Heutzutage das Grundproblem der modernen Antriebe ist die enorme Belastung der DC-Versorgung mit Zwischenkreis, DC-Bordnetzen, der Akkumulatoren, der HV-Li-Ionen-Akkumulatoren durch die Anlaufströme der Motoren und dann Überspannung – Energieüberschuss verbunden mit Rekuperation, dann auch eingeschränkte Lebensdauer wegen ziemlich schnellen und intensiven Ladungstransports, womit die chemischen Abläufe stark beansprucht werden und bei der Trafo-Versorgung ist die übermäßige Dimensionierung des Transformators/Drossel für die maximalen Stromanforderungen für die Anlaufströme. Weiterer Einschränkung der Batterie bei Entladen durch schnelle Stromschaltvorgänge in den Antrieben ist die ziemlich schlechte Dynamik – Spannungszusammenbruch – Dropout) wegen ziemlich hohen inneren Widerstand der Batterie, des Akkumulators, eines Zwischenkreises (ZK) ebenso bei beim Ladenvorgang – schnelle Ladungsüberschuss, was zu Überspannung führen konnte. Zusätzlich durch den sehr intensiven Ladungstransports zwischen Batterie und Last kann weiter zur starken Senkung der HV-Speicherkapazität, Senkung der Kapazität der 12 V-Batterie, Lebensdauer führen, aufgrund der starken Beanspruchung der chemischen Prozessen in den Energiespeicher.Nowadays the basic problem of modern drives is the enormous load of the DC supply with DC link, DC on-board networks, the accumulators, the HV Li-ion accumulators through the starting currents of the motors and then overvoltage - energy surplus connected with recuperation, then also limited lifetime because of fairly fast and intense charge transport, which puts heavy strain on the chemical processes, and in the transformer supply, the excessive sizing of the transformer / choke is the maximum current requirements for the starting currents. Further limitation of the battery when discharged by fast current switching operations in the drives is the rather poor dynamics - voltage breakdown - dropout) due to rather high internal resistance of the battery, the accumulator, a DC link (DC) also during charging - fast excess charge, resulting in overvoltage could. In addition, due to the very intense charge transport between battery and load can further lead to strong reduction of the HV storage capacity, reducing the capacity of the 12 V battery, life, due to the heavy use of chemical processes in the energy storage.
Die problematischen Eigenschaften der DC-Versorgung, des Akkumulators löst gerade nach der Anmeldung das Kondensatormodul zur Beschleunigung eines Lade-Entladevorgangs insbesondere eines Akkumulators, eventuell eines Zwischenkreises, das damit gekennzeichnet ist, dass zu der Beschleunigung und der Stromunterstützung der Lade-, Entladevorgängen wird ein Kondensator 1 so eingeschaltet, dass sein +–Pol wird mit dem +–Pol des Akkumulators 6 über einen Ladeelement 3 und Entladenelement 2 und eventuell mit langsamen Entladenelement 4 verbunden Wobei der –Pol des Kondensators 1 und –Pol des Akkumulators 6 zusammen verbunden sind. Bei einem Ladungsüberschuss eventuell mit der entsprechenden kleinen Überspannung auf dem ZK-Zwischenkreis, Akkumulator 6 verbunden, wird das Ladeelement 3 aktiviert und das Ladungsüberschuss in den Kondensator 1 schnell abgeführt. Das Ladungsüberschuss wird dann langsam und schönend über das langsame Entladenelement 4 an den Akkumulator 6 übertragen bis sich die beide Spannungen gleichen aus. Umgekehrt wenn es plötzlich zu Ladungsanforderung, eventuell mit einer Spannungs-Drop-Out verbunden, kommt, öffnet sich schnell das Entladenelement 2 und die notwendige Ladungsmenge aus dem Kondensator (1) wird an den Akkumulator 6 eventuell an einer parallel geschaltete Last übertragen bis sich bis sich die beide Spannungen ausgleichen. Die Funktion des Kondensatormoduls eventuell deaktiviert wird, damit dass der Kondensator 1 über das Ladeelement 3 und/oder Entladenelement 2 mit dem +Pol gewisse Zeit geschaltet wird und der Kondensator 1 als parallel zu dem Akkumulator 6 angeschlossene Kapazität dient. In dem Zusammenhang die Elemente – das Ladeelement 3 und/oder das Entladenelement 2 und/oder das langsame Entladenelement 4, als analog- oder digitalgesteuerten (ev. PWM) aktiven Zweipolen beschaltet sein können und von den entsprechenden Ausgängen der ZK/AMS-Einheit – 17 (Zwischenkreis/Akkumulator Management Systems) gesteuert sein können. Die ZK/AMS-Einheit 17 direkt und optimal nach Bedarf bestimmt, bei welchen Spannungsdifferenzen zwischen ZK-Spannung und Spannung auf dem Kondensator 1, die einzelne Elemente, das Ladeelement 3, das Entladenelement 2 und das langsame Entladenelement 4 – schalten sollten, die einzelne – Ladevorgang, Entladevorgang und langsame Entladevorgang aktiviert werden. Weiter zu Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des ZKs, Akkumulators kann man einsetzen einen Kondensatormodul mit Boost-DC-DC-Wandler zur Beschleunigung des Lade-, Entladevorgangs eines Akkumulators, eventuell eines Zwischenkreises, ist damit gekennzeichnet, dass zu der Beschleunigung und der Strom-, Energieunterstützung der Lade-, Entladevorgängen wird ein standardbeschalteter Boost-DC-DC-Wandler mit zwei Kondensatoren – Eingangskondensator (1A) und Ausgangskondensator (1B), deren +Pole über eine, in Reihe angeschlossene, Sammlungsinduktivität 13 und diode 14 verbunden sind. Ein Pol des Schaltelementes 15 ist zwischen der Sammlungsinduktivität 13 und Anode der diode 14 angeschlossen; der zweite Pol des Schaltelementes 15 ist mit –Pol der beiden Kondensatoren und –Pol des Akkumulators 6 und –Pol des notwendigen Reglers verbunden. Wobei der +–Pol des Eingangskondensators (1A) ist mit dem +–Pol des Akkumulators 6 über ein Ladeelement 3 verbunden und umgekehrt +–Pol des Ausgangskondensator (1B) ist mit dem +–Pol des Akkumulators 6 über ein Entladenelement 2 und eventuell mit langsamen Entladenelement 4 verbunden.The problematic properties of the DC supply, the accumulator solves just after the application, the capacitor module to accelerate a charge-discharge, in particular a battery, possibly an intermediate circuit, which is characterized in that to the acceleration and the current support of the charging, discharging is a capacitor 1 So turned on, that its + pole is connected to the + pole of the accumulator 6 via a charging element 3 and unloading element 2 and possibly with a slow discharge element 4 Where the pole of the capacitor 1 and -Pol of the accumulator 6 connected together. In the event of excess charge, this may be due to the corresponding low overvoltage on the DC link, accumulator 6 connected, the charging element becomes 3 activated and the charge surplus in the capacitor 1 quickly dissipated. The charge surplus then becomes slow and beautiful over the slow discharge element 4 to the accumulator 6 transferred until the two voltages are the same. Conversely, when it suddenly comes to charge request, possibly connected to a voltage drop-out, the discharge element quickly opens 2 and the necessary amount of charge from the capacitor ( 1 ) goes to the accumulator 6 possibly transmitted to a parallel load until the two voltages equalize. The function of the capacitor module may be disabled so that the capacitor 1 over the charging element 3 and / or unloading element 2 with the + Pol certain time is switched and the capacitor 1 as parallel to the accumulator 6 connected capacity is used. In this context the elements - the charging element 3 and / or the unloading element 2 and / or the slow discharge element 4 , can be connected as analog or digitally controlled (possibly PWM) active dipoles and from the corresponding outputs of the ZK / AMS unit - 17 (DC link / accumulator management systems) can be controlled. The ZK / AMS unit 17 determined directly and optimally as needed, at which voltage differences between the ZK voltage and voltage on the capacitor 1 , the individual elements, the charging element 3 , the unloading element 2 and the slow unloading element 4 - should turn on the individual - charging, discharging and slow discharging process are activated. Further to improve the dynamic characteristics of the ZKs, one can use a capacitor module with boost DC-DC converter to accelerate the charging and discharging of an accumulator, possibly an intermediate circuit, is characterized in that to the acceleration and the current, Charge / Discharge Energy Support is a standard two-capacitor boost DC-DC converter - input capacitor ( 1A ) and output capacitor ( 1B ), whose + poles have a collection inductance connected in series 13 and diode 14 are connected. One pole of the switching element 15 is between the collection inductance 13 and anode of the diode 14 connected; the second pole of the switching element 15 is with -Pol of the two capacitors and pole of the accumulator 6 and pole of the necessary regulator connected. Where the + pole of the input capacitor ( 1A ) is with the + pole of the accumulator 6 via a charging element 3 connected and vice versa + pole of the output capacitor ( 1B ) is with the + pole of the accumulator 6 via a discharge element 2 and possibly with a slow discharge element 4 connected.
Wie beim Boost-Wandler üblich ist steuert der Regler – ZK/AMS-Einheit 17 PWM-mäßig das Schaltelement 15 über seinen Steuereingang eventuell sein Gate so, dass die Spannung Uca =<< Uzk auf dem Eingangskondensator (1A) wird möglich niedrig vom Regler gehalten um Ladungsüberschuss am Akkumulator 6 – eventuell am Zwischenkreis (ZK) über das Ladeelement 3 schnell, je nach dynamischen Anforderungen – bei kleiner Überspannung und/oder bei steiler Flanke und/oder einer externen Anforderung, abführen zu können. Hier wird die Ladung an den Ausgangskondensator (1B) abgeführt und damit auch gewisse Ladungsüberschuss und maximale Spannung Ucb >= Uzk gehalten um schnelle Leistung/Stromanforderung vom ZK – Zwischenkreis, je nach dynamischen Anforderungen – z. B. bei kleiner Unterspannung und/oder bei steiler fallenden Flanke und/oder einer Energieanforderung, ausführen zu können. Entladenelement 2 oder eventuell das langsame Entladenelement 4 eventuell mit einem in Reihe angeschlossenen Filter 7 sorgt dafür das Ladungsüberschuss vom Ausgangskondensator (1B) langfristig an den Akkumulator 6 zu übertragen. Die Funktion des Kondensatormoduls eventuell deaktiviert wird, damit dass der Eingangskondensator (1A) über das Ladeelement 3 und der Ausgangskondensator (1B) uber das Entladenelement 2 mit dem +Pol gewisse Zeit geschaltet wird und die beide Kondensatoren als parallel zu dem Akkumulator 6 angeschlossene Kapazität dienen.As is usual with the boost converter, the controller controls the ZK / AMS unit 17 PWM-moderately the switching element 15 via its control input, its gate may be such that the voltage Uca = << Uzk on the input capacitor ( 1A ) is kept low by the regulator to charge surplus at the accumulator 6 - possibly on the DC link (ZK) via the charging element 3 fast, depending on dynamic requirements - to be able to dissipate - with small overvoltage and / or with steep edge and / or an external requirement. Here, the charge to the output capacitor ( 1B ) and thus also certain charge surplus and maximum voltage Ucb> = Uzk kept to fast power / current demand from the DC link, depending on dynamic requirements - eg. B. at low undervoltage and / or at steep falling edge and / or a power requirement, to be able to execute. discharging element 2 or possibly the slow unloading element 4 possibly with a filter connected in series 7 ensures the charge surplus from the output capacitor ( 1B ) long term to the accumulator 6 transferred to. The function of the capacitor module may be disabled so that the input capacitor ( 1A ) over the loading element 3 and the output capacitor ( 1B ) over the unloading element 2 with the + Pol certain time is switched and the two capacitors as parallel to the accumulator 6 connected capacity serve.
Eventuell weiter wird die Energiequelle – der Akkumulators 6 vom Last – Zwischenkreis über ein von der ZK/AMS-Einheit 17 gesteuerten Schaltelement 20 getrennt und dann die beide Kondensatoren – der Eingangskondensator (1A), Ausgangskondensator (1B), die diode 14 und die Sammlungsinduktivität 13 als Filter dienen.Further possibly becomes the energy source - the accumulator 6 from the load DC link via one of the ZK / AMS unit 17 controlled switching element 20 separated and then the two capacitors - the input capacitor ( 1A ), Output capacitor ( 1B ), the diode 14 and the collection inductance 13 serve as a filter.
Für den Fall, eines Ladungs-Spannungsüberschusses auf dem ZK ist gedacht ein Kondensatormodul mit Boost-DC-DC-Wandler zur Beschleunigung des Entladevorgangs eines Akkumulators, eventuell eines Zwischenkreises, dass damit gekennzeichnet ist, ist damit gekennzeichnet, dass zu der Beschleunigung und der Stromunterstützung der Ladevorgänge wird ein standartbeschalteter Boost-DC-DC-Wandler mit bloß einem Kondensatoren – Eingangskondensator (1A), dessen +Pole über eine, in Reihe angeschlossene, Sammlungsinduktivität 13 und die Diode 14 mit dem +–Pol des Akkumulators 6 entweder direkt oder über das Entladeelement 2 verbunden ist. Ein Pol des Schaltelementes 15 ist zwischen der Sammlungsinduktivität 13 und Anode der Diode 14 angeschlossen; der zweite Pol des Schaltelementes 15 ist mit –Pol des Eingangs-kondensators (1A), und –Pol der Batterie und –Pol des notwendigen Reglers – ZK/AMS-Einheit 17 verbunden ist. Der Regler steuert PWM-mäßig das Schaltelement 15 über seinen Steuereingang eventuell sein Gate so, dass die Ladung vom Eingangskondensator (1A) an den Akkumulator 6 eventuell Zwischenkreis abgeführt wird, so dass der Eingangskondensator (1A) bereit ist, bei kleiner Überspannung und/oder bei steiler steigenden Flanke und/oder einer Anforderung, eine transiente Überspannung – Ladungsüberschuss vom Akkumulator 6 – Zwischenkreis entsprechend schnell über das Ladeelement 3 zu übernehmen. Der +–Pol des Eingangskondensators (1A) ist mit dem +–Pol des Akkumulators 6 über ein Ladeelement 3 verbunden. Die Spannung auf dem Eingangskondensator (1A) wird möglich niedrig vom Regler gehalten um eine Überspannung – Ladungsüberschuss am Akkumulator 6 eventuell am ZK über das Ladeelement 3 schnell abführen zu können. Die Funktion des Kondensatormoduls eventuell deaktiviert wird, damit dass der Eingangskondensator (1A) über das Ladeelement 3 mit dem +Pol gewisse Zeit geschaltet wird und der Kondensator als parallel zu dem Akkumulator 6 angeschlossene Kapazität dient Eventuell weiter wir die Energiequelle – der Akkumulators 6 vom Last – Zwischenkreis über ein von der ZK/AMS-Einheit 17 gesteuerten Schaltelement 20 getrennt und dann der Eingangskondensator (1A), die diode 14 und die Sammlungsinduktivität 13 als Filter dienen. Für den Fall der schnellen Stromanforderung auf dem ZK ist gedacht das Kondensatormodul mit Boost-DC-DC-Wandler zur Beschleunigung des Entladevorgangs eines Akkumulators, eventuell eines Zwischenkreises, das damit gekennzeichnet ist, dass zu der Beschleunigung und der Stromunterstützung der Lade-, Entladevorgängen wird ein standartbeschalteter Boost-DC-DC-Wandler mit bloß einem Ausgangskondensator (1B), dessen +Pole über eine, in Reihe angeschlossene, Diode 14 und die Sammlungsinduktivität 13 direkt oder eventuell über Ladeelement 3 und gleichzeitig über Entladeelement 2 mit dem +Pol des Akkumulators verbunden ist. Ein Pol des Schaltelementes 15 ist zwischen der Sammlungsinduktivität 13 und Anode der Diode 14 angeschlossen; der zweite Pol des Schaltelementes 15 ist mit –Pol des Ausgangskondensators (1B) und –Pol des Akkumulators und –Pol des notwendigen Reglers verbunden.In the event of a charge voltage surplus on the ZK is thought of a capacitor module with boost DC-DC converter to accelerate the discharge of an accumulator, possibly an intermediate circuit that is characterized, is characterized in that the acceleration and the current support the charging process, a stand-alone boost DC-DC converter with just one capacitor input capacitor ( 1A ), whose + pole has a series inductance connected in series 13 and the diode 14 with the + -pol of the accumulator 6 either directly or via the discharge element 2 connected is. One pole of the switching element 15 is between the collection inductance 13 and anode of the diode 14 connected; the second pole of the switching element 15 is with -Pol of the input capacitor ( 1A ), and -Pol of the battery and -Pol of the necessary regulator - ZK / AMS unit 17 connected is. The controller controls the switching element PWM-moderately 15 via its control input may be its gate so that the charge from the input capacitor ( 1A ) to the accumulator 6 possibly intermediate circuit is discharged, so that the input capacitor ( 1A ) is ready, at low overvoltage and / or at steep rising edge and / or a request, a transient overvoltage - charge surplus from the accumulator 6 - DC link correspondingly fast over the charging element 3 to take over. The + pole of the input capacitor ( 1A ) is with the + pole of the accumulator 6 via a charging element 3 connected. The voltage on the input capacitor ( 1A ) is kept low by the regulator around an overvoltage - charge surplus at the accumulator 6 possibly at the central station via the charging element 3 to dissipate quickly. The function of the capacitor module may be disabled so that the input capacitor ( 1A ) over the loading element 3 with the + Pol certain time is switched and the capacitor as parallel to the accumulator 6 connected capacity Any further we serve the power source - the accumulator 6 from the load DC link via one of the ZK / AMS unit 17 controlled switching element 20 separated and then the input capacitor ( 1A ), the diode 14 and the collection inductance 13 serve as a filter. In the case of the rapid power requirement on the CC, the capacitor module with boost DC-DC converter is intended to accelerate the discharge of an accumulator, possibly an intermediate circuit, which is characterized in that the acceleration and the current support of the charging and discharging operations a stand-alone boost DC-DC converter with only one output capacitor ( 1B ), whose + pole is connected via a diode connected in series 14 and the collection inductance 13 directly or possibly via charging element 3 and at the same time via unloading element 2 connected to the + pole of the accumulator. One pole of the switching element 15 is between the collection inductance 13 and anode of the diode 14 connected; the second pole of the switching element 15 is with -Pol of the output capacitor ( 1B ) and pole of the accumulator and pole of the necessary regulator.
Wie beim Standard-Boost-Wandler steuert der Regler PWM-mäßig das Schaltelement 15 über seinen Steuereingang eventuell Gate so, dass eine hoher Spannung Ucb > Uzk (Ladungsüberschuss, Energiereserve) auf dem Ausgangskondensators (1B) gebildet wird um eine schnelle Leistung/Stromanforderung an ZK – Zwischenkreis, eventuell Akkumulator 6, bei kleiner Unterspannung und/oder bei steiler fallenden Flanke und/oder einer Energieanforderung, vom Ausgangskondensators (1B) über das Entladeelement 2 an ZK entsprechend schnell überführen zu können. Die Funktion des Kondensatormoduls eventuell deaktiviert wird, damit dass der Ausgangskondensator (1B) über das Entladenelement 2 mit dem +Pol gewisse Zeit geschaltet wird und als parallel angeschlossene Kapazität zu dem Akkumulator 6 dient. Eventuell weiter wird die Energiequelle – der Akkumulators 6 vom Last – Zwischenkreis über ein von der ZK/AMS-Einheit 17 gesteuerten Schaltelement 20 getrennt und dann der Ausgangskondensators (1B), die Diode 14 und die Sammlungsinduktivität 13 als Filter dienen.As with the standard boost converter, the controller PWM-moderately controls the switching element 15 via its control input possibly gate so that a high voltage Ucb> Uzk (charge surplus, energy reserve) on the output capacitor ( 1B ) is formed by a fast power / current requirement at DC link, possibly accumulator 6 , with a small undervoltage and / or with a steep falling edge and / or a power requirement, from the output capacitor ( 1B ) via the unloading element 2 to transfer to ZK accordingly fast. The function of the capacitor module may be disabled so that the output capacitor ( 1B ) over the unloading element 2 is switched with the + Pol certain time and as a parallel connected capacity to the accumulator 6 serves. Further possibly becomes the energy source - the accumulator 6 from the load DC link via one of the ZK / AMS unit 17 controlled switching element 20 separated and then the output capacitor ( 1B ), the diode 14 and the collection inductance 13 serve as a filter.
Bei den beschriebenen Kondensatormodulen können die Steuerungseingänge des Ladeelements 3, des Entladenelements 2 und des langsamen Entladenelements 4 von der Ausgängen der eigenen Spannungskomparatoren 5 eventuell mit der Hysteresis gesteuert sein, wobei die Differenz-Eingänge der Spannungskomparatoren 5 immer zwischen +Pol des Akkumulators 6 und +Pol des Kondensators 1 oder eventuell +Pol des Eingangskondensators 1A, oder +Pol des Ausgangskondensators 1B angeschlossen sind. Die Hysteresis der einzelnen Komparatoren 5 bestimmen, bei welchen Spannungsdifferenzen zwischen dem ZK, Akkumulator 6 und Kondensator 1 oder die einzelne – Ladevorgang und Entlade-Vorgang und langsame Entlade-Vorgang aktiviert werden.In the described capacitor modules, the control inputs of the charging element 3 , the unloading element 2 and the slow unloading element 4 from the outputs of its own voltage comparators 5 possibly controlled by the hysteresis, with the differential inputs of the voltage comparators 5 always between + pole of the accumulator 6 and + pole of the capacitor 1 or possibly + pole of the input capacitor 1A , or + pole of the output capacitor 1B are connected. The hysteresis of the individual comparators 5 determine at which voltage differences between the ZK, accumulator 6 and capacitor 1 or the individual - charging and discharging process and slow discharge process can be activated.
Der Kondensatormodul kann diskret aufgebaut sein und die Steuerungseingänge des Ladeelements 3, des Entladenelements 2 und des langsamen Entladenelements 4 von der Ausgängen der eigenen Spannungskomparatoren 5 eventuell mit Hysteresis, angeschlossen und gesteuert sein, wobei die Differenz-Eingänge der Spannungskomparatoren 5 immer zwischen +Pol des Akkumulators 6 und +Pol des Kondensators 1 oder eventuell +Pol des Eingangskondensators (1A), oder +Pol des Ausgangskondensators (1B) angeschlossen sind. Die Spannungsdifferenz an der einzelnen Komparatoren 5 und/oder die Steilheit der Spannungsflanken +Uzk (Ub) und/oder die dynamischen Anforderungen an +Uzk (+Ub) bestimmen, bei welchen Spannung +Uzk, +Ub Akkumulator 6, +Uc Kondensator 1 und mit welcher Verzögerung die einzelne – Ladevorgang und Entlade-Vorgang und langsame Entlade-Vorgang aktiviert werden.The capacitor module may be constructed discretely and the control inputs of the charging element 3 , the unloading element 2 and the slow unloading element 4 from the outputs of its own voltage comparators 5 possibly with hysteresis, connected and controlled, with the differential inputs of the voltage comparators 5 always between + pole of the accumulator 6 and + pole of the capacitor 1 or possibly + pole of the input capacitor ( 1A ), or + pole of the output capacitor ( 1B ) are connected. The voltage difference at the individual comparators 5 and / or the steepness of the voltage edges + Uzk (Ub) and / or the dynamic requirements of + Uzk (+ Ub) determine at which voltage + Uzk, + Ub accumulator 6 , + Uc capacitor 1 and with what delay the individual - charging and discharging process and slow discharging process are activated.
Bei den Kondensatormodulen insbesondere bei den Kondensatormodulen mit Boost-DC-DC-Wandler kann die Funktion des Reglers durch der ZK/AMS-Einheit 17 (Zwischenkreis/Akkumulator Management Systems) implementiert sein und die einzelne Elemente – das Schaltelement 15 das Ladeelement 3, das Entladeelement 2 und eventuell das langsame Entladenelement 4 von der ZK/AMS-Einheit 17, über die entsprechende Steuerungseingänge gesteuert sein.In the case of the capacitor modules, in particular in the case of the capacitor modules with boost DC-DC converter, the function of the controller can be performed by the ZK / AMS unit 17 (DC link / accumulator management systems) to be implemented and the individual elements - the switching element 15 the charging element 3 , the discharge element 2 and possibly the slow unloading element 4 from the CC / AMS unit 17 be controlled via the corresponding control inputs.
Die Funktion der ZK/AMS-Einheit 17 liegt in der Daueraufnahme der Spannungen aus dem Zwischenkreis +Uzk, des Akkumulators 6 einschließlich der Steilheit der steigenden/fallenden Flanken, je nach Beschattung, die Spannungen aus dem Ausgangskondensators (1B), eventuell +Uca aus dem Eingangskondensators (1A), weiter in der Auswertung der Daten und der Auswertung der dynamischen Anforderungen – direkt aus der Spannungen oder durch ein Kommunikationsbus und in der Steuerung der einzelnen Elementen – das Schaltelement 15 das Ladeelement 3, das Entladeelement 2 und eventuell das langsame Entladenelement 4 optimal (digital EIN/AUS, PWM) und damit nach Bedarf die einzelne – Ladevorgänge, Entladevorgänge und eventuell die langsame Entladevorgänge.The function of the ZK / AMS unit 17 lies in the permanent recording of the voltages from the intermediate circuit + Uzk, the accumulator 6 including the slope of the rising / falling edges, depending on shading, the voltages from the output capacitor ( 1B ), possibly + Uca from the input capacitor ( 1A ), in the evaluation of the data and the evaluation of the dynamic requirements - directly from the voltages or by a communication bus and in the control of the individual elements - the switching element 15 the charging element 3 , the discharge element 2 and possibly the slow unloading element 4 Optimal (digital ON / OFF, PWM) and thus as required, the individual - loading, unloading and possibly the slow unloading.
Bei der Beschreibung der einzelnen Kondensatormodulen kann der Akkumulator 6 auch ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ein Blei-Akkumulator, Nicd-Akkumulator oder eine aufladbare Batterie – eine Lithium-Ionen-Batterie, oder eine DC-Versorgung, ein DC-Bordnetz darstellen.In the description of the individual capacitor modules, the accumulator 6 Also, a lithium-ion battery, a lead-acid battery, Nicd accumulator or a rechargeable battery - a lithium-ion battery, or a DC supply to represent a DC electrical system.
Als der Kondensator 1, Eingangskondensator 1A, Ausgangskondensator 1B – können die Ultra-Cup-Kondensatoren oder/und die Folienkondensator oder/und die Elektrolytkondensatoren angewendet sein und die genannten einzelnen Kondensatoren können eventuell eine Kondensator-Batterie aus zwei oder mehreren Kondensatoren bilden. Das Ladeelement 3 und Entladenelement 2 können entweder als Zweipolen beschaltet sein und die weiter aus Dioden oder aus Überspannungsschutz-Dioden und (R)-Elementen und eventuell aus Widerständen, eventuell aus Kondensatoren, eventuell aus Induktivitäten je nach Anforderungen bestehen; und/oder dass die Ladeelemente 3, Entladenelemente 2 und die langsame Entladenelemente 4 als digitalgesteuerten aktiven Zweipolen (Ein/Aus, PWM) beschaltet sind und aus gesteuerten elektrischen/elektronischen Schalter – Relais, IGBT, MOSFET und eventuell weiter aus RC-Glied, RCL-Glied je nach Anforderungen bestehen. Als das Schaltelement 15 ist ein gesteuerter elektronischer Halbleiter-Schalter, ein Transistor IGBT, MOSFET vorgesehen.As the capacitor 1 , Input capacitor 1A , Output capacitor 1B The ultra-cup capacitors and / or the film capacitor and / or the electrolytic capacitors may be used, and said individual capacitors may possibly form a capacitor battery of two or more capacitors. The charging element 3 and unloading element 2 can either be connected as a two-terminal and further consist of diodes or surge protection diodes and (R) elements and possibly resistors, possibly of capacitors, possibly of inductors depending on requirements; and / or that the loading elements 3 , Unloading elements 2 and the slow unloading elements 4 are connected as digitally controlled active bipolar (on / off, PWM) and consist of controlled electrical / electronic switch - relay, IGBT, MOSFET and possibly further from RC element, RCL element depending on requirements. As the switching element 15 a controlled electronic semiconductor switch, a transistor IGBT, MOSFET is provided.
Die Funktion der beiden einzelne Elementen – des Ladeelementes 3 und das Entladeelementes 2 und eventuell auch des langsamen Entladenelementes 4 kann ein Element, entweder das Ladeelement 3 oder das Entladeelement 2, übernehmen.The function of the two individual elements - the charging element 3 and the discharge element 2 and possibly also the slow unloading element 4 can be an element, either the charging element 3 or the discharge element 2 , take.
Für die dynamischen Management auf dem ZK, Akkumulator ist vorgeschlagen ein Energiemanagementsystem eines Zwischenkreises mit Kondensatormodulen, dass damit gekennzeichnet ist, dass ein oder mehrere Kondensatormodulen 11 mit zwei – mit dem Eingangskondensator (1A) und dem Ausgangskondensator (1B), und/oder ein oder mehrere Kondensatormodulen 11 mit einem Kondensator – mit dem Kondensator 1, Eingangskondensator (1A) oder mit dem Ausgangskondensator (1B), parallel auf dem Zwischenkreis, eventuell parallel zu dem Akkumulator 6 oder DC-Bordnetz, beschaltet werden und von der ZK/AMS-Einheit 17 gesteuert werden, so dass nach bedarf ein oder mehrere Eingangskondensatoren (1A) leer gesteuert werden (Uca =<< Uzk) und ein oder mehrere Ausgangskondensatoren (1B), mit Überspannung – Energieüberschuss (Ucb >= Uzk) gesteuert werden. Die leere Eingangskondensatoren (1A) werden damit vorbereiten um eine Überspannung (Energieüberschuss) auf dem ZK über die Ladeelemente 3, bei kleiner Überspannung und/oder bei steiler Flanke und/oder einer Anforderung, aufzunehmen und umgekehrt die Ausgangskondensatoren (1B) werden damit vorbereiten ein schneller Energiebedarf dem ZK über die Entladenelemente 2, bei kleiner Unterspannung und/oder bei steiler fallenden Flanke und/oder einer Energieanforderung, abzugeben, um ein Spannungszusammenbruch des ZK zu verhindern. Der einen oder mehreren Kondensatormodulen 11 und die die einzelne – Ladevorgänge, Entladevorgänge und eventuell die langsame Entladevorgänge werden von der ZK/AMS-Einheit 17 (Zwischenkreis/Akkumulator-Managementsystem) optimal je nach Bedarf und je nach der Auswertung der Spannungsverhältnissen am ZK, Akkumulator 6, je nach dynamischen Strom/Leistungsanforderungen eventuell aus einem Kommunikationsbus, gesteuert.For the dynamic management on the ZK, accumulator is proposed an energy management system of a DC link with capacitor modules that is characterized in that one or more capacitor modules 11 with two - with the input capacitor ( 1A ) and the output capacitor ( 1B ), and / or one or more capacitor modules 11 with a capacitor - with the capacitor 1 , Input capacitor ( 1A ) or with the output capacitor ( 1B ), parallel to the DC link, possibly parallel to the accumulator 6 or DC on-board network, and are wired by the ZK / AMS unit 17 be controlled so that, as needed, one or more input capacitors ( 1A ) are controlled empty (Uca = << Uzk) and one or more output capacitors ( 1B ), with overvoltage - energy surplus (Ucb> = Uzk). The empty input capacitors ( 1A ) will prepare for an overvoltage (excess energy) on the ZK via the charging elements 3 , with a small overvoltage and / or with a steep edge and / or a request, and vice versa, the output capacitors ( 1B ) will thus prepare a quick energy demand to the CC via the unloading elements 2 , with a small undervoltage and / or with a steep falling edge and / or a power requirement to deliver to To prevent voltage breakdown of the ZK. The one or more capacitor modules 11 and the single - load operations, unloads and possibly the slow unloads are done by the ZK / AMS unit 17 (DC link / accumulator management system) optimally as needed and depending on the evaluation of the voltage conditions at the ZK, accumulator 6 , possibly controlled by a communication bus, depending on the dynamic current / power requirements.
Die Funktion der Kondensatormodulen eventuell gewisse Zeit deaktiviert werden, damit dass die Eingangskondensator (1A), die Ausgangskondensatoren (1B) mit dem +Pol gewisse Zeit geschaltet werden und dann die beide Kondensatoren als parallel zu dem Akkumulator 6 angeschlossene Kapazität dienen. Eventuell weiter wird die Energiequelle – der Akkumulator 6 vom Last – Zwischenkreis über ein von der ZK/AMS-Einheit 17 gesteuerten Schaltelement 20 getrennt und dann die Kondensatoren – Eingangskondensatoren (1A), Ausgangskondensatoren (1B), die Dioden 14 und die Sammlungsinduktivitäten 13 als Filter dienen.The function of the capacitor modules may be deactivated for some time, so that the input capacitor ( 1A ), the output capacitors ( 1B ) with the + Pol are switched for a certain time and then the two capacitors as parallel to the accumulator 6 connected capacity serve. Eventually further will be the source of energy - the accumulator 6 from the load DC link via one of the ZK / AMS unit 17 controlled switching element 20 disconnected and then the capacitors - input capacitors ( 1A ), Output capacitors ( 1B ), the diodes 14 and the collection inductances 13 serve as a filter.
Das Kondensatormodul und das Energiemanagementsystem eines Zwischenkreises mit Kondensatormodulen können unter zwei Akkumulatoren, eventuell 2 DC-Bordnetzen betrieben werden. Wobei das ein oder mehrere Kondensatormodulen 11 mit zwei – mit dem Eingangskondensator 1A und dem Ausgangskondensator 1B, und/oder ein oder mehrere Kondensatormodulen 11 mit einem Kondensator – mit dem Kondensator 1, Eingangskondensator 1A oder mit dem Ausgangskondensator 1B von einem 2. Akkumulator 18, eventuell 2. Bordnetz gespeist werden und die eigene Eingänge an dem +Pol des 2. Akkumulators 18, eventuell 2.DC-Bordnetzes angeschlossen werden.The capacitor module and the energy management system of a DC link with capacitor modules can be operated under two accumulators, possibly 2 DC on-board networks. Whereby the one or more capacitor modules 11 with two - with the input capacitor 1A and the output capacitor 1B , and / or one or more capacitor modules 11 with a capacitor - with the capacitor 1 , Input capacitor 1A or with the output capacitor 1B from a 2nd accumulator 18 , possibly 2. electrical system are fed and their own inputs to the + pole of the 2nd accumulator 18 , possibly 2.DC electrical system can be connected.
Zu letzt ist vorgeschlagen eine Überspannungsschutz mit einem Kondensator, die damit gekennzeichnet ist, dass ein Pol eines Überspannungselements 8 ist mit dem +Pol Akkumulator 6 und eventuell +Pol des Zwischenkreises verbunden und der andere Pol des Überspannungselements 8 über eine Diode 16 in leitender Richtung mit dem +Pol des Kondensators 1 und gleichzeitig über ein Widerstand 12 mit de –Pol der Batterie und –Pol des Kondensators 1 Sobald auf der Akkumulator 6 und Zwischenkreis ein Ladungsüberschuss, mit der Überspannung verbunden, entsteht wird das Überspannungselement 8 über den Widerstand 12 aktiviert – geöffnet und der Ladungsüberschuss wird über die Diode 16 in den Kondensators 1 abgeführt. Diese Ladung ist weiter über ein Entladenelement 2 und/oder eventuell mit langsamem Entladenelement 4 in den Akkumulator 6 übertragen. Bei den einzelnen Kondensatormodulen und bei den Kondensatormodulen der Energiemanagementsystemen man geht davon aus, dass je nach Bedarf der Topologie sind die Steuerungseingänge der Ladeelementen 3 oder der Entladeelementen 2 oder der langsamen Entladenelementen 4, die Differenz-Eingänge und Ausgänge der Spannungskomparatoren 5 und eventuell weiter die Eingänge und die Ausgänge der ZK/AMS-Einheit 17 galvanisch getrennt sind.Last but not least proposed an overvoltage protection with a capacitor, which is characterized in that one pole of an overvoltage element 8th is with the + pole accumulator 6 and possibly + pole of the intermediate circuit connected and the other pole of the overvoltage element 8th over a diode 16 in the conducting direction with the + pole of the capacitor 1 and at the same time about a resistance 12 with de pole of the battery and pole of the capacitor 1 Once on the accumulator 6 and DC link a charge surplus, connected to the overvoltage, the overvoltage element is created 8th about the resistance 12 activated - open and the charge surplus is via the diode 16 in the capacitor 1 dissipated. This charge is still over a discharge element 2 and / or possibly with a slow discharge element 4 in the accumulator 6 transfer. For the individual capacitor modules and the capacitor modules of the energy management systems, it is assumed that depending on the needs of the topology are the control inputs of the charging elements 3 or the discharge elements 2 or the slow unloading elements 4 , the differential inputs and outputs of the voltage comparators 5 and possibly the inputs and outputs of the ZK / AMS unit 17 are galvanically isolated.
Das vorgeschlagene System mit den vorgeschlagenen Kondensatormodulen ermöglicht günstig und wesentlich effizienter Nutzung der parallel angeschlossener Folien-, Super-Cap-Kondensatoren, die Bordnetzstabilität und Zwischenkreisstabilität und für die hohe dynamische Anforderungen eines Fahrzeugs im Zeitbereich Millisekunden bis mehreren Hundert Sekunden, da jetzige Stand der Technik bietet günstige und schnelle Schaltelemente 15 (MOSFETs, IGBTs – 10–20 ns/100 kHz–1 MHz) und entsprechend kleine und günstige Sammlungsinduktivitäten 13. Weiter die vorgeschlagene Lösung dient schönend für die Energiespeicher bei der Ladungstransport, ermöglicht die starke Entlastung der 12 V-Batterien und der HV-Speicher (Li-Ionen-Batterie) bei den dynamischen Vorgängen, hohen dynamischen Anforderungen und damit auch verhindert die Erwärmung, die schnelle Kapazitätsverluste, kurze Lebensdauer der Energiespeicher.The proposed system with the proposed capacitor modules allows low-cost and much more efficient use of parallel connected film, super-cap capacitors, on-board stability and DC link stability and for the high dynamic requirements of a vehicle in the time range of milliseconds to several hundred seconds, since current state of the art offers cheap and fast switching elements 15 (MOSFETs, IGBTs - 10-20 ns / 100 kHz-1 MHz) and correspondingly small and inexpensive collection inductances 13 , Next, the proposed solution serves nicely for the energy storage in the charge transport, allows the strong discharge of the 12 V batteries and the HV memory (Li-ion battery) in the dynamic processes, high dynamic requirements and thus prevents the heating, the fast capacity losses, short life of energy storage.
1 zeigt ein Beispiel der Grundtopologie des Kondensatormoduls nach der Anmeldung 1 shows an example of the basic topology of the capacitor module after the application
2 zeigt ein Beispiel der Schaltung des des Kondensatormoduls nach der Anmeldung wo die einzelne Ladeelemente 3, Entladenelemente 2 und/oder eventuell mit langsamem Entladenelemente 4 mit Komparatoren 5 gesteuert werden und die ZK/AMS-Einheit 17 aktiviert die einzelne Komparatoren 5 2 shows an example of the circuit of the capacitor module after the application where the individual charging elements 3 , Unloading elements 2 and / or possibly with slow unloading elements 4 with comparators 5 be controlled and the ZK / AMS unit 17 activates the single comparators 5
3 zeigt ein Beispiel der Schaltung des des Kondensatormoduls nach der Anmeldung wo die einzelne Ladeelemente 3, Entladenelemente 2 und/oder eventuell mit langsamem Entladenelemente 4 direkt von der ZK/AMS-Einheit 17 gesteuert werden. 3 shows an example of the circuit of the capacitor module after the application where the individual charging elements 3 , Unloading elements 2 and / or possibly with slow unloading elements 4 directly from the ZK / AMS unit 17 to be controlled.
4 zeigt ein Beispiel der Schaltung des des Kondensatormoduls mit DC-DC-Boost-Wandler mit der ZK/AMS-Einheit 17 als Boost-Regler nach der Anmeldung, wo die einzelne Ladeelemente 3, Entladenelemente 2 und/oder eventuell mit langsamem Entladenelemente 4 von der ZK/AMS-Einheit 17 gesteuert werden, wobei der Eingangskondensator 1A ist mir der Spannung Uca << Uzk und Ausgangskondensators 1B ist mit der Spannung Ucb > Uzk gehalten. 4 shows an example of the circuit of the capacitor module with DC-DC-boost converter with the ZK / AMS unit 17 as a boost regulator after logging where the individual charging elements 3 , Unloading elements 2 and / or possibly with slow unloading elements 4 from the CC / AMS unit 17 be controlled, the input capacitor 1A I'm the voltage Uca << Uzk and output capacitor 1B is held with the voltage Ucb> Uzk.
5 zeigt ein Beispiel der Schaltung des Kondensatormoduls mit DC-DC-Boost-Wandler mit der ZK/AMS-Einheit 17 als Boost-Regler nach der Anmeldung bloß mit einem Eingangskondensator 1A wo die Spannung Uca << Uzk gehalten wird um eine transiente Überspannung aus dem ZK schnell zu übernehmen. 5 shows an example of the circuit of the capacitor module with DC-DC-boost converter with the ZK / AMS unit 17 as a boost regulator after logging only with an input capacitor 1A where the voltage Uca << Uzk is held to quickly take over a transient overvoltage from the ZK.
6 zeigt ein Beispiel der Schaltung des Kondensatormoduls mit DC-DC-Boost-Wandler mit der ZK/AMS-Einheit 17 als Boost-Regler nach der Anmeldung bloß mit einem Ausgangskondensator 1B, wo die Spannung Ucb > Uzk gehalten wird um eine dynamische Stromanforderung vom ZK zu übernehmen. 6 shows an example of the circuit of the capacitor module with DC-DC-boost converter with the ZK / AMS unit 17 as a boost regulator after logging only with an output capacitor 1B where the voltage Ucb> Uzk is held to take over a dynamic power request from the ZK.
7 zeigt ein Beispiel der Schaltung des Energiemanagementsystems eines Zwischenkreises mit mehreren Kondensatormodulen 11 gesteuert von der ZK/AMS-Einheit 17 7 shows an example of the circuit of the power management system of a DC link with multiple capacitor modules 11 controlled by the ZK / AMS unit 17
8 zeigt ein Beispiel der Schaltung des Energiemanagementsystems eines Zwischenkreises mit mehreren Kondensatormodulen 11, die aus dem 2. Akkumulators 18 gespeist sind. 8th shows an example of the circuit of the power management system of a DC link with multiple capacitor modules 11 coming from the 2nd accumulator 18 are fed.
9 zeigt ein Beispiel der Funktion des beschriebenen Kondensatormoduls mit dem Boost-Regler mit dem Ausgangskondensator 1B +Ucb > Uzk und den Einfluss – Ausgleich der Spannung auf +Uzk während der starken dynamischen Strombelastung des ZKs und gleichzeitiges Einschalten des Entladenelementes 2
ZK – Zwischenkreis
ZK/AMS-Einheit (17) – Einheit des Zwischenkreis/Akkumulator-Managementsystem 9 shows an example of the function of the described capacitor module with the boost regulator with the output capacitor 1B + Ucb> Uzk and the influence - compensation of the voltage to + Uzk during the strong dynamic current load of the ZKs and simultaneous switching on of the discharge element 2
ZK - DC link
ZK / AMS unit ( 17 ) - Unit of the DC link / accumulator management system