电容器模块、电路布置及运行方法
【技术领域】
[0001] 本发明设计一种可加热的电容器以及具有该可加热的电容器的电路布置。该电路 布置例如涉及一种谐振变换器，特别是用于对电动车辆的无线充电，以及一种用于运行谐 振变换器（尤其是充电谐振变换器（load resonance converters))的方法。
【背景技术】
[0002] 谐振变换器尤其是直流电压变换器，其利用振荡回路工作并且将直流电压转换成 单相或者多相交流电压。分别利用一对晶体管作为开关元件工作的反相器的简单结构构造 例如由US 2 783 384 A公开。
[0003] 由EP 0 820 653 Bl公开了一种具有感应耦合的牵引电池系统。在此，将充电站 的充电能量作为在IOkHz至200kHz范围内的交流电流传输给电动车辆，并且在电动车辆中 整流。牵引电池系统应该适用于这样的车辆，该车辆配备有电池能量管理系统（BEMS)。存 在于电动车辆中的车辆内置的电池特定的充电控制模块向充电站发出关于充电电流的大 小和时间的信号。
[0004] 谐振的直流电压变换器为了进行能量传输而使用具有电阻抗（电容和电感）的电 谐振回路或者振荡回路。该能量传输方法也如上所述地也在不同类型的感应充电系统中得 以应用。为了最佳的功率传输，直流电压变换器在谐振频率的范围的情况下或之内运行。
[0005] 振荡回路的特征可以基于组件容差以及环境影响、例如环境温度而显著变化。由 此出现振荡回路的不和谐，这例如能够通过改变运行频率来补偿。
[0006] 在将能量无线传输到具有初级线圈和次级线圈的电磁传输系统中的情况下，基于 充电系统的初级线圈和次级线圈的偏差位置也会产生其协调一致或者不和谐。在用于感应 充电的谐振变换器中，例如通过固定连接的电容获得补偿网络。通过使用不同的补偿手段 能够使得传输系统协调。在传输系统中，尤其是对相应的线圈系统的初级和次级侧的漏电 感进行补偿。能量传输系统的相应的电工作点的匹配例如通过改变工作频率或者通过在初 级侧变换器上的能调节的电压实现。但是，在机动车领域中，变换器的可变工作功率的允许 带宽仅仅大约10kHz，以例如不对机动车的无钥匙进入系统产生干扰。在初级侧变换器上的 待调节的电压范围在此多数也处于10%的额定电压之下。由此得出的用于将能量传输系统 匹配于最大可能高效的传输上的调节范围因此被极大地限制。因此，大多情况并不力求能 量传输系统的另外的工作范围。更确切地说，多数的传输系统对于确定的工作点这样地优 化，即允许某个的系统容差。因此，由此获得在线圈系统和固定的补偿网络之间的固定的协 调。因为在感应的充电系统中，发射线圈（初级侧）和接收线圈（次级侧）的几何错置是 可以的，因此谐振回路的调节器在某种预定规定下也不再能补偿谐振回路的非和谐，这是 因为标准化的预定规定限制了运行频率（也称为工作频率）的调节范围。初级侧相对于次 级侧如此地协调一致，即可以实现高效的能量传输。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于给出一种阻抗（Blindwiderstand)和电路布置，其尤其能够简 单地影响振荡回路。此外，该目的涉及一种相应的方法。
[0008] 该目的的解决方案通过一种电容器模块和电路布置给出。此外，根据一种方法给 出了一个解决方案。
[0009] 接下来联系电容模块和电路布置阐述的设计方案和优点按照精神也适用于方法 并且反之亦然。通过使用具有可变的阻抗的（尤其是具有可变的电容的）电容器模块，设 置例如用于应用在无线电池充电系统中的谐振变换器（特别是用于电动车辆）能够特别稳 固地相对于在充电过程中的可能的干扰进行设计。占空比的变化或者用于设定电容器（例 如可变电容器）的电容的机械装置或者能够分级接通和断开的电容器组能够用于对谐振 变换器进行协调。可机械调节的电容器在功率电子器件中不能简单地通过回转器或者类似 物替代。由于易维修性和高的成本的原因同样总是不能呈现令人满意的解决方案，用于实 现机械地或者电子机械地可调节的电容器。在本发明中，在无线能量传输系统的初级侧和 /或次级侧上借助取决于温度的电容和用于改变温度的组件实现了可变的补偿网络。由此 产生的调节机构例如能够实现在对无线能量传输系统进行协调时的附加的自由度。该调节 机构是电容器模块，其电容值取决于温度进行改变，并且其具有用于改变温度的加热器。通 过改变电容，补偿网络或者谐振变换器设计为可变的。这实现了特别大的工作范围。
[0010] 电容器模块具有一个或者多个电容器，其中，电容器串联或者并联地连接。电容器 模块此外具有加热器。加热器例如是电阻或者也是帕尔贴元件。电容器模块除了加热器之 外还具有冷却器。帕尔贴元件可以作为加热器使用也可以作为冷却器使用。借助在热封闭 的壳体中的电加热和/或冷却装置，能够这样地调节所需的温度，即将取决于温度的电容 最优地匹配于谐振变换器的相应的电工作点。电容器模块优选地形成用于具有加热器或冷 却器的电容器的组件。电容器模块例如具有壳体，在该壳体中定位有至少一个电容器和加 热器或冷却器。在此，电容器模块例如可以被浇注。电容器模块例如定位在电路板上。电 容器模块在一个实施例中除了其电接口之外都是电绝缘的。然而，在电容器模块的一个设 计方案中，不仅在整个组件中的集成是可能的，而且也可以将单个组件例如构建在电路载 体上。在此提出并且确保的是，加热器影响电容器的温度。电容器模块也可以具有一个或 者多个传感器。
[0011] 在电容器模块的一个设计方案中，该电容器模块除了电容器和加热器（和/或冷 却器）之外还具有温度传感器。由该传感器测量的温度取决于相应的电容器的温度。通过 温度传感器能够测量电容器的温度或者至少在电容器处的温度，从而通过对该温度的认知 能够推断出电容器模块的一个或者多个电容器的电容。
[0012] 为了能够使得加热器或者冷却器作为用于改变电容器的进而电容器模块的电特 性的元件使用，为电容器选择这样的材料，其根据温度改变其特性。例如，电极电容器和陶 瓷电容器都是已知的。优选的是，确定的材料的特性被有目的地使用，该材料用于生产陶瓷 电容器。
[0013] 在电容器的一个设计方案中，电容器是陶瓷电容器，其尤其具有等级2的陶瓷。等 级2的陶瓷（铁电材料是显著取决于场强的）具有电容值的足够大的温度依赖性和电压依 赖性。已知的等级2的陶瓷例如是：X7R，Z5U，Y5V，X7S或者X8R。在型号为Y5V的等级2 的陶瓷电容器的情况中，例如在从25摄氏度至90摄氏度的温度范围中观察到大约80%的 电容变化。这在IOnF的电容器的实例中也许意味着：利用该电容器可以覆盖2nF至IOnF 的范围。在型号为Z5U的电容器的情况中，也识别到对温度的显著的依赖性，其同样能够被 使用。也能够使用型号X7R的电容器，然而在该范围中仅仅示出了大约10%的变化。
[0014] 在电容器模块的一个设计方案中，电容器与加热器和/或冷却器和/或与温度传 感器电隔离。该电隔离尤其通过电路板得出，该电路板将电容器与其他元件（例如像加热 器）分开。这在电容器以较高的电压或者如另外的元件-如加热器和温度传感器-在另外 的电平上运行时是有利的。
[0015] 加热器或者冷却器能够集成在电路布置中。该电路布置具有电容器，其电容能够 借助控制装置和加热器改变。控制装置例如是可编程存储控制装置、具有微电子元件的整 流器或者具有微控制器的另外的装置或者类似物。控制装置可作为温度调节器或者作为温 度控制器使用。控制装置用于影响加热器，并且其例如可以接通或者断开。电路布置尤其 涉及一种无线电池充电系统，这例如可以用于对电动车辆进行充电