DE102016006549A1 - Bidirektionale Gleichspannungswandleranordnung - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird eine bidirektionale Gleichspannungswandleranordnung für ein Elektrofahrzeug, welches eine Hochvoltspannungsebene und eine Niedervoltspannungsebene aufweist, wobei die Gleichspannungswandleranordnung eine Reihenschaltung von zwei DC/DC-Wandlern aufweist, von denen der eine DC/DC-Wandler einen serienresonanten Schaltwandler mit einem Transformator aufweist und von denen der andere DC/DC-Wandler einen Buck-Konverter oder Buck-/Boost-Konverter aufweist, wobei der Buck-Konverter oder Buck-/Boost-Konverter zur Verbindung mit der Hochvoltspannungsebene und der serienresonanter Schaltwandler zur Verbindung mit der Niedervoltspannungsebene des Elektrofahrzeugs vorgesehen ist, wobei eine bidirektionale Spitzenstromregelung vorgesehen ist, die durch eine Strommessung an einer Induktivität des Buck-Konverters oder Buck-/Boost-Konverters realisiert ist, und dass die Spitzenstromregelung als Führungsgröße den mit einem Offsetwert modifizierten und dadurch vorzeichenkonstanten Spulenstromwert verwendet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine bidirektionale Gleichspannungswandleranordnung für ein Elektrofahrzeug, welches eine Hochvoltspannungsebene und eine Niedervoltspannungsebene aufweist, wobei die Gleichspannungswandleranordnung eine Reihenschaltung von zwei DC/DC-Wandlern aufweist, von denen der eine DC/DC-Wandler einen serienresonanten Schaltwandler mit einem Transformator aufweist und von denen der andere DC/DC-Wandler einen Buck-Konverter oder Buck-/Boost-Konverter aufweist.
  • Eine derartige Gleichspannungswandleranordnung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2014 016 076 A1 bekannt. Die Gleichspannungswandleranordnung dient dazu, in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, die Spannung einer Hochvoltbatterie auf das Niveau einer Niedervoltbatterie zu transformieren. Darüber hinaus ermöglicht die Schaltung auch einen Energiefluss in umgekehrter Richtung, um etwa die Hochvoltbatterie aus dem Energievorrat einer Niedervoltbatterie aufzuladen. Die in diesem Dokument beschriebene Gleichspannungswandleranordnung weist einen mit der Hochvoltspannungsebene verbundenen, mit fester Taktung betriebenen serienresonanten Schaltwandler auf, der nach außen ein konstantes Übersetzungsverhältnis besitzt, und der an seinem Ausgang eine verhältnismäße geringe Zwischenkreisspannung erzeugt.
  • Da die Spannung der Hochvoltbatterie variieren kann, ist aufgrund des festen Übersetzungsverhältnisses damit auch die Zwischenkreisspannung variabel. Die Zwischenkreisspannung wird durch einen zweiten Gleichspannungswandler, der etwa als ein Buck-/Boost-Konverter ausgeführt ist, mit einer variablen Spannungsübersetzung auf das festliegende Spannungsniveau der Niedervoltbatterie übertragen.
  • Auf der Niedervoltspannungsebene gibt es neben nicht rückspeisefähigen Verbrauchern, wie beispielsweise einer elektrischen Heizung, auch Lasten wie elektrische Maschinen (Motor/Generator), die bei Lastwechseln rückspeisefähig sind. Wenn diese Lastwechsel dynamisch passieren, dann wird in kurzer Zeit eine große Energiemenge zurück übertragen (ΔE = P·Δt). Je größer dabei die Energiemenge ΔE und je kürzer die Zeit Δt ist, desto höher ist auch die Leistung P im Peak.
  • Um solche Dynamikspitzen abzufangen, werden heutzutage große Ausgangskondensatoren auf der Niedervoltspannungsebene verbaut, sogenannte Super- oder Ultracaps. Diese speichern eine Energiemenge ΔE = ½·C·ΔU2 zwischen, was sich an den Klemmen des Ausgangskondensatoren mit der Kapazität C durch einen Spannungsanstieg ΔU bemerkbar macht. Um dabei sowohl die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit als auch den Spannungshub gering zu halten, werden diese Ausgangskondensatoren mit Kapazitäten von mehreren Farad ausgeführt. Das für derartige Kondensatoren erforderliche Bauraumvolumen entspricht ungefähr der Größe eines Schuhkartons. Darüber hinaus sind hochkapazitive Kondensatoren auch recht kostenaufwändig.
  • Es stellt sich die Aufgabe, auf einfache und kostengünstige Weise eine Gleichspannungswandleranordnung zu schaffen, die einen hochdynamischen Wechsel der Energieflussrichtung sowie hochdynamische Stromänderungen ermöglicht, insbesondere um rückspeisefähige Lasten auch ohne großen Pufferkondensator betreiben zu können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst dass der Buck-Konverter oder Buck-/Boost-Konverter zur Verbindung mit der Hochvoltspannungsebene und der serienresonanter Schaltwandler zur Verbindung mit der Niedervoltspannungsebene des Elektrofahrzeugs vorgesehen ist und dass eine bidirektionale Spitzenstromregelung vorgesehen ist, die durch eine Strommessung an einer Induktivität des Buck-Konverters oder Buck-/Boost-Konverters realisiert ist, und dass die Spitzenstromregelung als Führungsgröße den mit einem Offsetwert modifizierten und dadurch vorzeichenkonstanten Spulenstromwert verwendet.
  • Die erfindungsgemäße Gleichspannungswandleranordnung kehrt damit die aus der DE 10 2014 016 076 A1 bekannte Wandlertopologie gewissermaßen um. Die erfindungsgemäße Gleichspannungswandleranordnung hat den Vorteil, dass die Ströme in beiden Wandlern möglichst lange klein gehalten werden können. Da hohe Ströme im Allgemeinen mit thermischen Verlusten verbunden sind, kann so die Verlustleistung insgesamt begrenzt und dadurch ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden.
  • Die Schaltung kommt mit einem verhältnismäßig kleinen kapazitiven Energiespeicher aus, da zur Ansteuerung der Schalter der Gleichspannungswandleranordnung eine Regelung verwendet wird, die eine sehr hohe Dynamik erzielt und auf alle Laständerungen in einem Fahrzeugbordnetz ohne größere Spannungseinbrüche reagieren kann. Die Regelung ermöglicht es so, den Ausgangskondensator klein zu halten. Bei der hier vorgeschlagenen bidirektionalen Gleichspannungswandleranordnung erreicht man zusätzlich eine besonders hohe Dynamik beim Wechsel der Energieflussrichtung.
  • Vorteilhaft ist auch, dass die Verwendung von Ausgangskondensatoren mit kleinen Kapazitäten neben einer Einsparung an Einbauraum im Allgemeinen auch eine deutliche Kosteneinsparung ermöglicht.
  • Zur Übertragung hoher elektrischer Leistung zwischen der Hochvolt- und der Niedervoltspannungsebene ist es vorteilhaft, die Halbleiterschalter der DC/DC-Wandler in Silizium-Carbid- oder Galliumnitrid-Technologie auszuführen.
  • Im Folgenden sollen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden. Es zeigen die
  • 1 eine erfindungsgemäße Gleichspannungswandleranordnung,
  • 2 eine Gleichspannungswandleranordnung nach dem Stand der Technik,
  • 3 den schematischen Aufbau eines serienresonanten Wandlers,
  • 4 eine Skizze zum Aufbau und zur Steuerung eines Buck-Wandlers,
  • 5 eine Darstellung mehrerer Signalverläufe.
  • In allen Figuren sind bekannte elektrotechnische Bauelemente nur schematisch und unter schematischer Darstellung ihrer elektrisch prägenden Bauelemente (insbesondere Wandlerschalter und Induktivitäten) dargestellt. Die 2 zeigt das Blockschaltbild einer Gleichspannungswandleranordnung 10 für ein Kraftfahrzeug nach dem Stand der Technik. Anhand der aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2014 016 076 A1 bekannten Gleichspannungswandleranordnung 10 sei zunächst deren grundsätzliche Funktionsweise erläutert.
  • Die Gleichspannungswandleranordnung 10 weist zwei seriell angeordnete DC/DC-Wandler 12, 11, die jeweils aus mehreren schematisch dargestellten Komponenten bestehen. Der DC/DC-Wandler 12 weist zwei Hochvoltanschlüsse 13 auf, die elektrisch mit einer Hochvoltspannungsebene (nicht im Detail dargestellt), zu der insbesondere die Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs gehören kann, gekoppelt sind. Zwischen den Hochvoltanschlüssen 13 liegt die Hochvoltgleichspannung UHV der Hochvoltspannungsebene an. Zwischen die Hochvoltanschlüsse 13 ist eine Hochvoltkapazität 14 geschaltet. Diese dient der Stabilisierung gegen kurzfristige Spannungsschwankungen und zur Glättung des Eingangsspannungsverlaufs.
  • Der hochvoltseitige DC/DC-Wandler 12 bildet insgesamt einen galvanisch trennenden, serienresonanten Schaltwandler aus. Die beiden Hochvoltanschlüsse 13 sind mit dem Eingang eines zum DC/DC-Wandler 12 gehörenden Hochvolt-DC/AC-Wandler 16 elektrisch gekoppelt. Dieser Hochvolt-DC/AC-Wandler 16 genügt den Anforderungen der Umwandlung der Hochvoltgleichspannung UHV in eine Wechselspannung. Der Hochvolt-DC/AC-Wandler 16 weist ein oder mehrere Hochvoltwandlerschalter 18 auf, durch deren Ansteuerung beziehungsweise Öffnen und Schließen die Umwandlung oder auch Zerhackung und Umpolung der Hochvoltgleichspannung UHV in eine Wechselspannung bewirkt wird.
  • Der Hochvoltwandlerschalter 18 ist hier schematisch als Transistor dargestellt und wird durch eine Ansteuerungsvorrichtung 20 getaktet angesteuert, indem diese etwa, wie hier dargestellt, Ansteuersignale auf das Gate des Transistors legt. Die Ansteuerungsvorrichtung 20 weist ein festes Tastverhältnis auf. Dies bedeutet, dass die Ansteuerungsvorrichtung 20 dafür ausgebildet ist, in vorgegebenen Zeitabständen eine vorgegebene Spannung für eine vorgegebene Zeit an das Gate des Hochvoltwandlerschalters 18 anzulegen. Am Ausgang des Hochvolt-DC/AC-Wandlers 16 wird dadurch eine AC-Rechteckspannung ausgegeben.
  • An den Hochvolt-DC/AC-Wandler 16 schließt sich ein galvanisch trennender Transformator 22 an. Durch den Transformator 22 wird die AC-Rechteckspannung in eine AC-Spannung mit einem niedrigeren Spannungswert umgewandelt. Auf den Transformator 22 folgt ein Niedervolt-AC/DC-Wandler 24, der als Ausgangsspannung die Zwischenkreisspannung UZK an zwei Zwischenkreisanschlüssen 26 ausgibt. Mit den beiden Zwischenkreisanschlüssen 26 ist eine Zwischenkreiskapazität 28 zur Stabilisierung und Glättung verbunden, so dass die Zwischenkreisspannung UZK eine Gleichspannung oder zumindest angenähert eine Gleichspannung ist.
  • Durch die Ansteuerung des Gates des Hochvoltwandlerschalters 18 mit einem festen Tastverhältnis beziehungsweise durch eine feste Tastrate wird in Kombination mit dem Übersetzungsverhältnis des Transformators 22 über den Hochvolt-DC/AC-Wandler 16, den Transformator 22 und den Niedervolt-AC/DC-Wandler 24 ein festes Übersetzungsverhältnis ü = UZK/UHV realisiert. Damit ist das Verhältnis der Zwischenkreisspannung UZK zur Hochvoltgleichspannung UHV fix und alle Änderungen der Hochvoltgleichspannung UHV während des Betriebs, beispielsweise durch Entladung oder durch Änderungen der Belastung der Hochvoltbatterie, führen zu einer entsprechenden Änderung der Zwischenkreisspannung UZK, die dadurch nicht zum Betrieb von elektrischen Geräten, die eine bestimmte feste Spannung benötigen, geeignet ist. Daher ist hinter den Zwischenkreisanschlüssen 26 ein Wandlermodul 32 angeordnet und erst an dieses schließt sich die Niedervoltspannungsebene mit den für eine Niedervoltgleichspannung ULV ausgelegten elektrischen Geräten an.
  • Nach dem Transformieren der Hochvoltgleichspannung UHV, deren Spannungswert bis zu 1500 V betragen kann, mit einem relativ hohen Übersetzungsverhältnis auf die variable Zwischenkreisspannung UZK, die kleiner oder gleich 60 V ist, dient das Wandlermodul 32 zur genauen Anpassung der Zwischenkreisspannung UZK an die benötigte Niedervoltgleichspannung ULV der Niedervoltspannungsebene des Kraftfahrzeugs, der Spannungshöhe ebenfalls kleiner oder gleich 60 V ist. Da die Niedervoltgleichspannung ULV üblicherweise 12 V oder 48 V beträgt, liegt das Verhältnis zwischen Zwischenkreisspannung UZK und Niedervoltgleichspannung ULV üblicherweise im Bereich von 1 bis 5.
  • Aufgrund dieses geringen Übersetzungsverhältnisses kann hier auf die Verwendung eines galvanisch trennenden Transformators verzichtet werden. Beispielsweise kann das Wandlermodul 32 des niedervoltseitigen DC/DC-Wandlers 11 daher in Form eines galvanisch nicht getrennten Abwärts- oder Buck-Wandler ausgeführt sein.
  • Zum Wandlermodul 32 gehört eine Ansteuerungsvorrichtung 36 zum Ansteuern mindestens eines Niedervoltwandlerschalters 34, die ein pulsweitenmoduliertes Signal PWM erzeugt. Damit wird die variable Zwischenkreisspannung UZK in eine konstante Niedervoltgleichspannung ULV umgewandelt, indem die Ansteuerungsvorrichtung 36 die Pulslängen und Pulsabstände für ein passendes Übersetzungsverhältnis des Wandlermoduls 32 vorgibt.
  • An das Wandlermodul 32 schließt sich eine Ausgangskapazität 38 an, die ebenfalls der Spannungsstabilisierung und Spannungsglättung dient, so dass an den Niedervoltanschlüssen 40 die vorgesehene Niedervoltgleichspannung ULV für den Betrieb der Niedervoltspannungsebene bereitgestellt wird.
  • Die Betriebsrichtung der Gleichspannungswandleranordnung 10 ist nicht auf den Vorwärtsbetrieb beschränkt; durch eine geeignete Ansteuerung der DC/DC-Wandler 11, 12 ist auch ein Rückwärtsbetrieb möglich, der elektrische Energie von der Niedervoltspannungsebene auf die Hochvoltspannungsebene überträgt.
  • Wie bereits eingangs erläutert, erfordert eine solche Gleichspannungswandleranordnung 10, zum Abfangen dynamischer Lastwechsel eine relativ große Ausgangskapazität 38, die einen erheblichen Bauraumbedarf aufweisen kann und auch kostenaufwändig ist.
  • Diese Nachteile werden durch die in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Gleichspannungswandleranordnung 100 weitgehend vermieden. Diese ist vorzugsweise ebenfalls für eine Anwendung in einem Elektrofahrzeug vorgesehen, um dort eine bidirektionale Leistungsübertragung zwischen einer Hochvoltspannungsebene und einer Niedervoltspannungsebene zu ermöglichen. Sie erreicht ihre Vorteile gegenüber der zuvor beschriebenen Gleichspannungswandleranordnung 10 vor allem durch eine deutlich abweichende Schaltungstopologie.
  • Die Gleichspannungswandleranordnung 100 besteht ebenfalls aus zwei in Serie geschalteten DC-DC-Wandlern 111, 112, welche grundsätzlich aus gleichen oder ähnlichen Komponenten wie die in die 2 skizzierte bekannte Gleichspannungswandleranordnung 10 bestehen kann. Für die Möglichkeit eines einfachen Vergleiches mit der vorbekannten Ausführung sind funktionell vergleichbare Komponenten in den 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden. Die Bezugszeichen einiger weiterer Komponenten der 1 nehmen Bezug auf die schematischen Darstellungen der DC/DC-Wandler 112, 111 in den 3 und 4, wie auch umgekehrt einige Schaltungsteile in den 3 und 4 mit Bezugszeichen aus den 1 und 2 bezeichnet sind.
  • In der 1 ist mit der Hochvoltgleichspannung UHV einer Hochvoltspannungsebene ein bidirektionaler DC/DC-Wandler 111 verbunden, der die anliegende Hochvoltgleichspannung UHV einer Hochvoltbatterie auf eine konstante Zwischenkreisspannung UZK von etwa 400 V wandelt. Da der Wert der Hochvoltgleichspannung UHV variieren kann, weist der DC/DC-Wandler 111 ein variables Übersetzungsverhältnis auf, was durch eine PWM-Ansteuerung seiner steuerbaren Schalter S1, S2 mit einem jeweils passend vorgegebenen Tastverhältnis beziehungsweise Tastrate erreichbar ist.
  • Besonders vorteilhaft kann der erste DC/DC-Wandler 111 als ein Buck-Konverter, insbesondere mit SiC-Mosfets als Schaltelementen ausgeführt sein. Alternativ kann auch eine Ausführung als Buck-Boost-Wandler vorgesehen werden.
  • Der mit der Niedervoltseite verbundene DC/DC-Wandler 112 ist ein Hochvolt-Niedervoltwandler, der funktionell ähnlich wie der in 2 dargestellte DC/DC-Wandler 12 ausgeführt sein kann. Zur Erzielung einer hohen Dynamik ist es vorteilhaft, als DC/DC-Wandler 112 einen LLC-Konverter vorzusehen, da dieser Wandlertyp von sich aus ohne Änderung der Taktung bidirektional verwendbar ist. Alternativ können aber auch andere Typen von DC/DC-Wandlern eingesetzt werden.
  • Der Vorteil der in der 1 dargestellten seriellen Anordnung der DC/DC-Wandler 111 und 112 besteht darin, dass der Strom in fast der gesamten Gleichspannungswandleranordnung 100 klein gehalten und erst auf der Niedervoltebene durch die Übersetzung durch den Transformator 22 und den AC/DC-Wandler 24 vergrößert wird. Durch kleine Ströme entstehen nur geringe thermische Verluste, was zum Erreichen eines hohen Wirkungsgrads beträgt.
  • Durch den Regler, der die Lastwechsel mit Energierichtungswechsel nicht identifizieren muss, kann der Ausgangskondensator Ca sehr klein ausgeführt werden.
  • In den 3 und 4 ist der Aufbau eines serienresonanten Wandlers 112 und eines Buck-Wandlers 111 schematisch dargestellt.
  • Der in der 3 dargestellte serienresonante Wandler 112 besteht durch die steuerbaren Schalter S3 bis S10 aus zwei vollständigen Schaltbrücken, die über einen Transformator T miteinander gekoppelt sind. Als Energiespeicher sind ein Kondensator Cr und eine Induktivität Lr vorgesehen. Durch eine fest vorgegebene Taktung der Schalter S3 bis S10 ist zwischen der Eingangsspannung Ue2 und der Ausgangsspannung Ua2 ein festes Übersetzungsverhältnis ü = Ua2/Ue2 realisiert, welches bei der in der 1 dargestellten erfindungsgemäßen Gleichspannungswandleranordnung deutlich kleiner als 1 ist.
  • Die 4 zeigt das Aufbauprinzip eines bidirektionalen Buck-Wandlers 111. Der Schalter S1, der üblicherweise als Transistor ausgeführt ist, wird von Ansteuerungsvorrichtung 36 regelmäßig ein- und ausgeschaltet; üblicherweise werden einige hundert bis mehreren Millionen Schaltzyklen je Sekunde durchgeführt. Dadurch wird elektrische Energie von der links angeschlossenen Spannungsquelle mit der Eingangsspannung Ue1 zu einer rechts an die Ausgangsspannung Ua1 anzuschließenden Last transferiert. Die beiden Energiespeicher Spule Lb und Kondensator Cb ermöglichen die Versorgung der Last in den Phasen, in denen der Schalter S1 geöffnet ist. Die Induktivität Lb hält die höhere Eingangsspannung Ue1 von der Last fern. Die Größe der Ausgangsspannung Ua1 kann durch Steuerung der Ein- und Ausschaltzeiten des Schalters S1 vorgegeben werden.
  • Diese Steuerung erfolgt üblicherweise durch eine Ansteuerungsvorrichtung 36 mit einem Regler, um die Ausgangsspannung Ua1 oder den Ausgangsstrom Ia1 auf einem gewünschten Wert zu halten. Durch den zweiten Schalter 52 kann durch Vertauschen des Ein- und Ausgangs der Buck-Wandler 111 statt als Abwärtswandler auch in Gegenrichtung als Aufwärtswandler betrieben werden.
  • Um ein möglichst dynamisches Verhalten der Gleichspannungswandleranordnung 100 in beiden Energieflussrichtungen und besonders während einer Änderung der Energieflussrichtung zu erreichen, ist dem ersten DC/DC-Wandler 111 eine Spitzenstromregelung (PCC, peak current control) zugeordnet. Um diese Spitzenstromregelung bidirektional zu verwenden, wird zu dem an der Induktivität Lb erfassten Spulenstrom IL ein Offsetwert IOffset addiert, so dass sich das Vorzeichen des modifizierten Spulenstroms IL + IOffset über dessen Verlauf nicht ändert. Hierdurch wird ein hochdynamischer Energieflusswechsel ermöglicht, der ohne weitere Messung oder Abfrage einer Bedingung vonstattengeht.
  • Die sich bei der Regelung ergebenden Signalverläufe sind in der 5 dargestellt. Bei dem in der 4 dargestellten DC/DC-Wandler 111 erfasst ein Stromsensor 42 den Spulenstrom IL durch die Induktivität Lb. Ein zur Ansteuervorrichtung 36 gehörender Addierer 44 addiert zu diesem erfassten Spulenstrom IL einen vorberechneten konstanten Offsetwert IOffset und bildet so den modifizierten Spulenstromwert IL+ IOffset. Durch den Vergleich des modifizierten Spulenstromes IL + IOffset mit einem, von einer überlagerten Regelung zur Verfügung gestellten Referenzstromwert IRef wird die Einschaltdauer des DC/DC-Wandlers 111 geregelt und damit der Ausgangsstrom Ia1 dynamisch angepasst.
  • Hierzu gibt ein Stromregler 50 auf der Grundlage der Ausgangsspannung Ua1 des DC/DC-Wandlers 111 und eines Spannungssollwerts USoll, dessen Wert der Spannungshöhe der Niedervoltspannungsebene entspricht, einen Referenzstromwert IRef vor.
  • Ein Rampengenerator 48 erzeugt, ausgehend von diesem Referenzstromwert IRef einen periodisch abfallenden sägezahnförmigen Rampenstrom IRamp, dessen Verlauf in der 5 durch eine strichpunktierte Linie skizziert ist. Ein zur Ansteuervorrichtung 36 gehörender Komparator 46 vergleicht den fallenden Rampenstrom IRamp mit dem ansteigenden modifizierten Spulenstromwert IL + IOffset. Fällt der Wert des Rampenstroms IRamp unter den Wert des modifizierten Spulenstroms IL + IOffset, so ändert sich das Vorzeichen des Komparatorausgangssignals, welches am Gate des Transistors S1 und über den Inverter 52 mit umgekehrtem Vorzeichen auch am Gate des zweiten Transistors S2 anliegt. Die Transistoren S1, S2 werden dadurch beide umgesteuert, so dass der Spulenstrom IL nun solange abfällt bis das Rampenstromsignal IRamp wieder ansteigt. Die zur Ansteuerungsvorrichtung 36 gehörenden Komponenten können dabei sowohl durch Hardware- als auch durch Softwarekomponenten realisiert sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 10, 100
    Gleichspannungswandleranordnung
    11, 111
    DC/DC-Wandler (Buck-Konverter)
    12, 112
    DC/DC-Wandler (serienresonanter Wandler)
    13
    Hochvoltanschlüsse
    14
    Hochvoltkapazität
    16
    Hochvolt-DC/AC-Wandler
    18
    Hochvoltwandlerschalter
    20
    Ansteuerungsvorrichtung
    22
    Transformator
    24
    Niedervolt-AC/DC-Wandler
    26
    Zwischenkreisanschlüsse
    28
    Zwischenkreiskapazität
    30
    Zwischenstromkreis
    32
    Wandlermodul
    34
    Niedervoltwandlerschalter
    36
    Ansteuerungsvorrichtung
    38
    Ausgangskapazität
    40
    Niedervoltanschlüsse
    42
    Stromsensor
    44
    Addierer
    46
    Komparator
    48
    Rampengenerator
    50
    Stromregler
    52
    Inverter
    (16, 22, 24)
    serienresonanter Wandler
    Ca
    Ausgangskondensator
    Cb, Cr
    Kondensatoren (Cb auch Zwischenkreiskapazität)
    IL
    Spulenstrom
    Ia1, Ia2
    Ausgangsströme
    Ie1, Ie2
    Eingangsströme
    IOffset
    Offsetwert
    IL + IOffset
    modifizierter Spulenstrom(wert)
    IRamp
    Rampenstrom(signal)
    IRef
    Referenzstromwert
    Lb, Lr
    Induktivitäten
    UHV
    Hochvoltgleichspannung
    ULV
    Niedervoltgleichspannung
    USoll
    Spannungssollwert
    UZK
    Zwischenkreisspannung
    Ua1, Ua2
    Ausgangsspannungen
    Ue1, Ue2
    Eingangsspannungen
    PWM
    pulsweitenmoduliertes Signal
    S1–S10
    Schalter (Transistoren)
    T
    Transformator
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014016076 A1 [0002, 0008, 0018]

Claims (2)

  1. Bidirektionale Gleichspannungswandleranordnung (10, 100) für ein Elektrofahrzeug, welches eine Hochvoltspannungsebene und eine Niedervoltspannungsebene aufweist, wobei die Gleichspannungswandleranordnung (10, 100) eine Reihenschaltung von zwei DC/DC-Wandlern (11, 12; 111, 112) aufweist, von denen der eine DC/DC-Wandler (12, 112) einen serienresonanten Schaltwandler (16, 22, 24) mit einem Transformator (22) aufweist und von denen der andere DC/DC-Wandler (11, 111) einen Buck-Konverter (12, 32) oder Buck-/Boost-Konverter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Buck-Konverter (32) oder Buck-/Boost-Konverter zur Verbindung mit der Hochvoltspannungsebene und der serienresonanter Schaltwandler (16, 22, 24) zur Verbindung mit der Niedervoltspannungsebene des Elektrofahrzeugs vorgesehen ist und dass eine bidirektionale Spitzenstromregelung vorgesehen ist, die durch eine Strommessung an einer Induktivität (Lb) des Buck-Konverters (32) oder Buck-/Boost-Konverters realisiert ist, und dass die Spitzenstromregelung als Führungsgröße den mit einem Offsetwert (IOffset) modifizierten und dadurch vorzeichenkonstanten Spulenstromwert (IL + IOffset) verwendet.
  2. Bidirektionale Gleichspannungswandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S1 bis S10) der DC/DC-Wandler (111, 112) in Silizium-Carbid- oder Galliumnitrid-Technologie ausgeführte Halbleiterschalter sind.
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