted by T, which are of the order of ps, which corresponds to a switching frequency of hundreds of kHz.

Při následném popisu se vychází z toho, že čas t = 0 není okamžikem startu obvodu, aleje to pouze začátek nové periody. Kondenzátory a cívky jsou v dynamickém ustáleném stavu z předchozí periody.In the following description, it is assumed that the time t = 0 is not the moment of the start of the circuit, but only the beginning of a new period. Capacitors and coils are in dynamic steady state from the previous period.

Spínače S9 až S12 fungují jako střídačový můstek, rozstřídávají stejnosměrné napětí baterie BAT na střídavé, které je dále transformováno transformátorem TR.Switches S9 to S12 function as an inverter bridge, they alternate the DC voltage of the BAT battery to AC, which is further transformed by the transformer TR.

Označení jednotlivých vinutí transformátoru je ponecháno v této části výkladu stejně jako při výkladu nabíjecího režimu. Tedy vinutí na straně baterie BAT zůstává sekundární a vinutí na straně sítě primární, i když v tomto režimu je jejich funkce obrácená.The designation of the individual windings of the transformer is left in this part of the explanation as well as in the explanation of the charging mode. Thus, the winding on the battery side of the BAT remains secondary and the winding on the mains side primary, even if in this mode their function is reversed.

2.2.1 Čas t = 0.2.2.1 Time t = 0.

V čase t = 0 sepnou spínače S^, S12, na sekundární vinutí transformátoru TR je přivedeno napětí baterie BAT. Sekundárním a následně i primárním vinutím transformátoru TR začíná téct proud. Tím se přenáší energie z baterie BAT na stranu sítě.At time t = 0, the switches S1, S12 close, and the battery voltage BAT is applied to the secondary winding of the transformer TR. Current begins to flow through the secondary and subsequently also the primary winding of the transformer TR. This transfers energy from the BAT battery to the grid side.

2.2.2 Čas h.2.2.2 Time h.

V čase ti se stav spínačů S9 až S12 nemění.In time, the state of switches S9 to S12 does not change.

2.2.3 Čas Í2.2.2.3 Time Í2.

V čase ti se stav spínačů S9 až S12 nemění.In time, the state of switches S9 to S12 does not change.

2.2.4 Čas 6.2.2.4 Time 6.

V čase h dojde k rozepnutí spínače Sg. Přenos energie z baterie BAT na stranu sítě končí. Změnou času h se reguluje střední hodnota proudu atím hodnota přenášené energie. Čas lze měnit v rozsahu ti až ti. Podrobněji k času 6 v bodě 2.3.3. a k času 6 v bodě 2.2.6.At time h, switch Sg opens. The transfer of energy from the BAT battery to the network side ends. By changing the time h, the mean value of the current and thus the value of the transmitted energy are regulated. The time can vary from ti to ti. For more details on time 6 in point 2.3.3. and to time 6 in paragraph 2.2.6.

Následuje popis, co se v této situaci v obvodě děje, i když to nemá bezprostřední význam pro vysvětlení spínacího diagramu:The following is a description of what happens in the circuit in this situation, although this is not of immediate relevance to the explanation of the circuit diagram:

-6CZ 308969 B6-6CZ 308969 B6

Napětí mezi uzly 0 a 1 klesá k nule. Spínač S12 zůstává sepnutý. Napětí u9 a us klesají k nule, avšak proudy primárním i sekundárním vinutím transformátoru TR nejsou nulové. Protože v rozptylové indukčnosti transformátoru TR je akumulována energie, oba proudy cirkulují „naprázdno“ v uzavřených smyčkách.The voltage between nodes 0 and 1 drops to zero. Switch S12 remains closed. The voltages at 9 and at s decrease to zero, but the currents in the primary and secondary windings of the transformer TR are not zero. Because energy is stored in the stray inductance of the TR transformer, both currents circulate "idle" in closed loops.

Proud zs protéká smyčkou tvořenou sekundárním vinutím transformátoru TR, sepnutým spínačem S12 a antiparalelní diodou spínače Sn.The current z s flows through a loop formed by the secondary winding of the transformer TR, closed by the switch S12 and the anti-parallel diode of the switch Sn.

Proud íp teče smyčkou tvořenou primárním vinutím transformátoru TR. spínačem S^, cívkou L, střídačovým měničem A se spínači Si až S4 paralelně s kondenzátorem C a spínačem Ss. Jelikož napětí mezi uzly 0 a 1 je v tuto chvíli nulové, je nutné pro překonání napětí Uá vytvořit ve smyčce stejně velké napětí opačné polarity. Toto napětí vytvoří cívka L.The current ip flows through the loop formed by the primary winding of the transformer TR. switch S1, coil L, inverter A with switches S1 to S4 in parallel with capacitor C and switch Ss. Since the voltage between nodes 0 and 1 is currently zero, it is necessary to create an equally large voltage of opposite polarity in the loop to overcome the voltage Ua. This voltage is created by coil L.

2.2.5 Čas tu.2.2.5 Time here.

V čase 7 se stav spínačů S9 až S12 nemění.At time 7, the state of switches S9 to S12 does not change.

2.2.6 . Čas ti.2.2.6. Time for you.

V čase ti rozpíná spínač S12. Tento okamžik se mírně předbíhá (řádově o % doby periody T), před polovinou periody 772. Tímto způsobem vznikne tzv. mrtvá doba 7ead před sepnutím Sm.In time, switch S12 opens for you. This moment is slightly ahead (by the order of% of the time of period T), before the middle of period 772. In this way, the so-called dead time 7ead before the closing of Sm.

2.2.7 Čas MÍT.2.2.7 TIME.

Čas 1/27je polovina periody. Od tohoto okamžiku se děj opakuje, ale s opačnou polaritou proudu tekoucí transformátorem s tím rozdílem, že dvojice spínačů S9, S12 si vymění roh s dvojicí S10, Sn.Time 1/27 is halfway through the period. From this moment on, the process repeats, but with the opposite polarity of the current flowing through the transformer, with the difference that the pair of switches S9, S12 exchange the corner with the pair S10, Sn.

Sepnou spínače S10, Sn, na sekundární vinutí transformátoru TR je přivedeno napětí baterie BAT. ale v opačné polaritě než v 2.2.1. Sekundárním i primárním vinutím transformátoru TR začíná téct proud v opačné polaritě než ve 2.2.1. Přenáší se energie z baterie BAT na stranu sítě.The switches S10, Sn close, the battery voltage BAT is applied to the secondary winding of the transformer TR. but in the opposite polarity than in 2.2.1. Current flows in the opposite polarity than in 2.2.1 through the secondary and primary windings of the transformer TR. The energy from the BAT battery is transferred to the mains side.

2.2.8 Čas 1/27 + h.2.2.8 Time 1/27 + h.

V čase 1/27 + ti se stav spínačů S9 až S12 nemění.At time 1/27 + ti, the state of switches S9 to S12 does not change.

2.2.9 Čas 7.2.2.9 Time 7.

V čase 1/27 + ti se stav spínačů S9 až S12 nemění.At time 1/27 + ti, the state of switches S9 to S12 does not change.

2.2.10 Čas 1/27+7.2.2.10 Time 1/27 + 7.

V čase 1/27 + 7 dojde k rozepnutí spínače S10. Přenos energie z baterie BAT na stranu sítě končí. Pro tento čas analogicky platí to, co bylo napsáno pro čas 7 v bodě 2.2.4.At time 1/27 + 7, switch S10 will open. The transfer of energy from the BAT battery to the network side ends. For this time, what was written for time 7 in point 2.2.4 applies by analogy.

2.2.11 Čas 1/27+7.2.2.11 Time 1/27 + 7.

V čase 1/27 + 7 se stav spínačů S9 až S12 nemění.At time 1/27 + 7, the state of switches S9 to S12 does not change.

2.2.12 Čas 1/27+7.2.2.12 Time 1/27 + 7.

V čase 1/27 + 7 se vypíná spínač Sn. Tento okamžik se mírně předbíhá (řádově o 1% doby periody 7), před periodou T. Tímto způsobem vznikne tzv. mrtvá doba 7ead před sepnutím S^.At time 1/27 + 7, the Sn switch is switched off. This moment is slightly ahead (by the order of 1% of the period 7), before the period T. In this way, the so-called dead time 7ead occurs before the switching on S ^.

2.2.13 Čas 7.2.2.13 Time 7.

-7 CZ 308969 B6-7 CZ 308969 B6

V čase T, což je jedna perioda spínacího cyklu, se celý děj opakuje zcela stejně, jako začal v okamžiku T= 0.At time T, which is one period of the switching cycle, the whole process is repeated exactly as it started at time T = 0.

2.3 Spínání spínačů Ss až S8 a S13.2.3 Switching switches Ss to S 8 and S13.

Spínače Ss až S8 tvoří v podstatě aktivní usměrňovači měnič B. V principu by místo nich stačil diodový můstek (spínací prvky obsahují antiparalelní diody, které mohou plnit funkci usměrňovače). Z důvodu zvýšení účinnosti jsou však spínací prvky řízeny; sepnutý tranzistor MOS-FET má nižší úbytek napětí než dioda.Switches Ss to S 8 essentially form an active rectifier converter B. In principle, a diode bridge would suffice instead (switching elements contain anti-parallel diodes, which can perform the function of a rectifier). However, to increase efficiency, the switching elements are controlled; a closed MOS-FET transistor has a lower voltage drop than a diode.

Dvojice spínačů Sg, S8 a Sg, S? spínají současně. Zjednodušeně lze říci, že v okamžiku, kdy by přirozeně tekl proud určitou antiparalelní diodou, je sepnut i k ní příslušný spínač.Pair of switches Sg, S 8 and Sg, S? they switch at the same time. Simply put, at the moment when the current would naturally flow through a certain anti-parallel diode, the corresponding switch is also closed.

Kondenzátor C13 se spínačem S13 slouží k omezení napěťových špiček, které v obvodě vznikají mezi uzly 0 a 1 při přepnutí polarity napětí na transformátoru TR v okamžiku t = 0 a t = H2T. Vznikající napěťové špičky a jejich energie jsou sice menší než při fúnkci obvodu v režimu nabíječky, nicméně tam jsou a ohrožovaly by prvky obvodu přepětím, proto je nutné je omezit. Při vzniku napěťové špičky tuto pohltí kondenzátor C13, samovolně přes antiparalelní diodu spínače Si3. V určitém okamžiku pracovního cyklu se nahromaděná energie vybije zpět do obvodu sepnutím spínače S13.Capacitor C13 with switch S13 is used to limit the voltage peaks that occur in the circuit between nodes 0 and 1 when switching the voltage polarity on the transformer TR at time t = 0 and t = H2T. The resulting voltage peaks and their energies are smaller than when the circuit is operating in the charger mode, however, they are there and would threaten the circuit elements by overvoltage, so it is necessary to limit them. When a voltage peak occurs, it is absorbed by capacitor C13, spontaneously via the anti-parallel diode of switch Si3. At a certain point in the operating cycle, the accumulated energy is discharged back into the circuit by closing switch S13.

2.3.1 Čas t = 0.2.3.1 Time t = 0.

V čase t = 0 se stav spínačů Sg až S8, ani S13 nemění.At t = 0 the switch Sg to state S 8, or S13 unchanged.

2.3.2 Čas h.2.3.2 Time h.

V čase ti spíná dvojice spínačů Sg, Sg a zároveň S13. Čas ti je řádově 1 až 2 % doby periody T.In time, a pair of switches Sg, Sg and at the same time S13 switches on you. The time ti is of the order of 1 to 2% of the time of the period T.

2.3.3 Čas Í2.2.3.3 Time Í2.

V čase /2 vypíná spínač S13.In time / 2, switch S13 switches off.

Čas 7 je opožděn za časem ti řádově 1 až 2 % doby periody T.Time 7 is delayed by time ti of the order of 1 to 2% of the time of period T.

2.3.4 Čas 6.2.3.4 Time 6.

V čase h se stav spínačů Sg až Sg, ani S13 nemění.At time h, the state of switches Sg to Sg and S13 does not change.

2.3.5 Čas ri.2.3.5 Time ri.

V čase ri dochází k vypnutí dvojice spínačů Sg, Sg. Čas 7 je opožděn řádově 1 % doby periody T za časem C.At time ri, the pair of switches Sg, Sg is switched off. Time 7 is delayed by about 1% of the time of period T after time C.

2.3.6 Čas Í5.2.3.6 Time Í5.

V čase ti se stav spínačů Sg až Sg, ani S13 nemění.Over time, the state of switches Sg to Sg and S13 does not change.

2.3.7 Čas 1/27.2.3.7 Time 1/27.

Čas 1/27 je polovina periody. Od tohoto okamžiku se děj opakuje tak, jak započal v čase t = 0, s tím rozdílem, že dvojice spínačů Sg, Sg si vymění roli s dvojicí Sg, Sg.Time 1/27 is half of the period. From this moment on, the process repeats as it started at time t = 0, with the difference that the pair of switches Sg, Sg exchanges a role with the pair Sg, Sg.

V čase 1/27 se stav spínačů Sg až Sg, ani S13 nemění.At time 1/27, the state of switches Sg to Sg and S13 does not change.

-8CZ 308969 B6-8CZ 308969 B6

2.3.8 Čas 1/27+7.2.3.8 Time 1/27 + 7.

V čase 1/27 + 7 spíná dvojice spínačů Se, 87a zároveň S13. Čas 7 je řádově 1 až 2 % doby periody 7.At time 1/27 + 7, the pair of switches Se, 87a switches at the same time S13. Time 7 is of the order of 1 to 2% of period 7.

2.3.9 Čas 1/27+7.2.3.9 Time 1/27 + 7.

V čase 1/27 + ti vypíná spínač S13. Čas 1/27 + ti je opožděn za časem 1/27 + /1 řádově 1 až 2 % doby periody T.At time 1/27 + ti, switch S13 switches off. Time 1/27 + ti is delayed by time 1/27 + / 1 of the order of 1 to 2% of the period T.

2.3.10 Čas 1/27+7.2.3.10 Time 1/27 + 7.

V čase 1/27 + 7 se stav spínačů S5 až Sg, ani S13 nemění.At time 1/27 + 7, the state of switches S5 to Sg and S13 does not change.

2.3.11 Čas 1/2T + 7.2.3.11 Time 1 / 2T + 7.

V čase 1/27 + 7 dochází k vypnutí dvojice spínačů Se, Sj. Čas 1/27 + 7 je opožděn řádově 1 % doby periody 7 za časem 1/2T + 7.At time 1/27 + 7, the pair of switches Se, Sj is switched off. Time 1/27 + 7 is delayed by about 1% of the period 7 after time 1 / 2T + 7.

2.3.12 Čas 1/2T + 7.2.3.12 Time 1 / 2T + 7.

V čase 1/27 + 7 se stav spínačů Ssaž Sg, ani S13 nemění.At time 1/27 + 7, the state of the Sg and S13 switches does not change.

2.3.13 Čas 7.2.3.13 Time 7.

V čase 7, což je jedna perioda spínacího cyklu, se celý děj opakuje zcela stejně, jako začal v okamžiku 7=0.At time 7, which is one period of the switching cycle, the whole process is repeated exactly as it started at time 7 = 0.

Claims (4)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Nabíječka pro obousměrný tok energie, která má na cestě od zdroje (wg) síťového napětí k baterii (BAT) za sebou řazeny: první obousměrný měnič (A) tvořený spínači (Si až S4) fungující na kmitočtu sítě, druhý obousměrný měnič (B) tvořený spínači (S5 až Ss) fungující na kmitočtu v řádu stovek kHz, transformátor (TR) a třetí obousměrný měnič (C) tvořený spínači (S9 až S12) fungující na shodném kmitočtu jako druhý měnič (B), vyznačující se tím, že v jedné ze sběmic (+, -) propojujících první a druhý měnič (A, B) je zapojena cívka (L), za níž jsou sběrnice (+, -) propojeny přes samostatný spínač (S13) a kondenzátor (C13) a přičemž spínače (Si až S13) jsou jednotlivě ovládány z řídicí jednotky.1. Charger for bidirectional energy flow, which has in series on the way from the source (w g ) mains voltage to the battery (BAT): the first bidirectional converter (A) consisting of switches (Si to S 4 ) operating on the mains frequency, the second bidirectional a converter (B) consisting of switches (S5 to Ss) operating at a frequency in the hundreds of kHz, a transformer (TR) and a third bidirectional converter (C) consisting of switches (S9 to S12) operating at the same frequency as the second converter (B), characterized by in that a coil (L) is connected in one of the buses (+, -) connecting the first and second converters (A, B), behind which the buses (+, -) are connected via a separate switch (S13) and a capacitor (C13) and wherein the switches (S1 to S13) are individually controlled from the control unit. 2. Způsob řízení nabíječky pro obousměrný tok energie podle nároku 1 prostřednictvím řídicí jednotky pro fázi nabíjení baterie (BAT) ze sítě, vyznačující se tím, že signály z řídicí jednotky je spínán spínač (S13) s periodou 772 a druhý a třetí měnič (B, C) jsou spínány s periodou T, přičemž při současném sepnutí spínačů (S5 až Ss) druhého měniče (B) se během časového intervalu t0 akumuluje energie v cívce (L) jako zdroji proudu pro nabíjení baterie (BAT) po jeho usměrnění, přičemž řídicí jednotka z bezpečnostních důvodů ponechává spínač (S13) rozepnutý navíc po dobu bezpečnostních prodlev /dead a /delay před intervalem t0 resp. po tomto intervalu t0.A method of controlling a bidirectional power flow charger according to claim 1 via a mains charging phase (BAT) control unit, characterized in that the signals from the control unit are switched by a switch (S13) with a period of 772 and a second and a third converter (B). , C) are switched with period T, while when the switches (S5 to Ss) of the second converter (B) are closed at the same time, energy is accumulated in the coil (L) during the time interval t 0 as a current source for charging the battery (BAT) after its rectification, wherein, for safety reasons, the control unit keeps the switch (S13) open for the duration of the safety delays / dead and / delays before the interval t 0 resp. after this interval t 0 . 3. Způsob řízení nabíječky podle nároku 2, vyznačující se tím, že signály z řídicí jednotky jsou spínány spínače (S5 až S13) na časové ose takto:Charger control method according to claim 2, characterized in that the signals from the control unit are switched by switches (S5 to S13) on the time axis as follows: v čase Tiin time Ti V Case Ti T /delayV Case Ti T / delay V Čase 71 + T/2 -t0- /dead v čase Ti + T/2 -t0 v čase Ti + T/2In Time 71 + T / 2 -t 0 - / dead at time Ti + T / 2 -t 0 at time Ti + T / 2 V Čase Ti + T/2 + /delayIn Time Ti + T / 2 + / delay V Case Ti + T - t0 - /dead v čase E + T -10 v čase E + T a cyklus se opakuje.In Case Ti + T - t 0 - / dead at time E + T -1 0 at time E + T and the cycle is repeated. spínače (S5, Ss) rozepnou, spínače (Se, S7) jsou sepnuty a ostatní spínače rozepnuty;switches (S5, Ss) open, switches (Se, S7) are closed and other switches are open; spínače (S10, Su, S13) sepnou;switches (S10, Su, S13) close; spínače (S10, S13) rozepnou;switches (S10, S13) open; spínače (S5, Ss) sepnou;switches (S5, Ss) close; spínače (Se, S7, Sn) rozepnou;switches (Se, S7, Sn) open; spínače (S9, S12, S13) sepnou;switches (S9, S12, S13) close; spínače (S9, S13) rozepnou;switches (S9, S13) open; spínače (Se, S7) sepnou;switches (Se, S7) close; spínače (S5, Ss, S12) rozepnou, spínače (Se, S7) jsou sepnuty, ostatní spínače rozepnuty;switches (S5, Ss, S12) open, switches (Se, S7) are closed, other switches open; 4. Způsob řízení nabíječky pro obousměrný tok energie podle nároku 1 prostřednictvím řídicí jednotky pro fázi přenosu energie z baterie (BAT) do elektrické sítě, vyznačující se tím, že signály z řídicí jednotky je spínač (S13) spínán s periodou T/2 a druhý a třetí měnič (B, C) jsou spínány s periodou T, přičemž při následujícím spínáním spínačů (S5 až S13) řídicí jednotkou v časové ose filtrují cívka (L) s kondenzátorem (C13) pulzní napětí vytvořené měniči (B, C) z napětí baterie (BAT) k přenosu energie z baterie (BAT) do elektrické sítě:A method of controlling a charger for bidirectional power flow according to claim 1 by means of a control unit for the phase of energy transfer from the battery (BAT) to the mains, characterized in that the signal from the control unit is a switch (S13) switched with period T / 2 and the second. and the third converter (B, C) are switched with period T, the next time the switches (S5 to S13) are switched by the control unit in the time axis, the coil (L) with capacitor (C13) filters the pulse voltage generated by the converter (B, C) from the voltage batteries (BAT) to transfer energy from the battery (BAT) to the mains: v čase Eat time E V Case Ti T /delayV Case Ti T / delay V Čase Ti + /delay + ÍS13 v čase Ti + ^on v čase Ti + ton 4“ /delayAt time Ti + / delay + ÍS13 at time Ti + ^ on at time Ti + ton 4 “/ delay V Čase Ti + T/2 - /dead v čase Ti + T/2At time Ti + T / 2 - / dead at time Ti + T / 2 V Čase Ti + T/2 + /delay v čase Ti + T/2 + /si3 v čase Ti + T/2 + /on v čase Ti + T/2 + /on > /delay v čase Ti + T - /dead spínače (S9, S12) sepnou a ostatní jsou rozepnuty;At time Ti + T / 2 + / delay at time Ti + T / 2 + / si 3 at time Ti + T / 2 + / on at time Ti + T / 2 + / on> / delay at time Ti + T - / dea d switches (S9, S12) close and the others are open; spínače (S5, Ss, S13) sepnou;switches (S5, Ss, S13) close; spínač (Si3) rozepne;the switch (Si 3 ) opens; spínač (S9) rozepne;switch (S9) opens; spínače (S5, Ss) rozepnou;switches (S5, Ss) open; spínač (S12) rozepne;switch (S12) opens; spínače (S10, Sn) sepnou;switches (S10, Sn) close; spínače (Se, S7, Si3) sepnou;switches (Se, S7, Si 3 ) close; spínač (Si3) rozepne;switch (S i3 ) opens; spínač (S10) rozepne;switch (S10) opens; spínače (Se, S7) rozepnou;switches (Se, S7) open; spínač (Sn) rozepne;switch (Sn) opens; -10CZ 308969 B6 v čase 7 + 7 spínače (S9, S12) sepnou a ostatní jsou rozepnuty a cyklus se opakuje, přičemž Geadje bezpečnostní časová prodleva před TU, /delay je zpoždění 2,5 % T, /suje doba sepnutí 5 (S13) 1,25 až 2,5 % 7a /on je regulovaná doba přenosu proudu z baterie (BAT), která činí od 2,5 % do 48,75 % T.-10GB 308969 B6 at time 7 + 7 switches (S9, S12) close and the others are open and the cycle is repeated, while Gead is the safety time delay before TU, / delay is a delay of 2.5% T, / s is closed time 5 (S13 ) 1.25 to 2.5% 7a / on is a regulated battery current transfer time (BAT) of 2.5% to 48.75% T.
CZ2020236A 2020-04-24 2020-04-24 Charger for bidirectional energy flow and controlling it CZ2020236A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020236A CZ2020236A3 (en) 2020-04-24 2020-04-24 Charger for bidirectional energy flow and controlling it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020236A CZ2020236A3 (en) 2020-04-24 2020-04-24 Charger for bidirectional energy flow and controlling it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ308969B6 true CZ308969B6 (en) 2021-10-27
CZ2020236A3 CZ2020236A3 (en) 2021-10-27

Family

ID=78149157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2020236A CZ2020236A3 (en) 2020-04-24 2020-04-24 Charger for bidirectional energy flow and controlling it

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2020236A3 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105490363A (en) * 2016-01-06 2016-04-13 北京新能源汽车股份有限公司 Vehicle-mounted bidirectional charger and electric vehicle
CN109728624A (en) * 2018-12-27 2019-05-07 台达电子企业管理(上海)有限公司 Vehicle-mounted charge-discharge system
EP3567711A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-13 Delta Electronics, Inc. Module of suppressing inrush current, method of controlling the same and on-board bidirectional charger using the same
CN110481361A (en) * 2019-08-08 2019-11-22 西安工业大学 The vehicle-mounted two-way charger centerline construction of electric car and its control method
CN110509796A (en) * 2019-08-30 2019-11-29 深圳市高斯宝电气技术有限公司 A kind of vehicle-mounted bidirectional charger circuit of electric car
CN110682810A (en) * 2019-09-29 2020-01-14 深圳威迈斯新能源股份有限公司 Single-three phase compatible high-efficiency vehicle-mounted bidirectional charger
CN110745029A (en) * 2019-11-08 2020-02-04 成都信息工程大学 Vehicle-mounted bidirectional charger

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105490363A (en) * 2016-01-06 2016-04-13 北京新能源汽车股份有限公司 Vehicle-mounted bidirectional charger and electric vehicle
EP3567711A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-13 Delta Electronics, Inc. Module of suppressing inrush current, method of controlling the same and on-board bidirectional charger using the same
CN109728624A (en) * 2018-12-27 2019-05-07 台达电子企业管理(上海)有限公司 Vehicle-mounted charge-discharge system
CN110481361A (en) * 2019-08-08 2019-11-22 西安工业大学 The vehicle-mounted two-way charger centerline construction of electric car and its control method
CN110509796A (en) * 2019-08-30 2019-11-29 深圳市高斯宝电气技术有限公司 A kind of vehicle-mounted bidirectional charger circuit of electric car
CN110682810A (en) * 2019-09-29 2020-01-14 深圳威迈斯新能源股份有限公司 Single-three phase compatible high-efficiency vehicle-mounted bidirectional charger
CN110745029A (en) * 2019-11-08 2020-02-04 成都信息工程大学 Vehicle-mounted bidirectional charger

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2020236A3 (en) 2021-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3787171B1 (en) Isolated dc/dc converters for wide output voltage range and control methods thereof
US10833594B2 (en) System and method of controlling a power converter having an LC tank coupled between a switching network and a transformer winding
CN113261191B (en) Bidirectional multiport power conversion system and method
TWI517545B (en) Bi-directional dc converter
US9887615B1 (en) Bidirectional insulated DC-DC converter
US9479048B2 (en) Resonant isolated active power factor correction (PFC) rectifier
US11901826B2 (en) Isolated DC/DC converters for wide output voltage range and control methods thereof
US8115460B2 (en) Power conversion with zero voltage switching
US20100181963A1 (en) Battery Charger and Method for its Operation
US6069800A (en) Line harmonic correcting flyback power converter
KR101648633B1 (en) Voltage converter
EP3432456A1 (en) Switched-capacitor converters with capacitor pre-charging
US6677730B2 (en) Device and method for pulse charging a battery and for driving other devices with a pulse
EP3916984A1 (en) Isolated dc/dc converters for wide output voltage range and control methods thereof
US9906148B2 (en) Method for controlling a full-bridge DC-dc converter
US20220302844A1 (en) Control method for a dc-dc converter and dc-dc converter
Dutta et al. A soft-switched flyback converter with recovery of stored energy in leakage inductance
TWI709291B (en) Power converter and control circuit thereof
CZ308969B6 (en) Charger for bidirectional energy flow and controlling it
JPH10262380A (en) Current feeding apparatus
CZ34455U1 (en) Two-way charger, especially for cars
CN114930703A (en) DC power converter
Arias et al. Equalization system for serially-connected battery cells based on the wave-trap concept
Sobrayen et al. Modeling and ZVS constraints of the Hybrid-bridge LLC resonant converter for MHz level operation
Sobrayen et al. Modeling and ZVS Constraints of the Hybrid LLC Resonant Converter for MHz Level Operation