DE102020124596A1 - Method and circuit for setting small currents in a battery quick charge - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stellen kleiner Ströme bei einer Batterie-Schnellladung, bei dem ein Halbleitermodul eine Schaltung (100) mit einem high-side-Halbleiterschalter (110) und einer low-side-Kapazität (250) aufweist, bei dem an einem Eingang (101, 102) der Schaltung eine Hochvolt-Gleichspannung angelegt wird, bei dem nach einem zwischen dem high-side-Halbleiterschalter und der low-side-Kapazität befindlichen oberen Ausgang der Schaltung eine Spule (130) angeordnet wird und damit ein oberer Ausgang (103) des Halbleitermoduls gebildet wird, bei dem ein unterer Ausgang (104) des Halbleitermoduls durch einen unteren Ausgang der Schaltung gebildet wird, bei dem der obere Ausgang (103) und der untere Ausgang (104) des Halbleitermoduls mit zwei Polen einer Batterie verbunden werden, wobei durch die Spule (130) zusammen mit der low-side-Kapazität (250) ein Schwingkreis mit einer Schwingkreisfrequenz gebildet wird, wobei mittels einer Steuerung der high-side-Halbleiterschalter (110) gegen den Schwingkreis betrieben wird, indem der high-side-Halbleiterschalter (110) angepasst zur Schwingkreisfrequenz während eines abfallenden Spulenstromes eingeschaltet und dadurch ein Stromwertminimum definiert wird, und der high-side-Halbleiterschalter während eines ansteigenden Spulenstromes ausgeschaltet und dadurch ein Stromwertmaximum definiert wird.The invention relates to a method for setting small currents in a battery quick charge, in which a semiconductor module has a circuit (100) with a high-side semiconductor switch (110) and a low-side capacitance (250), in which at a A high-voltage DC voltage is applied to the input (101, 102) of the circuit, with a coil (130) being arranged after an upper output of the circuit located between the high-side semiconductor switch and the low-side capacitance, and thus an upper output (103) of the semiconductor module is formed, in which a lower output (104) of the semiconductor module is formed by a lower output of the circuit, in which the upper output (103) and the lower output (104) of the semiconductor module are connected to two poles of a battery are formed by the coil (130) together with the low-side capacitance (250) an oscillating circuit with an oscillating circuit frequency, wherein by means of a control of the high-side semiconductor switching it (110) is operated against the oscillating circuit in that the high-side semiconductor switch (110) is switched on, adapted to the oscillating circuit frequency, during a falling coil current and a current value minimum is thereby defined, and the high-side semiconductor switch is switched off during a rising coil current and thereby switched on current value maximum is defined.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stellen kleiner Ströme mittels eines Schwingkreises beim Schnellladen von Elektrofahrzeugen. Ferner wird eine Schaltung beansprucht, auf der das Verfahren umgesetzt wird.The present invention relates to a method for setting small currents using an oscillating circuit when charging electric vehicles quickly. Furthermore, a circuit is claimed on which the method is implemented.
Heutige Elektrofahrzeuge erlauben in der Regel zwei Lademodi. Für ein Laden an einer gewöhnlichen Wechselspannungs- oder Drehstromsteckdose verfügt ein Fahrzeug über ein On-bord-Ladegerät, das sowohl die nötige Wandlung in Gleichstrom vornimmt als auch den Ladebetrieb steuert. Dieser Wechselstrom-Lademodus ist jedoch aufgrund der verfügbaren Anschlussleistung (i. d. R. nicht mehr als 16 A oder 32 A) und aufgrund der Installation des Ladegerätes mit ausreichend Leistung in der Ladegeschwindigkeit enorm eingeschränkt. Hieraus ergeben sich bei heutigen Elektrofahrzeugen Ladezeiten von Stunden bis zu mehreren Stunden je 100 km.Today's electric vehicles generally allow two charging modes. For charging at a standard AC or three-phase socket, a vehicle has an on-board charger that both performs the necessary conversion to direct current and controls the charging operation. However, this AC charging mode is extremely limited in charging speed due to the available connection power (usually no more than 16 A or 32 A) and due to the installation of the charger with sufficient power. With today's electric vehicles, this results in charging times of hours up to several hours per 100 km.
Aufgrund solch hoher Wechselstrom-Ladezeiten wurde als zweiter Lademodus das Laden mit Gleichspannung entwickelt. Hierbei verfügt das Fahrzeug nicht über ein eigenes Ladegerät. Stattdessen führt eine fahrzeugexterne Ladesäule den Ladevorgang durch und nimmt Einfluss auf Spannung und Strom, um einen Ladeprozess auf eine Batterie abzustimmen. Die Gleichstrom-Ladeleitungen werden während des Ladevorganges meist direkt mit den Polen der Hochvoltbatterie des Fahrzeuges verbunden; in wenigen Fällen gibt es im Fahrzeug auch noch weitere wandelnde Leistungselektronik zwischen Ladeanschluss und Batterie, beispielsweise Gleichspannungshochsetzsteller um die Spannung für die Batterie zu erhöhen oder zu verringern, wie beispielsweise in der Druckschrift
Nicht an allen Orten des Straßenverkehrs existieren jedoch Energienetze und Energieanschlussleistungen, die eine Ladung eines oder mehrerer Fahrzeuge mit der hohen Ladeladeleistung, die bspw. bei 320 kW pro Fahrzeug liegen soll und damit typische Hausanschlussleistungen um ein Vielfaches übertrifft, erlauben würden. Dies motiviert den Einsatz von elektrischen Speichern, die langsam mit der maximal von Seiten des Versorgungsnetzes zur Verfügung stehenden Leistung geladen werden können, aber kurzzeitig mit hoher Leistung ein oder mehrere Fahrzeuge gleichzeitig oder nacheinander laden können. Hierzu finden Ladestationen Einsatz, in deren Leistungselektroniken Schalter aus Halbleitern verbaut sind, bspw. Siliziumkarbid-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (SiC-MOSFETs) oder Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs). Deren Regelung und Steuerung stellen die unterste Ebene der Stromwandlung dar.However, not all road traffic locations have energy networks and energy connection capacities that would allow one or more vehicles to be charged with the high charging capacity, which should be 320 kW per vehicle, for example, and thus exceed typical house connection capacities many times over. This motivates the use of electrical storage devices, which can be charged slowly with the maximum power available from the supply network, but which can briefly charge one or more vehicles at the same time or one after the other with high power. For this purpose, charging stations are used in whose power electronics switches made of semiconductors are installed, e.g. silicon carbide-metal-oxide-semiconductor field effect transistors (SiC-MOSFETs) or bipolar transistors with insulated gate electrodes (IGBTs). Their regulation and control represent the lowest level of current conversion.
Um den Ladevorgang zu beschleunigen werden zukünftig Fahrzeuge entwickelt werden, welche mit immer größeren Gleichströmen in Bereichen von 0,5 bis 1 kA aufgeladen werden können. Dennoch bleiben normative Anforderungen zur Stromgenauigkeit bei kleinen Strömen erhalten, z. B. beim finalen Vollladen der Batterie mit Gleichströmen unter 5 A bis zu 500 mA mit Genauigkeiten von bis zu 150 mA. Es ist aber zunehmend schwieriger, mit Halbleitern und Regelungsverfahren, die zuvorderst große Ströme ermöglichen, am Ende des Ladevorgangs gewünscht kleine Ströme bereitzustellen. Dieses Problem liegt nicht nur in der Steuerung und Regelung der Halbleiter, sondern auch teilweise an Stromsensoren, die über den ganzen Strombereich genau messen können müssen.In order to accelerate the charging process, vehicles will be developed in the future that can be charged with ever larger direct currents in the range from 0.5 to 1 kA. Nevertheless, normative requirements for current accuracy for small currents remain, e.g. B. when the battery is finally fully charged with direct currents below 5 A up to 500 mA with accuracies of up to 150 mA. However, it is becoming increasingly difficult to provide the desired small currents at the end of the charging process using semiconductors and control methods that primarily allow large currents. This problem lies not only in the control and regulation of the semiconductors, but also partly in current sensors that must be able to measure accurately over the entire current range.
Die amerikanische Druckschrift
In der Druckschrift
Die Druckschrift
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Schnellladung einer Batterie eines Elektrofahrzeugs vorzustellen, bei dem eine auf Ströme im kA-Bereich ausgelegte Leistungselektronik mit Halbleitern auch sehr kleine Ströme unter 5 A bis hinab zum hundertfachen Milliamperebereich bereitstellen kann. Ferner soll eine Schaltung bereitgestellt werden, mit der dieses Verfahren ausführbar ist bzw. ausgeführt wird.Against this background, it is an object of the present invention to present a method for rapid charging of an electric vehicle battery, in which power electronics with semiconductors designed for currents in the kA range can also provide very small currents below 5 A down to a hundred times the milliampere range. Further a circuit is to be provided with which this method can be executed or is executed.
Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zum Stellen kleiner Ströme bei einer Batterie-Schnellladung vorgeschlagen, bei dem ein Halbleitermodul eine Schaltung mit einem high-side-Halbleiterschalter und einer low-side-Kapazität aufweist. An einem Eingang der Schaltung wird als eine Eingangsspannung eine Hochvolt-Gleichspannung angelegt. Nach einem zwischen dem high-side-Halbleiterschalter und der low-side-Kapazität befindlichen oberen Ausgang der Schaltung wird eine Spule angeordnet und damit ein oberer Ausgang des Halbleitermoduls gebildet. Ein unterer Ausgang des Halbleitermoduls wird durch einen unteren Ausgang der Schaltung gebildet. Der durch den unteren Ausgang und den oberen Ausgang gebildete Ausgang des Halbleitermoduls wird mit zwei Polen, also Plus- und Minus-Pol einer Batterie verbunden. Durch die Spule zusammen mit der low-side-Kapazität wird ein Schwingkreis mit einer Schwingkreisfrequenz gebildet. Mittels einer Steuerung wird der high-side-Halbleiterschalter gegen den Schwingkreis betrieben, indem der high-side-Halbleiterschalter angepasst zur Schwingkreisfrequenz während eines abfallenden Spulenstromes eingeschaltet wird, der Spulenstrom daraufhin ansteigt und dadurch ein Stromwertminimum definiert wird, und der high-side-Halbleiterschalter während eines ansteigenden Spulenstromes ausgeschaltet wird, der Spulenstrom daraufhin abfällt und dadurch ein Stromwertmaximum definiert wird. Durch Wahl eines jeweiligen Einschalt- und Ausschaltzeitpunktes des high-side-Halbleiterschalters wird ein Ausgangsstrom des Halbleitermoduls geregelt.In order to solve the above-mentioned problem, a method is proposed for setting small currents for rapid battery charging, in which a semiconductor module has a circuit with a high-side semiconductor switch and a low-side capacitance. A high-voltage direct current is applied as an input voltage to an input of the circuit. After an upper output of the circuit located between the high-side semiconductor switch and the low-side capacitance, a coil is arranged and thus an upper output of the semiconductor module is formed. A lower output of the semiconductor module is formed by a lower output of the circuit. The output of the semiconductor module formed by the lower output and the upper output is connected to two poles, i.e. the plus and minus pole of a battery. An oscillating circuit with an oscillating circuit frequency is formed by the coil together with the low-side capacitance. The high-side semiconductor switch is operated against the oscillating circuit by means of a controller, in that the high-side semiconductor switch is switched on in a manner adapted to the oscillating circuit frequency during a falling coil current, the coil current then increases and a current value minimum is thereby defined, and the high-side semiconductor switch is switched off during a rising coil current, the coil current then falls and a current value maximum is defined as a result. An output current of the semiconductor module is regulated by selecting a respective switch-on and switch-off time of the high-side semiconductor switch.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der high-side-Halbleiterschalter bei einem kleinsten, negativen Stromwert des Schwingkreises eingeschaltet und bei einem größten positiven Stromwert des Schwingkreises ausgeschaltet. Dadurch ergibt sich ein zeitliches Stromwertmittel von 0 A. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es damit möglich, Ströme mit sehr kleinen Stromwerten zu regeln.In one embodiment of the method according to the invention, the high-side semiconductor switch is switched on when the oscillating circuit has the smallest negative current value and is switched off when the oscillating circuit has a maximum positive current value. This results in an average current value over time of 0 A. The method according to the invention makes it possible to regulate currents with very small current values.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die low-side-Kapazität durch einen Kondensator gebildet.In another embodiment of the method according to the invention, the low-side capacitance is formed by a capacitor.
In einer noch anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die low-side-Kapazität durch einen low-side-Halbleiterschalter gebildet. Der low-side-Halbleiterschalter befindet sich dabei in einem geöffneten Zustand, so dass es sich bei der low-side-Kapazität um eine Sperrschichtkapazität des low-side-Halbleiterschalters handelt. Diese Sperrschichtkapazität des low-side-Halbleiterschalters, oft auch als Ausgangskapazität Coss des low-side-Halbleiterschalter bezeichnet, kann im Halbleiter beispielsweise durch einen in Sperrrichtung gepolten PN-Übergang und/oder einen verarmten Kanal eines Feldeffekttransistors gebildet werden. Ferner kann diese Sperrschichtkapazität derart ausgeformt sein, dass sie eine Spannungsabhängigkeit aufweist, beispielsweise mit steigender Spannung ab- bzw. mit sinkender Spannung zunimmt. Beispielsweise kann die low-side-Kapazität so ausgeformt werden, dass sie bei 0 V mindestens dem Zehnfachen des Wertes bei 200 V entspricht; vorzugsweise kann sie bei 0 V zumindest dem Fünfzigfachen des Wertes bei 200 V entsprechen. Besonders bevorzugt ist die Zunahme der Kapazität, wenn diese größtenteils im Bereich um 0 V vorliegt, beispielsweise mehr als 75% der Kapazitätszunahme zwischen 25 V und 0 V stattfindet. Eine Kapazitätszunahme mit sinkender Spannung erhöht die verfügbare elektrische Ladung, sollte der Schwingkreis von low-side-Kapazität, der Induktivität und etwaigen anderen Elementen die Spannung über die low-side-Kapazität nahe 0 V treiben. Die effektive Schwingkreisfrequenz verringert sich entsprechend bei hoher Amplitude und/oder langen Schaltzyklen, ohne dass notwendigerweise die Spannung 0 V erreicht oder unterschreitet und somit eine optional vorhandene Freilaufdiode zu leiten begänne.In yet another embodiment of the method according to the invention, the low-side capacitance is formed by a low-side semiconductor switch. In this case, the low-side semiconductor switch is in an open state, so that the low-side capacitance is a junction capacitance of the low-side semiconductor switch. This junction capacitance of the low-side semiconductor switch, often also referred to as the output capacitance Coss of the low-side semiconductor switch, can be formed in the semiconductor, for example, by a reverse-biased PN junction and/or a depleted channel of a field effect transistor. Furthermore, this depletion layer capacitance can be formed in such a way that it has a voltage dependency, for example it decreases with increasing voltage or increases with decreasing voltage. For example, the low-side capacitance can be shaped so that it is at least ten times the value at 200 V at 0 V; preferably at 0V it may be at least fifty times the value at 200V. The increase in capacitance is particularly preferred when it is mostly in the range around 0 V, for example more than 75% of the increase in capacitance takes place between 25 V and 0 V. An increase in capacitance with decreasing voltage increases the electrical charge available should the tank circuit of the low-side capacitance, the inductance and any other elements drive the voltage across the low-side capacitance close to 0V. The effective oscillating circuit frequency decreases accordingly in the case of high amplitude and/or long switching cycles, without the voltage necessarily reaching or falling below 0 V and thus an optionally present freewheeling diode beginning to conduct.
Der high-side-Halbleiterschalter und der low-side-Halbleiterschalter sind bspw. Leistungshalbleiterschalter, wie bspw. N-Kanal-MOSFETs oder IGBTs. Die Hochvolt-Gleichspannung kann bspw. Spannungswerte im Bereich zwischen 800 V und 1200 V aufweisen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren gestellte kleine Ströme weisen Stromwerte in einem Bereich von wenigen Ampere, bspw. in einem Bereich von 5 A bis zu 500 mA und innerhalb eines Toleranzbereiches von bis zu 150 mA auf.The high-side semiconductor switch and the low-side semiconductor switch are, for example, power semiconductor switches, such as N-channel MOSFETs or IGBTs. The high-voltage direct current can have voltage values in the range between 800 V and 1200 V, for example. Small currents provided by the method according to the invention have current values in a range of a few amperes, for example in a range from 5 A to 500 mA and within a tolerance range of up to 150 mA.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, nicht wie bei einem sogenannten Abwärtswandler, vom Fachmann auch in Englisch als „buck converter“ bezeichnet, einen high-side-Halbleiterschalter gegen einen low-side-Transistor zu betreiben, sondern erfindungsgemäß den high-side-Halbleiterschalter gegen einen Oszillator bzw. den Schwingkreis aus Spule und low-side-Kapazität des Halbleitermoduls zu betreiben. Der low-side-Halbleiterschalter der Halbbrücke ist dabei offen, so dass dieser schaltungstechnisch nur mit seiner intrinsischen Freilaufdiode in Erscheinung tritt. Wird durch die Steuerung des high-side-Halbleiterschalters vermieden, dass der Spulenstrom negativ wird, so wirkt diese Freilaufdiode ausschließlich sperrend. Für diesen Fall ist das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne Anordnung des low-side-Halbleiterschalters durchführbar.The method according to the invention is not based on operating a high-side semiconductor switch against a low-side transistor, as is the case with a so-called step-down converter, but according to the invention the high-side semiconductor switch against to operate an oscillator or the oscillating circuit consisting of the coil and the low-side capacitance of the semiconductor module. The low-side semiconductor switch of the half-bridge is open, so that in terms of circuitry it only appears with its intrinsic freewheeling diode. If the control of the high-side semiconductor switch prevents the coil current from becoming negative, this freewheeling diode only has a blocking effect. In this case, the method according to the invention can also be carried out without arranging the low-side semiconductor switch.
Die technische Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens nutzt elektrische Eigenschaften des Halbleitermoduls, hier insbesondere der Halbbrücke, vorteilhaft aus. Die Halbbrücke nimmt in der Regel zwei Zustände an, welche entweder die Eingangsspannung, bspw. aus einem Gleichspannungs-Zwischenkreis, oder Spannung 0 V an den Ausgang legen. Durch Schaltmodulation, bspw. Pulsweitenmodulation (PWM) oder Pulsamplitudenmodulation (PAM), kann so im zeitlichen Mittel jede Zwischenspannung zwischen 0 V und der Eingangsspannung erzeugt werden. Darüber hinaus kann das Halbleitermodul neben der Halbbrücke noch weitere elektronische Bauelemente aufweisen.The technical implementation of the method according to the invention makes advantageous use of electrical properties of the semiconductor module, here in particular the half-bridge. The half-bridge usually assumes two states, which apply either the input voltage, e.g. from a DC link, or 0 V to the output. By means of switching modulation, e.g. pulse width modulation (PWM) or pulse amplitude modulation (PAM), any intermediate voltage between 0 V and the input voltage can be generated on average over time. In addition to the half-bridge, the semiconductor module can also have further electronic components.
Das im erfindungsgemäßen Verfahren benannte Halbleitermodul weist eine zu ihm gehörende bzw. intrinsische und zumeist parasitäre low-side-Kapazität auf. Während diese low-side-Kapazität in sonstigen Anwendungen gemeinhin unerwünscht ist, wird sie im erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft zur Bildung des Schwingkreises eingesetzt. Ist neben dem dauerhaft geöffneten low-side-Halbleiterschalter auch der high-side-Halbleiterschalter geöffnet, fließt also durch keinen der beiden Halbleiterschalter der Halbbrücke ein Strom, so baut sich durch die Spule und die low-side-Kapazität ein Schwingkreis auf, welcher genutzt wird, um Ströme mit kleinen Stromwerten zu stellen. Hierzu muss der high-side-Halbleiterschalter passend zu der Schwingkreisfrequenz des sich ausbildenden Schwingkreises geschaltet werden.The semiconductor module named in the method according to the invention has a low-side capacitance that belongs to it or is intrinsic and is mostly parasitic. While this low-side capacitance is generally undesirable in other applications, it is advantageously used in the method according to the invention to form the resonant circuit. If, in addition to the permanently open low-side semiconductor switch, the high-side semiconductor switch is also open, i.e. no current flows through either of the two semiconductor switches of the half-bridge, an oscillating circuit builds up through the coil and the low-side capacitance, which is used is used to set currents with small current values. For this purpose, the high-side semiconductor switch must be switched to match the resonant circuit frequency of the resonant circuit that is being formed.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die low-side-Kapazität ausreichend groß gewählt, damit die low-side-Kapazität vollständig eine Ladung für einen Spulenstrom während eines Umschwingvorgangs bereitstellt und damit ein lückfreier Betrieb durchführbar ist und/oder durchgeführt wird. Eine Spannung Uc,oss der low-side-Kapazität sollte dabei entsprechend immer positiv bleiben. Erreicht sie 0 V, speist nicht mehr die low-side-Kapazität wie gewünscht den Strom, sondern bspw. die optionale Freilaufdiode des low-side-Halbleiterschalters. Damit würde sich das Verhalten wieder einem hier unerwünschten lückendem Betrieb (engl. „discontinuous current mode“) des Abwärtswandlers annähern.In a further embodiment of the method according to the invention, the low-side capacitance is chosen to be sufficiently large so that the low-side capacitance fully provides a charge for a coil current during a reversal process and thus gap-free operation can be and/or is carried out. A voltage Uc,oss of the low-side capacitance should always remain positive. If it reaches 0 V, the low-side capacitance no longer feeds the current as desired, but instead, for example, the optional freewheeling diode of the low-side semiconductor switch. In this way, the behavior would once again approach a discontinuous operation (discontinuous current mode) of the step-down converter, which is undesirable here.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Abwärtswandler auf. So muss beim Abwärtswandler, der bei einer Halbbrücke den high-side-Halbleiterschalter gegen den low-side-Halbleiterschalter betreibt, zwischen einem Abschalten des einen Halbleiterschalters und einem Anschalten des anderen Halbleiterschalters eine Totzeit, welche bspw. 100 ns und bis zu 1000 ns liegen kann, eingeführt werden. Auch bei einem geöffnet betriebenen low-side-Halbleiterschalter muss bei dessen Freilaufdiode eine Kommutierungszeit beachtet werden. Bei dem Abwärtswandler ist jedoch je nach Stromrichtung oder Stromamplitude die Totzeit unterschiedlich in das Verhalten des Abwärtswandlers einzubeziehen, bspw. ob der Strom bereits zu Beginn der Totzeit oder erst am Ende der Totzeit auf den anderen Halbleiterschalter wechselt. Dadurch verändert sich ein Verhalten einer Regelstrecke, was unbedingt von einer Steuerung berücksichtigt werden muss. So ist bspw. das Verhalten unterschiedlich, wenn ein dreieckförmiger Spulenstrom innerhalb eines Zyklusses die Nulllinie durchläuft. Ab einem bestimmten Tastgrad fällt eine An-Zeit eines der Halbleiterschalter unter eine Länge der Totzeit. Somit wird dieser Halbleiterschalter nicht mehr aktiviert und die Regelstrecke verhält sich anders als gewünscht. Alle diese Umstände führen bei dem Abwärtswandler dazu, dass sehr kleine Ströme bei kleiner Spannungsdifferenz zwischen Gleichspannungszwischenkreis, auch DC-Zwischenkreis genannt, und Ausgang des Abwärtswandlers nur noch aufwändig mit sehr geschickten Regelkonstrukten stellbar sind. Des Weiteren sind bei Schaltmodulations- oder PWM-Einheiten vieler Mikrokontroller oder digitaler Signalprozessoren, auch mit DSP abgekürzt, welche zur Regelung und Steuerung einer Leistungselektronik verwendet werden, sowie bei eigenständigen PWM-ICs maximale und minimale Tastgrade beschränkt. Oft kann bspw. nur ein minimaler Tastgrad von 1 % und ein maximaler Tastgrad von 99 % gestellt werden. Wegen vorgenannter Gründe müsste man bei hochleistenden Ladesystemen bei sehr kleinen Strömen und insbesondere Ausgangsspannungen nahe der DC-Zwischenkreisspannung, d. h. also bei sehr randständigen Tastgraden, mehrere unterschiedliche Regler mit möglichst fließendem Übergang vorhalten und betreiben. Jeder Übergang würde von fehlerbehafteten Sensorsignalen abhängen und wäre per se bereits eine Quelle für ungewollte Schwingungen.The method according to the invention has a number of advantages over the step-down converter known from the prior art. In the step-down converter, which operates the high-side semiconductor switch against the low-side semiconductor switch in a half-bridge, there must be a dead time between switching off one semiconductor switch and switching on the other semiconductor switch, which can be 100 ns and up to 1000 ns, for example can be introduced. A commutation time must also be taken into account in the freewheeling diode of a low-side semiconductor switch that is operated in the open state. With the step-down converter, however, the dead time must be included differently in the behavior of the step-down converter depending on the current direction or current amplitude, e.g. whether the current changes to the other semiconductor switch at the beginning of the dead time or only at the end of the dead time. This changes the behavior of a controlled system, which must be taken into account by a controller. For example, the behavior is different if a triangular coil current crosses the zero line within one cycle. Above a certain duty cycle, an on-time of one of the semiconductor switches falls below a length of the dead time. As a result, this semiconductor switch is no longer activated and the controlled system behaves differently than desired. In the buck converter, all of these circumstances mean that very small currents with a small voltage difference between the intermediate DC voltage circuit, also known as the DC intermediate circuit, and the output of the buck converter can only be set at great expense with very clever control constructs. Furthermore, in the case of switching modulation or PWM units of many microcontrollers or digital signal processors, also abbreviated to DSP, which are used to regulate and control power electronics, as well as in the case of independent PWM ICs, maximum and minimum duty cycles are limited. For example, it is often only possible to set a minimum duty cycle of 1% and a maximum duty cycle of 99%. Because of the above reasons, one would have to use high-performance charging systems with very small currents and, in particular, output voltages close to the DC intermediate circuit voltage, i. H. i.e. with very marginal duty cycles, keep and operate several different controllers with the smoothest possible transition. Each transition would depend on erroneous sensor signals and would in itself be a source of unwanted oscillations.
In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die low-side-Kapazität ein stark nichtlineares Verhalten, bei dem bei geringer Spannung ein Kapazitätswert stark zunimmt, gewählt. Unter einem stark nichtlinearen Verhalten ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass bei einem Spannungswert von kleiner als 10 % einer Nennspannung die starke Zunahme des Kapazitätswertes mindestens einen Faktor 2 aufweist. Noch vorteilhafter ist ein Faktor von 5 oder höher. Für solch ein nichtlineares Verhalten bremst sich eine Entladung bei Absinken der Spannung ab und verzögert für die Spannung Uc,oss das unerwünschte Erreichen von 0 V.In yet another embodiment of the method according to the invention, a highly non-linear behavior, in which a capacitance value increases sharply at low voltage, is selected for the low-side capacitance. In this context, a highly non-linear behavior means that at a voltage value of less than 10% of a nominal voltage, the strong increase in the capacitance value has at least a factor of 2. A factor of 5 or higher is even more advantageous. For such a non-linear behavior, a discharge slows down when the voltage drops and delays the unwanted reaching of 0 V for the voltage Uc,oss.
Ein weiterer Vorteil des stark nichtlinearen Verhaltens ist, dass sich gleichzeitig auch Schaltverluste vermindern. Bei einem Normalbetrieb der Halbbrücke gemäß Stand der Technik wird die low-side-Kapazität in jedem Schaltzyklus durch den Wechsel von high-side-Halbleiterschalter zu low-side-Halbleiterschalter umgeladen und eine dabei freiwerdende Energie in Verluste umgesetzt. Allerdings erhöht hier aufgrund der Nichtlinearität eines Energieinhaltes
In einer fortgesetzt noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch Anordnung eines Tiefpasskondensators zwischen den Anschlüssen des Ausgangs des Halbleitermoduls zusammen mit der Spule ein Tiefpass gebildet, wodurch der Ausgangsstrom einen konstanten zeitlichen Verlauf aufweist. Durch den damit gebildeten Tiefpassfilter am Ausgang der Schaltung werden relativ glatte Strom- und/oder Spannungsverläufe erhalten. Standardmäßig weisen Tiefpassfilter eine Induktivität wie die erfindungsgemäß angeordnete Spule, welche auch als Drossel bezeichnet wird, auf, um den fließenden Strom zu verstetigen. Eine solche Induktivität bildet eine Trägheit für den Strom, da der Strom I sich gemäß dl/dt = U/L, mit der treibenden Spannung U und der Induktivität L nur stetig verändern kann. Oft dient zusätzlich ein Tiefpasskondensator zur Stabilisierung der Ausgangsspannung.In a continued yet further embodiment of the method according to the invention, a low-pass filter is formed by arranging a low-pass capacitor between the terminals of the output of the semiconductor module together with the coil, as a result of which the output current has a constant time profile. Relatively smooth current and/or voltage curves are obtained as a result of the low-pass filter formed in this way at the output of the circuit. By default, low-pass filters have an inductance like the coil arranged according to the invention, which is also referred to as a choke, in order to stabilize the current that flows. Such an inductance creates an inertia for the current, since the current I can only change steadily with the driving voltage U and the inductance L according to dl/dt = U/L. A low-pass capacitor is often used to stabilize the output voltage.
Die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens verlangt präzise Bauteilkenntnisse, wie bspw. über zeitliches Schaltverhalten der Halbleiterschalter, über die sich ausbildende low-side-Kapazität des Halbleitermoduls, und über Spulencharakteristika. Dies wird jedoch in Datenblättern von Herstellern der elektronischen Bauelemente für gewöhnlich angegeben.The implementation of the method according to the invention requires precise component knowledge, such as, for example, the switching behavior of the semiconductor switches over time, the low-side capacitance of the semiconductor module that forms, and coil characteristics. However, this is usually stated in data sheets from manufacturers of the electronic components.
Ferner wird eine Schaltung zum Stellen kleiner Ströme bei einer Batterie-Schnellladung beansprucht, bei der ein Halbleitermodul einen high-side-Halbleiterschalter und eine low-side-Kapazität aufweist. Nach einem zwischen dem high-side-Halbleiterschalter und der low-side-Kapazität befindlichen oberen Ausgang der Schaltung ist eine Spule angeordnet und damit ein oberer Ausgang des Halbleitermoduls gebildet. Ein unterer Ausgang des Halbleitermoduls ist durch einen unteren Ausgang der Schaltung gebildet. Der durch oberen Ausgang und unteren Ausgang gebildete Ausgang des Halbleitermoduls ist mit einer Batterie verbunden. An einem Eingang der Schaltung ist eine Hochvolt-Gleichspannung angelegt. Die Spule ist zusammen mit der low-side-Kapazität dazu konfiguriert, einen Schwingkreis mit einer Schwingkreisfrequenz zu bilden. Eine Steuerung ist dazu konfiguriert, den high-side-Halbleiterschalter gegen den Schwingkreis zu betreiben, indem sie angepasst zur Schwingkreisfrequenz den high-side-Halbleiterschalter während eines abfallenden Spulenstromes einschaltet und der Spulenstrom daraufhin ansteigt, wodurch sich ein Stromwertminimum definiert, und sie den high-side-Halbleiterschalter während eines ansteigenden Spulenstromes ausschaltet und der Spulenstrom daraufhin abfällt, wodurch sich ein Stromwertmaximum definiert. Durch Wahl eines jeweiligen Einschalt- und Ausschaltzeitpunktes des high-side-Halbleiterschalters ist ein Ausgangsstrom des Halbleitermoduls regelbar und/oder geregelt.Furthermore, a circuit for setting small currents in a quick battery charge is claimed, in which a semiconductor module has a high-side semiconductor switch and a low-side capacitance. A coil is arranged downstream of an upper output of the circuit located between the high-side semiconductor switch and the low-side capacitance, and an upper output of the semiconductor module is thus formed. A lower output of the semiconductor module is formed by a lower output of the circuit. The output of the semiconductor module formed by the upper output and the lower output is connected to a battery. A high-voltage direct current is applied to an input of the circuit. The inductor is configured together with the low-side capacitance to form a tank circuit with a tank circuit frequency. A controller is configured to operate the high-side semiconductor switch against the oscillating circuit by switching on the high-side semiconductor switch during a falling coil current, adapted to the oscillating circuit frequency, and the coil current then increases, which defines a current value minimum, and it switches the high -side semiconductor switch turns off during a rising coil current and the coil current then falls, which defines a maximum current value. An output current of the semiconductor module can be regulated and/or regulated by selecting a respective switch-on and switch-off time of the high-side semiconductor switch.
Durch den erfindungsgemäßen Betrieb des high-side-Halbleiterschalters gegen die low-side-Kapazität und die Bildung eines Oszillators zusammen mit der Spule verhält sich ein durch die Schaltung gebildetes elektrisches System linearer und/oder linearisierbarer als ein herkömmlicher „buck converter“ im sogenannten „discontinuous current mode“, also einem lückendem Betrieb.Due to the inventive operation of the high-side semiconductor switch against the low-side capacitance and the formation of an oscillator together with the coil, an electrical system formed by the circuit behaves more linearly and/or linearizable than a conventional "buck converter" in the so-called " discontinuous current mode", i.e. intermittent operation.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung ist die low-side-Kapazität ausreichend groß gewählt, damit die low-side-Kapazität vollständig eine Ladung für einen Spulenstrom während eines Umschwingvorgangs bereitstellt und damit ein lückfreier Betrieb durchführbar ist und/oder stattfindet.In one embodiment of the circuit according to the invention, the low-side capacitance is chosen to be sufficiently large so that the low-side capacitance fully provides a charge for a coil current during a reversal process and thus gap-free operation can be carried out and/or takes place.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung weist die low-side-Kapazität ein stark nichtlineares Verhalten, bei dem bei geringer Spannung ein Kapazitätswert stark zunimmt, auf.In a further refinement of the circuit according to the invention, the low-side capacitance exhibits a highly non-linear behavior in which a capacitance value increases sharply at low voltage.
In einer noch weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung ist durch Anordnung eines Tiefpasskondensators zwischen den Anschlüssen des Ausgangs des Halbleitermoduls zusammen mit der Spule ein Tiefpass gebildet.In yet another embodiment of the circuit according to the invention, a low-pass filter is formed by arranging a low-pass capacitor between the terminals of the output of the semiconductor module together with the coil.
In einer fortgesetzt weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung ist die low-side-Kapazität durch einen Kondensator gebildet.In a continued further embodiment of the circuit according to the invention, the low-side capacitance is formed by a capacitor.
In einer fortgesetzt anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung ist die low-side-Kapazität durch einen low-side-Halbleiterschalter gebildet.In a continuously different embodiment of the circuit according to the invention, the low-side capacitance is formed by a low-side semiconductor switch.
Ferner wird eine Verwendung der Schaltung zum Stellen kleiner Ströme bei einer Batterie-Schnellladung beansprucht, wobei das Halbleitermodul ein Wechselrichter mit mehreren Halbbrücken ist und mit einer erfindungsgemäßen Schaltung ausgestaltet ist, und wobei ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt wird. Ein solcher Wechselrichter kann bspw. durch ein Halbleitermodul eines modularen Multilevelkonverters gebildet sein, wie es bspw. bei einem modularen Multilevelkonverter mit serieller und paralleler Konnektivität, auch als MMSPC abgekürzt, vorkommt. Ein solches modulares Multilevelkonvertersystem wird bspw. beschrieben in „Goetz, S.M.; Peterchev, A.V.; Weyh, T., „Modular Multilevel Converter With Series and Parallel Module Connectivity: Topology and Control,“ Power Electronics, IEEE Transactions on, vol.30, no.1, pp.203, 215, 2015. doi: 10.1 109/TPEL.2014.2310225. Durch eine Konfiguration einer elektrischen Verschaltung von Energiespeichern in Modulen und durch eine Schaltmodulation zwischen Schaltzuständen zur Bildung beliebiger Zwischenzustände werden Spannungsdifferenzen zwischen zwei Anschlussterminals, bspw. zu einer Ladestation und zu einer Traktionsbatterie eines Elektroautos erzeugt.Furthermore, a use of the circuit for setting small currents in a battery rapid charge is claimed, the semiconductor module being an inverter with a plurality of half-bridges and being configured with a circuit according to the invention, and a method according to the invention being carried out. Such an inverter can be formed, for example, by a semiconductor module of a modular multilevel converter, as is the case, for example, with a modular multilevel converter with serial and parallel connectivity, also abbreviated as MMSPC. Such a modular multilevel converter system is described, for example, in “Goetz, SM; Peterchev, AV; Weyh, T., "Modular Multilevel Converter With Series and Parallel Module Connectivity: Topology and Control," Power Electronics, IEEE Transactions on, vol.30, no.1, pp.203, 215, 2015. doi: 10.1 109/TPEL .2014.2310225. By configuring an electrical interconnection of energy stores in modules and by switching modulation between switching states to form any intermediate states, voltage differences are generated between two connection terminals, for example to a charging station and to a traction battery of an electric car.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.
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1 zeigt schematisch eine von einem Halbleitermodul umfasste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung. -
2 zeigt schematisch eine von einem Halbleitermodul umfasste weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung. -
3 zeigt schematisch ein Ersatzschaltbild zu der in2 gezeigten weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung. -
4 zeigt schematisch einen Schwingkreis in einem weiteren Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung. -
5 zeigt graphisch zeitliche Verläufe von in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auftretenden Strömen und Spannungen. -
6 zeigt graphisch zeitliche Verläufe von in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auftretenden Strömen und Spannungen.
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1 shows schematically an embodiment of the circuit according to the invention, which is comprised by a semiconductor module. -
2 shows schematically a further embodiment of the circuit according to the invention, which is comprised by a semiconductor module. -
3 shows schematically an equivalent circuit diagram for the in2 shown further embodiment of the circuit according to the invention. -
4 shows schematically an oscillating circuit in a further equivalent circuit diagram of the circuit according to the invention. -
5 shows graphically time curves of currents and voltages occurring in an embodiment of the method according to the invention. -
6 shows graphically time curves of currents and voltages occurring in a further embodiment of the method according to the invention.
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Die Bauelemente-Gleichungen lauten:
Wird die Ableitung von uCb nach der Zeit, also deren zeitlicher Veränderung, in Gl. 1 gleich Null gesetzt, ergeben sich folgende resultierende Differentialgleichungen für den Spulenstrom zu
Durch die Lösung der Differentialgleichungen in Gl. 4 sind eine Ausgangsspannung 305 des Halbleitermoduls und der Spulenstrom 331 analytisch berechenbar. Anfangsbedingungen sind durch gegebene Zwischenkreisspannung und Batteriespannung bekannt. Des Weiteren ist auch der Anfangsstrom iL,0 berechenbar. Dieser ergibt sich durch einen Stromripple, der wiederum aus auftretenden Spannungen berechenbar ist.By solving the differential equations in Eq. 4, an
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102017123348 A1 [0003]DE 102017123348 A1 [0003]
- US 2012/0223575 A1 [0006]US 2012/0223575 A1 [0006]
- DE 102019102998 A1 [0007]DE 102019102998 A1 [0007]
- US 2018/0361861 A1 [0008]US 2018/0361861 A1 [0008]
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120223575A1 (en) | 2011-03-01 | 2012-09-06 | Omron Automotive Electronics Co., Ltd. | Power conversion apparatus and power control method |
US20180361861A1 (en) | 2017-06-14 | 2018-12-20 | Honda Motor Co.,Ltd. | Power supply device of vehicle |
DE102017123348A1 (en) | 2017-10-09 | 2019-04-11 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Inverter for an electric car |
DE102019102998A1 (en) | 2018-02-20 | 2019-08-22 | GM Global Technology Operations LLC | ONBOARD DC CHARGING USING TRACTION DRIVE COMPONENTS |
-
2020
- 2020-09-22 DE DE102020124596.3A patent/DE102020124596A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120223575A1 (en) | 2011-03-01 | 2012-09-06 | Omron Automotive Electronics Co., Ltd. | Power conversion apparatus and power control method |
US20180361861A1 (en) | 2017-06-14 | 2018-12-20 | Honda Motor Co.,Ltd. | Power supply device of vehicle |
DE102017123348A1 (en) | 2017-10-09 | 2019-04-11 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Inverter for an electric car |
DE102019102998A1 (en) | 2018-02-20 | 2019-08-22 | GM Global Technology Operations LLC | ONBOARD DC CHARGING USING TRACTION DRIVE COMPONENTS |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
Brown, M.: Power Supply Cookbook. 2nd Edition. Newnes, 2001. ISBN: 9780080480121 |
Chiang, C.; Chen, C.: Zero-Voltage-Switching Control for a PWM Buck Converter Under DCM/CCM Boundary. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 24, no. 9, pp. 2120-2126, Sept. 2009. IEEE Xplore [online]. DOI: 10.1109/TPEL.2009.2021186. In: IEEE |
Dimitrov, B. [et al.]: A Buck-Boost Transformerless DC–DC Converter Based on IGBT Modules for Fast Charge of Electric Vehicles. 28.02.2020. Electronics 2020, 9, 397. DOI: 10.3390/electronics9030397, URL: https://www.mdpi.com/2079-9292/9/3/397. In: MDPI |
Walczak, M.: Impact of inductor current ringing in DCM on output voltage of DC-DC buck power converters. Juni 2017. Archives of Electrical Engineering 66, 2, 313-323. DIO: 10.1515/aee-2017-0023 |
Wang, J.; Wu, S.; Jane, G.: A Novel Control Scheme of Synchronous Buck Converter for ZVS in Light-Load Condition. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 11, pp. 3265-3273, Nov. 2011. IEEE Xplore [online]. DOI: 10.1109/TPEL.2011.2142324. In: IEEE |
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