Intelligente Starterbatterie-Ladung aus dem Niedervolt-Bordnetz

Bild 1: Batterielader der Serie BLG.M für Hochvolt- oder Dreiphasennetz.Syko

Syko hat die Entwicklungsarbeiten für einen intelligenten 1-kW- (Serie BLG.H3) und 2-kW-Batterielader (Serie BLG.H6) für Starterbatterie ab den bahnüblichen Bordnetzbatterien (24/36/72/110 V) abgeschlossen und ist in die Erprobung für 28- beziehungsweise 110-V-Ladung für Hochstrombatterien eingetreten. Diese Anwendung für Batterieladung ist ein weitgehend kundenspezifischer und durchweg sehr interessanter Markt, den Syko mit seinem Standard-Thermomanagement für leiterplattengeführte Hochstromanwendung in SMD-Technik beherrscht. Die Bahnnorm inklusive lageunabhängigem Einbau wird eingehalten. Die Eingangsspannung darf ±30 Prozent statisch und ±40 Prozent dynamisch plus Surge und Burst bei aufrechterhaltenem Betrieb schwanken. Eine Umgebungstemperatur von -40 bis +60 °C wird ohne Lüfterbetrieb und bis +70 °C mit Lüfter zur erweiterten MTBF gehalten.

Zur sicheren Funktion in allen Betriebsarten trägt der interne Housekeeper bei, der vor Aktivierung des Leistungsteils alle Potenzialebenen intern, sowie optional eine potenzialfreie Hilfsspannung (kurzschlussfest und geregelt) von 24 V (10…15 W) bei ±50 Prozent der Bordnetz-Nennspannung zur Verfügung stellt. Um die hohen Eingangs- und Ausgangsströme kontrolliert zu beherrschen, wird die Gesamtleistung über geregelte, stromkaskadierte, einzelgeregelte Strings im Interleavingbetrieb aufgearbeitet. Der aktive Ersatz von Dioden durch moderne FETs verbessert den Gesamtwirkungsgrad. Die Verlustleistung konnte dadurch um 12 Prozent gesenkt und Hotspots weitgehend vermieden werden.

Potenzialtrennstufen

Bild 2: Die Serie HBL.M wurde als Batterieladegerät für den Einsatz im mobilen Bereich an Hybrid-DC-Zwischenkreisen mit sehr weitem Spannungsbereich von bis zu 1:5 (Drehzahlreduzierung bei Fahrzeugstillstand) entwickelt.Syko

EMV-verbessernd sind die strom- und spannungsresonanten Potenzialtrennstufen als elektrischer Transformator. So gibt es auf Strom- und Spannungs-Chopperei keinerlei „Kirchtürme“. Die Primär- und Sekundärstufen werden für den Fall, dass der Lader einer zu hohen Umgebungstemperatur ausgesetzt wird, temperaturüberwacht. Unterspannung wird mit Amplituden- und Zeithysterese überwacht. Durch die von Syko im Average-Current-Mode überwachte Einzelstring-Stromreglung arbeiten die hochbelasteten Halbleiter im vorherbestimmten Strombereich symmetrisch. Die Chopperströme arbeiten auf Folien- und Keramikkondensatoren, und der Regelkreis wird durch nicht strombelastete Elektrolytkondensatoren im Betrieb dynamisch gestützt. Das Batterielademanagement führt ein Prozessor durch. Die Batterieladeschlussspannung wird als Funktion der Starterbatterietemperatur bestimmt. Über die Software können verschiedene U/T-Kennlinien an verschiedenen Temperaturfühlern vorgegeben werden. Solange die Ladeschlussspannung nicht erreicht ist, arbeitet der Ausgang im geordneten Kurzschlussbetrieb. Entgegen dem Betrieb am Hochvolteingang (dreiphasig, 460 V, 650-V-Zwischenkreis / Serie HBL.M) oder 750-V-Fahrdraht (Serie HBL.H), bei denen diese Batterielader bis vierfach geregelt bis 20 kW leistungskaskadiert werden können und daher wegen des Gesamtstromes (bis über 800 A) eine Batterie-Stromsplitting-Regelung zur Batterie am Bordnetz benötigen, arbeiten diese Batterielader nur für den schnellen Energieerhalt in der Starterbatterie und benötigen kein Stromsplitting auf die Hochstrombatterie. Eine Überwachung der Starterbatterie auf Kurzschluss, auf Zeit sowie Temperatur findet statt. Weiterhin wird eine zu niedrige Eingangsspannung und/oder Leiterplattenübertemperatur als Summenfehler über einen potenzialfreien Relaiskontakt gemeldet. Optional stehen ein potenzialgetrennter CAN-Bus und eine eigene Bedienoberfläche zur Verfügung.

Bild 3: Schaltung einer funktional erprobten 20 kW Bordnetzversorgung mit intelligenter Bordnetz-Batterieladung sowie einer intelligenten Starterbatterieladung BLG.H3 oder BLG.H6.Syko

Wenn der potenzialfreie und polaritätsunabhängige Enable-Eingang nicht bedient wird (Konstantstrom), befindet sich der Gesamtlader im 1 mA Sleepmode an dem Bordnetz und die Starterbatterie wird mit 0,5 mA belastet. Mit 5 V oder 10…70 V beziehungsweise 15…154 V und 2 mA Konstantstrom wird der Lader aktiv geschaltet. Mit der optionalen 24 V Hilfsspannung kann (kundenseitig) ein funktionierender Verpolschutz (10-W-Schütz) mit strombegrenzter Vorladung der Eingangskapazität aufgebaut werden. Der Leistungsteil startet integral ohne Stromüberhöhung (ein Weg zum „sauberen“ Bordnetz). Ohne Batterieladeintelligenz arbeitet der Wandler als reiner DC/DC-Wandler mit statisch verstellbarer Konstantspannung für High-Cap-Ladung oder zum Betreiben sehr großer Induktivitäten. Dabei kann eine verstärkte Isolation zur Normenerfüllung behilflich sein.

(jj)