DE19903427A1 - Device for charging capacitor has d.c. voltage converter directly connected to capacitor, supplied by a generator and regulated to deliver constant current or power to the capacitor - Google Patents
Device for charging capacitor has d.c. voltage converter directly connected to capacitor, supplied by a generator and regulated to deliver constant current or power to the capacitorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ladung eines Kondensators, insbesonders eines als Zwischenspeicher dienenden Kondensators bei einem Kurbelwellen-Starter- Generator bei einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a device for charging a Capacitor, especially one as a buffer serving capacitor in a crankshaft starter Generator in an internal combustion engine.
Für die schnelle und otimale Ladung von Kondensatoren gibt es eine Vielzahl von Schaltungsvarianten, die jeweils geeignet sind, spezielle Kondensatoren unter bestimmten Bedingungen optimal zu laden. Besonders in Verbindung mit einem Kraftfahrzeugbordnetz, bei dem ein von der Brennkraftmaschine angetriebener Generator für die Spannungsversorgung eingesetzt wird, werden besondere Anforderungen an die Ladung eines Zwischenkreiskondensators gestellt.For the quick and optimal charging of capacitors there are a variety of circuit variants, each are suitable, special capacitors under certain Load conditions optimally. Especially in connection with a vehicle electrical system, in which one of the Internal combustion engine driven generator for the Power supply used will be special Requirements for charging an intermediate circuit capacitor posed.
Für Drehstromgeneratoren, die gleichzeitig auch als Starter betrieben werden, ist es vorteilhaft, einen Zwischenkreiskondensator einzusetzen. Eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung, die eine elektrische Maschine umfaßt, die sowohl als Generator als auch als Starter arbeitet und mit einem Zwischenkreiskondensator in Verbindung steht, ist beispielsweise aus der DE-OS 196 46 043 bekannt. Damit die Maschine sowohl als Starter als auch als Generator arbeiten kann und zur optimalen Regelung der Ausgangsspannung des Generators ist die elektrische Maschine über eine gesteuerte Gleichrichterbrücke mit dem Zwischenkreiskondensator und dem sich anschließenden Bordnetz verbunden. Die Gleichrichterbrücke umfaßt dabei 6 Pulswechselrichter- Elemente, die beispielsweise vom Steuergerät der Brennkraftmaschine oder von einem Bordnetzsteuergerät angesteuert werden. Die bekannte Vorrichtung zur Spannungsversorgung weist zwar einen Zwischenkreiskondensator auf, hinsichtlich einer optimalen Ladestrategie für den Kondensatorzwischenspeicher werden jedoch keine Informationen gegeben.For alternators that also act as starters operated, it is advantageous to a Use DC link capacitor. A device for Power supply that includes an electrical machine that works both as a generator and as a starter and is connected to an intermediate circuit capacitor known for example from DE-OS 196 46 043. So that Work the machine both as a starter and as a generator can and for optimal control of the output voltage of the The generator is controlled by an electrical machine Rectifier bridge with the intermediate circuit capacitor and the connected on-board electrical system. The Rectifier bridge includes 6 pulse inverter Elements, for example, from the control unit of the Internal combustion engine or from an electrical system control unit can be controlled. The known device for Power supply has one DC link capacitor, for an optimal Loading strategy for the capacitor buffer however no information given.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen solchen Zwischenkreiskondensator möglichst schnell und optimal zu laden, wobei zu berücksichtigen ist, daß die elektrische Maschine sowohl als Starter für den Verbrennungsmotor als auch als Generator zur Spannungserzeugung betrieben werden soll und daher bestimmte Rahmenbedingungen einzuhalten sind. Ein Einsatz bei einem Kurbelwellen-Starter-Generator (KSG) soll speziell ermöglicht werden. The object of the present invention is now to such an intermediate circuit capacitor as quickly and optimal to load, taking into account that the electrical machine both as a starter for the Internal combustion engine as well as a generator Voltage generation should be operated and therefore certain Framework conditions must be observed. A bet with one Crankshaft starter generator (KSG) is designed specifically be made possible.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Ladung eines Kondensators mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß der Kondensator schnell und zuverlässig geladen wird. Erzielt wird dieser Vorteil, indem eine angepaßte Spannungsregelung durchgeführt wird.The inventive device for loading a Capacitor with the features of claim 1 has the Advantage that the capacitor is charged quickly and reliably becomes. This advantage is achieved by an adapted Voltage regulation is carried out.
Besonders vorteilhaft läßt sich die erfindungsgemäße Einrichtung zur Ladung eines Kondensators in Verbindung mit einem Kondensatorzwischenspeicher in einem Kraftfahrzeugbordnetz, das von einem Drehstromgenerator versorgt wird, einsetzen. Vorteilhafterweise wird die Erfindung bei elektrischen Maschinen mit Kondensatorzwischenspeicher eingesetzt, die als Starter- Generator arbeiten sollen und sowohl zum Starten des Verbrennungsmotors als auch zur Erzeugung von elektrischer Energie benötigt werden. Als besonders vorteilhafte Ausführungsform ist ein Kurbelwellen-Starter-Generator mit Kondensatorzwischenspeicher sowie einem zugeordneten Gleichspannungswandler anzusehen, wobei die optimale Ladung des Kondensatorzwischenspeichers erfolgen kann, ohne daß hinsichtlich der übrigen Bestandteile der Generatoranordnung Einschränkungen zu machen sind.The invention can be particularly advantageous Device for charging a capacitor in connection with a capacitor buffer in one Motor vehicle electrical system generated by an alternator is supplied. Advantageously, the Invention in electrical machines with Capacitor buffer used as a starter Generator should work and both for starting the Internal combustion engine as well as for the generation of electrical Energy are needed. As a particularly advantageous Embodiment is a crankshaft starter generator with Capacitor buffer and an associated DC converter to look at, the optimal charge of the capacitor buffer can take place without with regard to the remaining components of the generator arrangement Restrictions have to be made.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem Kurbelwellen-Starter-Generator, einem Startspeicher und den erfindungswesentlichen Komponenten des Bordnetzes. Exemplary embodiments of the invention are shown in the figures of the drawing and are explained in more detail in the description below. In particular, FIG. 1 shows a first embodiment of the invention, with a crankshaft starter generator, a starting memory and essential to the invention components of the electrical system.
In den Fig. 2, 3, und 4 sind Beispiele für Ladeeinrichtungen für einen Kondensator dargestellt. Fig. 5 zeigt eine weitere Anordnung eines Kurbelwellen- Starter-Generators mit Kondensatorzwischenspeicher, Gleichspannungswandler und Bordnetzkomponenten. Fig. 6 zeigt eine Schaltung eines Hochsetzstellers, Fig. 7 den Aufbau des Pulswechselrichters in Verbindung mit dem Generator und der Batterie. Fig. 8 zeigt eine Ausgestaltung eines Hochsetzstellers unter Verwendung der Stranginduktivitäten des Generators und Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der Pulswechselrichtereinheit in Verbindung mit dem Generator, der Bordnetzbatterie und dem Kondensatorzwischenspeicher.In Figs. 2, 3, and 4 Examples of charging devices are shown for a capacitor. FIG. 5 shows a further arrangement of a crankshaft starter generator with a temporary capacitor store, a DC voltage converter and on-board electrical system components. Fig. 6 shows a circuit of a step-up converter, Fig. 7 shows the structure of the pulse inverter in connection with the generator and the battery. Fig. 8 shows a configuration of a boost converter using the strand inductances of the generator and Fig. 9 shows a further embodiment of the pulse-controlled inverter unit in association with the generator, the vehicle power supply battery and the capacitor intermediate store.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt einen Kurbelwellen-Starter-Generator KSG, der von einem Verbrennungsmotor VM eines Fahrzeugs angetrieben wird. Über ein Getriebe GE wird die Verbindung zum Antriebsstrang des Fahrzeugs hergestellt. Der Kurbelwellen-Starter-Generator KSG ist eine elektrische Maschine, die sowohl als Starter als auch als Generator arbeiten soll. Der Rotor der elektrischen Maschine ist starr mit der Kurbelwelle KW des Verbrennungsmotors VM verbunden. Die elektrische Maschine startet den Verbrennungsmotor im Startfall und versorgt nach dem Start das Bordnetz BN mit elektrischer Energie. Mit dem dargestellten System soll auch ein Direktstart möglich sein, in diesem Fall muß die elektrische Maschine das notwendige Start-Drehmoment direkt, also ohne Übersetzungsgetriebe aufbringen können.In Fig. 1 a first embodiment of the invention is shown. This exemplary embodiment shows a crankshaft starter generator KSG which is driven by an internal combustion engine VM of a vehicle. The connection to the drive train of the vehicle is established via a GE transmission. The crankshaft starter generator KSG is an electrical machine that should work both as a starter and as a generator. The rotor of the electrical machine is rigidly connected to the crankshaft KW of the internal combustion engine VM. The electrical machine starts the internal combustion engine in the event of a start and supplies the electrical system BN with electrical energy after the start. A direct start should also be possible with the system shown, in which case the electrical machine must be able to apply the necessary starting torque directly, that is to say without a transmission gear.
Das Start-Drehmoment ist im wesentlichen abhängig von der Größe des Verbrennungsmotors, beispielsweise vom Hubraum oder von der Zylinderzahl des Verbrennungsmotors und von der Übersetzungsgetriebe aufbringen können. Das Start-Drehmoment ist im wesentlichen abhängig von der Größe des Verbrennungsmotors, beispielsweise vom Hubraum oder von der Zylinderzahl des Verbrennungsmotors und von der Umgebungstemparatur. Bei üblichen Kaltstartgrenztemperaturen von -25 Grad C benötigt ein Vierzylindermotor mit 2 l Hubraum ein Startdrehmoment von ca. 200 Nm. Dieses Startdrehmoment muß bis zu einer Kurbelwellendrehzahl von etwas 150 Umdrehungen/Min. konstant bleiben, anschließend reicht eine etwa konstante mechanische Startleistung von bspw. 3,14 kW bis zu einer Kurbelwellendrehzahl von etwa 400 Umdrehungen/Min. (Hochlaufunterstützung). Bedingt durch diese Startcharakteristik sollte der Verbrennungsmotor bei Kaltstart nach maximal 2 Sekunden Startzeit sicher gestartet sein.The starting torque is essentially dependent on the Size of the internal combustion engine, for example of the cubic capacity or the number of cylinders of the internal combustion engine and the Can apply gearboxes. The starting torque is essentially dependent on the size of the Internal combustion engine, for example from the displacement or from the Number of cylinders of the internal combustion engine and of Ambient temperature. At usual cold start limit temperatures of -25 degrees C requires a four-cylinder engine with 2 l Displacement a starting torque of approx. 200 Nm. This Starting torque must be up to a crankshaft speed of about 150 revolutions / min. stay constant, then an approximately constant mechanical starting power of For example, 3.14 kW up to a crankshaft speed of about 400 Revolutions / min. (Start-up support). Due the internal combustion engine should provide this starting characteristic Cold start safely started after a maximum of 2 seconds his.
Da die elektrische Maschine primär für den Generatorfall ausgelegt wird, hat sie zusammen mit dem zu deren Betrieb notwendigen Pulswechselrichter PWR im Startfall einen schlechten Wirkungsgrad von beispielsweise 30%. Die notwendige Leistung eines Startenergiespeichers SES beträgt somit etwa 10 kW, die notwendige Startenergie beträgt damit ca. 20 kW. Diese Leistung ist mit üblichen 12 Volt- Speichern derzeit nicht darstellbar. Da außerdem für den Betrieb einer solchen elektrischen Maschine eine Zwischenkreisspannung am Pulswechselrichter PWR von Uz = 36 Volt benötigt wird, kann als Zwischenkreisspeicher keine herkömmliche Batterie eingesetzt werden, sondern es ist vorteilhaft, einen Kondensator mit ausreichend großer Kapazität einzusetzen. Für die Funktionsfähigkeit der Anordnung und die im folgenden beschriebenen Überlegungen wird von einer Kapazität von 133 Microfarad bei einer Ladeschlußspannung (Kondensatorendspannung von Uce = 550 Volt ausgegangen. Since the electrical machine is primarily designed for the generator case, it has a poor efficiency of 30%, for example, together with the PWR pulse inverter required for its operation. The necessary power of a starter energy storage SES is thus about 10 kW, the necessary starting energy is about 20 kW. This performance cannot currently be achieved with conventional 12 volt memories. In addition, since an intermediate circuit voltage of U z = 36 volts is required on the pulse-controlled inverter PWR for the operation of such an electrical machine, no conventional battery can be used as the intermediate circuit memory, but it is advantageous to use a capacitor with a sufficiently large capacity. For the functionality of the arrangement and the considerations described below, a capacity of 133 microfarads at an end-of-charge voltage (end capacitor voltage of U ce = 550 volts) is assumed.
Im Startfall steht der Schalter SCH auf Startbetrieb (S). Der Kondensator SES muß zunächst nach Betätigen des Zündschalters geladen werden, erst dann kann der Start erfolgen. Da es somit erforderlich ist, den Kondensator SES möglichst schnell zu laden, wurden erfindungsgemäß verschiedene Ladestrategien entwickelt, die eine möglichst kurze Ladezeit zulassen. Dies ist insbesondere auch für einen Zweitstart des Verbrennungsmotors wichtig, wenn anzunehmen ist, daß der Kondensator weitgehend entladen ist. Damit für den Erststart genügend Leistung zur Verfügung steht, wird der Kondensator während des Stillstands des Fahrzeuges in geladenem Zustand gehalten und ggf. auch nachgeladen.When starting, the switch SCH is in the start mode (S). The capacitor SES must first after pressing the Ignition switch are charged, only then can the start respectively. Since it is therefore necessary to use the capacitor SES Loading as quickly as possible were invented developed different loading strategies, one as possible Allow short charging time. This is especially true for a second start of the internal combustion engine is important if it can be assumed that the capacitor is largely discharged. So that enough power is available for the first start is standing, the capacitor is switched off during the Vehicle kept in a charged state and possibly also reloaded.
Üblicherweise werden Kondensatoren (z. B. Stützkondensatoren
bei PWR) über einen Vorwiderstand Rv an einer konstanten
Spannung geladen. Damit ergibt sich die Konfiguration nach
Fig. 2. Die Ausgangsspannung des DC : DC-Wandlers UDC : DC ist
konstant. (gleich Uce) Der DC : DC-Wandler muß folgende
Leistung abgegben können:
Capacitors (e.g. backup capacitors for PWR) are usually charged at a constant voltage via a series resistor Rv. This results in the configuration according to FIG. 2. The output voltage of the DC: DC converter U DC: DC is constant. (equal to U ce ) The DC: DC converter must be able to deliver the following power:
PDC : DC (t) = UCE*(UCE-UCA)/RV*exp (-t/τ), τ = RV*C
P DC: DC (t) = U CE * (U CE -U CA ) / R V * exp (-t / τ), τ = R V * C
PDC : DC(t): Leistung des DC : DC-Wandlers
UCE: Endspannung des Kondensators
UCA: Ausgangsspannung des Kondensators
RV: VorwiderstandP DC: DC (t): Power of the DC: DC converter
U CE : final voltage of the capacitor
U CA : output voltage of the capacitor
R V : series resistor
Die Verlustleistung im Vorwiderstand beträgt:
PRV(t) = (UCE-UCA)2/RV*exp(-2*t/τ)The power loss in the series resistor is:
P RV (t) = (U CE -U CA ) 2 / R V * exp (-2 * t / τ)
Die Energie, die der DC : DC-Wandler liefern muß, beträgt:
The energy that the DC: DC converter must deliver is:
eDC:DC (t) = C*UCE*(UCE-UCA)*[1-exp(-t/τ)]e DC: DC (t) = C * U CE * (U CE -U CA ) * [1-exp (-t / τ)]
Die ohmschen Verluste betragen:
The ohmic losses are:
eRV(t) = ½*C*(UCE-UCA)2*[1-exp(-2*t/τ)]e RV (t) = ½ * C * (U CE -U CA ) 2 * [1-exp (-2 * t / τ)]
Das ist das bekannte Ergebnis, daß im Vorwiderstand unabhängig von dessen Größe genauso viel "Verlustenergie" in Wärme umgesetzt wird, wie im Kondensator gespeichert wird.This is the known result that in the series resistor regardless of its size, just as much "loss energy" in Heat is converted as it is stored in the condenser.
Bei dieser Ladestrategie muß der DC : DC-Wandler für eine Spitzenleistung von ca. 11 kW ausgelegt sein, damit der Kondensator nach 10 s auf ca. 95% seiner Endspannung aufgeladen ist. (UCE = 550 V, UCA = 40 V). Bei einer Spitzenleistung von 500 W dauert der Ladevorgang ca. 3 ½ Minuten.With this charging strategy, the DC: DC converter must be designed for a peak power of approx. 11 kW so that the capacitor is charged to approx. 95% of its final voltage after 10 s. (U CE = 550 V, U CA = 40 V). With a peak power of 500 W, the charging process takes approx. 3 ½ minutes.
Eine Verbesserung läßt sich erzielen, wenn der Kondensator
mit einem konstanten Strom ohne Vorwiderstand geladen wird.
Die Ausgangsspannung des DC : DC-Wandlers ist dann nicht
konstant. Damit ergibt sich die Konfiguration nach Fig. 3.
Der DC : DC-Wandler muß ff. Leistung abgeben können:
An improvement can be achieved if the capacitor is charged with a constant current without a series resistor. The output voltage of the DC: DC converter is then not constant. This results in the configuration according to FIG. 3. The DC: DC converter must be able to deliver power:
PDC : DC(t) = C*[(UCE-UCA)/tLade]2*t + C*UCA*(UCE-UcA)/tLade
P DC: DC (t) = C * [(U CE -U CA ) / t loading ] 2 * t + C * U CA * (U CE -U cA ) / t loading
tLade: Ladezeitt Charging : charging time
Die Energie, die der DC : DC-Wandler liefern muß, beträgt:
The energy that the DC: DC converter must deliver is:
eDC : DC(t) = ½*C*[(UCE-UCA)/tLade]2*t2 + C*UCA*(UCE-UCA)/tLade*te DC: DC (t) = ½ * C * [(U CE -U CA ) / t loading ] 2 * t 2 + C * U CA * (U CE -U CA ) / t loading * t
Bei einer Ladezeit von tLade = 10 s muß der DC : DC-Wandler jetzt nur noch für eine Spitzenleistung von ca. 3,6 kW ausgelegt sein. Bei einer Spitzenleistung von 500 W dauert der Ladevorgang noch ca. 70 s. With a charging time of t charging = 10 s, the DC: DC converter now only has to be designed for a peak power of approx. 3.6 kW. At a peak power of 500 W, the charging process takes approx. 70 s.
Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn der Kondensator mit konstanter Leistung geladen wird. Dann ist das Produkt von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom konstant. Damit ergibt sich die Konfiguration nach Fig. 4.A further improvement arises when the capacitor is charged with constant power. Then the product of output voltage and output current is constant. This results in the configuration according to FIG. 4.
Der DC : DC-Wandler gibt ff. Leistung ab.
The DC: DC converter delivers power.
PDC : DC = UDC : DC(t)*iDC : DC(t) = konstant.P DC: DC = U DC: DC (t) * i DC: DC (t) = constant.
Die Energie beträgt:
The energy is:
eDC : DC(t) = PDC:DC*te DC: DC (t) = P DC: DC * t
Bei einer Ladezeit von tLade = 10 s muß der DC : DC-Wandler jetzt nur noch für eine Spitzenleistung ( = Dauerleistung) von 2 kW ausgelegt sein. Bei einer Spitzenleistung von 500 W dauert der Ladevorgang noch 40 s.With a charging time of t charging = 10 s, the DC: DC converter now only has to be designed for a peak power (= continuous power) of 2 kW. With a peak power of 500 W, the charging process takes another 40 s.
Für die Erzielung einer optimalen Ladestrategie gilt:
Der DC : DC-Wandler wird so aufgebaut, daß auf uDC : DC(t)*iDC : DC(t)
= konstant geregelt wird. Damit muß der Wandler nur für eine
Dauerleistung ausgelegt werden.The following applies to achieving an optimal charging strategy:
The DC: DC converter is constructed in such a way that u DC: DC (t) * i DC: DC (t) = constant control. The converter therefore only has to be designed for continuous power.
Die Ladezeit eines Kondensators wird bei einem auf konstante Ausgangsleistung geregelten DC : DC-Wandler gegenüber einem auf konstanten Strom oder gar konstante Spannung geregelten DC : DC-Wandlers deutlich reduziert. Es tritt keine Spitzenleistungsbeanspruchung des Wandlers auf. Die aufgetretenen Verluste sind kleiner als bei Ladung mit konstanter Spannung, bei der der Verlust so groß sein kann, wie die gespeicherte Energie. The charging time of a capacitor is constant at one Output power regulated DC: DC converter versus one regulated to constant current or even constant voltage DC: DC converter significantly reduced. None occurs Peak power stress on the converter. The Losses that occur are smaller than when charging with constant voltage at which the loss can be so great like the stored energy.
Vergleichstabelle: (Die Ladezeit bzw. die Ladeleistung des auf konstante Ausgleichsleistung geregelten DC : DC-Wandlers ist zu 1 gesetzt).Comparison table: (The charging time or the charging power of the DC: DC converter regulated to constant compensation power is set to 1).
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel in der Erfindung dargestellt, das im wesentlichen die selben Elemente aufweist wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, diese Elemente tragen auch dieselben Bezeichnungen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird jedoch über den Schalter SCH eine höhere Spannung geschaltet, die beispielsweise 180 Volt beträgt. Die Zwischenkreisspannung UZW-G im Generatorfall beträgt dabei 180 Volt, die Zwischenkreisspannung im Startfall UZW-S ist variabel.In FIG. 5 another embodiment 1 is shown in the invention, which has substantially the same elements as the embodiment of Fig., These elements also bear the same designations. In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, however, a higher voltage is switched via the switch SCH, which is for example 180 volts. The intermediate circuit voltage UZW-G in the generator case is 180 volts, the intermediate circuit voltage in the start case UZW-S is variable.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein Gleichspannungswandler DC/DC-Wandler verwendet, der als Hochsetzsteller arbeitet. Ein Beispiel für einen Hochsetzsteller ist in Fig. 6 dargestellt. Die Spannung U2 ist dabei größer als die Spannung U1. Solange der Schalter T geschlossen ist treibt die Spannung U1 den Strom in die Induktivität L, es wird magnetische Energie eingespeichert. In this exemplary embodiment of the invention, as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, a direct voltage converter DC / DC converter is used, which works as a step-up converter. An example of a step-up converter is shown in FIG. 6. The voltage U2 is greater than the voltage U1. As long as the switch T is closed, the voltage U1 drives the current into the inductance L, magnetic energy is stored.
Die Diode leitet während dieser Phase nicht. Wird der Schalter T, bspw. ein Transistor geöffnet, dann muß der Strom über die Diode D in den Kondensator C fließen. Die in der Induktivität gespeicherte Energie wird auf den Kondensator C übertragen. Die Spannung U2 wird dabei größer als die Spannung U1.The diode does not conduct during this phase. Will the Switch T, for example a transistor opened, then the Current flows through the diode D into the capacitor C. In the The energy stored in the inductor is transferred to the Transfer capacitor C. The voltage U2 increases than the voltage U1.
Wird der im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 oder 5 ohnehin vorhandene Pulswechselrichter PWR in der in Fig. 7 dargestellten Weise aufgebaut, läßt sich ein Hochsetzsteller aufbauen, der ohne zusätzliche Induktivität auskommt. Zusätzlich zu den 6 Leistungsschaltern (Transistoren) T1 bis T6 mit den zugehörigen antiparallelen Dioden D1 bis D6 wird noch der Schalter (Transistor) T7 eingesetzt. Dieser Schalter T7 wird mit einer Phase der Drehstrommaschine verbunden. Die positive Elektrode der 12 Volt Batterie B1 wird in gezeigter Weise mit dem anderen Anschluß des Schalters T7 verbunden. Die negative Elektrode der 12 Volt Batterie B1 wird mit dem unteren Anschluß der drei Halbbrücken und damit natürlich auch mit dem Kondensatorzwischenspeicher KZS verbunden.If the pulse inverter PWR which is present in the exemplary embodiment according to FIG. 1 or 5 is constructed in the manner shown in FIG. 7, a step-up converter can be constructed which does not require additional inductance. In addition to the 6 power switches (transistors) T1 to T6 with the associated anti-parallel diodes D1 to D6, the switch (transistor) T7 is also used. This switch T7 is connected to a phase of the three-phase machine. The positive electrode of the 12 volt battery B1 is connected to the other terminal of the switch T7 as shown. The negative electrode of the 12 volt battery B1 is connected to the lower connection of the three half bridges and, of course, to the capacitor buffer KZS.
Arbeitet der Pulswechselrichter jetzt als Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) um den Kondensatorzwischenspeicher KZS zu laden ist der Schalter T7 geschlossen. In diesem Fall sind nur der Schalter T4 und die Diode D1 aktiv. Die Schalter T1, T2, T3, T5 und T6 sind ständig geöffnet. Es ergibt sich somit eine Konfiguration wie sie in Fig. 8 dargestellt ist. Strang 1 und Strang 3 der Drehstrommaschine sind dabei in Reihe geschaltet und bilden eine Induktivität, die die Induktivität L nach Fig. 6 ersetzen kann. Der Schalter TT4 stellt den Schalter T nach Fig. 6 dar. Die Diode D1 entspricht der Diode D und der Kondensatorzwischenspeicher KZS entspricht nun dem Kondensator C nach Fig. 6, der an der höheren Spannung U2 liegt.If the pulse inverter is now working as a direct voltage converter (DC / DC converter) to charge the capacitor buffer KZS, switch T7 is closed. In this case only switch T4 and diode D1 are active. The switches T1, T2, T3, T5 and T6 are always open. This results in a configuration as shown in FIG. 8. Line 1 and line 3 of the three-phase machine are connected in series and form an inductance which can replace the inductance L according to FIG. 6. The switch TT4 represents the switch T according to FIG. 6. The diode D1 corresponds to the diode D and the capacitor buffer KZS now corresponds to the capacitor C according to FIG. 6, which is connected to the higher voltage U2.
Anstelle des Schalters T4 und der Diode D1 könnte auch der Schalter T5 und die Diode D2 verwendet werden, wodurch sich eine Reihenschaltung von Strang 2 und Strang 3 ergäbe. Durch Anschluß des Schalters T7 an eine anderen Phase der Drehstrommaschine können andere Kombinationen eingestellt werden, wodurch im Prinzip verschiedene Induktivitäten einstellbar sind, die zu unterschiedlichen Spannungserhöhungen am Ausgang des Hochsetzstellers führen.Instead of the switch T4 and the diode D1, the Switch T5 and diode D2 are used, which makes a series connection of strand 2 and strand 3 would result. By Connection of the switch T7 to another phase of the Three-phase machine can set other combinations in principle, causing different inductances are adjustable to different Lead voltage increases at the output of the step-up converter.
Ein derart aufgebauter Hochsetzsteller ist zwar nicht potentialtrennend, dies ist jedoch auch nicht erforderlich, sofern die Spannung U2 die am Kondensatorzwischenkreis liegt unter 65 Volt bleibt. Sollen am Zwischenkreiskondensator höhere Spannungen anliegen, muß eine zweipolige Trennung der 12 Volt Batterie B1 vom Rest des Bordnetzes BN während des Ladevorganges erfolgen und der zweipolig trennbare Anschluß der Batterie B1 am Pulswechselrichter muß entsprechend der Schaltung nach Fig. 9 ausgestaltet werden. Im Unterschied zur Schaltungsanordnung nach Fig. 7 ist ein zusätzlicher Schalter (Transistor) T8 vorhanden, der den Minusanschluß der 12 Volt Batterie B1 vom Pulswechselrichter abtrennen kann.A step-up converter constructed in this way is not potential-isolating, but this is also not necessary if the voltage U2 which is at the capacitor intermediate circuit remains below 65 volts. If higher voltages are to be present at the intermediate circuit capacitor, a two-pole disconnection of the 12 volt battery B1 from the rest of the electrical system BN must take place during the charging process, and the two-pole disconnectable connection of the battery B1 to the pulse-controlled inverter must be designed in accordance with the circuit according to FIG. 9. In contrast to the circuit arrangement according to FIG. 7, an additional switch (transistor) T8 is present, which can disconnect the minus connection of the 12 volt battery B1 from the pulse-controlled inverter.
Zur Ladung des Zwischenkreiskondensators KZS über den. Pulswechselrichter PWR auf eine Spannung, die höher ist als die übliche Bordnetzspannung werden nur die Bauelemente verwendet, die ohnehin vorhanden sind. Zusätzlich wird je nach Aufwand nur ein bzw. zwei (bei notwendiger Potentialtrennung) Schalter bzw. Transistoren benötigt. Die Verwendung der Induktivität der Stränge der Die Ausführungsbeispiele befassen sich zwar mit der Ladung eines Zwischenkreiskondensators bei einem Kurbelwellen- Starter-Generator (KSG), die Erfindung ist jedoch nicht auf ein solches System beschränkt, sondern kann generell für die Ladung von Kondensatoren eingesetzt werden.To charge the DC link capacitor KZS over the. Pulse inverter PWR to a voltage that is higher than only the components become the usual vehicle electrical system voltage used, which are present anyway. In addition, each only one or two according to expenditure (if necessary Isolation) switches or transistors required. The Using the inductance of the strands of the The exemplary embodiments deal with the charge an intermediate circuit capacitor in a crankshaft Starter generator (KSG), however, the invention is not based Such a system is limited, but can generally be used for Charge capacitors are used.
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