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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Fahrzeugtechnik. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Gleichstromwandler für ein Fahrzeug.
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Herkömmliche Gleichstromwandler (DC/DC-Wandler) in Fahrzeugen weisen oft zwei oder drei Anschlussmöglichkeiten auf und werden jeweils für Hybrid-Energiespeicher-Systeme, für Anwendungen zur Leistungsaufteilung oder für Anwendungen mit Brennstoffzellen verwendet.
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Aus der Druckschrift
EP 1 935 694 A1 ist ein Hybridfahrzeug bekannt, das eine Leistungsregelungeinrichtung zum Steuern eines Motors aufweist. Hierbei ist ein erster Inverter mit einem Boost-Wandler verbunden, die parallel zu einem zweiten Inverter geschaltet sind, wobei der erste Inverter eine Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung umwandelt.
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Ferner wird in der Druckschrift
US 7 661 494 B2 ein Energiesystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug beschrieben. Das Energiesystem weist einen ersten Gleichstromwandler und einen zweiten Gleichstromwandler auf. Der erste Gleichstromwandler ist zwischen einer Brennstoffzelle und einer Last installiert, während der zweite Gleichstromwandler zwischen einem Energiespeicher und der Last installiert ist.
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Demnach ergibt sich nachteilig aus den bekannten Anordnungen, dass unterschiedliche Gleichstromwandler eingesetzt werden, um unterschiedliche Aufgaben in einem Fahrzeug zu erfüllen. Es ergibt sich die technische Aufgabe, einen Gleichstromwandler bereitzustellen, der vielseitig einsetzbar ist und unterschiedliche Funktionen in einem Fahrzeug gleichzeitig bereitstellen kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Gleichstromwandler gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Es wird demnach ein Gleichstromwandler mit einer Mehrzahl von Anschlussmöglichkeiten für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Hierbei ist vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Gleichstromwandler mindestens drei interne Gleichstromwandler-Einheiten aufweist und mindestens vier Anschlussmöglichkeiten bereitstellt.
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Ein Gleichstromwandler oder DC/DC-Wandler ist eine Vorrichtung, die Gleichstrom und Gleichspannung wandelt, wobei der Gleichstrom bzw. die Gleichspannung jeweils veränderbar ist und gewandelt wird. An den erfindungsgemäßen Gleichstromwandler mit mindestens vier Anschlussmöglichkeiten, d. h. mit mindestens vier Ausgangsklemmenpaaren, können mindestens vier Komponenten angeschlossen werden. Diese Komponenten können sich innerhalb des Fahrzeugs oder außerhalb des Fahrzeugs befinden. Innerhalb des Fahrzeugs ist beispielsweise eine Batterie oder ein Akkumulator zur Speicherung von elektrischer Energie vorhanden. Außerhalb des Fahrzeugs kann über den erfindungsgemäßen Gleichstromwandler eine Ladestation angeschlossen werden, die das Fahrzeug, als Elektrofahrzeug oder Hybrid-Fahrzeug ausgebildet, mit elektrischer Energie versorgt. Durch die mindestens vier Anschlussmöglichkeiten können die einzelnen Spannungs- und Stromanforderungen der angeschlossenen Komponenten aufeinander abgestimmt werden.
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Ferner kann in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen werden, dass an der ersten Anschlussmöglichkeit ein Inverter, an der zweiten Anschlussmöglichkeit ein Hochvolt-Netzwerk und an der dritten Anschlussmöglichkeit eine Batterie anschließbar ist.
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Eine solche Anschlussvariante wird beispielsweise bei einem Elektrofahrzeug oder einem Hybrid-Elektrofahrzeug benötigt. Der Inverter kann dazu verwendet werden, um einen Elektromotor, beispielsweise zum Antrieb einer Antriebsachse des Fahrzeugs, mit dem erfindungsgemäßen Gleichstromwandler zu verbinden. Das Hochvolt-Netzwerk kann Teil der Energieverteilung im Fahrzeug sein.
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Mit Vorteil kann in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen werden, dass an der vierten Anschlussmöglichkeit eine Ladeeinrichtung anschließbar ist. Diese Ladeeinrichtung kann intern im Fahrzeug installiert sein, kann aber auch eine externe Ladestation für das Fahrzeug zum Nachladen der Energiespeicher sein, beispielsweise mit elektrischer Energie.
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Ferner kann vorteilhafterweise in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen werden, dass an der vierten Anschlussmöglichkeit eine zweite Batterie anschließbar ist. Dies ermöglicht ein redundantes System, das zwei Batterien im Fahrzeug aufweist. Hierbei kann die Reichweite eines Elektrofahrzeugs verbessert werden. Das Betreiben von weiteren Batterien mit einer Anschlussmöglichkeit an dem Gleichstromwandler sind ebenso möglich.
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Vorzugsweise kann in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen werden, dass an der vierten Anschlussmöglichkeit eine Brennstoffzelle anschließbar ist. Demnach kann der Gleichstromwandler auch in einem Fahrzeug mit installierter Brennstoffzelle verwendet werden.
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Ferner kann vorgesehen werden, dass der erfindungsgemäße Gleichstromwandler Teil eines Elektrofahrzeugs (BEV), Teil eines Hybrid-Elektro-Fahrzeugs (HEV), Teil eines Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuges (PHEV) oder Teil eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuges (FCEV) ist.
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Insgesamt können mit dem erfindungsgemäßen Mehrfach-Anschluß-Gleichstromwandler (Multi-Port DC/DC-Wandler) Spannungshöhen angepasst und Vergleiche zwischen den angeschlossenen Komponenten, z. B. Hochspannungs-Komponenten, durchgeführt werden. Demzufolge kann die Spannungshöhe jeder einzelnen Komponente oder angeschlossenen Einheit angepasst und auch optimiert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleichstromwandlers mit Mehrfachanschlüssen weist drei interne Gleichstromwandler-Einheiten (Sub-DC/DC-Wandler) als Unterkomponenten auf, die jeweils dafür sorgen, dass die Spannungshöhen zwischen den einzelnen Komponenten koordiniert werden können. Auf dieses Ausführungsbeispiel wird in den nachfolgenden Figuren näher eingegangen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gleichstromwandlers;
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2 den Gleichstromwandler aus 1 mit drei internen Gleichstromwandler-Einheiten;
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3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Gleichstromwandler;
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Gleichstromwandler; und
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5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Gleichstromwandler.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gleichstromwandlers 10 mit vier Anschlussmöglichkeiten 11, 12, 13, 14. Hierbei sind die Anschlussmöglichkeiten 11, 12, 13, 14 jeweils mit zwei Anschlussklemmen ausgestattet, die über Leitungen aus dem Inneren des Gleichstromwandlers 10 bereitgestellt werden.
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2 zeigt den Gleichstromwandler 10 aus 1 mit weiteren Details, der drei interne Gleichstromwandler-Einheiten 15, 16, 17 aufweist. Jede Gleichstromwandler-Einheit 15, 16, 17 weist jeweils vier Anschlüsse 21, 22, 23, 24; 31, 32, 33, 34; 41, 42, 43, 44 auf. Die Anschlüsse 21, 22, 31, 32, 41, 42 sind miteinander verschaltet und bilden die gemeinsame Anschlussmöglichkeit 11. Hierbei sind die Anschlüsse 21, 31, 41 zu einem ersten Anschlusspunkt der ersten Anschlussmöglichkeit 11 kontaktiert und die Anschlüsse 22, 32, 42 zu einem zweiten Anschlusspunkt der ersten Anschlussmöglichkeit 11 kontaktiert. Ferner bilden die Anschlüsse 23, 24 die zweite Anschlussmöglichkeit 12, wobei der Anschluss 23 ein erster Anschlusspunkt und der Anschluss 24 ein zweiter Anschlusspunkt der Anschlussmöglichkeit 12 bilden. Die Anschlüsse 33, 34 bilden die Anschlussmöglichkeit 13, wobei der Anschluss 33 einen ersten Anschlusspunkt und der Anschluss 34 einen zweiten Anschlusspunkt der Anschlussmöglichkeit 13 bilden. Die Anschlüsse 43, 44 bilden die Anschlussmöglichkeit 14, wobei der Anschluss 43 einen ersten Anschlusspunkt und der Anschluss 44 einen zweiten Anschlusspunkt der Anschlussmöglichkeit 14 bilden. An den Anschlusspunkten können jeweils die Potentiale (Pluspol oder Minuspol bzw. Masse) der verwendeten Gleichspannung angeschlossen werden.
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3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 50 mit einem erfindungsgemäßen Gleichstromwandler. Das Fahrzeug 50 ist in 3 als Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV = Plug-in Hybrid Electro Vehicle) ausgebildet und weist einen Motor 51, ein Getriebe 52 und einen Elektromotor 53 auf, wobei der Elektromotor 53 mit dem Motor 51 und dem Getriebe 52 in Wirkverbindung steht und mindestens eine Achse 58 mit Rädern 59 des Fahrzeugs 50 antreibt. Der installierte Gleichstromwandler 10 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Anschlussmöglichkeiten 11, 12, 13, 14 auf. An der ersten Anschlussmöglichkeit 11 ist ein Inverter 54 angeschlossen, der mit dem Elektromotor 53 in Wirkverbindung steht. Ferner ist an der zweiten Anschlussmöglichkeit 12 des Gleichstromwandlers 10 ein Hochvolt-Netzwerk 55 angeschlossen. An der dritten Anschlussmöglichkeit 13 des Gleichstromwandlers 10 ist eine Batterie 56 und an der vierten Anschlussmöglichkeit 14 des Gleichstromwandlers 10 ist eine Ladeeinrichtung 57 angeschlossen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ausgehend von den Ausführungen der 3 kann anstelle der Ladeeinrichtung 57 an die vierte Anschlussmöglichkeit eine zweite Batterie angeschlossen sein und die erste und oder zweite Batterie zum Aufladen mit einer Ladeeinrichtung verschaltet werden. Eine solche Installation kann angestrebt werden, um ein Hybrid-Batterie-System bereitzustellen.
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4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 50 mit einem erfindungsgemäßen Gleichstromwandler 10. Hierbei kann das Fahrzeug 50 ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug sein (BEV = Battery Electric Vehicle). Hierbei ist der erfindungsgemäße Gleichstromwandler 10 mit vier Anschlussmöglichkeiten 11, 12, 13, 14 ausgebildet. An der ersten Anschlussmöglichkeit 11 ist ein Inverter 54, an der zweiten Anschlussmöglichkeit 12 ein Hochvolt-Netzwerk 55, an der dritten Anschlussmöglichkeit 13 eine Batterie 56 und an der vierten Anschlussmöglichkeit 14 ist eine Ladeeinrichtung 57 angeschlossen. Ferner steht der Inverter 54 über einen Elektromotor 53 mit mindestens einer Achse 58 des Fahrzeugs 10 in Wirkverbindung.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ausgehend von den Ausführungen der 4 kann ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug (FCEV = Fuell Cell Electric Vehicle) mit einem erfindungsgemäßen Gleichstromwandler 10 ausgestattet sein. Hierzu wird, wie in 4 gezeigt, an der ersten Anschlussmöglichkeit 11 ein Inverter 54 angeschlossen, der über einen Elektromotor 53 mit mindestens einer Achse 58 des Fahrzeugs 50 in Wirkverbindung steht. Ferner wird an der zweiten Anschlussmöglichkeit 12 ein Hochvolt-Netzwerk 55 angeschlossen und an der dritten Anschlussmöglichkeit 13 eine Batterie 56 angeschlossen, wie in 4 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der vierten Anschlussmöglichkeit 14 eine Brennstoffzelle angeschlossen. Ferner kann an die Batterie 56, die an der dritten Anschlussmöglichkeit 13 angeschlossen ist, auch noch eine Ladeeinrichtung 57 angeschlossen werden, so dass die Batterie 56 zwischen der dritten Anschlussmöglichkeit 13 und der Ladeeinrichtung 57 installiert ist.
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Auch ist es in einem Ausführungsbeispiel möglich, dass das Hochvolt-Netzwerk 55 der 4 nicht an der zweiten Anschlussmöglichkeit 12 angeschlossen ist, sondern an der Batterie 56, die wiederum an der dritten Anschlussmöglichkeit 13 angeschlossen ist, so dass die Batterie 56 zwischen Hochvolt-Netzwerk 55 und der dritten Anschlussmöglichkeit 13 installiert ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist es dann möglich, dass an der zweiten Anschlussmöglichkeit 12 eine Ladeeinrichtung 57 angeschlossen ist.
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5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 50 mit einem erfindungsgemäßen Gleichstromwandler 10. Das Fahrzeug 50 weist einen Motor 51, ein Getriebe 52, eine Antriebsachse 58 und Räder 59 auf. Ferner weist das Fahrzeug 50 ein Zwei-Maschinen-System (dual machine system) auf mit einem ersten Elektromotor 53 und einem zweiten Elektromotor 63. An der ersten Anschlussmöglichkeit 11 des Gleichstromwandlers 10 ist ein erster Inverter 54 angeschlossen, der wiederum mit dem ersten Elektromotor 53 in Wirkverbindung steht. An der zweiten Anschlussmöglichkeit 12 des Gleichstromwandlers 10 ist ein Hochvolt-Netzwerk 55 und an der dritten Anschlussmöglichkeit 13 ist ein zweiter Inverter 64 angeschlossen. Ferner ist an der vierten Anschlussmöglichkeit 14 eine Batterie 56 angeschlossen, an die wiederum eine Ladeeinrichtung 57 angeschlossen ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel auf der Grundlage der 4 kann zwischen dem Inverter 64 und dem zweiten Elektromotor 63 eine Batterie 56 angeschlossen sein. Die Batterie 56 an der vierten Anschlussmöglichkeit 14 kann dann entfallen, so dass an dieser Anschlussmöglichkeit 14 direkt eine Ladeeinrichtung 57 anschließbar ist. Die weiteren Komponenten an der ersten Anschlussmöglichkeit 11 wie auch an der zweiten Anschlussmöglichkeit 12 bleiben unverändert, wie in 5 gezeigt.
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Für alle Ausführungsbeispiele kann festgehalten werden, dass mindestens vier Anschlussmöglichkeiten an dem erfindungsgemäßen Gleichstromwandler 10 bereitgestellt werden. Der Gleichstromwandler 10 ist ausgebildet, um die angeschlossenen Komponenten mit dem geforderten Gleichstrom und der geforderten Gleichspannung betreiben zu können. Hierdurch kann der Gleichstromwandler 10 für eine Vielzahl von Fahrzeugausführungen verwendet werden, ohne dass eine weitere Anpassung des Gleichstromwandler 10 notwendig ist. Fahrzeugausführungen können beispielsweise sein: ein Elektrofahrzeug (BEV), ein Hybrid-Elektro-Fahrzeug (HEV), ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) oder ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug (FCEV).
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Durch die zentrale Position des Gleichstromwandlers 10 im Fahrzeug 50 wird eine Optimierung von einzelnen angeschlossenen Komponenten wie auch des gesamten Systems ermöglicht. Die Spannungshöhe kann festgelegt werden und jeweils individuell für die einzelnen Komponenten optimiert werden. Ferner können die elektrischen Verbindungen durch den Gleichstromwandler 10 hindurch geführt werden, um eine optimale Koordination zwischen den angeschlossenen Komponenten zu gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gleichstromwandler
- 11
- erste Anschlussmöglichkeit
- 12
- zweite Anschlussmöglichkeit
- 13
- dritte Anschlussmöglichkeit
- 14
- vierte Anschlussmöglichkeit
- 15
- Gleichstromwandler-Einheit
- 16
- Gleichstromwandler-Einheit
- 17
- Gleichstromwandler-Einheit
- 21
- Anschluss
- 22
- Anschluss
- 23
- Anschluss
- 24
- Anschluss
- 31
- Anschluss
- 32
- Anschluss
- 33
- Anschluss
- 34
- Anschluss
- 41
- Anschluss
- 42
- Anschluss
- 43
- Anschluss
- 44
- Anschluss
- 50
- Fahrzeug
- 51
- Motor
- 52
- Getriebe
- 53
- Elektromotor
- 54
- Inverter
- 55
- Hochvolt-Netzwerk
- 56
- Batterie
- 57
- Ladeeinrichtung
- 58
- Achse
- 59
- Rad
- 63
- Elektromotor
- 64
- Inverter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1935694 A1 [0003]
- US 7661494 B2 [0004]
