DE112016003586T5

DE112016003586T5 - Ladegerät

Info

Publication number: DE112016003586T5
Application number: DE112016003586.1T
Authority: DE
Inventors: Naoya Takahashi; Hiroyuki Shoji; Takae Shimada
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2018-06-14
Also published as: US20180241306A1; JP6364553B2; JPWO2017022477A1; WO2017022477A1; CN107852095B; US10333398B2; CN107852095A

Abstract

Ein Nachteil bei Ladegeräten ist ein hoher Verlust. Es wird bestimmt, ob eine Verbindungsspannung (Vo) gleich oder größer als ein vorgegebener Wert (Va) ist. Wenn die Verbindungsspannung (Vo) niedriger als der vorgegebene Wert (Va) ist, aktiviert eine Steuereinheit (9) einen DC/DC-Wandler (4) zu einer Heraufsetzoperation in Schritt S104. Das heißt, durch Ein-/Ausschalten des Schaltelements (Q10) wird die von der Speicherbatterie (7) heraufgesetzte Spannung der Verbindungsspannung (Vo) zugeführt. In dem Schritt S105 bestimmt die Steuereinheit (9), ob die Verbindungsspannung (Vo) gleich oder größer als der vorgegebene Wert (Va) ist. Wenn die Verbindungsspannung (Vo) niedriger als der vorgegebene Wert (Va) ist, wird die Operation in Schritt S105 fortgesetzt. Wenn die Verbindungsspannung (Vo) durch die Heraufsetzoperation des DC/DC-Wandlers (4) ansteigt und gleich oder größer als der vorgegebene Wert (Va) wird, wird die Heraufsetzoperation des DC/DC-Wandlers (4) in Schritt S106 gestoppt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladegerät.
Technischer Hintergrund
In den letzten Jahren haben sich elektrische Fahrzeuge und Plug-In-Hybridfahrzeuge stark verbreitet. In diesen Fahrzeugen ist eine Speicherbatterie montiert, um einen Motor mit Energie zu versorgen, wenn das Fahrzeug fährt. Wenn die Speicherbatterie von einer kommerziellen Wechselspannungsversorgung geladen wird, wird ein Ladegerät mit hoher Konversionseffizienz verwendet, das einen Wandler vom Stromresonanztyp umfasst, der eine Isolation der Wechselspannungsenergieversorgung und der Speicherbatterie bewirkt. Allgemein ist mit dem Wandler vom Stromresonanztyp eine hohe Effizienz leicht erreichbar. Es ist jedoch schwierig, sowohl eine Konstantstromcharakteristik bei niedriger Spannung und niedrigem Strom beim Starten eines Ladegeräts als auch eine Konstantstromcharakteristik bei normalem Betrieb zu erreichen. Zum Beispiel offenbart PTL 1 ein Verfahren zur Verbesserung der Kompatibilität zwischen der Konstantstromcharakteristik bei niedriger Spannung und niedrigem Strom beim Start und der Konstantstromcharakteristik beim Normalbetrieb durch Hinzufügen eines Schalters zum Trennen einer Hilfswicklungschaltung und einer Hauptschaltung.
Literaturliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2014-135847 A
Kurze Beschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Die in PTL 1 beschriebene Technik ist insofern nachteilig, als im Ladegerät ein hoher Verlust erzeugt wird.
Lösung des Problems
Ein Ladegerät gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Wandler vom Stromresonanztyp, einen DC/DC-Wandler und eine Steuereinheit. Der Wandler vom Stromresonanztyp umfasst eine Inverterschaltung, die eine Gleichspannung aufnimmt und eine Rechteckspannung erzeugt, einen Transformator, der eine Primärwicklung und eine zwischen Ausgangsanschlüssen der Inverterschaltung angeschlossene Sekundärwicklung magnetisch koppelt, einen Resonanzkondensator und einen resonanten Induktor in Reihe mit der Primär- und/oder der Sekundärwicklung, eine Gleichrichterschaltung, die einen an die Sekundärwicklung ausgegebenen Wechselstrom gleichrichtet und ausgibt, und einen Glättkondensator, der zwischen Ausgangsanschlüssen der Gleichrichterschaltung angeschlossen ist. Der DC/DC-Wandler ist zwischen dem Glättkondensator und einer Speicherbatterie angeschlossen. Die Steuereinheit steuert den Wandler vom Stromresonanztyp und den DC/DC-Wandler. Bevor eine Schaltoperation des Wandlers vom Stromresonanztyp begonnen wird, steuert die Steuereinheit eine Spannung des Glättkondensators auf eine vorgegebene Spannung, die höher ist als eine Spannung der Speicherbatterie, indem eine Spannung des DC/DC-Wandlers verstärkt heraufgesetzt wird.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Vermindern des Verlusts ein hocheffizientes und kompaktes Ladegerät geschaffen werden.
Figurenliste

1 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm eines Ladegeräts gemäß einer ersten Ausgestaltung.
2 ist ein Kennliniendiagramm einer Schaltfrequenz und eines Ausgangsstroms eines Wandlers vom Stromresonanztyp gemäß der ersten Ausgestaltung.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Startvorgang des Ladegeräts gemäß der ersten Ausgestaltung beschreibt.
4 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm eines Ladegeräts gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Startvorgang des Ladegeräts gemäß der zweiten Ausgestaltung beschreibt.
6 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm eines Ladegeräts gemäß einer dritten Ausgestaltung.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Startvorgang des Ladegeräts gemäß der dritten Ausgestaltung beschreibt.

Beschreibung der Ausgestaltungen
(Erste Ausgestaltung)
Im Folgenden wird eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. 1 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm eines Ladegeräts 1 gemäß der ersten Ausgestaltung. Das Ladegerät 1 empfängt zwischen den Anschlüssen T1 und T2 Wechselspannungsenergie von einer Wechselspannungsenergieversorgung 6, gibt zwischen Anschlüssen T7 und T8 und zwischen Anschlüssen T9 und T10 Gleichspannungsenergie aus, und lädt Speicherbatterien 7 und 8. Wenn die Wechselspannungsenergieversorgung 6 nicht angeschlossen ist, wandelt das Ladegerät 1 Energie zwischen den Speicherbatterien 7 und 8 und lädt die Speicherbatterie 8 aus der Speicherbatterie 7. Hier ist die Speicherbatterie 7 eine Hochspannungsbatterie, in der zum Beispiel eine Mehrzahl von Lithium-Ionen-Batterien verbunden sind, und die Speicherbatterie 8 ist eine Niederspannungsbatterie wie etwa eine Bleibatterie. Typ und Spannungspegel der Speicherbatterie kann jedoch unterschiedlich sein. Die Wechselspannungsenergieversorgung 6 ist zwar eine kommerzielle Energiequelle, doch kann auch ein Generator verwendet werden.
Das Ladegerät 1 umfasst einen AC/DC-Wandler 2 und einen Wandler vom Stromresonanztyp 3. Der AC/DC-Wandler 2 empfängt AC-Spannung und wandelt die AC-Spannung in eine DC-Spannung um. Der Wandler vom Stromresonanztyp 3 empfängt eine DC-Spannung und gibt die DC-Spannung zwischen Anschlüssen T5 und T6 aus. Die Spannung zwischen den Anschlüssen T5 und T6 wird hier als Verbindungsspannung Vo bezeichnet. Ferner umfasst das Ladegerät 1 DC/DC-Wandler 4 und 5. Der DC/DC-Wandler 4 wandelt bidirektional Energie zwischen der Verbindungsspannung Vo und der Speicherbatterie 7. Der DC/DC-Wandler 5 lädt die Speicherbatterie 8 durch Eingeben der Verbindungsspannung Vo. Das Ladegerät 1 umfasst ferner eine Steuereinheit 9, die den AC/DC-Wandler 2, den Wandler vom Stromresonanztyp 3 und die DC/DC-Wandler 4 und 5 steuert.
Der AC/DC-Wandler 2 umfasst Dioden D15 bis D18 in Brückenanordnung, bewirkt eine Vollwellen-Gleichrichtung der zwischen den Anschlüssen T1 und T2 eingegebenen AC-Spannung und wandelt die AC-Spannung in eine DC-Spannung um. In der vorliegenden Ausgestaltung sind die Dioden D15 und D16 sowie die Dioden D17 und D18 jeweils in Reihe verbunden, und die in Reihe verbundenen Dioden sind parallel verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden. Die vollwellen-gleichgerichtete Spannung wird in eine Chopper-Heraufsetzschaltung eingegeben, die einen mit einem DC-Anschluss verbundenen Reaktor L1, ein Schaltelement Q11, eine Verstärkerdiode D30 und einen Glättkondensator C1 umfasst. Die Chopper-Heraufsetzschaltung schaltet in einer Schaltoperation das Schaltelement Q11 ein/aus, und die vollwellen-gleichgerichtete Spannung wird verstärkt und zwischen T3 und T4 als geglättete DC-Spannung ausgegeben. Ein Schaltoperationssignal des Schaltelements Q11 wird von der Steuereinheit 9 ausgegeben. Der AC/DC-Wandler 2 führt ferner eine Leistungsfaktorverbesserungssteuerung aus, um eine Spannungswellenform der AC-Energieversorgung und eine zwischen den Anschlüssen T1 und T2 eingegebene Stromwellenform an ähnliche Wellenformen anzugleichen.
Der Wandler vom Stromresonanztyp 3 wandelt die vollwellen-gleichgerichtete DC-Spannung in eine isolierte DC-Spannung um. Der Wandler vom Stromresonanztyp 3 umfasst eine Rechteckwellen-Inverterschaltung mit Schaltelementen Q1 bis Q4 und antiparallelen Dioden D1 bis D4. Die Schaltelemente Q1 und Q2 sind in Reihe verbunden, um einen ersten Arm zu bilden, und die Schaltelemente Q3 und Q4 sind in Reihe verbunden, um einen zweiten Arm zu bilden. Die Arme sind parallel verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden. Ferner umfasst der Wandler vom Stromresonanztyp 3 eine primärseitige Wicklung N1, in der ein resonanter Induktor Lr1 und ein Resonanzkondensator Cr1 an einem Verbindungspunkt des Schaltelements Q1 und des Schaltelements Q2 in Reihe verbunden sind, und einen Transformator Tr1, der eine sekundärseitige Wicklung N2 umfasst, die an die primärseitige Wicklung N1 magnetisch gekoppelt ist. Die sekundärseitige Wicklung N2 des Transformators Tr1 ist mit einer Gleichrichterschaltung ausgestattet, die Brücken-Dioden D11 bis D14 umfasst. Ein Verbindungspunkt zwischen einem Reihenverbindungspunkt der Dioden D11 und D12 und einem Reihenverbindungspunkt der Dioden D13 und D14 ist mit der sekundärseitigen Wicklung N2 als AC-Anschluss verbunden.
Der Wandler vom Stromresonanztyp 3 mit der oben beschriebenen Konfiguration ist ein Vollbrücken-LLC-Stromresonanzwandler. In der Rechteckwellen-Inverterschaltung wird zwischen den Vollbrücken-Schaltelementen Q1 bis Q4 durch abwechselndes Ein- und Ausschalten der Paare Q1 und Q4 und Q2 und Q3 unter der Steuerung der Steuereinheit 9 aus einer Spannung eines Glättkondensators C2 eine Rechteckwellen-AC-Spannung erzeugt. Das Tastverhältnis der Schaltelemente Q1 bis Q4 ist hier im Wesentlichen 50%, Q1 und Q4 werden gleichzeitig ein- und ausgeschaltet, und Q2 und Q3 werden gleichzeitig ein- und ausgeschaltet. Die erzeugte Rechteckwellen-AC-Spannung wird an beiden Enden einer Reihenschaltung des Resonanzkondensators C1, des resonanten Induktors Lr1 und der Wicklung N1 angelegt, die mit einem Verbindungspunkt zwischen einem Verbindungspunkt der Schaltelemente Q1 und Q2 und einem Verbindungspunkt der Schaltelemente Q3 und Q4 verbunden ist. Als Ergebnis wird eine Resonanz des Resonanzkondensators Cr1 und des resonanten Induktors Lr1 hervorgerufen, und ein Resonanzstrom fließt durch die Wicklung N1. Der durch die Wicklung N1 fließende Resonanzstrom erzeugt in der Wicklung N2 einen AC-Induktionsstrom. Der AC-Induktionsstrom wird durch eine Gleichrichterschaltung vollwellen-gleichgerichtet, in der die Gleichrichterdioden D11 bis D14 vollbrücken-verbunden sind, und die geglättete DC-Verbindungsspannung Vo wird zwischen den Anschlüssen T5 und T6 durch einen Glättkondensator C3 erzeugt.
In dem Wandler vom Stromresonanztyp 3 ist die Rechteckwellen-Inverterschaltung nicht auf die Vollbrückenkonfiguration beschränkt, sofern ein Resonanzstrom durch die Reihenschaltung des Resonanzkondensators Cr1, des resonanten Induktors Lr1 und der Wicklung N1 fließen kann. Außerdem ist die Gleichrichterschaltung nicht beschränkt auf die Vollbrückenverbindung der Gleichrichterdioden und kann eine beliebige Konfiguration haben, solange der in der Wicklung N2 induzierte Wechselstrom in Gleichstrom gleichgerichtet und umgewandelt werden kann. Zwar sind der Resonanzkondensator Cr1 und der resonante Induktor Lr1 mit der Wicklung N1 in Reihe verbunden, doch können der Resonanzkondensator Cr1 und der resonante Induktor Lr1 auch mit der Wicklung N2 in Reihe verbunden sein. Außerdem können der Resonanzkondensator Cr1 und der resonante Induktor Lr1 mit der Wicklung N1 bzw. der Wicklung N2 in Reihe verbunden sein, und der resonante Induktor Lr1 kann fortgelassen werden, wenn etwa eine Streu-Induktivität des Transformators Tr1 ausgenutzt wird.
Ferner sind die antiparallelen Dioden D1 bis D4 mit den Schaltelementen Q1 bis Q4 verbunden. Wenn MOSFETs als Schaltelemente Q1 und Q4 verwendet werden, können parasitäre Dioden von MOSFETs verwendet werden.
Der DC/DC-Wandler 4 ist ein bidirektionaler Chopper mit Schaltelementen Q1 und Q10, antiparallelen Dioden D9 und D10, die antiparallel zu den Schaltelementen Q9 bzw. Q10 verbunden sind, einer Drosselspule L12 und Glättkondensatoren C4 und C5. In dem DC/DC-Wandler 4 umfasst eine Chopper-Heraufsetzschaltung das Schaltelement Q9, die zum Schaltelement Q10 antiparallele Diode D10, und die Drosselspule L2, und durch Ein- und Ausschalten des Schaltelements Q9 wird eine Spannung von der Verbindungsspannung Vo aus herabgesetzt, um die Speicherbatterie 7 zu laden. Ferner umfasst eine Chopper-HeraufsetzSchaltung das Schaltelement Q10, die zum Schaltelement Q9 antiparallele Diode D9 und die Drosselspule L2; und durch Ein- und Ausschalten des Schaltelements Q10 wird die heraufgesetzte Spannung von der Speicherbatterie 7 der Verbindungsspannung Vo zugeführt.
Wenn MOSFETs als Schaltelemente Q9 und Q10 verwendet werden, können parasitäre Dioden von Q9 und Q10 als antiparallele Dioden verwendet werden. Die parasitären Dioden der MOSFETs haben jedoch schlechte Erholungseigenschaften und führen zu erhöhten Verlusten. Deswegen wird für die Schaltelemente Q9 und Q10 und die antiparallelen Dioden D9 und D10 vorzugsweise ein IGBT oder ein SiC-MOSFET mit antiparallelen Dioden mit besseren Erholungseigenschaften verwendet.
Der DC/DC-Wandler 5 ist ein Phasenverschiebungs-DC/DC-Herabsetz-Wandler mit einer Impulswellenerzeugungsschaltung, die Schaltelemente Q5 bis Q8 und die antiparallelen Dioden D5 bis D8 umfasst, einen Resonanzkondensator Cr2, einen resonanten Induktor Lr2 und einen Transformator Tr2 umfasst, der eine Wicklung N3 magnetisch an eine Wicklung N4 koppelt, Gleichrichterdioden D19 und D20, eine Stromverdoppler-Gleichrichterschaltung mit Drosselspulen L3 und L4, und Glättkondensatoren C6 und C7. In der Impulswellenerzeugungsschaltung wird eine AC-Impulsspannungswellenform erzeugt durch Schalten mit einer Phasendifferenz zwischen einem Paar der Schaltelemente Q5 und Q8 und einem Paar der Schaltelemente Q6 und Q7. Das Tastverhältnis der Schaltelemente Q5 bis Q8 ist hier im Wesentlichen 50%, die Schaltelemente Q5 und Q8 werden gleichzeitig ein- und ausgeschaltet, und die Schaltelemente Q6 und Q7 werden gleichzeitig ein- und ausgeschaltet. Die erzeugte Impulsspannungswellenform wird an beide Enden einer Reihenschaltung aus dem Resonanzkondensator Cr2, dem resonanten Induktor Lr2 und der Wicklung N3 angelegt, die mit einem Verbindungspunkt zwischen einem Verbindungspunkt der Schaltelemente Q5 und Q6 und einem Verbindungspunkt der Schaltelemente Q7 und Q8 verbunden ist. Ein Strom fließt durch die Wicklung N4, und ein Induktionsstrom wird in der Wicklung N4 erzeugt. Die Induktionsstromwicklung N4 wird durch die Stromverdoppler-Gleichrichterschaltung und den Glättkondensator C7 gleichgerichtet und geglättet, um die Speicherbatterie 8 zu laden.
Der resonante Induktor Lr2 kann auch fortgelassen werden, indem etwa eine Streuinduktivität des Transformators Tr2 ausgenutzt wird. Ferner ist die Stromverdoppler-Gleichrichterschaltung nicht auf die obige Konfiguration beschränkt, und eine beliebige Konfiguration kann verwendet werden, solange der in der Wicklung N4 induzierte Wechselstrom gleichgerichtet und in Gleichstrom umgewandelt werden kann. Die antiparallelen Dioden D5 bis D8 sind mit den Schaltelementen Q5 bis Q8 verbunden. Es können jedoch parasitäre Dioden von MOSFETs verwendet werden, wenn die MOSFETs als Schaltelemente Q5 bis Q8 verwendet werden.
Die Steuereinheit 9 steuert die Schaltelemente Q1 bis Q11 in dem AC/DC-Wandler 2, den Wandler vom Stromresonanztyp 3, die DC/DC-Wandler 4 und 5. In der Steuereinheit sind ein Spannungssensor 21, ein Spannungssensor 22, ein Stromsensor 11, ein Stromsensor 12, ein Spannungssensor 23, ein Spannungssensor 24, ein Stromsensor 13, ein Spannungssensor 25 und ein Stromsensor 14 verbunden. Der Spannungssensor 21 erfasst eine vollwellen-gleichgerichtete DC-Spannung. Der Spannungssensor 22 erfasst eine Ausgangsspannung des AC/DC-Wandlers 2. Der Stromsensor 11 erfasst einen Strom der Drosselspule L1. Der Stromsensor 12 erfasst einen Ausgangsstrom des Wandlers vom Stromresonanztyp 3. Der Spannungssensor 23 erfasst die Verbindungsspannung Vo. Der Spannungssensor 24 erfasst eine Spannung der Speicherbatterie 7. Der Stromsensor 13 erfasst einen Strom der Speicherbatterie 7. Der Spannungssensor 25 erfasst eine Spannung der Speicherbatterie 8. Der Stromsensor 14 erfasst einen Strom der Speicherbatterie 8.
Der Wandler vom Stromresonanztyp 3 ist durch die Steuereinheit 9 gesteuert und steuert einen Ausgangsstrom oder eine Ausgangspannung durch Ändern einer Schaltfrequenz der Schaltelemente Q1 bis Q4. Insbesondere, wenn die Schaltfrequenz abgesenkt wird, nimmt eine Impedanz einer Reihenschaltung des Resonanzkondensator Cr1, des resonanten Induktors Lr1 und der Wicklung N1 ab. Deshalb nehmen ein Resonanzstrom und ein Ausgangsstrom zu. Wenn hingegen die Schaltfrequenz erhöht wird, nimmt die Impedanz der Reihenschaltung von Resonanzkondensator Cr1, resonantem Induktor Lr1 und Wicklung N1 zu. Deswegen nehmen der Resonanzstrom und der Ausgangsstrom ab. Die Steuereinheit vergleicht zum Beispiel die vom Spannungssensor 23 erfasste Verbindungsspannung Vo mit einer Soll-Spannung oder vergleicht den vom Stromsensor 12 erfassten Ausgangsstrom mit einem Soll-Strom. Basieren auf einem der Vergleichsergebnisse oder beiden wird die Schaltfrequenz gesenkt, wenn das Vergleichsergebnis niedriger als der Sollwert ist, und der Wandler vom Stromresonanztyp 3 wird gesteuert, um die Schaltfrequenz zu erhöhen, wenn das Vergleichsergebnis gleich oder größer als der Sollwert ist.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Kennlinien einer Schaltfrequenz und eines Ausgangsstroms des Wandlers vom Stromresonanztyp 3 zeigt, der in dem in 1 gezeigten Ladegerät 1 enthalten ist. In 2 stellt die horizontale Achse Schaltfrequenzen der Schaltelemente Q1 bis Q4 des in 1 dargestellten Wandlers vom Stromresonanztyp 3 dar, und die vertikale Achse stellt einen Ausgangsstrom dar. Eine Kurve CV1 ist eine Kennkurve für den Fall, in dem die Ausgangsspannung, das heißt die Verbindungsspannung Vo, niedrig ist, und eine Kurve CV2 ist eine Kennkurve in dem Fall, in dem die Verbindungsspannung Vo hoch ist. Wie durch die Kurve CV1 dargestellt, kann, wenn die Verbindungsspannung Vo niedrig ist, der Ausgangsstrom auch dann nicht verringert werden, wenn die Schaltfrequenz erhöht wird, und zum Beispiel fließt ein Minimalstrom I1 auch bei der maximalen Schaltfrequenz fmax. Wenn der Wandler vom Stromresonanztyp 3 bei niedriger Verbindungsspannung Vo aktiviert wird, fließt deshalb zum Beispiel ein übermäßiger Strom durch etwa die Schaltelemente Q1 bis Q4, den Resonanzkondensator Cr1, den resonanten Induktor Lr1 und die Gleichrichterdioden D1 bis D4. Dieser übermäßige Strom kann vermindert werden, indem Konstanten der Resonanzelemente wie etwa des resonanten Induktors Lr1 und des Resonanzkondensators Cr1 erhöht werden. Nachteile bestehen jedoch darin, dass die Größe dieser Resonanzelemente anwächst, das Schaltungsdesign eingeschränkt ist und die Verluste bei normalem Betrieb, im Gegensatz zum Start, zunehmen.
Deshalb wird bei der vorliegenden Ausgestaltung, bevor eine Rechteckwellen-Inverterschaltung des Wandlers vom Stromresonanztyp 3 eine Schaltoperation beginnt, eine Spannung des Glättkondensators C4 (Verbindungsspannung Vo) auf eine höhere Spannung als die Spannung der Speicherbatterie 7 gesteuert, indem eine Spannung des DC/DC-Wandlers 4 heraufgesetzt wird. Nachdem die Verbindungsspannung Vo auf eine höhere Spannung als die Spannung der Speicherbatterie 7 gesteuert worden ist, wird der Wandler vom Stromresonanztyp 3 aktiviert. 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aktivieren des Ladegeräts 1 gemäß der vorliegenden Ausgestaltung zeigt. Die Beschreibung wird im Folgenden anhand von 3 geliefert.
In Schritt S100 von 3 aktiviert die Steuereinheit 9 den AC/DC-Wandler 2. Der AC/DC-Wandler 2 setzt eine vollwellen-gleichgerichtete Spannung herauf und gibt zwischen T3 und T4 durch eine Schaltoperation des Schaltelements Q11 eine geglättete DC-Spannung aus.
Als nächstes erfasst in Schritt S101 die Steuereinheit 9 die Verbindungsspannung Vo mit dem Spannungssensor 23. In Schritt S102 erfasst die Steuereinheit 9 eine Spannung des Glättkondensators C2 durch den Spannungssensor 22.
Als nächstes bestimmt die Steuereinheit 9 in Schritt S103, ob die Verbindungsspannung Vo gleich oder größer als ein vorgegebener Wert Va ist. Hier entspricht der vorgegebene Wert Va der in 2 durch die Kurve CV2 angegebenen Spannung und ist ein voreingestellter Wert. Wenn die Verbindungsspannung Vo gleich oder größer als der vorgegebene Wert Va ist, ist es nicht notwendig, die Verbindungsspannung Vo heraufzusetzen und der Prozess geht über zu Schritt S107. Wenn die Verbindungsspannung Vo kleiner als der vorgegebene Wert Va ist, geht der Prozess über zu Schritt S104. Im Schritt S104 aktiviert die Steuereinheit 9 den DC/DC-Wandler 4 in einer Heraufsetz-Operation. Das heißt, durch Ein-/Ausschalten des Schaltelements Q10 wird die von der Speicherbatterie 7 aus heraufgesetzte Spannung der Verbindungsspannung Vo zugeführt. In Schritt S105 bestimmt die Steuereinheit 9, ob die Verbindungsspannung Vo gleich oder größer als der vorgegebene Wert Va ist. Wenn die Verbindungsspannung Vo kleiner als der vorgegebene Wert Va ist, wird die Operation in Schritt S105 fortgesetzt. Wenn die Verbindungsspannung Vo durch eine Heraufsetz-Operation des DC/DC-Wandlers 4 zunimmt und gleich oder größer als der vorgegebene Wert Va wird, das heißt, wenn die Verbindungsspannung Vo höher als die Spannung der Speicherbatterie 7 wird, geht der Prozess von Schritt S105 über zu Schritt S106.
In Schritt S106 stoppt die Steuereinheit 9 die Heraufsetz-Operation des DC/DC-Wandlers 4. Dann wird in Schritt S107 der Wandler vom Stromresonanztyp 3 weich gestartet. Der Weichstart ist eine Operation des Startens der Schaltelemente Q1 bis Q4 ausgehend von der maximalen Schaltfrequenz und des allmählichen Absenkens der Schaltfrequenz. Bei Beendigung des Weichstarts geht der Prozess über zu Schritt S108.
In Schritt S108 aktiviert die Steuereinheit 9 den DC/DC-Wandler 4 in einer Herabsetz-Operation. Das heißt, durch Ein- und Ausschalten des Schaltelement Q9 wird die Verbindungsspannung Vo herabgesetzt, um die Speicherbatterie 7 zu laden.
In Schritt S109 aktiviert die Steuereinheit 9 den DC/DC-Wandler 5. Das heißt, die Schaltelemente Q5 bis Q8, an die die Verbindungsspannung Vo angelegt wird, werden schaltgesteuert, gleichgerichtet und zu einer DC-Spannung geglättet durch die Stromverdoppler-Gleichrichterschaltung und den Glättkondensator C7, um die Speicherbatterie 8 zu laden. Anschließend arbeiten die in Schritt S108 und S109 aktivierten DC/DC-Wandler 4 und 5 als Ladegerät 1 im Normalbetrieb und laden die Speicherbatterien 7 und 8.
Wie oben beschrieben, können die Schaltfrequenz- und Ausgangsstrom-Kennlinien des Wandlers vom Resonanztyp 3 die Kennlinie von CV2 in 2 annehmen. So ist es möglich, beim Starten einen übermäßigen Strom am Fließen zu hindern, und es ist nicht notwendig, die Größe etwa eines Resonanzelements zu erhöhen.
(Zweite Ausgestaltung)
Als nächstes wird eine zweite Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben. 4 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm eines Ladegeräts 1 gemäß der zweiten Ausgestaltung. 4 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Ladegerät 1 in der Konfiguration eines DC/DC-Wandlers 4' und der Konfiguration eines DC/DC-Wandlers 5'. Teile, die denen des in 1 gezeigten Ladegeräts 1 gleichen, sind mit den gleichen Bezugszeichen belegt, und ihre Beschreibung wird fortgelassen.
Der DC/DC-Wandler 5' des Ladegeräts 1 in 1 ist ein bidirektionaler DC/DC-Wandler vom Isolationstyp, der in der Lage ist, eine Speicherbatterie 8 aus einer Speicherbatterie 7 zu laden oder die Speicherbatterie 7 aus der Speicherbatterie 8 zu laden. Der DC/DC-Wandler 5' hat eine Konfiguration, in der die Dioden D19 und D20 der beim DC/DC-Wandler 5 in 1 beschriebenen Gleichrichterschaltung durch Schaltelemente Q23 und Q24 und antiparallele Dioden D23 und D24 ersetzt sind. Bei dem DC/DC-Wandler 5' ist eine Operation zum Laden der Speicherbatterie 8 aus der Spannung des Glättkondensators C6 die gleiche wie bei der ersten Ausgestaltung. Allerdings fließt in einer Gleichrichterschaltung zu dieser Zeit ein Strom durch die antiparallelen Dioden D23 und D24 anstatt durch die Gleichrichterdioden D19 und D20 in 1. Wenn Verluste verringert werden können, können die Schaltelemente Q23 und Q24 zu vorgegebenen Zeiten synchron mit den Schaltelementen Q5 bis Q8 ein- und ausgeschaltet werden, um eine synchrone Gleichrichtung durchzuführen.
Im Falle des Ladens der Speicherbatterie 7 aus der Speicherbatterie 8 im DC/DC-Wandler 5' durch Einschalten der Schaltelemente Q23 und Q24 wird Energie der Speicherbatterie 8 als magnetische Energie in den Drosselspulen L3 und L4 gespeichert. Andererseits wird durch Ausschalten eines der Schaltelemente Q23 oder Q24 die in den Drosselspulen L3 und L4 gespeicherte Energie freigesetzt, und ein Strom fließt durch die Wicklung N4 eines Transformators Tr2. Da die Richtung des Stromflusses durch die Wicklung N4 im Falle des Ausschaltens des Schaltelements Q23 und die Richtung des durch die Wicklung N4 fließenden Stroms im Fall des Ausschaltens des Schaltelements Q24 einander entgegengesetzt sind, wird der durch die Wicklung N4 fließende Strom zu einem Wechselstrom, und der Wechselstrom wird auch in einer Wicklung N3 des Transformators Tr2 induziert. Der in der Wicklung N3 induzierte Wechselstrom wird durch brückenverbundene antiparallele Dioden D5 bis D8 gleichgerichtet und durch den Glättkondensator C6 geglättet. Wenn ein Verlust verringert werden kann, können die Schaltelemente Q5 bis Q8 zur vorgegebenen Zeit synchron mit den Schaltelementen Q23 und Q24 ein- und ausgeschaltet werden, um eine synchrone Gleichrichtung durchzuführen.
Der DC/DC-Wandler 4' ist ein unidirektionaler Herabsetz-Chopper, der die Speicherbatterie 7 aus einer Verbindungsspannung Vo lädt. Der DC/DC-Wandler 4' umfasst ein Schaltelement Q9, eine Diode D22, eine Drosselspule L2 und Glättkondensatoren C4 und C5. Das Schaltelement Q9 ist hier eine Konfiguration, die einen MOSFET verwendet, und die Diode D22 ist eine Konfiguration, die eine sich schnell erholende Diode mit überdurchschnittlicher Erholungscharakteristik und dergleichen verwendet. Diese Konfiguration hat einen Vorteil, dass der Verlust des DC/DC-Wandlers 4' vermindert werden kann, und dass der Verlust beim Laden der Speicherbatterie 7 aus einer AC-Energieversorgung 6 im Vergleich zum DC/DC-Wandler 4 gemäß der ersten Ausgestaltung vermindert werden kann. Der DC/DC-Wandler 4' umfasst ferner eine Diode D25 zwischen Anschlüssen T5 und T7. Die Diode D25 ist parallelgeschaltet zu einem Schaltelement Q25. Wenn die Verbindungsspannung Vo und die Spannung der Speicherbatterie 7 einander gleich sind, ist es möglich, einen Durchlassstrom der Drosselspule L2 und des Schaltelements Q9 umzuleiten, indem das Schaltelement Q25 eingeschaltet wird, wodurch der Verlust vermindert werden kann.
Eine Startoperation eines Wandlers vom Stromresonanztyp 3 gemäß der zweiten Ausgestaltung wird beschrieben. In der vorliegenden Ausgestaltung wird die Verbindungsspannung Vo durch den DC/DC-Wandler 5' heraufgesetzt. Ferner bestimmt eine Steuereinheit 9, ob die Spannung gemäß einem Verhältnis zwischen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung des Wandlers vom Stromresonanztyp 3 heraufgesetzt werden muss.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aktivieren des Ladegeräts 1 gemäß der vorliegenden Ausgestaltung beschreibt. Dies wird nachfolgend unter Verwendung von 5 beschrieben.
In Schritt S200 von 5 aktiviert die Steuereinheit 9 einen AC/DC-Wandler 2. Der AC/DC-Wandler 2 setzt eine vollwellen-gleichgerichtete Spannung durch eine Schaltoperation eines Schaltelements Q11 herauf und gibt zwischen den Anschlüssen T3 und T4 eine geglättete DC-Spannung aus.
Als nächstes erfasst die Steuereinheit 9 in Schritt S201 die Verbindungsspannung Vo mit einem Spannungssensor 23. In Schritt S202 erfasst die Steuereinheit 9 eine Spannung eines Glättkondensators C2 mit einem Spannungssensor 22.
In Schritt S203 berechnet die Steuereinheit 9 ein Verhältnis zwischen der Verbindungsspannung Vo und der Spannung Vc des Glättkondensators C2. Genauer gesagt wird N × Vo ÷ Vc berechnet. Hier ist N ein Windungsverhältnis des Transformators Tr1. In Schritt S204 bestimmt die Steuereinheit 9, ob das Verhältnis (N × Vo ÷ Vc) zwischen der Verbindungsspannung Vo und der Spannung des Glättkondensators C2 gleich oder größer als ein vorgegebener Wert A ist.
Der vorgegebene Wert A ist hier ein Schwellenwert, um zu bestimmen, ob eine Heraufsetzoperation des DC/DC-Wandlers 5' durchgeführt wird, und es ist ein Wert, der einem Produkt des Transformationsverhältnisses des Transformators (eines Wicklungsverhältnisses N des Transformators Cr1) und eines Eingangs-/Ausgangsspannungs-Verhältnisses (Verhältnis von Ausgangsspannung (Verbindungsspannung Vo) und Eingangsspannung (Spannung des Glättkondensators C2)) zum Begrenzen des Ausgangsstroms des Wandlers vom Stromresonanztyp 3 auf einen gewünschten Stromwert oder weniger entspricht. Der vorgegebene Wert A ist vorab festgelegt, je nachdem auf wieviele Ampere der Ausgangsstrom begrenzt werden soll.
Wenn zum Beispiel die Verbindungsspannung Vo niedrig ist, kann unter der Annahme, dass ein Windungsverhältnis des Transformators Tr1 N ist und eine Spannung des Glättkondensators C2 Vc ist, N × Vo niedriger oder höher als Vc sein. Der Wandler vom Stromresonanztyp 3 arbeitet im Heraufsetzmodus, wenn N × Vo niedriger als Vc ist, und im Herabsetzmodus, wenn es höher ist. Da im Herabsetzmodus das Produkt (N × Vo ÷ Vc) aus Transformator-Transformationsverhältnis des Wandlers vom Stromresonanztyp 3 und Eingabe-/Ausgabespannung klein wird, ist der Ausgangsstrom weniger eingeschränkt. Deshalb wird die Verbindungsspannung Vo durch die Heraufsetzoperation des DC/DC-Wandlers 5' erhöht, bevor der Wandler vom Stromresonanztyp 3 aktiviert wird, und das Produkt aus Transformator-Transformationsverhältnis des Wandlers vom Stromresonanztyp 3 und Eingangs-/Ausgangsspannung wird erhöht.
Ein Beispiel des vorgegebenen Werts A ist wie folgt. Wenn beispielsweise der Strom wünschenswerterweise auf 5 Ampere oder weniger beschränkt ist, wird der vorgegebene Wert A auf 0,7 gesetzt, und wenn 0,7 < N × Vo - Vc, arbeitet der DC/DC-Wandler 5' im Heraufsetzmodus. Wenn der Strom auf 1 Ampere oder weniger begrenzt werden soll, wird der vorgegebene Wert A auf 0,9 gesetzt, und wenn 0,9 < N × Vo ÷ Vc, wird der DC/DC-Wandler 5' im Heraufsetzmodus betrieben.
Wenn in Schritt S204 festgelegt wird, dass das Verhältnis zwischen der Verbindungsspannung Vo und der Spannung Vc des Glättkondensators C2 gleich oder größer als der vorgegebene Wert A ist, schreitet der Prozess fort zu Schritt S209. Wenn hingegeben festgelegt wird, dass das Verhältnis (N × Vo ÷ Vc) zwischen der Verbindungsspannung Vo und der Spannung Vc des Glättkondensators C2 kleiner als der vorgegebene Wert A ist, geht der Prozess über zu Schritt S205.
In Schritt S205 berechnet die Steuereinheit 9 eine Soll-Verbindungsspannung aus dem vorgegebenen Wert A und der Spannung des Glättkondensators C2. Genauer gesagt wir die Soll-Verbindungsspannung nach folgender Formel erhalten: Soll-Verbindungsspannung = vorgegebener Wert A x (Spannung des Glättkondensators C2) ÷ (Windungsverhältnis N des Transformators Tr1).
In Schritt S206 aktiviert die Steuereinheit 9 den DC/DC-Wandler 5' in einer Heraufsetzoperation. Das heißt durch Einschalten beider Schaltelemente Q23 und Q24 wird Energie der Speicherbatterie 8 als magnetische Energie in den Drosselspulen L3 und L4 gespeichert. Dann wird der in der Wicklung N3 induzierte Wechselstrom durch die brückengeschalteten antiparallelen Dioden D5 bis D8 gleichgerichtet, durch den Glättkondensator C6 geglättet und der Verbindungsspannung Vo zugeführt.
In Schritt S207 bestimmt die Steuereinheit 5, ob die Verbindungsspannung Vo gleich oder größer als die Soll-Verbindungsspannung ist. Wenn die Verbindungsspannung Vo gleich oder größer als die Soll-Verbindungsspannung ist, geht das Verfahren über zu Schritt S208.
Wenn die Verbindungsspannung Vo kleiner als die Soll-Verbindungsspannung ist, wird die Operation des Schritts S207 wiederholt.
In Schritt S208 stoppt die Steuereinheit 9 die Heraufsetzoperation des DC/DC-Wandlers 5'. Dann wird in Schritt S209 der Wandler vom Stromresonanztyp 3 weich gestartet. Beim Weichstart werden die Schaltelemente Q1 bis Q4 ausgehend von der maximalen Schaltfrequenz gestartet, und die Schaltfrequenz wird allmählich herabgesetzt. Bei Beendigung des Weichstarts geht der Prozess über zu Schritt S210.
In Schritt S210 aktiviert die Steuereinheit 9 den DC/DC-Wandler 4' in einer Herabsetzoperation. Das heißt durch ein Ausschalten des Schaltelements Q9 wird die Spannung von der Verbindungsspannung Vo herabgesetzt, um die Speicherbatterie 7 zu laden.
Als nächstes aktiviert die Steuereinheit 9 in Schritt S211 den DC/DC-Wandler 5' in einer Herabsetzoperation. Das heißt, die Schaltelemente Q5 bis Q8 werden schaltgesteuert, durch eine Gleichrichterschaltung zu einer DC-Spannung gleichgerichtet und durch den Glättkondensator C7 geglättet, um die Speicherbatterie 8 zu laden. Anschließend arbeiten die in Schritt S210 und S211 aktivierten DC/DC-Wandler 4' und 5' als Ladegerät 1 im Normalbetrieb und laden die Speicherbatterien 7 und 8.
Bei der zweiten Ausgestaltung wird eine Spannung des DC/DC-Wandlers 5' gemäß einem Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung des Wandlers vom Stromresonanztyp 3 heraufgesetzt, um die Verbindungsspannung Vo auf eine Spannung zu steuern, die höher als die Spannung der Speicherbatterie 7 ist. Wenn allerdings, wie bei der ersten Ausgestaltung, die Verbindungsspannung Vo gleich oder größer als der vorgegebene Wert Va ist, kann der DC/DC-Wandler 5 in einer Heraufsetzoperation betrieben werden, um die Verbindungsspannung Vo auf eine Spannung zu steuern, die höher als die Spannung der Speicherbatterie 7 ist. Da es, wie oben beschrieben, möglich ist, beim Starten einen übermäßigen Stromfluss zu verhindern, ist es nicht notwendig, die Größe etwa eines Resonanzelements zu erhöhen.
(Dritte Ausgestaltung)
Als nächstes wird eine dritte Ausgestaltung der Erfindung mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben. 6 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm eines Ladegeräts 1 nach der dritten Ausgestaltung. 6 unterscheidet sich vom dem in 1 dargestellten Ladegerät 1 in der Konfiguration eines DC/DC-Wandlers 5'. Die Konfiguration des DC/DC-Wandlers 5' ist die gleiche wie die des DC/DC-Wandlers 5' in der zweiten Ausgestaltung der 4. Teile, die denen des in 1 und 4 beschriebenen Ladegeräts 1 gleichen, sind mit denselben Bezugszeichen belegt, und ihre Beschreibung wird fortgelassen.
Sowohl der DC/DC-Wandler 4 als auch der DC/DC-Wandler 5' in 6 sind bidirektionale Wandler, die in der Lage sind, die Verbindungsspannung Vo ausgehend von einer Speicherbatterie 7 oder einer Speicherbatterie 8 heraufzusetzen. Bei der dritten Ausgestaltung ist es möglich, alternativ den DC/DC-Wandler 4 oder den DC/DC-Wandler 5' zum Heraufsetzen der Verbindungsspannung Vo auszuwählen.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aktivieren des Ladegeräts 1 gemäß der vorliegenden Ausgestaltung beschreibt. Dies wird nachfolgend unter Bezug auf 7 beschrieben. In Schritt S300 von 7 aktiviert eine Steuereinheit 9 einen AC/DC-Wandler 2. Der AC/DC-Wandler 2 setzt eine vollwellen-gleichgerichtete Spannung durch eine Schaltoperation eines Schaltelements Q11 herauf und gibt eine geglättete DC-Spannung zwischen T3 und T4 aus. Als nächstes erfasst die Steuereinheit 9 in Schritt S301 eine Verbindungsspannung Vo durch einen Spannungssensor 23. Dann erfasst die Steuereinheit 9 in Schritt S302 die Spannung eines Glättkondensators C2 durch einen Spannungssensor 22.
In Schritt S303 berechnet die Steuereinheit 9 ein Verhältnis (N × Vo ÷ Vc) der Verbindungsspannung Vo und der Spannung Vc des Glättkondensators C2. In Schritt S304 bestimmt die Steuereinheit 9, ob das Verhältnis (N × Vo ÷ Vc) der Verbindungsspannung Vo und der Spannung Vc des Glättkondensators C2 gleich oder größer als ein vorgegebener Wert A ist. Hier ist der vorgegebene Wert A der gleiche wie der in Schritt S203 der zweiten Ausgestaltung beschriebene Wert, und seine Beschreibung wird fortgelassen.
Wenn in Schritt S304 festgestellt wird, dass das Verhältnis (N × Vo ÷ Vc) der Verbindungsspannung Vo und der Spannung Vc des Glättkondensators C2 gleich oder größer als der vorgegebene Wert A ist, geht der Prozess über zu Schritt S314. Wenn hingegen festgestellt wird, dass das Verhältnis (N × Vo ÷ Vc) der Verbindungsspannung Vo und der Spannung Vc des Glättkondensators C2 kleiner als der vorgegebene Wert A ist, geht der Prozess über zu Schritt S306.
In Schritt S306 berechnet die Steuereinheit 9 eine Soll-Verbindungsspannung ausgehend von dem vorgegebenen Wert A und der Spannung Vc des Glättkondensators C2. Genauer gesagt wird die Soll-Verbindungsspannung erhalten nach folgender Formel: Soll-Verbindungsspannung = vorgegebener Wert A x (Spannung des Glättkondensators C2) ÷ (Windungsverhältnis N des Transformators Tr1).
In Schritt S307 erfasst die Steuereinheit 9 die Spannung der Speicherbatterie 7 durch einen Spannungsdetektor 24 und die Spannung der Speicherbatterie 8 durch einen Spannungsdetektor 25. Im nächsten Schritt S308 berechnet die Steuereinheit 9 ein Spannungsverhältnis zwischen der in Schritt S306 berechneten Soll-Verbindungsspannung und der Speicherbatterie 7 und ein Spannungsverhältnis zwischen der Soll-Verbindungsspannung und der Speicherbatterie 8.
Im nächsten Schritt S309 bestimmt die Steuereinheit 9, ob ein Spannungsverhältnis zwischen der Soll-Verbindungsspannung und der Speicherbatterie 7 gleich oder kleiner als ein Spannungsverhältnis zwischen der Soll-Verbindungsspannung und der Speicherbatterie 8 ist. Wenn das Spannungsverhältnis zwischen der Soll-Verbindungsspannung und der Speicherbatterie 7 gleich oder kleiner als das Spannungsverhältnis zwischen der Soll-Verbindungsspannung und der Speicherbatterie 8 ist, geht der Prozess über zu Schritt S310. Im Prozess des Schritts S309 kann bestimmt werden, ob die Spannung der Speicherbatterie 7 höher als die Spannung der Speicherbatterie 8 ist.
In Schritt S310 aktiviert die Steuereinheit 9 den DC/DC-Wandler 4 in einer Heraufsetzoperation. Das heißt, durch ein Ausschalten eines Schaltelements Q10 wird die Spannung der Speicherbatterie 7 heraufgesetzt und der Verbindungsspannung Vo zugeführt. Wenn die Spannung der Speicherbatterie 7 gleich oder höher als die Spannung der Speicherbatterie 8 ist, wird eine Spannung des DC/DC-Wandlers 4 heraufgesetzt.
Wenn hingegen in Schritt S309 das Spannungsverhältnis zwischen der Soll-Verbindungsspannung und der Speicherbatterie 7 nicht gleich oder kleiner als das Spannungsverhältnis zwischen der Soll-Verbindungsspannung und der Speicherbatterie 8 ist, geht der Prozess über zu Schritt S311. In dem Schritt S311 aktiviert die Steuereinheit den DC/DC-Wandler 5' in einer Heraufsetzoperation. Durch Einschalten beider Schaltelemente Q23 und Q24 speichert der DC/DC-Wandler 5' die Energie der Speicherbatterie 8 als magnetische Energie in Drosselspulen L3 und L4. Dann wird der in einer Wicklung N3 eines Transformators Tr2 induzierte Wechselstrom durch brückengeschaltete antiparallele Dioden D5 bis D8 gleichgerichtet, durch einen Glättkondensator C6 geglättet und der Verbindungsspannung Vo zugeführt.
Nach den Prozessen der Schritte S310 und S311 geht der Prozess über zu Schritt S312. In Schritt S312 bestimmt die Steuereinheit 9, ob die Speicherspannung Vo gleich oder größer als die Soll-Verbindungsspannung ist oder nicht. Wenn sie gleich oder größer als die Soll-Verbindungsspannungs ist, geht der Prozess über zu Schritt S313. Wenn die Verbindungsspannung Vo kleiner als die Soll-Verbindungsspannung ist, wird die Operation des Schritts S312 wiederholt.
In Schritt S313 stoppt die Steuereinheit 9 die Operation des DC/DC-Wandlers 4 oder des DC/DC-Wandlers 5' in der Heraufsetzoperation. Dann wird in Schritt S314 ein Wandler vom Stromresonanztyp 3 weich gestartet. Bei dem Weichstart werden Schaltelemente Q1 bis Q4 ausgehend von der maximalen Schaltfrequenz gestartet und die Schaltfrequenz wird allmählich gesenkt. Bei Beendigung des Weichstarts geht der Prozess über zu Schritt S315.
In Schritt S315 aktiviert die Steuereinheit 9 den DC/DC-Wandler 4 in einer Herabsetzoperation. Das heißt, durch ein Ausschalten eines Schaltelements Q9 wird die Verbindungsspannung Vo heruntergesetzt, um die Speicherbatterie 7 zu laden.
Als nächstes aktiviert die Steuereinheit 9 in Schritt S316 den DC/DC-Wandler 5' in einer Herabsetzoperation. Das heißt, Schaltelemente Q5 bis Q8, an die die Verbindungsspannung Vo angelegt ist, werden durch eine Gleichrichterschaltung und einen Glättkondensator C7 schaltgesteuert, gleichgerichtet und zu einer DC-Spannung geglättet, um die Speicherbatterie 8 zu laden. Anschließend arbeiten die in Schritt S315 und S316 aktivierten DC/DC-Wandler 4 und 5' als Ladegerät 1 im Normalbetrieb und laden die Speicherbatterien 7 und 8.
Wie oben beschrieben, kann eine Überentladung einer Speicherbatterie vermieden werden, indem vorzugsweise eine Speicherbatterie mit einer höheren Spannung unter den Speicherbatterien 7 und 8 verwendet wird. Ferner kann dadurch, dass ein Verhältnis zwischen der Soll-Verbindungsspannung und den Spannungen der Speicherbatterie 7 und 8 erzeugt wird, das heißt, indem ein Heraufsetzverhältnis der Speicherbatterien 7 und 8 erzeugt wird, dem DC/DC-Wandler 4 oder dem DC/DC-Wandler 5', der ein niedrigeres Heraufsetzverhältnis hat, Priorität gegeben werden, um dadurch den Verlust beim Heraufsetzen einer Spannung des DC/DC-Wandlers 4 oder des DC/DC-Wandlers 5' zu vermindern.
Da es wie oben beschrieben möglich ist, beim Starten das Fließen eines übermäßigen Stroms zu verhindern, ist es nicht notwendig, die Größe etwa eines Resonanzelements des Wandlers vom Stromresonanztyp 3 zu vergrößern. Außerdem ist es unnötig, Konstantstromkennlinien bei niedriger Spannung und niedrigem Strom beim Starten zu berücksichtigen, und es können ein kompakter und hocheffizienter Wandler vom Stromresonanztyp und ein Ladegerät geschaffen werden, das für Konstantstromkennlinien bei Normalbetrieb außerhalb der Zeit des Startens optimiert ist.
Mit den oben beschriebenen Ausgestaltungen können die folgenden Wirkungen erreicht werden. (1) Das Ladegerät 1 umfasst den Wandler vom Stromresonanztyp 3, den DC/DC-Wandler 4 und die Steuereinheit 9. Der Wandler vom Stromresonanztyp 3 umfasst eine Rechteckwellen-Inverterschaltung, die eine DC-Spannung aufnimmt und eine Rechteckwellenspannung erzeugt, den Transformator Tr1, der die Primärwicklung N1 und die zwischen Ausgangsanschlüssen der Rechteckwellen-Inverterschaltung verbundene Sekundärwicklung N2 magnetisch koppelt, den resonanten Kondensator Cr1 und den resonanten Induktor Lr1, die mit der Primärwicklung N1 und/oder der Sekundärwicklung N2 in Reihe verbunden sind, eine Gleichrichterschaltung, die einen an die Sekundärwicklung N2 ausgegebenen Wechselstrom gleichrichtet und ausgibt, und den zwischen den Ausgangsanschlüssen der Gleichrichterschaltung angeschlossenen Glättkondensator C3. Der DC/DC-Wandler 4 ist zwischen dem Glättkondensator C3 und der Speicherbatterie 7 angeschlossen. Die Steuereinheit 9 steuert den Wandler vom Stromresonanztyp 3 und den DC/DC-Wandler 4. Bevor eine Schaltoperation des Wandlers vom Stromresonanztyp 3 begonnen wird, steuert die Steuereinheit 9 eine Spannung des Glättkondensators C3 (Verbindungsspannung Vo) auf eine vorgegebene Spannung, die höher ist als eine Spannung der Speicherbatterie 7, indem die Spannung des DC/DC-Wandlers 4 heraufgesetzt wird. Folglich kann dadurch, dass ein geringerer Verlust erzeugt wird, ein hocheffizientes und kompaktes Ladegerät geschaffen werden.

(2) Die Speicherbatterie umfasst die erste Speicherbatterie 7 und die zweite Speicherbatterie 8. Der DC/DC-Wandler umfasst den DC/DC-Wandler 4, der zwischen dem Glättkondensator C3 und der ersten Speicherbatterie 7 angeschlossen ist, und den DC/DC-Wandler 5, der zwischen dem Glättkondensator C3 und der zweiten Speicherbatterie 8 angeschlossen ist. Die Steuereinheit 9 setzt eine Spannung des DC/DC-Wandlers 4 herauf und steuert die Spannung (Verbindungsspannung Vo) des Glättkondensators C3 auf eine vorgegebene Spannung, bevor eine Schaltoperation des Wandlers vom Stromresonanztyp 3 begonnen wird (Schritt S104). Indem die Spannung des DC/DC-Wandlers 4 heraufgesetzt wird, kann durch Verminderung des Verlusts ein hocheffizientes und kompaktes Ladegerät geschaffen werden.
(3) Die Speicherbatterie umfasst die erste Speicherbatterie 7 und die zweite Speicherbatterie 8. Der DC/DC-Wandler umfasst den DC/DC-Wandler 4, der zwischen dem Glättkondensator C3 und der ersten Speicherbatterie 7 angeschlossen ist, und den DC/DC-Wandler 5, der zwischen dem Glättkondensator C3 und der zweiten Speicherbatterie 8 angeschlossen ist. Die Steuereinheit 9 setzt eine Spannung des DC/DC-Wandlers 5 herauf und steuert die Spannung (Verbindungsspannung Vo) des Glättkondensators C3 auf eine vorgegebene Spannung, bevor eine Schaltoperation des Wandlers vom Stromresonanztyp 3 begonnen wird. Indem der DC/DC-Wandler 5 heraufgesetzt wird, kann durch Verringern des erzeugten Verlustes ein hocheffizientes und kompaktes Ladegerät geschaffen werden.
(4) Die Steuereinheit 9 wählt alternativ den DC/DC-Wandler 4 oder den DC/DC-Wandler 5, um ihn auf eine vorgegebene Spannung zu steuern. So kann ein DC/DC-Wandler, der die Spannung (Verbindungsspannung Vo) des Glättkondensators C3 auf eine vorgegebene Spannung einstellt, passend gewählt werden.
(5) Die Steuereinheit 9 umfasst die Spannungssensoren 24 und 25 zur Erfassung der Spannungen der ersten Speicherbatterie 7 und der zweiten Speicherbatterie 8. Die Steuereinheit 9 vergleicht die Spannung der ersten Speicherbatterie 7 mit der Spannung der zweiten Speicherbatterie 8 und wählt den DC/DC-Wandler 4 oder den DC/DC-Wandler 5 je nach verglichener Spannung. Es ist möglich, je nach verglichener Spannung einen optimalen DC/DC-Wandler zu betreiben.
(6) Die Spannungssensoren 22 und 23 zum Erfassen einer Spannung des Glättkondensators C3 und einer DC-Spannung sind enthalten, und die Steuereinheit 5 bestimmt, ob auf eine vorgegebene Spannung eingestellt werden muss, bevor der Wandler vom Stromresonanztyp 3 gestartet wird, je nachdem ob ein Verhältnis der Spannung des Glättkondensators C3 und der DC-Spannung gleich oder größer als der vorgegebene Wert ist (Schritte S204 und S304). So kann auch dann, wenn die Spannung des Glättkondensators C3 niedrig ist, in dem Fall, dass die Spannung der DC-Spannung niedrig ist, die Heraufsetzoperation durch den DC/DC-Wandler vermieden werden.
(7) Der Spannungssensor 22 zum Erfassen einer DC-Spannung (Spannung des Glättkondensators C2) ist enthalten, und die Steuereinheit 9 berechnet eine vorgegebene Spannung basierend auf der DC-Spannung (Schritte S204 und S308). So ist es möglich, die vorgegebene Spannung entsprechend der Eingangs-DC-Spannung festzulegen und zu steuern.
(8) Der AC/DC-Wandler 2 ist vorgesehen, der eine von der AC-Energieversorgung 6 empfangene AC-Spannung aufnimmt, eine Leistungsfaktorverbesserungssteuerung durchführt und eine DC-Spannung ausgibt. Als Ergebnis kann ein Ladegerät geschaffen werden, das der Eingabe der AC-Energieversorgung 6 entspricht.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt. Solange Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt sind, sind andere im Rahmen der technischen Ideen der vorliegenden Erfindung vorstellbare Ausgestaltungen im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
Bezugszeichenliste

1: Ladegerät
2: AC/DC-Wandler
3: Wandler vom Stromresonanztyp
4, 5: DC/DC-Wandler
6: AC-Energieversorgung
7, 8: Speicherbatterie
9: Steuereinheit
11 bis 14: Stromsensor
21 bis 25: Spannungssensor
C1 bis C7: Glättkondensator
Cr1, Cr2: Resonanzkondensator
D1 bis D10, D23 bis D25: antiparallele Diode
L1 bis L4: Drosselspule
Lr1, Lr2: resonanter Induktor
N1 bis N4: Transformatorwicklung
Q1 bis Q11, Q23 bis Q24: Schaltelement
T1 bis T10: Anschluss
Tr1, Tr2: Transformator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014135847 A [0003]

Claims

Ladegerät mit: einem Wandler vom Stromresonanztyp mit einer Inverterschaltung, die konfiguriert ist, um eine DC-Spannung aufzunehmen und eine Rechteckwellenspannung zu erzeugen, einem Transformator, der konfiguriert ist, um eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung magnetisch zu koppeln, die zwischen Ausgangsanschlüssen der Inverterschaltung verbunden ist, einem Resonanzkondensator und einem resonanten Induktor, die mit der ersten Wicklung und/oder der zweiten Wicklung in Reihe verbunden sind, einer Gleichrichterschaltung, die konfiguriert ist, um einen an die Sekundärwicklung ausgegebenen Wechselstrom gleichzurichten und auszugeben, und einem Glättkondensator, der zwischen Ausgangsanschlüssen der Gleichrichterschaltung verbunden ist, einem DC/DC-Wandler, der zwischen dem Glättkondensator und einer Speicherbatterie verbunden ist, und einer Steuereinheit, die konfiguriert ist, um den Wandler vom Stromresonanztyp und den DC/DC-Wandler zu steuern, wobei die Steuereinheit vor dem Starten einer Schaltoperation des Wandlers vom Stromresonanztyp eine Spannung des Glättkondensators durch Heraufsetzen einer Spannung des DC/DC-Wandlers auf eine vorgegebene Spannung steuert, die höher ist als eine Spannung der Speicherbatterie.
Ladegerät nach Anspruch 1, bei dem die Speicherbatterie eine erste Speicherbatterie und eine zweite Speicherbatterie umfasst, der DC/DC-Wandler einen ersten Wandler, der zwischen dem Glättkondensator und der ersten Speicherbatterie verbunden ist, und einen zweiten Wandler umfasst, der zwischen dem Glättkondensator und der zweiten Speicherbatterie verbunden ist, und die Steuereinheit eine Spannung des ersten Wandlers heraufsetzt, um eine Spannung des Glättkondensators auf die vorgegebene Spannung zu steuern, bevor mit einer Schaltoperation des Wandlers vom Stromresonanztyp begonnen wird.
Ladegerät nach Anspruch 1, bei dem die Speicherbatterie eine erste Speicherbatterie und eine zweite Speicherbatterie umfasst, der DC/DC-Wandler einen zwischen dem Glättkondensator und der ersten Speicherbatterie verbundenen ersten Wandler und einen zwischen dem Glättkondensator und der zweiten Speicherbatterie verbundenen zweiten Wandler umfasst, und die Steuereinheit eine Spannung des Glättkondensators auf die vorgegebene Spannung steuert, indem sie eine Spannung des zweiten Wandlers heraufsetzt, bevor eine Schaltoperation des Wandlers vom Stromresonanztyp begonnen wird.
Ladegerät nach Anspruch 1, bei dem die Speicherbatterie eine erste Speicherbatterie und eine zweite Speicherbatterie umfasst, der DC/DC-Wandler einen ersten Wandler, der zwischen dem Glättkondensator und der ersten Speicherbatterie verbunden ist, und einen zweiten Wandler umfasst, der zwischen dem Glättkondensator und der zweiten Speicherbatterie verbunden ist, und die Steuereinheit alternativ den ersten Wandler oder den zweiten Wandler auswählt, und eine Spannung des ausgewählten ersten oder zweiten Wandlers heraufsetzt, um eine Spannung des Glättkondensators auf die vorgegebene Spannung zu steuern, bevor eine Schaltoperation des Wandlers vom Stromresonanztyp begonnen wird.
Ladegerät nach Anspruch 4 mit: einer Speicherbatterieerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um Spannungen der ersten Speicherbatterie und der zweiten Speicherbatterie zu erfassen, wobei die Steuereinheit eine Spannung der ersten Speicherbatterie mit einer Spannung der zweiten Speicherbatterie vergleicht und den ersten Wandler oder den zweiten Wandler entsprechend den verglichenen Spannungen auswählt.
Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit: einem Spannungsdetektor, der konfiguriert ist, um die Spannung des Glättkondensators und die DC-Spannung zu erfassen, wobei die Steuereinheit bestimmt, ob eine Spannung des Glättkondensators auf die vorgegebene Spannung gesteuert wird, bevor mit dem Schalten des Wandlers vom Stromresonanztyp begonnen wird, je nachdem, ob das Verhältnis der Spannung des Glättkondensators und der DC-Spannung gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist.
Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit: einem Spannungsdetektor, der konfiguriert ist, um die DC-Spannung zu erfassen, wobei die Steuereinheit die vorgegebene Spannung basierend auf der DC-Spannung berechnet.
Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem AC/DC-Wandler, der konfiguriert ist, um eine AC-Spannung zur Durchführung einer Leistungsfaktorverbesserungssteuerung zu empfangen und die DC-Spannung auszugeben.