用于从三相交流电压源中给电储能器充电的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于从三相交流电压源中给电储能器充电的装置。此外本发明涉及一种用于从三相交流电压源中给电储能器充电的方法。
【背景技术】
[0002]用于给电池三相充电的已知装置包括升压调节器和降压调节器，其被设置用于匹配电压水平并分别被构造为单独的单元。此外已知装置包括电网滤波器，该电网滤波器被设置用于抑制升压或者说降压调节器对三相交流电压网络的干扰影响。
[0003]DE 195 235 76 Al描述一种交流电压-直流电压电源和用于在高压系统中把交流电压转换为直流电压的方法。该处所描述的交流电压-直流电压电源包括半导体开关，该半导体开关在回流变换器(RUcklaufVandler)的低压侧上相比于半导体开关在高压侧上具有较低的击穿电压。较低的击穿电压能借助于分流调节器实现，该分流调节器调控低压开关侧上的钳位电压。
【发明内容】
[0004]根据第一方面，本发明提出一种用于从三相交流电压源中给电储能器充电的装置，其在交流电压源的各个相中包括:
-具有开关的降压调节机构；
-并行于降压调节机构连接的二极管；
-与降压调节机构连接的、具有至少一个包括两个串联的开关的第一半桥的转换机构，其中第一半桥的两个开关的接合点和降压调节机构之间连接了感应器；
-其中借助于降压调节机构的整流机构确定感应器上的充电电流方向；
-其中借助于控制机构依据交流电压源的电压和通过感应器的充电电流能够如此连接降压调节机构的开关和转换机构的第一半桥的至少一个第二开关，以致于由交流电压源为了给电储能器充电而被提取的电流能够如此产生，从而由交流电压源的各个相被提取基本呈正弦状的电流，其中在各个相中交流电压源的电流和电压基本上同相(in Phase)ο
[0005]根据第二方面，凭借本发明提供用于从交流电压源中给电储能器充电的方法，该方法包括以下步骤:
-如此降低输入端交流电压的各个电压相，以致于输入端交流电压的电压水平相比于转换机构的开关的定义电压水平较低；并且
-如此产生针对各个被降低的电压相的反向电压，从而交流电压源的相电压和由交流电压源的各个相为了给电储能器充电而提取的电流基本同相。
[0006]根据本发明的装置的优选改型是从属权利要求的内容。
[0007]该装置的一种优选实施形式的特征在于，第一半桥的第二开关或者第二半桥的第二开关或者第三半桥的第二开关被连接(geschaltet)。由此有利地实现对转换机构的不同开关的选择，其中分别根据需要也能够改变选择。
[0008]根据本发明的装置的另一优选实施形式的特征在于，第一半桥的第二开关和第二半桥的第二开关和第三半桥的第二开关被重叠地(Uberlappend)连接。由此有利地把开关功率分配到转换机构的开关上，这引发转换机构的开关的均匀负载。
[0009]根据本发明的装置的另一优选实施形式的特征在于，三相电机的各相绕组与转换机构的半桥的开关的各接合点连接，其中电机的绕组的星形节点连接到降压调节机构的输出端上。由此有利地利用了电机的绕组感应器，这有利地使得外部感应器的使用被摒弃。
[0010]根据本发明的装置的另一优选实施形式的特征在于，转换机构的两个或三个半桥的第二开关同步或重叠地连接。这由于重叠的连接方式而有利地引发电储能器的充电电流的降低的波动。通过开关的同步连接能够实现在转换机构的开关上的开关功率的均衡。
[0011]根据本发明的装置的一种优选实施形式的特征在于，仅降压调节机构的开关被连接。这对于电网电压相比于电储能器的电压较大的情况而言允许最少的开关类型。
[0012]在本发明中尤其被视为有利的是，借助于转换机构和降压调节机构可实现的是，引发电储能器的高效和利于成本的三相充电，办法是，转换机构和降压调节机构控制针对电储能器的充电电流。
[0013]其中也尤其被视为优点的事实是，在系统中已经现存的转换机构(例如具有针对电动车辆的高压电池的驱动系统中的B6逆变器)一并用于电储能器的充电功能。在高次谐波因子改良的意义中，降压调节机构以此方式与耦合感应器一起实现修正功能，该修正功能被规定符合EN-网络标准。
[0014]尤其也视为有利的是，通过使用降压调节机构和作为升压调节器的转换机构能够把根据本发明的原理应用在宽泛的输入端和电池电压范围中。以此方式实现能在全世界应用的充电方案。
[0015]当前发明的其它特征和优点在下文借助于实施形式参考附图被阐释。其中所有被描述或展示的特征单独或以任意的组合构成本发明的内容，而无关于其在专利权利要求中的综述或其引用关系，以及无关于其在说明书或者说在附图中的行文或者说展示。附图首先被设想用于说明本发明的主要原理并且不必被理解为详细的线路图。在附图中相同的附图标记描述相同的或者说相同功能的元件。
【附图说明】
[0016]附图中:
图1示出用于给电储能器三相充电的传统装置；
图2示出根据本发明的装置的第一实施形式；
图3示出根据本发明的装置的另一实施形式；并且图4是根据本发明的方法的实施形式的流程图的原理展示。
【具体实施方式】
[0017]图1展示用于给电储能器B三相充电的传统装置。三相的输入端交流电压W1、W2、W3 (三相电流)借助于升压调节器HS被整流并且被升高到较高的中间电路电压水平上。借助于中间电路电容使中间电路电压被平顺。借助于降压调节器TS把中间电路电压的电压水平相应于电储能器B的充电需求地减小。按照法定的标准和规定，在三相交流电压W1、W2、W3和升压调节器HS之间所设置的电网滤波器N阻止高次谐波限值的超出。
[0018]根据本发明现在规定，已经在系统中现存的转换机构U为了给电储能器B三相充电而被一同使用。
[0019]图2展示根据本发明的装置100的第一实施形式。在三相的输入端交流电压W1、W2、W3的各个相电压上连接了分别具有功率半导体开关(例如IGBT) STS1、STS2、STS3和以四个二极管Dll...D33为形式的整流机构的降压调节机构TS1、TS2、TS3。各二极管D13、D14、D23、D24、D33、D34与开关STS1、STS2、STS3的发射极和集电极电连接。此外两个串联的二极管D11、D12、D21、D22、D31、D32构成串联电路，其分别通过开关STS1、STS2、STS3的门而电连接。
[0020]其中所提到的整流机构的二极管Dll...D33基本上承担相电流的电流方向的确定，所述相电流应该沿着统一的方向通过耦合感应器L4流动以用于给电储能器B充电。
[0021]在三个相电压Wl、W2、W3的每个相电压上耦合感应器L1、L2、L3在两个并行于开关STS1、STS2、STS3的门连接的二极管Dll、D12、D21、D22、D31、D32的接合点上被连接。
[0022]具有输出端的降压调节机构TSl、TS2、TS3在具有三个包括各两个串联的开关S1...S6的半桥Hl、H2、H3的转换机构U (例如B6逆变器)上连接，其中在第一半桥Hl的接合点和降压调节机构TS1、TS2、TS3的输出端之间连接了另外的感应器L4。电机M在转换机构U的半桥的开关的接合点上连接，其中电机M在该配置中不具有功能。
[0023]借助于电流和电压传感器(未示出)所获取的值和三个相电压的时间曲线、相电流和通过感应器L4的总电流(电池充电电流)被输送到电子控制机构10。
[0024]依据三个相电压的时间曲线、相电流和通过感应器L4的总电流现在借助于控制机构10把降压调节机构TS1、TS2、TS3的开关STS1、STS2、STS3如此连接，从而三个相电流与各个相电压W1、W2、W3同相或者说协调(in Phase)。此外借助于降压调节机构TS1、TS2、TS3的开关STS1、STS2、STS3产生针对电储能器B的总充电电流，该总充电电流不超过被定义的最大值。通过连接降压调节机构的开关把感应器L1...L3上的电流中断，为此设置自振荡二极管FLD，其针对开关STS1、STS2、STS3的被定义的连接相(S