DE102017010390A1 - energy converters - Google Patents

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Urs Boehme
Roman Friedel
André Haspel
Jörg Weigold
Wolfgang Wondrak
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Abstract

Die Erfindung betrifft Energiewandler (50, 60, 62, 64) zum elektrischen Koppeln eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung (U) beaufschlagten ersten Bordnetzes (12) mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung (U) beaufschlagten zweiten elektrischen Bordnetz (14).Erfindungsgemäß weist der Energiewandler (50, 60, 62, 64) eine erste Reihenschaltung (52) aus drei in Reihe geschalteten Schaltelementen (32, 34, 36) auf, wobei die erste Reihenschaltung (52) zum Anschließen an das erste oder das zweite der Bordnetze (12, 14) ausgebildet ist, wobei die Reihenschaltung (52) zwei Verbindungsstellen von zwei jeweiligen der Schaltelemente (32, 34, 36) aufweist, an denen die jeweiligen Schaltelemente (32, 34, 36) elektrisch miteinander gekoppelt sind, wobei eine jeweilige der Verbindungsstellen mittels einer jeweiligen elektrischen Induktivität (30, 40) an das andere der beiden Bordnetze (12, 14) angeschlossen ist.The invention relates to energy converters (50, 60, 62, 64) for electrically coupling a first on-board network (12) acted upon by a first direct electrical voltage (U) to a second electrical on-board network (14) acted upon by a second direct electrical voltage (U) The energy converter (50, 60, 62, 64) comprises a first series circuit (52) of three series-connected switching elements (32, 34, 36), wherein the first series circuit (52) for connecting to the first or the second of the vehicle electrical system (12, 14), the series circuit (52) having two connection points of two respective ones of the switching elements (32, 34, 36) at which the respective switching elements (32, 34, 36) are electrically coupled to each other the connection points by means of a respective electrical inductance (30, 40) to the other of the two electrical systems (12, 14) is connected.

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiewandler zum elektrischen Koppeln eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten ersten Bordnetzes mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten zweiten elektrischen Bordnetz.The invention relates to an energy converter for electrically coupling a first electrical system supplied with a first electrical DC voltage to a second electric vehicle electrical system charged with a second electrical DC voltage.

Gattungsgemäße Energiewandler finden insbesondere dann Einsatz, wenn wenigstens zwei elektrische Bordnetze, wie das erste und das zweite Bordnetz, die mit unterschiedlichen elektrischen Gleichspannungen beaufschlagt sind, elektrisch miteinander gekoppelt werden sollen. Im Rahmen der elektrischen Kopplung kann elektrische Energie zwischen den beiden Bordnetzen mittels des Energiewandlers in vorgebbarer Weise ausgetauscht werden. Besonders häufig finden derartige elektrische Energiewandler mittlerweile Einsatz bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei solchen Kraftfahrzeugen, die elektrisch antreibbar ausgebildet sind. Gattungsgemäße Energiewandler können für eine unidirektionale oder auch für eine bidirektionale Energiekopplung ausgebildet sein. Um die Energiekopplung realisieren zu können, ist der Energiewandler in der Regel als getakteter Energiewandler ausgebildet. Mittels des getakteten Energiewandlers kann die gewünschte elektrische Kopplungsfunktion bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck kann der getaktete Energiewandler in geeigneter Weise mittels einer Steuereinheit gesteuert werden.Generic energy converters find particular use when at least two electrical systems, such as the first and the second electrical system, which are acted upon by different electrical DC voltages to be electrically coupled together. As part of the electrical coupling electrical energy between the two electrical systems can be exchanged by the energy converter in a predeterminable manner. Such electrical energy converters are now finding particular use in motor vehicles, in particular in motor vehicles which are designed to be electrically driven. Generic energy converters can be designed for unidirectional or bidirectional energy coupling. In order to realize the energy coupling, the energy converter is usually designed as a clocked energy converter. By means of the clocked energy converter, the desired electrical coupling function can be provided. For this purpose, the clocked energy converter can be controlled in a suitable manner by means of a control unit.

Elektrische Bordnetze sowie auch Kraftfahrzeuge mit solchen Bordnetzen sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt. So offenbart zum Beispiel die WO 2013/010 693 A1 ein System mit einem Batterieladegerät und einer Bordnetzversorgungsstufe. Kraftfahrzeuge, insbesondere, elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge weisen in der Regel wenigstens ein elektrisches Bordnetz auf, das elektrische Einrichtungen und Einheiten umfasst. Das elektrische Bordnetz dient dazu, die elektrischen Einrichtungen und Einheiten miteinander in vorgebbarer Weise elektrisch zu koppeln. An dem elektrischen Bordnetz ist zumindest ein Teil der elektrischen Einrichtungen beziehungsweise Einheiten angeschlossen. Das elektrische Bordnetz dient somit der Verteilung der elektrischen Energie innerhalb des Kraftfahrzeuges.Electric vehicle electrical systems as well as motor vehicles with such on-board networks are basically well-known in the prior art. For example, the WO 2013/010 693 A1 a system with a battery charger and a vehicle power supply stage. Motor vehicles, in particular, electrically driven motor vehicles generally have at least one electrical system which comprises electrical devices and units. The electrical system serves to electrically couple the electrical devices and units with each other in a predeterminable manner. At least a part of the electrical devices or units is connected to the electrical system. The electrical system thus serves to distribute the electrical energy within the motor vehicle.

Insbesondere bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen ist in der Regel zumindest ein zweites Bordnetz vorgesehen, wobei wenigstens eines der beiden Bordnetze für die Beaufschlagung mit einer Gleichspannung im Hochvoltbereich ausgebildet ist. Der Begriff „Hochvolt“ umfasst eine elektrische Gleichspannung, die größer als etwa 60 V ist. Vorzugsweise ist der Begriff „Hochvolt“ konform mit der Norm ECE R 100.In particular, in the case of electrically driven motor vehicles, at least a second electrical system is generally provided, wherein at least one of the two electrical systems is designed to be exposed to a DC voltage in the high-voltage range. The term "high voltage" includes a DC electrical voltage that is greater than about 60V. Preferably, the term "high voltage" conforms to the standard ECE R 100.

Mittlerweile kommt es bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen vermehrt vor, dass das erste und das zweite Bordnetz für Hochvolt ausgelegt sind, jedoch für unterschiedliche Gleichspannungen im Bereich Hochvolt. So kann zum Beispiel das erste elektrische Bordnetz mit einer Gleichspannung von etwa 800 V beaufschlagt sein, wohingegen das zweite elektrische Bordnetz mit einer Gleichspannung von etwa 400 V beaufschlagt sein kann. Natürlich können die Werte der Gleichspannungen auch abweichend gewählt sein. Grundsätzlich ergeben sich die vorgenannten Spannungswerte jedoch unter Berücksichtigung von standardisierten Bauteilen, sowie elektrischen Einrichtungen, die für derartige elektrische Spannungen ausgelegt beziehungsweise standardiert sind.Meanwhile, it is increasingly the case of electrically driven vehicles that the first and the second electrical system are designed for high voltage, but for different DC voltages in the high voltage range. Thus, for example, the first electrical system can be acted upon by a DC voltage of about 800 V, whereas the second electrical system can be supplied with a DC voltage of about 400 V. Of course, the values of the DC voltages can also be chosen differently. In principle, however, the aforementioned voltage values result in consideration of standardized components, as well as electrical devices which are designed or standardized for such electrical voltages.

Um die beiden elektrischen Bordnetze elektrisch miteinander Koppeln zu können, ist es im Stand der Technik üblich, die beiden elektrischen Bordnetze galvanisch getrennt miteinander elektrisch zu koppeln. Aus Gründen der elektrischen Sicherheit ist eine galvanische Verbindung zwischen diesen beiden Bordnetzen, insbesondere im Bereich Hochvolt, in der Regel nicht gewünscht, beziehungsweise zum Teil auch nicht zulässig. Darüber hinaus kann bei Bordnetzen, die für Hochvolt ausgelegt sind und darüber hinaus in der Regel gegenüber einem elektrischen Bezugspotenzial, beispielsweise einer Fahrzeugmasse des Kraftfahrzeuges oder dergleichen, elektrisch isoliert sind, die Funktion eines Isolationswächter beeinträchtigt sein. Dies kann durch eine Asymmetrie der elektrischen Potenziale der ersten und der zweiten Gleichspannung in Bezug auf das elektrische Bezugspotenzial verursacht sein. Die Kopplung der beiden Bordnetze erfolgt deshalb im Stand der Technik in der Regel mittels eines galvanisch getrennten DC/DC-Wandlers als getakteter Energiewandler. Ein solcher galvanisch getrennter DC/DC-Wandler ist wegen der Bereitstellung der elektrischen Isolation groß, teuer, schwer und erlaubt nur einen begrenzten Wirkungsgrad. Darüber hinaus sind zur Überwachung der beiden Bordnetze, insbesondere bei Anwendung im Bereich Hochvolt, zwei separate Isolationswächter erforderlich.In order to be able to electrically couple the two electrical vehicle electrical systems with one another, it is customary in the prior art to couple the two electric vehicle electrical systems electrically to each other electrically. For reasons of electrical safety, a galvanic connection between these two on-board networks, in particular in the area of high voltage, as a rule not desired, or in part also not allowed. In addition, in the case of on-board networks which are designed for high-voltage and, moreover, are generally electrically insulated from an electrical reference potential, for example a vehicle mass of the motor vehicle or the like, the function of an insulation monitor may be impaired. This can be caused by an asymmetry of the electrical potentials of the first and the second DC voltage with respect to the electrical reference potential. The coupling of the two electrical systems therefore takes place in the prior art usually by means of a galvanically isolated DC / DC converter as a clocked energy converter. Such a galvanically isolated DC / DC converter is large, expensive, heavy and allows only a limited efficiency because of the provision of electrical insulation. In addition, two separate insulation monitors are required to monitor the two vehicle electrical systems, especially when used in the high voltage range.

Würden die beiden Bordnetze galvanisch miteinander gekoppelt, könnte durch das Verbinden der beiden Bordnetze, die mit unterschiedlichen Gleichspannungen beaufschlagt sind, durch den DC/DC-Wandler eine Asymmetrie der elektrischen Potentiale der beiden Bordnetze in Bezug auf das elektrische Bezugspotential entstehen. Dies kann zu Ausgleichsströmen, beispielsweise in einer Potenzialausgleichsleitung oder auch in entsprechenden Hochvolt-Schirmungen führen. Ist eine elektrische Leitfähigkeit diesbezüglich nicht ausreichend verfügbar, können an unerwünschten Stellen gefährliche Spannungen entstehen, so zum Beispiel an einem Wandlergehäuse des DC/DC-Wandlers. Aus Gründen der elektrischen Sicherheit darf ein solcher Fall jedoch nicht zu einer Gefährdung eines Nutzers oder des Kraftfahrzeuges führen.If the two vehicle electrical systems were galvanically coupled to one another, the asymmetric electrical potentials of the two vehicle electrical systems could arise in relation to the electrical reference potential due to the DC / DC converter being connected to the two vehicle electrical systems. This can lead to equalizing currents, for example in a potential equalization line or in corresponding high-voltage shielding. If an electrical conductivity is insufficiently available in this regard, dangerous voltages can arise at undesired locations, for example at a converter housing of the DC / DC converter. Out However, for reasons of electrical safety, such a case must not lead to a risk to a user or the motor vehicle.

Darüber hinaus ist zu bedenken, dass bei einem Verbinden zweier Bordnetze mit unterschiedlichen Gleichspannungen weitere Probleme auftreten können, die sich dadurch ergeben können, dass die beiden Bordnetze hinsichtlich der elektrischen Isolation, insbesondere in Bezug auf Kriech- und Luftstrecken, unterschiedlich ausgelegt sind. Die Auslegung der Kriech- und Luftstrecken eines jeweiligen der Bordnetze erfolgt in der Regel anhand der jeweiligen Gleichspannung, mit der das jeweilige der Bordnetze beaufschlagt ist. Im Falle eines Isolationsfehlers bei demjenigen der Bordnetze, welches mit der höheren der Gleichspannungen beaufschlagt ist, kann daher bei einer galvanischen Kopplung die elektrische Isolation desjenigen der Bordnetze, welches mit der kleineren der Gleichspannungen beaufschlagt ist, überlastet werden. Dies kann nicht nur Beschädigungen sondern sogar eine Zerstörung zur Folge haben. In der Folge besteht also die Gefahr, dass das zweite der Bordnetze aufgrund der Störung der elektrischen Isolation des ersten der Bordnetze ebenfalls beschädigt wird.In addition, it should be borne in mind that when connecting two vehicle electrical systems with different DC voltages, further problems may arise which may arise because the two vehicle electrical systems are designed differently with regard to electrical insulation, in particular with regard to creepage distances and clearances. The interpretation of the creepage distances and clearances of each of the vehicle electrical system is usually based on the respective DC voltage with which the respective vehicle electrical system is acted upon. In the case of an insulation fault in that of the vehicle electrical system, which is acted upon by the higher DC voltages, therefore, the electrical insulation of that of the vehicle electrical system, which is acted upon by the smaller DC voltages, can be overloaded with a galvanic coupling. This can not only cause damage but even destruction. As a result, there is the danger that the second of the vehicle electrical system is also damaged due to the disturbance of the electrical insulation of the first of the vehicle electrical system.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Energiekopplung zwischen Bordnetzen, insbesondere bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, zu verbessern.The invention is therefore based on the object to improve an energy coupling between on-board networks, in particular in electrically driven motor vehicles.

Mit der Erfindung wird ein Energiewandler gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 vorgeschlagen.With the invention, an energy converter according to the independent claim 1 is proposed.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments emerge by features of the dependent claims.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Energiewandlers wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass dieser eine erste Reihenschaltung aus drei in Reihe geschalteten Schaltelementen aufweist, wobei die erste Reihenschaltung zum Anschließen an das erste oder das zweite der Bordnetze ausgebildet ist, wobei die Reihenschaltung zwei Verbindungsstellen von zwei jeweiligen der Schaltelemente aufweist, an denen die jeweiligen Schaltelemente elektrisch miteinander gekoppelt sind, wobei eine jeweilige der Verbindungsstellen mittels einer jeweiligen elektrischen Induktivität an das andere der beiden Bordnetze angeschlossen ist.With respect to a generic energy converter is particularly proposed by the invention that this has a first series connection of three series-connected switching elements, wherein the first series circuit is formed for connection to the first or the second of the vehicle electrical system, wherein the series connection two connection points of two respective Having switching elements at which the respective switching elements are electrically coupled together, wherein a respective one of the connection points is connected by means of a respective electrical inductance to the other of the two vehicle electrical system.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass durch die zwei Induktivitäten in Verbindung mit der wenigstens einen Reihenschaltung aus drei Schaltelementen eine galvanische Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Bordnetz realisiert werden kann, wobei aufgrund der Art der Kopplung besondere Sicherheitsanforderungen realisiert werden können, mittels denen insbesondere die vorgenannten Probleme hinsichtlich der elektrischen Sicherheit gelöst werden können. Es ist also - entgegen dem Stand der Technik - mit der Erfindung möglich, das erste und das zweite Bordnetz galvanisch miteinander elektrisch zu koppeln, und zugleich eine hohe Zuverlässigkeit und elektrische Sicherheit zu gewährleisten.The invention is based on the idea that a galvanic coupling between the first and the second electrical system can be realized by the two inductors in conjunction with the at least one series circuit of three switching elements, which due to the nature of the coupling special security requirements can be realized by means which in particular the aforementioned problems in terms of electrical safety can be solved. It is thus - contrary to the prior art - possible with the invention, the first and the second electrical system to electrically couple with each other, and at the same time to ensure high reliability and electrical safety.

Mit der Erfindung ist es nämlich möglich, für die bei einer galvanischen Kopplung der beiden elektrischen Bordnetze aufgrund der unterschiedlichen Gleichspannungen in der Regel entstehende Asymmetrie in Bezug auf das elektrische Bezugspotenzial einen Ausgleich zu schaffen. Dies kann durch das Zusammenwirken der Schaltelemente mit den Induktivitäten erreicht werden, sodass mittels des erfindungsgemäßen Energiewandlers die elektrischen Potentiale des ersten und des zweiten Bordnetzes nahezu schwimmend gegenübereinander eingestellt werden können. Dadurch ist es möglich, einen Ausgleich in Bezug auf das Bezugspotential zwischen den elektrischen Potentialen des ersten und des zweiten Bordnetzes realisieren zu können. Besonders vorteilhaft wirkt sich dies bei Maßnahmen zur Herstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere einer Funkentstörung, aus. Die Erfindung eignet sich deshalb insbesondere auch für den Einsatz bei Bordnetzen, deren Gleichspannung von dem Bezugspotential elektrisch isoliert ist, beispielsweise IT-Netze oder dergleichen.Namely, with the invention, it is possible to compensate for the asymmetry with respect to the electrical reference potential which is generally produced in the case of a galvanic coupling of the two electrical vehicle systems due to the different DC voltages. This can be achieved by the interaction of the switching elements with the inductors, so that by means of the energy converter according to the invention, the electrical potentials of the first and the second electrical system can be set almost floating against each other. This makes it possible to realize a balance in relation to the reference potential between the electrical potentials of the first and the second electrical system. This has a particularly advantageous effect in measures for producing the electromagnetic compatibility, in particular a radio interference suppression. The invention is therefore particularly suitable for use in on-board networks whose DC voltage is electrically isolated from the reference potential, such as IT networks or the like.

Darüber hinaus erlaubt es die Erfindung, das bei Auftreten einer Störung in einem der beiden elektrischen Bordnetze mittels des erfindungsgemäßen Energiewandlers eine Entkopplung beziehungsweise ein Deaktivierung der elektrischen Kopplung erreicht werden kann, sodass die Störung nicht auf das jeweilige andere der Bordnetze einwirken kann. Dadurch kann insbesondere die elektrische Sicherheit, besonders der Schutz von Personen, verbessert werden. Schließlich kann mit der Erfindung ferner erreicht werden, dass lediglich mit einem einzigen Isolationswächter die elektrische Isolation beider Bordnetze, nämlich des ersten und des zweiten elektrischen Bordnetzes, überwacht werden kann.In addition, the invention allows the occurrence of a fault in one of the two electric vehicle electrical systems by means of the energy converter according to the invention, a decoupling or deactivation of the electrical coupling can be achieved so that the disturbance can not affect the respective other of the electrical system. As a result, in particular the electrical safety, especially the protection of persons, can be improved. Finally, it can be further achieved with the invention that the electrical insulation of both vehicle electrical systems, namely the first and the second electrical vehicle electrical system, can be monitored only with a single insulation monitor.

Mit der Erfindung kann insbesondere erreicht werden, dass keines der elektrischen Potentiale der Gleichspannungen des ersten und des zweiten Bordnetzes gemeinsam gewählt sein müssen. Vielmehr erlaubt es die Erfindung aufgrund der Schaltungsstruktur, die elektrischen Potentiale der Gleichspannung des ersten Bordnetzes von den elektrischen Potentialen der Gleichspannung des zweiten Bordnetzes elektrisch zu entkoppeln. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsstruktur kann in einer einzigen Wandlerstufe des getakten Energiewandlers eine entsprechende Anpassung erreicht werden.With the invention can be achieved in particular that none of the electrical potentials of the DC voltages of the first and the second electrical system must be selected together. Rather, the invention allows due to the circuit structure to electrically decouple the electrical potentials of the DC voltage of the first electrical system from the electrical potentials of the DC voltage of the second electrical system. With the circuit structure according to the invention, a corresponding adaptation can be achieved in a single converter stage of the clocked energy converter.

Besonders vorteilhaft erweist sich der Einsatz des Energiewandlers dann, wenn die erste Reihenschaltung an dasjenige der Bordnetze angeschlossen ist, welches die größere der Gleichspannungen aufweist. So kann von dem zweiten Bordnetz eine Energiewandlung zum ersten Bordnetz realisiert werden, indem der Energiewandler eine Hochsetzstellfunktion realisiert. Umgekehrt ist ein Energiefluss möglich, indem der Energiewandler eine Tiefsetzstellfunktion realisiert. Ist lediglich eine Energiewandlung in eine einzige Richtung erforderlich, beispielsweise vom ersten Bordnetz ausschließlich zum zweiten Bordnetz oder umgekehrt, kann der Energiewandler entsprechend vereinfacht werden, indem beispielsweise Schaltelemente lediglich durch Dioden realisiert werden. Dadurch lässt sich der Schaltungsaufwand weiter reduzieren. Ist hingegen eine bidirektionale Kopplung des ersten und des zweiten Bordnetzes bei beliebigen Spannungslagen der Gleichspannungen der beiden Bordnetze erforderlich, ist vorzugsweise eine zweite Reihenschaltung aus drei in Reihe geschalteten Schaltelementen vorgesehen, wobei die zweite Reihenschaltung zum Anschließen an das jeweilige andere der Bordnetze ausgebildet ist, wobei die Reihenschaltung ebenfalls zwei Verbindungsstellen von jeweils zwei jeweiligen der Schaltelemente aufweist, an denen die jeweiligen Schaltelemente elektrisch miteinander gekoppelt sind, wobei eine jeweilige der Verbindungsstellen der ersten Reihenschaltung mittels der jeweiligen elektrischen Induktivität an eine jeweilige Verbindungsstelle der zweiten Reihenschaltung angeschlossen ist. Durch diese Schaltungsstruktur nach Art einer modifizierten H-Brückenschaltung, kann somit eine große Flexibilität hinsichtlich der Energiewandlung bei geringem Aufwand und ohne das Erfordernis der galvanischen Trennung realisiert werden. The use of the energy converter proves to be particularly advantageous if the first series connection is connected to that of the on-board electrical system which has the larger one of the direct voltages. Thus, from the second electrical system, an energy conversion to the first electrical system can be realized by the energy converter realizes a Hochsetzstellfunktion. Conversely, an energy flow is possible by the energy converter realizes a Tiefsetzstellfunktion. Is only an energy conversion in a single direction required, for example, from the first electrical system exclusively to the second electrical system or vice versa, the energy converter can be simplified accordingly, for example, by switching elements are realized only by diodes. As a result, the circuit complexity can be further reduced. If, however, a bi-directional coupling of the first and the second on-board network at any voltage levels of the DC voltages of the two vehicle electrical system required, a second series circuit of three series-connected switching elements is preferably provided, wherein the second series circuit is designed for connection to the respective other of the vehicle electrical system, wherein the series connection also has two connection points each of two respective ones of the switching elements, at which the respective switching elements are electrically coupled to each other, wherein a respective one of the connection points of the first series connection is connected by means of the respective electrical inductance to a respective connection point of the second series circuit. By means of this circuit structure in the manner of a modified H-bridge circuit, it is thus possible to realize a high level of flexibility with regard to energy conversion with little effort and without the requirement of galvanic isolation.

Mit dem erfindungsgemäßen Energiewandler ist es somit möglich, eine Symmetrierung der elektrischen Potentiale der Gleichspannungen des ersten und des zweiten Bordnetzes in Bezug auf das elektrische Bezugspotential zu erreichen. Durch den Energiewandler der Erfindung ist es ferner möglich, eine wesentlich höhere Leistungsdichte, ein geringeres Gewicht sowie auch geringere Kosten und einen höheren Wirkungsgrad gegenüber DC/DC-Wandlern des Stands der Technik zu erreichen, die als galvanisch isolierende Wandlern ausgebildet sind.With the energy converter according to the invention, it is thus possible to achieve a symmetrization of the electrical potentials of the DC voltages of the first and the second electrical system with respect to the electrical reference potential. It is also possible by the energy converter of the invention to achieve a substantially higher power density, a lower weight and also lower costs and a higher efficiency compared to DC / DC converters of the prior art, which are designed as galvanically insulating converters.

Weiterhin erlaubt es die Erfindung, beide Bordnetze mit lediglich einem einzigen Isolationswächter zu überwachen. Ausgleichsströme auf Potentialleitungen sowie auch auf Schirmungen können reduziert wenn nicht sogar weitgehend vermieden werden. Zugleich ist eine Erhöhung der Sicherheit des Berührschutzes möglich, indem eine ungenügende Verbindung der Potentialausgleichsleitung keine gefährliche elektrische Spannung mehr an einem Wandlergehäuse des Energiewandlers erzeugen kann. Darüber hinaus kann eine höhere Ausfallsicherheit gegenüber dem DC/DC-Wandler des Stands der Technik erreicht werden. Weiterhin kann erreicht werden, dass bei einem Isolationsfehler bei einem der beiden Bordnetze das andere der beiden Bordnetze dadurch im Wesentlichen nicht beeinträchtigt zu werden braucht. Der Isolationsfehler kann also auf das jeweilige der Bordnetze beschränkt werden. Darüber hinaus kann im Falle eines Isolationsfehlers durch eine Anpassung der elektrischen Potentiale mittels des Energiewandlers immer noch das andere der Bordnetze weiter betrieben werden, ohne dass die Gefahr einer Überlastung der dortigen Isolation in Kauf genommen zu werden braucht. Schließlich kann auch eine Gewährleistung einer Sicherheit, insbesondere einer Hochvolt-Sicherheit, bezüglich eines Isolationsfehlers in demjenigen der Bordnetze mit der größeren der Gleichspannungen erreicht werden.Furthermore, the invention allows to monitor both electrical systems with only a single insulation guard. Compensation currents on potential cables as well as on shieldings can be reduced if not largely avoided. At the same time an increase in the safety of Berührschutzes is possible by an insufficient connection of the equipotential bonding conductor can no longer generate dangerous electrical voltage to a converter housing of the energy converter. In addition, a higher reliability against the DC / DC converter of the prior art can be achieved. Furthermore, it can be achieved that, in the event of an insulation fault in one of the two vehicle electrical systems, the other of the two vehicle electrical systems need not be substantially impaired thereby. The insulation error can therefore be limited to the respective vehicle electrical system. In addition, in the case of an insulation fault by adjusting the electrical potentials by means of the energy converter still the other of the electrical system can be operated without the risk of overloading the local insulation needs to be taken into account. Finally, a guarantee of safety, in particular a high-voltage safety, can be achieved with respect to an insulation fault in that of the vehicle electrical system with the larger of the DC voltages.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die elektrischen Potentiale der ersten und der zweiten elektrischen Gleichspannung symmetrisch zu einem gemeinsamen elektrischen Bezugspotential eingestellt werden. Dies ermöglicht es, die elektrischen Potentiale der ersten und der zweiten elektrischen Gleichspannung so einzustellen, dass bezüglich des elektrischen Bezugspotentials eine symmetrische Einstellung gegeben ist. Vorteilhaft ist dies insbesondere für die elektrische Sicherheit sowie auch für Maßnahmen im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere der Funkentstörung, beispielsweise in Bezug auf Y-Kondensatoren oder dergleichen.It proves to be particularly advantageous if the electrical potentials of the first and the second electrical DC voltage are adjusted symmetrically to a common electrical reference potential. This makes it possible to set the electrical potentials of the first and the second DC electrical voltage so that with respect to the electrical reference potential is given a symmetrical adjustment. This is advantageous in particular for electrical safety as well as for measures in the field of electromagnetic compatibility, in particular radio interference suppression, for example in relation to Y capacitors or the like.

Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die elektrischen Induktivitäten im Wesentlichen etwa den gleichen Induktivitätswert aufweisen. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Belastung des getakteten Energiewandlers erreicht werden.Furthermore, it proves to be advantageous if the electrical inductances essentially have approximately the same inductance value. This allows a particularly uniform load of the clocked energy converter can be achieved.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). 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.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing (s). The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigen:

  • 1 ein schematisches Prinzipschaltbild für einen galvanisch gekoppelten bidirektionalen Energiewandler gemäß der Erfindung, der für den Einsatz bei unterschiedlichen Spannungslagen von angeschlossenen Bordnetzen ausgebildet ist;
  • 2 ein schematisches Spannungs-Orts-Diagramm für den Energiewandler gemäß 1,
  • 3 eine schematische Tabelle für Schaltmuster der Schaltelemente des Energiewandlers gemäß 1,
  • 4 ein schematisches Prinzipschaltbild für einen galvanisch gekoppelten Energiewandler basierend auf 1, wobei der Energiewandler für einen unidirektionalen Tiefsetzbetrieb ausgebildet ist,
  • 5 ein schematisches Prinzipschaltbild für einen galvanisch gekoppelten Energiewandler basierend auf 1, wobei der Energiewandler für einen unidirektionalen Hochsetzbetrieb ausgebildet ist,
  • 6 ein schematisches Prinzipschaltbild für einen galvanisch gekoppelten bidirektionalen Energiewandler basierend auf 1, wobei der Energiewandler für einen unidirektionalen Tiefsetzbetrieb und für einen unidirektionalen Hochsetzbetrieb ausgebildet ist,
  • 7 ein schematisches Simulationsschaltbild für eine Simulation des Energiewandlers gemäß 1,
  • 8 bis 13 schematische Diagrammdarstellungen von Simulationsergebnissen der Simulation gemäß 7,
  • 14 ein schematisches Simulationsschaltbild einer Simulation wie 7 für den Energiewandler gemäß 6,
  • 15 bis 20 schematische Diagrammdarstellungen von Simulationsergebnissen gemäß den 8 bis 13 zur Simulation gemäß 14,
  • 21 ein schematisches Prinzipschaltbild für eine galvanisch getrennten bidirektionalen Energiewandler gemäß dem Stand der Technik, der für einen Einsatz bei unterschiedlichen Spannungslagen von angeschlossenen Bordnetzen ausgebildet ist,
  • 22 ein schematisches Spannungs-Orts-Diagramm für den Energiewandler gemäß 21, welches elektrische Potentiale in Bezug auf eine Fahrzeugmasse darstellt,
  • 23 eine schematische Schaltbilddarstellung wie 1 mit einem Isolationsfehler,
  • 24 bis 29 schematische Diagrammdarstellungen zu Auswirkungen des Isolationsfehlers gemäß 23 gemäß den 8 bis 13,
  • 30 eine schematische Schaltbilddarstellung wie 23, wobei ein Schaltelement des Energiewandlers dauerhaft eingeschaltet wird,
  • 31 bis 36 schematische Diagrammdarstellungen der Auswirkung gemäß 30, wobei keine Veränderung des Schaltverhaltens der Schaltelemente vorgenommen wird, und
  • 37 bis 42 schematische Diagrammdarstellungen wie 31 bis 36, wobei das Schaltverhalten der Schaltelemente verändert wird,
Showing:
  • 1 a schematic block diagram for a galvanically coupled bidirectional energy converter according to the invention, which is designed for use in different voltage levels of connected on-board networks;
  • 2 a schematic voltage-local diagram for the energy converter according to 1 .
  • 3 a schematic table for switching pattern of the switching elements of the energy converter according to 1 .
  • 4 a schematic block diagram for a galvanically coupled energy converter based on 1 wherein the energy converter is designed for a unidirectional step-down operation,
  • 5 a schematic block diagram for a galvanically coupled energy converter based on 1 wherein the energy converter is designed for a unidirectional boosting operation,
  • 6 a schematic block diagram for a galvanically coupled bidirectional energy converter based on 1 wherein the energy converter is designed for a unidirectional step-down operation and for a unidirectional step-up operation,
  • 7 a schematic simulation diagram for a simulation of the energy converter according to 1 .
  • 8th to 13 schematic diagrams of simulation results of the simulation according to 7 .
  • 14 a schematic simulation diagram of a simulation such 7 for the energy converter according to 6 .
  • 15 to 20 schematic diagrams of simulation results according to the 8th to 13 according to the simulation 14 .
  • 21 a schematic block diagram for a galvanically isolated bidirectional energy converter according to the prior art, which is designed for use in different voltage levels of connected on-board networks,
  • 22 a schematic voltage-local diagram for the energy converter according to 21 representing electrical potentials with respect to a vehicle mass,
  • 23 a schematic diagram representation as 1 with an insulation fault,
  • 24 to 29 Schematic diagram of the effects of the insulation fault according to 23 according to the 8th to 13 .
  • 30 a schematic diagram representation as 23 wherein a switching element of the energy converter is switched on permanently,
  • 31 to 36 schematic diagram of the effect according to 30 , wherein no change in the switching behavior of the switching elements is made, and
  • 37 to 42 schematic diagram representations like 31 to 36 , wherein the switching behavior of the switching elements is changed,

21 zeigt einen Energiewandler 10 gemäß dem Stand der Technik, der zum Koppeln eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung U1 beaufschlagten ersten Bordnetzes 12 mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung U2 beaufschlagten zweiten elektrischen Bordnetz 14 dient. Der Energiewandler 10 weist eine getaktete Wandlereinheit 16 auf und ist vorliegend ein bidirektionaler Energiewandler, der sowohl eine Hochsetzstellfunktion als auch eine Tiefsetzstellfunktion bereitstellt. 21 shows an energy converter 10 According to the prior art, for coupling a first electrical system voltage U 1 acted upon first electrical system 12 with an acted upon by a second electrical DC voltage U 2 second electrical system 14 serves. The energy converter 10 has a clocked converter unit 16 and, in the present case, is a bi-directional energy converter that provides both a boost and a boost function.

Zu diesem Zweck umfasst der getaktete Energiewandler 10 vier Halbleiterschalter 32, 34, 36, 38, die vorliegend durch Metaloxide Semiconductor Field Effect Transistoren (MOSFET) gebildet sind, die nach Art einer H-Brückenschaltung verschaltet sind. Die H-Brückenschaltung umfasst ferner eine Induktivität 30, die der Energiewandlung dient. Der getaktete Energiewandler 10 ist dem Grunde nach eine bekannte Schaltungstopologie, weshalb zu Ausführungen bezüglich der Funktionalität dieser Schaltung auf den diesbezüglichen Stand der Technik verwiesen wird.For this purpose, the clocked energy converter includes 10 four semiconductor switches 32 . 34 , 36, 38, which are formed in the present case by metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET), which are connected in the manner of an H-bridge circuit. The H-bridge circuit further includes an inductance 30 that serves the energy conversion. The clocked energy converter 10 is basically a known circuit topology, which is why reference is made to statements relating to the functionality of this circuit on the relevant state of the art.

Der Energiewandler 10 ist in einem Metallgehäuse 18 angeordnet, welches elektrisch leitend mit einer Fahrzeugmasse 20 eines nicht weiter dargestellten elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, vorliegend ein Elektrofahrzeug, verbunden ist. Mit einem Anschluss ist die getaktete Wandlereinheit 16 an das erste Bordnetz 12 und mit einem zweiten Anschluss an das zweite Bordnetz 14 angeschlossen. Die erste und die zweite elektrische Gleichspannung U1, U2 sind unterschiedlich. In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die elektrische Gleichspannung U1 etwa 800 V beträgt, wohingegen die elektrische Gleichspannung U2 etwa 400 V beträgt. Anschlussseitig umfasst der Energiewandler 10 jeweilige Stützkondensatoren 26, 28.The energy converter 10 is in a metal case 18 arranged, which is electrically conductive with a vehicle mass 20 a not shown electrically driven motor vehicle, in this case an electric vehicle, is connected. With one connection is the clocked converter unit 16 to the first electrical system 12 and with a second connection to the second electrical system 14 connected. The first and the second electrical DC voltage U 1 , U 2 are different. In the present embodiment it is provided that the electrical dc voltage U 1 is about 800 V, whereas the direct electric voltage U 2 is about 400 volts. Connection side includes the energy converter 10 respective backup capacitors 26 . 28 ,

Mit der getakteter Wandlereinheit 16 kann somit durch geeignete Taktmuster für die Halbleiterschalter 32, 34, 36, 38 eine vorgegebene Energiewandlung erreicht werden. Zu diesem Zweck werden die Halbleiterschalter 32, 34, 36, 38 mittels einer nicht weiter dargestellten Steuereinheit in geeigneter Weise im Taktbetrieb gesteuert.With the clocked converter unit 16 can thus by suitable clock patterns for the semiconductor switches 32 . 34 . 36 . 38 a given energy conversion can be achieved. For this purpose, the semiconductor switches 32 . 34 . 36 . 38 controlled by a control unit, not shown in a suitable manner in clock mode.

Zum Zwecke der Funkentstörung sind Y-Kondensatoren 22 vorgesehen, wobei jedes der elektrischen Potentiale HV1+, HV- sowie HV2+ im Bereich des Anschlusses an das jeweilige der Bordnetze 12, 14 über einen jeweiligen der Y-Kondensatoren 22 mit dem Gehäuse 18 gekoppelt ist. Parallel zu jedem der Y-Kondensatoren 22 ist mittels eines elektrischen Widerstands 24 ein jeweiliger Isolationswiderstand dargestellt.For the purpose of radio interference suppression Y-capacitors 22 are provided, each of the electrical potentials HV 1 +, HV- and HV 2 + in the region of the connection to the respective vehicle electrical system 12 . 14 via a respective one of the Y capacitors 22 to the housing 18 is coupled. Parallel to each of the Y capacitors 22 is by means of an electrical resistance 24 a respective insulation resistance shown.

Wie 21 zeigt, wird bei galvanisch gekoppelten Energiewandlern, wie dem Energiewandler 10, der vorliegend als DC/DC-Wandler ausgebildet ist, eines der verwendeten elektrischen Potentiale, hier HV-, direkt von einem der Bordnetzanschlüsse zu dem anderen der Bordnetzanschlüsse durchgeschleift. Die jeweilige Spannungsanpassung betrifft also lediglich die entsprechenden Hochvoltpotentiale HV+ der ersten und der zweiten elektrischen Gleichspannung U1, U2. Aus Gründen der elektrischen Sicherheit sind zumindest bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen sämtliche Hochvoltpotentiale von Niedervoltpotentialen, insbesondere von der Fahrzeugmasse 20, elektrisch getrennt beziehungsweise isoliert. Eine elektrische Verbindung besteht daher lediglich über die Y-Kondensatoren 22 sowie die elektrischen Widerstände 24, die die Isolationswiderstände repräsentieren.As 21 shows is in galvanically coupled energy converters, such as the energy converter 10 , which is designed in the present case as a DC / DC converter, one of the electrical potentials used, here HV-, looped directly from one of the electrical system connections to the other of the electrical system connections. The respective voltage adjustment thus relates only to the corresponding high-voltage potentials HV + of the first and second DC electrical voltages U 1 , U 2 . For reasons of electrical safety, all high-voltage potentials of low-voltage potentials, in particular of the vehicle ground, are at least in the case of electrically driven motor vehicles 20 , electrically isolated or isolated. An electrical connection therefore consists only of the Y capacitors 22 and the electrical resistors 24 that represent the insulation resistances.

Durch die Y-Kondensatoren 22 sowie die elektrischen Widerstände 24 liegt das elektrische Potential der Fahrzeugmasse 20 bei einem Hochvolt-System normalerweise im Wesentlichen zwischen den beiden Hochvolt-Potentialen HV- und HV+. Bei einem galvanisch gekoppelten Energiewandler, wie dem Energiewandler 10 gemäß 21, wird jedoch eine Asymmetrie innerhalb der Fahrzeugmasse 20 erzeugt. Dies kann dazu führen, dass sich die Y-Kondensatoren 22 ungleichmäßig Aufladen, Isolationsüberwachungen gestört werden und sich im ungünstigsten Fall sogar unterschiedliche Massepotentiale innerhalb der Fahrzeugmasse 20 ergeben können. Dadurch können hohe elektrische Spannungen zwischen unterschiedlichen elektrischen Einrichtungen, beispielsweise deren Gehäusen oder dergleichen vorliegen, wodurch zum Beispiel ein permanenter elektrischer Strom, beispielsweise über eine Potentialausgleichsleitung oder eine Schirmung, insbesondere von mit Hochvolt beaufschlagten Leitungen, bewirkt werden kann. 22 zeigt beispielhaft für den Energiewandler 10 gemäß 21, wie sich die unterschiedlichen elektrischen Potentiale bei einer gut angebundenen Potentialausgleichsleitung einstellen können.By the Y-capacitors 22 and the electrical resistors 24 is the electrical potential of the vehicle mass 20 in a high-voltage system, it is normally essentially between the two high-voltage potentials HV and HV +. In a galvanically coupled energy converter, such as the energy converter 10 according to 21 However, there is an asymmetry within the vehicle mass 20 generated. This can lead to the Y capacitors 22 charging unevenly, insulation monitoring being disturbed, and in the least favorable case, even different ground potentials within the vehicle ground 20 can result. As a result, high electrical voltages between different electrical devices, such as their housings or the like may be present, whereby, for example, a permanent electric current, for example via a potential equalization line or shielding, in particular of lines acted upon by high voltage, can be effected. 22 shows an example of the energy converter 10 according to 21 how the different electrical potentials can be set for a well-connected potential equalization line.

1 zeigt nun einen Energiewandler 50 gemäß der Erfindung, mit dem die vorgennannten Probleme vermieden werden können. Der Energiewandler 50 dient dem galvanischen elektrischen Koppeln des mit der ersten elektrischen Gleichspannung U1 beaufschlagten ersten Bordnetzes 12 mit dem mit der zweiten elektrischen Gleichspannung U2 zweiten elektrischen Bordnetze 14. Zu diesem Zweck umfasst der Energiewandler 50 eine erste Reihenschaltung 52 aus drei in Reihe geschalteten Schaltelementen 32, 34, 36. Die erste Reihenschaltung 52 dient dem Anschließen an das erste Bordnetz 12. Die erste Reihenschaltung 52 weist zwei Verbindungsstellen von zwei jeweiligen der Schaltelemente 32, 34, 36 auf, an denen die jeweiligen Schaltelemente 32, 34, 36 elektrisch miteinander gekoppelt sind. Eine jeweilige der Verbindungsstellen ist mittels einer jeweiligen elektrischen Induktivität 30, 40 an das zweite Bordnetz 14 angeschlossen. 1 now shows an energy converter 50 according to the invention, with which the aforementioned problems can be avoided. The energy converter 50 serves the galvanic electrical coupling of the first electrical system voltage U 1 acted upon first vehicle electrical system 12 with the second electrical DC voltage U 2 second electric vehicle electrical system 14 , For this purpose, the energy converter includes 50 a first series circuit 52 of three series-connected switching elements 32 . 34 . 36 , The first series circuit 52 serves to connect to the first electrical system 12 , The first series circuit 52 has two connection points of two respective ones of the switching elements 32 . 34 . 36 on, where the respective switching elements 32 , 34, 36 are electrically coupled together. A respective one of the connection points is by means of a respective electrical inductance 30 . 40 to the second electrical system 14 connected.

Zum Anschließen an das zweite Bordnetz 14 umfasst der Energiewandler 50 eine zweite Reihenschaltung 54 aus drei in Reihe geschalteten Schaltelementen 38, 42, 44. Die zweite Reihenschaltung 54 dient zum Anschließen an das zweite Bordnetz 14. Die zweite Reihenschaltung 54 weist ebenfalls zwei Verbindungsstellen von zwei jeweiligen der Schaltelemente 38, 42, 44 auf, an denen die jeweiligen Schaltelemente 38, 42, 44 elektrisch miteinander gekoppelt sind. Eine jeweilige der Verbindungsstellen der ersten Reihenschaltung 52 ist mittels der jeweiligen elektrischen Induktivität 30, 40 an eine jeweilige Verbindungsstelle der zweiten Reihenschaltung 54 angeschlossen.For connection to the second electrical system 14 includes the energy converter 50 a second series circuit 54 of three series-connected switching elements 38 . 42 . 44 , The second series circuit 54 serves to connect to the second electrical system 14 , The second series circuit 54 also has two connection points of two respective ones of the switching elements 38 . 42 . 44 on, where the respective switching elements 38 . 42 . 44 are electrically coupled together. A respective one of the junctions of the first series circuit 52 is by means of the respective electrical inductance 30 . 40 connected to a respective connection point of the second series circuit 54.

Die weiteren Elemente bezüglich der Y-Kondensatoren 22, der elektrischen Widerstände 24, dem Gehäuse 18 sowie der Fahrzeugmasse 20 und der Bordnetze 12, 14 entsprechen dem, was bereits anhand von 21 zuvor erläutert wurde, weshalb diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.The other elements with respect to the Y capacitors 22, the electrical resistors 24, the housing 18 as well as the vehicle mass 20 and the electrical system 12 . 14 correspond to what is already based on 21 previously explained why reference is made in this respect to the corresponding statements.

Der Energiewandler 50 gemäß 1 ist ausgebildet, das erste und das zweite Bordnetz 12, 14 bidirektional elektrisch zu koppeln. Darüber hinaus ist der Energiewandler 50 gemäß 1 ausgebildet, in jede der Kopplungsrichtungen sowohl als Hochsetzsteller als auch als Tiefsetzsteller betrieben werden zu können. Dies kann durch die nicht dargestellte Steuereinheit erreicht werden, die die Schaltelemente 32, 34, 36, 38, 42, 44 des Energiewandlers 50 in entsprechender Weise im Taktbetrieb betreibt.The energy converter 50 according to 1 is configured to electrically couple the first and the second electrical system 12, 14 bidirectionally. In addition, the energy converter 50 according to 1 designed to be operated in each of the coupling directions both as a boost converter and as a buck converter. This can be achieved by the control unit, not shown, which the switching elements 32 . 34 . 36 . 38 . 42 . 44 of the energy converter 50 operated in a corresponding manner in clock mode.

Aufgrund des speziellen Aufbaus des Energiewandlers 50 braucht keines der elektrischen Potentiale des ersten und des zweiten Bordnetzes 12, 14 durch den Energiewandler 50 hindurch geschleift zu werden. An dieser Stelle unterscheidet sich die Schaltungstopologie daher deutlich von der, wie sie in Bezug auf den Stand der Technik gemäß 21 erläutert wurde. Dadurch können bei dem Energiewandler 50 nämlich die HV- -Potentiale nahezu unabhängig voneinander eingestellt werden. In der in 1 dargestellten Schaltungstopologie wird durch entsprechendes Takten der Schaltelemente 32, 34, 36, 38, 42, 44 die entsprechende Einstellung der elektrischen Potentiale HV realisiert.Due to the special structure of the energy converter 50 does not need any of the electrical potentials of the first and the second electrical system 12 . 14 through the energy converter 50 to be dragged through. At this point, the circuit topology therefore differs significantly from that described in relation to the prior art 21 was explained. This allows the energy converter 50 namely the HV- potentials are set almost independently. In the in 1 illustrated circuit topology is realized by appropriate clocking of the switching elements 32, 34, 36, 38, 42, 44, the corresponding setting of the electrical potential HV.

Die Schaltelemente 32, 34, 36, 38, 42, 44 sind in dieser Ausgestaltung als Halbleiterschalter ausgebildet. Die Halbleiterschalter sind hier als Metaloxide Semiconductor Field Effect Transistoren (MOSFET) ausgebildet. In alternativen Ausgestaltungen können hier auch andere Transistoren, insbesondere bipolare Transistoren wie Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) zum Einsatz kommen. Die Halbleiterschalter sind vorliegend durch Transistoren gebildet, die im Schaltbetrieb betrieben werden. Zu diesem Zweck erhalten sie geeignete Steuersignale von der Steuereinheit. The switching elements 32 . 34 . 36 . 38 . 42 . 44 are formed in this embodiment as a semiconductor switch. The semiconductor switches are designed here as metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET). In alternative embodiments, other transistors, in particular bipolar transistors such as insulated gate bipolar transistor (IGBT) can also be used here. The semiconductor switches are presently formed by transistors which are operated in the switching mode. For this purpose, they receive appropriate control signals from the control unit.

Die Auswirkungen bezüglich des Potentialverlaufs durch den Energiewandler 50 hindurch, sind anhand von 2 schematisch dargestellt. Aus 2 ist ersichtlich, dass bei dem Energiewandler 50 gemäß 1 Massebezüge auf den Anschlussseiten zu den Bordnetzen 12, 14 im Wesentlichen dem gleichen elektrischen Potential entsprechen. Ein Einfluss aufgrund einer Asymmetrie in der Fahrzeugmasse 20 bezüglich der Hochvoltpotentiale innerhalb des Energiewandlers 50 kann dadurch sehr gering, insbesondere vernachlässigbar klein gehalten werden, insbesondere indem die Y-Kondensatoren 22 zum Gehäuse 18 deutlich reduziert werden können und indem die Isolationswiderstände 24 im Inneren des Gehäuses 18 wesentlich größer gehalten werden können als an den Anschlüssen. Erreicht werden kann dies zum Beispiel durch größere Abstände von spannungsführenden Teilen des Energiewandlers 50 zum Gehäuse 18.The effects on the potential course by the energy converter 50 through, are based on 2 shown schematically. Out 2 it can be seen that in the energy converter 50 according to 1 Ground covers on the connection sides to the on-board networks 12 . 14 correspond to substantially the same electrical potential. An influence due to an asymmetry in the vehicle mass 20 with respect to the high-voltage potentials within the energy converter 50 can be kept very small, especially negligible, in particular by the Y-capacitors 22 to the housing 18 can be significantly reduced and by the insulation resistance 24 inside the case 18 can be kept much larger than at the terminals. This can be achieved, for example, by greater distances from live parts of the energy converter 50 to the housing 18 ,

3 zeigt schematisch eine Tabelle für den Betrieb der Schaltelemente 32, 34, 36, 38, 42, 44 um eine jeweilige Energiewandlungsfunktion zur realisieren. Eine „0“ steht dabei für ein geöffnetes Schaltelement, bei dem ein Stromfluss allenfalls durch eine Inversdiode des jeweiligen der Schaltelemente 32, 34, 36, 38, 42, 44 strömt. Eine „1“ steht für ein geschlossenes Schaltelement, welches für den vorgesehenen Wandlungsbetrieb permanent eingeschaltet ist. „t“ steht für ein Schaltelement, welches durch die Steuereinheit im Taktbetrieb beziehungsweise Schaltbetrieb betrieben wird. 3 schematically shows a table for the operation of the switching elements 32 . 34 . 36 . 38 , 42, 44 to realize a respective energy conversion function. A "0" stands for an open switching element, in which a current flow at most by an inverse diode of the respective switching elements 32 . 34 . 36 . 38 . 42 . 44 flows. A "1" stands for a closed switching element, which is permanently switched on for the intended conversion operation. "T" stands for a switching element which is operated by the control unit in the cyclic operation or switching operation.

Durch Änderung eines Taktverhältnisses kann die gewünschte Wandlungsfunktionalität erreicht werden. „0/1“ gibt an, das die Einstellung dieses Schaltelements für die gewünschte Funktionalität unabhängig vorgenommen werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass bei einer Beaufschlagung der Inversdiode mit einem elektrischen Strom das jeweilige Schaltelement zugleich eingeschaltet wird, um zum Beispiel Durchlassverluste reduzieren zu können.By changing a clock ratio, the desired conversion functionality can be achieved. "0/1" indicates that the setting of this switching element can be made independently for the desired functionality. It can be provided that, when the inverse diode is acted upon by an electric current, the respective switching element is switched on at the same time in order to be able to reduce, for example, forward losses.

4 zeigt einen weiteren Energiewandler 60 gemäß der Erfindung, dessen Schaltungstopologie auf der des Energiewandlers 50 basiert, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Der Energiewandler 60 ist vorliegend lediglich für einen unidirektionalen Betrieb ausgelegt, und er ist zugleich als Tiefsetzsteller ausgelegt. Der Energiewandler 60 gemäß 4 erlaubt es deshalb, lediglich elektrische Energie vom ersten Bordnetz 12 zum zweiten Bordnetz 14 zu fördern. Dadurch kann die Schaltungsstruktur und der Verschaltungsaufwand des Energiewandlers 60 gegenüber dem Energiewandler 50 deutlich reduziert werden. Die Reduktion betrifft insbesondere die für den entsprechenden Wandlungsbetrieb erforderlichen Schaltelemente, wobei die zweite Reihenschaltung 54 vollständig eingespart werden kann und in der ersten Reihenschaltung 52 das Schaltelement 34 durch eine Diode D1 ersetzt ist. 4 shows another energy converter 60 according to the invention, its circuit topology on that of the energy converter 50 which is why reference is additionally made to the relevant remarks. The energy converter 60 In the present case, it is designed only for unidirectional operation, and at the same time it is designed as a step-down converter. The energy converter 60 according to 4 therefore allows only electrical energy from the first electrical system 12 to the second electrical system 14 to promote. As a result, the circuit structure and the wiring effort of the energy converter 60 towards the energy converter 50 be significantly reduced. The reduction relates in particular to the switching elements required for the corresponding conversion operation, wherein the second series circuit 54 can be completely saved and in the first series circuit 52 the switching element 34 is replaced by a diode D1.

Ein weiterer Energiewandler 62, der an Stelle eines Tiefsetzstellbetriebs wie der Energiewandler 60 einen Hochsetzstellbetrieb bereitstellt, ist anhand von 5 gezeigt. Der Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 1 liegt im Wesentlichen in den Reihenschaltungen, wobei gegenüber dem Energiewandler 50 gemäß 1 die erste Reihenschaltung 52 entfällt und in der zweiten Reihenschaltung 54 die Schaltelemente 38 und 44 durch Dioden D2, D3 ersetzt sind. Da auch dieser Energiewandler 62 lediglich für einen unidirektionalen Wandlungsbetrieb ausgelegt ist, kann auch hier eine sehr einfache Schaltungsstruktur erreicht werden, sodass der Energiewandler 62 - ebenso wie der Energiewandler 60 - vom Aufwand her sehr kompakt ausgebildet sein kann.Another energy converter 62 in place of a buck-boost operation like the energy converter 60 provides a Hochsetzstellbetrieb is based on 5 shown. The difference to the embodiment according to 1 is essentially in the series circuits, with respect to the energy converter 50 according to 1 the first series circuit 52 is omitted and in the second series circuit 54, the switching elements 38 and 44 are replaced by diodes D2, D3. As well as this energy converter 62 is designed only for a unidirectional conversion operation, a very simple circuit structure can also be achieved here, so that the energy converter 62 - as well as the energy converter 60 - Can be made very compact in terms of effort.

6 zeigt eine weitere Ausgestaltung für einen Energiewandler 64, der auf der Ausgestaltung des Energiewandlers 50 gemäß 1 basiert, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Der Energiewandler 64 unterscheidet sich vom Energiewandler 50 dadurch, dass lediglich die erste Reihenschaltung 52 vorhanden ist. Die zweite Reihenschaltung 54 ist dagegen entfallen. Die Induktivitäten 30, 40 stellen somit sogleich auch die Anschlüsse für das zweite Bordnetz 14 bereit. Der Energiewandler 64 unterscheidet sich vom Energiewandler 50 dadurch, dass der Energiewandler 64 eine unidirektionale Tiefsetzstellfunktion von dem ersten Bordnetz 12 zum zweiten Bordnetz 14 bereitstellt. Darüber hinaus stellt der Energiewandler 64 zugleich eine unidirektionale Hochsetzstellfunktion für einen Energietransfer vom zweiten Bordnetz 14 zum ersten Bordnetz 12 bereit. Der Energiewandler 64 wird also vorzugsweise dann eingesetzt, wenn die erste Gleichspannung U1 größer als die zweite Gleichspannung U2 ist. Dies kann für eine Vielzahl von Hochvolt-Bordnetzen als gegeben angenommen werden. Für solche Anwendungen braucht daher der Energiewandler nicht so aufwendig wie der Energiewandler 50 gemäß 1 ausgestaltet zu sein. 6 shows a further embodiment of an energy converter 64 who is on the design of the energy converter 50 according to 1 which is why reference is additionally made to the relevant remarks. The energy converter 64 is different from the energy converter 50 in that only the first series circuit 52 is present. The second series circuit 54, however, is omitted. The inductors 30 . 40 thus immediately make the connections for the second electrical system 14 ready. The energy converter 64 is different from the energy converter 50 in that the energy converter 64 a unidirectional Tiefsetzstellfunktion of the first electrical system 12 to the second electrical system 14 provides. In addition, the energy converter 64 at the same time a unidirectional boosting function for an energy transfer from the second electrical system 14 to the first electrical system 12 ready. The energy converter 64 is therefore preferably used when the first DC voltage U 1 is greater than the second DC voltage U 2 . This can be taken for a variety of high-voltage electrical systems as given. For such applications, therefore, the energy converter does not need as much effort as the energy converter 50 according to 1 to be designed.

7 zeigt eine schematische Darstellung einen Simulationsschaltplan des Energiewandlers 50 für die Simulation mittels eines geeigneten Simulationstools. Die Ergebnisse sind anhand der 8 bis 13 dargestellt. Die 8 bis 13 zeigen schematische Diagrammdarstellungen bezüglich der Wirkung des Energiewandlers 50 gemäß 1. 7 shows a schematic representation of a simulation circuit diagram of the energy converter 50 for the simulation by means of a suitable simulation tool. The results are based on the 8th to 13 shown. The 8th to 13 show schematic diagrams of the effect of the energy converter 50 according to 1 ,

8 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung einen Spannungsverlauf der ersten Gleichspannung U1 mit einem Graphen 74. Eine Abszisse 70 ist der Zeit in Sekunden zugeordnet, wohingegen eine Ordinate 72 der elektrischen Spannung in Volt zugeordnet ist. Zu erkennen ist, dass sich eine im Wesentlichen konstante Gleichspannung von etwa 800 V einstellt. 8th shows a schematic diagram of a voltage waveform of the first DC voltage U 1 with a graph 74 , An abscissa 70 is assigned to the time in seconds, whereas an ordinate 72 associated with the electrical voltage in volts. It can be seen that a substantially constant DC voltage of about 800 V is established.

9 zeigt in einem vergleichbaren schematischen Diagramm wie 8 mit einem Graphen 76 einen Spannungsverlauf der zweiten Gleichspannung U2. Die Abszisse 70 und die Ordinate 72 sind entsprechend wie 8 gewählt. Zu erkennen ist, dass sich eine im Wesentlichen konstante Gleichspannung von etwa 400 V einstellt. 9 shows in a comparable schematic diagram as 8th with a graph 76 a voltage curve of the second DC voltage U 2 . The abscissa 70 and the ordinate 72 are as appropriate 8th selected. It can be seen that a substantially constant DC voltage of about 400 V is established.

Die 10 bis 13 zeigen in weiteren schematischen Diagrammen wie die 8 und 9 Spannungsverläufe, wie sie sich bezüglich der verschiedenen Hochvoltpotentiale des ersten und des zweiten Bordnetzes 12, 14 gegenüber der Fahrzeugmasse 20 einstellen.The 10 to 13 show in further schematic diagrams like the 8th and 9 Voltage curves, as they relate to the various high-voltage potentials of the first and the second electrical system 12 . 14 opposite the vehicle mass 20 to adjust.

10 zeigt mittels eines Graphen 80 eine elektrische Spannung zwischen dem elektrischen Potential HV1+des ersten Bordnetzes 12 und der Fahrzeugmasse 20. Zu erkennen ist, dass sich eine elektrische Spannung von etwa 400 V einstellt. 11 zeigt eine entsprechende Darstellung für das elektrische Potenzial HV1-, wobei mittels des Graphen 82 ersichtlich ist, dass sich eine entsprechende Gleichspannung von etwa -400 V einstellt. 10 shows by means of a graph 80 an electrical voltage between the electrical potential HV 1 + of the first electrical system 12 and the vehicle mass 20 , It can be seen that an electrical voltage of about 400 V is established. 11 shows a corresponding representation of the electrical potential HV 1 -, wherein by means of the graph 82 it can be seen that a corresponding DC voltage of about -400 V is established.

Die 12 und 13 stellen die entsprechende Situation für das zweite Bordnetz 14 dar, wobei mittels eines Graphen 84 in 12 die elektrische Spannung des elektrischen Potentials HV2+ in Bezug auf die Fahrzeugmasse dargestellt ist und mittels eines Graphen 86 in 13 die elektrische Spannung zwischen dem elektrischen Potential HV2-zur Fahrzeugmasse 20 dargestellt ist. Zu erkennen ist, dass sich in 12 eine Spannung von etwa +200 V einstellt, wohingegen sich in 13 sich mittels des Graphen 86 eine Spannung von etwa -200 V einstellt.The 12 and 13 provide the appropriate situation for the second electrical system 14 where by means of a graph 84 in 12 the electrical voltage of the electrical potential HV 2 + is shown in relation to the vehicle mass and by means of a graph 86 in 13 the electrical voltage between the electrical potential HV 2 to the vehicle ground 20 is shown. It can be seen that in 12 a voltage of about +200 V, whereas in 13 a voltage of about -200 V is established by means of the graph 86.

14 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Simulationsschaltplan, wie 7 für den Energiewandler 60 gemäß 4. Die 15 bis 20 zeigen entsprechende Darstellungen wie die 8 bis 13. Mit Graphen 87, 88, 90, 92, 94, 96 sind die entsprechenden Spannungsverläufe in den jeweiligen Diagrammen dargestellt. Dem Grunde nach stellen sich die Verhältnisse so ein, wie sie bezüglich des vorhergehenden Ausführungsbeispiels bereits erläutert worden sind, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. 14 shows a schematic representation of a simulation circuit diagram, such as 7 for the energy converter 60 according to 4 , The 15 to 20 show corresponding representations like the 8th to 13 , Graphs 87, 88, 90, 92, 94, 96 show the corresponding voltage curves in the respective diagrams. Basically, the conditions are as they have already been explained with respect to the previous embodiment, which is why reference is additionally made to the relevant explanations.

23 zeigt in einer weiteren schematischen Schaltbilddarstellung den Energiewandler 50 gemäß 1, wobei nun ein Isolationsfehler 58 als Störung zwischen dem elektrischen Potenzial HV1+ und der Fahrzeugmasse 20 über das Gehäuse 18 hergestellt ist. Der Energiewandler 50 wird vorliegend im Tiefsetzstellbetrieb betrieben. Da die elektrischen Potentiale aber durch den Energiewandler 50 voneinander elektrisch getrennt sind, liegt das hohe Potential nicht automatisch im für geringe Spannungen ausgelegten zweiten Bordnetz 14 an. Durch geeignetes Steuern des Energiewandlers 50 kann dies erreicht werden. 23 shows in a further schematic circuit diagram representation of the energy converter 50 according to 1 , where now an insulation fault 58 as a disturbance between the electrical potential HV 1 + and the vehicle ground 20 over the housing 18 is made. The energy converter 50 is operated here in Tiefsetzstellbetrieb. As the electrical potentials but through the energy converter 50 are electrically isolated from each other, the high potential is not automatically in the designed for low voltages second electrical system 14 at. By properly controlling the energy converter 50 This can be achieved.

Ergänzt man eine Spannungsmessung zwischen den Hochvoltpotentialen und der Fahrzeugmasse 20, was zum Beispiel im Energiewandler selbst oder auch in einer beliebigen anderen Komponente in einem der Bordnetze 12, 14 vorgesehen sein kann, kann der Energiewandler 50 die verschobenen Spannungen erkennen und seine Regelung so anpassen, dass in einem Bordnetz mit der niedrigeren Spannung, hier das Bordnetz 14, kein gefährliches elektrisches Potential entsteht. Im hier dargestellten Tiefsetzstellbetrieb, braucht lediglich das Schaltelement, an dessen elektrischen Potential der Fehler auftritt, dauerhaft durchgeschaltet zu werden. Vorliegend ist dies das Schaltelement 32. Ohne das Tastverhältnis am Schaltelement 36 zu ändern, bleibt die Ausgangsspannung konstant beim gewünschten Wert und das zweite Bordnetz 14 kann weiter betrieben werden. Die elektrischen Potentiale sind nach diesem Eingriff jedoch nicht mehr symmetrisch zur Fahrzeugmasse 20.Add a voltage measurement between the high-voltage potentials and the vehicle mass 20 What, for example, in the energy converter itself or in any other component in a vehicle electrical system 12 . 14 can be provided, the energy converter 50 Recognize the shifted voltages and adjust its regulation so that in a wiring system with the lower voltage, here the electrical system 14 , no dangerous electrical potential arises. In Tiefsetzstellbetrieb shown here, only the switching element, at the electrical potential of the error occurs to be permanently switched through. In the present case, this is the switching element 32 , Without the duty cycle on the switching element 36 to change, the output voltage remains constant at the desired value and the second electrical system 14 can continue to operate. However, the electrical potentials are no longer symmetrical to the vehicle mass after this procedure 20 ,

Eine entsprechende Darstellung bezüglich des Isolationsfehlers, wie er gerade anhand von 23 erläutert wurde, ist mit den schematischen Diagrammen gemäß der 24 bis 29 schematisch dargestellt. Die Diagramme entsprechen denen, wie sie bereits zuvor erläutert worden sind. Mittels der Graphen 98, 100, 102, 104, 106, 108 sind die entsprechenden Spannungsverläufe dargestellt. Zu erkennen ist, dass zum Zeitpunkt t = 0,5 s der Isolationsfehler 58 auftritt. Entsprechend stellen sich die Spannungsverläufe ein.A corresponding representation with respect to the insulation error, as he just using 23 has been explained with the schematic diagrams according to the 24 to 29 shown schematically. The diagrams correspond to those already explained above. By means of the graphs 98 . 100 . 102 . 104 . 106 . 108 the corresponding voltage curves are shown. It can be seen that at time t = 0.5 s the insulation fault 58 occurs. Accordingly, the voltage curves set.

30 zeigt eine Darstellung wie 23, wobei nun jedoch der Isolationsfehler 58 beim Hochsetzstellbetrieb auftritt. Dieser Fall ist weniger kritisch, weil das zweite Bordnetz 14 in diesem Fall für die größere Gleichspannung ausgelegt ist. Wird das Schaltelement 44 dauerhaft eingeschaltet, kann das System insgesamt besser stabilisiert werden. Die entsprechenden Simulationen zeigen die 31 bis 36, wobei auch hier die Störung 58 zum Zeitpunkt t = 0,5 s auftritt. Mittels der in den Diagrammen dargestellten Graphen 110, 112, 114, 116, 118, 120 können die entsprechenden Spannungsveränderungen nachvollzogen werden. 30 shows a representation like 23 , but now the insulation fault 58 occurs during boosting operation. This case is less critical because the second wiring system 14 in this case designed for the larger DC voltage. Will the switching element 44 permanently switched on, the system can be stabilized better overall. The corresponding simulations show the 31 to 36 , where also the disturbance 58 occurs at the time t = 0.5 s. By means of the graphs 110, 112, 114, 116, 118, 120 shown in the diagrams, the corresponding voltage changes can be understood.

Die Spannungsverläufe stellen sich ein, ohne dass die Steuereinheit das Schaltverhalten der Schaltelemente 32, 34, 36, 38, 42, 44 zu verändern braucht. Die 37 bis 42 zeigen entsprechend den 31 bis 36 schematische Diagramme, wobei die Steuereinheit hier eine Veränderung des Schaltverhaltens vornimmt, und zwar insbesondere bezüglich des Durchschaltens des Schaltelements 44. Zu erkennen ist, dass die elektrischen Potentiale des zweiten Bordnetzes 14 im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf die Fahrzeugmasse 20 bleiben. Mittels der in den Diagrammen dargestellten Graphen 122, 124, 126, 128, 130, 132 können die entsprechenden Spannungsveränderungen nachvollzogen werden.The voltage curves adjust without the control unit changing the switching behavior of the switching elements 32 . 34 . 36 . 38 . 42 . 44 needs to change. The 37 to 42 show according to the 31 to 36 schematic diagrams, wherein the control unit makes a change in the switching behavior here, in particular with respect to the switching of the switching element 44 , It can be seen that the electrical potentials of the second electrical system 14 essentially symmetrical with respect to the vehicle mass 20 stay. Using the graphs shown in the diagrams 122 . 124 . 126 . 128 . 130 . 132 the corresponding voltage changes can be reconstructed.

Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.The embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit this.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Energiewandlerenergy converters
1212
erstes Bordnetzfirst electrical system
1414
zweites Bordnetzsecond electrical system
1616
Wandlereinheitconverter unit
1818
Gehäusecasing
2020
Fahrzeugmassevehicle mass
2222
Y-KondensatorY-capacitor
2424
Widerstandresistance
2626
Stützkondensatorbackup capacitor
2828
Stützkondensatorbackup capacitor
3030
Induktivitätinductance
3232
HalbleiterschalterSemiconductor switches
3434
HalbleiterschalterSemiconductor switches
3636
HalbleiterschalterSemiconductor switches
3838
HalbleiterschalterSemiconductor switches
4040
Induktivitätinductance
4242
HalbleiterschalterSemiconductor switches
4444
HalbleiterschalterSemiconductor switches
5050
Energiewandlerenergy converters
5858
Isolationsfehlerinsulation fault
6060
Energiewandlerenergy converters
6262
Energiewandlerenergy converters
6464
Energiewandlerenergy converters
7070
Abszisseabscissa
7272
Ordinateordinate
7474
Graphgraph
7676
Graphgraph
7878
Graphgraph
8080
Graphgraph
8282
Graphgraph
8484
Graphgraph
8686
Graphgraph
8888
Graphgraph
9090
Graphgraph
9292
Graphgraph
9494
Graphgraph
9696
Graphgraph
9898
Graphgraph
100100
Graphgraph
102102
Graphgraph
104104
Graphgraph
106106
Graphgraph
108108
Graphgraph
110110
Graphgraph
112112
Graphgraph
114114
Graphgraph
116116
Graphgraph
118118
Graphgraph
120120
Graphgraph
122122
Graphgraph
124124
Graphgraph
126126
Graphgraph
128128
Graphgraph
130130
Graphgraph
132132
Graphgraph

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2013/010693 A1 [0003]WO 2013/010693 A1 [0003]

Claims (6)

Energiewandler (50, 60, 62, 64) zum elektrischen Koppeln eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung (U1) beaufschlagten ersten Bordnetzes (12) mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung (U2) beaufschlagten zweiten elektrischen Bordnetz (14), gekennzeichnet durch eine erste Reihenschaltung (52) aus drei in Reihe geschalteten Schaltelementen (32, 34, 36), wobei die erste Reihenschaltung (52) zum Anschließen an das erste oder das zweite der Bordnetze (12, 14) ausgebildet ist, wobei die Reihenschaltung (52) zwei Verbindungsstellen von zwei jeweiligen der Schaltelemente (32, 34, 36) aufweist, an denen die jeweiligen Schaltelemente (32, 34, 36) elektrisch miteinander gekoppelt sind, wobei eine jeweilige der Verbindungsstellen mittels einer jeweiligen elektrischen Induktivität (30, 40) an das andere der beiden Bordnetze (12, 14) angeschlossen ist.Energy converter (50, 60, 62, 64) for electrically coupling a first on-board network (12) acted upon by a first direct electrical voltage (U 1 ) to a second electrical vehicle electrical system (14) acted upon by a second direct electrical voltage (U 2 ), characterized by a first series circuit (52) of three series-connected switching elements (32, 34, 36), the first series circuit (52) being designed for connection to the first or second of the vehicle electrical system (12, 14), the series circuit (52 ) has two connection points of two respective ones of the switching elements (32, 34, 36), at which the respective switching elements (32, 34, 36) are electrically coupled to each other, wherein a respective one of the connection points by means of a respective electrical inductance (30, 40) the other of the two electrical systems (12, 14) is connected. Energiewandler (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Schaltelemente (32, 34, 36) durch eine Diode (D1, D2, D3) gebildet ist, um den Energiewandler (60, 62, 64) zum unidirektionalen Energiewandeln auszubilden.Energy converter (50) after Claim 1 characterized in that at least one of the switching elements (32, 34, 36) is formed by a diode (D1, D2, D3) to form the energy converter (60, 62, 64) for unidirectional energy conversion. Energiewandler (50) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zweite Reihenschaltung (54) aus drei in Reihe geschalteten Schaltelementen (38, 42, 44), wobei die zweite Reihenschaltung (54) zum Anschließen an das jeweilige andere der Bordnetze (12, 14) ausgebildet ist, wobei die Reihenschaltung (54) ebenfalls zwei Verbindungsstellen (38, 42, 44) von zwei jeweiligen der Schaltelemente (38, 42, 44) aufweist, an denen die jeweiligen Schaltelemente (38, 42, 44) elektrisch miteinander gekoppelt sind, wobei eine jeweilige der Verbindungsstellen der ersten Reihenschaltung (52) mittels der jeweiligen elektrischen Induktivität (30, 40) an eine jeweilige Verbindungsstelle der zweiten Reihenschaltung (54) angeschlossen ist.Energy converter (50) after Claim 1 or 2 characterized by a second series connection (54) of three series-connected switching elements (38, 42, 44), the second series circuit (54) being designed for connection to the respective other of the vehicle electrical system (12, 14), the series circuit ( 54) also has two connection points (38, 42, 44) of two respective ones of the switching elements (38, 42, 44) at which the respective switching elements (38, 42, 44) are electrically coupled together, wherein a respective one of the connection points of the first Series circuit (52) is connected by means of the respective electrical inductance (30, 40) to a respective connection point of the second series circuit (54). Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Induktivitäten (30, 40) den gleichen Induktivitätswert aufweisen.Energy converter according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical inductances (30, 40) have the same inductance value. Energiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Bordnetz (12, 14) mittels des Energiewandlers (50, 60, 62, 64) galvanisch gekoppelt sind.Energy converter after Claim 1 , characterized in that the first and the second electrical system (12, 14) by means of the energy converter (50, 60, 62, 64) are galvanically coupled. Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (50, 60, 62, 64) ausgebildet ist, elektrische Potentiale (HV1, HV2) der ersten und der zweiten elektrischen Gleichspannung (U1, U2) symmetrisch zu einem gemeinsamen Bezugspotential (20) einzustellen.Energy converter according to one of the preceding claims, characterized in that the energy converter (50, 60, 62, 64) is formed, electrical potentials (HV 1 , HV 2 ) of the first and the second DC electrical voltage (U 1 , U 2 ) symmetrically to to set a common reference potential (20).
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