DE102022203649A1

DE102022203649A1 - Vorrichtung und verfahren zum steuern eines llc-resonanzwandlers

Info

Publication number: DE102022203649A1
Application number: DE102022203649.2A
Authority: DE
Inventors: Min Seong CHOI; In Yong Yeo; Dae Woo Lee; Jin Young Yang
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2021-07-22
Filing date: 2022-04-12
Publication date: 2023-01-26
Also published as: US20230026817A1; CN115694194A; KR20230015172A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines LLC-Resonanzwandlers. Die Vorrichtung umfasst einen Wandler, der mit einem Eingangsanschluss verbunden ist, mit einer Vielzahl von Schaltelementen, die eine Brückenschaltung bilden, und eine Topologieänderung in der Form einer Vollbrücke und einer Halbbrücke ermöglicht; und eine Steuerung, die einen Lademesswert einer Batterie erfasst, die mit einer durch den Wandler übertragenen Leistung geladen wird, und eine Topologie des Wandlers auf der Grundlage des Lademesswerts ändert. Da das Batterieladen durch Ändern der Topologie des Wandlers gemäß dem Lademesswert der Batterie durchgeführt wird, kann der LLC-Resonanzwandler bei einer optimierten Frequenz gesteuert werden, der Wirkungsgrad wird erhöht und Kosteneinsparungen können erzielt werden.

Description

HINTERGRUND
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines LLC-Resonanzwandlers und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines LLC-Resonanzwandlers, der die Topologie ändern kann, um bei einer optimalen Frequenz arbeiten zu können.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein umweltfreundliches Fahrzeug, in dem eine Batterie geladen wird, die eine Energiequelle eines Antriebsmotors in dem Fahrzeug ist, wie beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug, weist ein eingebautes Ladegerät (On-Board-Ladegerät) zum Umwandeln einer externen Wechselspannungsleistung in eine Gleichspannungsleistung und Ausgeben der Gleichspannungsleistung zum Laden der Batterie auf.
Im Allgemeinen umfasst das Bordladegerät eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung, die einen Gleichstrom durch Kompensation eines Leistungsfaktors der externen Wechselstromleistung ausgibt, und einen DC-DC-Wandler, der die Gleichstromausgabe der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung in eine DC-Ladespannung der Batterie umwandelt. Hier kann ein LLC-Resonanzwandler unter Verwendung einer LC-Resonanz als DC-DC-Wandler angenommen werden.
Da der LLC-Resonanzwandler Eigenschaften aufweist, die durch eine Resonanzfrequenz bestimmt sind, die durch zwei Induktoren und einen Kondensator bestimmt wird, die einem Resonanztank um einen Transformator herum entsprechen, wird er als LLC-Resonanzwandler bezeichnet. Da der LLC-Resonanzwandler einen Resonanzstrom verwendet, der durch die zwei Induktoren und einen Kondensator erzeugt wird, weist er eine große Reduzierung eines Schaltverlusts und eines Diodenverlusts auf. Als LLC-Resonanzwandler wird oft eine Vollbrücken-(Full Bridge - FB)LLC-Wandlerstruktur verwendet.
Unterdessen ist der FB-LLC-Wandler im Stand der Technik aufgrund von Beschränkungen, wie etwa einer minimalen/maximalen Spannung eines Zwischenkreiskondensators, einem Spannungsbereich und einem Ladestrom einer Hochspannungsbatterie und der maximalen Schaltfrequenz eines Wandlers gemäß MCU-Speicherbeschränkungen nicht in der Lage, bei einer optimalen Schaltfrequenz zu arbeiten.
Die vorstehende Beschreibung der Hintergrundtechnologie soll lediglich zum Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung beitragen und soll nicht bedeuten, dass die vorliegende Offenbarung in den Bereich des Standes der Technik fällt, der einem Durchschnittsfachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines LLC- Resonanzwandlers bereitzustellen, die Kosteneinsparungen durch Bereitstellen einer verbesserten Steuergenauigkeit, einer erhöhten Effizienz und eines breiteren Betriebsbereichs durch Messen eines Ladezustandswerts, der einen Spannungspegel darstellt, der in eine Batterie geladen wird, die mit einer durch einen Wandler umgewandelten Spannung geladen wird, Ändern einer Topologie des Wandlers auf der Grundlage des gemessenen Ladezustandswerts und Bewirken, dass der Wandler unter Verwendung einer optimalen Frequenz gemäß dem Ladezustandswert der Batterie arbeitet, erzielen können. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Gegenstände beschränkt, und andere Gegenstände können aus den folgenden Beschreibungen abgeleitet werden.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vorrichtung zum Steuern bzw. Regeln eines LLC-Resonanzwandlers einen mit einem Eingangsanschluss verbundenen Wandler, der eine Vielzahl von Schaltelementen umfasst, die eine Brückenschaltung bilden, und eine Topologieänderung in der Form einer Vollbrücke und einer Halbbrücke ermöglicht, und eine Steuerung, die einen Lademesswert einer Batterie erfasst, die mit einer durch den Wandler übertragenen Leistung geladen wird, und eine Topologie des Wandlers auf der Grundlage des Lademesswerts ändert.
Die Steuerung kann die Topologie des Wandlers durch Steuern von Ein/Aus der Vielzahl von Schaltelementen auf der Grundlage des Lademesswerts ändern.
Die Steuerung kann die Topologie des Wandlers in der Form der Halbbrücke für den Fall ändern, dass der erfasste Lademesswert kleiner als eine Referenzspannung ist.
Die Steuerung kann die Topologie des Wandlers in der Form der Vollbrücke für den Fall ändern, dass der erfasste Lademesswert gleich oder größer als die Referenzspannung ist.
Die Vielzahl von Schaltelementen können umfassen erste und dritte Schalter, die in Reihe mit einem ersten Zweig des Eingangsanschlusses geschaltet sind, und zweite und vierte Schalter, die in Reihe mit einem zweiten Zweig des Eingangsanschlusses geschaltet sind, und der Wandler kann ferner umfassen einen Resonanztank, dessen eines Ende mit dem ersten Zweig zwischen dem ersten und dritten Schalter verbunden ist und dessen anderes Ende mit dem zweiten Zweig zwischen dem zweiten und vierten Schalter verbunden ist und der durch Empfang einer durch Schalten gebildeten Leistung der Vielzahl von Schaltelementen in Resonanz gerät; und eine Vielzahl von Relais, die zwischen der Vielzahl Schaltelementen und dem Resonanztank gekoppelt sind. Die Steuerung kann die Topologie des Wandlers durch Steuern von Operationen der Vielzahl von Relais auf der Grundlage des Lademesswerts ändern.
Die Vielzahl von Relais können umfassen ein erstes Relais, dessen eines Ende mit dem zweiten Zweig zwischen dem zweiten und dem vierten Schalter verbunden ist und dessen anderes Ende gemäß des Steuerns der Steuerung gekoppelt werden kann mit einer ersten Position, in der das andere Ende mit dem ersten Zweig zwischen dem ersten und dritten Schalter verbunden ist, oder einer zweiten Position, in der das andere Ende mit dem anderen Ende des Resonanztanks verbunden ist, und ein zweites Relais, dessen eines Ende mit dem anderen Ende des Resonanztanks verbunden ist und dessen anderes Ende gemäß dem Steuern der Steuerung gekoppelt werden kann mit einer dritten Position, in der das andere Ende mit dem zweiten Zweig zwischen dem zweiten und dem vierten Schalter verbunden ist, und einer vierten Position, die zwischen dem dritten und vierten Schalter angeschlossen ist.
Der Wandler kann die Topologie in der Form einer Vollbrücke für den Fall aufweisen, dass durch die Steuerung das andere Ende des ersten Relais mit der zweiten Position gekoppelt ist und das andere Ende des zweiten Relais mit der dritten Position gekoppelt ist, und der Wandler kann die Topologie in der Form einer Halbbrücke für den Fall aufweisen, dass durch die Steuerung das andere Ende des ersten Relais mit der ersten Position gekoppelt ist und das andere Ende des zweiten Relais mit der vierten Position gekoppelt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines LLC-Resonanzwandlers ein Erfassen eines Lademesswerts einer Batterie und ein Ändern einer Topologie eines Wandlers, der eine Leistung zum Laden der Batterie überträgt, auf der Grundlage des erfassten Lademesswerts.
Die Topologie des Wandlers kann in der Form einer Vollbrücke oder einer Halbbrücke gebildet sein.
Das Ändern der Topologie des Wandlers kann durch Steuern von Ein/Aus einer Vielzahl von an einem Eingangsanschluss des Wandlers angeordneten Schaltern durchgeführt werden.
Das Ändern der Topologie des Wandlers kann die Topologie des Wandlers in der Form der Halbbrücke für den Fall ändern, dass der erfasste Lademesswert kleiner als eine Referenzspannung ist.
Das Ändern der Topologie des Wandlers kann die Topologie des Wandlers in der Form der Vollbrücke für den Fall ändern, dass der erfasste Lademesswert gleich oder größer als die Referenzspannung ist.
Der Wandler kann bei einer Schaltfrequenz arbeiten, die niedriger als eine Resonanzfrequenz ist.
Wenn der erfasste Lademesswert gleich der Referenzspannung ist, kann der Wandler bei der Schaltfrequenz arbeiten, die gleich der Resonanzfrequenz ist, wohingegen der Wandler bei der Schaltfrequenz arbeiten kann, die niedriger als die Resonanzfrequenz ist, wenn der erfasste Lademesswert größer als die Referenzspannung ist.
Das Ändern der Topologie des Wandlers kann durch Steuern von Ein/Aus einer Vielzahl von an einem Eingangsanschluss des Wandlers angeordneten Relais durchgeführt werden.
Die vorliegende Offenbarung hat eine technische Wirkung von Kosteneinsparungen durch Bereitstellen einer verbesserten Steuergenauigkeit, einer erhöhten Effizienz und eines breiteren Betriebsbereichs durch Messen eines Ladezustandswerts, der einen Spannungspegel darstellt, der in die Batterie geladen wird, die mit einer durch einen Wandler umgewandelten Spannung geladen wird, Ändern der Topologie des Wandlers auf der Grundlage des gemessenen Ladezustandswerts und Bewirken, dass der Wandler unter Verwendung einer optimalen Frequenz gemäß dem Ladezustandswert der Batterie arbeitet.
Figurenliste
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer verständlich. In den Figuren zeigen:

1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Steuern eines LLC-Resonanzwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2A und 2B zeigen Diagramme, die einen Betrieb eines LLC-Resonanzwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen;
3A und 3B zeigen Diagramme, die einen LLC-Resonanzwandler, dem Relais hinzugefügt sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen;
4A, 4B und 4C zeigen Diagramme, die ein Beispiel eines Betriebs eines in 3A und 3B dargestellten LLC-Resonanzwandler darstellen;
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines LLC-Resonanzwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines LLC-Resonanzwandlers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Ladezustandswerts, der einen in eine Batterie geladenen Spannungspegel darstellt, und zum Steuern einer Topologie eines LLC-Resonanzwandlers gemäß dem erfassten Ladezustandswert, und im Folgenden kann dies einfach als eine „Wandlersteuervorrichtung“ und ein „Wandlersteuerverfahren“ bezeichnet werden.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Steuern eines LLC-Resonanzwandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf 1 ist die Wandlersteuervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aus einem Wandler 110 und einer Steuerung (Controller) 120 gebildet.
Der Wandler 110 wandelt eine DC-Ausgabe einer Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (nicht dargestellt), die einen Leistungsfaktor einer externen AC-Leistung (Wechselstromleistung) kompensiert und einen Gleichstrom (DC) ausgibt, in eine DC-Ladespannung (Gleichstrom-Ladespannung) der Batterie 140 um. Der Wandler 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein LLC-Resonanzwandler unter Verwendung von LC-Resonanz sein.
2A und 2B stellen den Wandler 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Unter Bezugnahme auf 2A und 2B kann der Wandler 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfassen eine Schaltelementeinheit 210, in der eine Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 mit einem Eingangsanschluss verbunden sind, um eine Vollbrückenschaltung zu bilden, einen Resonanztank 220, der mit einer Leistung versorgt wird, die durch Kurzschließen und Öffnen der Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 gebildet wird, einen Transformator 230 mit einer Primärspule, die mit dem Resonanztank 220 verbunden ist, und einer Sekundärspule, die mit einer Ausgangseite verbunden ist, mit der ein Ladeziel verbunden ist, und eine Gleichrichterschaltung 240, die mit der Sekundärspule des Transformators 230 verbunden ist.
Der Wandler 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann in der Lage sein, eine Topologie in der Form einer Vollbrücke oder einer Halbbrücke durch einen Betrieb eines internen Elements des Wandlers zu ändern.
Die Steuerung 120 erfasst einen Ladezustandswert, der den Pegel der Spannung darstellt, die in die Batterie geladen wird, die unter Verwendung einer Gleichstrom-Ladespannung geladen wird, die durch den Wandler 110 umgewandelt wird, und ändert die Topologie des Wandlers 110 durch Steuern des Wandlers 110 auf der Grundlage des erfassten Ladezustandswerts.
Genauer gesagt, wenn der erfasste Ladezustandswert kleiner als ein Referenzspannungswert ist, kann die Steuerung 120 die Topologie des Wandlers 110 in der Form der Halbbrücke ändern, wohingegen die Steuerung 120 die Topologie des Wandlers 110 in der Form der Vollbrücke ändern kann, wenn der erfasste Ladezustandswert gleich oder größer als der Referenzspannungswert ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Referenzspannung eine Nennspannung einer Hochspannungsbatterie sein.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung 120 die Topologie des Wandlers durch Steuern von Ein/Aus der Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 des Wandlers 110 auf der Grundlage des erfassten Ladezustandswerts ändern.
Um das Verständnis der Wandler-Topologieänderung zu fördern, wird der Betrieb des Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 2A und 2B beschrieben. Die Schaltelementeinheit 210 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann aus einem ersten Schaltelement 211 und einem dritten Schaltelement 213, die in Reihe mit einem ersten Zweig des Eingangsanschlusses verbunden sind, und einem zweiten Schaltelement 212 und einem vierten Schaltelement 214, die in Reihe mit einem zweiten Zweig des Eingangsanschlusses verbunden sind, gebildet sein.
Unter Bezugnahme auf 2A kann die Steuerung 120 bewirken, dass der Wandler 110 in der Form der Vollbrücke arbeitet, indem die jeweiligen Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 derart gesteuert werden, dass unter der Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 die Schaltelemente 212 und 213 ein-/ausgeschaltet werden, wenn die Schaltelemente 211 und 214 ein-/ausgeschaltet werden.
Unter Bezugnahme auf 2B kann die Steuerung 120 in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bewirken, dass der Wandler 110 in der Form einer Halbbrücke arbeitet, in der der Wandler 110 durch zwei Schaltelemente betrieben wird, das heißt das erste Schaltelement 211 und das dritte Schaltelement 213, indem die Schaltelemente derart gesteuert werden, dass das zweite Schaltelement 212 immer geöffnet ist und das vierte Schaltelement 214 immer kurzgeschlossen ist.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung 120 bewirken, dass der Wandler 110 in der Form der Halbbrücke arbeitet, indem die jeweiligen Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 derart gesteuert werden, dass das zweite Schaltelement 212 immer kurzgeschlossen ist und das vierte Schaltelement 214 immer geöffnet ist, oder derart, dass das erste Schaltelement 211 immer geöffnet ist und das dritte Schaltelement 213 immer kurzgeschlossen ist, oder derart, dass das erste Schaltelement 211 immer kurzgeschlossen ist und das dritte Schaltelement 213 immer geöffnet ist.
Für den Fall, dass der Wandler 110 wie oben beschrieben in Form der Halbbrücke arbeitet, wird er derart gesteuert, dass der Ein-/Aus-Schaltbetrieb nur in Bezug auf die beiden Schaltelemente (z.B. das erste Schaltelement 211 und das dritte Schaltelement 213) durchgeführt wird, und der Immer-Ein- oder Aus-Betrieb in Bezug auf die beiden verbleibenden Schaltelemente (z.B. das zweite Schaltelement 212 und das vierte Schaltelement 214) aufrechterhalten wird, und somit kann die Effizienz maximiert werden.
Wenn der Ladezustandswert der Hochspannungsbatterie 140 kleiner als eine Referenzspannung ist, die die Nennspannung der Hochspannungsbatterie 140 ist, steuert die Steuerung 120 die Schaltelemente derart, dass sich der Wandler 110 in der Form der Halbbrücke befindet.
Wenn der Wandler 110 veranlasst wird, um als Halbbrücke für den Fall zu arbeiten, dass der Ladezustandswert der Hochspannungsbatterie, d.h. die in die Batterie geladene Spannung, eine niedrige Spannung ist (d.h. wenn die Spannung niedriger als die Referenzspannung ist), kann der optimierte Betrieb bei der Schaltfrequenz durchgeführt werden, die niedriger ist als diejenige, wenn der Wandler in der Form der Vollbrücke arbeitet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung 120, wenn der Ladezustandswert der Hochspannungsbatterie 140 kleiner als die Referenzspannung ist, die Schaltelemente steuern, indem sie die Schaltfrequenz der Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 niedriger als die Resonanzfrequenz macht.
Damit beispielsweise ein LLC-Wandler einer Vollbrückenstruktur die Hochspannungsbatterie von 360V/20A laden kann, sollte die Steuerung 120 die Schaltelemente derart steuern, dass sie die Schaltfrequenz von 250 kHz bei der Zwischenkreiskondensatorspannung von 570V aufweisen, wobei die Steuerung 120 aber die Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 derart steuern kann, dass ein LLC-Wandler einer Halbbrückenstruktur die Schaltfrequenz von 165kHz aufweist, was niedriger als die Resonanzfrequenz von 172kHz bei der Zwischenkreisspannung von 670V ist. Wie oben beschrieben, kann durch Steuern der jeweiligen Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 bei der Schaltfrequenz, die niedriger als die Resonanzfrequenz ist, der LLC-Wandler der Halbbrückenstruktur bei der Schaltfrequenz arbeiten, bei der ein Nullstrom-Schalten (Zero-Current Switch - ZCS) und ein Nullspannungs-Schalten (Zero-Voltage Switch - ZVS) möglich sind, und kann somit mit hoher Effizienz und vorteilhaften Elementheizeigenschaften in einem Zustand arbeiten, in dem er optimierter ist als der LLC-Wandler der Vollbrückenstruktur.
Wenn der Ladezustandswert der Hochspannungsbatterie, d.h. die in die Batterie geladene Spannung, gleich oder höher als die Referenzspannung ist oder wenn die in die Batterie geladene Spannung nahe der Nennspannung ist oder sich in dem Hochspannungsbereich befindet, steuert die Steuerung 120 die Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 derart, dass sich der Wandler 110 in der Form der Vollbrücke befindet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung 120, wenn die in die Batterie geladene Spannung gleich der Referenzspannung oder nahe der Nennspannung ist, die Schaltfrequenz der Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 derart steuern, dass sie gleich der Resonanzfrequenz ist, wohingegen, wenn die in die Batterie geladene Spannung höher als die Referenzspannung ist oder in dem Hochspannungsbereich liegt, die Steuerung 120 die Schaltelemente derart steuern kann, dass die Schaltfrequenz der Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 niedriger als die Resonanzfrequenz wird.
3A und 3B zeigen Diagramme, die einen LLC-Resonanzwandler, dem Relais hinzugefügt sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen.
Unter Bezugnahme auf 3A und 3B kann der Wandler 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung derart eingerichtet sein, dass er umfasst eine Schaltelementeinheit 210, in der eine Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 mit einem Eingangsanschluss verbunden sind, um eine Vollbrückenschaltung zu bilden, einen Resonanztank 220, der mit einer Leistung versorgt wird, die durch Kurzschließen und Öffnen der Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 gebildet wird, einen Transformator 230 mit einer mit dem Resonanztank 220 verbundenen Primärspule und einer Sekundärspule, die mit einer Ausgangsseite verbunden ist, mit der ein Ladeziel verbunden ist, eine Gleichrichterschaltung 240, die mit der Sekundärspule des Transformators 230 verbunden ist, und eine Vielzahl von Relais 310 und 320, die zwischen der Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 und dem Resonanztank 220 angeordnet sind, um einen Verbindungszustand zwischen der Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 und dem Resonanztank 220 gemäß einem Steuern der Steuerung 120 zu ändern.
Die Schaltelementeinheit 210 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann aus einem ersten Schaltelement 211 und einem dritten Schaltelement 213, die in Reihe mit einem ersten Zweig des Eingangsanschlusses verbunden sind, und einem zweiten Schaltelement 212 und einem vierten Schaltelement 214, die mit einem zweiten Zweig des Eingangsanschlusses in Reihe geschaltet ist, gebildet sein, und der Resonanztank 220 kann derart eingerichtet sein, dass ein Ende mit dem ersten Zweig zwischen dem ersten Schalter und dem dritten Schalter verbunden ist und das andere Ende mit dem zweiten Zweig zwischen dem zweiten Schalter und dem vierten Schalter verbunden ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können die Vielzahl von Relais 310 und 320 umfassen ein erstes Relais 310, dessen eines Ende mit dem zweiten Zweig zwischen dem zweiten Schalter und dem vierten Schalter verbunden ist und dessen anderes Ende gemäß einem Steuern der Steuerung 120 gekoppelt werden kann mit einer ersten Position A, in der das andere Ende mit dem ersten Zweig zwischen dem ersten Schalter und dem dritten Schalter verbunden ist, oder einer zweiten Position B, in der das andere Ende mit dem anderen Ende des Resonanztanks verbunden ist, und ein zweites Relais 320, dessen eines Ende mit dem anderen Ende des Resonanztanks verbunden ist und dessen anderes Ende gemäß einem Steuern der Steuerung gekoppelt werden kann mit einer dritten Position C, in der das andere Ende mit dem zweiten Zweig zwischen dem zweiten Schalter und dem vierten Schalter verbunden ist, und einer vierten Position D, die zwischen dem dritten Schalter und dem vierten Schalter angeschlossen ist.
Die Steuerung 120 erfasst den Ladezustandswert, der den Pegel der in die Batterie geladenen Spannung darstellt, die unter Verwendung der durch den Wandler 110 umgewandelten DC-Ladespannung geladen wird, und ändert die Topologie des Wandlers 110 durch Steuern der Vielzahl von Relais 310 und 320 auf der Grundlage des erfassten Ladezustandswerts.
Genauer gesagt, wenn der erfasste Ladezustandswert kleiner als der Referenzspannungswert ist, kann die Steuerung 120 die Topologie des Wandlers 110 in der Form der Halbbrücke ändern, wohingegen die Steuerung 120 die Topologie des Wandlers 110 in der Form der Vollbrücke ändern kann, wenn der erfasste Ladezustandswert gleich oder ist größer als der Referenzspannungswert ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Referenzspannung eine Nennspannung einer Hochspannungsbatterie sein.
Um das Verständnis der Änderung der Topologie des Wandlers unter Verwendung der Relais 310 und 320 zu fördern, wird der Betrieb des Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 3A und 3B beschrieben.
3A stellt dar, dass der Wandler in der Form der Vollbrücke gemäß dem Betrieb der Relais gemäß einem Steuern der Steuerung 120 arbeitet.
Unter Bezugnahme auf 3A kann die Steuerung 120 bewirken bzw. veranlassen, dass der Wandler in der Form der Vollbrücke arbeitet, indem die Relais 310 und 320 derart gesteuert werden, dass das andere Ende des ersten Relais 310 mit der zweiten Position B gekoppelt ist und das andere Ende des zweiten Relais 320 mit der dritten Position C gekoppelt ist.
Genauer gesagt wird unter Bezugnahme auf 3A durch den Betrieb des ersten Relais 310 und des zweiten Relais 320 der zweite Zweig zwischen dem zweiten Schaltelement 212 und dem vierten Schaltelement 214 mit dem anderen Ende des Resonanztanks 220 verbunden, und somit arbeitet der Wandler auf die gleiche Weise wie eine allgemeine Vollbrückenschaltung.
3B stellt dar, dass der Wandler in der Form der Halbbrücke gemäß dem Betrieb der Relais gemäß einem Steuern der Steuerung 120 arbeitet.
Unter Bezugnahme auf 3B kann die Steuerung 120 bewirken bzw. veranlassen, dass der Wandler 110 in der Form der Halbbrücke arbeitet, indem die Relais 310 und 320 derart gesteuert werden, dass das andere Ende des ersten Relais 310 mit der ersten Position A gekoppelt ist und das andere Ende des zweiten Relais 320 mit der vierten Position D gekoppelt ist.
Genauer gesagt werden unter Bezugnahme auf 3B durch den Betrieb des ersten Relais 310 und des zweiten Relais 320 die Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 zueinander parallelgeschaltet (das erste Schaltelement 211 und das zweite Schaltelement 212 sind parallelgeschaltet, und das dritte Schaltelement 213 und das vierte Schaltelement 214 sind parallelgeschaltet), und somit kann der Wandler 110 in der Form der Halbbrücke arbeiten. Für den Fall, dass der Wandler 110 durch den Betrieb der Relais 310 und 320 in der Form einer Halbbrücke arbeitet, gibt es einen sehr großen Vorteil wie folgt.
Da für die Änderung der Topologie in der Form der Halbbrücke unter Verwendung der in 2B dargestellten Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 nicht zwei Schalter verwendet werden, wird die Leistung, die durch den Wandler 110 ausgegeben werden kann, eine Hälfte der Leistung in der Form der Vollbrücke. Für den Fall, dass jedoch der Wandler 110 in der Form der Halbbrücke unter Verwendung der in 3B gezeigten Relais 310 und 320 arbeitet, werden die jeweiligen Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 zueinander parallelgeschaltet, und somit wird die Leistung, die von dem Wandler 110 ausgegeben werden kann, gleich der Leistung in der Form der Vollbrücke.
Da die Relais 310 und 320 im Vergleich zu den Schaltelementen sehr kostengünstig sind und es im Fall einer Änderung der Topologie des Wandlers 110 unter Verwendung der Relais 310 und 320 eine Verstärkung des Ausgangsstroms während des Halbbrückenbetriebs gibt, ist ein Hochleistungs-/Hocheffizienz-Halbbrücken-LLC-Betrieb bei geringen Kosten möglich.
4A, 4B und 4C zeigen Diagramme, die ein Beispiel eines Betriebs eines in 3A und 3B dargestellten LLC-Resonanzwandlers darstellen. Pfeile, die in den Schaltungsdiagrammen von 4A, 4B und 4C dargestellt sind, bringen Stromflüsse zum Ausdruck.
4A stellt die Operationen bzw. Betriebsweisen der Relais 310 und 320 und der Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 und den daraus resultierenden Stromfluss dar, wenn der Ladezustandswert einer Batterie 140, der von einer Steuerung 120 erfasst wird, zu einem vorgegebenen Niederspannungsbereich gehört (oder kleiner als eine Referenzspannung ist) und sich die Last in einem Niedriglastzustand befindet.
Wenn der Ladezustandswert der Batterie 140 in dem Niedrigspannungsbereich liegt und sich die Last in dem Niedriglastzustand befindet, steuert die Steuerung 120 derart, um zu bewirken, dass das andere Ende des ersten Relais mit der zweiten Position B in Kontakt kommt, und um zu bewirken, dass das andere Ende des zweiten Relais mit der vierten Position D in Kontakt kommt, und steuert derart, um zu bewirken, dass das zweite Schaltelement 212 immer geöffnet ist, und um zu bewirken, dass das vierte Schaltelement 214 immer kurzgeschlossen ist, so dass der Halbbrückenbetrieb, der später derselbe ist wie die in 2B dargestellte Halbbrückenform, durchgeführt werden kann.
Wie in 4A gezeigt, da der Wandler 110 in der Form der Halbbrücke durch Steuern der Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 und der Relais 310 und 320 arbeitet, wenn der Ladezustandswert der Batterie 140 in dem Niederspannungsbereich liegt und sich die Last in dem Niedriglastzustand befindet, können die ZVS- und ZCS-Operationen durchgeführt werden, und da nur zwei Schalter (z.B. der erste Schalter 211 und der dritte Schalter 213) die Schaltvorgänge durchführen, kann der Schaltvorgang minimiert werden und die Effizienz kann maximiert werden. Da ferner die Relais parallele Vorgänge durchführen, kann der Wirkungsgrad im Vergleich zu dem bestehenden Wandler erhöht werden.
4B stellt den Betrieb der Relais 310 und 320 und den daraus resultierenden Stromfluss dar, wenn der Ladezustandswert einer Batterie 140, der von einer Steuerung 120 erfasst wird, zu einem vorgegebenen Niederspannungsbereich gehört (oder kleiner als eine Referenzspannung ist), und sich die Last in einem Hochlastzustand befindet.
Wenn der Ladezustandswert der Batterie 140 in dem Niedrigspannungsbereich liegt und sich die Last in dem Hochlastzustand befindet, steuert die Steuerung 120 derart, um zu bewirken, dass das andere Ende des ersten Relais 310 in Kontakt mit der ersten Position A kommt, und um zu bewirken, dass das andere Ende des zweiten Relais 320 in Kontakt mit der vierten Position D kommt, und somit kann der Wandler 110 in der Form der in 3B dargestellten Halbbrücke arbeiten.
Wie in 4B gezeigt, da der Wandler 110 in der Form der Halbbrücke arbeitet, indem die Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 unter Verwendung der Relais 310 und 320 parallelgeschaltet werden, wenn der Ladezustandswert der Batterie 140 in dem Niederspannungsbereich liegt und sich die Last in dem Hochlastzustand befindet, ist die gleiche Ausgabe wie die in der Form der Vollbrücke möglich, können die ZVS- und ZCS-Operationen durchgeführt werden und kann der Verlust beim Einschalten minimiert werden.
4C stellt den Betrieb der Relais 310 und 320 und den daraus resultierenden Stromfluss dar, wenn der Ladezustandswert einer Batterie 140, der von einer Steuerung 120 erfasst wird, zu einem vorgegebenen Hochspannungsbereich gehört (oder eine Referenzspannung überschreitet) und sich die Last in einem Hochlastzustand befindet.
Wenn der Ladezustandswert der Batterie 140 in dem Hochspannungsbereich liegt und sich die Last in dem Hochlastzustand befindet, steuert die Steuerung 120 derart, um zu bewirken, dass das andere Ende des ersten Relais 310 in Kontakt mit der zweiten Position B gebracht wird, und um zu bewirken, dass das andere Ende des zweiten Relais 320 mit der dritten Position C in Kontakt gebracht wird, und somit kann der Wandler 110 in der Form der in 3A dargestellten Vollbrücke arbeiten.
Wie in 4C gezeigt, da der Wandler 110 in der Form der Vollbrücke unter Verwendung der Relais 310 und 320 arbeitet, wenn der Ladezustandswert der Batterie 140 in dem Hochspannungsbereich liegt und sich die Last in dem Hochlastzustand befindet, können die ZVS- und ZCS-Operationen durchgeführt werden, und durch den Parallelbetrieb der Relais kann ein Wirkungsgrad erreicht werden, der dem des bestehenden Wandlers entspricht.
Das Wandlersteuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann durch eine einzige oder eine Vielzahl von Steuerungen durchgeführt werden, die in dem Fahrzeug angebracht ist bzw. sind. Ferner kann das Wandlersteuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durch eine einzelne Steuerung, das heißt, eine integrierte Steuerung, durchgeführt werden, und in der folgenden Beschreibung kann die Steuerung gemeinsam eine Vielzahl von Steuerungen bezeichnen oder kann eine integrierte Steuerung sein, die die Funktionen durchführt.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Wandlersteuerverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf 5 kann das Wandlersteuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Erfassen eines Lademesswerts einer Batterie und ein Ändern einer Topologie eines Wandlers umfassen.
In Schritt 510 erfasst die Steuerung den Ladezustandswert der Batterie, die mit einer durch den Wandler umgewandelten Spannung geladen wird.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Batterie, von der der Lademesswert erfasst wird, eine Hauptbatterie sein, die eine Rolle bei der Stromversorgung eines Motors spielt. Ferner bedeutet der Lademesswert der Batterie, die das Erfassungsziel ist, den Pegel der in die Batterie geladenen Spannung. Beispielsweise kann im Falle eines Ladens der Batterie mit einer Leerlaufspannung von 500V der Lademesswert der Batterie mit dem Fortschritt des Ladens auf 600V oder 700V erhöht werden.
Ein Verfahren zum Erfassen des Lademesswerts der Batterie ist nicht beschränkt und kann von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet leicht festgelegt und verwendet werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Batteriemanagementsystem (BMS) den Lademesswert der Batterie unter Verwendung einer Leerlaufspannung (Open Circuit Voltage - OCV) erfassen, nachdem ein Einschalten der Zündung (IG ON) durchgeführt wurde. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das BMS den Lademesswert der Batterie durch Zählen des Batterieladestroms, der Spannung und der Strommenge (Amperestunden (Ah)) während des Batterieladens erfassen.
In Schritt 520 ändert die Steuerung die Topologie des Wandlers auf der Grundlage des erfassten Lademesswerts der Batterie. Genauer gesagt ändert die Steuerung die Topologie des mit der Batterie verbundenen Wandlers, um die Batterie mit der umgewandelten Spannung auf der Grundlage des erfassten Lademesswerts der Batterie zu laden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Topologie des Wandlers in der Form der Vollbrücke oder der Halbbrücke vorliegen, und die Steuerung kann den Wandler auf der Grundlage des erfassten Lademesswerts der Batterie steuern, dass er in der Form der Vollbrücke oder der Halbbrücke arbeitet.
Im Folgenden werden die Anordnung des Wandlers, der die Topologie ändern kann, und das Verfahren zum Ändern der Topologie des Wandlers ausführlicher beschrieben.
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gibt es eine technische Wirkung von Kosteneinsparungen durch Bereitstellen einer verbesserten Steuerpräzision, einer erhöhten Effizienz und eines breiteren Betriebsbereichs durch Erfassen des Lademesswerts der Batterie, Ändern der Topologie des Wandlers gemäß dem erfassten Lademesswert, und Bewirken, dass der Wandler unter Verwendung der optimalen Frequenz gemäß dem Ladezustand der Batterie arbeitet.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines LLC-Resonanzwandlers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf 6 kann das Verfahren zum Steuern eines LLC-Resonanzwandlers gemäß einer anderen Ausführungsform umfassen ein Erfassen eines Lademesswerts einer Batterie, ein Vergleichen des erfassten Lademesswerts mit einer Referenzspannung und ein Ändern einer Topologie eines Wandlers in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs mit der Referenzspannung.
In Schritt 610 erfasst die Steuerung den Lademesswert der Batterie, die mit einer durch den Wandler umgewandelten Spannung geladen wird.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Batterie, von der der Ladungsmesswert erfasst wird, eine Hauptbatterie sein, die eine Rolle bei der Stromversorgung eines Motors spielt. Ferner bedeutet der Lademesswert der Batterie, die das Erfassungsziel ist, den Pegel der in die Batterie geladenen Spannung.
Ein Verfahren zum Erfassen des Lademesswerts der Batterie ist nicht beschränkt und kann von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet leicht festgelegt und verwendet werden.
In Schritt 620 vergleicht die Steuerung den in Schritt 610 erfassten Lademesswert mit der Referenzspannung. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Referenzspannung eine Nennspannung einer Hochspannungsbatterie sein. Unterdessen vergleicht die Steuerung in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung den in Schritt 610 erfassten Lademesswert möglicherweise nicht mit der Referenzspannung, sondern kann prüfen, zu welchem Bereich eines vorgegebenen Spannungsbereichs der Lademesswert gehört. Beispielsweise kann der vorgegebene Spannungsbereich in einen Niederspannungsbereich nahe einer Nennspannung und einen Hochspannungsbereich unterteilt werden.
Wenn der erfasste Lademesswert der Batterie kleiner als die Referenzspannung ist (oder wenn der Lademesswert zu dem Niederspannungsbereich gehört), ändert die Steuerung in Schritt 630 die Topologie des Wandlers derart, dass der Wandler in der Form der Halbbrücke bei 660 arbeitet.
Wenn der erfasste Lademesswert der Batterie gleich der Referenzspannung ist (oder wenn der Lademesswert nahe der Nennspannung liegt), ändert die Steuerung die Topologie des Wandlers derart, dass der Wandler in der Form der Vollbrücke bei 650 arbeitet.
Wenn der erfasste Lademesswert der Batterie größer als die Referenzspannung ist (oder wenn der Lademesswert zu dem Hochspannungsbereich gehört), ändert die Steuerung die Topologie des Wandlers derart, dass der Wandler in der Form der Vollbrücke bei 640 arbeitet.
Der Wandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann umfassen eine Schaltelementeinheit 210, in der eine Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 mit einem Eingangsanschluss verbunden sind, um eine Vollbrückenschaltung zu bilden, einen Resonanztank 220, der mit einer Leistung versorgt wird, die durch Kurzschließen und Öffnen der Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 gebildet wird, einen Transformator 230 mit einer mit dem Resonanztank 220 verbundenen Primärspule und einer Sekundärspule, die mit einer Ausgangsseite verbundenen ist, mit der ein Ladeziel verbunden ist, und eine Gleichrichterschaltung 240, die mit der Sekundärspule des Transformators 230 verbunden ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann in den Schritten 630 bis 650 das Ändern der Topologie des Wandlers der Steuerung durchgeführt werden, indem das Ein/Aus der Vielzahl von Schaltern gesteuert wird, die an dem Eingangsanschluss des Wandlers angeordnet sind.
Die Steuerung kann bewirken, dass der Wandler in der Form der Halbbrücke arbeitet, indem unter dem ersten Schaltelement 211 und dem dritten Schaltelement 213, die in Reihe mit dem ersten Zweig des Eingangsanschlusses des Wandlers geschaltet sind, und dem zweiten Schaltelement 212 und dem vierten Schaltelement 214, die in Reihe mit dem zweiten Zweig des Eingangsanschlusses geschaltet sind, immer das zweite Schaltelement 213 geöffnet wird und immer das vierte Schaltelement 214 kurzgeschlossen wird.
Wenn die Schaltelemente 211 und 214 unter der Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 jeweils ein- und ausgeschaltet werden, kann die Steuerung bewirken, dass der Wandler 110 in der Form der Vollbrücke arbeitet, indem die jeweiligen Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 derart gesteuert werden, dass die Schaltelemente 212 und 213 jeweils ein- und ausgeschaltet werden.
Wenn der Ladezustandswert der Hochspannungsbatterie 140 in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kleiner als die Referenzspannung ist (oder wenn der Ladezustandswert zu dem Niederspannungsbereich gehört), kann die Steuerung die Schaltelemente steuern, indem die Schaltfrequenz der Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 niedriger als die Resonanzfrequenz gemacht wird.
Damit beispielsweise ein LLC-Wandler einer Vollbrückenstruktur die Hochspannungsbatterie von 360V/20A laden kann, sollte die Steuerung die Schaltelemente derart steuern, dass sie die Schaltfrequenz von 250 kHz bei der Zwischenkreiskondensatorspannung von 570V aufweist, wobei die Steuerung 120 aber die Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 derart steuern kann, dass ein LLC-Wandler einer Halbbrückenstruktur die Schaltfrequenz von 165 kHz aufweist, was niedriger als die Resonanzfrequenz von 172 kHz bei der Zwischenkreisspannung von 670V ist. Wie oben beschrieben, kann durch Steuern der jeweiligen Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 bei der Schaltfrequenz, die niedriger als die Resonanzfrequenz ist, der LLC-Wandler der Halbbrückenstruktur bei der Schaltfrequenz arbeiten, bei der ein Nullstrom-Schalten (Zero-Current Switch - ZCS) und ein Nullspannungs-Schalten (Zero-Voltage Switch - ZVS) möglich sind, und kann somit mit hoher Effizienz und vorteilhaften Elementheizeigenschaften in einem Zustand arbeiten, in dem er optimierter ist als der LLC-Wandler der Vollbrückenstruktur.
Wenn in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die in die Batterie geladene Spannung gleich der Referenzspannung ist oder nahe der Nennspannung liegt, kann die Steuerung die Schaltfrequenz der Schaltelemente 211, 212, 213 und 214 derart steuern, dass sie gleich der Resonanzfrequenz ist, wohingegen, wenn die in die Batterie geladene Spannung höher als die Referenzspannung ist oder in dem Hochspannungsbereich liegt, die Steuerung die Schaltelemente derart steuern kann, dass die Schaltfrequenz der Schaltelemente 211, 212, 213, und 214 niedriger als die Resonanzfrequenz wird.
Der Wandler gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eingerichtet sein, dass er umfasst eine Schaltelementeinheit 210, in der eine Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 mit einem Eingangsanschluss verbunden sind, um eine Vollbrückenschaltung zu bilden, einen Resonanztank 220, der mit einer Leistung versorgt wird, die durch Kurzschließen und Öffnen der Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 gebildet wird, einen Transformator 230 mit einer mit dem Resonanztank 220 verbundenen Primärspule und einer Sekundärspule, die mit einer Ausgangsseite verbunden ist, mit der ein Ladeziel verbunden ist, eine Gleichrichterschaltung 240, die mit der Sekundärspule des Transformators 230 verbunden ist, und eine Vielzahl von Relais 310 und 320, die zwischen der Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 und dem Resonanztank 220 angeordnet sind, um einen Verbindungszustand zwischen der Vielzahl von Schaltelementen 211, 212, 213 und 214 und dem Resonanztank 220 gemäß einem Steuern der Steuerung 120 zu ändern.
Die Schaltelementeinheit 210 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann gebildet sein aus einem ersten Schaltelement 211 und einem dritten Schaltelement 213, die mit einem ersten Zweig des Eingangsanschlusses in Reihe geschaltet sind, und einem zweiten Schaltelement 212 und einem vierten Schaltelement 214, die mit einem zweiten Zweig des Eingangsanschlusses in Reihe geschaltet sind, und der Resonanztank 220 kann eingerichtet sein, dass ein Ende mit dem ersten Zweig zwischen dem ersten Schalter und dem dritten Schalter verbunden ist und das andere Ende mit dem zweiten Zweig zwischen dem zweiten Schalter und dem vierten Schalter verbunden ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Vielzahl von Relais 310 und 320 umfassen ein erstes Relais, dessen eines Ende mit dem zweiten Zweig zwischen dem zweiten Schalter und dem vierten Schalter verbunden ist, und dessen anderes Ende gemäß einem Steuern der Steuerung 120 gekoppelt werden kann mit einer ersten Position A, in der das andere Ende mit dem ersten Zweig zwischen dem ersten Schalter und dem dritten Schalter verbunden ist, oder einer zweiten Position B, in der das andere Ende mit dem anderen Ende des Resonanztanks verbunden ist, und ein zweites Relais, dessen eines Ende mit dem anderen Ende des Resonanztanks verbunden ist und dessen anderes Ende gemäß einem Steuern der Steuerung gekoppelt werden kann mit einer dritten Position C, in der das andere Ende mit dem zweiten Zweig zwischen dem zweiten Schalter und dem vierten Schalter verbunden ist und einer vierten Position D, die zwischen dem dritten Schalter und dem vierten Schalter angeschlossen ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann in den Schritten 630 bis 650 das Ändern der Topologie des Wandlers der Steuerung durchgeführt werden, indem die Verbindungspositionen der Vielzahl von Relais gesteuert werden, die an dem Eingangsanschluss des Wandlers angeordnet sind.
Die Steuerung kann bewirken, dass der Wandler in der Form der Vollbrücke arbeitet, indem sie die Relais 310 und 320 derart steuert, dass das andere Ende des ersten Relais 310 des Wandlers mit der zweiten Position B gekoppelt ist und das andere Ende des zweiten Relais 320 mit der dritten Position C gekoppelt ist.
Unterdessen kann die Steuerung bewirken, dass der Wandler 110 in der Form der Halbbrücke arbeitet, indem sie die Relais 310 und 320 derart steuert, dass das andere Ende des ersten Relais 310 des Wandlers mit der ersten Position A gekoppelt ist und das andere Ende des zweiten Relais 320 mit der vierten Position D gekoppelt ist.
Da die Relais 310 und 320 im Vergleich zu den Schaltelementen kostengünstig sind, gibt es im Fall eines Änderns der Topologie des Wandlers 110 unter Verwendung der Relais 310 und 320 beim Ändern der Topologie des Wandlers gemäß dem Ladungsmesswert der Batterie durch die oben beschriebenen Relaisoperationen eine Verstärkung des Ausgangsstroms während des Halbbrückenbetriebs, wobei der Hochleistungs-/Hocheffizienz-Halbbrücken-LLC-Betrieb zu geringen Kosten möglich ist.
Bis jetzt ist die vorliegende Offenbarung um die bevorzugten Ausführungsformen herum beschrieben worden. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen können, dass die vorliegende Offenbarung in modifizierten Formen innerhalb des Umfangs realisiert werden kann, der nicht von den wesentlichen Eigenschaften bzw. Merkmalen der vorliegenden Offenbarung abweicht. Demzufolge sollten die offenbarten Ausführungsformen nicht unter dem Gesichtspunkt der Beschränkung betrachtet werden, sondern sollten unter dem Gesichtspunkt der Erläuterung betrachtet werden. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird nicht in der obigen Beschreibung dargestellt, sondern wird in den beigefügten Ansprüchen dargestellt, und alle Unterschiede innerhalb eines äquivalenten Bereichs sollten derart interpretiert werden, dass sie in der vorliegenden Offenbarung umfasst sind.

Claims

Vorrichtung zum Steuern eines LLC-Resonanzwandlers, die Vorrichtung aufweisend: einen Wandler, der mit einem Eingangsanschluss verbunden ist, wobei der Wandler eine Vielzahl von Schaltelementen umfasst, die eine Brückenschaltung bilden, und wobei der Wandler eingerichtet ist, um eine Topologieänderung in der Form einer Vollbrücke und einer Halbbrücke zu ermöglichen; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um einen Lademesswert einer Batterie zu erfassen, die mit einer von dem Wandler übertragenen Leistung geladen wird, und wobei die Steuerung eingerichtet ist, um eine Topologie des Wandlers auf der Grundlage des Lademesswerts zu ändern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum Ändern der Topologie des Wandlers durch Steuern von Ein/Aus der Vielzahl von Schaltelementen auf der Grundlage des Lademesswerts.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um die Topologie des Wandlers auf die Halbbrücke zu ändern, wenn der erfasste Lademesswert in einem vorgegebenen Niederspannungsbereich liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Topologie des Wandlers auf die Vollbrücke zu ändern, wenn der erfasste Lademesswert in einem vorgegebenen Nenn- oder Hochspannungsbereich liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Schaltelementen erste und dritte Schalter, die in Reihe mit einem ersten Zweig des Eingangsanschlusses verbunden sind, und zweite und vierte Schalter, die in Reihe mit einem zweiten Zweig des Eingangsanschlusses verbunden sind, aufweist, und der Wandler ferner umfasst: einen Resonanztank mit einem ersten Ende, das mit dem ersten Zweig zwischen den ersten und dritten Schaltern verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit dem zweiten Zweig zwischen den zweiten und vierten Schaltern verbunden ist, und der durch Empfang einer Leistung, die durch Schalten der Vielzahl von Schaltelementen gebildet wird, in Resonanz gerät; und eine Vielzahl von Relais, die zwischen der Vielzahl von Schaltelementen und dem Resonanztank angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um die Topologie des Wandlers durch Steuern von Operationen der Vielzahl von Relais auf der Grundlage des Lademesswerts zu ändern.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl von Relais aufweisen: ein erstes Relais mit einem ersten Ende, das mit dem zweiten Zweig zwischen dem zweiten und dem vierten Schalter verbunden ist, und einem zweiten Ende, das gekoppelt werden kann gemäß einem Steuern der Steuerung mit einer ersten Position, in der das zweite Ende des ersten Relais mit dem ersten Zweig zwischen dem ersten und dritten Schalter verbunden ist, oder einer zweiten Position, in der das zweite Ende mit dem zweiten Ende des Resonanztanks verbunden ist; und ein zweites Relais mit einem ersten Ende, das mit dem zweiten Ende des Resonanztanks verbunden ist, und einem zweiten Ende, das gemäß einem Steuern der Steuerung verbunden werden kann mit einer dritten Position, in der das zweite Ende des zweiten Relais mit dem zweiten Zweig zwischen dem zweiten und dem vierten Schalter verbunden ist, und einer vierten Position, die zwischen dem dritten und dem vierten Schalter angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuerung die Topologie des Wandlers in eine Vollbrücke ändert, indem die Vielzahl von Relais derart gesteuert werden, dass das zweite Ende des ersten Relais mit der zweiten Position gekoppelt ist und das zweite Ende des zweiten Relais mit der dritten Position gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuerung die Topologie des Wandlers auf eine Halbbrücke ändert, indem die Vielzahl von Relais derart gesteuert werden, dass das zweite Ende des ersten Relais mit der ersten Position gekoppelt ist und das zweite Ende des zweiten Relais mit der vierten Position gekoppelt ist.
Verfahren zum Steuern eines LLC-Resonanzwandlers, das Verfahren aufweisend: Erfassen eines Lademesswerts einer Batterie; und Ändern einer Topologie eines Wandlers, der eine Leistung zum Laden der Batterie überträgt, auf der Grundlage des erfassten Ladenmesswerts.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Topologie des Wandlers eine Vollbrücke oder eine Halbbrücke ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ändern der Topologie des Wandlers durch An/Aus-Steuerung einer Vielzahl von Schaltern durchgeführt wird, die an einem Eingangsanschluss des Wandlers angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ändern der Topologie des Wandlers ein Ändern der Topologie des Wandlers auf die Halbbrücke umfasst, wenn der erfasste Lademesswert zu einem vorgegebenen Niederspannungsbereich gehört.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ändern der Topologie des Wandlers ein Ändern der Topologie des Wandlers auf die Vollbrücke umfasst, wenn der erfasste Lademesswert nahe einer vorgegebenen Nennspannung ist oder zu einem Hochspannungsbereich gehört.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ändern der Topologie des Wandlers durch An/Aus-Steuerung einer Vielzahl von Relais durchgeführt wird, die an einem Eingangsanschluss des Wandlers angeordnet sind.