WO2007041729A1 - Batterieladegerät, verfahren zum betreiben eines solchen batterieladegeräts und stromwandler - Google Patents

Batterieladegerät, verfahren zum betreiben eines solchen batterieladegeräts und stromwandler Download PDF

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WO2007041729A1
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current
transformer
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switching
battery charger
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PCT/AT2006/000374
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Bernhard Artelsmair
Josef MÖSENEDER
Original Assignee
Fronius International Gmbh
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    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

Definitions

  • the invention relates to a battery charger with active rectification, a method for operating a battery charger with active rectification, and a current transformer, as described in the preambles of claims 1, 9 and 21.
  • the object of the invention is to provide a battery charger, a method for a battery charger, as well as a current transformer, in which the use of an active rectification for charging liquid / yellow matter with high output voltages and output currents, in particular greater than 10V and 5A, is possible ,
  • the object of the invention is achieved in that, on the secondary side of the transformer, a current sensor is provided for each secondary winding or at least one or two current sensors for a secondary winding, which are connected to an evaluation unit for transmitting a signal corresponding to the current value, in particular one Actual voltage value, is connected and the evaluation unit for driving the synchronous rectifier, in particular for switching off switching elements in the zero crossing, is formed.
  • the object of the invention is also achieved in that the current flow over the secondary windings of the transformer of the battery charger is detected in each case by a current sensor in real time, and a corresponding signal is transmitted to the evaluation unit, whereupon the evaluation unit controls according to predetermined parameters, in particular the switch-off, the synchronous rectifier or individual switching elements, is performed and the actual switching operation of the switching elements in the zero crossing or approximately takes place in the zero crossing.
  • the object of the invention is also achieved in that in the housing at least two cores, each with a coil and corresponding connection elements are arranged, and that the housing has two openings for the passage of a connection part for a secondary winding of a transformer, which are enclosed by the core.
  • Such a design of the current transformer a very simple construction of the current transformer, one winding per secondary branch is achieved. It is possible to adapt the recess or the longitudinal slot in the housing to the shape of the secondary winding or of the connecting part of the secondary winding, so that it can be guided directly through the recess.
  • Another significant advantage is that a very rapid switching of the switching elements is achieved by such a control, since the control is independent of the output current of the secondary winding, ie, that no longer the output current for driving the switching elements must be used, but this via a driver circuit.
  • the determination of the time for switching on the switching elements is carried out only in response to the output current, that is, over the current sensor, the output current is monitored in real time and forwarded by the current sensor, a corresponding signal to the evaluation unit, which then performs the drive of the driver circuit.
  • This also ensures that an adaptation of the drive voltage to the switching element or switching component used can be made, that is, that the necessary gate voltage for the MOSFET used can be adjusted and thus always safe switching is ensured.
  • the losses current transformer / burden can be kept small.
  • a small current in the secondary winding of the current transformer is present, whereby a low modulation of the core is carried by a low-impedance burden.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery charger in a simplified, schematic representation / Fig. 2 is a diagram showing the switching behavior of the battery charger;
  • Fig. 3 is an exploded view of a current transformer, in a simplified, schematic representation / and
  • Fig. 4 is a perspective view of a mounted on a printed circuit board current transformer.
  • Fig. 1 is a schematic representation of functional blocks for a battery charger 1 is shown.
  • a control device Ia which is connected via power lines 3 to an AC voltage network 4
  • a bridge circuit in particular a full bridge 5
  • a transformer 6 and a synchronous rectifier 7 with the interposition of an output filter via Lines 8 is connected to a battery to be charged 9, shown.
  • the functional blocks will not be discussed in more detail, as they can be carried out commercially and interconnected.
  • the structure of the battery charger 1 can be supplemented by further functional blocks, such as a boost converter, a buck converter, etc., since the solution according to the invention can be applied to all known structures of battery chargers 1, so that only one embodiment was presented.
  • the battery charger 1 is operated with an active rectification, which is described in the described battery charger 1 on the switching off of the secondary switching elements or the synchronous rectifier 7, since the switching off of switching elements is critical because it is equivalent to a secondary short circuit when the Switching elements remain switched on for too long.
  • the control is carried out directly via the transformer or transistor current, wherein the output signal of a sensor is used directly for the control of switching elements.
  • the design of the current transformer is difficult if the range of the current is too large, for example, between 5A-50A, since the voltage at the output of the current transformer in any case must be above the threshold voltage of the switching elements, ie, that the current transformer, for example, at least 5V -10V, depending on the used transistor or switching element.
  • a current sensor 10, 11 is provided on the secondary side for each secondary winding 13, 14, which is connected to an evaluation unit 12 for transmitting a current value corresponding signal 15, in particular a voltage actual value 15, and the evaluation unit 12 is designed to drive the synchronous rectifier 7 ,
  • the current flow via the secondary windings 13, 14 of each current sensor 10, 11 detected in real time and passed a corresponding signal 15 to the evaluation unit 12, whereupon of the evaluation unit 12 according to predetermined parameters, the control of the synchronous rectifier 7, in particular the individual switching elements , not shown, ie that a permanent transfer of O be the signal 15 from the current sensors 10, 11 to the evaluation unit 12 is performed.
  • the current sensor 10, 11 serves to detect the respective currents in the secondary windings 13, 14 of the transformer 6, for which purpose such a signal
  • a current sensor 10, 11 is shown schematically in Fig. 2.
  • current sensors 10, 11 e.g. Resistors (shunts), current transformers, preferably passive current transformers, or sensors with magnetoresistive effect can be used.
  • shunts Resistors
  • current transformers preferably passive current transformers, or sensors with magnetoresistive effect can be used.
  • Important here is only that the necessary bandwidth, which is dependent on the switching frequency of the synchronous rectifier 7 and the switching elements, is available.
  • the signal 15 of the current sensor 10, 11 is converted by means of the evaluation unit 12 into the necessary control signals 16 for the control of the synchronous rectifier 7.
  • the reference voltage 17 is now set according to the invention in such a way that the correct switching time is achieved for the switching elements, so that they switch approximately at the zero crossing of the current flow through the transformer, ie, that the reference voltage 17 is determined as a function of the switching elements used or the synchronous rectification, so that due to the switching times 18 and the propagation delays in the evaluation in accordance with the zero crossing of the switch-off is initiated and thus the zero-crossing the actual switching operation 19 takes place.
  • the switch-off process is initiated at the zero crossing, ie an evaluation of the zero crossing takes place, then the actual switching process is performed only after the zero crossing, where a considerable current is again applied to the switching elements.
  • This is in the inventive solution by appropriate premature initiation of the switching process prevents so that always in the zero crossing or only very shortly before or after is switched, and thus only small currents can flow.
  • a corresponding adjustment of the reference voltage 17 can be performed by the evaluation unit 12 or another control device, so that an optimal switching operation is always performed.
  • the adjustment of the reference voltage 17 depends on stray inductance, the input voltage, etc., wherein the adjustment is carried out continuously, ie in real time, or at certain predetermined time intervals, so that the desired value or the reference voltage 17 for controlling the synchronous rectifier 7, in particular of the switching elements, is set or calculated such that after the initiated switching operation of the switching elements of the synchronous rectifier 7, these are switched approximately in the zero crossing.
  • the desired value or the reference voltage 17 is, for example, between 2A to 10A, in particular 6A, before the zero crossing of the current flow in the secondary winding 13, 14th
  • the switching on of the switching elements or the synchronous rectifier 7 can in turn be controlled by a reference voltage, the switching is rather uncritical, since only the losses increase when the current flows longer over the body diode of the switching elements.
  • the switching elements of the synchronous rectifier 7 are activated.
  • a current flow from the battery via the switching elements and the secondary winding 13, 14 can build, so that the switching elements serve as a load and thus a discharge function with constant current for capacity determination or determination of the internal resistance of the battery 9 can be used.
  • a diagnosis can be performed.
  • a return of the energy can be performed, that is, that the existing energy of the battery 9 when unloading on the primary side, ie in the reverse direction compared to the loading, can be performed.
  • This energy can be used either for the auxiliary supply of the battery charger 1 or for the return feed into the supply network.
  • a housing 21 at least two cores 22, 23, each with a coil 24, 25, which is arranged around the core 22, 23, and corresponding connection elements 26, wherein the housing 21 has two openings 27, in particular longitudinal slots for passage a ribbon connection, or a connection part 28 for a secondary winding 13, 14 of a transformer 6, which are enclosed by the cores 22, 23.
  • the housing 21 is preferably formed of a non-electromagnetic material, in particular of plastic, wherein the opening 27 is preferably formed in the interior of the housing 21 as a projection and this is enclosed by the cores 22, 23.
  • the current sensor 10, 11 or current transformer 20, in particular a height of the housing 20, is designed such that this - DO _ can be mounted directly under the transformer 6, that is, that the transformer 6 directly via the current transformer 20 on a printed circuit board 29, on which a plurality of components 30 may be arranged, is mounted, wherein the secondary windings 13, 14 of the secondary coils through the Opening 27, in particular the longitudinal slots of the housing 21, are passed, as shown schematically in Fig. 4.

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Batterieladegerät (1) mit aktiver Gleichrichtung, mit zumindest einer Steuervorrichtung (1a), einem Gleichrichter (2), einer Brückenschaltung (5), einem Transformator (6) und einem Ausgangsgleichrichter bzw. einem Synchrongleichrichter (7) mit einem Ausgangsfilter. Sekundärseitig ist für jede Sekundärwicklung (13, 14) ein Stromsensor (10, 11) oder bei einer Sekundärwicklung zumindest ein oder zwei Stromsensoren (10, 11) vorgesehen, der mit einer Auswerteeinheit (12) zur Übertragung eines dem Stromwert korrespondierenden Signals (15), insbesondere eines Spannungs-Istwertes, verbunden ist und die Auswerteeinheit (12) zum Ansteuern des Synchrongleichrichters (7), insbesondere zum Ausschalten von Schaltelementen im Nulldurchgang, ausgebildet ist.

Description

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Batterieladegerät , Verfahren zum Betreiben eines solchen Batterieladegeräts und Stromwandler
Die Erfindung betrifft ein Batterieladegerät mit aktiver Gleichrichtung, ein Verfahren zum Betreiben eines Batterieladegerätes mit aktiver Gleichrichtung, sowie einen Stromwandler, wie in Oberbegriffen der Ansprüche 1, 9 und 21 beschrieben sind.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Batterieladegerät, ein Verfahren für ein Batterieladegerät, sowie einen Stromwandler zu schaffen, bei denen der Einsatz einer aktiven Gleichrichtung zum Laden von Flüssigkeits-/Gelbaterien mit hohen Ausgangsspannungen und Ausgangsstömen, insbesondere größer 10V und 5A, möglich ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass sekundärsei- tig des Transformators für jede Sekundärwicklung ein Stromsensor oder bei einer Sekundärwicklung zumindest ein oder zwei Strorα- sensoren vorgesehen ist, der bzw. die mit einer Auswerteeinheit zur Übertragung eines dem Stromwert korrespondierenden Signals, insbesondere eines Spannungs-Istwertes, verbunden ist und die Auswerteeinheit zum Ansteuern des Synchrongleichrichters, insbesondere zum Ausschalten von Schaltelementen im Nulldurchgang, ausgebildet ist.
Weiters wird die Aufgabe der Erfindung auch dadurch gelöst, dass der Stromfluss über die Sekundärwicklungen des Transformators des Batterieladegeräts von jeweils einem Stromsensor in Echtzeit erfasst wird, und ein entsprechendes Signal an die Auswerteeinheit übergeben wird, worauf von der Auswerteeinheit nach vorgegebenen Parametern die Ansteuerung, insbesondere der Ausschaltvorgang, des Synchrongleichrichters bzw. einzelner Schaltelemente, durchgeführt wird und der tatsächliche Schaltvorgang der Schaltelemente im Nulldurchgang bzw. annähernd im Nulldurchgang erfolgt.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch dadurch gelöst, dass in dem Gehäuse zumindest zwei Kerne mit jeweils einer Spule und entsprechenden Anschlusselementen angeordnet sind, und dass das Gehäuse zwei Öffnungen zur Durchführung eines Anschlussteils für eine Sekundärwicklung eines Transformators aufweist, die von dem Kern umschlossen sind.
Durch eine derartige Ausbildung des Stromwandlers wird ein sehr einfacher Aufbau des Stromwandlers, je eine Wicklung je Sekundärzweig, erreicht. Dabei ist es möglich, die Ausnehmung bzw. den Längsschlitz im Gehäuse auf die Form der Sekundärwicklung bzw. des Anschlussteils der Sekundärwicklung anzupassen, sodass diese direkt durch die Ausnehmung geführt werden kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, dass durch eine derartige Steuerung ein sehr schnelles Einschalten der Schaltelemente erreicht wird, da die Ansteuerung unabhängig vom Ausgangsstrom der Sekundärwicklung erfolgt, d.h., dass nicht mehr der Aus- gangsstrom zum Ansteuern der Schaltelemente herangezogen werden muss, sondern dies über eine Treiberschaltung erfolgt. Die Ermittlung des Zeitpunktes zum Einschalten der Schaltelemente wird lediglich in Abhängigkeit des Ausgangsstromes durchgeführt, d.h., über den Stromsensor wird in Echtzeit der Ausgangsstrom überwacht und vom Stromsensor ein entsprechendes Signal an die Auswerteeinheit weitergeleitet, welche dann die Ansteuerung der Treiberschaltung durchführt. Damit wird auch erreicht, dass eine Anpassung der Treiberspannung an das eingesetzte Schaltelement bzw. Schaltbauteil vorgenommen werden kann, d.h., dass die notwendige Gatespannung für den verwendeten MOSFET angepasst werden kann und somit immer ein sicheres Einschalten gewährleistet ist. Weiters wird erreicht, dass die Verluste Stromwandler/Bürde klein gehalten werden können. Bei einem Stromwandler als Stromsensor ist ein geringer Strom in der Sekundärwicklung des Stromwandlers vorhanden ist, wodurch eine geringe Aussteuerung des Kernes durch eine niederohmige Bürde erfolgt.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen bzw. Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Batterieladegerätes in vereinfachter, schematischer Darstellung/ Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung des Schaltverhaltens des Batterieladegerätes;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung eines Stromwandlers, in vereinfachter, schematischer Darstellung/ und
Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung eines auf einer Printplatte montierten Stromwandlers.
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung von Funktionsblöcken für ein Batterieladegerät 1 gezeigt. Hierbei wurden jedoch nur die wesentlichsten Funktionsblöcke, wie eine Steuervorrichtung Ia, ein Gleichrichter 2, der über Netzleitungen 3 mit einem Wechselspannungsnetz 4 verbunden ist, einer Brückenschaltung, insbesondere einer Vollbrücke 5, einen Transformator 6 und einen Sychrongleichrichter 7, der unter Zwischenschaltung eines Ausgangsfilters über Leitungen 8 mit einer zu ladenden Batterie 9 verbunden ist, dargestellt. Auf die genaue Beschreibung der Funktionsblöcke wird nicht näher eingegangen, da diese handelsüblich ausgeführt und zusammengeschaltet werden können.
Selbstverständlich ist es möglich, dass der Aufbau des Batterieladegerätes 1 durch weitere Funktionsblöcke, wie beispielsweise einen Hochsetzsteller, einen Tiefsetzsteller, usw. ergänzt werden können, da die erfindungsgemäße Lösung auf alle bekannten Aufbauten von Batterieladegeräten 1 angewendet werden kann, so- dass lediglich ein Ausführungsbeispiel dargestellt wurde.
Erfindungsgemäß wird das Batterieladegerät 1 mit einer aktiven Gleichrichtung betrieben, wobei bei dem beschrieben Batterieladegerät 1 auf das Ausschalten der sekundär angeordneten Schaltelemente bzw. des Synchrongleichrichters 7 näher eingegangen wird, da das Ausschalten von Schaltelementen kritisch ist, weil es einem sekundären Kurzschluss gleichkommt, wenn die Schaltelemente zu lange eingeschaltet bleiben.
Hierbei sind bereits aus dem Stand der Technik unterschiedliche Arten von aktiven Gleichrichtungen zum Ausschalten von Schaltelementen bekannt, wie beispielsweise eine externe Steuerung, eine Selbststeuerung oder eine Stromsteuerung. Bei der Externen- Steuerung erfolgt die Ansteuerung durch Kontroll-IC s, wobei diese schwierig an die unterschiedlichen Topologien anzuwenden ist. Bei der Selbststeuerung erfolgt die Steuerung direkt über die Trafospannung, wobei hier das Schalten meist zu spät erfolgt bzw. bei leckendem Ausgangsstrom problematisch ist. Außerdem besteht die Abhängigkeit von der jeweiligen Ausgangsspannung, wodurch entsprechende Probleme in bestimmten Spannungsbereichen von z.B. kleiner 10V auftreten können, da hier die notwendige Spannung zur Ansteuerung der Schaltelemente nicht erreicht wird.
Bei der Stromsteuerung erfolgt die Steuerung direkt über den Trafo- bzw. Transistorstrom, wobei das Ausgangssignal eines Sensors direkt zur Ansteuerung von Schaltelementen verwendet wird. Hierbei ist die Auslegung des Stromwandlers schwierig, wenn der Bereich des Stromes zu groß wird, beispielsweise zwischen 5A-50A liegt, da die Spannung am Ausgang des Stromwandlers in jedem Fall über der Schwellenspannung der Schaltelemente liegen muss, d.h., dass der Stromwandler beispielsweise mindestens 5V-10V, je nach verwendetem Transistor bzw. Schaltelement, liefern muss.
Bei dem erfindungsgemäßen Batterieladegerät 1, welches mit einem größeren Ausgangsstrom von > 5A zum Laden von Flüssigkeits-/Gel- batterien arbeitet, wird nunmehr eine Kombination aus „Stromgesteuert" und „Externe-Steuerung" eingesetzt, wodurch in vorteilhalfter Weise erreicht wird, dass ein sehr einfacher Aufbau erzielt wird und die Steuerung unabhängig vom jeweiligen Ausgangsstrom, im Vergleich zu nur stromgesteuert, ist.
Hierzu ist sekundärseitig für jede Sekundärwicklung 13, 14 ein Stromsensor 10, 11 vorgesehen, der mit einer Auswerteeinheit 12 zur Übertragung eines dem Stromwert korrespondierenden Signals 15, insbesondere eines Spannungs-Istwertes 15, verbunden ist und die Auswerteeinheit 12 zum Ansteuern des Synchrongleichrichters 7 ausgebildet ist. Dabei wird nunmehr der Stromfluss über die Sekundärwicklungen 13, 14 von jeweils einem Stromsensor 10, 11 in Echtzeit erfasst und ein entsprechendes Signal 15 an die Auswerteeinheit 12 übergeben, worauf von der Auswerteeinheit 12 nach vorgegebenen Parametern die Ansteuerung des Synchrongleichrichters 7, insbesondere der einzelnen Schaltelemente, nicht dargestellt, durchgeführt wird, d.h., dass eine ständige Überga- O be des Signals 15 von den Stromsensoren 10, 11 an die Auswerteeinheit 12 durchgeführt wird. Der Stromsensor 10, 11 dient hierzu zur Erfassung -der jeweiligen Ströme in den Sekundärwicklungen 13, 14 des Transformators 6, wobei hierzu ein derartiges Signal
15 von einem Stromsensors 10, 11 in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Als Stromsensoren 10, 11 können z.B. Widerstände (Shunts) , Stromwandler, vorzugsweise passive Stromwandler, oder auch Sensoren mit magnetoresistivem Effekt verwendet werden. Wichtig hierbei ist nur, dass die notwendige Bandbreite, die abhängig von der Schaltfrequenz des Synchrongleichrichters 7 bzw. der Schaltelemente ist, zur Verfügung steht.
Das Signal 15 des Stromsensors 10, 11 wird mit Hilfe der Auswerteeinheit 12 in die notwendigen Ansteuersignale 16 für die Ansteuerung des Synchrongleichrichters 7 umgewandelt. Dabei wird das Signal 15 des Stromsensors mit einer Referenzspannung 17, wie schematisch in Fig. 2 mit strichlierten Linien dargestellt, verglichen, also es wird von der Auswerteeinheit 12 ein Soll/Ist-Vergleich des übersendeten Signals 15 mit dem Referenzsignal 17 durchführt, woraus ein entsprechendes Ansteuersignal
16 von der Auswerteeinheit 12 erzeugt wird, welches dann beispielsweise einem Leistungstreiber, nicht dargestellt, zugeführt wird, der die Schaltsignale, insbesondere Gatesignale, für die Schaltelement erzeugt. Hierbei wird nunmehr erfindungsgemäß die Referenzspannung 17 derart festgelegt, dass der richtige Schaltzeitpunkt für die Schaltelemente erreicht wird, sodass diese annähernd im Nulldurchgang des Stromflusses über den Transformator schalten, d.h., dass die Referenzspannung 17 in Abhängigkeit der eingesetzten Schaltelemente bzw. des Synchrongleichrichtes festgelegt wird, sodass aufgrund der Schaltzeiten 18 bzw. der Laufzeitverzögerungen bei der Auswertung entsprechend vor dem Nulldurchgang der Ausschaltvorgang eingeleitet wird und somit im Nulldurchgang der tatsächliche Schaltvorgang 19 erfolgt.
Wird nämlich, wie aus dem Stand der Technik bekannt, der Ausschaltvorgang beim Nulldurchgang eingeleitet, d.h., dass eine Auswertung des Nulldurchganges erfolgt, so wird der tatsächliche Schaltvorgang erst nach dem Nulldurchgang, wo bereits wieder ein erheblicher Strom an den Schaltelementen anliegt, durchgeführt. Dies wird bei der erfindungsgemäßen Lösung durch entsprechendes vorzeitiges Einleiten des Schaltvorganges verhindert, sodass immer im Nulldurchgang bzw. nur ganz kurz zuvor oder danach geschaltet wird, und somit nur geringe Ströme fließen können. Zusätzlich ist es noch möglich, dass von der Auswerteeinheit 12 oder einer anderen Steuervorrichtung ein entsprechender Abgleich der Referenzspannung 17 durchgeführt werden kann, sodass immer ein optimaler Schaltvorgang durchgeführt wird. Dabei kann beispielsweise der Abgleich der Referenzspannung 17 abhängig von Streuinduktivität, der Eingangsspannung, usw. erfolgen, wobei der Abgleich ständig, also in Echtzeit, oder in bestimmten vorgegebenen Zeitabständen durchgeführt wird, sodass der Sollwert bzw. die Referenzspannung 17 zur Ansteuerung des Synchrongleichrichters 7, insbesondere der Schaltelemente, derart eingestellt bzw. berechnet wird, dass nach dem eingeleiteten Schaltvorgang der Schaltelemente des Synchrongleichrichters 7 dieser annähernd im Nulldurchgang geschaltet werden. Der Sollwert bzw. die Referenzspannung 17 liegt dabei beispielsweise zwischen 2A bis 10A, insbesondere 6A, vor dem Nulldurchgang des Stromflusses in der Sekundärwicklung 13, 14.
Das Einschalten der Schaltelemente bzw. des Synchrongleichrichters 7 kann wiederum über eine Referenzspannung gesteuert werden, wobei das Einschalten eher unkritisch ist, da lediglich die Verluste steigen, wenn der Strom länger über die Bodydiode der Schaltelemente fließt.
Wesentlich ist, dass bei einer derartigen kombinierten Steuerung diese unabhängig vom Ausgangsstrom des Transformators 6 ist, da die Ansteuerspannung für die Schaltelemente von der Auswerteeinheit bzw. einer entsprechenden Treiberschaltung geliefert wird, sodass auch bei geringem Ausgangsstrom ein sicherer Schaltvorgang durchgeführt wird.
Durch den Einsatz einer aktiven Gleichrichtung bei dem erfindungsgemäßen Batterieladegerät 1 wird auch noch erreicht, dass dieses gleichzeitig auch eine Diagnose der angeschlossenen Batterie 9 durchführen kann, d.h., dass mit einer geeigneten Ansteuerung der Schaltelemente des Synchrongleichrichters 7 diese auch als elektronische Last zur Batterie-Diagnose verwendet werden können. Hierzu wird das Batterieladegerät 1 stromlos betrie- W 2 - -
ben, d.h., dass kein Energiefluss über den Transformator 6 durchgeführt wird, wobei jedoch im Diagnosebetrieb von der Auswerteeinheit 12 die Schaltelemente des Synchrongleichrichters 7 aktiviert werden. Somit kann sich nun ein Stromfluss von der Batterie über die Schaltelemente und der Sekundärwicklung 13, 14 aufbauen, sodass die Schaltelemente als Last dienen und somit eine Entladefunktion mit konstantem Strom zur Kapazitätsermittlung bzw. Ermittlung des Innenwiderstandes der Batterie 9 verwendet werden kann. Hierzu kann durch einfaches Einschalten der Schaltelemente, also ohne großen Aufwand und zusätzliches Diagnosegerät, eine derartige Diagnose durchgeführt werden.
Auch ist es möglich, dass im Diagnosebetrieb eine Rückspeisung der Energie durchgeführt werden kann, d.h., dass die vorhandene Energie der Batterie 9 beim Entladen auf die Primärseite, also in die umgekehrte Richtung im Vergleich zum Laden, durchgeführt werden kann. Diese Energie kann entweder für die Hilfsversorgung des Batterieladegerätes 1 bzw. für die Rückspeisung ins Versorgungsnetz verwendet werden.
Um einen sehr kompakten Aufbau des Batterieladegerätes 1 zu erzielen, wurde hierfür eigens ein entsprechender Stromwandler 20, in dem die Stromsensoren 10, 11 angeordnet sind, entwickelt, der in vereinfachter Form in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.
Hierbei sind nunmehr in einem Gehäuse 21 zumindest zwei Kerne 22, 23 mit jeweils einer Spule 24, 25, die jeweils um den Kern 22, 23 angeordnet ist, und entsprechenden Anschlusselementen 26 angeordnet, wobei das Gehäuse 21 zwei Öffnungen 27, insbesondere Längsschlitze zur Durchführung eines Flachbandanschlusses, bzw. eines Anschlussteils 28 für eine Sekundärwicklung 13, 14 eines Transformators 6 aufweist, die von den Kernen 22, 23 umschlossen sind. Dabei wird das Gehäuse 21 bevorzugt aus einem nicht elektromagnetischen Material, insbesondere aus Kunststoff, ausgebildet, wobei die Öffnung 27 bevorzugt im Inneren des Gehäuses 21 als Vorsprung ausgebildet und dieser von den Kernen 22, 23 umschlossen wird.
Die Stromsensor 10, 11 bzw. Stromwandler 20, insbesondere eine Höhe des Gehäuse 20, ist dabei derartig ausgebildet, dass dieser — D O _ direkt unter dem Transformator 6 montiert werden kann, d.h., dass der Transformator 6 direkt über den Stromwandler 20 auf einer Leiterplatte 29, auf der mehrere Bauelemente 30 angeordnet sein können, montiert wird, wobei die Sekundärwicklungen 13, 14 der Sekundärspulen durch die Öffnung 27, insbesondere den Längsschlitzen des Gehäuses 21, hindurchgeführt werden, wie dies schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Durch eine derartige Ausbildung kann nunmehr ein sehr kompakter Aufbau geschaffen werden und der Anschlussteil 28 der Sekundärleitung, der mit der Leiterplatte 29 verlötet wird, sehr kurz gehalten werden kann.
Selbstverständlich ist auch möglich, den Stromwandler 20 neben dem Transformator 6 auf der Leiterplatte 29 anzuordnen und die Anschlussteile 28 der Sekundärwicklung 13,14 anschließend wiederum durch das Gehäuse 21 des Stromwandlers 20 zu führen oder durch entsprechende Bügel an der Leiterplatte 29 den Stromfluss von den Sekundärwicklungen 13, 14 durch das Gehäuse 21 des Stronawandlers 20 zu führen, sodass wiederum eine ständige Aufnahme des Stromflusses vorgenommen werden kann, der dann an die Ansteuereinheit 12 weitergeleitet wird.
Wie bereits zuvor erwähnt, wird auf die Funktionen der weiteren Funktionsblöcke sowie die Durchführung von entsprechenden Ladeverfahren, nicht näher eingegangen. Es ist beispielsweise auch möglich, dass die Ansteuereinheit 12 direkt in die Steuervorrichtung Ia für das Batterieladegerät 1 integriert werden kann.

Claims

Patentansprüche :
1. Batterieladegerät (1) mit aktiver Gleichrichtung, mit zumindest einer Steuervorrichtung (Ia), einem Gleichrichter (2), einer Brückenschaltung (5), einem Transformator (6) und einem Ausgangsgleichrichter bzw. einem Synchrongleichrichter (7) mit einem Ausgangsfilter, dadurch gekennzeichnet, dass sekundärsei- tig des Transformators (6) für jede Sekundärwicklung (13, 14) ein Stromsensor (10, 11) oder bei einer Sekundärwicklung (13, 14) zumindest ein oder zwei Stromsensoren (10, 11) vorgesehen ist, der bzw. die mit einer Auswerteeinheit (12) zur Übertragung eines dem Stromwert korrespondierenden Signals (15) , insbesondere eines Spannungs-Istwertes, verbunden ist und die Auswerteeinheit (12) zum Ansteuern des Synchrongleichrichters (7) , insbesondere zum Ausschalten von Schaltelementen im Nulldurchgang, ausgebildet ist.
2. Batterieladegerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterieladegerät (1) für Ausgangsströme von mehr als 5A zum Laden von Flüssigkeits-/Gelbatterien ausgebildet ist.
3. Batterieladegerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfluss über die Sekundärwicklungen (13, 14) von jeweils einem Stromsensor (10, 11) in Echtzeit erfolgt.
4. Batterieladegerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsensoren (10, 11) durch Widerstände, passive Stromwandler oder Sensoren mit magnetoresistivem Effekt gebildet sind.
5. Verfahren zum Betreiben eines Batterieladegerätes (1) mit aktiver Gleichrichtung, mit zumindest einer Steuervorrichtung (Ia), einem Gleichrichter (2), einer Brückenschaltung (5), einem Transformator (6) und einem Ausgangsgleichrichter bzw. einem Synchrongleichrichter (7) mit einem Ausgangsfilter, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfluss über die Sekundärwicklungen (13, 14) des Transformators (6) des Batterieladegeräts (1) von jeweils einem Stromsensor (10, 11) in Echtzeit erfasst wird, und ein entsprechendes Signal (15) an eine Auswerteeinheit (12) übergeben wird, worauf von der Auswerteeinheit (12) nach vorge- gebenen Parametern die Ansteuerung, insbesondere der Ausschaltvorgang, des Synchrongleichrichters (7) bzw. einzelner Schaltelemente durchgeführt wird und der tatsächliche Schaltvorgang der Schaltelemente im Nulldurchgang bzw. annähernd im Nulldurchgang erfolgt.
β. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (15) des Stromsensors (10, 11) mit einer Referenzspannung (17) von der Auswerteeinheit (12) verglichen, insbesondere ein Soll/Ist-Vergleich vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch β, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannung (17) für den Soll/Ist-Vergleich derart festgelegt ist, dass der richtige Schaltzeitpunkt für die Schaltelemente erreicht wird, sodass diese annähernd im Nulldurchgang des Stromflusses über den Transformator (β) schalten.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannung (17) in Abhängigkeit der eingesetzten Schaltelemente bzw. des Synchrongleichrichters (7) festgelegt werden, sodass aufgrund der Schaltzeiten (18) bzw. der Laufzeitverzögerungen bei der Auswertung entsprechend vor dem Nulldurchgang der Ansteuervorgang eingeleitet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des Stromes zur Ansteuerung des Synchrongleichrichters (7) , insbesondere der Schaltelemente, derart eingestellt bzw. berechnet wird, dass nach dem eingeleiteten Schaltvorgang der Schaltelemente des Synchrongleichrichters (7) vor dem Nulldurchgang die Schaltelemente annähernd im Nulldurchgang geschaltet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert zwischen 2A bis 10A, insbesondere 6A, vor dem Nulldurchgang des Stromflusses in der Sekundärwicklung (13, 14) liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass von der Auswerteeinheit (12) ein Soll/Ist-Ver- gleich des übersendeten Signals (15) durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass von der Auswerteeinheit (12) oder einer anderen Steuervorrichtung (Ia) ein entsprechender Abgleich der Referenzspannung (17 durchgeführt wird, sodass immer ein optimaler Schaltvorgang durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleich der Referenzspannung (17) in Abhängigkeit der Streuinduktivität, der Eingangsspannung, usw. erfolgt, wobei der Abgleich ständig, also in Echtzeit, oder in bestimmten vorgegebenen Zeitabständen durchgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einschalten der Schaltelemente bzw. des Synchrongleichrichters (7) wiederum über eine Referenzspannung gesteuert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Batterieladegerät (1) gleichzeitig auch eine Diagnose der angeschlossenen Batterie (9) durchgeführt wird, wobei das Batterieladegerät (1) stromlos betrieben, also kein Energiefluss über den Transformator (6) durchgeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Ansteuerung der Schaltelemente des Synchrongleichrichters (7) diese auch als elektronische Last zur Batterie-Diagnose verwendet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Diagnosebetrieb von der Auswerteeinheit (12) die Schaltelemente des Synchrongleichrichters (7) aktiviert werden und somit eine Entladefunktion mit konstantem Strom zur Kapazitätsermittlung oder zur Bestimmung des Innenwiderstandes der Batterie (9) durchgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Diagnosebetrieb eine Rückspeisung der Energie durchgeführt wird, wobei die vorhandene Energie der Bat- terie (9) beim Entladen auf die Primärseite des Transformators (6) übertragen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die rückgespeiste Energie für die HilfsVersorgung des Batterieladegerätes (1) oder für die Rückspeisung ins Versorgungsnetz verwendet wird.
20. Stromwandler, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Kern und einer um einen Teil des Kerns gewickelten Spule, sowie Anschlusselementen zum Verbinden bzw. Befestigen an einer Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (21) zumindest zwei Kerne (22, 23) mit jeweils einer Spule (24, 25) und entsprechenden Anschlusselementen (26) angeordnet sind, und dass das Gehäuse (21) zwei Öffnungen (27) zur Durchführung eines Anschlussteils (28) für eine Sekundärwicklung (13, 14) eines Transformators (6) aufweist, die vom Kern (22, 23) umschlossen sind.
21. Stromwandler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsensoren (10, 11) bzw. der Stromwandler (20) , insbesondere das Gehäuse (21) , derart ausgebildet ist, dass dieser direkt unter den Transformator (6) montiert wird.
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