[发明专利]电容器模块、电路布置及运行方法

说明书

技术领域

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 resonanceconverters))的方法。

背景技术

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US2783384A公开。

由EP0820653B1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10kHz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。

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。

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。

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

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。

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。

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。