(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電器（２０）のＤＣ−ＤＣコンバータ（２２）を動作させる方法であって、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、１次側に第１の変圧コイル（２８）および少なくとも１つの第２の変圧コイル（３０）を有し、前記第１の変圧コイル（２８）および前記少なくとも１つの第２の変圧コイル（３０）は、直列に縦に並んで、かつ、２次側変圧コイル（４８）と横に並んで配置され、各半導体スイッチが前記少なくとも１つの第２の１次側変圧コイル（３０）と並列に接続され、前記少なくとも１つの第２の１次側変圧コイル（３０）は、前記半導体スイッチを用いて前記充電器（２０）の少なくとも１つの動作パラメータの現在値に応じてオンまたはオフに切り替えられ、
前記第２の１次側変圧コイル（３０）がオン状態のときに、前記第２の１次側変圧コイル（３０）を通して流れる電流が測定され、前記第２の１次側変圧コイル（３０）がオフ状態のときに、前記半導体スイッチを通して流れる電流が測定される、方法。
【請求項２】
前記充電器（２０）の温度が前記少なくとも１つの動作パラメータとして考慮される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記充電器（２０）を通って流れる電流が前記少なくとも１つの動作パラメータとして考慮される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第２の１次側変圧コイル（３０）は、過去に検出された少なくとも１つの動作パラメータの値に応じてオンまたはオフに切り替えられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つのスイッチ（２４、３６）が前記１次側変圧コイル（２８、３０）と直列に接続され、前記少なくとも１つのスイッチ（２４、３６）は、前記充電器（２０）の前記少なくとも１つの動作パラメータの前記現在値に応じて開閉される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの動作パラメータの特性曲線が考慮される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
充電器（２０）のＤＣ−ＤＣコンバータであって、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、１次側に第１の変圧コイル（２８）および少なくとも１つの第２の変圧コイル（３０）を有し、前記第１の変圧コイル（２８）および前記少なくとも１つの第２の変圧コイル（３０）は、直列に縦に並んで、かつ、２次側変圧コイル（４８）と横に並んで配置され、各半導体スイッチが前記少なくとも１つの第２の１次側変圧コイル（３０）と並列に接続され、前記少なくとも１つの第２の１次側変圧コイル（３０）は、前記半導体スイッチを用いて前記充電器（２０）の少なくとも１つの動作パラメータの現在値に応じてオンまたはオフに切り替えられ、
前記第２の１次側変圧コイル（３０）がオン状態のときに、前記第２の１次側変圧コイル（３０）を通して流れる電流が測定され、前記第２の１次側変圧コイル（３０）がオフ状態のときに、前記半導体スイッチを通して流れる電流が測定される、ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記１次側変圧コイル（２８、３０）と直列に接続される少なくとも１つのスイッチ（２４、３６）を有し、前記少なくとも１つのスイッチ（２４、３６）は、前記充電器（２０）の前記少なくとも１つの動作パラメータの前記現在値に応じて開閉される、請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの各半導体スイッチは電界効果トランジスタ（３８）として実施される、請求項８に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１０】
演算器（４０）を有し、前記各少なくとも１つの半導体スイッチの状態は、前記演算器（４０）を用いて変更される、請求項８〜９のいずれか一項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１１】
具体的には測定抵抗器（３２）として実装された電流測定回路が前記１次側変圧コイル（２８、３０）に直列に接続され、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（２２）の少なくとも１つの動作パラメータは、前記電流測定回路を用いて検出される、請求項１０に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１２】
前記演算器（４０）は、２つの測定点（４２、４４）において、具体的には測定抵抗器（３２）として実装された前記電流測定回路に接続され、前記電流測定回路は、前記測定点を介して前記演算器（４０）によって監視される、請求項１１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのスイッチ（２４、３６）は、前記演算器（４０）によって開閉される、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１４】
電気エネルギー貯蔵を充電する充電器であって、前記充電器は、少なくとも１つの、請求項７〜１３のいずれか一項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ（２２）を有する、充電器。
【請求項１５】
自動車に使用される、請求項１４に記載の充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電器用のＤＣ−ＤＣコンバータを動作させる方法、ＤＣ−ＤＣコンバータ、および自動車用の充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動または移動のために、少なくとも１つの電動モータを有しかつ使用する自動車は、電気自動車またはハイブリッド車と呼ばれる。この場合、自動車の走行動作の間に、この少なくとも１つの電動モータは、バッテリまたは充電式バッテリとも呼ばれ得る、少なくとも１つの電気エネルギー貯蔵から電気エネルギーを供給されることになっている。前記少なくとも１つの電気エネルギー貯蔵は、今度は充電動作で電気エネルギーを供給されることになっている。自動車に搭載された充電器は、とりわけこの目的のために使用される。ここでは、前記充電器の動作パラメータが充電動作の間に変化し、その結果として充電動作もまた影響を受けることが考慮されるべきである。
【０００３】
電気自動車の充電式バッテリ用の電力変換器が（特許文献１）に記述されている。前記電力変換器は、充電式バッテリのＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するように設計されている。これにより、比較的高い電圧を有する電気自動車のドライブモータに、対照的に低い電圧を有する充電式バッテリから給電することが可能になる。
【０００４】
電気自動車において電源を動作させる方法が（特許文献２）に記述されている。前記電源は、電気自動車駆動装置のための第１のバッテリ、および電気自動車の他の負荷に給電するための、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して充電可能な第２のバッテリを備える。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータは、それに対する負荷要求が適切な最小値に到達した場合に限り作動する。
【０００５】
モータ駆動車両用の充電システムが（特許文献３）から知られている。前記充電システムは２つの充電器を備え、前記充電器の各々はコイルを有する。両方の充電器のコイルが互いから小さい距離をおいて配置されている場合、車両のバッテリは充電システムによって充電することができる。
【０００６】
さらに、（特許文献４）は、バッテリ用の自動検出システムを開示しており、前記システムは、ここでは少量の熱だけが発生するような方法でその動作を制御するように設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第２６４５５０７Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第４４３７８７６Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許第６１５０７９４Ａ号明細書
【特許文献４】中国実用新案第２０１２６９９２２Ｙ号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの背景技術に対して、少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータを有する、自動車の充電器の効率を最適化することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、方法、ＤＣ−ＤＣコンバータ、そして充電器についての独立特許請求項の特徴を用いて達成される。方法の、ＤＣ−ＤＣコンバータの、そして充電器の実施形態は、従属特許請求項および明細書から明らかである。
【００１０】
本発明による方法は充電器のＤＣ−ＤＣコンバータを動作させるためのものであり、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、１次側に、変圧コイルとして実施される第１のコイルと、変圧コイルとして実施される少なくとも１つの第２のコイルとを有し、これらのコイルは直列に縦に並んで、かつ、変圧コイルとして実施される２次側コイルと横に並んで配置される。各半導体スイッチが少なくとも１つの第２の１次側変圧コイルと並列に接続され、前記少なくとも１つの第２の１次側変圧コイルは、この半導体スイッチを用いて充電器の少なくとも１つの動作パラメータの現在値に応じてオンまたはオフに切り替えられる。
【００１１】
したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１の１次側変圧コイルとともに、さらなる第２の１次側変圧コイルまたは、適切であれば、複数の第２の１次側変圧コイルを備え、すべての１次側変圧コイルは、直列に縦に並んで、かつ、２次側変圧コイルと横に並んで配置される。各半導体スイッチは、各々のさらなる、少なくとも１つの第２の１次側変圧コイルと並列に接続される。本方法の実施形態で、第１の１次側変圧コイルとともに、可変的に調整可能な数の第２の１次側変圧コイルはそれぞれに割り当てられた半導体スイッチを介してオンまたはオフに切り替えられることになっており、その結果として可変的に調整可能な巻数の１次側変圧コイルが作動または停止させられることになっている。
【００１２】
すべての能動１次側変圧コイルは、ＡＣ電流形式の電流が流れる場合に電磁場を生成し、この電磁場は、横に並んで配置された２次側変圧コイルでＡＣ電流を誘導する。ＤＣ−ＤＣコンバータの共振周波数は、能動１次側変圧コイルの数によって影響を受ける。
【００１３】
充電器のおよび／またはＤＣ−ＤＣコンバータの温度、ならびに充電器および／またはＤＣ−ＤＣコンバータを通って流れる電流は、少なくとも１つの動作パラメータとして考慮される。
【００１４】
少なくとも１つの第２の１次側変圧コイルは、さらに、過去に検出された少なくとも１つの動作パラメータの値に応じてオンまたはオフに切り替えられる。
【００１５】
さらに、少なくとも１つ（通常は２つ）のスイッチが変圧コイルと直列に接続され、前記少なくとも１つのスイッチは、充電器の少なくとも１つの動作パラメータの現在値に応じて開閉される。
【００１６】
加えて、少なくとも１つの動作パラメータの特性曲線が考慮される。
【００１７】
本発明によるＤＣ−ＤＣコンバータは充電器のために提供され、１次側に第１の変圧コイルと少なくとも１つの第２の変圧コイルとを備え、これらのコイルは直列に縦に並んで、かつ、ＤＣ−ＤＣコンバータの２次側コイルと横に並んで配置される。各半導体スイッチが少なくとも１つの第２の１次側変圧コイルと並列に接続され、この半導体スイッチを用いて前記少なくとも１つの第２の１次側変圧コイルは充電器の少なくとも１つの動作パラメータの現在値に応じてオンまたはオフに切り替えられることになっている。
【００１８】
少なくとも１つのスイッチが変圧コイルと直列に接続される。この場合、前記少なくとも１つのスイッチは、充電器の少なくとも１つの動作パラメータの現在値に応じて開閉されることになっている。
【００１９】
一実施形態で、少なくとも１つの第２の変圧コイルと並列に配置される、少なくとも１つの各半導体スイッチは、例えば、電界効果トランジスタおよび／または炭化ケイ素半導体として実施される。
【００２０】
ＤＣ−ＤＣコンバータは演算器をさらに備え、この演算器を用いて、少なくとも１つの半導体スイッチがオンまたはオフに切り替えられることによって、各少なくとも１つの半導体スイッチの状態は変更されることになっており、その結果として少なくとも１つの第２の１次側変圧コイルは作動または停止させられることになっている。
【００２１】
さらなる実施形態で、電流測定回路が変圧コイルと直列に接続され、この電流測定回路を用いてＤＣ−ＤＣコンバータの少なくとも１つの動作パラメータが検出される。演算器は、２つの測定点において電流測定回路に接続され、この測定点を介して電流測定回路は演算器によって監視されることになっている。電流測定回路は、電流測定回路を通って流れる電流を測定するために、例えば、測定抵抗器または変流器（通常は誘導変流器）として実施される。
【００２２】
一実施形態で、少なくとも１つのスイッチは演算器によって開閉されることになっている。
【００２３】
ＤＣ−ＤＣコンバータは、少なくとも第１の１次側変圧コイルおよび少なくとも１つの第２の１次側変圧コイルを電子部品として有する１次側電気回路を備え、前記１次側変圧コイルは直列に接続される。同じく１次側電気回路内に、少なくとも１つのスイッチが、例えば１次側電気回路の始点および／または終点において、１次側変圧コイルと直列に接続される。さらなる実施形態で、電流測定回路が同様に１次側変圧コイルと直列に接続される。加えて、少なくとも１つのさらなる任意選択の電子部品として、少なくとも１つの誘導コイルおよび少なくとも１つのコンデンサが変圧コイルと直列に接続される。少なくとも１つの半導体スイッチが、少なくとも１つの第２の変圧コイルと並列に接続される。
【００２４】
本発明による充電器は、電気エネルギー貯蔵を充電するために設計され、少なくとも１つの説明したＤＣ−ＤＣコンバータを有する。
【００２５】
前記充電器は自動車に使用されることになっており、自動車の電気エネルギー貯蔵を充電するために利用されることになっている。
【００２６】
自動車の−メインバッテリとして実施される−電気エネルギー貯蔵を充電するために、電気エネルギー貯蔵は提示した充電器を介して固定電力供給網に接続される。（なおここでは、自動車は通常いわゆるプラグイン車と呼ばれ、ハイブリッド車または電気自動車として実施される。）自動車に配置される充電器は、本方法の中で、電気エネルギー貯蔵および充電器自体を充電するために、充電プロセスまたは充電動作を管理し、したがって制御および／または調節するように設計される。
【００２７】
前記充電器は、例えばダイオード、少なくとも１つのガルバニック絶縁変圧器、少なくとも１つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの、電子部品を備える。充電動作を実行するとき、充電器は、能動１次側変圧コイルの数を変化させることによってパラメータ制御された切替を実行し、その結果として、効率の低下が補償される。本方法を実行するとき、電流強度が上昇すると、前記電子部品の内部抵抗の増加は、提示した充電器によって低減されるはずである。
【００２８】
この場合、例として、充電器の温度負荷および／または電流負荷が前記充電器の少なくとも１つの動作パラメータとして管理される。充電動作を切り替える、または変更するために、個々の変圧コイル、したがって変圧器としての少なくとも１つの共振ＤＣ−ＤＣコンバータの巻線が、オンまたはオフにされる。その結果として、今度は、少なくとも１つの共振コンバータ（例えばＬＬＣ）の制御器パラメータ、したがって少なくとも１つのさらなる電子部品としての少なくとも１つの共振ＤＣ−ＤＣコンバータの制御器パラメータが適合される。
【００２９】
本方法の中で、充電器の効率はその動作範囲全体にわたって最適化されるはずである。充電器は個々の電子段を備え、電子段は電子部品から形成される。１つのこのような電子段は、力率補正フィルタとして実施され、力率補正（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）またはＰＦＣ段とも呼ばれる。このような力率補正フィルタにより電流は高出力で正弦波状に引き出されることになっている。さらなる電子段としての中間の回路は電気エネルギーの貯蔵のために設計される。充電器の少なくとも１つの電子段として、提示したＤＣ−ＤＣコンバータは、変圧器を介して電気エネルギーをガルバニック絶縁伝送するために設計される。
【００３０】
さらなる電子段として受動整流器段が２次側の電子段の下流に接続される。この整流器段を用いてＡＣ電圧信号は、通常高電圧バッテリである電気エネルギー貯蔵の充電の間に平滑化されることになっている。
【００３１】
本方法において、一実施形態で、変圧器インダクタンスが管理され、したがって最適化される。効率が、少なくとも充電器を通って流れる駆動電流の値に依存することは、さらに考慮される。この場合、個々の電子段の、したがって個々の電子部品のまたは電子部品部分の内部抵抗の結果としての損失は、電流の大きさに比例する。さらなる電子部品として、充電器は少なくとも１つの整流ダイオード、少なくとも１つのガルバニック絶縁変圧器および少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴを有する。
【００３２】
充電器が７．２ｋＷ、１１ｋＷまたは２２ｋＷの電力を有する高度に統合された充電器として実施される場合、少なくとも１つの共振スイッチングＤＣ−ＤＣコンバータが電気エネルギーのガルバニック絶縁伝送のための電子段として使用される。前記少なくとも１つの共振ＤＣ−ＤＣコンバータは、電子部品として、コンデンサ、インダクタンスまたはコイル、および通常ＭＯＳＦＥＴとして実施される電子スイッチを備える。この共振ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて、電気エネルギーの伝送は負荷点に応じた共振点で維持される。この場合、電気エネルギーはその後ＭＯＳＦＥＴによって高周波数で送り込まれ、これにより共振ＤＣ−ＤＣコンバータは共振に置かれ、および／または共振に維持される。
【００３３】
本方法の一実施形態で、充電器の異なるソフトウェアおよび／またはハードウェア機能が管理される。この場合、充電器の１つのモジュールは、過去に検出された動作パラメータとして以前の充電電力の積分を評価することになっている。加えて、さらなるモジュールが動作パラメータとして冷却剤温度を評価することになっている。充電器の１つのモジュールは、動作パラメータとして電気エネルギーのスループットを評価するように設計される。通常熱センサまたは温度計として実施される、さらなるモジュールは、動作パラメータとして充電器の外部温度を検出することになっている。加えて、熱センサとして同じく実施される１つのモジュールは、充電器の動作パラメータとして内側のまたは内部の温度を検出するように設計される。
【００３４】
充電器の各電力経路の（例えば１次側電気回路または２次側電気回路の）動作パラメータとしての現在の電力は、この目的のために提供されたモジュールによって、同じく検出および評価されることになっている。少なくとも１つのさらなるモジュールは、充電器の動作パラメータとして、電子部品の（例えば半導体および変圧器の）電流負荷の実際の動作状態を検出することになっている。このような電子部品の電圧負荷の実際の状態は、この目的のために提供されたモジュールを用いて動作パラメータとして同じく検出されることになっている。最近の日、週または月の期間にわたる積分法を用いて充電器の気候環境を動作パラメータとして評価する。この評価は、この目的のために設計されたモジュールを用いて評価される。
【００３５】
加えて、動作パラメータとして付加的な電力の増加に対する値を出力する１つのモジュールが提供される。充電器は、充電管理のために充電ステーション用の１つのモジュールを同様に備え、このモジュールにより電力の増加の推奨を実行する。加えて、とりわけ、少なくとも１つの共振ＤＣ−ＤＣコンバータの１次側回路の共振周波数および巻数は、動作の間に同時に適合されることになっている。さらに、切替の時点に対するヒステリシスを評価する１つのモジュールが提供される。
【００３６】
本方法の中で最適な効率を設定するために検出および考慮される上述の動作パラメータの値に関するすべてのデータは、中央モジュール（例えばメインモジュール）に集められ、このモジュールによって評価される。前記中央モジュールは、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータの提示した演算器として実施される。さらに、これらの集められたデータは前記中央モジュールまたは演算器によって計算される。ソフトウェア機能を実行している間に、および演算器に格納された少なくとも１つの動作パラメータの少なくとも１つの特性曲線を考慮している間に、切替の時点は演算器によって続いて計算される。一実施形態で、上述のモジュールは、提示したＤＣ−ＤＣコンバータの演算器にハードウェアおよび／またはソフトウェア機能として実装される。
【００３７】
本発明のさらなる利点および実施形態は、明細書および添付の図面から明らかである。
【００３８】
上述の特徴および以下でさらに解説する特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、それぞれに示された組合せでだけではなく、他の組合せで、またはそれ自体で使用され得ることは言うまでもない。
【００３９】
本発明は、図面中の実施形態に基づいて概略的に例示され、図面を参照して概略的におよび完全に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】共振ＤＣ−ＤＣコンバータの一般的な類型を概略図で示す。
【図２】本発明による充電器の一実施形態の構成部品として、本発明による共振ＤＣ−ＤＣコンバータの一実施形態を概略図で示す。
【図３】本発明による方法の一実施形態を実装するための図表を示す。
【図４】先行技術に従って使用される充電器の動作パラメータについての図表を示す。
【図５】本発明による充電器の一実施形態の動作パラメータについての図表を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図は相互に関連し包括的な方法で説明される。同一の符号は同じ構成部品を示す。
【００４２】
図１に概略的に例示されるように、共振型のガルバニック絶縁されたＤＣ−ＤＣコンバータ２の実施例は、１次側に、第１のスイッチ４（ここではトランジスタとして実施される）、第１のコイル６、第２のコイル８、コンデンサ１０および、さらなるスイッチ１２（トランジスタとして実施される）を備える。さらに、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、２次側に、１次側の第２のコイル８に平行に隣接して配置されるコイル１４を備える。
【００４３】
図２に概略的に例示されるように、充電器２０の実施形態は、モータ動作で自動車を駆動または動かすように設計される少なくとも１つの電気機械を有する自動車内に配置されることになっている。この目的のために、少なくとも１つの電気機械は、自動車の少なくとも１つの電気エネルギー貯蔵手段から電気エネルギーを供給され、前記電気エネルギーは、少なくとも１つの電気機械によって機械的エネルギーに変換される。本発明による方法の実施形態の１つの実装において、図２に例示された充電器２０は、少なくとも１つの電気エネルギー貯蔵を充電するために使用される。この電気エネルギー貯蔵はバッテリまたは充電式バッテリとも呼ばれ、通常高電圧バッテリまたは充電式バッテリである。
【００４４】
前記充電器２０は、第１の電子段または電子部品として、共振ＤＣ電圧コンバータとも呼ばれる共振ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の第１の実施形態を備える。加えて、前記充電器２０はさらなる電子段１２４、１２６、１２８をさらに備え、これら３つはここでは例として概略的に示される。
【００４５】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２２は１次側に、電子部品として、ここではトランジスタとして実施される第１のスイッチ２４と、誘導コイル２６として実施されインダクタンスＣＰ０を有する第１のコイルと、第１の１次側変圧コイル２８として実施されインダクタンスＬＰ１を有する第２の１次側コイルと、インダクタンスＬＰ２を有する第２の１次側変圧コイル３０として実施される第３の１次側コイルと、ここでは測定抵抗器３２として実施される電流測定回路と、静電容量ＣＰを有するコンデンサ３４と、同じくここではトランジスタとして実施される第２のスイッチ３６とを備える。
【００４６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の提示した実施形態で、言及されたこれらの電子部品は直列に接続され１次側電気回路を形成する。さらに、ここでは金属酸化物半導体電界効果トランジスタとして実施される電界効果トランジスタ３８が、第３のコイルすなわち第２の変圧コイル３０と並列に接続される。加えて、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２は、ここではマイクロコントローラとして実施され電界効果トランジスタ３８に接続される、演算器４０を備える。
【００４７】
加えて、前記演算器４０は、第１の測定点４２および第２の測定点４４において、測定抵抗器３２に接続される。その結果として、測定抵抗器３２の動作パラメータの各現在値は演算器４０によって検出されることになっている。加えて、演算器４０は、ここではデジタルシグナルプロセッサとして実施される電子回路４６に接続される。さらに、前記電子回路４６は第１のスイッチ２４および第２のスイッチ３６の両方に接続されるようになっており、各スイッチ２４、３６は電子回路４６を介して開閉されることになっている。
【００４８】
さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２は２次側にコイルを備える。このコイルは、変圧コイル４８として同じく実施され、このコイルに平行な２つの１次側変圧コイル２８、３０と横に並んで配置される。１次側変圧コイル２８、３０および２次側変圧コイル４８は互いに相互作用するように設計される。第２の変圧コイル３０は電界効果トランジスタ３８の状態に応じて、オンまたはオフされる。この場合、第２の変圧コイル３０がオンになっているならば他の１次側電子部品に接続される。第２の変圧コイル３０がオフになっているならば他の１次側電子部品から接続を切られる。結果として１次側電流は、第１の１次側変圧コイル２８を通ってのみ流れるか、または、第１の１次側変圧コイル２８を通りかつ第２の１次側変圧コイル３０も通って流れるかのいずれかである。
【００４９】
１次側電流が少なくとも１つの１次側変圧コイル２８、３０を通って流れる場合、前記１次側変圧コイル２８、３０によって電磁場が生成される。この場合、前記電磁場は２次側変圧コイル４８にもまた影響を及ぼし、前記電磁場によって前記２次側変圧コイル４８で２次側電流が誘導される。
【００５０】
本方法の第１の実施形態が実装されるとき、第２の１次側変圧コイル３０はノーマリオフ型電界効果トランジスタ３８によって駆動される。第１の１次側変圧コイル２８のみがオンに切り替えられ、または有効にされ、したがって作動させられる場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の１次側インダクタンスは、誘導コイル２６のインダクタンスと第１の１次側変圧コイル２８のインダクタンスの合計から得られる。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の共振周波数ｆＲは、
ｆＲ＝０．５／Π＊（ＣＰ＊（ＬＰ０＋ＬＰ１））-0.5
である。しかしながら、第２の１次側変圧コイル３０が駆動され、したがってオンに切り替えられる、または有効にされる場合、その結果として第２の１次側変圧コイル３０は作動させられ、これによりＤＣ−ＤＣコンバータ２２の共振周波数ｆＲは次式となる。
ｆＲ＝０．５／Π＊（ＣＰ＊（ＬＰ０＋ＬＰ１＋ＬＰ２））-0.5
【００５１】
さらに、２つのスイッチ２４、３６のうちの少なくとも１つに対する制御器パラメータは、演算器４０および電子回路４６から生じ、演算器４０に保存され、したがって格納される少なくとも１つの共振曲線を考慮して適合される。すなわち、ここでは演算器４０内の少なくとも１つの共振曲線に基づいて合わせられる。
【００５２】
電流測定回路の実施形態としての測定抵抗器３２または測定分路は、１次側を通って流れる電流（ここでは共振電流）を測定するように設計される。この目的のために、電圧の値は、測定抵抗器３２において測定点４２、４４を介して演算器４０によって取り出され、この電圧の値から、流れる電流が演算器４０によって決定され監視される。さらに、前記測定抵抗器３２は、測定抵抗器３２の温度の各現在値を測定する、熱センサ５０または温度センサを割り当てられる。測定抵抗器３２に対する各々の場合に、現在の測定値は、測定抵抗器３２の温度に対する許容限界値と比較される。温度の現在値が限界値を超える場合、通常、完全なＤＣ−ＤＣコンバータ２２に対して、電流をオフにすることによって過負荷保護が実現される。
【００５３】
２つのスイッチ２４、３６に対する制御器パラメータの前記適合は、演算器４０および電子回路４６によって実行される。この場合、少なくとも１つのスイッチ２４、３６のスイッチオン持続時間に対する値は、少なくとも演算器４０によって、少なくとも１つの共振曲線を考慮して計算され事前に定義される。この場合、演算器４０によって決定されるスイッチオン持続時間に対する値は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の少なくとも１つの動作パラメータに応じて決定され、少なくとも１つのスイッチ２４、３６は、スイッチオン持続時間に対してそれぞれに提供されたおよび／または事前に定義された値に応じて、電子回路４６によって設定される。
【００５４】
測定抵抗器３２を通って流れ、演算器４０によって監視される電流の値が限界値を超える場合、１次側電流は電力縮小を実行することによって低減され、その結果として今度はＤＣ−ＤＣコンバータ２２の温度が同様に低減される。
【００５５】
共振ＤＣ−ＤＣコンバータ２２は、充電器２０のさらなる電子段１２４、１２６、１２８の１つとして、ガルバニック絶縁変圧器の（ここでは高圧変圧器の）電気エネルギーを伝送するためにさらに必要とされる交流電圧を生成する。交流電磁場はこの目的で生成される。この場合、交流電磁場の生成は、ＭＯＳＦＥＴとして実施される少なくとも１つのさらなる電界効果トランジスタによって引き起こされ、複数のこのような電界効果トランジスタはＨブリッジとして実施される。この場合、電気エネルギーを供給するための電流は、スイッチ２４、３６を介して変圧コイル２８、３０に切り替えられ、これらの２つの変圧コイル２８、３０はスイッチング周波数に応じてコンデンサ３４と共振する。この場合、前記スイッチング周波数は負荷点に依存し、出力電圧および出力電力に応じて適合され、その結果としてＤＣ−ＤＣコンバータ２２の動作は調節される。
【００５６】
図１を参照して提示したＤＣ−ＤＣコンバータ２と比較すると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の実施形態の動作の間に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の動作点に応じて、電界効果トランジスタを介して付加的なまたは第２の１次側変圧コイル３０をオフまたはオンに切り替えることによって、したがって停止または起動することによって、電流が流れる巻数が適合される（通常は増加または減少される）。結果として、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の１次側の共振は、管理される（通常は変更される）ことになっている。したがってＤＣ−ＤＣコンバータ２２のために最適な動作範囲が得られるはずであり、（通常ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の電子部品中の発熱による）損失は低減され、したがってその効率は向上するはずである。
【００５７】
この場合、演算器４０またはマイクロコントローラに格納された少なくとも１つの特性曲線に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の各動作範囲、したがって少なくとも１つの動作点が知られている。この場合、可能な特性曲線として少なくとも１つの共振曲線を考慮して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の出力電圧および流出電流は適合されることになっている。出力電圧は例えば３００Ｖとすることができ、流出電流は例えば１０Ａとすることができる。
【００５８】
この場合、電界効果トランジスタ３８は演算器４０によって管理され、各動作点は演算器４０によって計算され評価される。電界効果トランジスタ３８の「オン」から「オフ」へまたは「オフ」から「オン」への切替がこのような評価のために提供される場合、電界効果トランジスタ３８は演算器４０によってオンまたはオフに切り替えられる。
【００５９】
電界効果トランジスタ３８の状態に応じて、１つの第２の１次側変圧コイル３０またはさらなる付加的な１次側変圧コイル３０は作動または停止させられる。結果として、全体的にＤＣ−ＤＣコンバータ２２の総インダクタンスの巻数、したがって２次側変圧コイル４８の巻数に対する巻数比が変更され、その結果としてＤＣ−ＤＣコンバータ２２の効率は改善されるはずである。
【００６０】
さらに、演算器４０を用いてスイッチ２４、３６のうちの少なくとも１つをオンまたはオフへ切り替えることにより、結果として生ずる共振周波数は同じく管理され、スイッチングタイムは適合される。その結果として、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２は共振に維持されるはずである。ここではＤＣ−ＤＣコンバータ２２のインダクタンスの変更がその共振周波数に結びつけられることを考慮している。
【００６１】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の実施形態は、図２を参照して提示されるように、第１の１次側変圧コイル２８とともに、ただ１つの付加的な１次側変圧コイル３０を備え、この付加的な１次側変圧コイル３０と並列に電界効果トランジスタ３８が接続されている。
【００６２】
さらなる構成において、本発明によるＤＣ−ＤＣコンバータのさらなる実施形態に対して、第１の１次側変圧コイルとともに複数のさらなる１次側変圧コイルを有することが可能であり、すべての１次側変圧コイルは直列に接続され、２次側変圧コイルと平行に隣接して配置される。この場合、電界効果トランジスタは各々のさらなる１次側変圧コイルと並列に接続される。各々の電界効果トランジスタは演算器を介して管理されることになっている。その結果として、能動および受動１次側変圧コイルの数、したがって巻数、ならびにＤＣ−ＤＣコンバータの共振周波数は、ＤＣ−ＤＣコンバータのこの実施形態に対して、動作点に応じて変化することになっている。
【００６３】
本発明による方法の実施形態を実行するとき、図３の図表を参照して開示されるように、複数のステップ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６が実行される。
【００６４】
この場合、第１のステップ１０１は、充電器２０の動作パラメータとして以前の充電電力の積分を評価することを含み、ここでは最近の日、週または月の期間での充電電力が考慮される。前記積分の値が、充電電力に対する定義可能な限界値と少なくとも同じ大きさである場合、充電器２０の冷却媒体の温度が動作パラメータとして検出および評価され、温度の値は同様に限界値と比較される。
【００６５】
加えて、第３のステップ１０３は、動作パラメータとして充電器２０の外部温度を測定すること、および、測定した温度を、与えられた少なくとも１つの限界値との比較によって評価することを含む。第４のステップ１０４は、通常第２および第３のステップ１０２、１０３と同時に実行され、さらなる動作パラメータとして、充電器２０の少なくとも１つの電子部品の、したがって少なくとも１つの電子部品部分の温度を検出すること、および、検出した温度をそれぞれに与えられた限界値との比較によって評価することを含む。
【００６６】
さらに、第５のステップ１０５は、動作パラメータとして充電器２０を通る電気エネルギーのスループットを測定すること、および、測定したスループットを与えられた限界値と比較することを含む。電気エネルギーのスループットの値が与えられた限界値より大きい場合、第６のステップ１０６は、各電力経路またはレールの動作パラメータとして、各電力の値を決定することを含み、各電力経路に対する（例えば１次側または２次側電気回路に対する）このような現在検出された電力の各値は、与えられた限界値と比較される。ここですべての電力経路が正常であることが明らかになる場合、第７のステップ１０７は、動作パラメータとして、充電器２０の電子部品（少なくともコイル、コンデンサ、抵抗器、半導体および／または変圧器）の電流負荷を検出および評価することを含む。これらが正常である場合、第８のステップ１０８は、動作パラメータとして熱的条件を考慮して、したがって充電器２０の周囲で支配的な外部温度を少なくとも考慮して、充電器２０の最近の充電プロセスを評価することを含む。
【００６７】
動作パラメータとしての外部温度に対する値、したがって温度条件が所定の最大限界値より低い場合、第９のステップ１０９は、動作パラメータとして現在の充電電流を決定および評価することを含む。加えて、充電器２０の最適な効率は、充電器２０によって供給されるべき少なくとも１つの電気エネルギー貯蔵の動作パラメータとして、予測的な所期の充電状態（ＳＯＣ：ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）に基づいて第９のステップ１０９の中で計算される。電流または充電電流が与えられた最大限界値より低い場合、かつ、計算された効率が充電器２０の現在の効率より大きい場合、第１０のステップ１１０（ここでは決定ステップ）は、現在の効率が所定の目標値より低いか高いかを調べることを含む。
【００６８】
第１０のステップ１１０で、効率の値が目標値より低いことが明らかになる場合、第１１のステップ１１１で、演算器４０は、少なくとも１つのスイッチ２４、３６の、および電界効果トランジスタ３８の変圧器による変圧のための切替の時点を決定し、少なくとも１つのスイッチ２４、３６および／または電界効果トランジスタ３８をオンまたはオフに切り替える。（なおここでは、電界効果トランジスタ３８は、計算された最適な効率に応じて２次側変圧コイル４８の巻数に１次側変圧コイル２８、３０の巻数を適合させるための半導体として役割を果たす。）
【００６９】
さらに、第１２のステップ１１２は、前記半導体のスイッチング損失を最小化するために共振ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の制御器パラメータを動作パラメータとして適合させることを含む。加えて、前記制御器パラメータは、新しい巻数比に同様に適合される。
【００７０】
前記動作パラメータは、演算器４０に格納された少なくとも１つの共振特性曲線に基づいて、第１３のステップ１１３で自動的に適合される。このような適合は、少なくとも、動作パラメータとして交流電流の目標値に対する事前定義に応じて実行される。
【００７１】
この場合、電圧の目標値および直流の目標値に対する事前定義、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２のスイッチング周波数に対する事前定義およびＤＣ−ＤＣコンバータ２２の共振周波数に対する事前定義は、動作パラメータとして考慮される。
【００７２】
さらに、第１４のステップ１１４に関して、図５に示すように、曲線６４、６６、６８すなわち充電器２０の効率の特性曲線の後方領域および前方領域の両方で、上昇が生ずる。
【００７３】
並列に、第１５のステップ１１５は、ここでは測定抵抗器３２として実施される、電流測定回路を通って流れる電流の値を監視することを含み、第１６のステップ１１６は、さらなる動作パラメータとして測定抵抗器３２の温度を監視することを含む。
【００７４】
図４および図５の２つの図表は各々の場合において横座標６０を備え、横座標６０に沿って、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を通って流れる交流電流の値がアンペアでプロットされる。加えて、これらの２つの図表の各々は縦座標６２を備え、縦座標６２に沿って、充電器２０の効率のパーセント値が横座標６０に対してプロットされる。
【００７５】
図４からの第１の図表で、先行技術から周知の充電器の効率の第１の特性曲線６４、第２の特性曲線６６および第３の特性曲線６８は、異なる動作点に対して、交流電流の関数としてプロットされる。この場合、すべての３つの曲線６４、６６、６８は、交流電流の値の増加とともに効率が低下することを示す。
【００７６】
これらの３つの曲線６４、６６、６８は、比較目的のために図５の図表に同じく記入される。加えて、図５の図表は、充電器２０で本方法の実施形態を実行するとき前記充電器に対して生ずる、さらなる曲線７０を含む。この場合、動作点７２が前記曲線７０に沿って示される。本方法の中で、この動作点において、制御器パラメータおよび／または共振周波数は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の巻数比の適合によって変更され、その結果として、通常は慣例となっている損失が低減される。
【００７７】
このように、とりわけ、切替の時点は制御器パラメータとして管理される。加えて、共振周波数の適合が実行され、その結果として、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の効率が最適化されるはずである。
【符号の説明】
【００７８】
２０  充電器
２２  ＤＣ−ＤＣコンバータ
２４、３６  スイッチ
２８、３０  １次側変圧コイル
３２  測定抵抗器
３８  電界効果トランジスタ
４０  演算器
４２、４４  測定点
４８  ２次側変圧コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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