DE102018002725A1 - Energy coupler for coupling two electrical systems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Energiekoppler (50) zum elektrischen Koppeln eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung (U1) beaufschlagten ersten Bordnetzes (12) mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung (U2) beaufschlagten zweiten Bordnetz (14), zu welchem Zweck der Energiekoppler (50) einen mit dem ersten und dem zweiten Bordnetz (12, 14) elektrisch gekoppelten ersten getakteten Energiewandler (16) aufweist. Erfindungsgemäß weist der Energiekoppler (50) einen zweiten getakteten Energiewandler (56) auf, der mit dem ersten und dem zweiten Bordnetz (12, 14) elektrisch gekoppelt ist und der ausschließlich dazu ausgebildet ist, elektrische Energie abhängig von einem Betriebszustand des ersten getakteten Energiewandlers (16) derart zu wandeln, dass die vom zweiten getakteten Energiewandler (56) gewandelte Energie eine durch den ersten getakteten Energiewandler (16) bewirkte Rippelspannung der ersten und/oder der zweiten elektrischen Gleichspannung (U1, U2) zumindest teilweise kompensiert.

Figure DE102018002725A1_0000
The invention relates to an energy coupler (50) for electrically coupling a first on-board network (12) acted upon by a first direct electrical voltage (U 1 ) to a second on-board network (14) acted upon by a second direct electrical voltage (U 2 ), for which purpose the energy coupler (50) has a first clocked energy converter (16) electrically coupled to the first and the second electrical system (12, 14). According to the invention, the energy coupler (50) has a second cycled energy converter (56), which is electrically coupled to the first and the second on-board network (12, 14) and which is designed exclusively to supply electrical energy as a function of an operating state of the first cycled energy converter ( 16) in such a way that the energy converted by the second clocked energy converter (56) at least partially compensates for a ripple voltage of the first and / or the second DC electrical voltage (U 1 , U 2 ) caused by the first clocked energy converter (16).
Figure DE102018002725A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiekoppler zum elektrischen Koppeln eines ersten mit einer ersten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten ersten Bordnetzes mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten zweiten Bordnetz, zu welchem Zweck der Energiekoppler einen ersten getakteten Energiewandler aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum elektrischen Koppeln eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten ersten Bordnetzes mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten zweiten Bordnetz mittels eines einen ersten getakteten Energiewandler aufweisenden Energiekopplers.The invention relates to an energy coupler for electrically coupling a first first electrical system supplied with a first electrical DC voltage to a second vehicle electrical system supplied with a second electrical DC voltage, for the purpose of which the energy coupler has a first cycled energy converter. The invention also relates to a method for electrically coupling a first on-board network acted upon by a first electrical DC voltage to a second vehicle electrical system supplied with a second electrical DC voltage by means of a power coupler having a first clocked energy converter.

Gattungsgemäße Energiekoppler finden unter anderem insbesondere dann Einsatz, wenn wenigstens zwei elektrische Bordnetze, die mit unterschiedlichen elektrischen Gleichspannungen beaufschlagt sind, elektrisch miteinander gekoppelt werden sollen. Mittels des Energiekopplers kann elektrische Energie zwischen den zu koppelnden elektrischen Bordnetzen ausgetauscht werden. Besonders häufig finden derartige elektrische Energiekoppler mittlerweile Einsatz bei Kraftfahrzeugen, insbesondere solchen Kraftfahrzeugen, die elektrisch antreibbar ausgebildet sind. Gattungsgemäße Energiekoppler können für eine unidirektionale oder auch eine bidirektionale Energiekopplung ausgebildet sein. Um die Energiekopplung realisieren zu können, weist der Energiekoppler in der Regel wenigstens einen ersten getakteten Energiewandler auf. Mittels des ersten getakteten Energiewandlers wird die gewünschte elektrische Kopplungsfunktion bereitgestellt. Zu diesem Zweck kann der erste getaktete Energiewandler in geeigneter Weise mittels einer Steuereinheit gesteuert werden. Bei den Bordnetzen handelt es sich vorzugsweise um Bordnetze eines Kraftfahrzeugs.Generic energy couplers find particular use, inter alia, when at least two electrical systems, which are acted upon by different electrical DC voltages to be electrically coupled together. By means of the energy coupler, electrical energy can be exchanged between the electrical systems to be coupled. Such electrical energy couplers are now finding particular use in motor vehicles, especially those motor vehicles which are designed to be electrically driven. Generic energy couplers can be designed for unidirectional or bidirectional energy coupling. In order to realize the energy coupling, the energy coupler usually has at least a first clocked energy converter. By means of the first clocked energy converter, the desired electrical coupling function is provided. For this purpose, the first clocked energy converter can be suitably controlled by means of a control unit. The electrical systems are preferably electrical systems of a motor vehicle.

Elektrische Bordnetze sowie auch Kraftfahrzeuge mit solchen elektrischen Bordnetzen sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt. So offenbart zum Beispiel die WO 2013/010693 A1 ein System mit Batterieladegerät und Bordnetzversorgungsstufe.Electric vehicle electrical systems as well as motor vehicles with such electrical electrical systems are basically well known in the art. For example, the WO 2013/010693 A1 a system with battery charger and on-board supply level.

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 sind zumindest ein Teil der elektrischen Einrichtungen beziehungsweise Einheiten angeschlossen. Das elektrische Bordnetz dient somit der Verteilung der elektrischen Energie innerhalb des Kraftfahrzeugs.Motor vehicles generally have at least one electrical system which includes 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 part of the electrical devices or units are connected to the electrical system. The electrical system thus serves to distribute the electrical energy within the motor vehicle.

Gerade bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen ist in der Regel zumindest ein zweites Bordnetz vorgesehen, wobei zumindest 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.Especially in electrically driven motor vehicles at least a second electrical system is usually provided, wherein at least one of the two electrical systems is designed for the application of 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 ein erstes und ein zweites Bordnetz vorgesehen sind, die 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 sind.In the meantime, it is increasingly the case with electrically driven motor vehicles that a first and a second vehicle electrical system are provided which 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 and electrical devices which are designed for such electrical voltages.

Bedingt durch den bestimmungsgemäßen Betrieb des ersten getakteten Energiewandlers kann sich im Allgemeinen eine schwankende Gleichspannung einstellen, beispielsweise die erste und/oder die zweite Gleichspannung. Insbesondere kann festgestellt werden, dass sich in der Regel aufgrund des Energiewandlungsprinzips des getakteten Energiewandlers in Bezug auf die erste und/oder die zweite Gleichspannung eine Rippelspannung überlagern kann. Dies ergibt sich durch die Funktionalität, die durch den ersten getakteten Energiewandler bereitgestellt wird.Due to the intended operation of the first clocked energy converter can generally adjust a fluctuating DC voltage, for example, the first and / or the second DC voltage. In particular, it can be stated that, as a rule, due to the energy conversion principle of the clocked energy converter, a ripple voltage can be superposed with respect to the first and / or the second DC voltage. This is due to the functionality provided by the first clocked power converter.

Die Rippelspannung kann in einem jeweiligen Bordnetz dazu führen, dass alle elektrischen Einrichtungen beziehungsweise Einheiten, die an das Bordnetz angeschlossen sind, durch die Rippelspannung gestört werden können, beispielsweise indem Verluste durch Umladungen entstehen, die Lebensdauer von Bauteilen reduziert ist und/oder dergleichen.The ripple voltage can result in a respective electrical system that all electrical equipment or units that are connected to the electrical system, can be disturbed by the ripple voltage, for example, by losses incurred by transhipment, the life of components is reduced and / or the like.

Es kann festgestellt werden, dass sich in der Regel mit zunehmender Wandlungsleistung des ersten getakteten Energiewandlers auch die Rippelspannung entsprechend erhöht. Die Rippelspannung braucht jedoch nicht nur von der Wandlungsleistung abhängig zu sein. Sie kann darüber hinaus auch von weiteren schaltungstechnischen Gegebenheiten abhängig sein, beispielsweise einem Ausgangskondensator, einer Taktrate des ersten getakteten Energiewandlers und/oder dergleichen.It can be stated that, as a rule, as the conversion power of the first clocked energy converter increases, the ripple voltage also increases accordingly. However, the ripple voltage need not only be dependent on the conversion power. It may also be dependent on other circuitry conditions, such as an output capacitor, a clock rate of the first clocked energy converter and / or the like.

In Bezug auf den Kondensator kann in der Regel festgestellt werden, dass bei einem größeren Kapazitätswert des Kondensators die Rippelspannung kleiner ausfallen kann. Gleichwohl führt der größte Kapazitätswert dazu, dass auch die Abmessungen und die Kosten des Kondensators entsprechend größer sind. Bezüglich der Taktrate kann festgestellt werden, dass mit zunehmender Taktrate auch Schaltverluste des ersten getakteten Energiewandlers entsprechend zunehmen können. Insofern erweisen sich Maßnahmen unter Berücksichtigung der Taktrate und des Kapazitätswerts des Kondensators als nachteilig, um die Rippelspannung reduzieren zu können. With regard to the capacitor, it can generally be determined that with a larger capacitance value of the capacitor, the ripple voltage can be smaller. Nevertheless, the largest capacity value means that the dimensions and cost of the capacitor are correspondingly larger. With regard to the clock rate, it can be stated that with increasing clock rate, switching losses of the first clocked energy converter can increase accordingly. In this respect, measures taking into account the clock rate and the capacitance value of the capacitor prove to be disadvantageous in order to be able to reduce the ripple voltage.

Darüber hinaus sind mittlerweile Konzepte für Energiekoppler bekannt, bei denen ein Energiefluss während des Wandelns auf mehrere Phasen, das heißt mehrere parallelgeschaltete getaktete Energiewandler, aufgeteilt werden kann. Werden diese getakteten Energiewandler in vorgebbarer Weise synchronisiert getaktet, kann die Rippelspannung entsprechend reduziert werden. Dies kann erreicht werden, indem bezüglich der Taktrate ansteuerungsseitig im Rahmen eines Interleaved-Betriebs die Taktimpulse entsprechend gegeneinander verschoben sind. Die parallelgeschalteten Energiewandler sind in der Regel für die gleiche Wandlungsleistung ausgelegt. Jedoch verbleibt auch hier eine restliche Rippelspannung, die bezüglich des Bordnetzes ungünstig ist.In addition, concepts for energy couplers are now known in which an energy flow during the conversion to several phases, that is, several parallel switched clocked energy converter, can be divided. If these clocked energy converters clocked synchronized in a predeterminable manner, the ripple voltage can be reduced accordingly. This can be achieved by the clock pulses are shifted relative to each other with respect to the clock rate on the control side in the context of an interleaved operation. The parallel energy converters are usually designed for the same conversion performance. However, here also remains a residual ripple voltage, which is unfavorable with respect to the electrical system.

Die im Stand der Technik verfügbaren Maßnahmen zur Reduzierung der Rippelspannung sind nur begrenzt wirksam und führen zu einem großen Kostenaufwand. Es besteht deshalb Bedarf an einer weiteren Verbesserung.The measures available in the prior art for reducing the ripple voltage have only limited effectiveness and lead to a large cost. There is therefore a need for further improvement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energiekopplung zwischen Bordnetzen, insbesondere bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, zu verbessern. The invention has for its object to improve an energy coupling between on-board networks, especially in electrically powered motor vehicles.

Mit der Erfindung werden ein Energiekoppler sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.The invention proposes an energy coupler and a method according to the independent claims.

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

Bezüglich eines gattungsgemäßen Energiekopplers wird insbesondere vorgeschlagen, dass dieser einen zweiten getakteten Energiewandler aufweist, der mit dem ersten und dem zweiten Bordnetz elektrisch gekoppelt ist und der ausschließlich dazu ausgebildet ist, elektrische Energie abhängig von einem Betriebszustand des ersten getakteten Energiewandlers derart zu wandeln, dass die vom zweiten getakteten Energiewandler gewandelte Energie eine durch den ersten getakteten Energiewandler bewirkte Rippelspannung der ersten und/oder der zweiten elektrischen Gleichspannung zumindest teilweise kompensiert.With regard to a generic energy coupler is in particular proposed that this has a second clocked energy converter, which is electrically coupled to the first and the second electrical system and is exclusively adapted to convert electrical energy depending on an operating condition of the first clocked energy converter such that the Energy converted by the second clocked energy converter at least partially compensates for a ripple voltage of the first and / or the second electrical DC voltage caused by the first clocked energy converter.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass das erste und das zweite Bordnetz mittels eines zweiten getakteten Energiewandlers elektrisch gekoppelt werden, wobei elektrische Energie abhängig von einem Betriebszustand des ersten getakteten Energiewandlers ausschließlich derart gewandelt wird, dass die vom zweiten getakteten Energiewandler gewandelte Energie eine durch den ersten getakteten Energiewandler bewirkte Rippelspannung der ersten und/oder der zweiten elektrischen Gleichspannung zumindest teilweise kompensiert.Regarding a generic method is particularly proposed that the first and the second electrical system are electrically coupled by means of a second clocked energy converter, wherein electrical energy is converted depending on an operating condition of the first clocked energy converter exclusively such that the energy converted by the second energy converter a through The first clocked energy converter caused ripple voltage of the first and / or the second DC electrical voltage at least partially compensated.

Die Erfindung basiert dabei auf dem Gedanken, dass es - im Gegensatz zum Stand der Technik - nicht erforderlich ist, getaktete Energiewandler gleicher Leistung parallelzuschalten und durch eine synchronisierte Taktung eine Reduzierung der Rippelspannung zu erreichen, sondern dass es vielmehr sinnvoller ist, zu einem für den bestimmungsgemäßen Kopplungsbetrieb ausgebildeten ersten getakteten Energiewandler einen spezifischen zweiten getakteten Energiewandler parallelzuschalten, der ausschließlich dazu vorgesehen ist, die durch den ersten getakteten Energiewandler verursachte Rippelspannung zu kompensieren. Dies hat den Vorteil, dass bezüglich der Synchronisierung der Taktraten der Energiewandler kein Aufwand mehr betrieben zu werden braucht. Vielmehr können die beiden getakteten Energiewandler abgesehen von der Kompensationsfunktionalität bezüglich der Rippelspannung nahezu unabhängig voneinander betrieben werden. Der zweite getaktete Energiewandler dient deshalb ausschließlich dazu, die Rippelspannung zu reduzieren. Dadurch kann der zweite getaktete Energiewandler hinsichtlich seiner Wandlungsleistung erheblich kleiner ausgebildet sein als der erste getaktete Energiewandler. Der zweite getaktete Energiewandler braucht nämlich nur eine Wandlungsleistung bereitzustellen, die ausreicht, um die Rippelspannung, die durch den ersten getakteten Energiewandler im bestimmungsgemäßen Betrieb erzeugt wird, kompensieren zu können. Dadurch kann eine nahezu vollständige Kompensation der Rippelspannung erreicht werden, und zwar mit einem geringen Bauteileaufwand und geringen Kosten.The invention is based on the idea that, in contrast to the prior art, it is not necessary to connect switched-mode energy converters of the same power in parallel and to achieve a reduction of the ripple voltage by means of a synchronized clocking, but rather that it makes more sense to make one for the designed coupling operation trained first clocked energy converter in parallel to connect a specific second clocked energy converter, which is exclusively intended to compensate for the ripple voltage caused by the first clocked energy converter. This has the advantage that with respect to the synchronization of the clock rates of the energy converter no effort needs to be operated. Rather, the two clocked energy converter can be operated almost independently of each other, apart from the compensation functionality with respect to the ripple voltage. The second clocked energy converter therefore serves exclusively to reduce the ripple voltage. As a result, the second clocked energy converter can be made substantially smaller in terms of its conversion power than the first clocked energy converter. The second clocked energy converter only needs to provide a conversion power sufficient to compensate for the ripple voltage generated by the first clocked energy converter during normal operation. As a result, an almost complete compensation of the ripple voltage can be achieved, with a low component cost and low cost.

Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass entsprechende Ausgangsanschlüsse des ersten und des zweiten getakteten Energiewandlers zum Kompensieren der Rippelspannung in Reihe geschaltet sein können. Dadurch kann eine Überlagerung der gewandelten Energien erreicht werden, sodass der zweite getaktete Energiewandler ausschließlich die Energie für die Reduktion der Rippelspannung bereitzustellen braucht.For this purpose it can be provided that corresponding output terminals of the first and the second clocked energy converter for compensating the ripple voltage can be connected in series. As a result, a superimposition of the converted energies can be achieved so that the second clocked energy converter only needs to provide the energy for the reduction of the ripple voltage.

Ein getakteter Energiewandler ist eine elektronische Einrichtung, die unter Nutzung einer spezifischen Schaltungsstruktur von elektronischen Bauteilen elektrische Energie zu wandeln vermag. Der getaktete Energiewandler kann als Hochsetzsteller (Booster), als Tiefsetzsteller (Buck), Kombinationswandler und/oder dergleichen ausgebildet sein. A clocked energy converter is an electronic device that is capable of converting electrical energy using a specific circuit structure of electronic components. The clocked energy converter can be designed as a boost converter (booster), as buck converter (buck), combination converter and / or the like.

Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Erfindung bei der Kopplung elektrischer Bordnetze von Kraftfahrzeugen, insbesondere elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, zum Einsatz kommt. Natürlich ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt und kann auch bei anderen Fahrzeugen, beispielsweise Wasserfahrzeugen, Luftfahrzeugen, aber auch bei stationären Einrichtungen wie Energieversorgungen, insbesondere unterbrechungsfreien Energieversorgungen und/oder dergleichen, zum Einsatz kommen.It proves particularly advantageous if the invention is used in the coupling of electrical vehicle electrical systems of motor vehicles, in particular electrically driven motor vehicles. Of course, the invention is not limited to this and can also be used in other vehicles, such as watercraft, aircraft, but also in stationary facilities such as power supplies, in particular uninterruptible power supplies and / or the like.

Vorteilhaft erweist es sich ferner, wenn die erste und/oder die zweite elektrische Gleichspannung mittels wenigstens eines Spannungssensors erfasst wird und das Wandeln von elektrischer Energie durch den zweiten getakteten Energiewandler abhängig von wenigstens einem Spannungssignal des wenigstens einen Spannungssensors eingestellt wird. Dadurch ist es möglich, insbesondere eine jeweilige Rippelspannung zu erfassen und den zweiten getakteten Energiewandler derart zu steuern, dass die Rippelspannung nahezu vollständig kompensiert werden kann. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine Regelungsfunktionalität bereitgestellt werden, die es erlaubt, die Rippelspannung auf einen minimalen Wert zu reduzieren, der durch die Regelungsfunktionalität beziehungsweise die Regelungsgenauigkeit bestimmt ist. Je nach Auslegung der Schaltung kann auf diese Weise nahezu eine vollständige Kompensation der Rippenspannung erreicht werden.It also proves to be advantageous if the first and / or the second electrical DC voltage is detected by means of at least one voltage sensor and the conversion of electrical energy by the second clocked energy converter is set as a function of at least one voltage signal of the at least one voltage sensor. This makes it possible, in particular, to detect a respective ripple voltage and to control the second clocked energy converter such that the ripple voltage can be almost completely compensated. In this way, for example, a control functionality can be provided, which allows to reduce the ripple voltage to a minimum value, which is determined by the control functionality or the control accuracy. Depending on the design of the circuit can be achieved in this way almost a complete compensation of the rib voltage.

Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn der zweite getaktete Energiewandler einer größeren Taktrate als der erste getaktete Energiewandler betrieben wird. Dadurch kann nämlich der Betrieb des zweiten getakteten Energiewandlers an eine Spannungsform der Rippelspannung gut angepasst werden, sodass die Kompensationswirkung der Rippelspannung weiter verbessert werden kann. Vorzugsweise beträgt die Taktrate des zweiten getakteten Energiewandlers mindestens dem Doppelten der Taktrate des ersten getakteten Energiewandlers. Gleichwohl können auch höhere Taktraten beziehungsweise Taktratenverhältnisse vorgesehen sein. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, dass der zweite getaktete Energiewandler lediglich für eine kleinere elektrische Leistung als der erste getaktete Energiewandler ausgebildet zu sein braucht. Dadurch kann eine deutlich größere Taktrate beim zweiten getakteten Energiewandler gegenüber dem ersten getakteten Energiewandler mit geringen Verlusten erreicht werden. Dadurch kann der zweite getaktete Energiewandler sehr klein und kostengünstig realisiert werden, weil nämlich für die vergleichsweise geringe Wandlungsleistung entsprechend kleine und kompakte Bauteile zur Realisierung des zweiten getakteten Energiewandlers genutzt werden können. Der Betrieb des zweiten getakteten Energiewandlers kann mittels einer Reglereinheit erfolgen, die mit dem wenigstens einen Spannungssensor gekoppelt ist und die ausgebildet ist, das Wandeln von elektrischer Energie durch den zweiten getakteten Energiewandler abhängig von dem wenigstens einen Spannungssignal des wenigstens einen Spannungssensors einzustellen.It proves to be advantageous if the second clocked energy converter is operated at a higher clock rate than the first clocked energy converter. As a result, the operation of the second clocked energy converter can be well adapted to a voltage form of the ripple voltage, so that the compensation effect of the ripple voltage can be further improved. Preferably, the clock rate of the second clocked energy converter is at least twice the clock rate of the first clocked energy converter. Nevertheless, higher clock rates or clock rate ratios can also be provided. It proves to be advantageous that the second clocked energy converter need only be designed for a smaller electrical power than the first clocked energy converter. As a result, a significantly greater clock rate can be achieved with the second clocked energy converter with respect to the first clocked energy converter with low losses. As a result, the second clocked energy converter can be realized very small and cost-effectively, because correspondingly small and compact components for the realization of the second clocked energy converter can be used for the comparatively low conversion power. The operation of the second clocked energy converter may be effected by means of a regulator unit which is coupled to the at least one voltage sensor and which is configured to adjust the conversion of electrical energy by the second clocked energy converter depending on the at least one voltage signal of the at least one voltage sensor.

Weiterhin erweist sich die Erfindung besonders dann als vorteilhaft, wenn die getakteten Energiewandler galvanisch gekoppelte Energiewandler sind, das heißt, keine galvanische Trennung zwischen den Bordnetzen, die sie koppeln, bereitstellen. Gerade hier kann die Funktionalität des zweiten getakteten Energiewandlers besonders vorteilhaft und günstig zum Einsatz kommen, weil aufwendige Maßnahmen zur galvanischen Trennung eingespart werden können.Furthermore, the invention proves to be particularly advantageous if the clocked energy converters are galvanically coupled energy converters, that is, provide no galvanic isolation between the on-board networks that couple them. Especially here, the functionality of the second clocked energy converter can be used particularly advantageously and favorably, because expensive measures for electrical isolation can be saved.

Die für den Energiekoppler angegebenen Wirkungen und Vorteile gelten natürlich auch gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Insbesondere können somit Vorrichtungsmerkmale auch als Verfahrensmerkmale und umgekehrt formuliert sein.Of course, the effects and advantages stated for the energy coupler also apply equally to the process according to the invention and vice versa. In particular, device features can thus also be formulated as process features and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. 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 a preferred embodiment and from the drawings. 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 In einer schematischen Ansicht ein Prinzipschaltbild eines Energiekopplers mit einem einzigen galvanisch gekoppelten Energiewandler,
  • 2 In einer schematischen Diagrammdarstellung eine Rippelspannung erzeugt beim Wandeln von elektrischer Energie mit dem Energiekoppler nach 1,
  • 3 In einer schematischen Ansicht ein Prinzipschaltbild eines Energiekopplers mit einem ersten und einem zweiten galvanisch gekoppelten Energiewandler,
  • 4 In einer schematischen Diagrammdarstellung eine Rippelspannung erzeugt beim Wandeln von elektrischer Energie mit dem Energiekoppler nach 3, wenn nur der erste Energiewandler betrieben wird,
  • 5 In einer schematischen Diagrammdarstellung eine Wandlungsleistung beim bestimmungsgemäßen Betrieb des Energiekopplers nach 3, wenn nur der erste Energiewandler betrieben wird,
  • 6 In einer schematischen Diagrammdarstellung eine Wandlungsleistung des zweiten Energiewandlers bei einem Betrieb des Energiekopplers wie 5,
  • 7 Eine schematische Diagrammdarstellung wie 4, bei der nun der zweite Energiewandler die Rippelspannung kompensiert,
  • 8 Eine schematische Diagrammdarstellung wie 5, bei der nun der zweite Energiewandler die Rippelspannung kompensiert,
  • 9 Eine schematische Diagrammdarstellung wie 6, bei der nun der zweite Energiewandler die Rippelspannung kompensiert,
Showing:
  • 1 In a schematic view a block diagram of an energy coupler with a single galvanic coupled energy converter,
  • 2 In a schematic diagram representation, a ripple voltage generated when converting electrical energy with the energy coupler after 1 .
  • 3 In a schematic view a block diagram of an energy coupler with a first and a second galvanically coupled energy converter,
  • 4 In a schematic diagram representation, a ripple voltage generated when converting electrical energy with the energy coupler after 3 if only the first energy converter is operated,
  • 5 In a schematic diagram representation of a conversion performance in the intended operation of the energy coupler after 3 if only the first energy converter is operated,
  • 6 In a schematic diagram representation of a conversion performance of the second energy converter in an operation of the energy coupler such 5 .
  • 7 A schematic diagram representation like 4 in which the second energy converter now compensates for the ripple voltage,
  • 8th A schematic diagram representation like 5 in which the second energy converter now compensates for the ripple voltage,
  • 9 A schematic diagram representation like 6 in which the second energy converter now compensates for the ripple voltage,

1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung ein Prinzipschaltbild eines Energiekopplers 50 zum elektrischen Koppeln eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung U1 beaufschlagten ersten elektrischen Bordnetzes 12 mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung U2 beaufschlagten zweiten elektrischen Bordnetz 14. Das erste Bordnetz 12 ist vorliegend für eine Bemessungsspannung von etwa 800 V ausgelegt. Das zweite Bordnetz 14 ist für eine Bemessungsspannung von etwa 400 V ausgelegt. 1 shows a schematic diagram of a circuit diagram of an energy coupler 50 for electrically coupling one with a first DC electrical voltage U 1 acted upon first electrical wiring system 12 with one with a second DC electrical voltage U 2 acted second electrical system 14. The first electrical system 12 is designed for a rated voltage of about 800V. The second electrical system 14 is designed for a rated voltage of about 400 V.

Der Energiekoppler 50 ist in der Ausgestaltung gemäß 1 dazu vorgesehen, als unidirektionaler Energiekoppler lediglich Energie vom ersten Bordnetz 12 zum zweiten Bordnetz 14 zu wandeln. Zu diesem Zweck weist der Energiekoppler 50 einen ersten mit dem ersten und dem zweiten Bordnetz 12, 14 elektrisch gekoppelten getakteten Energiewandler 16 auf. Der Energiewandler 16 ist vorliegend als Tiefsetzsteller (Buck) ausgebildet und lediglich für eine unidirektionale Energiewandlung ausgebildet. Wenn eine bidirektionale Energiekopplung gewünscht ist, kann der erste getaktete Energiewandler 16 entsprechend hinsichtlich seiner Schaltungsstruktur angepasst ausgebildet sein.The energy coupler 50 is in the embodiment according to 1 intended as a unidirectional energy coupler only energy from the first electrical system 12 to convert to the second electrical system 14. For this purpose, the energy coupler 50 a first with the first and the second electrical system 12 . 14 electrically coupled clocked energy converter 16. The energy converter 16 is in the present case designed as buck converter (Buck) and designed only for a unidirectional energy conversion. If bidirectional power coupling is desired, the first clocked power converter 16 may be configured accordingly with respect to its circuit structure.

Der erste getaktete Energiewandler 16 weist in bekannter Weise ein Halbleiterschaltelement 18 auf, welches zu einer Diode D1 in Reihe geschaltet an einem Eingangskondensator C1 angeschlossen ist, der seinerseits an das erste elektrische Bordnetz 12 angeschlossen ist und mit der ersten elektrischen Gleichspannung U1 beaufschlagt wird. An einem Mittelabgriff der Reihenschaltung aus dem Halbleiterschaltelement 18 und der Diode D1 ist eine Induktivität L1 mit einem ersten Anschluss angeschlossen, wobei ein zweiter Anschluss der Induktivität L1 an einen Kondensator C2 angeschlossen ist, der seinerseits an das zweite elektrische Bordnetz 14 angeschlossen ist und mit der zweiten elektrischen Gleichspannung U2 beaufschlagt ist. Mittels einer nicht weiter im Detail erläuterten Steuereinheit 20 wird das Halbleiterschaltelement 18 in bestimmungsgemäßer Weise im Schaltbetrieb betrieben, sodass eine Energiewandlung vom ersten Bordnetz 12 zum zweiten Bordnetz 14 erfolgt. Durch geeignete Steuersignale der Steuereinheit 20 wird der Tiefsetzstellbetrieb realisiert.The first clocked energy converter 16 In a known manner, a semiconductor switching element 18 which is connected in series to a diode D1 to an input capacitor C 1 is connected, which in turn is connected to the first electrical system 12 and the first DC electrical voltage U 1 is charged. At a center tap of the series connection of the semiconductor switching element 18 and the diode D 1 is an inductance L 1 connected to a first terminal, wherein a second terminal of the inductance L 1 to a capacitor C 2 is connected, in turn, to the second electrical system 14 is connected and with the second DC electrical voltage U 2 is charged. By means of a not further explained in detail control unit 20 the semiconductor switching element 18 is operated in the intended manner in the switching mode, so that an energy conversion from the first electrical system 12 to the second electrical system 14 he follows. By suitable control signals of the control unit 20 the step-down operation is realized.

Das zweite Bordnetz 14 umfasst ferner einen Spannungssensor V zum Erfassen der zweiten elektrischen Gleichspannung U2 und einen Stromsensor A, mittels dem ein elektrischer Strom durch eine Last R11 erfasst wird, die summarisch die Verbraucher des zweiten Bordnetzes 14 repräsentiert. Eine Auswerteeinheit 22 wertet Sensorsignale des Spannungssensors V und des Stromsensors A aus und kann ein entsprechendes Steuersignal an die Steuereinheit 20 übermitteln (nicht dargestellt). Die Auswerteeinheit 22 kann somit die zweite elektrische Gleichspannung U2 sowie auch eine Leistung erfassen, die vom Energiekoppler 50 für das zweite Bordnetz 14 bereitgestellt wird.The second electrical system 14 further includes a voltage sensor V for detecting the second DC electrical voltage U 2 and a current sensor A , by means of which an electric current through a load R 11 is detected, the summarily the consumers of the second electrical system 14 represents. An evaluation unit 22 evaluates sensor signals of the voltage sensor V and the current sensor A from and can a corresponding control signal to the control unit 20 submit (not shown). The evaluation unit 22 can thus the second DC electrical voltage U 2 as well as capture a power from the energy coupler 50 for the second electrical system 14 provided.

In einer schematischen Diagrammdarstellung gemäß 2 ist die zweite elektrische Gleichspannung U2 mittels eines Graphen dargestellt. Eine Ordinate ist der elektrischen Spannung in Volt zugeordnet. Eine Abszisse ist der Zeit t zugeordnet. Wie aus dem Diagramm gemäß 2 ersichtlich ist, stellt sich eine mittlere Spannung von etwa 400 V ein. Aus 2 ist aber ferner ersichtlich, dass der zweiten Gleichspannung U2 eine Rippelspannung überlagert ist, die vorliegend eine Amplitude von etwa 20 V aufweist. Dies ist für den Betrieb der durch die elektrische Last R11 repräsentierten Verbraucher ungünstig.In a schematic diagram representation according to 2 is the second DC electrical voltage U 2 represented by a graph. An ordinate is assigned to the electrical voltage in volts. An abscissa is assigned to time t. As from the diagram according to 2 can be seen, sets an average voltage of about 400 V. Out 2 but is also apparent that the second DC voltage U 2 a ripple voltage is superimposed, which in the present case has an amplitude of about 20 volts. This is for the operation of the electrical load R 11 represented consumers unfavorable.

Der erste getaktete Energiewandler 16 ist ein galvanisch gekoppelter Energiewandler und stellt keine galvanische Trennung zwischen dem ersten und dem zweiten Bordnetz 12, 14 bereit.The first clocked energy converter 16 is a galvanically coupled energy converter and does not provide galvanic isolation between the first and the second on-board electrical system 12 . 14 ready.

Um die Rippelspannung zu reduzieren, könnten ein Kapazitätswert des Kondensators C2 erhöht und/oder auch eine Taktrate des ersten getakteten Energiewandlers 16 erhöht werden. Dies ist jedoch mit zusätzlichen Kosten und Verlusten verbunden. Darüber hinaus kann die Rippelspannung ohnedies hierdurch nur teilweise kompensiert werden. Insgesamt erweist sich dies für den praktischen Einsatz eher als unzureichend.To reduce the ripple voltage, a capacitance value of the capacitor could C 2 increases and / or a clock rate of the first clocked energy converter 16 increase. However, this is associated with additional costs and losses. In addition, the ripple voltage can thereby only partially be compensated. Overall, this proves rather inadequate for practical use.

3 zeigt nun eine Erweiterung des Energiekopplers 50 gemäß 1, wobei der Energiekoppler 50 gemäß 3 nunmehr ergänzend einen zweiten getakteten Energiewandler 56 umfasst. Der zweite getaktete Energiewandler 56 ist als unidirektionaler Wandler ausgebildet und mit einem Eingangsanschluss parallel an den Kondensator C1 des ersten getakteten Energiewandlers 16 angeschlossen. Der Energiewandler 56 kann auch als bidirektionaler Energiewandler ausgebildet sein. Ein Ausgangsanschluss des zweiten getakteten Energiewandlers 56 ist zu einem Ausgangsanschluss des ersten getakteten Energiewandlers 16 in Reihe geschaltet, sodass die Reihenschaltung der beiden Ausgangsanschlüsse an das zweite elektrische Bordnetz 14 angeschlossen ist. Die Auswerteeinheit 22, wie sie anhand von 1 erläutert wurde, ist hier wegen der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellt. Diesbezüglich wird auf die entsprechenden Ausführungen zur 1 verwiesen. 3 now shows an extension of the energy coupler 50 according to 1 wherein the energy coupler 50 according to 3 now additionally comprises a second clocked energy converter 56. The second clocked energy converter 56 is designed as a unidirectional converter and with an input terminal in parallel to the capacitor C 1 the first clocked energy converter 16 connected. The energy converter 56 can also be designed as a bidirectional energy converter. An output terminal of the second clocked power converter 56 is to an output terminal of the first clocked power converter 16 connected in series, so that the series connection of the two output terminals is connected to the second electrical system 14. The evaluation unit 22 as they are based on 1 has been explained, is not shown here for clarity. In this regard, the corresponding remarks to 1 directed.

Durch diese Schaltungsstruktur wird erreicht, dass der zweite getaktete Energiewandler 56 auf einfache Weise die Rippelspannung, die durch den ersten getakteten Energiewandler 16 im bestimmungsgemäßen Wandlungsbetrieb erzeugt wird, kompensieren kann. Zu diesem Zweck ist eine besondere Schaltungsstruktur des zweiten getakteten Energiewandlers 56 vorgesehen, wie sie aus 3 ersichtlich ist.By this circuit structure is achieved that the second clocked energy converter 56 In a simple way, the ripple voltage that is generated by the first clocked power converter 16 in the intended conversion operation, can compensate. For this purpose, a special circuit structure of the second clocked energy converter 56 provided as they look 3 is apparent.

Am Kondensator C1 ist zunächst eine Reihenschaltung aus einem weiteren Halbleiterschaltelement 24 und einer Diode D2 angeschlossen. An einem Mittelabgriff dieser Reihenschaltung ist eine Induktivität L2 mit einem ersten Anschluss angeschlossen, wobei ein zweiter Anschluss dieser Induktivität L2 an einen weiteren Kondensator C3 angeschlossen ist. Der Kondensator C3 sowie auch die Diode D2 sind zugleich mit einem Bezugspotential 28 elektrisch gekoppelt, an welches auch ein Anschluss der Kondensatoren C1 und C2 des ersten getakteten Energiewandlers 16 angeschlossen ist. Im Übrigen ist aus 3 ersichtlich, dass auch die Bordnetze 12, 14 mit einem jeweiligen ihrer elektrischen Potentiale an das Bezugspotential 28 angeschlossen sind und somit galvanisch gekoppelt sind.At the condenser C 1 is first a series circuit of another semiconductor switching element 24 and a diode D 2 connected. At a center tap of this series connection is an inductance L 2 connected to a first terminal, with a second terminal of this inductance L 2 to another capacitor C 3 connected. The capacitor C 3 as well as the diode D 2 are at the same time with a reference potential 28 electrically coupled, to which also a connection of the capacitors C 1 and C 2 the first clocked energy converter 16 connected. By the way is off 3 it can be seen that even the electrical systems 12 . 14 with a respective one of their electrical potentials to the reference potential 28 are connected and thus galvanically coupled.

Der zweite Anschluss der Induktivität L2 ist mit demjenigen der beiden elektrischen Potentiale des zweiten Bordnetzes 14 verbunden, welches nicht mit dem Bezugspotential 28 elektrisch gekoppelt ist. An den Kondensator C3 ist eine weitere Reihenschaltung aus einem weiteren Halbleiterschaltelement 26 und einer Diode D3 angeschlossen, die einen Mittelanschluss bereitstellt, an dem eine weitere Induktivität L3 mit einem ersten Anschluss angeschlossen ist. Ein zweiter Anschluss der Induktivität L3 ist an einen Kondensator C4 mit einem ersten Anschluss angeschlossen. Ein zweiter Anschluss des Kondensators C4 ist mit der Induktivität L2 elektrisch gekoppelt. Der zweite Anschluss der Induktivität L3 ist zugleich auch mit dem Ausgangsanschluss des ersten getakteten Energiewandlers 16 elektrisch verbunden.The second connection of the inductance L 2 is with that of the two electrical potentials of the second electrical system 14 connected, which does not match the reference potential 28 is electrically coupled. To the capacitor C 3 is another series connection of a further semiconductor switching element 26 and a diode D 3 connected, which provides a center connection, to which a further inductance L 3 connected to a first connection. A second connection of the inductance L 3 is connected to a capacitor C 4 connected with a first connection. A second connection of the capacitor C 4 is with the inductance L 2 electrically coupled. The second connection of the inductance L 3 is also electrically connected to the output terminal of the first clocked power converter 16 at the same time.

Durch diese Schaltungsstruktur kann erreicht werden, dass unter Vermeidung einer galvanischen Kopplung eine Kompensation der Rippelspannung erreicht werden kann. Zu diesem Zweck wird die durch den zweiten getakteten Energiewandler 56 bereitgestellte Ausgangsspannung der durch den ersten getakteten Energiewandler 16 bereitgestellten Ausgangsspannung überlagert, das heißt, vorliegend aufgrund der Reihenschaltung addiert. Dadurch braucht der zweite getaktete Energiewandler 56 lediglich einen Bruchteil der Leistung des ersten getakteten Energiewandlers 16 bereitstellen zu können. Dadurch kann für den zweiten getakteten Energiewandler 56 eine erheblich größere Taktrate sowie auch sehr viel kleinere passive Bauteile bei geringen Verlusten realisiert werden. Durch die große mögliche Taktrate des zweiten getakteten Energiewandlers 56 kann die Ausgangsspannung dieses getakteten Energiewandlers so dynamisch angepasst werden, dass die Rippelspannung, die durch den ersten getakteten Energiewandler 16 erzeugt wird, nahezu vollständig ausgeglichen werden kann. Dies wird anhand der folgenden Fign. weiter erläutert. Die Steuereinheit 20 ist hier natürlich dazu ausgebildet, sämtliche der Halbleiterschaltelement 18, 24, 26 entsprechend zu steuern.By means of this circuit structure, it is possible to achieve compensation of the ripple voltage while avoiding galvanic coupling. For this purpose, the second clocked by the energy converter 56 provided output voltage of the first clocked energy converter 16 provided output voltage superimposed, that is, added in the present case due to the series connection. This requires the second clocked energy converter 56 only a fraction of the power of the first clocked energy converter 16 to be able to provide. This allows for the second clocked energy converter 56 a significantly higher clock rate and also much smaller passive components can be realized with low losses. Due to the large possible clock rate of the second clocked energy converter 56 For example, the output voltage of this clocked energy converter can be dynamically adjusted such that the ripple voltage generated by the first clocked energy converter 16 is generated, can be almost completely compensated. This will be explained with reference to the following FIGS. further explained. The control unit 20 Here, of course, is designed to all of the semiconductor switching element 18 . 24 . 26 to control accordingly.

4 zeigt eine schematische Diagrammdarstellung wie Fig. 2 für den Energiekoppler 50 gemäß 3, wobei bei dem in dem Diagramm gemäß 4 dargestellten Betriebszustand der zweite getaktete Energiewandler 56 deaktiviert ist. Eine Kompensation der Rippelspannung, die der erste getaktete Energiewandler 16 erzeugt, findet somit in diesem Betriebszustand nicht statt. Folglich entspricht das Diagramm gemäß 4 im Wesentlichen dem Diagramm, wie es bereits anhand von 2 erläutert wurde, weshalb diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird. 4 shows a schematic diagram representation as shown in FIG. 2 for the energy coupler 50 according to 3 , wherein in the in the diagram according to 4 shown operating state of the second clocked energy converter 56 is disabled. A compensation of the ripple voltage, the first clocked energy converter 16 generated, thus does not take place in this operating condition. Consequently, the diagram corresponds to 4 essentially the diagram, as it already is based on 2 why, in this regard, reference is made to the relevant explanations.

5 zeigt für den Betriebszustand gemäß 4 ein entsprechendes Leistungsdiagramm, wobei die Ordinate hier der elektrischen Leistung in kW zugeordnet ist. Die Zeit t ist wieder der Abszisse zugeordnet. Zu erkennen ist, dass eine mittlere Wandlungsleistung von etwa 15 kW durch den ersten getakteten Energiewandler 16 bereitgestellt wird. Dies kann in 5 anhand des Graphen 30 ersehen werden. 5 shows for the operating state according to 4 a corresponding performance diagram, the ordinate is here associated with the electrical power in kW. The time t is again associated with the abscissa. It can be seen that an average conversion power of about 15 kW by the first clocked energy converter 16 provided. This can be done in 5 based on the graph 30 be seen.

Es ist aber aus 5 ebenfalls ersichtlich, dass die Leistung entsprechend der Rippelspannung schwankt. So treten Leistungsschwankungen in einem Bereich von etwa 2 kW auf.It is over 5 also seen that the power varies according to the ripple voltage. Thus, power fluctuations occur in a range of about 2 kW.

6 zeigt in einem vergleichbaren Diagramm wie 5 die Leistung des zweiten getakteten Energiewandlers 56, die in diesem Betriebszustand null ist. 6 shows in a comparable diagram like 5 the power of the second clocked energy converter 56 which is zero in this operating state.

Die 7 bis 9 zeigen entsprechende Diagramme wie die 4 bis 6, wobei nun der zweite getaktete Energiewandler 56 jedoch aktiviert ist. Zu erkennen ist, dass in dem Diagramm in 7 der Spannungsrippel auf eine Amplitude von etwa 1 V reduziert werden kann. Entsprechend wirkt sich dies auch auf die gewandelte Leistung des Energiekopplers 50 aus, wie es anhand des Diagramms von 8 ersichtlich ist. Leistungsschwankungen, wie sie in 5 vergleichsweise groß waren, können nun durch den Betrieb des zweiten getakteten Energiewandlers 56 zu einem großen Teil kompensiert werden. Die Leistung ist nun nahezu konstant. Zur Kontrolle zeigt 9 die entsprechende Leistung, die durch den zweiten getakteten Energiewandler 56 bereitgestellt wird. Zu erkennen ist, dass eine schwankende Leistung in einem Bereich zwischen null und etwa 2,5 kW bereitgestellt wird. Dadurch können die Leistungsschwankungen, wie sie anhand von 5 dargestellt sind, zu einem großen Teil kompensiert werden.The 7 to 9 show corresponding diagrams like that 4 to 6 , where now the second clocked energy converter 56 however, it is activated. It can be seen that in the diagram in 7 the voltage ripple can be reduced to an amplitude of about 1V. Accordingly, this also has an effect on the converted power of the energy coupler 50, as shown in the diagram of FIG 8th is apparent. Power fluctuations, as in 5 were relatively large, can now by the operation of the second clocked energy converter 56 be compensated to a large extent. The performance is now almost constant. To control shows 9 the corresponding power provided by the second clocked energy converter 56 provided. It can be seen that a fluctuating power is provided in a range between zero and about 2.5 kW. This allows the power fluctuations, as determined by 5 are compensated to a large extent.

Insgesamt ermöglicht es die Erfindung, eine nahezu rippelfreie Ausgangsspannung des Energiekopplers 50 bezüglich des zweiten Bordnetzes 14 zu erreichen.Overall, the invention enables a virtually ripple-free output voltage of the energy coupler 50 with respect to the second vehicle electrical system 14 to reach.

Das Ausführungsbeispiel dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.The embodiment is solely illustrative of the invention and is not intended to limit this.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1212
erstes Bordnetzfirst electrical system
1414
zweites Bordnetzsecond electrical system
1616
erster getaktete Energiewandlerfirst clocked energy converter
1818
HalbleiterschaltelementSemiconductor switching element
2020
Steuereinheitcontrol unit
2222
Auswerteeinheitevaluation
2424
HalbleiterschaltelementSemiconductor switching element
2626
HalbleiterschaltelementSemiconductor switching element
2828
Bezugspotentialreference potential
3030
Graphgraph
3232
Graphgraph
5050
Energiekopplerenergy coupler
5656
zweiter getakteter Energiewandlersecond clocked energy converter
U1 U 1
erste elektrische Gleichspannungfirst electrical DC voltage
U2 U 2
zweite elektrische Gleichspannungsecond electrical DC voltage
C1 C 1
Kondensatorcapacitor
C2 C 2
Kondensatorcapacitor
C3 C 3
Kondensatorcapacitor
C4 C 4
Kondensatorcapacitor
R11 R 11
Lastload
D1 D 1
Diodediode
D2 D 2
Diodediode
D3 D 3
Diodediode
L1 L 1
Induktivitätinductance
L2 L 2
Induktivitätinductance
L3 L 3
Induktivitätinductance
AA
Stromsensorcurrent sensor
VV
Spannungssensorvoltage sensor

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 (8)

Energiekoppler (50) zum elektrischen Koppeln eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung (U1) beaufschlagten ersten Bordnetzes (12) mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung (U2) beaufschlagten zweiten Bordnetz (14), zu welchem Zweck der Energiekoppler (50) einen mit dem ersten und dem zweiten Bordnetz (12, 14) elektrisch gekoppelten ersten getakteten Energiewandler (16) aufweist, gekennzeichnet durch einen zweiten getakteten Energiewandler (56), der mit dem ersten und dem zweiten Bordnetz (12, 14) elektrisch gekoppelt ist und der ausschließlich dazu ausgebildet ist, elektrische Energie abhängig von einem Betriebszustand des ersten getakteten Energiewandlers (16) derart zu wandeln, dass die vom zweiten getakteten Energiewandler (56) gewandelte Energie eine durch den ersten getakteten Energiewandler (16) bewirkte Rippelspannung der ersten und/oder der zweiten elektrischen Gleichspannung (U1, U2) zumindest teilweise kompensiert.Energy coupler (50) for electrically coupling a first on-board network (12) acted upon by a first direct electrical voltage (U 1 ) to a second on-board network (14) acted upon by a second direct electrical voltage (U 2 ), for which purpose the energy coupler (50) has a with the first and the second electrical system (12, 14) electrically coupled first clocked energy converter (16), characterized by a second clocked energy converter (56) which is electrically coupled to the first and the second electrical system (12, 14) and the is exclusively designed to convert electrical energy depending on an operating state of the first clocked energy converter (16) in such a way that the energy converted by the second clocked energy converter (56) causes a ripple voltage of the first and / or the first clocked energy converter (16) second DC electrical voltage (U 1 , U 2 ) at least partially compensated. Energiekoppler (50) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit wenigstens einem Spannungssensor zum Erfassen der ersten und/oder der zweiten elektrischen Gleichspannung (U1, U2) gekoppelte Reglereinheit, die ausgebildet ist, das Wandeln von elektrischer Energie durch den zweiten getakteten Energiewandler (56) abhängig von wenigstens einem Spannungssignal des wenigstens einem Spannungssensors einzustellen.Energy coupler (50) according to Claim 1 characterized by at least one voltage sensor for detecting the first and / or the second DC electrical voltage (U 1 , U 2 ) coupled to the regulator unit, which is adapted to convert electrical energy through the second clocked energy converter (56) depending on at least one Adjust voltage signal of the at least one voltage sensor. Energiekoppler (50) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite getaktete Energiewandler (16, 56) ausgebildet sind, das erste und das zweite Bordnetz (12, 14) galvanisch zu koppeln.Energy coupler (50) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the first and / or the second clocked energy converter (16, 56) are adapted to couple the first and the second electrical system (12, 14) galvanically. Energiekoppler (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite getaktete Energiewandler (56) zum Wandeln von einer kleineren elektrischen Leistung als der erste getaktete Energiewandler (16) ausgebildet ist.Energy coupler (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the second clocked energy converter (56) is designed to convert from a smaller electrical power than the first clocked energy converter (16). Energiekoppler (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite getaktete Energiewandler (16, 56) jeweils einen Ausgangsanschluss aufweisen, wobei die Ausgangsanschlüsse in Reihe geschaltet sind.Energy coupler (50) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second clocked energy converter (16, 56) each having an output terminal, wherein the output terminals are connected in series. Verfahren zum elektrischen Koppeln eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung (U1) beaufschlagten ersten Bordnetzes (12) mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung (U2) beaufschlagten zweiten Bordnetz (14) mittels eines Energiekopplers (50), der das erste und das zweite Bordnetz (12, 14) mittels eines ersten getakteten Energiewandlers (16) elektrisch koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Bordnetz (12, 14) mittels eines zweiten getakteten Energiewandlers (56) elektrisch gekoppelt werden, wobei elektrische Energie abhängig von einem Betriebszustand des ersten getakteten Energiewandlers (16) ausschließlich derart gewandelt wird, dass die vom zweiten getakteten Energiewandler (56) gewandelte Energie eine durch den ersten getakteten Energiewandler (16) bewirkte Rippelspannung der ersten und/oder der zweiten elektrischen Gleichspannung (U1, U2) zumindest teilweise kompensiert.Method for electrically coupling a first on-board network (12) acted upon by a first direct electrical voltage (U 1 ) to a second on-board network (14) acted upon by a second direct electrical voltage (U 2 ) by means of an energy coupler (50) comprising the first and the second Vehicle electrical system (12, 14) by means of a first clocked energy converter (16) electrically coupled, characterized in that the first and the second electrical system (12, 14) by means of a second clocked energy converter (56) are electrically coupled, wherein electrical energy depends on a operating state of the first clocked power converter (16) is exclusively converted such that the second clocked power converter (56) energy converted one by the first clocked power converter (16) caused ripple voltage of the first and / or the second electrical voltage (U 1, U 2 ) at least partially compensated. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite elektrische Gleichspannung (U1, U2) mittels wenigstens einem Spannungssensor erfasst wird und das Wandeln von elektrischer Energie durch den zweiten getakteten Energiewandler (56) abhängig von wenigstens einem Spannungssignal des wenigstens einem Spannungssensors eingestellt wird.Method according to Claim 6 , characterized in that the first and / or the second electrical DC voltage (U 1 , U 2 ) is detected by means of at least one voltage sensor and the conversion of electrical energy by the second clocked energy converter (56) depending on at least one voltage signal of the at least one voltage sensor is set. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite getaktete Energiewandler (56) mit einer größeren Taktrate als der erste getaktete Energiewandler (16) betrieben wird.Method according to Claim 6 or 7 , characterized in that the second clocked energy converter (56) is operated at a higher clock rate than the first clocked energy converter (16).
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