Syko Power
Smarte Starterbatterie-Ladung aus 24-bis-110-V-Bordnetzen
Mit den Serien BLG.H3 (1 kW) und BLG.H6 (2 kW) hat Syko Power zwei intelligente Batterielader für Starterbatterien entwickelt, die mit den bahnüblichen Bordnetzbatterien mit Spannungen von 24, 36, 72 oder 110 V arbeiten. Vor kurzem ist das Unternehmen nun in die Erprobung der 28- bzw. 110-V-Ladung von Hochstrombatterien eingetreten.
Startvorgänge aus der vorzugsweise 28-V-Starterbatterie erfordern Kurzzeitströme von tausenden Ampere, und Zeit sowie Strom steigen mit abnehmender Temperatur. Hier werden Spezialbatterien eingesetzt - und der Stromkreis für den Startvorgang wird oftmals potentialgetrennt von dem batterieunterstützten Bordnetz betrieben, um massive Störauswirkungen beim Starten vom Bordnetz fernzuhalten.
Syko hat nun die Entwicklungsarbeiten für einen intelligenten 1-kW-Batterielader (Serie BLG.H3) und einen 2-kW-Batterielader (Serie BLG.H6) für Starterbatterien ab den bahnüblichen Bordnetzbatterien (24/36/72/110 V) abgeschlossen und ist in die Erprobung der 28- bzw. 110-V-Ladung von Hochstrombatterien eingetreten. Es geht dabei um einen weitgehend kundenspezifischen Markt, den das Unternehmen mit seinem Standard-Thermomanagement für leiterplattengeführte Hochstromanwendung in SMD-Technik beherrscht.
Lageunabhängig vom Einbau, wird die Bahnnorm eingehalten. Bei laufendem Betrieb darf die Eingangsspannung um ±30 Prozent statisch und um ±40 Prozent dynamisch plus Surge und Burst schwanken. Eine Umgebungstemperatur von –40°C/+60°C wird ohne Lüfterbetrieb oder bis 70°C mit Lüfter zur erweiterten MTBF gehalten. Zur gesicherten Funktionalität in allen Betriebsarten trägt der interne Housekeeper bei, der vor Aktivierung des Leistungsteils alle Potentialebenen intern sowie optional eine potentialfreie 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 Interleaving-Betrieb aufgearbeitet. Durch den aktiven Ersatz von Dioden durch moderne FETs verbesserte sich der Gesamtwirkungsgrad, wodurch sich die Verlustleistung um 12 Prozent reduzierte. Es gelang, Hotspots weitgehend zu vermeiden.
EMV-verbessernd sind die strom- und spannungsresonanten Potentialtrennstufen als elektrischer Transformator. So gibt es auf Strom- und Spannungs-Chopperei keinerlei »Kirchtürme«. 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 im Average-Current-Mode überwachte Einzelstring-Stromreglung arbeiten die hochbelasteten Halbleiter symmetrisch im vorherbestimmten Strombereich. Die Chopperströme arbeiten auf Folien- und Keramikkondensatoren, und der Regelkreis wird durch nicht strombelastete Elektrolytkondensatoren im Betrieb dynamisch gestützt.
Ein Prozessor führt das Batterielademanagement. Dabei wird die Batterieladeschlussspannung als Funktion der Starterbatterietemperatur bestimmt. Mittels Software lassen sich verschiedene U/T-Kennlinien an verschiedenen Temperaturfühlern vorgeben. Solange die Ladeschlussspannung nicht erreicht ist, arbeitet der Ausgang im geordneten Kurzschlussbetrieb. Entgegen dem Betrieb am Hochvolteingang (3Ph, 460 V, 650-V-Zwischenkreis / Serie HBL.M) oder 750 V-Fahrdraht (Serie HBL.H), bei denen diese Batterielader bis 4-fach geregelt bis 20 kW leistungskaskadiert werden können und daher wegen des Gesamtstromes (bis >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 und Temperatur findet statt. Außerdem wird eine zu niedrige Eingangsspannung, und/oder Leiterplattenübertemperatur als Summenfehler über einen potentialfreien Relaiskontakt gemeldet. Optional stehen ein potentialgetrennter CAN-Bus und eine eigene Bedienoberfläche zur Verfügung.
Wenn der potentialfreie und polaritätsunabhängige Enable-Eingang nicht bedient wird (Konstantstrom), befindet sich der Gesamtlader im 1-mA-Sleepmode am Bordnetz, und die Starterbatterie wird mit 0,5 mA belastet. Mit 5 V oder 10-70 bzw. 15-154 V und 2 mA Konstantstrom wird der Lader aktiv geschaltet. Mit der optionalen 24-V-Hilfsspannung ist (kundenseitig) ein funktionierender Verpolschutz (10-W-Schütz) mit strombegrenzter Vorladung der Eingangskapazität aufbaubar.
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.
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