DE102015214236A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Gleichspannungswandlers, elektrisches System - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Multiphasenwandlers (4), der mehrere parallel geschaltete Gleichspannungswandlermodule (4_1, 4_2 ... 4_N) aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Gleichspannungswandlermodule (4_1, 4_2 ... 4_N) in Abhängigkeit von ihren aktuellen Betriebszuständen individuell aktiviert oder deaktiviert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Multiphasenwandlers, der mehrere parallel geschaltete Gleichspannungswandlermodule aufweist.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben eines derartigen Multiphasenwandlers sowie ein elektrisches System, mit einem Multiphasenwandler.
  • Stand der Technik
  • Multiphasenwandler sind aus der Elektrotechnik grundsätzlich bekannt. Bei Multiphasenwandlern handelt es sich um skalierbare Gleichspannungswandler, die beispielsweise in einem elektrischen System zwischen einem Hochspannungsabschnitt und einem Niedrigspannungsabschnitt eingesetzt werden, um diese elektrisch miteinander zu verbinden. Skalierbare Gleichspannungswandler beziehungsweise Multiphasenwandler haben den Vorteil, dass ihre Leistung variabel ist. Dazu weisen derartige Multiphasenwandler mehrere parallel geschaltete Gleichspannungswandlermodule auf, wie beispielsweise Aufwärtswandler, Abwärtswandler, Synchronwandler oder auch Resonanzwandler.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Multiphasenwandlers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Gleichspannungswandlermodule in Abhängigkeit von ihren aktuellen Betriebszuständen individuell aktiviert oder deaktiviert werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Lebensdauer des Gleichspannungswandlers erhöht und sein Betrieb optimiert wird.
  • Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass in Abhängigkeit von einer gewünschten Soll-Leistung die Gleichspannungswandlermodule individuell aktiviert oder deaktiviert werden. Mit zunehmender Soll-Leistung werden dabei mehr Gleichspannungswandlermodule aktiviert, sodass der Multiphasenwandler insgesamt die höhere Leistung mit Hilfe von mehr Gleichspannungswandlermodulen erbringt. Dadurch wird die Belastung der einzelnen Gleichspannungswandlermodule im Betrieb optimal verteilt und damit die Lebensdauer des Multiphasenwandlers erhöht.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Betriebszustand eine Betriebstemperatur der Gleichspannungswandlermodule überwacht wird, und dass bei Überschreiten einer vorgebbaren Grenztemperatur durch die erfasste Betriebstemperatur das betroffene Gleichspannungswandlermodul deaktiviert wird. Hierdurch wird erreicht, dass Gleichspannungswandlermodule, die sich in einem kritischen Temperaturbereich befinden, deaktiviert werden, bevor sie Schaden nehmen können. Der Wert der Grenztemperatur wird entsprechend so gewählt, dass bis zum Erreichen dieses Wertes das jeweilige Gleichspannungswandlermodul keinen Schaden nimmt. Sofern die geforderte Soll-Leistung durch die verbleibenden Gleichspannungswandlermodule erbracht werden kann, hat das Abschalten des betroffenen Gleichspannungswandlermoduls keinen Nachteil für den weiteren Betrieb. In dem Fall, in welchem die Soll-Leistung durch die verbleibenden Gleichspannungswandlermodule nicht erbracht werden kann, muss entschieden werden, ob das betroffene Gleichspannungswandlermodul trotz Überschreiten der Grenztemperatur weiter betrieben werden soll, oder ob in Kauf genommen wird, dass die Soll-Leistung durch den Multiphasenwandler nicht erbracht wird. Insbesondere ist dazu vorgesehen, dass die erfasste Betriebstemperatur mit zwei unterschiedlichen Grenztemperaturen verglichen wird. Bei Überschreiten der ersten Grenztemperatur wird darauf erkannt, dass sich der Betriebszustand des betroffenen Gleichspannungswandlermoduls einem kritischen Wert nähert, jedoch noch weiterbetrieben werden kann. In diesem Fall wird das Gleichspannungswandlermodul bevorzugt abgeschaltet, bis eine Betriebstemperatur wieder einen zulässigen Wert erreicht hat. Wird zu diesem Zeitpunkt jedoch eine Soll-Leistung angefordert, die von den verbleibenden Gleichspannungswandlermodulen nicht erbringbar ist, so wird das betroffene Gleichspannungswandlermodul trotzdem weiter betrieben. Das betroffene Gleichspannungswandlermodul wird zumindest derart lange weiterbetrieben, bis seine aktuelle Betriebstemperatur auch den zweiten Temperaturgrenzwert, der höher als der erste Temperaturgrenzwert ist, überschreitet. Sobald dies geschieht, wird das betroffene Gleichspannungswandlermodul abgeschaltet, bis eine Betriebstemperatur wieder einen zulässigen Wert erreicht hat, unabhängig davon, ob die Soll-Leistung durch die verbleibenden Gleichspannungswandlermodule erbracht werden kann oder nicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass als Betriebszustand eine Funktionsfähigkeit des jeweiligen Gleichspannungswandlermoduls überwacht wird, wobei bei Erfassen eines Defekts das betroffene Gleichspannungswandlermodul deaktiviert wird. Im Falle eines Defekts wird also das betroffene Gleichspannungswandlermodul aus dem Betrieb des Multiphasenwandlers herausgenommen und trägt nicht weiter zur Erbringung der gewünschten Leistung bei. Dadurch wird jedoch die Sicherheit des den Multiphasenwandler aufweisenden elektrischen Systems gewährleistet und ein Weiterbetrieb ermöglicht.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass als Betriebszustand des jeweiligen Gleichspannungswandlermoduls ein aktueller Stromfluss gemessen wird, wobei in Abhängigkeit des gemessenen Stromflusses und der gewünschten Soll-Leistung das betroffene Gleichspannungswandlermodul deaktiviert wird. Insbesondere wird der erfasste Stromfluss mit einem vorgebbaren Stromgrenzwert verglichen. Unterschreitet der gemessene Stromfluss den vorgebbaren Stromgrenzwert, so wird darauf erkannt, dass das betroffene Gleichspannungswandlermodul sich im lückenden Betrieb befindet und letztendlich zur Leistungserbringung nichts oder nur wenig beiträgt. In diesem Fall wird das betroffene Gleichspannungswandlermodul abgeschaltet, insbesondere sofern die gewünschte Soll-Leistung durch die verbleibende Gleichspannungswandlermodule erbracht werden kann, die verbleibende Gleichspannungswandlermodule also nicht deaktivert sind oder aufgrund des beschriebenen Verfahrens deaktiviert werden müssen. Andernfalls wird das betroffene Gleichspannungswandlermodul dazu angesteuert, selbst eine höhere Modulleistung zu erzielen, sodass die gewünschte Soll-Leistung des Multiphasenwandlers erhöht wird.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass das betroffene Gleichspannungswandlermodul nur dann deaktiviert wird, wenn die Soll-Leistung durch die verbleibende Gleichspannungswandlermodule erbringbar ist. Wie bereits erwähnt, wird das betroffene Gleichspannungswandlermodul weiterbetrieben oder angesteuert, um eine höhere Modulleistung zu erbringen, wenn die verbleibenden Gleichspannungswandlermodule nicht dazu in der Lage sind, die gewünschte Soll-Leistung zu erbringen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass der gemessene Stromfluss mit einem Strommittelwert des Multiphasenwandlers verglichen wird, und dass auf einen Defekt erkannt wird, wenn der Stromfluss nach einer vorgebbaren Zeitdauer nach seiner Aktivierung den Strommittelwert nicht erreicht. Hierdurch wird auf einfache Art und Weise auf einen Defekt erkannt, und eine Entscheidung über das weitere Vorgehen bezüglich Betriebssicherheit und Leistungserbringung kann sicher und zeitnah getroffen werden. Ebenfalls ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass dann, wenn ein deaktiviertes Gleichspannungswandlermodul noch Strom führt, auf einen Defekt dieses Gleichspannungswandlermoduls geschlossen wird.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Gleichspannungswandlermodule in Abhängigkeit von der Soll-Leistung und ihren Betriebszuständen zum Erbringen einer Soll-Modulleistung angesteuert werden. Die Gleichspannungswandlermodule werden somit individuell angesteuert, um gegebenenfalls unterschiedliche Leistungen zu erbringen, die zusammen die Soll-Leistung ergeben. Hierdurch können die einzelnen Gleichspannungswandlermodule unterschiedlich stark belastet und dadurch der Multiphasenwandler optimal in Bezug auf Auslastung und Lebensdauer betrieben werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuergerät speziell dazu hergerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus dem zuvor bereits Beschriebenen.
  • Das erfindungsgemäße elektrische System mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus dem zuvor bereits Beschriebenen.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
  • 1 ein elektrisches System eines Kraftfahrzeugs in einer vereinfachten Darstellung,
  • 2 ein Regelsystem des elektrischen Systems,
  • 3 eine Erweiterung des elektrischen Systems und
  • 4 ein Verfahren zur Zustandsbestimmung.
  • 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein elektrisches System 1 eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Das elektrische System 1 weist einen Hochspannungsabschnitt 2 und einen Niedrigspannungsabschnitt 3 auf, die elektrisch durch einen Multiphasenwandler 4 miteinander verbunden sind. Der Hochspannungsabschnitt 2 umfasst vorliegend einen wiederaufladbaren Hochspannungsenergiespeicher 5, einen Wechselrichter 6 sowie eine elektrische Maschine 7, die durch den Wechselrichter 6 betrieben wird. Die elektrische Maschine 7 kann dabei motorisch oder generatorisch betrieben werden und ist insbesondere als Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Der Niedrigspannungsabschnitt 3 umfasst einen Niedrigspannungsenergiespeicher 8, der ebenfalls wiederaufladbar ausgebildet ist, sowie einen oder mehrere Verbraucher 9. Zusammen bilden der Energiespeicher 8 und die Verbraucher 9 das Bordnetz 10 des Kraftfahrzeugs.
  • 2 zeigt eine weitere Darstellung des elektrischen Systems 1 mit einem Regler-Komplex 11, mit dem Multiphasenwandler 4, der N parallel geschalteten Gleichspannungswandlermodule 4_1, 4_2 ... 4_N aufweist. Der Multiphasenwandler 4 weist eine hochspannungsabschnittsseitige Eingangsspannung Uin sowie eine niedrigspannungsabschnittsseitige Ausgangsspannung Uout auf, die sich aus der Parallelschaltung und dem Betrieb der Gleichspannungswandlermodule 4_1, 4_2 bis 4_N ergibt. Durch das Ansteuern der Gleichspannungswandlermodule des Multiphasenwandlers 4 ergibt sich eine Ist-Spannung Uist, die dem Bordnetz 10 zur Verfügung gestellt wird. Dem Reglerkomplex 11 werden ein Soll-Strom Isoll sowie eine Soll-Spannung Usoll sowie ein Ist-Strom des Multiphasenwandlers 4 auf der Hochspannungsseite Ihv sowie der Niedrigspannungsseite Inv zugeführt. Insbesondere hieraus und aus dem Ist-Strom Iout ergibt sich die Ansteuerung des Multiphasenwandlers 4.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Betriebsstrategieinstanz, die als Betriebsstrategiemodul 12 eines Steuergeräts des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Das Betriebsstrategie-Modul 12 entscheidet in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebspunkt des elektrischen Systems 1, wie viele Gleichspannungswandler 4_1, 4_2 ... 4_N beziehungsweise welche Teile eines Moduls, wie beispielsweise ein Tiefsetzsteller, aktiv sein sollen. Die Betriebsstrategieinstanz erhält als Zustandsgröße die gewünschte Spannung im Ausgang Usoll_extern, die aktuellen Ströme Ihv, Inv auf der Niedrigspannungsseite und der Hochspannungsseite den Betriebsmodus des Multiphasenswandlers 4 (lückender- oder nicht lückender Betrieb), die aktuell am Ausgang des Multiphasenwandlers 4 gemessene Spannung Uist sowie interne Regelgrößen (Vorsteuerung, Adaptionen und Regelausgangssignal des Regler-Komplexes 11). Optional wird dem Betriebsstrategie-Modul 12 außerdem der Sollstrom Isoll als Eingangswert Isoll_extern sowie eine Sollspannung Usoll_extern zugeführt. Damit kann eine externe Instanz einen gewünschten Sollstrom für ein oder mehrere der Gleichspannungswandlermodule 4_1, 4_2, ..., 4_N vorgeben. Der Ausgang der Betriebsstrategieinstanz stellt neben den Sollströmen Isoll und Spannungen Usoll auch Modulzustände Mzu bereit.
  • Das Betriebsstrategie-Modul 12 umfasst ein Modul 13 zur Bestimmung von Sollwerten der Spannung, des Stroms und der Modulzustände, ein Modul 14 zur Lastabschätzung, ein Modul 15 zur Modulzustandsbestimmung, ein Modul 16 zur Stromgleichstellung sowie ein Modul 17 zur Ermittlung eines Ladezustands oder Alterungszustands des Niederspannungsenergiespeichers 8.
  • Die Betriebsstrategieinstanz erfüllt somit in Kurzform folgende Aufgaben:
    Stromgleichstellung/Leistungsgleichstellung: die Module können aufgrund der Toleranz der Bauelemente bei gleicher Belastung unterschiedliche Ströme und/oder Leistungen liefern. Um unterschiedliche Belastungen der Gleichspannungswandlermodule zu verhindern, wird durch eine Modifizierung der Sollströme/Sollleistungen für verschiedene Module der gleiche Strombetrag/Leistungsbetrag erreicht.
  • Abschätzung Batterieladespannung: wenn die Ladespannung des Niedrigspannungsenergiespeichers 8 nicht zur Verfügung steht, wird dieser durch das Modul 17 abgeschätzt.
  • Modulzustandsbestimmung: Die aktuellen Zustände der Module werden berechnet. In Abhängigkeit der erfassten Zustände werden diese aktiviert oder deaktiviert. Soll ein Gleichspannungswaldermodul nicht per Regler ein- oder abgeschaltet werden, sondern nach einer vorgegebenen Zeit oder Dynamik, dann wird diese Teilfunktion das betroffene Modul oder Teile davon ein- oder abschalten.
  • Lastabschätzung: Abhängig von den gemessenen Strömen und Ausgangssignalen des Regler-Komplexes 11 wird die am Bordnetz 10 vorliegende eingeschaltete Last abgeschätzt.
  • Bestimmung Sollwerte: Abhängig von den errechneten Sollströmen, dem Laststrom, externen Sollspannungsvorgaben, eingeschätzter Ladespannung und optional externer Stromsollvorgabe, werden die Sollströme, Spannungen und Sollmodulzustände bestimmt und Reglern beziehungsweise Hardwaretreibern des Multiphasenwandlers 4 zur Verfügung gestellt.
  • Durch die Betriebsstrategieinstanz beziehungsweise durch das Betriebsstrategie-Modul 12 werden die Gleichspannungswandler des Multiphasenwandlers 4 gleichmäßig belastet, Schaltvorgänge optimiert und die Lebensdauer des elektrischen Systems 1 und des Multiphasenwandlers 4 erhöht.
  • Werden mehrere der Gleichspannungswandlermodule 4_1, 4_2, ..., 4_N am Ausgang parallel geschaltet oder bei einem Resonanzwandler mit mehreren Tiefsetzstellen (Bucks) am Ausgang, können aufgrund der unterschiedlichen Bauelementtoleranzen unterschiedliche Ströme fließen oder Leistungen erzielt werden. Dies bedeutet, dass die Bauelemente unterschiedlich belastet werden und damit unterschiedlich altern. Durch das im Folgenden beschriebene Verfahren wird erreicht, dass eine gleichmäßige Belastung der Bauelemente beziehungsweise Gleichspannungswandlermodule gewährleistet wird. Insbesondere wird erreicht, dass einzelne Gleichspannungswandlermodule nicht überlastet und die Gleichspannungswandlermodule insgesamt gleichmäßig belastet werden und somit auch gleichmäßig altern.
  • Dadurch, dass mehrere Gleichspannungswandler 4_1, 4_2 bis 4_N am Ausgang parallel geschaltet sind, können diese individuell abgeschaltet oder eingeschaltet werden. Wie beziehungsweise wann oder welcher Gleichspannungswandler für die Optimierung der Schaltverluste oder der Lebensdauer der Bauelemente ein- oder abgeschaltet werden soll, entscheidet die Betriebsstrategie durch Vorgabe von Sollstrom, Sollspannung und in Abhängigkeit von dem Modulzustand Mzu. Die Betriebsstrategie hat drei Stellgrößen, womit das Optimum beeinflusst werden kann, nämlich die Vorgabe der einzustellenden Spannung, Begrenzung beziehungsweise Gleichstellung der Ström oder Leistungen und die direkte Abschaltung der einzelnen Module/Gleichspannungswandler.
  • 4 zeigt vereinfacht ein vorteilhaftes Verfahren zum Aktivieren oder Deaktivieren einzelner Gleichspannungswandlermodul in Abhängigkeit von ihren aktuellen Betriebszuständen. Das Verfahren kann insbesondere von dem Betriebsstrategiemodul 12 durchgeführt werden, das in ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs implementiert ist.
  • Es ist vorgesehen, dass aktuelle Betriebszustände der einzelnen Gleichspannungswandlermodule 4_1, 4_2, ..., 4_N überwacht werden. Dabei werden unterschiedliche Parameter zur Bestimmung des jeweiligen Betriebszustandes berücksichtigt. Es werden im Folgenden Zustände für jedes Gleichspannungswandlermodul definiert:
    • 1. Das Modul ist defekt und kann nicht verwendet werden.
    • 2. Das Modul ist heiß oder zu heiß, das heißt, das Modul soll nicht mit voller Leistung oder überhaupt nicht verwendet werden.
    • 3. Das Modul ist im lückenden Betrieb.
    • 4. Das Modul ist abgeschaltet.
    • 5. Das Modul wird in oder aus dem Betrieb genommen beziehungsweise deaktiviert.
  • Für das Erfassen eines Defekts wird zunächst die Funktionsfähigkeit des jeweiligen Gleichspannungswandlermoduls gemäß Block A in 4 überprüft. Wird dabei festgestellt, dass ein Defekt vorliegt, so wird dies dem Modul 15 mitgeteilt. Dieses schaltet das betroffene Gleichspannungswandlermodul ab, wenn ein Defekt erfasst wurde, um die Sicherheit und den Weiterbetrieb des elektrischen Systems zu gewährleisten.
  • Gemäß Block B wird insbesondere mittels eines Temperaturmodells die aktuelle Betriebstemperatur jedes Gleichspannungswandlermoduls überwacht und mit einer vorgebbaren Grenztemperatur verglichen. Ist die aktuell erfasste Betriebstemperatur größer als die Grenztemperatur, so wird darauf erkannt, dass das betroffene Gleichspannungswandlermodul heiß ist und gegebenenfalls nicht verwendet werden sollte. Übersteigt die ermittelte Betriebstemperatur eine zweite vorgebbare Grenztemperatur, die größer ist als die erste vorgegebene Grenztemperatur, so wird das betroffene Gleichspannungswandlermodul abgeschaltet und nicht mehr verwendet, bis seine Betriebstemperatur wieder einen zulässigen Wert erreicht hat.
  • In Block C wird der lückende Betrieb der Gleichspannungswandlermodule überwacht. Wenn der gemessene Strom I des jeweiligen Gleichspannungswandlermoduls kleiner ist als ein vorgebbarer Grenzwert, wird darauf erkannt, dass sich das betroffene Gleichspannungswandlermodul im lückenden Betrieb befindet. In einem solchen Fall kann und wird das betroffene Gleichspannungswandlermodul abgeschaltet, wenn der notwendige Strom durch ein weiteres Gleichspannungswandlermodul des Multiphasenwandlers 4 geliefert werden kann.
  • Im Block D wird überwacht, ob ein Gleichspannungswandlermodul aktiviert oder deaktiviert wurde, und ob der Stromfluss durch das betroffene Gleichspannungswandlermodul dies bestätigt. Wird eines der Gleichspannungswandlermodule aktiviert oder deaktiviert, und hat es noch nicht den gewünschten Zustand erreicht, wird dies durch das Modul 15 erfasst. Dazu wird der jeweilige Stromfluss der Gleichspannungswandlermodule erfasst und ein aktueller Mittelwertstrom bestimmt. Ist beispielsweise der Stromfluss noch nicht gleich 0, obwohl das betroffene Gleichspannungswandlermodul abgeschaltet wurde, oder hat der Stromfluss noch nicht den Mittelwertstrom erreicht, obwohl das betroffene Gleichspannungswandlermodul aktiviert wurde, wird auf einen Betriebsfehler erkannt. Das Modul 15 bestimmt in Abhängigkeit der aktuell erfassten Betriebszustände der Gleichspannungswandlermodule und der aktuellen Strombelastung die entsprechenden Soll-Zustände der Module und steuert den Multiphasenwandler 4 entsprechend an.
  • Wenn die Betriebsstrategie ein Aktivieren oder Deaktivieren eines Gleichspannungswandlermoduls nicht über den Reglerkomplex 11 durchführen soll, beispielsweise weil der Reglerkomplex 11 nicht in seinem Verhalten gestört werden soll, wird über die Modulauswahlinstanz 15 die Soll-Vorgabe für das betroffene Gleichspannungswandlermodul umgesetzt. Entsprechend gilt anders herum, dass grundsätzlich das Aktivieren oder Deaktivieren beziehungsweise die Umsetzung der Soll-Vorgabe für das betroffene Gleichspannungswandlermodul auch durch den Reglerkomplex 11 umgesetzt werden kann. Die Soll-Vorgabe wird insbesondere nach einer applizierbaren Zeit oder dynamisch realisiert und insbesondere durch eine Rampe umgesetzt.
  • Neben dem Betriebszustand der Gleichspannungswandlermodule wird außerdem eine Modulstrombelastung beziehungsweise eine individuelle Modulleistung jedem Gleichspannungswandlermodul zugeordnet, wobei dann die Betriebsstrategie entscheidet, ob der aktuell notwendige Strom über ein Gleichspannungswandlermodul oder über mehrere der Gleichspannungswandlermodule gestellt werden soll. So kann eine Soll-Strombelastung auf die Gleichspannungswandlermodule 4_1, 4_2 ... 4_N beispielsweise prozentual verteilt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Multiphasenwandlers (4), der mehrere parallel geschaltete Gleichspannungswandlermodule (4_1, 4_2 ... 4_N) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungswandlermodule (4_1, 4_2 ... 4_N) in Abhängigkeit von ihren aktuellen Betriebszuständen individuell aktiviert oder deaktiviert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungswandlermodule (4_1, 4_2 ... 4_N) in Abhängigkeit von einer gewünschten Soll-Leistung individuell aktiviert oder deaktiviert werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebszustand eine Betriebstemperatur des jeweiligen Gleichspannunsgwandlermoduls (4_1, 4_2 ... 4_N) überwacht wird, und dass bei Überschreiten einer vorgebbaren Grenztemperatur durch die Betriebstemperatur das betroffene Gleichspannungswandlermodul (4_1, 4_2 ... 4_N) deaktiviert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebszustand eine Funktionsfähigkeit des jeweiligen Gleichspannungswandlermoduls (4_1, 4_2 ... 4_N) überwacht wird, wobei bei Erfassen eines Defekts das betroffene Gleichspannungswandlermodul (4_1, 4_2 ... 4_N) deaktiviert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebszustand des jeweiligen Gleichspannungswandlermoduls (4_1, 4_2 ... 4_N) ein aktueller Stromfluss des jeweiligen Gleichspannungswandlermoduls (4_1, 4_2 ... 4_N) gemessen wird, wobei in Abhängigkeit des gemessenen Stromfluss und der gewünschten Soll-Leistung das betroffene Gleichspannungswandlermodul (4_1, 4_2 ... 4_N) deaktiviert oder aktiviert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das betroffene Gleichspannungswandlermodul (4_1, 4_2 ... 4_N) nur dann deaktiviert wird, wenn die gewünschte Soll-Leistung durch die verbleibenden Gleichspannungswandlermodule (4_1, 4_2 ... 4_N) erbringbar ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Stromfluss mit einem Strommittelwert des Multiphasenwandlers (4) verglichen wird, und dass auf einen Defekt des jeweiligen Gleichspannungswandlermoduls (4_1, 4_2 ... 4_N) erkannt wird, wenn der Stromfluss nach einer vorgebbaren Zeitdauer nach Aktivierung des Gleichspannungswandlermoduls (4_1, 4_2 ... 4_N) den Strommittelwert nicht erreicht.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungswandlermodule (4_1, 4_2 ... 4_N) in Abhängigkeit von der Soll-Leistung und ihrem jeweiligen Betriebszustand zum Erbringen einer individuellen Soll-Modulleistung (4_1, 4_2 ... 4_N) angesteuert werden.
  9. Vorrichtung zum Betreiben eines Multiphasenwandlers, der mehrere parallel geschaltete Gleichspannungswandlermodule (4_1, 4_2 ... 4_N) aufweist, gekennzeichnet durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät, dass das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführt.
  10. Elektrisches System (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Hochspannungsabschnitt (2) und einem Niedrigspannungsabschnitt (3), die elektrisch durch einen Gleichspannungswandler miteinander verbunden sind, der als Multiphasenwandler (4) mehrere parallel geschaltete Gleichspannungswandlermodule (4_1, 4_2 ... 4_N) aufweist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach Anspruch 9 zum Betreiben des Gleichspannungswandlers.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019192922A1 (de) * 2018-04-03 2019-10-10 Cpt Group Gmbh Verfahren zur bestimmung einer komponente oder mehrerer komponenten aus einer anzahl an komponenten, die je nach leistungsanforderung parallel betrieben werden können
US10759293B2 (en) 2017-10-06 2020-09-01 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Galvanic isolation in the power electronics system in a charging station or electricity charging station
EP3466749B1 (de) * 2017-10-06 2020-12-09 Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG Einsatz von zwei dc/dc-stellern in der leistungselektronik einer ladestation bzw. stromtankstelle
US10933764B2 (en) 2017-10-06 2021-03-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Converter configuration for an electricity charging station and corresponding electricity charging station

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013104751A1 (de) * 2013-05-08 2014-11-13 Hella Kgaa Hueck & Co. Steuervorrichtung für einen Mehrphasen-Gleichspannungswandler
US10046646B2 (en) * 2013-09-06 2018-08-14 Samsung Sdi Co., Ltd. Power conversion system for electric vehicles

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10759293B2 (en) 2017-10-06 2020-09-01 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Galvanic isolation in the power electronics system in a charging station or electricity charging station
EP3466749B1 (de) * 2017-10-06 2020-12-09 Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG Einsatz von zwei dc/dc-stellern in der leistungselektronik einer ladestation bzw. stromtankstelle
US10933764B2 (en) 2017-10-06 2021-03-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Converter configuration for an electricity charging station and corresponding electricity charging station
US10974612B2 (en) 2017-10-06 2021-04-13 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Use of two DC/DC controllers in the power electronics system of a charging station or electricity charging station
WO2019192922A1 (de) * 2018-04-03 2019-10-10 Cpt Group Gmbh Verfahren zur bestimmung einer komponente oder mehrerer komponenten aus einer anzahl an komponenten, die je nach leistungsanforderung parallel betrieben werden können
CN111903034A (zh) * 2018-04-03 2020-11-06 纬湃科技有限责任公司 从可根据性能要求并行运行的多个组件中确定一个或多个组件的方法
US11300634B2 (en) * 2018-04-03 2022-04-12 Vitesco Technologies GmbH Method for determining a component or multiple components of a number of components which can be driven in a parallel manner according to power requirements

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