AT528270A1

AT528270A1 - Elektrischer Energiewandler

Info

Publication number: AT528270A1
Application number: ATA50366/2024A
Authority: AT
Inventors: Schmitt Dr Alexander; Schmidt Dr Ing Martin
Original assignee: AVL SET GmbH
Priority date: 2024-04-30
Filing date: 2024-04-30
Publication date: 2025-11-15
Also published as: DE102025116382A1

Abstract

Es wird ein elektrischer Energiewandler (3) zur Bereitstellung zumindest einer gegenüber einem vorgegebenen Bezugspotential (4) definierten elektrischen Energiewandlerausgangskenngröße (UAB), um damit insbesondere den Betrieb von Prüfstandsystemen zum Testen von elektrischen Fahrzeugkomponenten zu verbessern und zu optimieren. Der elektrische Energiewandler (3) umfasst dabei einen Leistungswandler (1) und einen Potentialschieberwandler (2), wobei ein erster Ausgangspol (A2+) des Potentialschieberwandlers (2) mit dem Bezugspotential-Ausgangspol (AB) des Leistungswandlers (1) verbunden ist, und ein zweiter Ausgangspol (A2-) des Potentialschieberwandlers (2) mit dem zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss (WA2) des elektrischen Energiewandlers (3) verbunden ist, welcher im Betrieb des elektrischen Energiewandlers (3) an das vorgegebene Bezugspotential (4) angeschlossen ist, und dass der Potentialschieberwandler (2) galvanisch getrennt ausgeführt ist und dazu ausgebildet ist, im Betrieb des elektrischen Energiewandlers (3) zwischen dem ersten Ausgangspol (A2+) des Potentialschieberwandlers (2) und dem zweiten Ausgangspol (A2-) des Potentialschieberwandlers (2) eine definierte Ausgangsgleichspannung (UDC) zu erzeugen, sodass im Betrieb des elektrischen Energiewandlers (3) die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße (UAB) gegenüber dem vorgegebenen Bezugspotential (4) definiert ist.

Description

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Elektrischer Energiewandler

Die gegenständliche Erfindung betrifft einen elektrischen Energiewandler zur Bereitstellung zumindest einer gegenüber einem vorgegebenen Bezugspotential definierten elektrischen Energiewandlerausgangskenngröße, wobei der elektrische Energiewandler einen Leistungswandler und einen Potentialschieberwandler umfasst, wobei der elektrische Energiewandler eine Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen und zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss aufweist, wobei der Leistungswandler einen Eingang mit einer Mehrzahl an Eingangspolen und einen Ausgang mit einer Mehrzahl an Ausgangspolen aufweist, wobei jeder der Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen mit jeweils einem der Mehrzahl an Ausgangspolen des Leistungswandlers verbunden ist und einer der Mehrzahl der Ausgangspole des Leistungswandlers ein Bezugspotential-Ausgangspol ist und der Leistungswandler dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Energiewandlers zwischen dem Bezugspotential-Ausgangspol und jeweils einem anderen der Mehrzahl der Ausgangspole am Ausgang des Leistungswandlers eine elektrische Ausgangskenngröße zu erzeugen, damit an der Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen eine elektrische Energiewandlerausgangskenngröße anliegt, und der Potentialschieberwandler einen Eingang mit einer Mehrzahl an Eingangspolen und einen Ausgang mit zumindest zwei Ausgangspolen aufweist, wobei im Betrieb des elektrischen Energiewandlers am Eingang des Leistungswandlers und am Eingang des Potentialschieberwandlers jeweils eine elektrische Eingangskenngröße angelegt ist. Die gegenständliche Erfindung betrifft weiters ein Verfahren und ein Prüfstandsystem

mit dem elektrischen Energiewandler.

In elektrotechnischen Anwendungen kann es aus unterschiedlichen Gründen notwendig sein, elektronische Schaltkreise von einem Bezugspotential (z.B. Erdpotential) zu entkoppeln. Beispielsweise besteht aus Sicherheitsgründen in Schaltnetzteilen, z.B. einem AC/DCWandler zum Laden eines Mobiltelefons, auf der DC-Seite kein Bezug zum Erdpotential. Durch den fehlenden Bezug zum Erdpotential entsteht ein undefiniertes oder schwebendes

(floating) elektrisches Potential.

Elektrische Energiequellen ohne Bezugspotential werden als potentialfreie elektrische Energiequellen bezeichnet. Eine elektrische Energiequelle kann beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher in einem Fahrzeug sein (z.B. eine Hochvolt-Batterie). Der elektrische Energiespeicher in einem Fahrzeug verfügt über mindestens zwei elektrische Potentiale (z.B. DC+ und DC-). Das positive und negative Potential der Hochvolt-Batterie sind dabei vom Fahrzeugchassis des Fahrzeugs isoliert (galvanisch getrennt). Somit haben diese elektrischen Potentiale der Batterie keinen fixen Bezug zum elektrischen Potential des Fahr-

zeugchassis.

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Zudem ist es notwendig, Hochspannung führende Leitungen des Fahrzeugs aufwändig zu schirmen, um störende Einflüsse z.B. durch parasitäre Kapazitäten zu vermeiden. Parasitäre Kapazitäten treten üblicherweise durch die Nähe von elektrischen Leitungen zueinander auf, welche unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisen, oder zwischen elektrischen Leitungen und dem Erdpotential. Durch die parasitären Kapazitäten kommt es zu einer undefinier-

ten Verschiebung der elektrischen Potentiale der einzelnen Leitungen.

Für die Entwicklung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen (EV), was sowohl Hybrid-Fahrzeuge als auch rein batterie-betriebene Fahrzeuge (BEV) umfasst, werden in gewissen Entwicklungsstadien entsprechende Prüfstandsysteme zum Prüfen elektrischer Komponenten des Fahrzeugs benötigt. Je nach Aufbau des Prüfstandsystems können unterschiedliche elektrische Fahrzeugkomponenten getestet werden. Grundsätzlich umfasst ein elektrisches Antriebssystem eines Hybrid- oder eines rein batterie-betriebenen Fahrzeugs neben dem Energiespeicher (Batterie) noch zwei weitere Fahrzeugkomponenten: einen Elektromotor und einen Inverter (auch Wechselrichter, Stromrichter oder Wandler genannt). Die Begriffe Stromrichter und Wandler werden synonym verwendet. Bevor die Fahrzeugkomponenten zusammen in einem realen Fahrzeugprototypen getestet werden, wird vorzugsweise jede ein-

zeln und auch in Kombination auf einem Prüfstandsystem entwickelt und validiert.

Um einzelne Fahrzeugkomponenten möglichst realitätsnah zu testen, kommen sogenannte „Power Hardware-In-The-Loop“ (P-HIL) Prüfstandsysteme zum Einsatz. Dabei werden Fahrzeugkomponenten virtuell simuliert oder emuliert. Eine wichtige Komponente eines solchen Prüfstandsystems stellt die Emulation des Energiespeichers (z.B. Batterieemulation oder simulation) dar, welche das Verhalten und die elektrischen Eigenschaften eines realen Energiespeichers, wie einer HV-Batterie (Hochvolt-Batterie), nachbildet. Im Unterschied zu realen Energiespeichern, kann mit der Emulation eine vorgegebene Kapazität, ein Ladezustand (State of Charge, SoC), ein Arbeitspunkt, ein Alterungszustand, usw., des Energiespeichers

flexibel eingestellt werden.

In der Emulation des Energiespeichers ist typischerweise Leistungselektronik in Form eines Stromrichters, wie eines DC/DC-Wandlers oder AC/DC-Wandlers, implementiert, der eine benötige Ausgangsspannung, bzw. einen benötigten Laststrom, z.B. zum Testen eines realen Inverters im Prüfstandsystem, zur Verfügung stellt. Durch eine Steuereinheit werden Schalter des DC/DC-Wandlers angesteuert, um die gewünschte Ausgangsspannung bzw.

den gewünschten Laststrom einzustellen.

Durch den Einsatz einer Emulation des Energiespeichers sind einerseits Testzyklen reprodu-

zierbar und andererseits Tests überhaupt möglich, da es in frühen Entwicklungsstadien auch

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sein kann, dass der Energiespeicher noch nicht vorliegt. Deshalb ist oftmals auch auf eine

Emulation zurückzugreifen.

P-HIL-Prüfstandsysteme reduzieren den Zeitaufwand und damit auch die Kosten für die Entwicklung des Fahrzeugs erheblich, denn aufwändige reale Energiespeicherprototypen sind

nicht notwendig.

Zum Testen elektrischer Fahrzeugkomponenten ist ein definiertes Potential zwischen Hochspannung führenden Leitungen und dem Fahrzeugchassis wünschenswert, weil das Fahrzeugchassis in einem Prüfaufbau geerdet ist und sich ansonsten undefinierte elektrische Spannungen zwischen den elektrischen Potentialen des Energiespeichers oder eines Batterieemulators und der Erde einstellen können. Eine Verschiebung der Potentiale des Energiespeichers oder Batterieemulators bezogen auf das Fahrzeugchassis kann beispielsweise durch ein galvanisch getrenntes Netzteil realisiert werden. Im Allgemeinen führt dies dazu,

dass das elektrische Potential über das Netzteil nur unidirektional verschoben werden kann.

In einigen Normen wird zudem eine definierte Spannungsrampe der Ausgangsspannung gefordert. Dies kann ein Netzteil ohne überlagerte Regelung wegen der unbekannten Kapazität des Energiespeichers nicht leisten. Die meisten käuflichen Netzteile sind zudem auf eine stabile Ausgangsspannung und nicht auf definierte Spannungsrampen an unbekannten Ka-

pazitäten optimiert.

Es ist daher eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung einen elektrischen Energiewandler bereitzustellen, welcher eine gegenüber einem elektrischen Potential definierte elektrische Ausgangskenngröße zur Verfügung stellt, um damit insbesondere den Betrieb von Prüfstandsystemen zum Testen von elektrischen Fahrzeugkomponenten zu verbessern und zu

optimieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem elektrischen Energiewandler dadurch gelöst, dass ein erster Ausgangspol des Potentialschieberwandlers mit dem Bezugspotential-Ausgangspol des Leistungswandlers verbunden ist, und ein zweiter Ausgangspol des Potentialschieberwandlers mit dem zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss des elektrischen Energiewandlers verbunden ist, welcher im Betrieb des elektrischen Energiewandlers an das vorgegebene Bezugspotential angeschlossen ist, und dass der Potentialschieberwandler galvanisch getrennt ausgeführt ist und dazu ausgebildet ist, im Betrieb des elektrischen Energiewandlers zwischen dem ersten Ausgangspol des Potentialschieberwandlers und dem zweiten Ausgangspol des Potentialschieberwandlers eine definierte Ausgangsgleichspannung zu erzeugen, sodass im Betrieb des elektrischen Energiewandlers

jede elektrische Energiewandlerausgangskenngröße gegenüber dem vorgegebenen

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Bezugspotential definiert ist. Die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße kann eine Ausgangsspannung, ein Ausgangsstrom oder eine Ausgangsleistung des Energiewandlers sein. Dabei ist die Kenngröße in ihrem Wert variabel und entspricht grundsätzlich ihrem Mo-

mentanwert.

Damit ist es in einfacher Weise möglich, die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße gegenüber einem vorgegebenen Bezugspotential zu definieren. Das ist insbesondere dort vorteilhaft, wo eine Ausgangsspannung als die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße des Energiewandlers getrennt von einem definierten Bezugspotential ist, beispielsweise getrennt von Erde („floating ground“) oder wenn ein definiertes Bezugspotential eingestellt werden soll. Insbesondere für das Testen elektrischer Fahrzeugkomponenten wird somit ein definiertes Potential zwischen Hochspannung führenden Leitungen und (üblicherweise geerdetem) Fahrzeugchassis ermöglicht. Die Ausgangsgleichspannung des Potentialschieberwandlers kann dabei flexibel gewählt werden, wodurch eine bipolare Potentialverschiebung gegenüber dem Bezugspotential ermöglich wird. Mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Energiewandler als Energiespeicher in einem Prüfstandsystem zum Testen von elektrischen Fahrzeugkomponenten ist es zudem möglich, die in bestimmten Normen (z.B. DIN ISO 21498-2:2021-03, Elektrisch angetriebene Straßenfahrzeuge - Elektrische Spezifikation und Prüfung von Systemen und Komponenten der Spannungsklasse B - Teil 2: Elektrische Prüfungen für Komponenten, 2021) geforderten Spannungsrampen der Ausgangs-

spannung des Energiespeichers zu definieren.

Vorzugsweise ist der Leistungswandler als DC/DC-Wandler, AC/DC-Wandler oder AC/ACWandler ausgeführt und der Potentialschieberwandler ist als DC/DC-Wandler oder als AC/DC-Wandler ausgeführt. Da der elektrische Energiewandler mit unterschiedlichen Arten von Stromrichtern aufgebaut sein kann, ist dieser für unterschiedliche Anwendungen einsetzbar. Der Leistungswandler und der Potentialschieberwandler haben unterschiedliche Aufgaben. Der Leistungswandler überträgt den Leistungsfluss des elektrischen Energiewandlers und der Potentialschieberwandler verschiebt das Potential am Ausgang des Leistungswandlers in definierter Weise, ohne dabei am elektrischen Leistungsfluss des elektrischen Energiewandlers beteiligt zu sein bzw. dazu beizutragen. Bei einer Versorgung des Leistungswandlers und des Potentialschieberwandlers aus einem einzigen DC-Zwischenkreis, ist der Potentialschieberwandler vorzugsweise ein DC/DC-Wandler und der Leistungswandler je nach Anwendungsfall entweder ein DC/DC-Wandler oder ein DC/AC-Wandler. Vorzugsweise

ist der Leistungswandler galvanisch getrennt ausgeführt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Potentialschieberwandler aus einer Mehrzahl an Stromrichtereinheiten aufgebaut ist, wobei die Mehrzahl an Stromrichtereinheiten zumin-

dest einen galvanisch getrennten Stromrichter und zumindest einen nicht galvanisch -4-

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getrennten Stromrichter umfassen, wobei ein Ausgang des galvanisch getrennten Stromrichters mit einem Eingang des nicht galvanisch getrennten Stromrichters verbunden ist und der Ausgang des nicht galvanisch getrennten Stromrichters den Ausgang des Potentialschieberwandler ausbildet oder ein Ausgang des nicht galvanisch getrennten Stromrichters mit einem Eingang des galvanisch getrennten Stromrichters verbunden ist und der Ausgang des galvanisch getrennten Stromrichters den Ausgang des Potentialschieberwandlers ausbildet. Diese Ausführungsform ist technisch weniger aufwändig, da die Potentialverschiebung und die galvanische Trennung auf die Mehrzahl an Stromrichtereinheiten aufgeteilt werden können. Im Gegensatz zu einem einzigen Stromrichter als Potentialschieberwandler, welcher beide Funktionen realisiert, ist diese Variante auch kostengünstiger. Weiters ermöglicht diese Ausführungsform eine besonders hohe Regeldynamik der elektrischen Energiewandlerausgangskenngröße, was für das Einstellen von definierten Spannungs-Rampen und/oder schnellen Spannungswechseln vorteilhaft ist. Ebenso kann ein Zwischenkreis-Speicherkondensator eingesetzt werden, um die notwendige Leistung des galvanisch getrennten Strom-

richters zu reduzieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform des elektrischen Energiewandlers ist jeder der Eingangspole des Leistungswandlers mit jeweils einem der Eingangspole des Potentialschieberwandlers verbunden. Dadurch ist es möglich im Betrieb des elektrischen Energiewandlers den Leistungswandler und den Potentialschieberwandler mit einer einzigen elektrischen Eingangskenngröße, vorzugsweise einer Eingangsspannung, zu versorgen. Besonders bevorzugt werden der Leistungswandler und der Potentialschieberwandler über den gleichen

Gleichspannungszwischenkreis versorgt.

Vorzugsweise umfasst der elektrische Energiewandler ein Gehäuse, wobei der Leistungswandler und der Potentialschieberwandler in dem Gehäuse angeordnet sind und das Gehäuse die Mehrzahl der elektrischen Ausgangsanschlüsse, den zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss und eine Mehrzahl an elektrischen Eingangsanschlüssen aufweist, wobei jeder Eingangspol des Leistungswandlers mit jeweils einem elektrischen Ein-

gangsanschluss verbunden ist.

Alternativ umfasst der elektrische Energiewandler ein Gehäuse, wobei der Leistungswandler und der Potentialschieberwandler in dem Gehäuse angeordnet sind und das Gehäuse die Mehrzahl der elektrischen Ausgangsanschlüsse, den zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss, eine Mehrzahl an elektrischen Eingangsanschlüssen, wobei jeder Eingangspol des Leistungswandlers mit jeweils einem der elektrischen Eingangsanschlüsse verbunden ist, und eine Mehrzahl an weiteren elektrischen Eingangsanschlüssen aufweist, wobei jeder Eingangspol des Potentialschieberwandlers mit jeweils einem der weiteren

elektrischen Eingangsanschlüsse verbunden ist. -5-

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Bevorzugt umfasst der elektrische Energiewandler einen elektrischen Stromrichterenergie-

speicher und der Eingang des Potentialschieberwandlers ist mit dem elektrischen Stromrichterenergiespeicher verbunden, wobei der elektrische Stromrichterenergiespeicher dazu ausgebildet ist, die elektrische Eingangskenngröße, vorzugsweise eine Eingangsspannung, am

Eingang des Potentialschieberwandlers zur Verfügung zu stellen.

Auf Grund der unterschiedlichen Möglichkeiten die für den Betrieb des Potentialschieberwandlers notwendige elektrisches Eingangskenngröße, vorzugsweise die Eingangsspan-

nung, am Eingang zur Verfügung zu stellen, erhöht sich die Flexibilität des Energiewandlers.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein erster Ausgangspol des galvanisch getrennt ausgeführten Potentialschieberwandlers mit dem Bezugspotential-Ausgangspol des Leistungswandlers verbunden, und ein zweiter Ausgangspol des Potentialschieberwandlers wird mit zumindest einem elektrischen Bezugspotentialanschluss des elektrischen Energiewandlers verbunden, welcher an das vorgegebene Bezugspotential angeschlossen wird, wobei mit dem Potentialschieberwandler zwischen dem ersten Ausgangspol des Potentialschieberwandlers und dem zweiten Ausgangspol des Potentialschieberwandlers eine definierte Ausgangsgleichspannung erzeugt wird, sodass jede elektrische Energiewandlerausgangskenngröße gegenüber dem vorgegebenen Bezugspotential definiert wird. Bei Anwendung des elektrischen Energiewandlers zur Emulation einer elektrischen Energiequelle kann in einfacher Weise ein undefiniertes elektrisches Potential der Energiequelle auf das vorgege-

bene Bezugspotential definiert werden.

Die Aufgabe wird weiters dadurch gelöst, dass der elektrische Energiewandler in einem Prüfstandsystem zum Testen zumindest einer elektrischen Fahrzeugkomponente vorgesehen ist, wobei der elektrische Energiewandler mit der zumindest einen elektrischen Fahrzeugkomponente verbunden ist, indem die elektrischen Ausgangsanschlüsse des elektrischen Energiewandlers mit einem Eingang der zumindest einen elektrischen Fahrzeugkomponenten verbunden sind, um die zumindest eine elektrische Fahrzeugkomponenten mit der gegenüber dem Bezugspotential definierten elektrischen Energiewandlerausgangskenngröße zu versorgen und indem der Bezugspotentialanschluss des elektrischen Energiewandlers an ein Bezugspotential der Fahrzeugkomponente angeschlossen ist. Insbesondere bei Verwendung des elektrischen Energiewandlers für das Testen elektrischer Fahrzeugkomponenten wird somit ein definiertes Potential zwischen Hochspannung führenden Leitungen und Fahr-

zeugchassis ermöglicht.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestal-

tungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

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Fig. 1 den grundlegenden Aufbau des erfindungsgemäßen elektrischen Energiewandlers,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des elektrischen Energiewandlers,

Fig. 3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des elektrischen Energiewandlers, Fig. 4 ein Prüfstandsystem mit dem elektrischen Energiewandler,

Fig. 5 ein HIL-Prüfstandsystem mit dem elektrischen Energiewandler, und

Fig. 6 eine alternative Ausführungsform des Leistungswandlers mit drei Ausgangspo-

len.

In Fig. 1 ist der grundlegende Aufbau des elektrischen Energiewandlers 3 dargestellt. Mit dem elektrischen Energiewandler 3 wird beispielsweise der elektrische Energiespeicher eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (z.B. ein Hybrid-Fahrzeug oder ein rein batterie-betriebenes Fahrzeug) emuliert. Mit der Emulation des Energiespeichers werden Verhalten, z.B. Auf- und Entladeverhalten, sowie elektrische Eigenschaften des realen Energiespeichers,

wie z.B. einer HV-Batterie (Hochvolt-Batterie), nachbildet.

Der elektrischen Energiewandler 3 zur Emulation eines Energiespeichers kann auf einem Prüfstandsystem zum Prüfen einer elektrischen Fahrzeugkomponente, die im Fahrzeug mit

einem Energiespeicher verbunden ist, verwendet werden.

Der elektrische Energiewandler 3 kann auch in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug mit einer Hochvolt-Batterie verwendet werden, um das positive und/oder das negative Potential der Hochvolt-Batterie gegenüber dem elektrischen Potential des Fahrzeugchassis des FahrZeugs zu definieren. Dabei bleiben zudem die Potentiale der Hochvolt-Batterie, beispielsweise bei Versorgung des 12 oder 48V Bordnetzes des Fahrzeugs aus der Hochvolt-Batte-

rie, gegenüber dem elektrischen Potential des Fahrzeugchassis definiert.

Der elektrische Energiewandler 3 kann auch für weitere Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise in einer Ladestation zum Laden einer Anzahl an elektrisch betriebenen Fahrzeugen, wobei die Ladestation eine Anzahl an Ladepunkten umfasst. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen elektrischen Energiewandlers 3 in der Ladestation können Ladepunkte der Ladestation galvanisch getrennt werden und die gegenüber einem Bezugspotential definierte elektrische Energiewandlerausgangskenngröße dazu genutzt werden, um die

elektrisch betriebenen Fahrzeuge an den Ladepunkten zu laden.

Weiters kann der elektrische Energiewandler 3 auch in anderen industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise in der sogenannten Gleichstromindustrie (DC-Industrie), wobei eine Mehrzahl an Sektoren (z.B. Energieerzeugung durch erneuerbare Energien und

Verbrauch dieser erzeugten Energie in einer Industrieanlage) miteinander in einem

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Gleichstromnetz (DC-Netz) gekoppelt sind. Durch Verwendung des elektrischen Energiewandlers 3 ist es möglich, die Sektoren im Gleichstromnetz galvanisch voneinander zu trennen und/oder zu entkoppeln, wobei die einzelnen Sektoren jedoch ein definiertes Potential

zueinander haben.

Der elektrische Energiewandler 3 realisiert einen elektrischen Leistungsfluss von einem Eingang E1 zu einem Ausgang A1, oder auch umgekehrt im Falle eines bidirektionalen Energiewandlers. Hierfür weist ein elektrischer Energiewandler 3 einen Leistungswandler 1 auf, der beispielsweise eine Gleichspannung (DC) oder Wechselspannung (AC) als Eingangsspannung als elektrische Eingangskenngröße Ue1 am Eingang E1 in eine DC-Ausgangsspannung oder AC-Ausgangsspannung als elektrisches Ausgangskenngröße Ua14 am Ausgang A1 wandelt, oder auch umgekehrt im Falle eines bidirektionalen Energiewandlers. In gewissen Anwendungen ist die elektrische Ausgangskenngröße Un: des Leistungswandlers 1 bezugspotentialfrei und kann damit bezogen auf ein Bezugspotential, beispielsweise Erde, schweben. Dieses Schweben entsteht beispielsweise aufgrund von sich ausbildenden parasitären Kapazitäten zwischen den die Ausgangskenngröße führenden Leitungen und anderen (auf dem

Bezugspotential liegenden) Bauteilen oder elektrischen Leitungen.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Bezugszeichen für die elektrische Eingangskenngröße Ur und für die elektrische Ausgangskenngröße UA diese nicht notwendigerweise auf eine Spannung einschränken, sondern auch eine elektrische Leistung oder ein Strom von diesen Begriffen umfasst sein können. In den Figuren ist die elektrische Eingangskenngröße Ur und die elektrische Ausgangskenngröße UA beispielhaft als Spannung dargestellt. Die elektrische Eingangskenngröße U: und/oder die elektrische Ausgangskenn-

größe UA kann aber jeweils auch eine elektrische Leistung oder ein Strom sein.

Der erfindungsgemäße elektrische Energiewandler 3 umfasst einen Leistungswandler 1 und einen Potentialschieberwandler 2. Der Leistungswandler 1 weist einen Eingang E1 mit einer Mehrzahl an Eingangspolen E1+, E1-, und einen Ausgang A1 mit einer Mehrzahl an Ausgangspolen A1+, A1- auf. Der Potentialschieberwandler 2 weist einen Eingang E2 mit einer Mehrzahl an Eingangspolen E2+, E2- und einen Ausgang A2 mit zumindest zwei Ausgangspolen A2+, A2- auf. Wie in den Fig. 1 bis 5 beispielhaft dargestellt, weisen der Leistungswandler 1 und der Potentialschieberwandler 2 jeweils zwei Eingangspole E1+, E1-, E2+, E2und zwei Ausgangspole A1+, A1-, A2+, A2- auf. Der erfindungsgemäße elektrische Energiewandler 3 wird im Folgenden mit dieser dargestellten Ausführungsform des Leistungswandlers 1 und des Potentialschieberwandlers 2 beschrieben. Natürlich können der Leistungswandler 1 und der Potentialschieberwandler 2 auch jeweils mehr als zwei Eingangspole und mehr als zwei Ausgangspole aufweisen, beispielsweise wenn diese als mehrphasige Strom-

richter ausgestaltet sind. Dazu ist beispielhaft in Fig. 6 ein Leistungswandler 1 mit drei -8-

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Ausgangspolen A1+, A1- und AB dargestellt. Es sei angemerkt, dass mit „+“ und „-“ nicht notwendigerweise ein elektrisches Potential bezeichnet wird, sondern diese nur der Unter-

scheidung der Pole dienen.

Im Betrieb des elektrischen Energiewandlers 3, beispielsweise auf einem Prüfstandsystem oder in einem Fahrzeug, liegt am jeweiligen Eingang E1, E2 des Leistungswandlers 1 und des Potentialschieberwandlers 2 jeweils eine elektrische Eingangskenngröße Ue-+4, Uez, vorzugsweise eine Eingangsspannung an (in Fig.1 und Fig. 2 gestrichelt angedeutet). Die elektrischen Eingangskenngrößen Ue:, Ue2 sind vorzugsweise gleich, können aber auch unterschiedlich sein, nicht nur in der Größe, sondern auch hinsichtlich der Art. Beispielsweise

im Falle der Eingangsspannungen als AC oder DC mit gleicher Amplitude.

Jeder der Leistungswandler 1 und der Potentialschieberwandler 2 wandelt im Betrieb des elektrischen Energiewandlers 3 die jeweilige elektrische Eingangskenngröße Uez+4, Ue2 in eine elektrische Ausgangskenngröße Un+1, Upe (in Fig. 1 und Fig. 2 gestrichelt und als Spannungen angedeutet). Ein Verhältnis der Werte der elektrischen Ausgangskenngröße und der elektrischen Eingangskenngröße eines Wandlers 1, 2 beschreibt bekanntlich das Übersetzungsverhältnis (q = UA/Ug). Die elektrische Ausgangskenngröße zwischen den beiden Ausgangspolen A2+, A2- am Ausgang A2 des Potentialschieberwandlers 2 ist erfindungsgemäß eine (DC) Gleichspannung, welche als Ausgangsgleichspannung Upe bezeichnet wird. Der elektrischen Leistungsfluss des Leistungswandlers 1 könnte aber auch umgekehrt sein, also

vom Ausgang A1 zum Eingang E1, wenn der Leistungswandler 1 bidirektional ausgeführt ist.

Der Leistungswandler 1 ist dazu ausgebildet, im Betrieb des elektrischen Energiewandlers 3 zwischen einem Bezugspotential-Ausgangspol AB und jeweils einem anderen der Mehrzahl der Ausgangspole A1+, A1- am Ausgang A1 des Leistungswandlers 1 die elektrische Ausgangskenngröße UA: zu erzeugen, damit eine elektrische Energiewandlerausgangskenngröße Uas8 an einer Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen WA1+, WA1- des elektrischen Energiewandler 3 anliegt, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird. In Fig. 1 und Fig. 2 ist der zweite Ausgangspol A1- des Leistungswandlers 1 beispielhaft als der Bezugspotential-Ausgangspol AB definiert, wobei die elektrische Ausgangskenngröße Ua1 zwischen dem Bezugspotential-Ausgangspol AB und dem Ausgangspol A1+ am Ausgang A1 des Leistungswandlers 1 anliegt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das Bezugszeichen für die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße Uag8 nicht zwingend auf eine Spannung einschränkt, sondern auch eine elektrische Leistung oder ein Strom dabei umfasst ist. In den Figuren ist die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße Uns beispielhaft als Energiewandlerausgangsspannung angedeutet. Als elektrische Energiewandlerausgangskenngröße Uag8 kann auch eine elektrische Leistung oder ein Strom vom Energiewandler 3

bereitgestellt werden.

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Die elektrische Ausgangskenngröße Ux1 und die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße Uas sind vorzugsweise gleich, können aber auch unterschiedlich sein, wenn z.B. am Ausgang A1 des Leistungswandlers 1 elektrische Bauteile 11 (in Fig. 1 lediglich schematisch strichliert angedeutet) vorgesehen sind, wodurch sich die erzeugte Ausgangskenngröße Ua1 von der elektrischen Energiewandlerausgangskenngröße Uag unterscheiden kann. Als ein solches elektrisches Bauteil 11 kann insbesondere ein Filter am Ausgang A1 des Leistungswandlers 1 vorgesehen sein, wodurch sich beispielsweise eine Amplitude der elektrischen Ausgangskenngröße Ux1 von einer Amplitude der Energiewandlerausgangskenngröße Uas

unterscheidet.

Die Art der Ausgangskenngröße Ua1 des Leistungswandlers 1 und der Eingangskenngröße Ue1, Ue2 des Leistungswandlers 1 und des Potentialschieberwandlers 2 ist von dem Typ des jeweiligen Stromrichters abhängig. Grundsätzlich können für die Umsetzung der Erfindung unterschiedliche Typen eines Stromrichters (z.B. Gleichrichter oder Wechselrichter) verwendet werden. Der Leistungswandler 1 ist entweder als DC/DC-Wandler, AC/DC-Wandler oder AC/AC-Wandler ausgeführt. Da erfindungsgemäß am Ausgangs A2 des Potentialschieberwandlers 2 eine Gleichspannung als Ausgangsgleichspannung Upc anliegt, ist der Potentialschieberwandler 2 entweder als DC/DC-Wandler oder als AC/DC-Wandler ausgeführt. Vorzugsweise sind sowohl der Leistungswandler 1 als auch der Potentialschieberwandler 2 als DC/DC-Wandler ausgeführt. In den Fig. 1 bis 5 sind beispielhaft und nicht einschränkend der

Leistungswandler 1 und der Potentialschieberwandler 2 als DC/DC-Wandler ausgeführt.

Je nach Typ und/oder Ausführung kann der Leistungswandler 1 und/oder der Potentialschieberwandlers 2 auch mehr als zwei Eingangspole und/oder Ausgangspole aufweisen, wie bereits weiter oben beschrieben. Beispielsweise können am Ausgang A1 des Leistungswandlers 1 drei Ausgangspole A1+, A1-, AB vorhanden sein, wie in Fig. 6 dargestellt. Dabei ist einer der drei Ausgangspole als der Bezugspotential-Ausgangspol AB definiert. Jeweils eine elektrische Ausgangskenngröße Ua1+, Uat- liegt zwischen einem anderen der drei Ausgangspole A1+, A1- und dem Bezugspotential-Ausgangspol AB am Ausgang A1 des Leistungswandlers 1 an, wodurch die jeweilige Ausgangskenngröße Una1+, Ua1- auf den Bezugspoten-

tial-Ausgangspol AB bezogen ist.

Im Betrieb des elektrischen Energiewandlers 3 kann als elektrische Ausgangskenngröße Ua41 neben einer Ausgangsspannung auch ein gewünschter Laststrom oder eine gewünschte elektrische Leistung am Ausgang A1 des Leistungswandlers 1 bereitgestellt werden. Dazu ist eine Steuereinheit (nicht dargestellt), üblicherweise eine separate Steuereinheit für den Leistungswandler 1 und den Potentialschieberwandler 2 vorgesehen. Je nach Art der geregelten elektrischen Ausgangskenngröße am Ausgang A1, des Leistungswandlers 1 kann eine

Spannungsquelle oder eine Stromquelle (mit oder ohne Leistungsbegrenzung) emuliert -10-

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werden. Für den erfindungsgemäßen Energiewandler 3 ist die Ausgangsgleichspannung Upc

als elektrische Ausgangskenngröße des Potentialschieberwandlers 2 wesentlich.

Der Leistungswandler 1 und der Potentialschieberwandler 2 können mit unterschiedlichen bekannten Schaltungstopologien realisiert sein. Die einzige Einschränkung ist, dass der Potentialschieberwandler 2 galvanisch getrennt ausgeführt sein muss, wie weiter unten noch ausgeführt ist. Der Aufbau und die Schaltungstopologie des Leistungswandlers 1 und des Potentialschieberwandlers 2 ist für die Erfindung aber unerheblich. Die grundsätzliche Funktionsweise von elektrischen Wandlern ist bekannt, weshalb an dieser Stelle auf eine detail-

lierte Beschreibung verzichtet wird.

Als elektrische Ausgangskenngröße Ua1 zwischen den beiden Ausgangspolen A1+, AB am Ausgang A1 des Leistungswandlers 1 kann beispielsweise eine vergleichbare Ausgangsspannung einer Batterie, z.B. einer Hochvolt-Batterie eines Fahrzeuges, emuliert werden. Die Ausgangskenngröße als elektrisches Ausgangskenngröße Ua41 kann von der Steuereinheit in Abhängigkeit der elektrischen Eigenschaften des Energiespeichers, wie etwa einer vorgegebenen Kapazität, eines Ladezustands (State of Charge, SoC), eines Arbeitspunkts, eines Alterungszustands, usw., und auch in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Prüflauf

auf einem Prüfstandsystem, eingestellt werden.

Der Potentialschieberwandler 2 ist dazu ausgebildet, im Betrieb des elektrischen Energiewandlers 3 zwischen den beiden Ausgangspolen A2+, A2- am Ausgang A2 die Ausgangsgleichspannung Upe zur Verfügung zu stellen. Erfindungsgemäß ist ein Ausgangspol A2+, A2- des Potentialschieberwandlers 2 mit dem Bezugspotential-Ausgangspol AB des Leistungswandlers 1 verbunden. In den Ausführungen nach Fig. 1 bis 5 ist der zweite Ausgangspol A1- des Leistungswandlers 1 als Bezugspotential-Ausgangspol AB mit dem ersten Ausgangspol A2+ des Potentialschieberwandlers 2 verbunden. Darauf wird im Folgenden mit

Bezug auf den elektrischen Energiewandler 3 im Betrieb näher eingegangen.

Der mit dem Bezugspotential-Ausgangspol AB des Leistungswandlers 1 verbundene Ausgangspol A2+, A2- des Potentialschieberwandlers 2 ist vorzugsweise nicht als elektrischer Ausgangsanschluss des elektrischen Energiewandlers 3 bereitgestellt, weil die Ausgangsgleichspannung Upe des Energiewandlers 3 außerhalb des Energiewandlers 3 nicht verwendet wird.

Der elektrische Energiewandler 3 weist eine Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen WA1+, WA1- und zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss WA2 auf. Jeder der Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen WA1+, WA1- ist mit jeweils einem der

Mehrzahl an Ausgangspolen A1+, A1- des Leistungswandlers 1 verbunden. Wie unter

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anderem in Fig. 1 dargestellt, weist der elektrische Energiewandler 3 beispielhaft zwei elektrische Ausgangsanschlüsse WA1+, WA1- und einen elektrischen Bezugspotentialanschluss WA2 auf. Dabei ist ein erster Ausgangspol A1+ des Leistungswandlers 1 mit einem ersten elektrischen Ausgangsanschluss WA 1+ des elektrischen Energiewandlers 3 verbunden und der zweite Ausgangspol A1- des Leistungswandlers 1 (als Bezugspotential-Ausgangspol AB) ist mit dem anderen elektrischen Ausgangsanschluss WA1- des elektrischen Energiewandlers 3 verbunden. An den beiden Ausgangsanschlüssen WA1+, WA1- liegt damit die Energiewandlerausgangskenngröße Uas8 an. Die Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen WA1+, WA1- und der zumindest eine elektrische Bezugspotentialanschluss WA2 sind je nach Anwendung des elektrischen Energiewandlers 3 unterschiedlich ausgeführt, beispiels-

weise als Steckverbinder.

Natürlich kann je nach Ausführungsform des elektrischen Energiewandlers 3 (beispielsweise Typ und/oder Ausführung des Leistungswandlers 1 und/oder des Potentialschieberwandlers 2) dieser auch über mehr als zwei elektrische Ausgangsanschlüsse WA 1+, WA1- und mehr als einen elektrischen Bezugspotentialanschluss WA2 verfügen. Beispielsweise je nachdem wie viele Ausgangspole am Ausgang A1 des Leistungswandlers 1 vorhanden sind, ist der elektrische Energiewandler 3 vorzugsweise mit einer gleichen Anzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen WA 1+, WA1- ausgeführt. Im Falle eines mehrphasigen Leistungswandlers 1, wie in Fig. 6 angedeutet, wäre der elektrische Energiewandler 3 mit drei elektrischen Ausgangsanschlüssen ausgeführt, welche mit jeweils einem der drei Ausgangspole A1+, A1‚ AB des Leistungswandlers 1 verbunden wären. Wie beispielhaft in Fig. 1 dargestellt, ist ein erster Ausgangspol A2+ des Potentialschieberwandlers 2 mit dem Bezugspotential-Ausgangspol AB des Leistungswandlers 1 verbunden und ein zweiter Ausgangspol A2- des Potentialschieberwandlers 2 mit dem elektrischen Bezugspotentialanschluss WA2 des elektrischen Energiewandlers 3 verbunden. Im Betrieb des elektrischen Energiewandlers 3 ist am elektrischen Bezugspotentialanschluss WA2 ein vorgegebenes elektrisches Bezugspotential 4 angeschlossen. Beispielsweise kann das Bezugspotential 4 das Erdpotential oder ein definiertes Potential, insbesondere ein definiertes Potential eines Fahrzeugchassis (bei Verwen-

dung in einem Fahrzeug oder in einem Prüfstandsystem), sein.

Beispielsweise könnte der elektrische Energiewandler 3 auch mit einer Mehrzahl an elektrischen Bezugspotentialanschlüssen ausgeführt sein, wobei an der Mehrzahl an elektrischen Bezugspotentialanschlüssen jeweils ein Bezugspotential 4 angeschlossen sein könnte, wodurch zwischen unterschiedlichen Bezugspotentialen 4 gewählt werden könnte, beispielsweise durch Schalten der elektrischen Bezugspotentialanschlüsse. Der Einfachheit halber

wird der erfindungsgemäße elektrische Energiewandler 3 jedoch mit den zwei elektrischen

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Ausgangsanschlüssen WA1+, WA1- und dem einen elektrischen Bezugspotentialanschluss WAA2 beschrieben.

Ein elektrisches Potential an dem Bezugspotential-Ausgangspol AB des Leistungswandlers 1, welcher mit dem ersten Ausgangspol A2+ des Potentialschieberwandlers 2 verbunden ist, wird gegenüber dem Bezugspotential 4 definiert, sodass im Betrieb des elektrischen Energiewandlers 3 jede elektrische Energiewandlerausgangskenngröße Ua8 gegenüber dem vorgegebenen Bezugspotential 4 definiert ist. Me exemplarisch in Fig. 1 dargestellt, liegt zwischen dem elektrischen Ausgangsanschluss WA1-, welcher mit dem Bezugspotential-Ausgangspol AB verbunden ist, und dem anderen elektrischen Ausgangsanschluss WA1+ die gegenüber dem Bezugspotential 4 definierte Energiewandlerausgangsspannung als elektrische Energiewandlerausgangskenngröße Uas an. Die Energiewandlerausgangsspannung als elektrische Energiewandlerausgangskenngröße Ua8 kann dabei eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein. Liegt eine Wechselspannung als Energiewandlerausgangsspannung Uas zwischen den elektrischen Ausgangsanschlüssen WA1+, WA1- an, dann wird mit dem elektrischen Energiewandler 3 der Gleichanteil der Wechselspannung gegenüber dem Bezugspotential 4 definiert. Je nach Anzahl der elektrischen Ausgangsanschlüssen WA 1+, WA1- des elektrischen Energiewandlers 3 können auch weitere gegenüber dem Bezugspotential 4 definierte Energiewandlerausgangsspannungen als elektrische Ener-

giewandlerausgangskenngröße Uns anliegen.

Der Potentialschieberwandler 2 ist galvanisch getrennt ausgeführt, um die erfindungsgemäßen Potentialverschiebung zu ermöglichen. Zudem können damit Störeinflüsse vom Eingang E1 auf die Ausgangsgleichspannung Upec im Wesentlichen ausgeschlossen werden, vorzugsweise ausgeschlossen werden. Insbesondere dient die galvanische Trennung dazu, das Bezugspotential am elektrischen Bezugspotentialanschluss WA2 des elektrischen Energiewandlers 3 nicht zu beeinflussen. In den Figuren ist die galvanische Trennung in der üblichen Notation mittels zwei Schrägstrichen dargestellt. Je nach Anwendung des elektrischen Energiewandlers 3 kann natürlich auch der Leistungswandler 1 galvanisch getrennt ausgeführt sein. Vorzugsweise sind der Leistungswandler 1 und der Potentialschieberwandler 2

galvanisch getrennt ausgeführt, wie in Fig. 1 dargestellt.

Der Potentialschieberwandler 2 ist jedoch nicht am elektrischen Leistungsfluss des elektrischen Energiewandlers 3 beteiligt und trägt nichts zu diesem Leistungsfluss bei. Der Potentialschieberwandler 2 dient einzig dazu, ein definiertes Bezugspotential zu erzeugen. Wenn man die oben erwähnten parasitäre Kapazitäten annimmt, dann würde der Potentialschieberwandler 2 nur dazu dienen, diese parasitären Kapazitäten umzuladen, um das Bezugspotential konstant zu halten. Hierfür sind deutlich geringere elektrische Energien erforderlich als für

den Leistungsfluss des Energiewandlers 3. Der Potentialschieberwandler 2 kann damit -13-

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gegenüber dem Leistungswandler 1 in seiner Leistungsfähigkeit deutlich geringer dimensio-

niert werden.

Der Leistungswandler 1 und der Potentialschieberwandler 2 können je nach Anwendung (z.B. Art des Energiespeichers oder Ladestation) unterschiedlich ausgelegt sein. Beispielsweise kann zur Emulation der Hochvolt-Batterie der Leistungswandler 1 für Ausgangsspannungen bis 1000 V, Ausgangsströme bis 1000 A und einer Nennleistung bis 300 kW ausgelegt sein. Erfindungsgemäß soll der Potentialschieberwandler 2 keinen Beitrag zum elektrischen Leistungsfluss des Energiewandlers 3 leisten. Daher ist der Potentialschieberwandler 2 bevorzugt für eine Nennleistung von weniger als 10% von jener des Leistungswandlers 1 ausgelegt. Auch ist häufig nur ein Spannungsbereich von weniger als 10% des Leistungs-

wandlers 1 erforderlich.

Die Energiewandlerausgangsspannung als elektrische Energiewandlerausgangskenngröße UAs8 zwischen den elektrischen Ausgangsanschlüssen WA1+, WA1- und ein bekannter Ausgangsstrom des Potentialschieberwandlers 2 können verwendet werden, um eine Impedanz zwischen den elektrischen Potentialen an den elektrischen Ausgangsanschlüssen WA 1+, WA1- zu bestimmen. In analoger Weise kann auch mit der Ausgangsgleichspannung Upc und dem bekannten Ausgangsstrom des Potentialschieberwandlers 2 eine Impedanz zwischen den elektrischen Potentialen an einem der elektrischen Ausgangsanschlüssen WA1+, WA1- und dem elektrischen Bezugspotentialanschluss WA2 bestimmt werden. Die bekannte Impedanz kann bei Verwendung des elektrischen Energiewandlers 3 und Anschluss des elektrischen Energiewandlers 3 an eine kapazitive oder induktive Last dazu verwendet werden, um für die Last eine Impedanz zu emulieren, indem der Strom und/oder die Spannung

am Ausgang des elektrischen Energiewandlers 3 bzw. am Eingang der Last angepasst wird.

In Fig. 2 und Fig. 3 ist jeweils eine bevorzugte Ausführungsform des elektrischen Energiewandlers 3 dargestellt. Dabei umfasst der elektrische Energiewandler 3 ein Gehäuse 30, wobei der Leistungswandler 1 und der Potentialschieberwandler 2 in dem Gehäuse 30 angeordnet sind. Das Gehäuse 30 ist nur schematisch angedeutet und als rechteck- oder quadratische Form (z.B. eine Box) dargestellt. Natürlich ist die Form des Gehäuses 30 nicht darauf beschränkt. Vorzugsweise umfasst das Gehäuse 30 einen Deckel (nicht dargestellt) zum Öffnen und Verschließen des Gehäuses 30. Dabei kann der Deckel des Gehäuses 30 durch Schrauben oder durch einen Klebstoff an dem Gehäuse befestigt ist. Das Gehäuse 30 ist vorzugsweise aus Metall (z.B. Aluminium) oder Kunststoff (z.B. Polypropylen) gefertigt. Im Gehäuse 30 können abgesehen von dem Leistungswandler 1 und dem Potentialschieberwandler 2 noch weitere elektrische und/oder elektronische Komponenten, insbesondere eine

Steuereinheit, angeordnet sein. Das Gehäuse kann weitere Ein- und Ausgänge aufweisen,

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beispielsweise für ein Kühlmedium. Im Fall eines elektrisch leitfähigen Gehäuses ist das Ge-

häuse grundsätzlich geerdet.

Das Gehäuse 30 weist vorzugsweise die Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen WA1+, WA1- und den zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss WA2 auf. Weiters weist das Gehäuse 30 vorzugsweise eine Mehrzahl an elektrischen Eingangsanschlüssen WE1+, WE1- auf, wobei jeder Eingangspol E1+, E1- des Leistungswandlers 1 mit jeweils einem der elektrischen Eingangsanschlüssen WE1+, WE1- verbunden ist. Me in Fig. 3 dargestellt, weist das Gehäuse 30 beispielhaft zwei elektrische Ausgangsanschlüsse WA1+, WA1-, einen elektrischen Bezugspotentialanschluss WA2, sowie zwei elektrische Eingangsanschlüsse WE1+, WE1- auf. Dabei ist ein erster der beiden Eingangspole E1+ des Leistungswandlers 1 mit einem ersten der beiden elektrischen Eingangsanschlüssen WE 1+ des Gehäuses 30 verbunden und der zweite der beiden Eingangspole E1- des Leistungswandlers 1 ist mit dem anderen der beiden elektrischen Eingangsanschlüsse WE1- des Ge-

häuses 30 verbunden.

Zusätzlich oder alternativ kann das Gehäuse 30 eine Mehrzahl an weiteren elektrischen Eingangsanschlüssen WE2+, WE2- aufweisen, wobei jeder Eingangspol E2+, E2- des Potentialschieberwandlers 2 mit jeweils einem der weiteren elektrischen Eingangsanschlüssen WE2+, WE2- verbunden ist. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist das Gehäuse 30 vorzugsweise zwei weitere elektrische Eingangsanschlüsse WE2+, WE2- auf. Dabei ist ein erster der beiden Eingangspole E2+ des Potentialschieberwandlers 2 mit einem ersten der beiden weiteren elektrischen Eingangsanschlüsse WE2+ des Gehäuses 30 verbunden und der zweiter der beiden Eingangspole E2- des Potentialschieberwandlers 2 ist mit dem anderen der beiden

weiteren elektrischen Eingangsanschlüsse WE2- des Gehäuses 30 verbunden.

Wie bereits anhand der elektrischen Ausgangsanschlüsse und dem zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss beschrieben, kann natürlich je nach Ausführungsform des elektrischen Energiewandlers 3 dieser auch über mehr als zwei elektrische Eingangsanschlüsse und/oder zwei weitere elektrische Eingangsanschlüsse verfügen (z.B. abhängig von Typ und/oder Ausführung des Leistungswandlers 1 und/oder des Potentialschieberwandlers 2, Verschaltung der Eingangspole des Leistungswandlers 1 und/oder des Potentialschieberwandlers 2, usw.). Die elektrischen Eingangsanschlüsse WE1+, WE1- und die weiteren elektrischen Eingangsanschlüsse WE2+, WE2- können je nach Anwendung des elektrischen

Energiewandlers 3 unterschiedlich ausgeführt sein, insbesondere als Steckverbinder.

Alternativ kann der elektrische Energiewandler 3 einen elektrischen Stromrichterenergiespeicher (nicht dargestellt) umfassen. Dabei ist der Eingang E2 des Potentialschieberwandlers 2 mit dem elektrischen Stromrichterenergiespeicher verbunden, wobei der elektrische

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Stromrichterenergiespeicher dazu ausgebildet ist, die elektrische Eingangskenngröße Ue-, insbesondere eine Eingangsspannung, am Eingang E2 des Potentialschieberwandlers 2 zur Verfügung zu stellen. Als elektrischer Stromrichterenergiespeicher kann beispielsweise eine Anzahl an Akkumulatoren (z.B. eine Batterie) und/oder eine Anzahl an Kondensatoren auf-

weisen.

Vorzugsweise ist jeder der Eingangspole E1+, E1- des Leistungswandlers 1 mit jeweils einem der Eingangspole E2+, E2- des Potentialschieberwandlers 2 verbunden. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist einer der beiden Eingangspole E2+ des Potentialschieberwandlers 2 mit einem der beiden Eingangspole E1+ des Leistungswandlers 1 verbunden und der andere der beiden Eingangspole E2- des Potenzialschieberwandlers 2 ist mit dem anderen der beiden Eingangspole E1- des Leistungswandlers 1 verbunden. Dadurch werden der Leistungswandlers 1 und der Potentialschieberwandler 2 im Betrieb des elektrischen Energiewandlers 3 mit der gleichen Eingangskenngröße (U: 1 = Ue2) versorgt. Die Ausgangspole der beiden Ausgänge A1, A2 des Leistungswandlers 1 und des Potentialschieberwandlers 2 sind wie in Fig.

1 und Fig. 2 verschaltet, wodurch an dieser Stelle auf eine erneute Erklärung verzichtet wird.

Natürlich kann in den Ausführungen, welche insbesondere in Fig. 2 und 3 aber auch in den Fig. 4 bis 6 dargestellt sind, auch der Leistungswandler 1 galvanisch getrennt ausgeführt

sein.

Bevorzugt ist der Potentialschieberwandler 2 aus einer Mehrzahl an Stromrichtereinheiten aufgebaut, wie in Fig. 3 dargestellt. Dabei umfasst der Potentialschieberwandler 2 als Stromrichtereinheit vorzugsweise wiederum einzelne Stromrichter, z.B. DC/DC-Wandler. Natürlich können auch andere Stromrichtertypen (z.B. AC/DC-Wandler) vorgesehen sein. Entscheidend ist, dass im Betrieb des elektrischen Energiewandlers 3 am Ausgang A2 des Potentialschieberwandlers 2 die Ausgangsgleichspannung Upc anliegt (in Fig. 3 nicht dargestellt). Die Mehrzahl an Stromrichtereinheiten umfasst zumindest einen galvanisch getrennten Stromrichter 52 und zumindest einen nicht galvanisch getrennten Stromrichter 51. Der galvanisch getrennte Stromrichter 52 hat dabei vorzugsweise ein konstantes Übersetzungsverhältnis q. Vorzugsweise wird q = 1 (1:1 Übersetzung) gewählt. Je nach Ausführungsform des galvanisch getrennten Stromrichters 52 (z.B. Windungsverhältnis eines Trenntransformators) sind natürlich auch andere konstante Übersetzungsverhältnisse q möglich. In analoger Weise zum Potentialschieberwandler 2 kann auch der Leistungswandler 1 aus einer Mehrzahl an Stromrichtereinheiten aufgebaut sein. Die Schaltungstopologie des Leistungswandlers 1 ist jedoch für die Erfindung unwesentlich und der elektrische Energiewandler 3 wird mit einer

Stromrichtereinheit als Leistungswandler 1 beschrieben.

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Die Mehrzahl an Stromrichtereinheiten ist in Serie geschaltet, indem der Ausgang einer Stromrichtereinheit mit dem Eingang einer anderen Stromrichtereinheit verbunden wird. Beispielsweise wird, wie in Fig. 3 dargestellt, vorzugsweise der Ausgang des zumindest einen galvanisch getrennten Stromrichters 52 mit dem Eingang des zumindest einen nicht galvanisch getrennten Stromrichters 51 verbunden, wobei die Reihenfolge grundsätzlich austauschbar ist. Die in Fig. 3 dargestellte Reihenfolge ist jedoch effizienter und technisch einfacher zu konstruieren. Durch die Aufteilung von galvanischer Entkopplung und Ausgangsregelung auf die Stromrichtereinheiten kann ferner die Dynamik der Regelung verbessert werden. Darüber hinaus kann „galvanisch entkoppelte“ Energie in einem Kondensator zwischen den beiden Stromrichtereinheiten 51, 52 gespeichert werden und somit die Dynamikanforde-

rungen an die galvanisch entkoppelte Stromrichtereinheit 52 reduziert werden.

In Fig. 4 ist als Anwendung des erfindungsgemäßen elektrischen Energiewandlers 3 ein beispielhaftes Prüfstandsystem 10 zum Testen zumindest einer elektrischen Fahrzeugkomponente 6 dargestellt. Im Prüfstandsystem 10 ist dazu der elektrische Energiewandler 3 zur Emulation eines Energiespeichers, insbesondere einer Hochvolt-Batterie vorgesehen. Dabei sind beispielhaft der Leistungswandler 1 und der Potentialschieberwandler 2 des elektrischen Energiewandlers 3 jeweils als DC/DC-Wandler ausgeführt. Die zumindest eine elektrische Fahrzeugkomponente 6 umfasst elektrische Fahrzeugkomponenten, welche mit einer Ausgangsspannung des emulierten Energiespeichers versorgt werden oder elektrische Energie in den emulierten Energiespeicher einspeisen. Insbesondere ist die zumindest eine elektrische Fahrzeugkomponente 6 Teil eines elektrischen Antriebssystems, welches etwa einen Inverter 7 mit Elektromotor 8 umfasst. Wie in Fig. 4 dargestellt, wird der Inverter 7 als zumindest eine elektrische Fahrzeugkomponente 6 beispielsweise mit der Energiewandlerausgangsspannung als die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße UAag8 des elektrischen

Energiewandlers 3 zur Emulation des Energiespeichers versorgt.

Wie eingangs beschrieben, wird abhängig vom Entwicklungsstadium die zumindest eine elektrische Fahrzeugkomponente 6 einzeln oder bereits in einem realen Fahrzeugprototypen verbaut am Prüfstandsystem 10 getestet. Im Prüfstandsystems 10 kann der elektrische Ener-

giewandler 3 zur Emulation des Energiespeichers für beide Fälle vorgesehen sein.

Um die zumindest eine elektrische Fahrzeugkomponente 6 mit der Energiewandlerausgangsspannung als die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße UAag8 zu versorgen, sind die elektrischen Ausgangsanschlüsse WA 1+, WA1- des Energiewandlers 3 elektrisch mit einem Eingang der zumindest einen elektrische Fahrzeugkomponenten 6 verbunden, in diesem Fall mit dem Inverter 7. Der Inverter 7 wandelt im gezeigten Ausführungsbeispiel wiederum die DC-Energiewandlerausgangsspannung als die elektrische Energiewandleraus-

gangskenngröße Uas des Energiewandlers 3 in eine dreiphasige Wechselspannung um, mit -17-

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welcher der Elektromotor 8 versorgt wird und z.B. das Drehmoment geregelt wird. In bekann-

ter Weise ist der Inverter 7 dazu als Wechselrichter (AC/DC-Wandler) aufgebaut.

Die Eingangsspannung als elektrische Eingangskenngröße Uez41, Ue2 an dem jeweiligen DC/DC-Wandler als Leistungswandler 1 und als Potentialschieberwandler 2 des elektrischen Energiewandlers 3 wird vorzugsweise von einer Gleichspannungsquelle 9 bereitgestellt. Dazu wird die Gleichspannungsquelle 9 mit den beiden Eingängen E1, E2 der beiden DC/DC-Wandler verbunden. Beispielsweise kann als Gleichspannungsquelle 9 ein Netzteil in Form eines Gleichrichters (AC/DC-Wandler) vorgesehen sein, welcher eine Versorgungsspannung, beispielsweise eine dreiphasige Wechselspannung am Eingang (z.B. eine Netzspannung) in eine Gleichspannung am Ausgang wandelt. In Fig. 4 werden beide DC/DCWandler als Stromrichter des elektrischen Energiewandlers 3 auf Grund der Verschaltung der Eingänge E1, E2 mit der Gleichspannung am Ausgang der Gleichspannungsquelle 9 ver-

sorgt.

Erfindungsgemäß ist einer der beiden Ausgangspole A2+, A2- des zweiten DC/DC-Wandlers als Potentialschieberwandler 2 mit dem Bezugspotential-Ausgangspol AB des ersten DC/DC-Wandlers als Leistungswandler 1 verbunden. Der elektrische Bezugspotentialanschluss WA2 des elektrischen Energiewandlers 3 wird an ein vorgegebenes Bezugspotential 4 angeschlossen, um das elektrische Potential an dem Bezugspotential-Ausgangspol AB gegenüber dem Bezugspotential 4 zu definieren. Als Bezugspotential 4 kann beispielsweise ein elektrisches Potential eines Fahrzeugchassis oder das Erdpotential verwendet werden. Damit ist beispielsweise die Energiewandlerausgangsspannung als die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße Uas8 an den beiden elektrischen Ausgangsanschlüsse WA1+,

WA1- des elektrischen Energiewandlers 3 gegenüber dem Bezugspotential definiert.

Zwischen den beiden Ausgangspolen A2+, A2- des zweiten DC/DC-Wandlers als Potentialschieberwandler 2 bzw. zwischen dem Bezugspotential-Ausgangspol AB des ersten DC/DCWandlers als Leistungswandler 1 und dem elektrische Bezugspotentialanschluss WA2 des elektrischen Energiewandlers 3 liegt die erzeugte Ausgangsgleichspannung Upc an. Das elektrische Potential an dem Bezugspotential-Ausgangspol AB des ersten DC/DC-Wandlers, wird durch die Ausgangsgleichspannung Upc gegenüber dem Bezugspotential 4 in definierter Weise verschoben und festgelegt. Die Ausgangsgleichspannung Upc des zweiten DC/DCWandlers kann dabei flexibel, beispielsweise durch die Steuereinheit, eingestellt werden. Das elektrische Potential an dem Bezugspotential-Ausgangspol AB des ersten DC/DCWandlers kann somit gegenüber dem Bezugspotential 4 auch bipolar verschoben werden. Beispielsweise wird die Ausgangsgleichspannung Upc = +15V oder Ups = -15V gewählt. Die Amplitude der Ausgangsgleichspannung Upc kann dabei konstant oder zeitlich veränderlich

sein. -18-

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Zudem können durch die Ausgangsgleichspannung Upc des Potentialschieberwandlers 2 auftretende parasitäre Kapazitäten Cp, beispielsweise zwischen einem elektrischen Leiter, wie beispielsweise einer elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Ausgangsanschluss WA1- und der Fahrzeugkomponenten 6, und dem Bezugspotential 4, berücksichtigt werden. In Fig. 4 ist dazu lediglich schematisch und beispielhaft eine parasitäre Kapazität Cp zwischen dem Potential des elektrischen Ausgangsanschluss WA1- und dem Bezugspotential 4 dargestellt. Durch die Ausgangsgleichspannung Upc des Potentialschieberwandlers 2 fließt ein elektrischer Strom zwischen der parasitären Kapazität Cp und dem Ausgang A2 des Potentialschieberwandlers 2, wodurch die parasitäre Kapazität Cp bedarfsweise umgeladen wird, beispielsweise wenn sich die parasitäre Kapazität Cp ändert, um das Bezugspotential für die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße Uns auf den definierten Wert zu halten. Damit werden störende Einflüsse auf das Potential des elektrischen Ausgangsanschluss WA1- (z.B. undefinierte Potentialverschiebungen) berücksichtigt und ausgeglichen. Durch die Möglichkeit die Einflüsse von parasitären Kapazitäten Cp auszugleichen, kann insbesondere auch auf eine aufwändige Schirmung der leistungsführenden elektrischen Leitungen verzichtet werden. Zudem kann durch die bekannte Ausgangsgleichspannung Upe und den fließenden Strom, der im Energiewandler 3 gemessen werden kann, die Größe der parasitä-

ren Kapazität Cp bestimmt werden.

In Fig. 5 ist als Prüfstandsystem 10 ein beispielhaftes P-HIL-Prüfstandsystem zum Testen zumindest einer elektrischen Fahrzeugkomponenten 6 dargestellt. Im Vergleich zum Prüfstandsystem 10 in Fig. 4 ist der Inverter 7 als einzige reale elektrische Fahrzeugkomponente (als „Hardware-In-The-Loop“) umfasst, welche mit der elektrischen Energiewandlerausgangskenngröße Uags, in diesem Fall der Energiewandlerausgangsspannung, des elektrischen Energiewandlers 3 versorgt wird. Der Elektromotor 8 ist als Emulation vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, das Verhalten des realen Elektromotors 8 zu emulieren. Dabei kann in der Emulation des Elektromotors 8 Leistungselektronik in Form von Stromrichtern, wie Gleichrichter oder Wechselrichter, implementiert sein (nicht dargestellt). Die Emulation des Elektromotors 8 kann dabei ebenfalls aus der Gleichspannungsquelle 9 versorgt werden,

wie in Fig. 5 dargestellt, kann aber auch eine eigene Versorgung haben.

Der erfindungsgemäße elektrische Energiewandler 3 kann in unterschiedlichen Entwicklungsstadien der zumindest einen elektrischen Fahrzeugkomponente 6, sowie in unterschiedlich aufgebauten Prüfstandsystemen 10 verwendet werden. Dabei kann in einfacher Weise ein undefiniertes elektrisches Potential an dem Bezugspotential-Ausgangspol AB des Leistungswandlers 1 und/oder eine undefinierte elektrische Energiewandlerausgangskenngröße Uag, beispielsweise eine undefinierte Energiewandlerausgangsspannung, an den

elektrischen Ausgangsanschlüssen WA 1+, WA1- des elektrischen Energiewandlers 3, mit

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welcher beispielsweise in Verwendung die zumindest eine elektrische Fahrzeugkomponente

6 versorgt wird, gegenüber einem vorgegebenen Bezugspotential 4 definiert werden.

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Patentansprüche

1. Elektrischer Energiewandler (3) zur Bereitstellung zumindest einer gegenüber einem vorgegebenen Bezugspotential (4) definierten elektrischen Energiewandlerausgangskenngröße (Us), wobei der elektrische Energiewandler (3) einen Leistungswandler (1) und einen Potentialschieberwandler (2) umfasst, wobei der elektrische Energiewandler (3) eine Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen (WA 1+, WA1-) und zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss (WA2) aufweist, wobei der Leistungswandler (1) einen Eingang (E1) mit einer Mehrzahl an Eingangspolen (E1+, E1-) und einen Ausgang (A1) mit einer Mehrzahl an Ausgangspolen (A1+, A1-) aufweist, wobei jeder der Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen (WA1+, WA1-) mit jeweils einem der Mehrzahl an Ausgangspolen (A1+, A1-) des Leistungswandlers (1) verbunden ist und einer der Mehrzahl der Ausgangspole (A1+, A1-) des Leistungswandlers (1) ein Bezugspotential-Ausgangspol (AB) ist und der Leistungswandler (1) dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Energiewandlers (3) zwischen dem Bezugspotential-Ausgangspol und jeweils einem anderen der Mehrzahl der Ausgangspole (A1+, A1-) am Ausgang (A1) des Leistungswandler (1) eine elektrische Ausgangskenngröße (Ua) zu erzeugen, wobei an der Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen (WA1+, WA1-) die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße (Uns) anliegt, und der Potentialschieberwandler (2) einen Eingang (E2) mit einer Mehrzahl an Eingangspolen (E2+, E2-) und einen Ausgang (A2) mit zumindest zwei Ausgangspolen (A2+, A2-) aufweist, wobei im Betrieb des elektrischen Energiewandlers (3) am jeweiligen Eingang (E1, E2) des Leistungswandlers (1) und des Potentialschieberwandlers (2) jeweils eine elektrische Eingangskenngröße (Ue1, Ue2) angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Ausgangspol (A2+) des Potentialschieberwandlers (2) mit dem Bezugspotential-Ausgangspol (AB) des Leistungswandlers (1) verbunden ist, und ein zweiter Ausgangspol (A2-) des Potentialschieberwandlers (2) mit dem zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss (WA2) des elektrischen Energiewandlers (3) verbunden ist, welcher im Betrieb des elektrischen Energiewandlers (3) an das vorgegebene Bezugspotential (4) angeschlossen ist, und dass der Potentialschieberwandler (2) galvanisch getrennt ausgeführt ist und dazu ausgebildet ist, im Betrieb des elektrischen Energiewandlers (3) zwischen dem ersten Ausgangspol (A2+) des Potentialschieberwandlers (2) und dem zweiten Ausgangspol (A2-) des Potentialschieberwandlers (2) eine definierte Ausgangsgleichspannung (Upc) zu erzeugen, sodass im Betrieb des elektrischen Energiewandlers (3) die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße (Uns)

gegenüber dem vorgegebenen Bezugspotential (4) definiert ist.

2. Elektrischer Energiewandler (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungswandler (1) als DC/DC-Wandler, AC/DC-Wandler oder AC/AC-Wandler

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ausgeführt ist und dass der Potentialschieberwandler (2) als DC/DC-Wandler oder als AC/DC-Wandler ausgeführt ist.

3. Elektrischer Energiewandler (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

dass der Leistungswandler (1) galvanisch getrennt ausgeführt ist.

4. Elektrischer Energiewandler (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialschieberwandler (2) aus einer Mehrzahl an Stromrichtereinheiten aufgebaut ist, wobei die Mehrzahl an Stromrichtereinheiten zumindest einen galvanisch getrennten Stromrichter (52) und zumindest einen nicht galvanisch getrennten Stromrichter (51) umfassen, wobei ein Ausgang des galvanisch getrennten Stromrichters (52) mit einem Eingang des nicht galvanisch getrennten Stromrichters (51) verbunden ist und der Ausgang des nicht galvanisch getrennten Stromrichters (51) den Ausgang (A2) des Potentialschieberwandler (2) ausbildet oder ein Ausgang des nicht galvanisch getrennten Stromrichters (51) mit einem Eingang des galvanisch getrennten Stromrichters (52) verbunden ist und der Ausgang des galvanisch getrennten Stromrichters (52) den Ausgang (A2)

des Potentialschieberwandlers (2) ausbildet.

5. Elektrischer Energiewandler (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Eingangspole (E1+, E1-) des Leistungswandlers (1) mit je-

weils einem der Eingangspole (E2+, E2-) des Potentialschieberwandlers (2) verbunden ist.

6. Elektrischer Energiewandler (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiewandler (3) ein Gehäuse (30) umfasst, wobei der Leistungswandler (1) und der Potentialschieberwandler (2) in dem Gehäuse (30) angeordnet sind, und dass das Gehäuse (30) die Mehrzahl der elektrischen Ausgangsanschlüsse (WA1+, WA1-), den zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss (WA2) und eine Mehrzahl an elektrischen Eingangsanschlüssen (WE1+, WE1-) aufweist, wobei jeder Eingangspol (E1+, E1-) des Leistungswandlers (1) mit jeweils einem der elektrischen Eingangsanschlüssen (WE1+, WE1-) verbunden ist.

7. Elektrischer Energiewandler (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiewandler (3) ein Gehäuse (30) umfasst, wobei der Leistungswandler (1) und der Potentialschieberwandler (2) in dem Gehäuse (30) angeordnet sind, und dass das Gehäuse (30) die Mehrzahl der elektrischen Ausgangsanschlüsse (WA1+, WA1-), den zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss (WA2), eine Mehrzahl an elektrischen Eingangsanschlüssen (WE1+, WE1-) aufweist, wobei jeder Eingangspol (E1+, E1-) des Leistungswandlers (1) mit jeweils einem der elektrischen

Eingangsanschlüssen (WE1+, WE1-) verbunden ist und eine Mehrzahl an weiteren

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elektrischen Eingangsanschlüssen (WE2+, WE2-) aufweist, wobei jeder Eingangspol (E2+, E2-) des Potentialschieberwandlers (2) mit jeweils einem der weiteren elektrischen Ein-

gangsanschlüssen (WE2+, WE2-) verbunden ist.

8. Elektrischer Energiewandler (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge-

kennzeichnet, dass der elektrische Energiewandler (3) einen elektrischen Stromrichterenergiespeicher umfasst und der Eingang (E2) des Potentialschieberwandlers (2) mit dem elektrischen Stromrichterenergiespeicher verbunden ist, wobei der elektrische Stromrichterenergiespeicher dazu ausgebildet ist, die elektrische Eingangskenngröße (Ueg2) am Eingang (E2) des

Potentialschieberwandlers (2) zur Verfügung zu stellen.

9. Verfahren zur Bereitstellung zumindest einer gegenüber einem vorgegeben Bezugspotential (4) definierten elektrischen Energiewandlerausgangskenngröße (Us) mit einem elektrischen Energiewandler (3) mit einem Leistungswandler (1) und einem Potentialschieberwandler (2), wobei am jeweiligen Eingang (E1, E2) des Leistungswandlers (1) und des Potentialschieberwandlers (2) jeweils eine elektrische Eingangskenngröße (Ue1, Ue2) angelegt wird und zwischen einem Bezugspotential-Ausgangspol des Leistungswandlers (1) und jeweils einem anderen einer Mehrzahl an Ausgangspolen (A1+, A1-) am Ausgangs (A1) des Leistungswandlers (1) eine elektrische Ausgangskenngröße (Un) erzeugt wird, damit an einer Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen (WA 1+, WA1-) des elektrischen Energiewandlers (3) eine elektrische Energiewandlerausgangskenngröße (Uns) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Ausgangspol (A2+) des galvanisch getrennt ausgeführten Potentialschieberwandlers (2) mit dem Bezugspotential-Ausgangspol (AB) des Leistungswandlers (1) verbunden wird, und ein zweiter Ausgangspol (A2-) des Potentialschieberwandlers (2) mit zumindest einem elektrischen Bezugspotentialanschluss (WA2) des elektrischen Energiewandlers (3) verbunden wird, welcher an das vorgegebene Bezugspotential (4) angeschlossen wird, wobei mit dem Potentialschieberwandler (2) zwischen dem ersten Ausgangspol (A2+) des Potentialschieberwandlers (2) und dem zweiten Ausgangspol (A2-) des Potentialschieberwandlers (2) eine definierte Ausgangsgleichspannung (Upe) erzeugt wird, sodass die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße (Uas) gegenüber dem vorgege-

benen Bezugspotential (4) definiert wird.

10. Prüfstandsystem (10) zum Testen zumindest einer elektrische Fahrzeugkomponente (6), wobei ein elektrischer Energiewandler (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in dem Prüfstandsystem (10) vorgesehen ist und der elektrische Energiewandler (3) mit der zumindest einen elektrischen Fahrzeugkomponente (6) verbunden ist, indem die elektrischen Ausgangsanschlüsse (WA1+, WA1-) des elektrischen Energiewandlers (3) mit einem Eingang der zumindest einen elektrische Fahrzeugkomponenten (6) verbunden sind, um die zumin-

dest eine elektrische Fahrzeugkomponente (6) mit dem zumindest eine gegenüber dem -23-

Bezugspotential (4) definierten elektrischen Energiewandlerausgangskenngröße (Uns) zu versorgen und indem der Bezugspotentialanschluss (WA2) des elektrischen Energiewand-

lers (3) an ein Bezugspotential (4) der Fahrzeugkomponente (6) angeschlossen ist.

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Claims

15 20 25 30 35 AV-4471 AT Patentansprüche

1. Elektrischer Energiewandler (3) zur Bereitstellung zumindest einer gegenüber einem vorgegebenen Bezugspotential (4) definierten elektrischen Energiewandlerausgangskenngröße (Us), wobei der elektrische Energiewandler (3) einen Leistungswandler (1) und einen Potentialschieberwandler (2) umfasst, wobei der elektrische Energiewandler (3) eine Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen (WA 1+, WA1-) und zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss (WA2) aufweist, wobei der Leistungswandler (1) einen Eingang (E1) mit einer Mehrzahl an Eingangspolen (E1+, E1-) und einen Ausgang (A1) mit einer Mehrzahl an Ausgangspolen (A1+, A1-) aufweist, wobei jeder der Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen (WA1+, WA1-) mit jeweils einem der Mehrzahl an Ausgangspolen (A1+, A1-) des Leistungswandlers (1) verbunden ist und einer der Mehrzahl der Ausgangspole (A1+, A1-) des Leistungswandlers (1) ein Bezugspotential-Ausgangspol (AB) ist und der Leistungswandler (1) dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Energiewandlers (3) zwischen dem Bezugspotential-Ausgangspol und jeweils einem anderen der Mehrzahl der Ausgangspole (A1+, A1-) am Ausgang (A1) des Leistungswandler (1) eine elektrische Ausgangskenngröße (Ua) zu erzeugen, wobei an der Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen (WA1+, WA1-) die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße (Uns) anliegt, und der Potentialschieberwandler (2) einen Eingang (E2) mit einer Mehrzahl an Eingangspolen (E2+, E2-) und einen Ausgang (A2) mit zumindest zwei Ausgangspolen (A2+, A2-) aufweist, wobei im Betrieb des elektrischen Energiewandlers (3) am jeweiligen Eingang (E1, E2) des Leistungswandlers (1) und des Potentialschieberwandlers (2) jeweils eine elektrische Eingangskenngröße (Ue1, Ue2) angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Ausgangspol (A2+) des Potentialschieberwandlers (2) mit dem Bezugspotential-Ausgangspol (AB) des Leistungswandlers (1) verbunden ist, und ein zweiter Ausgangspol (A2-) des Potentialschieberwandlers (2) mit dem zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss (WA2) des elektrischen Energiewandlers (3) verbunden ist, welcher im Betrieb des elektrischen Energiewandlers (3) an das vorgegebene Bezugspotential (4) angeschlossen ist, und dass der Potentialschieberwandler (2) galvanisch getrennt ausgeführt ist und dazu ausgebildet ist, im Betrieb des elektrischen Energiewandlers (3) zwischen dem ersten Ausgangspol (A2+) des Potentialschieberwandlers (2) und dem zweiten Ausgangspol (A2-) des Potentialschieberwandlers (2) eine definierte Ausgangsgleichspannung (Upc) zu erzeugen, sodass im Betrieb des elektrischen Energiewandlers (3) die elektrische Energiewandlerausgangskenngröße (Uns) gegenüber dem vorgegebenen Bezugspotential (4) definiert ist, wobei der Leistungswandler (1) und der Potentialschieberwandler (2) unterschiedlich ausgelegt sind und der Potentialschieberwandler (2) im Betrieb des elektrischen Energiewandlers (3) keinen Beitrag zum

Leistungsfluss leistet.

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2. Elektrischer Energiewandler (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungswandler (1) als DC/DC-Wandler, AC/DC-Wandler oder AC/AC-Wandler ausgeführt ist und dass der Potentialschieberwandler (2) als DC/DC-Wandler oder als AC/DCWandler ausgeführt ist.

dass der Leistungswandler (1) galvanisch getrennt ausgeführt ist.

des Potentialschieberwandlers (2) ausbildet.

7. Elektrischer Energiewandler (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiewandler (3) ein Gehäuse (30) umfasst, wobei der Leistungswandler (1) und der Potentialschieberwandler (2) in dem Gehäuse (30) angeordnet sind, und dass das Gehäuse (30) die Mehrzahl der elektrischen Ausgangsanschlüsse (WA1+, WA1-), den zumindest einen elektrischen Bezugspotentialanschluss

(WA2), eine Mehrzahl an elektrischen Eingangsanschlüssen (WE1+, WE1-) aufweist, wobei

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jeder Eingangspol (E1+, E1-) des Leistungswandlers (1) mit jeweils einem der elektrischen Eingangsanschlüssen (WE1+, WE1-) verbunden ist und eine Mehrzahl an weiteren elektrischen Eingangsanschlüssen (WE2+, WE2-) aufweist, wobei jeder Eingangspol (E2+, E2-) des Potentialschieberwandlers (2) mit jeweils einem der weiteren elektrischen Eingangsanschlüssen (WE2+, WE2-) verbunden ist.

Potentialschieberwandlers (2) zur Verfügung zu stellen.

9. Verfahren zur Bereitstellung zumindest einer gegenüber einem vorgegeben Bezugspotential (4) definierten elektrischen Energiewandlerausgangskenngröße (Us) mit einem elektrischen Energiewandler (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem Leistungswandler (1) und einem Potentialschieberwandler (2), wobei am jeweiligen Eingang (E1, E2) des Leistungswandlers (1) und des Potentialschieberwandlers (2) jeweils eine elektrische Eingangskenngröße (Ue+1, Ue2) angelegt wird und zwischen einem Bezugspotential-Ausgangspol des Leistungswandlers (1) und jeweils einem anderen einer Mehrzahl an Ausgangspolen (A1+, A1-) am Ausgangs (A1) des Leistungswandlers (1) eine elektrische Ausgangskenngröße (Un1) erzeugt wird, damit an einer Mehrzahl an elektrischen Ausgangsanschlüssen (WA1+, WA1-) des elektrischen Energiewandlers (3) eine elektrische Energiewandlerausgangskenngröße (Uns) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Ausgangspol (A2+) des galvanisch getrennt ausgeführten Potentialschieberwandlers (2) mit dem Bezugspotential-Ausgangspol (AB) des Leistungswandlers (1) verbunden wird, und ein zweiter Ausgangspol (A2-) des Potentialschieberwandlers (2) mit zumindest einem elektrischen Bezugspotentialanschluss (WA2) des elektrischen Energiewandlers (3) verbunden wird, welcher an das vorgegebene Bezugspotential (4) angeschlossen wird, wobei mit dem Potentialschieberwandler (2) zwischen dem ersten Ausgangspol (A2+) des Potentialschieberwandlers (2) und dem zweiten Ausgangspol (A2-) des Potentialschieberwandlers (2) eine definierte Ausgangsgleichspannung (Upce) erzeugt wird, sodass die elektrische Energiewandleraus-

gangskenngröße (Uas) gegenüber dem vorgegebenen Bezugspotential (4) definiert wird.

10. Prüfstandsystem (10) zum Testen zumindest einer elektrische Fahrzeugkomponente (6), wobei ein elektrischer Energiewandler (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in dem Prüfstandsystem (10) vorgesehen ist und der elektrische Energiewandler (3) mit der zumindest einen elektrischen Fahrzeugkomponente (6) verbunden ist, indem die elektrischen Aus-

gangsanschlüsse (WA1+, WA1-) des elektrischen Energiewandlers (3) mit einem Eingang

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der zumindest einen elektrische Fahrzeugkomponenten (6) verbunden sind, um die zumindest eine elektrische Fahrzeugkomponente (6) mit dem zumindest eine gegenüber dem Bezugspotential (4) definierten elektrischen Energiewandlerausgangskenngröße (Uas) zu versorgen und indem der Bezugspotentialanschluss (WA2) des elektrischen Energiewandlers

(3) an ein Bezugspotential (4) der Fahrzeugkomponente (6) angeschlossen ist.

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