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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsformen des hier beschriebenen Gegenstands betreffen allgemein elektrische Systeme, wie etwa Antriebssysteme von Elektro- und Hybridfahrzeugen. Insbesondere betreffen Ausführungsformen des Gegenstands einen Aufwärtswandler, der zur Bereitstellung von Leistung an ein Fahrzeugantriebssystem und ein elektrisches Hilfssystem ausgestaltet ist.
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HINTERGRUND
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In den letzten Jahren haben technologische Fortschritte sowie immer neu entstehende Geschmacksrichtungen bezüglich des Stils zu wesentlichen Veränderungen bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen geführt. Eine der Veränderungen betrifft die Leistungsverwendung und Komplexität der verschiedenen elektrischen Systeme in Kraftfahrzeugen, insbesondere Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff, wie etwa Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen.
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Viele elektrisch angetriebene Fahrzeuge benötigen eine hohe primäre Betriebsspannung, z. B. 400 Volt DC. Typische Brennstoffzellen liefern unter Last weniger als ein Volt DC. Daher wird oft eine große Anzahl einzelner Brennstoffzellen in Reihe konfiguriert oder „gestapelt”, um einen Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, der zum Bereitstellen der hohen primären Betriebsspannung, die von dem Fahrzeug benötigt wird, in der Lage ist. Leistungswandler, etwa Gleichstrom/Gleichstrom-Aufwärtswandler (DC/DC-Aufwärtswandler), werden typischerweise verwendet, um das Spannungsniveau eines Brennstoffzellenstapels auf das Niveau anzuheben, das an dem Hochspannungsbus benötigt wird.
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Die meisten Fahrzeuge umfassen auch ein oder mehrere elektrische Hilfssysteme, welche bei einer niedrigeren Spannung arbeiten. Zum Beispiel umfassen die meisten Fahrzeuge ein oder mehrere elektrische Hilfssysteme, die zum Arbeiten bei 12 Volt DC ausgelegt sind. Oft wird ein abwärtstransformierender DC/DC-Wandler (oder Abwärtswandler) verwendet, um die Hochspannungsbusspannung hinunter auf das Betriebsniveau zu verringern, das von den elektrischen Hilfssystemen benötigt wird. Obwohl die Verwendung zusätzlicher Leistungswandler üblich ist, erhöht sie die Komponentenkosten, die Größe, und die Komplexität des elektrischen Systems des Fahrzeugs.
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Die
US 6 177 736 B1 offenbart ein elektrisches System zur Verwendung in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In der
DE 199 21 450 C1 ist ein elektrischer Fahrzeugantrieb mit einem bidirektionalen DC/DC-Wandler offenbart, um eine elektrische Maschine über eine erste und/oder eine zweite Energiequelle zu betreiben und eine der Energiequellen bei einem regenerativen Bremsen aufzuladen.
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Die
US 6 297 616 B1 offenbart ein System zum Laden und Entladen von Batterien, bei dem eine Primärwicklung eines Transformators mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist und mehrere Sekundärwicklungen des Transformators mit jeweiligen AC/DC-Wandlern verbunden sind, die jeweils mit Batteriezellen verbunden sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein elektrisches System bereitzustellen, mit dem in einem Fahrzeug vorhandene Energiequellen mit wenig Aufwand optimal genutzt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch das elektrische System zur Verwendung in einem Fahrzeug nach Anspruch 1 gelöst.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein besseres Verständnis des Gegenstands kann durch Bezugnahme auf die genaue Beschreibung und die Ansprüche in Verbindung mit der folgenden Figur erhalten werden.
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1 ist eine schematische Ansicht eines elektrischen Systems, das zur Verwendung in einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform geeignet ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Die folgende genaue Beschreibung ist rein veranschaulichender Natur und ist nicht dazu gedacht, die Ausführungsformen des Gegenstands oder die Anwendung und Verwendungsmöglichkeiten derartiger Ausführungsformen einzuschränken. Bei der Verwendung hierin bedeutet das Wort „beispielhaft” „als Beispiel, Instanz oder Veranschaulichung dienend”. Jede hier als beispielhaft beschriebene Implementierung muss nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen angesehen werden. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem vorstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden genauen Beschreibung dargestellt ist.
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Bei der Verwendung hierin steht ein „Knoten” für einen beliebigen internen oder externen Referenzpunkt, einen Verbindungspunkt, eine Verbindung, eine Signalleitung, ein leitfähiges Element oder dergleichen, bei der bzw. dem ein gegebenes Signal, ein Logikpegel, eine Spannung, ein Datenmuster, ein Strom oder eine Größe vorhanden ist. Darüber hinaus können zwei oder mehrere Knoten durch ein physikalisches Element realisiert sein (und zwei oder mehrere Signale können gebündelt, moduliert oder anderweitig unterschieden werden, obwohl sie an einem gemeinsamen Knoten empfangen oder ausgegeben werden).
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Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale, die miteinander „gekoppelt” sind. Bei der Verwendung hierin bedeutet „gekoppelt”, sofern es nicht ausdrücklich anderweitig angegeben ist, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht unbedingt mechanisch. Obwohl die in 1 gezeigte schematische Ansicht eine beispielhafte Anordnung von Elementen darstellt, können daher bei einer Ausführungsform des dargestellten Gegenstands zusätzliche dazwischenkommende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten vorhanden sein.
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Zudem kann auch eine gewisse Terminologie in der folgenden Beschreibung nur zum Zweck der Bezugnahme verwendet sein und ist folglich nicht als Einschränkung gedacht. Zum Beispiel implizieren die Ausdrücke „erster” „zweiter” und andere derartige numerische Ausdrücke, die Strukturen bezeichnen, keine Sequenz oder Reihenfolge, sofern dies nicht durch den Kontext klar angegeben ist.
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Der Kürze halber kann es sein, dass herkömmliche Techniken bezüglich elektrischer Systeme von Fahrzeugen, elektrischer Leistungssysteme, Signalisierung, transistorbasierter Schaltersteuerung und anderer funktionaler Aspekte der Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hier nicht im Detail beschrieben sind. Darüber hinaus sind die Verbindungslinien, die in den verschiedenen hier enthaltenen Figuren gezeigt sind, zur Darstellung beispielhafter funktionaler Beziehungen und/oder physikalischer Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen gedacht. Es wird angemerkt, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen bei einer Ausführungsform des Gegenstands vorhanden sein können.
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Hier beschriebene Technologien und/oder Konzepte betreffen allgemein elektrische Systeme mit Aufwärtswandlern, welche in Kraftfahrzeugantriebssystemen verwendet werden. Das induktive Element eines Aufwärtswandlers ist als eine Primärwicklung für einen Transformator ausgestaltet, und eine Sekundärwicklung des Transformators ist als der Eingang zu einem zweiten Wandler ausgestaltet. Die Spannungsniveaus am Eingang des zweiten Wandlers und der Ausgang des Aufwärtswandlers werden durch Modulieren eines Schalters in dem Aufwärtswandler gesteuert.
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Mit Bezug auf 1 umfasst bei einer beispielhaften Ausführungsform ein elektrisches System 100, das zur Verwendung als Teil eines Kraftfahrzeugantriebssystems in einem Fahrzeug 102 geeignet ist, ohne eine Einschränkung eine erste Energiequelle 104, einen Aufwärtswandler 106, einen Spannungswandler 108 und einen Controller 110, Der Controller 110 ist mit dem Aufwärtswandler 106 und dem Spannungswandler 108 gekoppelt und ist geeignet ausgestaltet, um einen Betrieb des elektrischen Systems 100 zu unterstützen, wie nachstehend im größeren Detail beschrieben ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das elektrische System 100 so ausgestaltet, dass es ein Energiepotential von der ersten Energiequelle 104 an den Eingang des Spannungswandlers 108 und an den Ausgang des Aufwärtswandlers 106 bereitstellt, wie nachstehend im größeren Detail beschrieben ist. Es versteht sich, dass 1 eine vereinfachte Darstellung eines elektrischen Systems 100 ist und nicht dazu gedacht ist, den Gegenstand in irgendeiner Weise einzuschränken.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Aufwärtswandler 106 mit einem Referenzknoten 112 für das elektrische System 100 gekoppelt. Ein Eingangsknoten 114 des Aufwärtswandlers 106 ist mit der ersten Energiequelle 104 gekoppelt, welche wiederum auch mit dem Referenzknoten 112 gekoppelt ist. Insbesondere korrespondiert der Eingangsknoten 114 mit dem positiven Anschluss der ersten Energiequelle 104 und der Referenzknoten 112 korrespondiert mit dem negativen Anschluss der ersten Energiequelle 104. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Aufwärtswandler 106 ein DC/DC-Wandler mit einem Ausgangsknoten 116, der ausgestaltet ist, um Leistung an eine elektrische Last zu liefern. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine weite Energiequelle 118 zwischen den Ausgangsknoten 116 des Aufwärtswandlers 106 und den Referenzknoten 112 gekoppelt. Insbesondere korrespondiert der Ausgangsknoten 116 mit dem positiven Anschluss der zweiten Energiequelle 118 und der Referenzknoten 112 korrespondiert mit dem negativen Anschluss der zweiten Energiequelle 118. Kondensatoren 120, 121 können zwischen den Eingangsknoten 114, den Ausgangsknoten 116 und den Referenzknoten 112 gekoppelt sein, um eine Restwelligkeit der Ausgangsspannung zu verringern und die Spannungen zwischen dem Aufwärtswandler 106 und den Energiequellen 104, 118 zu glätten, wie in der Technik verstanden wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die zweite Energiequelle 118 zum Arbeiten bei einer Spannung in der Lage, die hoch genug ist, um ein Fahrzeugantriebssystem 122 anzutreiben, welches ebenfalls zwischen den Ausgangsknoten 116 des Aufwärtswandlers 106 und den Referenzknoten 112 gekoppelt ist.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind der Aufwärtswandler 106 und der Spannungswandler 108 über einen Transformator 124 gekoppelt. In dieser Hinsicht kann der Transformator 124 so aufgefasst werden, dass er mit dem Eingang 125 des Spannungswandlers 108 gekoppelt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Ausgang 127 des Spannungswandlers 108 mit einer dritten Energiequelle 130 gekoppelt. Die dritte Energiequelle 130 ist vorzugsweise zum Arbeiten bei einer Spannung in der Lage, die für eine elektrische Hilfslast 132 geeignet ist, welche mit dem Ausgang 127 des Spannungswandlers 108 gekoppelt sein kann. Wie nachstehend beschrieben ist, ist bei einer beispielhaften Ausführungsform der Spannungswandler 108 so ausgestaltet, dass er bidirektional arbeitet, und folglich erfolgt die Unterscheidung zwischen dem Eingang 125 und dem Ausgang 127 des Spannungswandlers 108 primär als Referenz. Bei der in 1 gezeigten und beschriebenen Ausgestaltung funktioniert der Transformator 124 als eine Induktivität für das Hauptantriebsleistungssystem in dem Fahrzeug 102 und als ein Koppeltransformator zwischen dem Hilfs- und Hauptleistungssystem, wie in der Technik verstanden wird.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist bei einer beispielhaften Ausführungsform ein Schalter 134 zwischen die erste Energiequelle 104 und den Eingangsknoten 114 des Aufwärtswandlers 106 gekoppelt. Wie nachstehend im größeren Detail beschrieben ist, wird der Schalter 134 unter der Steuerung des Controllers 110 während eines Betriebs des elektrischen Systems 100 betrieben, um zu ermöglichen, dass das Fahrzeugantriebssystem 122 und/oder die zweite Energiequelle 118 unter Verwendung von Energiepotential von der dritten Energiequelle 130, die von dem Spannungswandler 108 bereitgestellt wird, fremd gestartet oder anderweitig betrieben wird. Diesbezüglich ist eine Diode 135 zwischen den Referenzknoten 112 und den Eingangsknoten 114 gekoppelt (wie in 1 gezeigt ist, ist die Anode mit dem Referenzknoten 112 gekoppelt und die Kathode ist mit dem Eingangsknoten 114 gekoppelt), um einen Stromfluss durch den Aufwärtswandler 106 zu ermöglichen, wenn der Schalter 134 geöffnet ist, wie in der Technik verstanden wird.
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In Abhängigkeit von der Ausführungsform können die Energiequellen 104, 118 jeweils als eine Batterie, eine Brennstoffzelle (oder ein Brennstoffzellenstapel), ein oder mehrere Kondensatoren (z. B. ein Ultrakondensator oder eine Kondensatorbank), oder eine andere geeignete Spannungsquelle realisiert sein. Bei der hier beschriebenen Implementierung weist die zweite Energiequelle 118 eine Spannung auf, die größer oder gleich derjenigen der ersten Energiequelle 104 ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die erste Energiequelle 104 als ein Brennstoffzellenstapel realisiert, und die zweite Energiequelle 118 ist als eine Hochspannungsbatterie realisiert. Diesbezüglich umfasst der Brennstoffzellenstapel typischerweise etwa 300 einzelne Brennstoffzellen, von denen jede etwa 0,6 Volt DC unter Volllast bereitstellt. Die Hochspannungsbatterie weist eine Spannung auf, die von 300 Volt DC bis 400 Volt DC und möglicherweise noch höher reicht, mit einer typischen Nennspannung von etwa 360 Volt DC. In der Technik ist festzustellen, dass die tatsächliche Spannung der Batterie im Lauf der Zeit neben anderen Variablen in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie und Lastbedingungen variieren wird.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Aufwärtswandler 106 ein hochtransformierender DC/DC-Wandler. Ein induktives Element 136 ist zwischen den Eingangsknoten 114 des Aufwärtswandlers 106 und einen Knoten 138 gekoppelt. Eine Diode 140 ist zwischen den Knoten 138 und den Ausgangsknoten 116 gekoppelt (wie gezeigt, ist die Anode der Diode 140 mit dem Knoten 138 gekoppelt und die Kathode der Diode 140 ist mit dem Ausgangsknoten 116 gekoppelt), und ein Erhöhungsschalter 142 ist zwischen den Knoten 138 und den Referenzknoten 112 gekoppelt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Erhöhungsschalter 142 als eine Halbleitereinrichtung realisiert, vorzugsweise als ein Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode (IGBT). Der Aufwärtswandler 106 wird durch Modulieren des Erhöhungsschalters 142 mit einem Tastverhältnis aktiviert, um eine Spannung an dem Ausgangsknoten 116 relativ zu dem Referenzknoten 112 bereitzustellen, welche größer als die Spannung an dem Eingangsknoten 114 relativ zu dem Referenzknoten 112 ist.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist das induktive Element 136 bei einer beispielhaften Ausführungsform als eine Induktivität realisiert, die als die Primärwicklung für einen Transformator 124 ausgestaltet ist. Mit anderen Worten ist die Primärwicklung des Transformators 124 zwischen den Eingangsknoten 114 und den Knoten 138 gekoppelt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird der Erhöhungsschalter 142 mit einem variablen Tastverhältnis, welches den Strom durch das induktive Element 136 hindurch variiert, moduliert (d. h. geöffnet und geschlossen), wenn der Schalter 134 geschlossen ist, und bestimmt dadurch die Spannung an dem Ausgangsknoten 116, wie in der Technik verstanden wird. Gleichzeitig induziert der variierende Strom durch das induktive Element 136 (d. h. die Primärwicklung des Transformators 124) auch eine Spannung in der Sekundärwicklung 144 des Transformators 124. Das heißt, dass das Tastverhältnis, mit welchem der Erhöhungsschalter 142 moduliert wird, auch den Spannungsbetrag bestimmt und/oder steuert, der in der Sekundärwicklung 144 induziert wird und an dem Eingang 125 des Spannungswandlers 108 gesehen wird.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform arbeitet der Spannungswandler 108 als abwärtstransformierender DC/DC-Wandler oder Abwärtswandler. Gemäß einer Ausführungsform ist der Spannungswandler 108 so ausgestaltet, dass er einen bidirektionalen Betrieb zwischen dem Eingang 125 und dem Ausgang 127 unterstützt, wie nachstehend in größerem Detail beschrieben ist. Diesbezüglich ist die zweite Wicklung 144 des Transformators 124 zwischen einen ersten Knoten 126 und einen zweiten Knoten 127 gekoppelt. Eine erste Induktivität 146 ist zwischen den ersten Knoten 126 und einen dritten Knoten 128 gekoppelt und ein erster Schalter 150 ist zwischen den ersten Knoten 126 und einen vierten Knoten 129 gekoppelt. Eine zweite Induktivität 148 ist zwischen den zweiten Knoten 127 und den dritten Knoten 128 gekoppelt und ein zweiter Schalter 152 ist zwischen den zweiten Knoten 127 und den vierten Knoten 129 gekoppelt. Ein Kondensator 154 ist zwischen den dritten Knoten 128 und den vierten Knoten 129 gekoppelt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die Schalter 150, 152 als Halbleitereinrichtungen realisiert, vorzugsweise als Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs).
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In Abhängigkeit von der Ausführungsform kann die dritte Energiequelle 130 als eine Batterie, eine Brennstoffzelle (oder ein Brennstoffzellenstapel), ein oder mehrere Kondensatoren (z. B. ein Ultrakondensator oder eine Kondensatorbank) oder eine andere geeignete Spannungsquelle realisiert sein. Bei der hier beschriebenen Implementierung weist die dritte Energiequelle 130 eine Spannung auf, die niedriger als eine Spannung der ersten Energiequelle 104 ist. Diesbezüglich ist der Transformator 124 so ausgestaltet, dass die an dem Eingang 125 des Spannungswandlers 108 induzierte Spannung kleiner als die Spannung an dem Ausgangsknoten 116 des Aufwärtswandlers 106 ist. Zum Beispiel kann der Transformator 124 so ausgestaltet sein, dass die Windungszahl, welche die erste Wicklung 136 umfasst, größer als die Windungszahl ist, welche die zweite Wicklung 144 umfasst, wie in der Technik verstanden wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt das Verhältnis der Windungszahl in der ersten Wicklung 136 zu der Windungszahl in der zweiten Wicklung 144 (d. h. das Wicklungs- oder Windungsverhältnis für den Transformator 124) etwa fünf zu eins, obwohl das Wicklungsverhältnis in der Praxis in Abhängigkeit von den Anforderungen für die spezielle Anwendung und die jeweiligen Spannungsniveaus der Energiequellen 104, 130 von eins zu eins bis zwanzig zu eins und möglicherweise höher variieren kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die dritte Energiequelle 130 als eine 12 Volt Batterie (oder als eine beliebige geeignete Spannung, die Zubehör, Hilfslasten oder relativ niedrigen Spannungsanforderungen des Fahrzeugs 102 zugeordnet ist) realisiert. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die dritte Energiequelle 130 in der Lage, Leistung an die Hilfslast 132 zu liefern, welche als ein elektrisches 12 Volt-Untersystem in dem Fahrzeug 102 realisiert sein kann. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Hilfslast 132 fehlen und die dritte Energiequelle 130 kann primär zur Energiespeicherung oder zum Fremdstart und/oder Betreiben des Fahrzeugantriebssystems 122 wie nachstehend beschrieben verwendet werden.
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In Abhängigkeit von der Ausführungsform kann der Controller 110 als Software, Hardware, Firmware und/oder eine Kombination daraus realisiert sein. Wie in 1 gezeigt ist, ist der Controller 110 mit dem Aufwärtswandler 106, dem Spannungswandler 108 und dem Schalter 134 gekoppelt. Bei alternativen Ausführungsformen kann der Controller 110 unterteilt und/oder unter Verwendung unterschiedlicher Einzelkomponenten realisiert sein, um die einzelnen hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Ferner kann der Controller 110 mit einem weiteren Modul in dem Fahrzeug 102 zusammengebaut sein, wie etwa einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU).
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Bei einem Normalbetriebsmodus für das elektrische System 100 ist der Controller 110 so ausgestaltet, dass er den Schalter 134 schließt und den Erhöhungsschalter 142 mit einem Tastverhältnis moduliert, um ein Energiepotential an den Ausgangsknoten 116 zu liefern. Der Schalter 134 ist wegen der potentiell hohen Spannungsniveaus in dem elektrischen System 100 vorzugsweise als eine mechanische Schalteinrichtung realisiert, wie etwa ein Schütz oder ein Relais. Gemäß einer Ausführungsform wird der Erhöhungsschalter 142 mit einem Tastverhältnis moduliert, das derart gewählt ist, dass die Spannung an dem Ausgangsknoten 116 im Wesentlichen gleich der Spannung der zweiten Energiequelle 118 ist. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, ist das Fahrzeugantriebssystem 122 vorzugsweise als ein Wechselrichter realisiert, der mit einem Elektromotor gekoppelt ist. Der Wechselrichter ist so ausgestaltet, dass er Gleichstrom von dem Ausgangsknoten 116 in Wechselstrom umwandelt, um den Elektromotor auf herkömmliche Weise anzutreiben. In Abhängigkeit von dem augenblicklichen Leistungsverbrauch des Fahrzeugantriebssystems 122 kann die zweite Energiequelle 118 während eines Betriebs des elektrischen Systems 100 Energie abgeben oder Energie von der ersten Energiequelle 104 absorbieren (z. B. aufladen).
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Wenn der Schalter 134 geschlossen ist, induziert ein Modulieren des Erhöhungsschalters 142 auch eine Spannung in der zweiten Wicklung 144 und stellt dadurch eine Spannung am Eingang 125 des Spannungswandlers 108 bereit. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Controller 110 so ausgestaltet, dass er die Schalter 150, 152 des Spannungswandlers 108 derart betreibt, dass die Spannung am Ausgang 127 (d. h. zwischen den Knoten 128, 129) im Wesentlichen gleich der Spannung der dritten Energiequelle 130 ist. Diesbezüglich ist der Controller 110 so ausgestaltet, dass er bei hohen Spannungsniveaus am Eingang 125 den Spannungswandler 108 in einem nicht stetigen Modus betreibt, um die Spannung am Ausgang 127 auf diejenige der dritten Energiequelle 130 zu regeln.
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Bei einigen Situationen im Betrieb des elektrischen Systems 100 kann es notwendig oder wünschenswert sein, Leistung an die zweite Energiequelle 118 und/oder das Fahrzeugantriebssystem 122 von der dritten Energiequelle 130 zu liefern. Beispielsweise können die erste Energiequelle 104 und die zweite Energiequelle 118 nicht in der Lage sein, die Menge an Strom und/oder Leistung bereitzustellen, die zum Starten des Fahrzeugantriebssystems 122 notwendig ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Controller 110 so ausgestaltet, dass er den Schalter 134 öffnet und den Aufwärtswandler 106 aktiviert, indem er den Erhöhungsschalter 142 moduliert, um Energie von der dritten Energiequelle 130 an das Fahrzeugantriebssystem 122 und/oder die zweite Energiequelle 118 bereitzustellen. Diesbezüglich kann der Controller 110 die Schalter 150, 152 betreiben (d. h. öffnen und/oder schließen), um den Strom durch die Sekundärwicklung 144 zu variieren und/oder die Spannung am Eingang 125 zu regeln. Ein Variieren des Stroms durch die Sekundärwicklung 144 induziert eine Spannung in der Primärwicklung 136, welche dann auf der Grundlage der Modulation des Erhöhungsschalters 142 an den Ausgangsknoten 116 übertragen werden kann. Wie in 1 veranschaulicht ist, ist die Anode der Diode 135 mit dem Referenzknoten 112 gekoppelt und die Kathode der Diode 135 ist mit dem Eingangsknoten 114 gekoppelt, um einen Stromfluss durch den Aufwärtswandler 106 zu ermöglichen, wenn der Schalter 134 offen ist.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Diode 156 zwischen den Referenzknoten 112 und den Knoten 138 gekoppelt, um zu ermöglichen, dass der Kondensator 121 auf das Spannungsniveau der ersten Energiequelle 104 vorgeladen wird, bevor der Schalter 134 geschlossen wird. Wie in 1 veranschaulicht ist, ist die Anode der Diode 156 mit dem Referenzknoten 112 gekoppelt und die Kathode der Diode 135 ist mit dem Knoten 138 gekoppelt, um einen Stromfluss durch den Kondensator 121 und/oder den Aufwärtswandler 106 zu ermöglichen, wenn der Schalter 134 geöffnet ist. Beispielsweise wird beim Starten des elektrischen Systems 100 der Spannungswandler 108 (z. B. die Schalter 150 und 152) auf eine Weise betrieben, die ermöglicht, dass der Kondensator 121 unter Verwendung des Transformators 124 aufgeladen wird. Diesbezüglich funktionieren die Diode 156, die Primärwicklung 136 und der Kondensator 121 als ein Gleichrichter zur Steuerung des Spannungspotentials zwischen dem Eingangsknoten 114 und dem Referenzknoten 112. Gemäß einer Ausführungsform kann der Controller 110 so ausgestaltet sein, dass er den Spannungswandler 108 derart betreibt, dass das Spannungspotential zwischen dem Eingangsknoten 114 und dem Referenzknoten 112 (z. B. die Spannung, die in dem Kondensator 121 gespeichert ist) im Wesentlichen gleich der Spannung der ersten Energiequelle 104 ist. Der Controller 110 kann bestimmen, wann das Spannungspotential zwischen dem Eingangsknoten 114 und dem Referenzknoten 112 im Wesentlichen gleich der Spannung der ersten Energiequelle 104 ist, und in Ansprechen darauf den Schalter 134 schließen. Durch Vorladen des Kondensators 121 kann der Schalter 134 mit einem kleinen oder keinem resultierenden Stromstoß geschlossen werden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Controller 110 so ausgestaltet sein, dass er, sobald das Fahrzeugantriebssystem 122 fremd gestartet ist, den Kondensator 121 vorlädt und den Schalter 134 schließt, um in den normalen Betriebsmodus zurückzukehren.
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Ein Vorteil der vorstehend beschriebenen Systeme und/oder Verfahren besteht darin, dass ein elektrisches System eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung von weniger Komponenten realisiert werden kann, indem ein Transformator und ein Erhöhungsschalter zwischen den zwei Wandlern gemeinsam genutzt wird. Im Gegensatz dazu verwenden die meisten herkömmlichen Entwürfe beispielsweise getrennte Schaltungen zur Bereitstellung einzelner Merkmale und Funktionen, die den hier beschriebenen ähneln (z. B. Übertragung von Leistung von einer Brennstoffzelle an eine Hochspannungsbatterie, Übertragung von Leistung von einer Brennstoffzelle an eine 12 Volt Batterie, Vorladen des Kondensators, Laden der Hochspannungsbatterie unter Verwendung einer Niederspannungsbatterie für das Fremdstarten). Das hier beschriebene elektrische System integriert diese Merkmale und Funktionalität, während gleichzeitig Volumen-, Massen- und Kostenverringerungen erreicht werden.
