DE102013105262A1

DE102013105262A1 - Steuervorrichtung für einen Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE102013105262A1
Application number: DE102013105262.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias Ostermann; Thomas Schmitz
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-11-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Gleichspannungswandler (100), wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, zumindest einen Parameter des Gleichspannungswandlers (100) von einem Ausgangswert in einen Zielwert zu ändern, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Änderungsgeschwindigkeit des zumindest einen Parameter einzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Gleichspannungswandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein System aus einer solchen Steuervorrichtung und einem Gleichspannungswandler und ein Verfahren zur Steuerung eines Gleichspannungswandlers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Gleichspannungswandler werden unter anderem dafür genutzt, elektrische Energie von einer Eingangsseite des Gleichspannungswandlers zu einer Ausgangsseite zu übertragen. Die Energieübertragung wird durch vier Parameter bestimmt: die Eingangsspannung, der Eingangsstrom, die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom. Die Eingangsspannung ist dabei üblicherweise extern vorgegeben und wird durch den Gleichspannungswandler in die Ausgangsspannung gewandelt. Der Eingangsstrom wird durch den Gleichspannungswandler in den Ausgangsstrom gewandelt.
Steuervorrichtungen aus dem Stand der Technik stellen bei einer Aktivierung des Gleichspannungswandlers Zielwerte für die oben genannten Parameter ein. Die Steuervorrichtung passt die Schaltzyklen des Gleichspannungswandlers an, um den Zielwert einzustellen. Dies geschieht durch Schaltsignale, die von der Steuervorrichtung an den Gleichspannungswandler übermittelt werden. Wie schnell die eingestellten Zielwerte tatsächlich durch den Gleichspannungswandler erreicht werden, ist vor allem von den elektrischen Netzen, die an den Gleichspannungswandler angeschlossen sind, abhängig.
Eine zu hohe Dynamik der Parameter kann zu elektrischen Schwingungen in den angeschlossenen elektrischen Netzen führen. Diese sollen vor allem vermieden werden, um Verbraucher in den elektrischen Netzen zu schonen. Eventuell auftretende Spannungsspitzen können bei empfindlichen Verbrauchern zu Fehlfunktionen oder zur Zerstörung führen. Daher werden beispielsweise Tiefpassfilter in den Netzen eingesetzt, um einen zu schnellen Anstieg des Eingangsstroms und des Ausgangsstroms zu verhindern.
Diese Begrenzung ist unflexibel. Es lässt sich lediglich eine maximal mögliche Anstiegsgeschwindigkeit der tatsächlichen Werte erreichen. Falls es Änderungen in den angeschlossenen Netzen gibt, ändert sich unter Umständen auch die maximal mögliche Anstiegsgeschwindigkeit. Außerdem ist es möglich, dass andere Verbraucher in den Netzen eingesetzt werden sollen, für die die maximal mögliche Anstiegsgeschwindigkeit zu hoch ist. In solch einem Fall müssen zumeist mehrere Bauteile des betroffenen Netzes ausgetauscht werden.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Flexibilität eines Gleichspannungswandlers erhöht.
Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Steuervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Dadurch, dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Änderungsgeschwindigkeit des zumindest einen Parameters einzustellen, kann das Verhalten des Gleichspannungswandlers leicht auf die angeschlossenen Netze und/oder deren Verbraucher und/oder Quellen, insbesondere den Zustand der Netze, Verbraucher und/oder Quellen (z.B. ein Akkumulator, ein Generator oder ähnliches) abgestimmt werden, ohne dass Änderungen innerhalb der Netze vorgenommen werden müssen. Auch der Gleichspannungswandler an sich, insbesondere dessen Hardware, muss nicht geändert werden. Es muss lediglich die Steuervorrichtung umprogrammiert oder umparametriert werden. Die Flexibilität des Gleichspannungswandlers wird also signifikant erhöht.
Unter der Änderungsgeschwindigkeit wird hier insbesondere die Änderung eines Parameters pro Zeiteinheit verstanden. Die Änderungsgeschwindigkeit kann beispielsweise eine Stromstärke pro Zeit oder eine Spannung pro Zeit sein.
Mit anderen Worten kann der zumindest eine Parameter eine Führungsgröße oder auch ein Sollwert sein, der von einem Ausgangswert auf einen Zielwert gefahren wird. Die Änderung des Sollwerts oder der Führungsgröße vom Startwert in den Zielwert kann kontinuierlich oder in diskreten Schritten erfolgen.
Die Steuervorrichtung kann beispielsweise einen Datenspeicher umfassen, in dem maschinenlesbare Instruktionen gespeichert sind, die die Steuervorrichtung dazu veranlassen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung programmiert zu sein. Es ist auch möglich, dass die Steuervorrichtung als einer oder mehrere integrierte Schaltkreise ausgebildet ist.
Es wird die Änderungsgeschwindigkeit für die Änderung des Parameters vom Ausgangswert in den Zielwert eingestellt. Unter dem Ausgangswert wird dabei insbesondere der zuletzt von der Steuervorrichtung eingestellte Wert für den jeweiligen Parameter verstanden. Unter dem Zielwert wird insbesondere der Wert für den jeweiligen Parameter verstanden, der durch die Steuervorrichtung eingestellt werden soll.
Falls die Änderungsgeschwindigkeit des Parameters größer ist als die zum Beispiel durch die Netze bedingte maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit des tatsächlichen Werts, so ändert sich der tatsächliche Wert des jeweiligen Parameters mit der maximal möglichen Änderungsgeschwindigkeit, obwohl die Änderungsgeschwindigkeit des durch die Steuervorrichtung eingestellten Parameters größer ist. Eine möglichst schnelle Änderung des tatsächlichen Werts ist beispielsweise wünschenswert, wenn sich der Gleichspannungswandler und/oder ein Bauteil eines angeschlossenen Netzes in einem kritischen Zustand befindet und schnellstmöglich kein Strom mehr fließen soll.
Die Steuervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, nur den Zielwert und die Änderungsgeschwindigkeit des Parameters direkt einzustellen. Der tatsächliche Wert des Parameters kann dann durch den Gleichspannungswandler und die angeschlossenen Netze bestimmt werden. Die Steuervorrichtung kann den tatsächlichen Wert also indirekt durch Einstellung des Zielwerts und der Änderungsgeschwindigkeit einstellen.
Es kann also einen Unterschied zwischen dem tatsächlichen Wert des Parameters, beispielsweise der Ausgangsspannung, und dem durch die Steuervorrichtung eingestellten Wert geben. Unter dem tatsächlichen Wert wird hier insbesondere der messbare physikalische Wert des Parameters verstanden (Ist-Wert). Unter dem durch die Steuervorrichtung eingestellten Wert wird hier insbesondere der Wert verstanden, den der Parameter erreichen soll (Soll-Wert). Dieser wird, anders als beim Stand der Technik, nicht sprunghaft geändert, sondern mit einer von der Steuervorrichtung vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit. Der Soll-Wert wird also vom Ausgangswert auf den Zielwert geändert. Diese Änderung erfolgt jedoch nicht direkt sprungartig, sondern mit einer durch die Steuervorrichtung eingestellten Änderungsgeschwindigkeit.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, den zumindest einen Parameter kontinuierlich vom Ausgangswert in den Zielwert zu ändern. Die kontinuierliche Änderung ist besonders vorteilhaft, um Schwankungen der tatsächlichen Werte möglichst gering zu halten.
Es ist auch möglich, dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, den Ausgangswert stufenweise in den Zielwert zu ändern. Dies erfordert einen geringeren Rechenaufwand auf Seiten der Steuervorrichtung und es müssen weniger Steuersignale oder Steuerdaten von der Steuervorrichtung zum Gleichspannungswandler übermittelt werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Änderungsgeschwindigkeit änderbar sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Änderungsgeschwindigkeit durch die Steuervorrichtung eingestellt oder angepasst werden kann. Beispielsweise kann eine geringere Änderungsgeschwindigkeit gewählt werden, wenn die Änderungen voraussichtlich zu Schwankungen innerhalb eines empfindlichen Netzes mit empfindlichen Verbrauchern führen. Oder es kann eine größere Änderungsgeschwindigkeit gewählt werden, wenn die Änderungen voraussichtlich zu Schwankungen in relativ unempfindlichen Netzen mit relativ unempfindlichen Verbrauchern führen. Eine relativ große Änderungsgeschwindigkeit kann beispielsweise auch dann gewählt werden, wenn ein kritischer Zustand in einem Bauteil eines angeschlossenen Netzes oder in dem Gleichspannungswandler vorliegt, der eine möglichst schnelle Abschaltung des Gleichspannungswandlers erfordert. Auf der anderen Seite kann es auch kritische Zustände geben, die lediglich eine Abschaltung des Gleichspannungswandlers erfordern, bei der eine möglichst hohe Änderungsgeschwindigkeit des Parameters nicht die oberste Priorität hat. In solch einem Fall kann ebenfalls eine relativ geringe Änderungsgeschwindigkeit gewählt werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der Gleichspannungswandler eine Temperatur aufweist, die außerhalb eines definierten Temperaturbereichs liegt, oder wenn der Eingangs- oder der Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers größer als ein definierter Strombereich ist. Der kritische Zustand kann also beispielsweise ein Zustand sein, bei dem ein messbarer Wert des Gleichspannungswandlers oder eines Bauteils eines der angeschlossenen Netze außerhalb eines definierten Bereichs liegt. Der definierte Bereich kann dabei auch als erlaubter Bereich bezeichnet werden. Der definierte Bereich kann beispielsweise ein Bereich sein, für den der Gleichspannungswandler bzw. das Bauteil ausgelegt ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der zumindest eine Parameter eine Ausgangsspannung, einen Eingangsstrom und/oder einen Ausgangsstrom umfassen. Die Eingangsspannung ist üblicherweise durch eine Stromquelle vorgegeben. Die Ausgangsspannung, der Eingangsstrom und der Ausgangsstrom lassen sich durch die Schaltzyklen des Gleichspannungswandlers anpassen.
Unter der Eingangsspannung wird hier insbesondere die Spannung bezeichnet, die an der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers anliegt. Unter dem Eingangsstrom wird der Strom bezeichnet, der von dem an der Eingangsseite angeschlossenen elektrischen Netz in Richtung des Gleichspannungswandlers fließt. Unter der Ausgangsspannung wird hier insbesondere die Spannung bezeichnet, die an der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers anliegt. Unter dem Ausgangsstrom wird der Strom bezeichnet, der von dem Gleichspannungswandler in das an der Ausgangsseite angeschlossene elektrischen Netz fließt. Dabei findet eine Energieübertragung von dem an der Eingangsseite angeschlossenen Netz in Richtung des an der Ausgangsseite angeschlossenen Netzes statt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann ein an den Gleichspannungswandler angeschlossenes Stromnetz eine maximal erlaubte Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder eine maximal erlaubte Spannungsänderungsgeschwindigkeit aufweisen. Die Steuervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Änderungsgeschwindigkeit des zumindest einen Parameters unter Berücksichtigung der maximal erlaubten Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder der maximal erlaubten Spannungsänderungsgeschwindigkeit einzustellen. Die maximal erlaubte Stromänderungsgeschwindigkeit und die maximal erlaubte Spannungsänderungsgeschwindigkeit können beispielsweise durch die in dem jeweiligen Stromnetz verwendeten Bauteile bestimmt sein. Wenn beispielsweise relativ empfindliche Bauteile verwendet wurden, ist die erlaubte Stromänderungsgeschwindigkeit relativ gering, während die maximal erlaubte Stromänderungsgeschwindigkeit relativ hoch ist, wenn dies für die eingesetzten Bauteile möglich ist, ohne dass Fehlfunktionen, Beschädigungen oder Zerstörungen zu erwarten sind. Es ist beispielsweise möglich, dass die Änderungsgeschwindigkeit auf die maximal erlaubte Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder die maximal erlaubte Spannungsänderungsgeschwindigkeit begrenzt ist. Dann kann zum Beispiel nur bei einem kritischen Zustand des Gleichspannungswandlers und/oder eines Bauteils eines angeschlossenen Netzes die Änderungsgeschwindigkeit höher eingestellt werden als die maximal erlaubte Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder die maximal erlaubte Spannungsänderungsgeschwindigkeit.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, den zumindest einen Parameter in Zusammenhang mit einer Aktivierung und/oder einer Deaktivierung des Gleichspannungswandlers zu ändern. Bei einer Aktivierung des Gleichspannungswandlers kann beispielsweise der Ausgangswert für alle Parameter 0 sein. Damit der Gleichspannungswandler für eine Energieübertragung aus einem ersten Stromnetz in ein zweites Stromnetz genutzt werden kann, stellt die Steuervorrichtung einen Zielwert und eine Änderungsgeschwindigkeit für den zumindest einen Parameter ein. Dies kann beispielsweise durch ein oder mehrere Steuersignal/e erfolgen. Die Steuervorrichtung kann die Schaltzyklen des Gleichspannungswandlers so einstellen, dass der Zielwert mit der Änderungsgeschwindigkeit erreicht wird. Unter dem Begriff „im Zusammenhang“ wird hier insbesondere verstanden, dass die Änderung des Parameters aufgrund der Aktivierung oder Deaktivierung ausgelöst wird.
Bei einer Deaktivierung kann der Zielwert für alle Parameter 0 sein. So können alle Parameter zunächst auf 0 gefahren werden, bevor der Gleichspannungswandler deaktiviert wird. Diese relativ langsame Deaktivierung ist besonders vorteilhaft, um große Spannungs- und Stromschwankungen in den angeschlossenen Netzen zu vermeiden.
Unter einer Aktivierung wird hier insbesondere verstanden, dass der Gleichspannungswandler vor der Aktivierung nicht für eine Energieübertragung aus einem Stromnetz in ein anderes Stromnetz genutzt wurde. Nach der Aktivierung wird der Gleichspannungswandler für eine solche Übertragung genutzt. Unter einer Deaktivierung wird hier insbesondere verstanden, dass der Gleichspannungswandler vor der Aktivierung für die Energieübertragung genutzt wurde. Nach der Deaktivierung wird der Gleichspannungswandler nicht mehr für die Energieübertragung genutzt. Mit anderen Worten werden nur aktivierte Gleichspannungswandler für die Energieübertragung genutzt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, ein erstes Signal zu empfangen. Das erste Signal kann einen Hinweis auf einen ersten kritischen Zustand des Gleichspannungswandlers oder eines elektrisch an den Gleichspannungswandler angeschlossenen Bauteils umfassen. Die Steuervorrichtung kann außerdem dazu ausgebildet sein, als Reaktion auf den Empfang des ersten Signals den zumindest einen Parameter zu ändern und die Änderungsgeschwindigkeit des zumindest einen Parameters unter Berücksichtigung der maximal erlaubten Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder der maximal erlaubten Spannungsänderungsgeschwindigkeit einzustellen. Beispielsweise kann die Änderungsgeschwindigkeit auf die maximal erlaubte Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder die maximal erlaubte Spannungsänderungsgeschwindigkeit begrenzt sein.
Der erste kritische Zustand kann beispielsweise eine Fehlfunktion eines Bauteils sein. Es ist auch möglich, dass der erste kritische Zustand einen Messwert betrifft, der außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Beispielsweise kann der erste kritische Zustand eine zu hohe Temperatur des Gleichspannungswandlers oder eines anderen Bauteils oder ein zu großer Eingangs- oder Ausgangsstrom sein. Der erste kritische Zustand kann ein Zustand sein, der die Deaktivierung des Gleichspannungswandlers erfordert, da bei längerem Betrieb eine Beschädigung des Gleichspannungswandlers und/oder eines anderen Bauteils zu erwarten ist. Die Geschwindigkeit der Deaktivierung kann dabei eine untergeordnete Rolle spielen. Daher kann im Falle eines ersten kritischen Zustands der Zielwert mit der maximal erlaubten Änderungsgeschwindigkeit eingestellt werden, um Spannungs- und/oder Stromspitzen zu vermeiden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, ein zweites Signal zu empfangen. Das zweite Signal kann einen Hinweis auf einen zweiten kritischen Zustand des Gleichspannungswandlers oder eines elektrisch an den Gleichspannungswandler angeschlossenen Bauteils umfassen. Die Steuervorrichtung kann außerdem dazu ausgebildet sein, den zumindest einen Parameter als Reaktion auf den Empfang des zweiten Signals ohne Berücksichtigung der maximal erlaubten Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder der maximal erlaubten Spannungsänderungsgeschwindigkeit zu ändern. Beispielsweise kann in diesem Fall die Änderungsgeschwindigkeit größer als die maximal erlaubte Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder die maximal erlaubte Spannungsänderungsgeschwindigkeit sein.
Der zweite kritische Zustand kann beispielsweise ein Zustand sein, bei dem schon nach relativ kurzer Zeit eine Beschädigung des Gleichspannungswandlers und/oder eines angeschlossenen elektrischen Bauteils zu erwarten ist. In solch einem Fall soll der Gleichspannungswandler möglichst schnell deaktiviert werden. Daher wird der Zielwert für den zumindest einen Parameter auf 0 gesetzt und der Gleichspannungswandler deaktiviert. Die Änderungsgeschwindigkeit kann hier relativ groß sein. Es ist auch möglich, dass der Zielwert direkt auf 0 gesetzt wird. Etwaige Spannungs- oder Stromschwankungen haben in diesem Fall eine geringere Priorität. Ein zweiter kritischer Zustand kann beispielsweise eine viel zu hohe Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers sein.
Der erste kritische Zustand und/oder der zweite kritische Zustand können beispielsweise durch die Steuervorrichtung selbst detektiert werden. Es ist möglich, dass die Steuervorrichtung ein Messsignal empfängt und aufgrund dieses Messsignals den ersten oder den zweiten kritischen Zustand detektiert.
Es ist auch möglich, dass eine externe Einheit den ersten und/oder den zweiten kritischen Zustand detektiert und das erste oder das zweite Signal an die Steuervorrichtung übermittelt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein System aus einer Steuervorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung und einem Gleichspannungswandler.
In noch einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Gleichspannungswandlers gemäß Anspruch 10.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei werden gleiche oder ähnliche Merkmale und Merkmale mit gleichen oder ähnlichen Funktionen mit denselben Bezugszeichen versehen. Dabei zeigt:
1 eine schematische Ansicht eines mit zwei Stromnetzen N1 und N2 verbundenen Gleichspannungswandlers;
2 eine schematische Ansicht eines Aktivierungsvorgangs des Gleichspannungswandlers für eine Energieübertragung von N1 nach N2;
3 eine schematische Ansicht eines Aktivierungsvorgangs des Gleichspannungswandlers für eine Energieübertragung von N2 nach N1;
4 eine schematische Ansicht eines Deaktivierungsvorgangs des Gleichspannungswandlers im Falle eines ersten kritischen Zustands;
5 eine schematische Ansicht eines Deaktivierungsvorgangs des Gleichspannungswandlers im Falle eines zweiten kritischen Zustands;
6 eine schematische Ansicht eines Deaktivierungsvorgangs des Gleichspannungswandlers nach einer Energieübertragung von N1 nach N2; und
7 eine schematische Ansicht eines Deaktivierungsvorgangs des Gleichspannungswandlers nach einer Energieübertragung von N2 nach N1.
In 1 ist dargestellt, dass der Gleichspannungswandler 100 an zwei Stromnetze N1 und N2 angeschlossen ist. Dabei kann Energie durch den Gleichspannungswandler sowohl von N1 nach N2 übertragen werden als auch von N2 nach N1. Das Stromnetz N1 weist einen Generator 102 und einen oder mehrere Verbraucher 104 auf. Der Generator kann beispielsweise eine Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs sein und die Verbraucher 104 können Verbraucher in einem Kraftfahrzeug sein. Das Stromnetz N2 weist eine aufladbare Stromquelle 106 auf. Die aufladbare Stromquelle 106 kann beispielsweise ein Akkumulator sein. Das Stromnetz N2 kann neben der Stromquelle 106 auch weitere (in 1 nicht dargestellte) Verbraucher aufweisen, die vom Stromnetz N1 getrennt sein sollen. Dies kann beispielsweise erforderlich oder wünschenswert sein, wenn die Verbraucher in N2 sich in ihrer Dynamik und in ihrem Verhalten, wie sie auf Strom- und/oder Spannungsänderungen reagieren, von den Verbrauchern in N1 unterscheiden.
Wenn der Generator 102 Strom erzeugt, erfolgt eine Energieübertragung von N1 nach N2 und die aufladbare Stromquelle 106 wird geladen. Wenn der Generator 102 keinen Strom erzeugt, werden die Verbraucher 104 mit Energie von der Stromquelle 106 versorgt. Es findet also eine Energieübertragung von N2 nach N1 statt.
Für das Netz N1 soll eine hohe Stabilität der Spannung und des Stroms erreicht werden, damit die Verbraucher 104 ordnungsgemäß betrieben werden können und eine Fehlfunktion vermieden wird. Für das Netz N2 ist eine hohe Stabilität weniger wichtig, da sich in diesem Netz keine Verbraucher befinden. Das Netz N2 dient im Wesentlichen als Hilfsnetz für die Stabilisierung von N1.
In 2 sind schematisch die Änderungen dreier Zielwerte und die Änderungsgeschwindigkeiten für drei Parameter des Gleichspannungswandlers gezeigt. Es handelt sich hierbei um die Parameter I_ein, I_aus und U_aus. I_ein ist dabei der Parameter für den Eingangsstrom, I_aus ist der Parameter für den Ausgangsstrom und U_aus ist der Parameter für die Ausgangsspannung. In 2 wird zunächst der Gleichspannungswandler aktiviert, weil eine Energieübertragung von N1 nach N2 erfolgen soll. I_ein ist somit der Parameter für den Strom, der von N1 zum Gleichspannungswandler fließen soll, I_aus ist der Parameter für den Strom, der vom Gleichspannungswandler nach N2 fließen soll, und U_aus ist der Parameter für die Spannung, die zwischen den Anschlüssen von N2 am Gleichspannungswandler anliegt.
Die tatsächlich gemessenen Werte für den Eingangsstrom, den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung können von den in den Figuren dargestellten Werten abweichen. In den Figuren sind die Parameter dargestellt, wie sie von der Steuervorrichtung eingestellt werden. Bei beispielsweise besonders großen Änderungsgeschwindigkeiten können die tatsächlich gemessenen Werte hiervon abweichen.
Bei der in 2 dargestellten Energieübertragung von N1 nach N2 soll die in 1 dargestellte aufladbare Stromquelle 106 geladen werden. Daher wird der Gleichspannungswandler aktiviert und der Zielwert für I_ein und U_aus auf den maximal erlaubten Wert eingestellt. Die Ausgangswerte können hier beispielsweise für jeden der drei Parameter 0 A bzw. 0 V sein. Bei der Änderung der Parameter vom Ausgangswert in den Zielwert kann eine relativ große Änderungsgeschwindigkeit gewählt werden, ohne dass in N1 elektrische Schwingungen oder Spannungs- oder Stromspitzen zu erwarten sind. Beispielsweise kann für die Änderungsgeschwindigkeit des Eingangsstroms 2,55 A/ms und für die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung 2,55 V/ms gewählt werden. Die Dynamik des Ausgangsstroms ist gering, um in N1 keine elektrischen Schwingungen oder Spannungs- oder Stromspitzen zu erzeugen. Falls I_aus zu schnell erhöht würde, würde die aufladbare Stromquelle 106 in N2 viel Strom ziehen, was zu einer instabilen Spannungsverlauf und/oder einem instabilen Stromverlauf in N1 führen könnte.
Außerdem ist in 2 die Zeit 200 dargestellt, die für die Einstellung der Zielwerte der Parameter zur Verfügung steht. Die Zeit 200, die Zielwerte der Parameter und die Änderungsgeschwindigkeiten können von der Steuervorrichtung berechnet werden. Nach der Berechnung werden die Zielwerte der Parameter und die Änderungsgeschwindigkeiten dementsprechend eingestellt.
In 3 sind ähnlich wie in 2 die Änderung dreier Zielwerte und die Änderungsgeschwindigkeiten für drei Parameter des Gleichspannungswandlers gezeigt. Im Unterschied zu 2 wird in 3 der Gleichspannungswandler für eine Energieübertragung von N2 nach N1 – also in entgegengesetzter Richtung im Vergleich mit 2 – gezeigt.
Bei einer Energieübertragung von N2 nach N1 sollen die Verbraucher 104 aus 1 mit Energie aus N2 versorgt werden. Daher werden sowohl I_ein als auch I_aus mit einer relativ großen Änderungsgeschwindigkeit geändert, um eine Energieversorgung der Verbraucher 104 sicherzustellen. Um zu erreichen, dass der Gleichspannungswandler ausgangsstromgeregelt ist, wird die Änderungsgeschwindigkeit für I_ein höher gewählt als die für I_aus.
Bei der in 3 dargestellten Energieübertragung von N2 nach N1 hat die Stabilisierung von N1 eine relativ hohe Priorität. Daher werden für I_aus nach der Aktivierung relativ hohe Änderungsgeschwindigkeiten gewählt, wenn der Zielwert geändert wird, um die Verbraucher 104 aus 1 mit der benötigten Energie zu versorgen.
In 4 wird die Deaktivierung eines Gleichspannungswandlers schematisch dargestellt, wenn die Steuervorrichtung ein erstes Signal empfangen hat, das einen Hinweis auf einen ersten kritischen Zustand umfasst. Der erste kritische Zustand ist ein Zustand des Gleichspannungswandlers oder eines Bauteils eines der angeschlossenen Netze, der eine Deaktivierung des Gleichspannungswandlers erfordert. Dabei steht jedoch ein gewisser Zeitrahmen zur Verfügung, während dessen keine Beschädigung des Gleichspannungswandlers oder des Bauteils zu erwarten ist. Daher werden die Zielwerte für I_ein, I_aus und U_aus auf 0 A bzw. 0 V gesetzt. Die Änderungsgeschwindigkeit für I_ein, I_aus und U_aus kann jedoch relativ gering gewählt werden, um zu große Spannungs- und/oder Stromschwankungen in N1 zu vermeiden. Beispielsweise können I_ein, I_aus und U_aus mit einer Änderungsgeschwindigkeit von 0,2 A/ms bzw. 0,2 V/ms geändert werden. Sobald die Zielwerte erreicht sind, kann der Gleichspannungswandler deaktiviert und eine Fehlermeldung ausgegeben werden
In 5 wird die Deaktivierung eines Gleichspannungswandlers schematisch dargestellt, wenn die Steuervorrichtung ein zweites Signal empfangen hat, das einen Hinweis auf einen zweiten kritischen Zustand umfasst. Der zweite kritische Zustand ist ein Zustand des Gleichspannungswandlers oder eines Bauteils eines der angeschlossenen Netze, der eine möglichst schnelle Deaktivierung des Gleichspannungswandlers erfordert. Beispielsweise kann dies eine Überspannung sein. Die Zielwerte für I_ein, I_aus und U_aus werden auf 0 A bzw. 0 V eingestellt. Da die Deaktivierung möglichst schnell erfolgen soll, wird dieser Zielwert direkt eingestellt, ohne dass eine Änderungsgeschwindigkeit eingestellt wird. Nachdem die Zielwerte auf 0 A bzw. 0 V gesetzt wurden, kann der Gleichspannungswandler deaktiviert werden.
In 6 ist die Deaktivierung des Gleichspannungswandlers nach einer Energieübertragung von N1 nach N2 schematisch dargestellt. Die Anfangswerte von I_ein, I_aus und U_aus können beispielsweise zuvor eingestellte Zielwerte sein. Vor der Deaktivierung wird der neue Zielwert für I_ein auf 0 A gesetzt. Die Änderungsgeschwindigkeit wird für I_ein auf die maximal erlaubte Änderungsgeschwindigkeit für N1 eingestellt, damit die Verbraucher 104 aus 1 keinen Spannungs- oder Stromspitzen ausgesetzt werden. Dies kann beispielsweise eine Geschwindigkeit von 0,2 A/ms sein.
Sobald der Zielwert für I_ein erreicht wurde, können die Zielwerte für I_aus und U_aus ebenfalls auf 0 A bzw. 0 V geändert und der Gleichspannungswandler deaktiviert werden. Die Änderung von I_aus und U_aus kann ohne Festlegung von Änderungsgeschwindigkeiten erfolgen, indem die Zielwerte direkt eingestellt werden.
In 7 ist die Deaktivierung des Gleichspannungswandlers nach einer Energieübertragung von N2 nach N1 schematisch dargestellt. Die Anfangswerte von I_ein, I_aus und U_aus können beispielsweise zuvor eingestellte Zielwerte sein. Vor der Deaktivierung wird der neue Zielwert für I_aus auf 0 A gesetzt. Die Änderungsgeschwindigkeit wird für I_aus auf die maximal erlaubte Änderungsgeschwindigkeit für N1 eingestellt, damit die Verbraucher 104 aus 1 keinen Spannungs- oder Stromspitzen ausgesetzt werden. Dies kann beispielsweise eine Geschwindigkeit von 0,2 A/ms sein.
Sobald der Zielwert für I_aus erreicht wurde, können die Zielwerte für I_ein und U_aus ebenfalls auf 0 A bzw. 0 V geändert und der Gleichspannungswandler deaktiviert werden. Die Änderung von I_ein und U_aus kann ohne Festlegung von Änderungsgeschwindigkeiten erfolgen, indem die Zielwerte direkt eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

100: Gleichspannungswandler
102: Generator
104: Verbraucher
106: Aufladbare Stromquelle
200: Zeitspanne

Claims

Steuervorrichtung für einen Gleichspannungswandler (100), wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, zumindest einen Parameter des Gleichspannungswandlers (100) von einem Ausgangswert in einen Zielwert zu ändern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Änderungsgeschwindigkeit des zumindest einen Parameters einzustellen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Parameter kontinuierlich vom Ausgangswert in den Zielwert zu ändern.
Steuervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsgeschwindigkeit änderbar ist.
Steuervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Parameter eine Ausgangsspannung, einen Eingangsstrom und/oder einen Ausgangsstrom umfasst.
Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein an den Gleichspannungswandler (100) angeschlossenes Stromnetz eine maximal erlaubte Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder eine maximal erlaubte Spannungsänderungsgeschwindigkeit aufweist, und dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, die Änderungsgeschwindigkeit des zumindest einen Parameters unter Berücksichtigung der maximal erlaubten Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder der maximal erlaubten Spannungsänderungsgeschwindigkeit einzustellen.
Steuervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Parameter in Zusammenhang mit einer Aktivierung und/oder Deaktivierung des Gleichspannungswandlers (100) zu ändern.
Steuervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, ein erstes Signal zu empfangen, wobei das erste Signal einen Hinweis auf einen ersten kritischen Zustand des Gleichspannungswandlers (100) oder eines elektrisch an den Gleichspannungswandler (100) angeschlossenen Bauteils umfasst, und wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Parameter zu ändern und die Änderungsgeschwindigkeit des zumindest einen Parameters des Gleichspannungswandlers (100) als Reaktion auf den Empfang des ersten Signals unter Berücksichtigung der maximal erlaubten Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder der maximal erlaubten Spannungsänderungsgeschwindigkeit einzustellen.
Steuervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, ein zweites Signal zu empfangen, wobei das zweite Signal einen Hinweis auf einen zweiten kritischen Zustand des Gleichspannungswandlers (100) oder eines elektrisch an den Gleichspannungswandler (100) angeschlossenen Bauteils umfasst, und wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Parameter als Reaktion auf den Empfang des zweiten Signals ohne Berücksichtigung der maximal erlaubten Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder der maximal erlaubten Spannungsänderungsgeschwindigkeit zu ändern.
System aus einer Steuervorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Gleichspannungswandler (100).
Verfahren zur Steuerung eines Gleichspannungswandlers (100), wobei zumindest ein Parameter des Gleichspannungswandlers (100) von einem Ausgangswert in einen Zielwert geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderungsgeschwindigkeit des zumindest einen Parameters eingestellt wird.