DE102016203062A1

DE102016203062A1 - Converter device and method for operating a converter device

Info

Publication number: DE102016203062A1
Application number: DE102016203062.0A
Authority: DE
Inventors: Joachim Fröschl; Hans-Georg Herzog; Michael Winter
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-08-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wandlervorrichtung (2) mit einer Anzahl von gekoppelten Stromrichtern (4), insbesondere Gleichstromwandlern eines Kraftfahrzeug-Versorgungsnetz (6), mit einer Kopplungsleitung (10), an welche die Stromrichter (4) mit einem jeweiligen Kopplungseingang (12) und mit einem jeweiligen Kopplungsausgang (14) signaltechnisch in einer Reihenschaltung angeschlossen sind, wobei jedem Stromrichter (4) ein von diesem betätigbares erstes Schaltelement (16) der Kopplungsleitung (10) zugeordnet ist, wobei ein die Ist-Leistung eines ersten Stromrichters (4) repräsentierendes Auslastungssignal (A, A‘) über den jeweiligen Koppelausgang (14) in die Kopplungsleitung (10) eingespeist wird, wenn das erste Schaltelement (16) geöffnet ist, und wobei anhand des Auslastungssignals (A, A‘) mindestens ein zweiter Stromrichter (4) aktiviert und dessen erstes Schaltelement (16) geöffnet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine nach diesem Verfahren betreibbare Wandelvorrichtung.The invention relates to a method for operating a converter device (2) having a number of coupled power converters (4), in particular DC converters of a motor vehicle supply network (6), with a coupling line (10) to which the power converters (4) with a respective coupling input (12) and are signal-technically connected in series with a respective coupling output (14), wherein each power converter (4) is associated with an operable by this first switching element (16) of the coupling line (10), wherein the actual power of a first power converter (4) representing load signal (A, A ') via the respective coupling output (14) in the coupling line (10) is fed when the first switching element (16) is open, and wherein based on the load signal (A, A') at least one second power converter (4) is activated and the first switching element (16) is opened. The invention further relates to a convertible device operable by this method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wandlervorrichtung mit einer Anzahl von gekoppelten Stromrichtern, insbesondere Gleichstromwandlern eines Kraftfahrzeug-Versorgungsnetzes. Die Erfindung betrifft weiterhin eine nach einem derartigen Verfahren betriebene oder betreibbare Wandlervorrichtung. The invention relates to a method for operating a converter device having a number of coupled converters, in particular DC converters of a motor vehicle supply network. The invention further relates to a converter device operated or operable in accordance with such a method.

Moderne Kraftfahrzeuge weisen einen zunehmenden elektrischen Leistungsbedarf aufgrund von elektronischen Unterhaltungssystemen sowie anderer Systeme, beispielsweise zur Steigerung des Antriebswirkungsgrads, auf. Das Bord- oder Versorgungsnetz des Kraftfahrzeugs wird typischerweise durch eine Kraftfahrzeugbatterie gespeist, welche eine vergleichsweise ungeregelte Energiequelle darstellt. Für die meisten Anwendungen sind hierbei Wandlervorrichtungen mit mindestens einem Stromrichter und einer Verstärkeranordnung zur Optimierung des Wirkungsgrads vorgesehen. Modern motor vehicles have an increasing electrical power requirement due to electronic entertainment systems as well as other systems, for example to increase the drive efficiency. The on-board or supply network of the motor vehicle is typically powered by a motor vehicle battery, which is a comparatively unregulated energy source. For most applications this converter devices are provided with at least one power converter and an amplifier arrangement for optimizing the efficiency.

Derartige Wandlervorrichtungen wandeln beispielsweise eine 48V-Spannung des Versorgungsnetzes in eine 12V-Betriebsspannung zur Versorgung einer angeschlossenen Last oder eines Verbrauchers. Hierbei sind insbesondere sogenannte „Current Sharing“-Ansätze bekannt, bei welchen die Last auf mehrere Phasen einer Wandlervorrichtung oder auf mehrere Wandler beziehungsweise Stromrichter gleicher Bauart verteilt wird. Einem Wandler beziehungsweise Stromrichter ist hierbei jeweils eine oder mehrere Phasen der Wandlervorrichtung zugeordnet. Such converter devices convert, for example, a 48V supply voltage to a 12V supply voltage to supply a connected load or load. Here, in particular so-called "current sharing" approaches are known in which the load is distributed over several phases of a converter device or on several converters or converters of the same type. In this case, one or more phases of the converter device are assigned to a converter or power converter.

Aus der US 2006/0239046 A1 ist beispielsweise eine Wandlervorrichtung bekannt, bei welcher die elektrischen Ströme der einzelnen Phasen miteinander abgeglichen werden. Hierzu werden die Ströme der Phasen mittels eines Datenbussystems an einen übergeordneten Controller übertragen, der mittels eines Regelungs-Algorithmus die einzelnen Phasen synchronisierend ansteuert. From the US 2006/0239046 A1 For example, a converter device is known in which the electrical currents of the individual phases are matched with one another. For this purpose, the streams of the phases are transmitted by means of a data bus system to a higher-level controller, which controls the individual phases synchronizing by means of a control algorithm.

Die Datenkopplung an den Controller erfolgt typischerweise mittels Datenbussysteme in einer sogenannten Daisy-Chain-Anordnung. Nachteiligerweise weisen derartige Daisy-Chains eine verhältnismäßig langsame Reaktionsgeschwindigkeit auf, da sich beispielsweise Berechnungszeiten und Übertragungszeiten sowie gegebenenfalls Tot- und Latenzzeiten im Betrieb aufsummieren. Dies ist oftmals lediglich durch schnellere und somit kostenintensivere Bussysteme kompensierbar. The data coupling to the controller is typically done by means of data bus systems in a so-called daisy-chain arrangement. Disadvantageously, such daisy chains have a relatively slow reaction rate, since, for example, calculation times and transmission times as well as possibly dead and latency times accumulate during operation. This is often only compensated by faster and thus more expensive bus systems.

Des Weiteren ist bei derartigen leistungsseitigen Daisy-Chain-Bussystemen keine dedizierte Informationsübertragung zwischen den einzelnen Phasen oder Stromrichtern vorhanden. Dadurch werden bei einer Aufteilung der benötigten Leistung auf mehrere Phasen oder Stromrichter innerhalb einer Wandlervorrichtung einzelne (An-)Steuerungen der Stromrichter durch den übergeordneten Controller vernachlässigt. Ferner ist bei einem Ausfall oder einer Degradierung eines einzelnen Stromrichters die Aufteilung der Leistung auf die verbleibenden Stromrichter nicht ohne Weiteres möglich. Furthermore, there is no dedicated information transfer between the individual phases or power converters in such power-side daisy-chain bus systems. As a result, in a distribution of the required power to several phases or converters within a converter device individual (on) controls the power converters are neglected by the parent controller. Further, in case of failure or degradation of a single power converter, the distribution of power to the remaining power converters is not readily possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betreiben einer Wandlervorrichtung mit einer Anzahl von gekoppelten Stromrichtern, insbesondere Gleichstromwandlern eines Kraftfahrzeug-Versorgungsnetzes, anzugeben, welches insbesondere hinsichtlich einer Reaktionsgeschwindigkeit verbessert ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine nach einem derartigen Verfahren betreibbare Wandlervorrichtung anzugeben. The invention has for its object to provide a particularly suitable method for operating a converter device with a number of coupled converters, in particular DC converters of a motor vehicle supply network, which is improved in particular with respect to a reaction rate. The invention is further based on the object of specifying a convertible device operable by such a method.

Bezüglich des Verfahrens zum Betreiben einer Wandlervorrichtung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich einer entsprechenden Wandlervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. With regard to the method for operating a converter device, the object with the features of claim 1 and with respect to a corresponding converter device with the features of claim 5 is achieved according to the invention. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the respective subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft das Betreiben einer Wandlervorrichtung mit einer Anzahl von gekoppelten Stromrichtern, insbesondere Gleichstromwandlern eines Kraftfahrzeug-Versorgungsnetzes. Die Stromrichter sind hierbei vorzugsweise an eine Versorgungsleitung des Versorgungsnetzes nach Art eines Mehrphasenwandlers angeschlossen. Dies bedeutet, dass dem jeweiligen Stromrichter eine einzelne oder mehrere zu- und/oder abschaltbare Phasen zugeordnet ist beziehungsweise sind, die im Betrieb einzeln oder gemeinsam eine angeschlossene Last beziehungsweise einen Verbraucher versorgen. The inventive method relates to the operation of a converter device with a number of coupled converters, in particular DC converters of a motor vehicle supply network. The power converters are in this case preferably connected to a supply line of the supply network in the manner of a multi-phase converter. This means that the respective power converter is or are assigned a single or several phases which can be switched on and / or off, which individually or jointly supply a connected load or a load during operation.

Das Versorgungsnetz ist beispielsweise Teil eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs, oder es ist mit einem Gleichspannungsnetz, einem elektrischen Speicher oder einer mechanischen (zum Beispiel ein Generator) oder ähnlichen Energiequelle des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Die Stromrichter sind vorzugsweise mittels einer Datenbusleitung an einen gemeinsamen, übergeordneten Controller als Leistungs- oder Powermanagement gekoppelt. The supply network is for example part of an electrical system of the motor vehicle, or it is coupled to a DC voltage network, an electrical storage or a mechanical (for example, a generator) or similar energy source of the motor vehicle. The converters are preferably coupled by means of a data bus to a common, higher-level controller as power or power management.

Die Wandlervorrichtung weist eine vorzugsweise geschlossene Kopplungsleitung auf, an welche die Stromrichter mit einem jeweiligen Kopplungseingang und mit einem jeweiligen Kopplungsausgang signaltechnisch in einer Reihenschaltung angeschlossen sind. Hierbei ist jedem Stromrichter ein von diesem betätigbares erstes Schaltelement der Kopplungsleitung zugeordnet. Vorzugsweise sind die Stromrichter somit parallel zu den ersten Schaltelementen verschaltet. Mit anderen Worten ist das jeweilige Schaltelement zwischen dem zugeordneten Kopplungseingang und dem zugeordneten Kopplungsausgang in der Kopplungsleitung angeordnet. The converter device has a preferably closed coupling line, to which the converters are signal-technically connected in series with a respective coupling input and with a respective coupling output. In this case, each converter is assigned an actuatable by this first switching element of the coupling line. Preferably, the Power converter thus connected in parallel to the first switching elements. In other words, the respective switching element between the associated coupling input and the associated coupling output is arranged in the coupling line.

Gemäß dem Verfahren erzeugt ein erster Stromrichter ein seine Ist-Leistung repräsentierendes Auslastungssignal, welches über den jeweiligen Ausgangsanschluss in die Kopplungsleitung eingespeist wird, wenn das erste Schaltelement geöffnet ist. Die Ist-Leistung bezieht sich hierbei insbesondere auf die Leistung oder Auslastung des Stromrichters im Wandelbetrieb, wobei das Auslastungssignal vorzugsweise anhand eines Verhältnisses der Ist-Leistung zu einer vorgegebenen Maximalleistung des Stromrichters erzeugt wird. Das Auslastungssignal wird beispielsweise als ein Analog- oder Digitalsignal in die Kopplungsleitung eingespeist. According to the method, a first power converter generates a load signal representing its actual power, which is fed into the coupling line via the respective output terminal when the first switching element is open. In this case, the actual power relates in particular to the power or utilization of the power converter in the converter mode, wherein the load signal is preferably generated based on a ratio of the actual power to a predetermined maximum power of the power converter. The load signal is input to the coupling line as an analog or digital signal, for example.

Durch die Kopplungsleitung wird das Auslastungssignal zum Koppeleingang mindestens eines nachgeschalteten zweiten Stromrichters geführt. Anhand des Auslastungssignals wird der mindestens eine zweite Stromrichter bedarfsweise aktiviert und dessen zugeordnetes erstes Schaltelement wird geöffnet. Through the coupling line, the load signal is fed to the coupling input of at least one downstream second power converter. Based on the load signal, the at least one second power converter is activated as needed and its associated first switching element is opened.

Durch die Kopplungsleitung ist eine direkte Hardwareverbindung zur Daten- oder Informationsübermittlung der Stromrichter untereinander realisiert, sodass eine besonders schnelle Regelung und Datenübermittlung ermöglicht ist. Die zweiten Stromrichter werden somit automatisch aktiviert oder zugeschaltet, wenn der erste Stromrichter ein entsprechendes Auslastungssignal generiert. Mit anderen Worten erfolgt ein Informationsaustausch über die Auslastung oder Ist-Leistung des ersten Stromrichters mit den in der Reihenschaltung nachfolgenden zweiten Stromrichtern, anhand welcher der mindestens eine zweite Stromrichter aktiviert oder deaktiviert wird. Through the coupling line a direct hardware connection for data or information transmission of the power converters is implemented with each other, so that a particularly fast control and data transmission is possible. The second power converters are thus automatically activated or switched on when the first power converter generates a corresponding load signal. In other words, there is an exchange of information about the utilization or actual power of the first power converter with the subsequent in the series circuit second power converters, based on which the at least one second power converter is activated or deactivated.

Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt dieser Informationsaustausch nicht zeitaufwändig über das übergeordnete Powermanagement, sondern direkt von einem Stromrichter zum nächsten Stromrichter. Dadurch ist die Reaktionszeit beziehungsweise die Reaktionsgeschwindigkeit der Wandlervorrichtung im Wesentlichen gleich der internen Reaktionszeit der einzelnen (zweiten) Stromrichter. Dadurch ist eine besonders schnelle Reaktionsgeschwindigkeit der Wandlervorrichtung auf einen Ausfall oder eine Degradation eines einzelnen Stromrichters realisiert. Des Weiteren ist durch die Kopplungsleitung ein redundant zur Datenbusleitung ausgeführter Wirkungspfad der Wandelvorrichtung bereitgestellt. In contrast to the prior art, this information exchange is not time-consuming via the higher-level power management, but directly from one power converter to the next power converter. As a result, the reaction time or the reaction speed of the converter device is substantially equal to the internal reaction time of the individual (second) power converters. As a result, a particularly fast reaction speed of the converter device to a failure or degradation of a single power converter is realized. Furthermore, a path of action of the conversion device that is implemented redundantly to the data bus line is provided by the coupling line.

Unter einem Stromrichter ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein sogenannter „Power Converter“ zur Umwandlung einer eingespeisten Strom- oder Spannungsart in eine jeweils andere zu verstehen. Vorzugsweise sind die Stromrichter als Wandler, insbesondere als Gleichspannungs- und/oder Gleichstromwandler (DC-DC-Converter) ausgeführt und funktionsgemäß an ein Gleichspannungsnetz als Versorgungsnetz angeschlossen. Die Stromrichter sind hierbei vorzugsweise eingangsseitig zwischen einem Pluspfad und einem Minuspfad des Versorgungsnetzes zueinander parallel geschaltet. Under a power converter is in this context, in particular a so-called "power converter" for converting an injected current or voltage in one another to understand. Preferably, the power converters are designed as converters, in particular as DC and / or DC converters (DC-DC converter) and functionally connected to a DC power supply network. In this case, the power converters are preferably connected in parallel to one another on the input side between a positive path and a negative path of the supply network.

Das Versorgungsnetz ist beispielsweise aus einer Kraftfahrzeug-Batterie gespeist, wobei die angeschlossenen Stromrichter im Betrieb die Versorgungsspannung in eine Betriebsspannung für eine angeschlossene Last wandeln. Mit anderen Worten ist das Versorgungsnetz vorzugsweise auf eine 12V- oder eine 48V-Versorgung der Last ausgelegt, wie sie in Bordnetzen von Kraftfahrzeugen üblich ist. The supply network is fed, for example, from a motor vehicle battery, the connected power converters convert the supply voltage into an operating voltage for a connected load during operation. In other words, the supply network is preferably designed for a 12V or a 48V supply of the load, as is customary in automotive on-board systems.

Die Leistungsregelung der Wandlervorrichtung erfolgt somit im Wesentlichen auf einer Ebene der Stromrichter. Der übergeordnete Controller beziehungsweise das übergeordnete Leistungs- oder Powermanagement wird hingegen beispielsweise zur gesteuerten Degradierung eines Stromrichters eingesetzt. Dies bedeutet, dass im Betrieb beispielsweise eine Leistungsbegrenzung eines Stromrichters gesteuert wird. Diese Steuerung erfolgt insbesondere anhand einer Betriebsstundenüberwachung und/oder unter einer Rücksichtnahme einer Einbausituation der Wandlervorrichtung oder eines Stromrichters. Dies bedeutet, dass die räumliche Nähe der Wandlervorrichtung oder eines Stromrichters zu der angeschlossenen Last, insbesondere hinsichtlich einer im Betrieb auftretenden Wärmeentwicklung, berücksichtigt wird. The power control of the converter device thus takes place essentially at a level of the power converters. The higher-level controller or the higher-level power or power management, however, is used, for example, for the controlled degradation of a power converter. This means that in operation, for example, a power limitation of a power converter is controlled. This control takes place in particular on the basis of an operating hours monitoring and / or under consideration of an installation situation of the converter device or of a power converter. This means that the spatial proximity of the converter device or a power converter to the connected load, in particular with regard to a heat development occurring during operation, is taken into account.

In einer geeigneten Weiterbildung wird das Auslastungssignal vom zweiten Stromrichter mit dem hinterlegten ersten Schwellwert verglichen. Anhand des Vergleichs wird der zweite Stromrichter aktiviert und dessen erstes Schaltelement geöffnet, wenn das Auslastungssignal den ersten Schwellwert überschreitet. In a suitable development, the utilization signal from the second power converter is compared with the stored first threshold value. Based on the comparison of the second power converter is activated and the first switching element is opened when the load signal exceeds the first threshold.

Vorzugsweise erzeugt ein aktivierter zweiter Stromrichter in der Folge ein seine Ist-Leistung repräsentierendes Auslastungssignal, welches in die Kopplungsleitung eingespeist wird. Dies bedeutet, dass ein aktivierter zweiter Stromrichter als ein erster Stromrichter für die an der Kopplungsleitung nachgeschalteten zweiten Stromrichter wirkt. Mit anderen Worten wird das jeweilige Auslastungssignal von dem jeweiligen Stromrichter insbesondere an den jeweils benachbarten Stromrichter versendet. Jeder Stromrichter empfängt somit im Wesentlichen das Auslastungssignal des in der Kopplungsleitung vorher geschalteten Stromrichters. Dadurch werden ausgehend vom ersten Stromrichter die zweiten Stromrichter entlang der Kopplungsleitung kaskadierend zugeschaltet oder aktiviert, wenn oder sobald die benötigte Leistung für eine angeschlossene Last nicht ausreichend mittels der bereits aktivierten Stromrichter bereitgestellt werden kann. Preferably, an activated second power converter generates in the sequence a utilization signal representing its actual power, which is fed into the coupling line. This means that an activated second power converter acts as a first power converter for the second power converter connected downstream of the coupling line. In other words, the respective utilization signal is sent by the respective power converter in particular to the respectively adjacent power converter. Each power converter thus receives substantially the load signal of the in the Coupling line previously connected converter. As a result, starting from the first power converter, the second power converters are cascaded or activated along the coupling line when or as soon as the required power for a connected load can not be sufficiently provided by means of the already activated power converters.

Der erste Schwellwert kann hierbei für alle Stromrichter identisch sein, oder aber für jeden Stromrichter individuell gewählt, vorgegeben oder eingestellt werden. Der erste Schwellwert wird vorzugsweise in einem internen Speicher der Stromrichter hinterlegt, sodass im Betrieb keine zusätzliche, zeitaufwändige, Datenübermittlung von den Stromrichtern zum Powermanagement erfolgt. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass das Powermanagement den ersten Schwellwert anhand von Sensorsystemen, der Betriebsstundenüberwachung oder der Einbausituation der Stromrichter bestimmt, und einzeln an die Stromrichter versendet. The first threshold value can be identical for all power converters, or individually selected, preset or set for each power converter. The first threshold value is preferably stored in an internal memory of the power converter, so that no additional, time-consuming, data transmission from the power converters for power management takes place during operation. In this case, it is conceivable, for example, for the power management to determine the first threshold using sensor systems, the operating hours monitoring or the installation situation of the power converters, and to send them individually to the power converters.

In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Auslastungssignal von einem aktivierten zweiten Stromrichter mit einem jeweiligen zweiten Schwellwert verglichen wird. Unterschreitet das Auslastungssignal den zweiten Schwellwert, so wird das zugeordnete erste Schaltelement geschlossen und der zweite Stromrichter deaktiviert. Unter Deaktivieren ist hierbei insbesondere ein Beenden der Wandlung des zweiten Stromrichters zu verstehen. Vorzugsweise wird der zweite Stromrichter hierbei in einen Standby-Modus umgeschaltet, wobei der zweite Stromrichter das an seinem Koppeleingang eingespeiste Auslastungssignal des ersten Stromrichters überwacht und bei einem Überschreiten des ersten Schwellwertes erneut aktiviert wird. In an advantageous embodiment of the method it is provided that the utilization signal is compared by an activated second power converter with a respective second threshold value. If the utilization signal falls below the second threshold value, then the associated first switching element is closed and the second power converter is deactivated. Deactivation is to be understood here in particular as termination of the conversion of the second power converter. In this case, the second power converter is preferably switched to a standby mode, the second power converter monitoring the load signal of the first power converter fed in at its coupling input and reactivating it when the first threshold value is exceeded.

Der zweite Schwellwert weist hierbei zweckdienlicherweise einen geringeren Wert als der erste Schwellwert auf. Dadurch ist ein automatisches Abschalten oder Deaktivieren der Stromrichter ermöglicht, wenn die benötigte Leistung für das Betreiben der Last reduziert wird. Durch den ersten und zweiten Schwellwert erfolgt das Zu- und Abschalten der Stromrichter somit mit einer Hysterese, wobei die Schwellwerte hierbei vorzugsweise mit Hinsicht auf die jeweilige Regelreserve gewählt sind. The second threshold value expediently has a lower value than the first threshold value. This allows automatic shutdown or deactivation of the power converters when the required power for operating the load is reduced. By the first and second threshold value, the switching on and off of the power converters thus takes place with a hysteresis, wherein the threshold values are preferably selected with regard to the respective control reserve.

Ein weiterer oder zusätzlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der zweite Schwellwert anhand des Auslastungssignals des aktivierten zweiten Stromrichters bestimmt wird. Dies bedeutet, dass der aktivierte Stromrichter mit einer internen Regelung ausgestattet ist, welche die (Ist-)Leistung des aktiven zweiten Stromrichters anhand eines Vergleichs der Auslastung der vorgeschalteten (ersten und/oder zweiten) Stromrichter steuert. Mit anderen Worten vergleicht der aktivierte zweite Stromrichter die Auslastung des vorgeschalteten ersten (oder zweiten) Stromrichters mit seiner eigenen Auslastung. Wird der zweite Schwellwert von der Auslastung des zweiten Stromrichters unterschritten, so schaltet sich der zweite Stromrichter ab. Dies bedeutet, dass vorzugsweise der in der Reihenschaltung als letztes zugeschaltete zweite Stromrichter zuerst deaktiviert oder abgeschaltet wird, also im Vergleich zum Aktivieren oder Zuschalten eine kaskadierende Abschaltung in Gegenrichtung erfolgt. A further or additional aspect of the method according to the invention provides that the second threshold value is determined on the basis of the load signal of the activated second power converter. This means that the activated power converter is equipped with an internal control which controls the (actual) power of the active second power converter on the basis of a comparison of the load of the upstream (first and / or second) power converters. In other words, the activated second power converter compares the utilization of the upstream first (or second) power converter with its own utilization. If the second threshold value falls below the utilization of the second power converter, the second power converter switches off. This means that preferably the second power converter connected last in the series circuit is first deactivated or switched off, that is to say a cascading shutdown in the opposite direction takes place in comparison to activation or connection.

Durch die dynamische Anpassung des zweiten Schwellwerts seitens des Stromrichters werden die Wirkungsgradabhängigkeiten der einzelnen Stromrichter berücksichtigt, sodass im Betrieb alle Stromrichter der Wandelvorrichtung als Gesamtsystem einen möglichst hohen Gesamtwirkungsgrad aufweisen. Due to the dynamic adaptation of the second threshold value by the power converter, the efficiency dependencies of the individual power converters are taken into account, so that in operation all power converters of the conversion device as a whole system have the highest possible overall efficiency.

Der Wirkungsgrad oder die Ist-Leistung und/oder die Maximalleistung des jeweiligen Stromrichters sind während des Betriebs gewissen Schwankungen ausgesetzt. Insbesondere treten im Betrieb autonome Degradierungen der Stromrichter aufgrund von Temperaturänderungen, beispielsweise aufgrund einer Verlustleistung der Wandelvorrichtung beziehungsweise des jeweiligen Stromrichters und/oder der Verlustleistung der angeschlossenen Last, auf. Durch das Verfahren werden somit während des Betriebs die Schwankungen im Gesamtwirkungsgrad unterdrückt oder vollständig vermieden. The efficiency or the actual power and / or the maximum power of the respective power converter are exposed to certain fluctuations during operation. In particular, during operation autonomous degradation of the power converters occurs due to temperature changes, for example due to a power loss of the conversion device or the respective power converter and / or the power loss of the connected load. By the method, the fluctuations in the overall efficiency are thus suppressed or completely avoided during operation.

In einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform ist es beispielsweise vorgesehen, dass durch das Powermanagement eine Abschaltpriorität der Stromrichter festgelegt wird. Dies bedeutet, dass das Powermanagement eine gezielte Abschaltung der einzelnen Stromrichter ermöglicht. Diese Priorität oder Steuerung ist bevorzugterweise dynamisch einstellbar. Die Verteilung der Leistung auf die Stromrichter ist somit vorzugsweise im Hinblick auf die erwartete Betriebs- oder Lebensdauer der Stromrichter gesteuert. Ein Stromrichter der beispielsweise eine vergleichsweise hohe Betriebsstundenzahl aufweist wird somit vorzugsweise öfters deaktiviert, wobei in der Folge die verbleibenden aktiven Stromrichter, mit einer vergleichsweise geringeren Betriebsstundenzahl, die Wandlung übernehmen. Dadurch wird eine möglichst gleichmäßige Alterung aller Stromrichter sichergestellt, wodurch ein vorzeitiger Ausfall eines einzelnen Stromrichters bestmöglich vermieden wird. In an additional or alternative embodiment, it is provided, for example, that a shutdown priority of the power converters is determined by the power management. This means that the power management allows a targeted shutdown of the individual power converters. This priority or control is preferably dynamically adjustable. The distribution of the power to the power converters is thus preferably controlled with regard to the expected operating life of the power converters. A power converter which, for example, has a comparatively high number of operating hours is thus preferably deactivated more frequently, with the result that the remaining active power converters, with a comparatively lower number of operating hours, undertake the conversion. This ensures the most uniform possible aging of all power converters, whereby a premature failure of a single power converter is best avoided.

Bei der erfindungsgemäßen Wandlervorrichtung ist vorgesehen, dass jeder Stromrichter einen internen beziehungsweise integrierten Controller als Steuer- oder Regeleinheit aufweist. Die integrierten Controller der Wandlervorrichtung sind hierbei allgemein – programm- und/oder schaltungstechnisch – zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens eingerichtet. Dadurch ist eine besonders kostengünstige Integrationslösung für das Verfahren realisiert. In the case of the converter device according to the invention, it is provided that each converter has an internal or integrated controller as a control or regulation unit. The integrated controllers of the converter device are here in general - program and / or circuit technology - to carry out the above-described Set up procedure. As a result, a particularly cost-effective integration solution for the process is realized.

Die internen Controller sind zumindest im Kern durch jeweils einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des Verfahrens in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, so dass das Verfahren – gegebenenfalls in Interaktion mit einem Benutzer und/oder dem Powermanagement – bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Mikrocontroller automatisch durchgeführt wird. The internal controllers are formed at least in the core by a respective microcontroller with a processor and a data memory in which the functionality for implementing the method in the form of operating software (firmware) is implemented by programming, so that the method - optionally interacting with a user and / or the power management - is performed automatically when running the operating software in the microcontroller.

Die internen Controller sind in einer möglichen Ausführungsform im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch programmierbare elektronische Bauteile, zum Beispiel einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist. The internal controllers are in one possible embodiment within the scope of the invention alternatively but also formed by programmable electronic components, for example, an application-specific integrated circuit (ASIC), in which the functionality for carrying out the method according to the invention is implemented by circuitry means.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren weist die Wandelvorrichtung eine Redundanz aufgrund der Leistungsverteilung auf mehrere Stromrichter auf. Dies ermöglicht die Nutzung der thermischen Reserve der einzelnen Stromrichter, sowie eine Erhöhung der Lebensdauer. Des Weiteren verringern sich die Herstellungskosten der Wandelvorrichtung, da aufgrund der automatischen Leistungsverteilung vergleichsweise leistungsschwache und kostengünstige Stromrichter einsetzbar sind. Fällt ein einzelner Stromrichter aus, oder wird dessen Leistung degradiert, so ist dies im Betrieb problemlos durch die anderen Stromrichter kompensierbar. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einem Einsatz der Wandelvorrichtung in einem Heißland, in welchem aufgrund der vergleichsweise hohen Umgebungstemperatur einzelne Stromrichter erfahrungsgemäß vergleichsweise häufig ausfallen oder degradieren. Due to the inventive method, the conversion device has a redundancy due to the power distribution to a plurality of power converters. This allows the use of the thermal reserve of the individual power converters, as well as an increase in the service life. Furthermore, the manufacturing costs of the conversion device decrease, since due to the automatic power distribution comparatively low-power and low-cost power converters can be used. If a single power converter fails, or if its power is degraded, this can easily be compensated by the other power converters during operation. This is particularly advantageous when using the conversion device in a hotland, in which, due to the comparatively high ambient temperature, individual power converters experience relatively frequent failure or degradation.

In einer denkbaren Ausgestaltung ist der Controller des Stromrichters mittels eines Steueranschlusses an das zugeordnete erste Schaltelement gekoppelt. Das erste Schaltelement ist hierbei insbesondere ein Halbleiterschaltelement, beispielsweise ein Transistor, sodass das erste Schaltelement problemlos mittels des Controllers betätigbar ist. In one conceivable embodiment, the controller of the power converter is coupled by means of a control terminal to the associated first switching element. In this case, the first switching element is in particular a semiconductor switching element, for example a transistor, so that the first switching element can be actuated easily by means of the controller.

In einer bevorzugten Ausbildung ist zwischen dem Kopplungsausgang des jeweiligen Stromrichters und der Kopplungsleitung jeweils ein durch den Stromrichter, insbesondere durch den Controller, betätigbares zweites Schaltelement verschaltet. Das zweite Schaltelement ist hierbei Teil eines Spannungsteilers, wobei das zweite Schaltelement in einer bevorzugten Ausführung an den Koppelausgang des Stromrichters angeschlossen ist. In a preferred embodiment, in each case a second switching element which can be actuated by the power converter, in particular by the controller, is connected between the coupling output of the respective power converter and the coupling line. The second switching element is in this case part of a voltage divider, wherein the second switching element is connected in a preferred embodiment to the coupling output of the power converter.

Dadurch ist das Auslastungssignal durch eine einfache Schaltung mit dem Spannungsteiler generierbar. As a result, the load signal can be generated by a simple circuit with the voltage divider.

Der Spannungsteiler weist in einer geeigneten Ausbildungsform insbesondere zwei Widerstände auf, wobei ein erster Widerstand gegen Masse einerseits und die Kopplungsleitung andererseits sowie ein zweiter Widerstand gegen eine Spannungsquelle einerseits und die Kopplungsleitung andererseits verschaltet ist. Das zweite Schaltelement ist hierbei geeigneterweise zwischen der Kopplungsleitung und dem zweiten Widerstand angeordnet. Als Spannungsquelle ist beispielsweise die vom Stromrichter generierte Betriebsspannung vorgesehen, das bedeutet, dass der Spannungsteiler ausgangsseitig an den Stromrichter angebunden ist. Dadurch ist die Amplitude des Auslastungssignals durch ein Schalten des zweiten Schaltelements einstellbar. The voltage divider has in a suitable embodiment in particular two resistors, wherein a first resistor to ground on the one hand and the coupling line on the other hand and a second resistor to a voltage source on the one hand and the coupling line on the other is connected. The second switching element is suitably arranged between the coupling line and the second resistor. As a voltage source, for example, the operating voltage generated by the converter is provided, which means that the voltage divider is connected to the output side of the converter. Thereby, the amplitude of the load signal is adjustable by switching the second switching element.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Auslastungssignal hierbei insbesondere mittels einer Pulsweitenmodulation (PWM) generiert. Mit anderen Worten wird das zweite Schaltelement vorzugsweise mittels eines PWM-Treibers angesteuert, sodass das Auslastungssignal digital durch den Spannungsteiler generiert wird. Die Information über die Auslastung des Stromrichters ist somit in dem Pulsweitenverhältnis beziehungsweise dem Tastgrad des Auslastungssignals kodiert. Dadurch ist eine besonders einfache und zweckmäßige Datenübertragung für die Koppelleitung realisiert. In a particularly advantageous embodiment, the utilization signal is in this case generated in particular by means of a pulse width modulation (PWM). In other words, the second switching element is preferably driven by means of a PWM driver so that the load signal is generated digitally by the voltage divider. The information about the load of the power converter is thus coded in the pulse width ratio or the duty cycle of the load signal. As a result, a particularly simple and convenient data transmission for the coupling line is realized.

Die erfindungsgemäße Wandelvorrichtung beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren sind allgemein unabhängig von der Topologie oder Bauweise der Stromrichter und sind prinzipiell auch für einen Wechselstrombetrieb geeignet. In einer bevorzugten Anwendung sind die Stromrichter beziehungsweise die Gleichspannungswandler jedoch insbesondere als Abwärtswandler beziehungsweise Tiefsetzsteller ausgeführt. Vorzugsweise wird hierbei eine 48V-Versorgungsspannung auf eine 12V-Betriebsspannung beispielsweise zur Versorgung eines Lüftermotors als Last gewandelt. The inventive conversion device or the method according to the invention are generally independent of the topology or design of the power converters and are in principle also suitable for AC operation. In a preferred application, however, the power converters or the DC-DC converters are designed in particular as a down converter or step-down converter. Preferably, in this case, a 48V supply voltage is converted to a 12V operating voltage, for example, to supply a fan motor as a load.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 in einer schematischen Blockdarstellung eine Wandlervorrichtung mit drei Stromrichtern, die an ein Versorgungsnetz eines Kraftfahrzeugs angeschlossen sind, 1 in a schematic block diagram, a converter device with three power converters, which are connected to a supply network of a motor vehicle,

2 in einer schematischen Blockdarstellung die Wandlervorrichtung mit einer geschlossenen Koppelleitung, die die Stromrichter signaltechnisch untereinander koppelt, und 2 in a schematic block diagram, the converter device with a closed coupling line, the signal converter links the converters, and

3 in einer schematischen Blockdarstellung eine alternative Ausgestaltung der Wandlervorrichtung. 3 in a schematic block diagram, an alternative embodiment of the converter device.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.

Die 1 zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau einer Wandelvorrichtung 2 als Mehrphasenwandler mit drei gekoppelten Stromrichtern (power converter) 4. Die Stromrichter 4 sind mit jeweils einer (oder mehreren) zugeordneten Phase(n) eingangsseitig an ein Kraftfahrzeug-Versorgungsnetz 6 parallel zueinander angeschlossen. Das Kraftfahrzeug-Versorgungsnetz 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere ein 48V-Bordnetz eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Bordnetz 6 wird mit einer Gleichspannung, insbesondere einer Versorgungsspannung Vin einer nicht näher dargestellten Energiequelle des Kraftfahrzeugs gespeist. Die Stromrichter 4 sind hierbei eingangsseitig zwischen einem Pluspfad 6a und einem Minuspfad 6b des Bordnetzes 6 verschaltet. The 1 schematically shows the basic structure of a conversion device 2 as a multi-phase converter with three coupled power converters (power converter) 4 , The power converters 4 are each with one (or more) associated phase (s) on the input side to a motor vehicle supply network 6 connected in parallel. The motor vehicle supply network 6 is in this embodiment, in particular a 48V electrical system of a motor vehicle, not shown. The electrical system 6 is fed with a DC voltage, in particular a supply voltage Vin of a not shown power source of the motor vehicle. The power converters 4 are here on the input side between a plus path 6a and a minus path 6b of the electrical system 6 connected.

Die Stromrichter 4 sind als Gleichspannungswandler, insbesondere als Tiefsetzsteller beziehungsweise Abwärtswandler ausgeführt, welche im Betrieb die 48V-Gleichspannung der Versorgungsspannung Vin des Bordnetzes 6 in eine 12V-Gleichspannung als Betriebsspannung Vout für eine Last oder einen Verbraucher wandeln. Der Verbraucher ist beispielsweise eine Klimaanlage oder ein System zur Erhöhung des Antriebswirkungsgrades des Kraftfahrzeugs. The power converters 4 are designed as a DC-DC converter, in particular as buck converter or buck converter, which in operation, the 48V DC voltage of the supply voltage Vin of the electrical system 6 into a 12V DC voltage as the operating voltage Vout for a load or a consumer convert. The consumer is, for example, an air conditioner or a system for increasing the drive efficiency of the motor vehicle.

Zur Steuerung und Regelung weisen die Stromrichter 4 eine übergeordnete Steuereinheit oder Controller als Powermanagement 8 auf. Das Powermanagement 8 ist in nicht näher dargestellter Weise mittels einer Busleitung mit den einzelnen Stromrichtern 4 gekoppelt, wobei die Stromrichter 4 beispielsweise nach Art einer Daisy-Chain an die Busleitung angeschlossen sind. Im Betrieb überwacht das Powermanagement 8 die Gesamtleistung der Wandelvorrichtung 2 und steuert die einzelnen Stromrichter 4 insbesondere im Zuge einer Betriebsstundenüberwachung. For control and regulation have the power converters 4 a higher-level control unit or controller as power management 8th on. The power management 8th is in a manner not shown by means of a bus line with the individual power converters 4 coupled, the power converters 4 for example, connected to the bus line in the manner of a daisy chain. In operation, the power management monitors 8th the overall performance of the conversion device 2 and controls the individual power converters 4 especially in the course of an operating hours monitoring.

Wie insbesondere in 2 ersichtlich ist, sind die Stromrichter 4 weiterhin an eine gemeinsame Kopplungsleitung 10 angeschlossen. Die Kopplungsleitung 10 ist im Wesentlichen geschlossen, das bedeutet, dass ein strichliniert dargestellter Rücklauf oder Rückschluss 10a vorgesehen ist, der hinter dem dritten Stromrichter 4 zum ersten Stromrichter 4 geführt ist. Zum Anschluss an die Kopplungsleitung 10 weist jeder Stromrichter 4 einen Kopplungseingang 12 und einen Kopplungsausgang 14 auf, mit welchen die Stromrichter 4 entlang der Kopplungsleitung 10 in einer Reihenschaltung angeschlossen sind. Jedem Stromrichter 4 ist hierbei ein von diesem betätigbares Schaltelement 16 der Kopplungsleitung 10 zugeordnet, welches den jeweils angeschlossenen Stromrichter 4 parallel geschaltet ist. As in particular in 2 is apparent, are the power converters 4 continue to a common coupling line 10 connected. The coupling line 10 is essentially closed, that is, a dashed line return or inference 10a is provided behind the third power converter 4 to the first power converter 4 is guided. For connection to the coupling line 10 points each power converter 4 a coupling input 12 and a coupling output 14 on, with which the power converters 4 along the coupling line 10 are connected in a series connection. Each power converter 4 Here is an operable by this switching element 16 the coupling line 10 assigned, which the respective connected power converter 4 is connected in parallel.

Der Kopplungseingang 12 sowie der Kopplungsausgang 14 sind jeweils an einen in den jeweiligen Stromrichter 4 integrierten Controller 18 geführt. Der Controller 18 ist weiterhin mittels eines Steuerausgangs 20 an das insbesondere als ein Halbleiterschalter ausgeführte Schaltelement 16 des jeweiligen Stromrichters 4 geführt. Des Weiteren ist der Controller 18 signaltechnisch an das Powermanagement 8 angebunden. Zum Zwecke einer Betätigung des Schaltelements 16 wird von dem Controller 18 über den Steuerausgangs oder Steueranschluss 20 ein als Pfeil dargestelltes Steuersignal an einen Steuereingang des Schaltelements 16 versendet. The coupling input 12 as well as the coupling output 14 are each to one in the respective power converter 4 integrated controller 18 guided. The controller 18 is still via a control output 20 to the particular designed as a semiconductor switch switching element 16 of the respective power converter 4 guided. Furthermore, the controller 18 Signaling to the power management 8th tethered. For the purpose of actuating the switching element 16 is from the controller 18 via the control output or control connection 20 a control signal shown as an arrow to a control input of the switching element 16 sent.

Im Betrieb überwacht der Controller 18 sowohl die eingangsseitige Versorgungsspannung Vin als auch die ausgangsseitige Betriebsspannung Vout des jeweiligen Stromrichters 4. Die Spannungen Vin und Vout werden hierbei mit hinterlegten Schwellwerten als Spannungsgrenzen verglichen, wobei anhand eines Vergleichs eine Regelung oder Degradierung der bereitgestellten Ist-Leistung des jeweiligen Stromrichters 4 durch den Controller 18 erfolgt. Zu diesem Zwecke ist es beispielsweise ebenso denkbar, dass der Controller 18 ein Strom- oder Leistungssignal am Eingang und Ausgang des Stromrichters 4 erfasst und mit entsprechenden Schwellwerten vergleicht. Im Betrieb übermittelt der Controller 18 die Betriebsdaten des Stromrichters 4 an das Powermanagement 8. During operation, the controller monitors 18 both the input-side supply voltage Vin and the output-side operating voltage Vout of the respective power converter 4 , In this case, the voltages Vin and Vout are compared with stored threshold values as voltage limits, whereby, based on a comparison, a regulation or degradation of the actual power provided by the respective power converter 4 through the controller 18 he follows. For this purpose, for example, it is equally conceivable that the controller 18 a current or power signal at the input and output of the power converter 4 recorded and compared with corresponding thresholds. During operation, the controller transmits 18 the operating data of the converter 4 to the power management 8th ,

Der Controller 18 generiert weiterhin ein Maß für die aktuelle Ist-Leistung des Stromrichters 4. Hierzu erzeugt der Controller 18 in Abhängigkeit der Ist-Leistung ein diese repräsentierendes Auslastungssignal A, welches an den Koppelausgang 14 angelegt wird. Das Auslastungssignal A ist hierbei insbesondere anhand eines Verhältnisses der im Betrieb des Stromrichters 4 auftretenden Ist-Leistung zu der maximal zulässigen Maximalleistung des Stromrichters 4 bestimmt. The controller 18 continues to generate a measure of the current actual power of the power converter 4 , The controller generates this 18 as a function of the actual power, a load signal A representing this, which is connected to the coupling output 14 is created. The utilization signal A is in this case in particular based on a ratio of the operation of the power converter 4 occurring actual power to the maximum permissible maximum power of the converter 4 certainly.

Das Powermanagement 8 ist dazu eingerichtet die Stromrichter 4 in einen Betriebs-Modus und einen Standby-Modus sowie in einen Aus-Modus zu schalten beziehungsweise zwischen diesen umzuschalten. The power management 8th is to set up the power converters 4 to switch into an operating mode and a standby mode as well as in an off mode or to switch between them.

Im Betriebs-Modus ist der jeweilige Stromrichter 4 aktiv, das bedeutet, dass der Stromrichter 4 die Versorgungsspannung Vin in die Betriebsspannung Vout wandelt und das Schaltelement 16 geöffnet ist sowie das jeweilige Auslastungssignal A in die Kopplungsleitung 10 eingespeist wird. In operating mode is the respective power converter 4 active, that means the power converter 4 the supply voltage Vin converts to the operating voltage Vout and the switching element 16 is opened and the respective load signal A in the coupling line 10 is fed.

Im Standby-Modus ist die Spannungswandlung deaktiviert beziehungsweise inaktiv, der jeweilige Controller 18 überwacht jedoch weiterhin das an dem jeweiligen Kopplungseingang 12 anliegende Auslastungssignal A. In Abhängigkeit des Auslastungssignals A wird der Stromrichter 4 selbstständig, das bedeutet ohne eine aktive Datenübertragung zwischen dem Stromrichter 4 und dem Powermanagement 8, durch den Controller 18 vom Standby-Modus in den Betriebs-Modus oder vom Betriebs-Modus in den Standby-Modus umgeschaltet. In standby mode, the voltage conversion is deactivated or inactive, the respective controller 18 However, still monitors the at the respective coupling input 12 applied load signal A. Depending on the load signal A, the power converter 4 independently, that means without an active data transmission between the power converter 4 and the power management 8th , by the controller 18 switched from standby mode to operating mode or from operating mode to standby mode.

Im Aus-Modus wird der Stromrichter 4 durch das Powermanagement 8 vollständig abgeschaltet, das bedeutet, dass keine Spannungswandlung erfolgt, das Schaltelement 16 geschlossen ist, und der Controller 18 nicht betrieben wird. In off mode, the power converter 4 through the power management 8th completely switched off, that means that no voltage conversion takes place, the switching element 16 is closed, and the controller 18 not operated.

Im Betrieb der Wandelvorrichtung 2 ist zunächst lediglich ein (erster) Stromrichter 4 zur Versorgung der angeschlossenen Last aktiv. Dies bedeutet, dass der erste Stromrichter 4 die Versorgungsspannung Vin in die Betriebsspannung Vout wandelt, und dass das zugeordnete Schaltelement 16 durch den Controller 18 geöffnet ist. Im Betrieb wird das Auslastungssignal A des aktiven ersten Stromrichters 4 von dem Koppelausgang 14 zu dem Koppeleingang 12 der in der Kopplungsleitung 10 in Reihe nachgeschalteten (zweiten) Stromrichter 4 geführt. In operation of the conversion device 2 is initially only a (first) power converter 4 active for the supply of the connected load. This means that the first power converter 4 the supply voltage Vin converts to the operating voltage Vout, and that the associated switching element 16 through the controller 18 is open. In operation, the load signal A of the active first power converter 4 from the coupling output 14 to the coupling input 12 in the coupling line 10 in series downstream (second) power converter 4 guided.

Der nachgeschaltete zweite Stromrichter 4 ist zunächst im Standby-Modus, das bedeutet, dass er hinsichtlich der Spannungswandlung deaktiviert beziehungsweise inaktiv ist. Der Controller 18 des zweiten Stromrichters 4 erfasst das an seinen Koppeleingang 12 geführte Auslastungssignal A und vergleicht es mit einem hinterlegten ersten Schwellwert. Der erste Schwellwert ist hierbei insbesondere hinsichtlich eines verbesserten Gesamtwirkungsgrades der drei Stromrichter 4 im Hinblick auf einen Mehrphasenbetrieb der Wandlervorrichtung 2 gewählt. The downstream second power converter 4 is initially in standby mode, which means that it is disabled or inactive in terms of voltage conversion. The controller 18 of the second power converter 4 detects this at its coupling input 12 Guided utilization signal A and compares it with a stored first threshold. The first threshold value is in this case in particular with regard to an improved overall efficiency of the three power converters 4 in view of a multi-phase operation of the converter device 2 selected.

Wird der erste Schwellwert überschritten, so wird der zweite Stromrichter 4 aktiviert, das bedeutet, dass der Stromrichter 4 von dem Standby-Modus in den Betriebs-Modus geschaltet wird und die Spannungswandlung beginnt. Im Zuge der Aktivierung wird das Schaltelement 16 durch den Controller 18 geschlossen, und das Ausgangssignal A an den Koppelausgang 12 angelegt, wodurch der dritte Stromrichter 4 an seinem Koppeleingang 14 das Auslastungssignal A des zweiten Stromrichters 4 empfängt und seinerseits mit dem ersten Schwellwert vergleicht. Überschreitet das Auslastungssignal A des zweiten Stromrichters 4 den ersten Schwellwert beim dritten Stromrichter 4, so wird auch der dritte Stromrichter 4 aktiv, sodass die Stromrichter 4 gemeinsam die Last versorgen. If the first threshold is exceeded, the second power converter becomes 4 activated, that means the power converter 4 is switched from the standby mode to the operating mode and the voltage conversion begins. In the course of activation, the switching element 16 through the controller 18 closed, and the output signal A to the coupling output 12 created, causing the third power converter 4 at his coupling entrance 14 the load signal A of the second power converter 4 receives and in turn compares to the first threshold. Exceeds the load signal A of the second power converter 4 the first threshold at the third power converter 4 , so will be the third power converter 4 active, so that the power converters 4 provide the load together.

Im Betrieb der Stromrichter 4, das bedeutet im Betriebs-Modus oder aktiven Zustand, werden die Auslastungssignale A durch die Controller 18 der jeweils nachgeschalteten Stromrichter 4 kontinuierlich überwacht. Die Auslastungssignale A werden hierbei mit einem jeweiligen zweiten Schwellwert verglichen. Der zweite Schwellwert ist hierbei insbesondere anhand der jeweiligen Ist-Leistung beziehungsweise der jeweiligen Auslastung bestimmt. Mit anderen Worten vergleicht der Controller 18 des Stromrichters 4 die Auslastung des vorgeschalteten Stromrichters 4 mit seiner eigenen Auslastung. Unterschreitet das Auslastungssignal A den zweiten Schwellwert, das bedeutet, dass der vorgeschaltete Stromrichter 4 weniger stark ausgelastet ist, so wird der Stromrichter 4 deaktiviert, das bedeutet, in den Standby-Modus überführt und dabei das jeweilige Schaltelement 16 geschlossen. In operation of the power converter 4 , that means in the operating mode or active state, the load signals are A through the controllers 18 the respective downstream power converter 4 continuously monitored. The utilization signals A are in this case compared with a respective second threshold value. The second threshold value is determined in particular based on the respective actual power or the respective utilization. In other words, the controller compares 18 of the power converter 4 the load of the upstream power converter 4 with his own workload. If the load signal A falls below the second threshold value, this means that the upstream power converter 4 less busy, so is the power converter 4 disabled, that means, put into standby mode and doing the respective switching element 16 closed.

Die ersten und zweiten Schwellwerte sind insbesondere hinsichtlich einer Wirkungsgradabhängigkeit der Stromrichter 4 gewählt, so dass alle Stromrichter 4 als Gesamtsystem im Betrieb der Wandlervorrichtung 2 stets einen möglichst hohen Gesamtwirkungsgrad erzielen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Auslastungssignale A vorzugsweise als analoge Signale, beispielsweise als Spannungssignale, ausgeführt, wobei die Schwellwerte insbesondere als Spannungsgrenzen ausgeführt sind. The first and second threshold values are in particular with regard to an efficiency dependence of the power converters 4 chosen so that all power converters 4 as an overall system during operation of the converter device 2 always achieve the highest possible overall efficiency. In this embodiment, the load signals A are preferably designed as analog signals, for example as voltage signals, wherein the threshold values are designed in particular as voltage limits.

In der 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Wandelvorrichtung 2 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Auslastungssignale A der Stromrichter 4 insbesondere als pulsweitenmodulierte Digitalsignale generiert, das bedeutet, die Information über die Auslastung des Stromrichters 4 wird in einem Pulsweitenverhältnis beziehungsweise einem Tastgrad kodiert. Die Controller 18 weisen hierzu geeigneterweise einen PWM-Treiber auf, der die Auslastungssignale A in dem Pulsweitenverhältnis beziehungsweise dem Tastgrad auf den Koppelausgang 14 beaufschlagt. Der Koppelausgang 14 ist hierbei an ein zweites Schaltelement 22 geführt, wobei das Schaltelement 22 insbesondere ein Halbleiterschalter ist, welcher mittels des Auslastungssignals A getaktet geöffnet beziehungsweise geschlossen wird. In the 3 is a second embodiment of the conversion device 2 shown. In this embodiment, the load signals A of the power converters 4 in particular generated as a pulse width modulated digital signals, that means the information about the utilization of the power converter 4 is coded in a pulse width ratio or a duty cycle. The controllers 18 For this purpose, suitably have a PWM driver, the load signals A in the pulse width ratio or the duty cycle to the coupling output 14 applied. The coupling output 14 is here to a second switching element 22 guided, wherein the switching element 22 In particular, a semiconductor switch is which is clocked open or closed by means of the load signal A.

Das Schaltelement 22 ist hierbei Teil eines Spannungsteilers 24 mit einem ersten Widerstand 24a und einem zweiten Widerstand 24b. Der erste Widerstand 24a ist mit dem Potential der Betriebsspannung Vout gekoppelt, wobei der zweite Widerstand 24a gegen Masse geschaltet ist. Das Schaltelement 22 ist zwischen den Widerständen 24a und 24b verschaltet, wobei der masseseitige Anschluss, das bedeutet der dem Widerstand 24b zugewandte Anschluss, hinter dem Schaltelement 16 in die Kopplungsleitung 10 verschaltet ist. In der 3 sind die Stromrichter 4 und die Spannungsteiler 24 zur Verbesserung der Übersichtlichkeit lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen. The switching element 22 is part of a voltage divider 24 with a first resistance 24a and a second resistor 24b , The first resistance 24a is coupled to the potential of the operating voltage Vout, the second resistor 24a connected to ground. The switching element 22 is between the resistances 24a and 24b interconnected, whereby the ground-side connection, that means the the resistance 24b facing connection, behind the switching element 16 in the coupling line 10 is interconnected. In the 3 are the power converters 4 and the voltage dividers 24 to Improvement of clarity provided by way of example only with reference numerals.

Im Betrieb wird somit das Auslastungssignal A mittels des Schaltelements 22 in ein entsprechendes Auslastungssignal A‘ konvertiert. Das Auslastungssignal A‘ ist hierbei hinsichtlich des Pulsweitenverhältnisses beziehungsweise des Tastgrades, und somit hinsichtlich der Information über die Auslastung des Stromrichters 4, identisch zum Auslastungssignal A. Der Wesentliche Unterschied zwischen den Auslastungssignalen A und A‘ ist die (Signal-)Amplitude. Die Amplitude des Auslastungssignals A‘ ist im Wesentlichen konstant, und über das Verhältnis der Widerstände 24a und 24b bestimmt. In operation, thus, the load signal A by means of the switching element 22 converted into a corresponding load signal A '. The utilization signal A 'is in this case with regard to the pulse width ratio or the duty cycle, and thus with regard to the information about the utilization of the power converter 4 , identical to the load signal A. The main difference between the load signals A and A 'is the (signal) amplitude. The amplitude of the load signal A 'is substantially constant, and the ratio of the resistances 24a and 24b certainly.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus ableitbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. The invention is not limited to the embodiments described above. On the contrary, other variants of the invention can be derived by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

Insbesondere sind im Wesentlichen beliebig viele Stromrichter 4 im Zuge einer Wandelvorrichtung miteinander durch die Koppelleitung 10 koppelbar und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar. Wesentlich ist, dass die Stromrichter 4 anhand der Auslastungssignale A der aktiven Stromrichter 4 automatisch zu- oder abgeschaltet werden, ohne dass eine zusätzliche Kommunikation zum Powermanagement 8 notwendig ist. In particular, essentially any number of power converters 4 in the course of a conversion device with each other through the coupling line 10 coupled and operated by the method according to the invention. It is essential that the power converters 4 based on the load signals A of the active power converters 4 automatically switched on or off without any additional communication to the power management 8th necessary is.

Des Weiteren ist es denkbar, dass das Schaltelement 16 und/oder der Spannungsteiler 24 in den jeweiligen Stromrichter 4 beziehungsweise in den jeweils zugeordneten Controller 18 integriert sind. In einer derartigen Ausgestaltung werden die Stromrichter 4 somit lediglich mittels der Kopplungsanschlüsse 12 und 14 an die Kopplungsleitung 10 verschaltet, wobei die Elemente zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Stromrichtern 4 selbst angeordnet sind. Dadurch wird der Verschaltungsaufwand der Wandlervorrichtung 2 wesentlich reduziert. In einer solchen Ausgestaltung verläuft die Kopplungsleitung 10 zumindest abschnittsweise durch die Stromrichter 4. Furthermore, it is conceivable that the switching element 16 and / or the voltage divider 24 in the respective power converter 4 or in the respective associated controller 18 are integrated. In such an embodiment, the power converters 4 thus only by means of the coupling connections 12 and 14 to the coupling line 10 interconnected, wherein the elements for carrying out the method according to the invention in the power converters 4 are arranged themselves. As a result, the Verschaltungsaufwand the converter device 2 significantly reduced. In such an embodiment, the coupling line runs 10 at least in sections by the power converters 4 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

2 2: Wandlervorrichtung converter device
4 4: Stromrichter power converters
6 6: Kraftfahrzeug-Versorgungsnetz / Bordnetz Motor vehicle supply network / electrical system
8 8th: Powermanagement Power management
10 10: Kopplungsleitung coupling line
10a 10a: Rückschluss conclusion
12 12: Kopplungseingang coupling input
14 14: Kopplungsausgang coupling output
16 16: Schaltelement switching element
18 18: Controller controller
20 20: Steuerausgang / Steueranschluss Control output / control connection
22 22: Schaltelement switching element
24 24: Spannungsteiler voltage divider
24a, 24b 24a, 24b: Widerstand resistance
V_in V _in: Versorgungsspannung supply voltage
V_out V _out: Betriebsspannung operating voltage
A, A‘ A, A ': Auslastungssignal load signal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2006/0239046 A1 [0004]

Claims

Method for operating a converter device ( 2 ) with a number of coupled converters ( 4 ), in particular DC converters of a motor vehicle supply network ( 6 ), with a coupling line ( 10 ), to which the converters ( 4 ) with a respective coupling input ( 12 ) and with a respective coupling output ( 14 ) are technically connected in a series connection, each power converter ( 4 ) an actuatable by this first switching element ( 16 ) of the coupling line ( 10 ), wherein - the actual power of a first power converter ( 4 ) utilization signal (A, A ') via the respective coupling output ( 14 ) in the coupling line ( 10 ) is fed when the first switching element ( 16 ), and - wherein on the basis of the load signal (A, A ') at least one second power converter ( 4 ) and its first switching element ( 16 ) is opened.

Method according to claim 1, wherein the load signal (A, A ') from the second power converter ( 4 ) compared with a stored first threshold value and based on the comparison of the second power converter ( 4 ) and its first switching element ( 16 ) is opened when the load signal (A, A ') exceeds the first threshold.

A method according to claim 1 or 2, wherein the load signal (A, A ') from an activated second power converter ( 4 ) are compared with a respective second threshold value and based on the comparison of the second power converter ( 4 ) and its first switching element ( 16 ) is closed when the load signal (A, A ') falls below the second threshold.

Method according to claim 3, wherein the second threshold value is determined on the basis of a load signal (A, A ') of the activated second power converter ( 4 ) is determined.

Converter device ( 2 ) with a number of coupled converters ( 4 ), in particular DC converters of a motor vehicle supply network ( 6 ), with a coupling line ( 10 ), to which the converters ( 4 ) with a respective coupling input ( 12 ) and with a respective coupling output ( 14 ) are technically connected in a series connection, each power converter ( 4 ) an actuatable by this first switching element ( 16 ) of the coupling line ( 10 ), and wherein each power converter ( 4 ) an internal controller ( 18 ) for carrying out the method according to one of claims 1 to 4.

Converter device ( 2 ) according to claim 5, wherein the controller ( 18 ) by means of a control connection ( 20 ) to the associated first switching element ( 16 ) is coupled.

Converter device ( 2 ) according to claim 5 or 6, wherein between the coupling output ( 14 ) and the coupling line ( 10 ) one each through the respective power converter ( 4 ) operable second switching element ( 22 ) of a voltage divider ( 24 ) is interconnected.

Converter device ( 2 ) according to claim 7, wherein the second switching element ( 22 ) through the coupling output ( 14 ) of the assigned power converter ( 4 ) is controlled.

Converter device ( 2 ) according to one of claims 5 to 8, wherein the load signal (A ') is pulse width modulated.

Converter device ( 2 ) according to one of claims 5 to 9, wherein the power converters ( 4 ) are in particular buck converters.