DE102018113474A1

DE102018113474A1 - Spannungsstapelwandler für elektrifiziertes fahrzeug

Info

Publication number: DE102018113474A1
Application number: DE102018113474.6A
Authority: DE
Inventors: Hadi Malek; Shuitao Yang; Yan Zhou
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US20180354371A1; US10457150B2; CN109039068A

Abstract

Ein Leistungswandlungssystem beinhaltet einen Leistungswandler, der Ausgangsklemmen aufweist, die von Eingangsklemmen elektrisch isoliert sind. Das Leistungswandlungssystem beinhaltet eine Schaltung, die konfiguriert ist, um einen Spannungseingang von einer Stromquelle an die Eingangsklemmen zu koppeln und einer Last, die eine Reihenschaltung des Spannungseingangs und einer Spannung über die Ausgangsklemmen ist, eine Ausgangsspannung bereitzustellen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft im Allgemeinen einen Leistungswandler für Anwendungen mit elektrifizierten Fahrzeugen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrifizierte Fahrzeuge beinhalten Hybridelektrofahrzeuge (hybrid electric vehicles - HEV) und Batterieelektrofahrzeuge (battery electric vehicles - BEV). Elektrifizierte Fahrzeuge beinhalten eine Traktionsbatterie, um Energie zu speichern, die für den Antrieb und andere Zwecke verwendet wird. Die Traktionsbatterie ist dazu konfiguriert, in einem bestimmten Spannungsbereich zu arbeiten. Jedoch kann verbesserte Leistung elektrischer Maschinen erreicht werden, indem in einem anderen Spannungsbereich gearbeitet wird, typischerweise bei höheren Spannungen als die Traktionsbatterie. Viele elektrifizierte Fahrzeuge beinhalten einen Wandler für variable Spannungen, um die Spannung der Traktionsbatterie in einen Spannungspegel umzuwandeln, der von den elektrischen Maschinen gewünscht wird.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug beinhaltet einen isolierten Leistungswandler mit Eingangsklemmen, die an eine Leistungsquelle gekoppelt sind, und einer Last, die über eine Reihenschaltung eines Ausgangs des isolierten Leistungswandlers und der Leistungsquelle gekoppelt ist. Das Fahrzeug beinhaltet ferner eine Steuerung, die programmiert ist, um den isolierten Leistungswandler derart zu bedienen, dass ein Verhältnis an Leistung, die den Eingangsklemmen des isolierten Leistungswandlers zugeführt wird, zu einer Gesamtleistung, die der Last zugeführt wird, weniger als ein zuvor festgelegtes Verhältnis ist.
Das zuvor festgelegte Verhältnis kann auf Grundlage einer Effizienz des isolierten Leistungswandlers ausgewählt sein. Die Steuerung kann ferner programmiert sein, um das zuvor festgelegte Verhältnis als Reaktion auf die steigende Effizienz des isolierten Leistungswandlers zu erhöhen. Die Steuerung kann ferner ein Schaltelement beinhalten, das konfiguriert ist, um über Klemmen des Ausgangs des isolierten Leistungswandlers selektiv einen Kurzschluss zu verursachen. Die Steuerung kann ferner programmiert sein, um das Schaltelement zu bedienen, um die Last über die Leistungsquelle zu koppeln. Das Fahrzeug kann ferner einen Kondensator beinhalten, der über die Reihenschaltung gekoppelt ist. Die Leistungsquelle kann eine Traktionsbatterie sein. Der isolierte Leistungswandler kann für den bidirektionalen Betrieb konfiguriert sein.
Ein Leistungswandlungssystem beinhaltet einen Leistungswandler, der Ausgangsklemmen aufweist, die von Eingangsklemmen elektrisch isoliert sind. Das Leistungswandlungssystem beinhaltet ferner eine Schaltung, die konfiguriert ist, um einen Spannungseingang von einer Stromquelle an die Eingangsklemmen zu koppeln und einer Last, die eine Reihenschaltung des Spannungseingangs und einer Spannung über die Ausgangsklemmen ist, eine Ausgangsspannung bereitzustellen.
Die Ausgangsspannung kann größer als der Spannungseingang sein. Das Leistungswandlungssystem kann ferner eine Steuerung beinhalten, die programmiert ist, um den Leistungswandler derart zu bedienen, dass ein Verhältnis an Leistung, die den Eingangsklemmen des Leistungswandlers zugeführt wird, zu einer Gesamtleistung, die der Last zugeführt wird, weniger als ein zuvor festgelegtes Verhältnis ist. Das zuvor festgelegte Verhältnis kann auf Grundlage einer Effizienz des Leistungswandlers ausgewählt sein. Das zuvor festgelegte Verhältnis kann sich erhöhen, wenn sich eine Effizienz des Leistungswandlers erhöht. Die Schaltung kann ferner ein über den Ausgangsklemmen angeordnetes Schaltelement beinhalten, das konfiguriert ist, um selektiv einen Kurzschluss der Ausgangsklemmen zu verursachen. Das Leistungswandlungssystem kann ferner einen Kondensator beinhalten, der über die Reihenschaltung gekoppelt ist. Der Leistungswandler kann für den bidirektionalen Betrieb konfiguriert sein.
Ein Verfahren beinhaltet das Koppeln einer Leistungsquelle an einen Eingang eines isolierten Leistungswandlers. Das Verfahren beinhaltet ferner das Koppeln eines Ausgangs des isolierten Leistungswandlers in Reihe mit der Leistungsquelle, um einer elektrischen Last Leistung bereitzustellen. Das Verfahren beinhaltet ferner das Betreiben des isolierten Leistungswandlers bei einem Leistungspegel, sodass ein Verhältnis an Leistung, die dem isolierten Leistungswandler bereitgestellt wird, zu einer Gesamtleistung, die der elektrischen Last zugeführt wird, weniger als ein zuvor festgelegtes Verhältnis ist.
Das zuvor festgelegte Verhältnis kann auf einer Effizienz des isolierten Leistungswandlers basieren. Das zuvor festgelegte Verhältnis kann sich erhöhen, wenn sich die Effizienz erhöht.
Das zuvor festgelegte Verhältnis kann derart ausgewählt sein, dass ein Leistungsverlust im Zusammenhang mit der Bereitstellung von Leistung an die elektrische Last weniger ist als ein Wandlungsleistungsverlust im Zusammenhang mit der Verwendung eines Ausgangs eines nicht isolierten Leistungswandlers über die elektrische Last.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm eines Hybridfahrzeugs, die typische Antriebsstrang- und Energiespeicherkomponenten zeigt.
2 ist ein Diagramm einer möglichen Konfiguration eines Wandlers für variable Spannungen.
3 ist ein Blockdiagramm für ein Leistungswandlungssystem unter Verwendung eines nicht isolierten Leistungswandlers.
4 ist eine erste mögliche Konfiguration für einen isolierten Leistungswandler.
5 ist eine zweite mögliche Konfiguration für einen isolierten Leistungswandler.
6 ist ein Diagramm, das eine Schaltung für ein Leistungswandlungssystem unter Verwendung eines isolierten Leistungswandlers darstellt.
7 ist ein Verlauf, der Leistungsverluste für ein nicht isoliertes Leistungswandlungssystem und das Leistungswandlungssystem, das den isolierten Leistungswandler über eine Spanne an Effizienzen und Leistungsverhältnissen verwendet, darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hier werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaften Charakters sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um einen Fachmann eine vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht sich, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für übliche Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
1 zeigt ein elektrifiziertes Fahrzeug 112, das als Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (Plug-in Hybrid Electric Vehicle - PHEV) bezeichnet werden kann. Ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 114 umfassen, die mechanisch an ein Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 114 können unter Umständen als Motor oder Generator betrieben werden. Des Weiteren ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch an einen Motor 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist ferner mechanisch an eine Antriebswelle 120 gekoppelt, die mechanisch an die Räder 122 gekoppelt ist. Die elektrischen Maschinen 114 können eine Antriebs- und Abbremsfunktion bereitstellen, wenn der Motor 118 ein- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 114 können zudem als Generatoren fungieren und können Kraftstoffeffizienzvorteile bereitstellen, indem Energie zurückgewonnen wird, die normalerweise in einem Reibungsbremssystem als Wärme verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 114 können zudem Fahrzeugemissionen reduzieren, indem sie es ermöglichen, dass der Motor 118 bei effizienteren Drehzahlen betrieben wird, und es ermöglichen, dass das Hybridelektrofahrzeug 112 im Elektromodus betrieben wird, wobei der Motor 118 bei bestimmten Bedingungen ausgeschaltet ist. Bei einem elektrifizierten Fahrzeug 112 kann es sich ferner um ein Batterieelektrofahrzeug (battery electric vehicle - BEV) handeln. In einer BEV-Konfiguration ist der Motor 118 unter Umständen nicht vorhanden. In anderen Konfigurationen kann das elektrifizierte Fahrzeug 112 ein Vollhybridelektrofahrzeug (full hybrid-electric vehicle - FHEV) ohne Plug-in-Funktion sein.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 124 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 114 verwendet werden kann. Das Fahrzeugbatteriepack 124 kann einen Hochspannungsgleichstromausgang (DC) bereitstellen. Die Traktionsbatterie 124 kann elektrisch an ein oder mehrere Leistungselektronikmodule 126 gekoppelt sein. Ein oder mehrere Schütze 142 können die Traktionsbatterie 124 von anderen Komponenten trennen, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 124 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 126 ist auch elektrisch an die elektrischen Maschinen 114 gekoppelt und stellt die Fähigkeit bereit, Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 124 und den elektrischen Maschinen 114 zu übertragen. Beispielsweise kann eine Traktionsbatterie 124 eine DC-Spannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114 mit einem Dreiphasenwechselstrom (alternating current - AC) betrieben werden können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 126 kann die DC-Spannung in einen Dreiphasen-AC-Strom umwandeln, um die elektrischen Maschinen 114 zu betreiben. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 126 den Dreiphasen-AC-Strom von den elektrischen Maschinen 114, die als Generatoren fungieren, in die DC-Spannung umwandeln, die mit der Traktionsbatterie 124 kompatibel ist.
Das Fahrzeug 112 kann einen Wandler für variable Spannungen (variable-voltage converter-VVC) 152 beinhalten, der elektrisch zwischen der Traktionsbatterie 124 und dem Leistungselektronikmodul 126 gekoppelt ist. Der VVC 152 kann ein DC/DC-Aufwärtswandler sein, der zum Erhöhen oder Hochsetzen der von der Traktionsbatterie 124 bereitgestellten Spannung konfiguriert ist. Durch Erhöhen der Spannung können Stromanforderungen gesenkt werden, was zu einer Verringerung des Verdrahtungsumfangs für das Leistungselektronikmodul 126 und die elektrischen Maschinen 114 führt. Ferner können die elektrischen Maschinen 114 mit besserer Effizienz und geringeren Verlusten betrieben werden.
Neben dem Bereitstellen von Antriebsenergie kann die Traktionsbatterie 124 Energie für weitere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein DC/DC-Wandlermodul 128 beinhalten, das den Hochspannungs-DC-Ausgang der Traktionsbatterie 124 in eine Niederspannungs-DC-Versorgung umwandelt, die mit Niederspannungslasten des Fahrzeugs kompatibel ist. Ein Ausgang des DC/DC-Wandlermoduls 128 kann elektrisch an eine Hilfsbatterie 130 (z. B. eine 12 V-Batterie) zum Laden der Hilfsbatterie 130 gekoppelt sein. Die Niederspannungssysteme können elektrisch an die Hilfsbatterie 130 gekoppelt sein. Eine oder mehrere elektrische Lasten 146 können an den Hochspannungsbus gekoppelt sein. Die elektrischen Lasten 146 können eine zugeordnete Steuerung aufweisen, welche die elektrischen Lasten 146 gegebenenfalls betreibt und steuert. Zu Beispielen für elektrische Lasten 146 können ein Gebläse, ein elektrisches Heizelement und/oder ein Klimakompressor gehören.
Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann konfiguriert sein, um die Traktionsbatterie 124 über eine externe Leistungsquelle 136 wieder aufzuladen. Bei der externen Leistungsquelle 136 kann es sich um eine Verbindung zu einer Steckdose handeln. Die externe Leistungsquelle 136 kann elektrisch an eine Ladevorrichtung oder eine Ladestation für Elektrofahrzeuge (electric vehicle supply equipment - EVSE) 138 gekoppelt sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann ein elektrisches Leistungsverteilungsnetz sein, wie es von einem Elektrizitätsversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Die EVSE 138 kann eine Schaltung und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Leistungsquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regeln und zu verwalten. Die externe Leistungsquelle 136 kann der EVSE 138 elektrische Leistung als DC oder AC bereitstellen. Die EVSE 138 kann einen Ladestecker 140 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Bei dem Ladeanschluss 134 kann es sich um eine beliebige Art von Anschluss handeln, der konfiguriert ist, um Leistung von der EVSE 138 an das Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeanschluss 134 kann elektrisch an eine Ladevorrichtung oder ein bordeigenes Leistungswandlermodul 132 gekoppelt sein. Das Leistungswandlermodul 132 kann die von der EVSE 138 zugeführte Leistung konditionieren, um der Traktionsbatterie 124 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlermodul 132 kann mit der EVSE 138 über eine Schnittstelle verbunden sein, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 140 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 134 zusammenpassen. Alternativ dazu können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben sind, Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
Eine oder mehrere Radbremsen 144 können bereitgestellt sein, um das Fahrzeug 112 abzubremsen und eine Bewegung des Fahrzeugs 112 zu verhindern. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder eine Kombination davon sein. Die Radbremsen 144 können Teil eines Bremssystems 150 sein. Das Bremssystem 150 kann weitere Komponenten beinhalten, um die Radbremsen 144 zu betätigen. Der Einfachheit halber zeigt die Figur eine einzige Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und einer der Radbremsen 144. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und den weiteren Radbremsen 144 wird impliziert. Das Bremssystem 150 kann eine Steuerung beinhalten, um das Bremssystem 150 zu überwachen und zu koordinieren. Das Bremssystem 150 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zum Abbremsen des Fahrzeugs steuern. Das Bremssystem 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann zudem autonom arbeiten, um Funktionen wie etwa Stabilitätskontrolle umzusetzen. Die Steuerung des Bremssystems 150 kann ein Verfahren zum Anwenden einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn dies von einer weiteren Steuerung oder Unterfunktion angefordert wird.
Elektronische Module in dem Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kommunikationskanälen beinhalten. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus sein, wie etwa ein Controller Area Network (CAN). Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernet-Netzwerk laut der Definition durch die Normengruppe 802 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) beinhalten. Weitere Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Leistungssignale von der Hilfsbatterie 130 beinhalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Beispielsweise können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über ein CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Softwarekomponenten beinhalten, die eine Übertragung von Signalen und Daten zwischen Modulen unterstützen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht gezeigt, jedoch kann davon ausgegangen werden, dass sich das Fahrzeugnetzwerk mit jedem beliebigen Elektronikmodul verbinden kann, das in dem Fahrzeug 112 vorhanden ist. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller- VSC) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
2 stellt ein Diagramm eines VVC 152 dar, der als Aufwärtswandler konfiguriert ist. Der VVC 152 kann Eingangsklemmen beinhalten, die über die Schütze 142 an Klemmen der Traktionsbatterie 124 gekoppelt sein können. Der VVC 152 kann Ausgangsklemmen beinhalten, die an Klemmen des Leistungselektronikmoduls 126 gekoppelt sind. Der VVC 152 kann derart betrieben werden, dass veranlasst wird, dass eine Spannung an den Ausgangsklemmen größer einer Spannung an den Eingangsklemmen ist. Das Fahrzeug 112 kann eine VVC-Steuerung 200 beinhalten, die elektrische Parameter (z. B. Spannung und Strom) an verschiedenen Stellen innerhalb des VVC 152 überwacht und steuert. Bei einigen Konfigurationen kann die VVC-Steuerung 200 als Teil des VVC 152 enthalten sein. Die VVC-Steuerung 200 kann eine Ausgangsspannungsreferenz, $V_{d c}^{*},$
bestimmen. Die VVC-Steuerung 200 kann auf Grundlage der elektrischen Parameter und der Spannungsreferenz, $V_{d c}^{*},$
ein Steuersignal bestimmen, das ausreichend ist, um zu veranlassen, dass der VVC 152 die erwünschte Ausgangsspannung erreicht. In einigen Konfigurationen kann das Steuersignal als impulsbreitenmoduliertes (Pulse-width Modulated - PWM-) Signal umgesetzt sein, in dem ein Arbeitszyklus des PWM-Signals variiert ist. Das Steuersignal kann mit einer vorbestimmten Schaltfrequenz betrieben werden. Die VVC-Steuerung 200 kann dem VVC 152 befehlen, die gewünschte Ausgangsspannung unter Verwendung des Steuersignals bereitzustellen. Das Steuersignal, bei dem der VVC 152 betrieben wird, kann direkt mit der Höhe der Spannungserhöhung in Zusammenhang stehen, die von dem VVC 152 bereitgestellt werden soll.
Ferner unter Bezugnahme auf 2 kann der VVC 152 eine erste Schaltvorrichtung 206 und eine zweite Schaltvorrichtung 208 beinhalten, um eine Eingangsspannung aufwärts zu wandeln, um die aufwärtsgewandelte Ausgangsspannung bereitzustellen. Die Schaltvorrichtungen 206, 208 können dazu konfiguriert sein, selektiv einen Strom zu einer elektrischen Last (z. B. dem Leistungselektronikmodul 126 und den elektrische Maschinen 114) zu leiten. Jede Schaltvorrichtung 206, 208 kann einzeln durch eine Gate-Treiberschaltung (nicht dargestellt) der VVC-Steuerung 200 gesteuert werden und kann jede Art eines steuerbaren Schalters (z. B. einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder Feldeffekttransistor (FET)) beinhalten. Die Gate-Treiberschaltung kann jeder der Schaltvorrichtungen 206, 208 elektrische Signale bereitstellen, die auf dem Steuersignal basieren (z. B. Arbeitszyklus des PWM-Steuersignals). Eine Diode kann über jede der Schaltvorrichtungen 206, 208 gekoppelt sein. Die Schaltvorrichtungen 206, 208 können jeweils einen zugehörigen Schaltverlust aufweisen. Die Schaltverluste sind diejenigen Leistungsverluste, die während Zustandsänderungen der Schaltvorrichtung (z. B. Ein-Aus- und Aus-Ein-Übergängen) auftreten. Die Schaltverluste können durch den hindurchfließenden Strom und die Spannung an der Schaltvorrichtung 206, 208 während des Übergangs quantifiziert werden. Die Schaltvorrichtungen können ebenfalls zugehörige Leitungsverluste aufweisen, die auftreten, wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird.
Die Ausgangsspannung des VVC 152 kann gesteuert werden, um eine gewünschte Referenzspannung zu erreichen. Bei einigen Konfigurationen kann der VVC 152 ein Aufwärtswandler sein. Bei einer Aufwärtswandlerauslegung, bei der die VVC-Steuerung 200 den Arbeitszyklus des Steuersignals an die erste Schaltvorrichtung 206 und die zweite Schaltvorrichtung 208 steuert, kann die ideale Beziehung zwischen der Eingangsspannung V_in und der Ausgangsspannung V_out und dem Arbeitszyklus D anhand der folgenden Gleichung veranschaulicht werden: $V_{o u t} = \frac{V_{i n}}{(1 - D)}$
Der gewünschte Arbeitszyklus D kann bestimmt werden, indem die Eingangsspannung (z. B. Traktionsbatteriespannung) gemessen und die Ausgangsspannung auf die Referenzspannung eingestellt wird. Der Arbeitszyklus D kann den Arbeitszyklus für die erste Schaltvorrichtung 206 darstellen. Die zweite Schaltvorrichtung 208 kann bei einem Arbeitszyklus betrieben werden, der das Komplement von D ist (z. B. 100 % - D). Der VVC 152 kann ein Abwärtswandler sein, der die Spannung von Eingang zu Ausgang reduziert. Bei einer Abwärtswandlerkonfiguration kann ein anderer Ausdruck abgeleitet werden, der die Eingangs- und die Ausgangsspannung mit dem Arbeitszyklus in Beziehung setzt. Bei einigen Konfigurationen kann der VVC 152 ein Abwärts-Aufwärts-Wandler sein, der die Eingangsspannung erhöhen oder verringern kann. Die hier beschriebene Steuerstrategie ist nicht auf eine bestimmte Topologie von variablen Spannungswandlern beschränkt.
Unter Bezugnahme auf 2 kann der VVC 152 das Spannungspotenzial der von der Traktionsbatterie 124 bereitgestellten elektrischen Leistung hochsetzen oder „hochtransformieren“. Die Traktionsbatterie 124 kann Hochspannungs(high-voltage - HV)-DC-Leistung bereitstellen. In einigen Konfigurationen kann die Traktionsbatterie 124 eine Spannung zwischen 150 und 400 Volt bereitstellen. Das Schütz 142 kann elektrisch zwischen der Traktionsbatterie 124 und dem VVC 152 in Reihe gekoppelt sein. Wenn das Schütz 142 geschlossen ist, kann die HV-DC-Leistung von der Traktionsbatterie 124 zu dem VVC 152 übertragen werden. Ein Eingangskondensator 202 kann elektrisch mit der Traktionsbatterie 124 parallel gekoppelt sein. Der Eingangskondensator 202 kann die Busspannung stabilisieren und jegliche Spannungs- und Stromwelligkeit verringern. Der VVC 152 kann die HV-DC-Leistung aufnehmen und das Spannungspotenzial der Eingangsspannung gemäß der Auslastung hochsetzen oder „hochtransformieren“.
Ein Ausgangskondensator 204 kann elektrisch zwischen den Ausgangsklemmen des VVC 152 gekoppelt sein. Der Ausgangskondensator 204 kann die Busspannung stabilisieren und Spannungs- und Stromwelligkeit am Ausgang des VVC 152 reduzieren.
Das Fahrzeugsystem kann Sensoren zum Messen elektrischer Parameter des VVC 152 beinhalten. Ein erster Spannungssensor 210 kann dazu ausgelegt sein, die Eingangsspannung zu messen (z. B. Spannung der Batterie 124) und der VVC-Steuerung 200 ein entsprechendes Eingangssignal (V_bat ) bereitzustellen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der erste Spannungssensor 210 die Spannung an dem Eingangskondensator 202 messen, die der Batteriespannung entspricht. Ein zweiter Spannungssensor 212 kann die Ausgangsspannung des VVC 152 messen und der VVC-Steuerung 200 ein entsprechendes Eingangssignal (V_dc ) bereitstellen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der zweite Spannungssensor 212 die Spannung an dem Ausgangskondensator 204 messen, die der DC-Bus-Spannung entspricht. Der erste Spannungssensor 210 und der zweite Spannungssensor 212 können eine Schaltung beinhalten, um die Spannungen auf einen Pegel zu skalieren, der für die VVC-Steuerung 200 angemessen ist. Die VVC-Steuerung 200 kann eine Schaltung beinhalten, um die Signale von dem ersten Spannungssensor 210 und dem zweiten Spannungssensor 212 zu filtern und zu digitalisieren.
Ein Eingangsinduktor 214 kann elektrisch in Reihe zwischen der Traktionsbatterie 124 und den Schaltvorrichtungen 206, 208 gekoppelt sein. Der Eingangsinduktor 214 kann zwischen dem Speichern und Freisetzen von Energie in dem VVC 152 wechseln, um das Bereitstellen der variablen Spannungen und Ströme als Ausgang des VVC 152 und das Erreichen der gewünschten Spannungsaufwärtswandlung zu ermöglichen. Ein Stromsensor 216 kann den Eingangsstrom durch den Eingangsinduktor 214 messen und der VVC-Steuerung 200 ein entsprechendes Stromsignal (I_L ) bereitstellen. Der Eingangsstrom durch den Eingangsinduktor 214 kann ein Ergebnis der Spannungsdifferenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangsspannung des VVC 152, der Leitzeit der Schaltvorrichtungen 206, 208 und der Induktivität L des Eingangsinduktors 214 sein. Die VVC-Steuerung 200 kann eine Schaltung beinhalten, um das Signal von dem Stromsensor 216 zu skalieren, zu filtern und zu digitalisieren.
Die VVC-Steuerung 200 kann dazu programmiert sein, die Ausgangsspannung des VVC 152 zu steuern. Die VVC-Steuerung 200 kann Eingaben von dem VVC 152 und anderen Steuerungen über das Fahrzeugnetzwerk empfangen und die Steuersignale bestimmen. Die VVC-Steuerung 200 kann die Eingangssignale $(V_{b a t}, V_{d c}, I_{L}, V_{d c}^{*})$
überwachen, um die Steuersignale zu bestimmen. Beispielsweise kann die VVC-Steuerung 200 der Gate-Treiberschaltung Steuersignale bereitstellen, die einem Arbeitszyklusbefehl entsprechen. Die Gate-Treiberschaltung kann dann jede Schaltvorrichtung 206, 208 auf Grundlage des Arbeitszyklusbefehls steuern.
Die Steuersignale zu dem VVC 152 können dazu ausgelegt sein, die Schaltvorrichtungen 206, 208 mit einer zuvor festgelegten Schaltfrequenz anzutreiben. Innerhalb jedes Zyklus der Schaltfrequenz können die Schaltvorrichtungen 206, 208 mit einem angegebenen Arbeitszyklus betrieben werden. Der Arbeitszyklus definiert die Zeitspanne, in der sich die ausgewählte Schaltvorrichtung in einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand befindet. Beispielsweise kann ein Arbeitszyklus von 100 % eine ausgewählte Schaltvorrichtung in einem kontinuierlich eingeschalteten Zustand ohne Ausschalten betreiben. Ein Arbeitszyklus von 0 % kann eine zweite Schaltvorrichtung in einem kontinuierlichen ausgeschalteten Zustand ohne Anschalten betreiben. Ein Arbeitszyklus von 50 % kann eine ausgewählte Schaltvorrichtung für eine Hälfte des Zyklus in einem eingeschalteten Zustand und für eine Hälfte des Zyklus in einem ausgeschalteten Zustand betreiben. Die Steuersignale für die zwei Schalter 206, 208 können komplementär sein. Das heißt, dass das Steuersignal, das der ersten Schaltvorrichtung 206 bereitgestellt wird, eine umgekehrte Version des Steuersignals sein kann, das der zweiten Schaltvorrichtung 208 bereitgestellt wird. Wenn zum Beispiel die erste Schaltvorrichtung 206 eingeschaltet ist, dann sollte die zweite Schaltvorrichtung 208 ausgeschaltet sein.
Leistungswandler können als nicht isoliert und isoliert kategorisiert sein. Ein nicht isolierter Leistungswandler kann ein Leistungswandler sein, bei dem es einen elektrischen Pfad zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Wandler gibt. Der Eingang und Ausgang des nicht isolierten Wandlers können eine(n) gemeinsame(n) Masseanschluss oder Klemme teilen. Im Gegensatz dazu stellt ein isolierter Wandler galvanische Isolierung (z. B. elektrische Trennung) zwischen dem Eingang und Ausgang bereit. Bei einem isolierten Wandler gibt es keinen direkten leitenden Pfad zwischen dem Eingang und dem Ausgang. Ein isolierter Wandler kann einen Transformator zwischen dem Eingang und dem Ausgang beinhalten, um die elektrische Trennung zu erreichen.
3 stellt ein Beispiel für ein Leistungswandlungssystem dar, das einen nicht isolierten Wandler 302 verwendet. Zum Beispiel ist der VVC 152, der in 2 dargestellt ist, ein Beispiel für einen nicht isolierten Wandler. Der nicht isolierte Wandler 302 kann andere nicht isolierte Wandlerkonfigurationen beinhalten. Ein Leistungseingang, P_b , kann durch die Traktionsbatterie 124 oder einen Hochspannungsbus bereitgestellt sein. Der Leistungseingang, P_b , kann als das Produkt der Spannung über die Eingangsklemmen des nicht isolierten Wandlers 302 und des Stroms, der von der Traktionsbatterie 124 und/oder dem Hochspannungsbus in den nicht isolierten Wandler 302 fließt, definiert sein. Das heißt, dass, P_b die durch die Leistungsquelle bereitgestellte Leistung darstellt. Während der Strom durch den nicht isolierten Wandler 302 fließt, kann es Leistungsverluste geben. Zum Beispiel können Widerstandselemente einen Leistungsverlust bewirken (z. B. I² R). Die Schaltvorrichtungen 206, 208 können durch Schalt- und Leitungsverluste gekennzeichnet sein. Der Leistungsausgang aus dem Wandler kann als das Produkt der Spannung über die Ausgangsklemmen des nicht isolierten Wandlers 302 und des Stroms, der von dem nicht isolierten Wandler 302 zu der Last fließt, definiert sein. Das Verhältnis des Leistungsausgangs zu dem Leistungseingang kann als die Effizienz η des Wandlers definiert sein. Die Effizienz ist typischerweise aufgrund der Leistungsverluste weniger als eins. Der Leistungsverlust P_loss kann ausgedrückt werden als: $P_{loss} = (1 - η) P_{b}$
Die der Last zugeführte Leistung ist gleich ηP_b . Für den nicht isolierten Wandler 302 basiert der Leistungsverlust auf dem Leistungseingang an den Wandler. Da die gesamte Leistung den nicht isolierten Wandler 302 durchläuft, unterliegt die gesamte Eingangsleistung P_b den Verlusten. Es ist im Allgemeinen gewünscht, die Leistungsverluste des Systems zu minimieren.
6 stellt eine verbesserte Wandlertopologie zur Verbesserung der Leistungsverluste dar. Die Topologie aus 6 beinhaltet einen isolierten Wandler 602, der in Reihe mit der Traktionsbatterie 124 und/oder dem Hochspannungsbus verbunden ist. Es sind verschiedene Konfigurationen für den isolierten Wandler 602 verfügbar. Zum Beispiel stellt 4 ein Diagramm eines ersten isolierten Wandlers 400 dar, der als doppelt aktiver Brückenwandler bezeichnet werden kann. Der isolierte Wandler 400 kann einen Transformator 418 beinhalten, der ein Übersetzungsverhältnis von 1:n aufweist. Der Transformator 418 beinhaltet eine Wicklung der Primärseite und eine Wicklung der Sekundärseite. Der Wert n kann derart ausgewählt sein, dass eine zuvor festgelegte Erhöhung der Spannungsgröße an der Wicklung der Sekundärseite erreicht wird. Der erste isolierte Wandler 400 kann eine erste Eingangsklemme 430 und eine zweite Eingangsklemme 432 beinhalten. Ein Kondensator 422 kann über die Eingangsklemmen 430 und 432 gekoppelt sein. Der erste isolierte Wandler 400 kann einen Induktor 420 in Reihe mit der Wicklung der Primärseite des Transformators 418 beinhalten.
Die Eingangsklemmen 430 und 432 können an eine Eingangsstufe gekoppelt sein, die eine Vielzahl von Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 beinhaltet. Die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 können Festphasenschaltelemente sein. Zum Beispiel können die Eingangsstufenschaltvorrichtungen N-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (metal oxide semiconductor field-effect transistors - MOSFET) sein. Die Eingangsstufenschaltvorrichtungen können andere Transistorarten sein, darunter Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (insulated gate bipolar transistors - IGBT). Die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 können Dioden über die zugehörige Vorrichtung beinhalten. Die Dioden können die intrinsische Körperdiode in einigen Konfigurationen (z. B. MOSFET) darstellen.
Die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 können derart angeordnet sein, dass sie selektiv die Eingangsklemme 430 und 432 an die Reihenschaltung des Induktors 420 und der Wicklung der Primärseite des Transformators 418 koppeln. Zum Beispiel kann die Schaltvorrichtung 402 die erste Eingangsklemme 430 selektiv an eine erste Leitung des Induktors 420 koppeln. Die Schaltvorrichtung 404 kann die zweite Eingangsklemme 432 selektiv an die erste Leitung des Induktors 420 koppeln. Eine zweite Leitung des Induktors 420 kann an eine erste Klemme der Wicklung der Primärseite des Transformators 418 gekoppelt sein. Die Schaltvorrichtung 406 kann die erste Eingangsklemme 430 selektiv an eine zweite Klemme der Wicklung der Primärseite des Transformators 418 koppeln. Die Schaltvorrichtung 408 kann die zweite Eingangsklemme 432 selektiv an die zweite Klemme der Wicklung der Primärseite des Transformators 418 koppeln.
Die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 können durch eine Steuerung (z. B. die VVC-Steuerung 200) gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Steuerung 200 Gate-Treibersignale bereitstellen, um die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 einzuschalten und abzuschalten. Die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 können derart betrieben werden, dass sie eine Energieübertragung durch den Transformator 418 bewirken.
Die Wicklung der Sekundärseite des Transformators 418 kann an eine Ausgangsstufe gekoppelt sein, die eine Vielzahl von Ausgangsstufenschaltvorrichtungen 410, 412, 414, 416 beinhaltet. Die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen 410, 412, 414, 416 können Festphasenschaltelemente sein. Zum Beispiel können die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen N-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (metal oxide semiconductor field-effect transistors - MOSFET) sein. Die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen können andere Transistorarten sein, darunter Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (insulated gate bipolar transistors - IGBT). Die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen 410, 412, 414, 416 können Dioden über die zugehörige Vorrichtung beinhalten. Die Dioden können die intrinsische Körperdiode in einigen Konfigurationen (z. B. MOSFET) darstellen.
Die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen 410, 412, 414, 416 können derart angeordnet sein, dass sie die Wicklung der Sekundärseite des Transformators 418 selektiv an eine erste Ausgangsklemme 434 und eine zweite Ausgangsklemme 436 koppeln. Zum Beispiel kann die Schaltvorrichtung 410 eine erste Klemme der Sekundärwicklung des Transformators 418 selektiv an die erste Ausgangsklemme 434 koppeln. Die Schaltvorrichtung 412 kann die erste Klemme der Sekundärwicklung des Transformators 418 selektiv an die zweite Ausgangsklemme 436 koppeln. Die Schaltvorrichtung 414 kann eine zweite Klemme der Wicklung der Sekundärseite des Transformators 418 selektiv an die erste Ausgangsklemme 434 koppeln. Die Schaltvorrichtung 416 kann die zweite Klemme der Wicklung der Sekundärseite des Transformators 418 selektiv an die zweite Ausgangsklemme 436 koppeln. Ein Glättungskondensator 424 kann zwischen der ersten Ausgangsklemme 434 und der zweiten Ausgangsklemme 436 gekoppelt sein, um den resultierenden Spannungsausgang zu glätten.
Die Steuerung 200 kann konfiguriert sein, um die Eingangsstufe zu betreiben, um ein Wechselstrom-(AC-)Signal zu der Wicklung der Primärseite des Transformators 418 zu erzeugen. Das AC-Signal induziert dann einen Strom in der Wicklung der Sekundärseite des Transformators 418.
Die von der Steuerung 200 an den isolierten Wandler 400 gesendeten Steuersignale können konfiguriert sein, um die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 mit PWM-Signalen bei einer zuvor festgelegten Schaltfrequenz anzutreiben. Innerhalb jedes Zyklus der Schaltfrequenz können die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 mit einem angegebenen Arbeitszyklus betrieben werden. Der Arbeitszyklus definiert die Zeitspanne, in der sich die Schaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 in einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand befinden. Beispielsweise kann ein Arbeitszyklus von 100 % die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 in einem kontinuierlich eingeschalteten Zustand ohne Ausschalten betreiben. Ein Arbeitszyklus von 0 % kann die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 in einem kontinuierlich ausgeschalteten Zustand ohne Einschalten betreiben. Ein Arbeitszyklus von 50 % kann die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 für eine Hälfte des Zyklus in einem eingeschalteten Zustand und für eine Hälfte des Zyklus in einem ausgeschalteten Zustand betreiben. Die Steuersignale für die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 402, 404, 406, 408 können komplementär sein. Das heißt, das Steuersignal, das an eine der Schaltvorrichtungen (z. B. 402) gesendet wird, kann eine umgekehrte Version des Steuersignals sein, das an die komplementäre Schaltvorrichtung (z. B. 404) gesendet wird. Ein derartiger Betrieb stellt sicher, dass ein Ausgang nicht mit beiden Eingangsklemmen 430, 432 gleichzeitig verbunden ist (z. B. den gleichzeitigen Kurzschluss der Eingangsklemmen 430, 432 verhindert). In einigen Konfigurationen kann der Arbeitszyklus auf Grundlage von Rückkopplungssignalen (z. B. Spannungs- oder Stromrückkopplung) variiert werden, um eine(n) Zielspannung oder -strom an den Transformator zu erreichen.
Die Steuerung 200 kann konfiguriert sein, um die Ausgangsstufe zu betreiben, um ein Gleichstrom-(DC-)Signal zu einer verbundenen elektrischen Last zu erzeugen. Die Ausgangsstufe kann als ein Gleichrichter (z. B. über Körperdioden) betrieben werden, um das AC-Signal an den Ausgangsklemmen in ein DC-Signal umzuwandeln. Die Steuerung kann die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen 410, 412, 414, 416 betreiben, um die Gleichrichtung zu erreichen. Der isolierte Wandler 400 kann bidirektional sein, sodass Leistung in die entgegengesetzte Richtung übertragen werden kann. Das heißt, dass Leistung von der Ausgangsstufe zurück zu der Eingangsstufe übertragen werden kann. Zum Beispiel kann der Wechselrichter während des regenerativen Bremsens Leistung von den elektrischen Maschinen durch den isolierten Wandler 400 zurück zu der Traktionsbatterie führen. Die Steuerung 200 kann Steuersignale bereitstellen, um die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen 410, 412, 414, 416 zu betreiben, um Leistung zurück zu der Eingangsstufe zu geben. Es ist zu beachten, dass im bidirektionalen Betriebsmodus die vorstehend beschriebenen Rollen der Eingangsstufe und Ausgangsstufe umgekehrt sein können. Das heißt, dass die Ausgangsstufe betrieben werden kann, um ein AC-Signal zu erzeugen und die Eingangsstufe betrieben werden kann, um das AC-Signal an den Eingangsklemmen 430, 432 in ein DC-Signal gleichzurichten.
In einem anderen Beispiel stellt 5 ein Diagramm eines zweiten isolierten Wandlers 500 dar, der als Reihenresonanzwandler bezeichnet werden kann. Der isolierte Wandler 500 kann einen Transformator 518 beinhalten, der ein Übersetzungsverhältnis von l:n aufweist. Der Transformator 518 beinhaltet eine Wicklung der Primärseite und eine Wicklung der Sekundärseite. Der Wert n kann derart ausgewählt sein, dass eine zuvor festgelegte Erhöhung der Spannungsgröße an der Wicklung der Sekundärseite erreicht wird. Der zweite isolierte Wandler 500 kann eine erste Eingangsklemme 530 und eine zweite Eingangsklemme 532 beinhalten. Ein Kondensator 522 kann über die Eingangsklemmen 530 und 532 gekoppelt sein. Der zweite isolierte Wandler 500 kann einen Induktor 520 und einen zweiten Kondensator 526 beinhalten, der in Reihe mit einer Eingangsseite des Transformators 518 verbunden ist. In einigen Konfigurationen kann der Induktor 520 in den Transformator 518 integriert sein.
Die Eingangsklemmen 530 und 532 können an eine Eingangsstufe gekoppelt sein, die eine Vielzahl von Eingangsstufenschaltvorrichtungen 502, 504, 506, 508 beinhaltet. Die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 502, 504, 506, 508 können Festphasenschaltelemente sein. Zum Beispiel können die Eingangsstufenschaltvorrichtungen N-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (metal oxide semiconductor field-effect transistors - MOSFET) sein. Die Eingangsstufenschaltvorrichtungen können andere Transistorarten sein, darunter Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (insulated gate bipolar transistors - IGBT). Die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 502, 504, 506, 508 können Dioden über die zugehörige Vorrichtung beinhalten. Die Dioden können die intrinsische Körperdiode in einigen Konfigurationen (z. B. MOSFET) darstellen.
Die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 502, 504, 506, 508 können derart angeordnet sein, dass sie selektiv die Eingangsklemmen 530 und 532 an die Reihenschaltung des Induktors 520, zweiten Kondensators 526 und der Wicklung der Primärseite des Transformators 518 koppeln. Zum Beispiel kann die Schaltvorrichtung 502 die erste Eingangsklemme 530 selektiv an eine erste Leitung des zweiten Kondensators 526 koppeln. Die Schaltvorrichtung 504 kann die zweite Eingangsklemme 532 selektiv an die erste Leitung des zweiten Kondensators 526 koppeln. Eine zweite Leitung des zweiten Kondensators 526 kann an eine erste Leitung des Induktors 420 gekoppelt sein. Eine zweite Leitung des Induktors 520 kann an eine erste Klemme der Wicklung der Primärseite des Transformators 518 gekoppelt sein. Die Schaltvorrichtung 506 kann die erste Eingangsklemme 530 selektiv an eine zweite Klemme der Wicklung der Primärseite des Transformators 518 koppeln. Die Schaltvorrichtung 508 kann die zweite Eingangsklemme 532 selektiv an die zweite Klemme der Wicklung der Primärseite des Transformators 518 koppeln.
Die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 502, 504, 506, 508 können durch eine Steuerung (z. B. die VVC-Steuerung 200) gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Steuerung 200 Gate-Treibersignale bereitstellen, um die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 502, 504, 506, 508 einzuschalten und abzuschalten. Die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 502, 504, 506, 508 können derart betrieben werden, dass sie eine Energieübertragung durch den Transformator 518 bewirken.
Die Wicklung der Sekundärseite des Transformators 518 kann an eine Ausgangsstufe gekoppelt sein, die eine Vielzahl von Ausgangsstufenschaltvorrichtungen 510, 512, 514, 516 beinhaltet. Die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen 510, 512, 514, 516 können Festphasenschaltelemente sein. Zum Beispiel können die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen N-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (metal oxide semiconductor field-effect transistors - MOSFET) sein. Die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen können andere Transistorarten sein, darunter Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (insulated gate bipolar transistors - IGBT). Die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen 510, 512, 514, 516 können Dioden über die zugehörige Vorrichtung beinhalten. Die Dioden können die intrinsische Körperdiode in einigen Konfigurationen (z. B. MOSFET) darstellen.
Die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen 510, 512, 514, 516 können derart angeordnet sein, dass sie die Wicklung der Sekundärseite des Transformators 518 selektiv an eine erste Ausgangsklemme 534 und eine zweite Ausgangsklemme 536 koppeln. Zum Beispiel kann die Schaltvorrichtung 510 eine erste Klemme der Sekundärwicklung des Transformators 518 selektiv an die erste Ausgangsklemme 534 koppeln. Die Schaltvorrichtung 512 kann die erste Klemme der Sekundärwicklung des Transformators 518 selektiv an die zweite Ausgangsklemme 536 koppeln. Die Schaltvorrichtung 514 kann eine zweite Klemme der Wicklung der Sekundärseite des Transformators 518 selektiv an die erste Ausgangsklemme 534 koppeln. Die Schaltvorrichtung 516 kann die zweite Klemme der Wicklung der Sekundärseite des Transformators 518 selektiv an die zweite Ausgangsklemme 536 koppeln. Ein Glättungskondensator 524 kann zwischen der ersten Ausgangsklemme 534 und der zweiten Ausgangsklemme 536 gekoppelt sein, um den resultierenden Spannungsausgang zu glätten.
Die Steuerung 200 kann konfiguriert sein, um die Eingangsstufe zu betreiben, um ein Wechselstrom-(AC-)Signal zu der Wicklung der Primärseite des Transformators 518 zu erzeugen. Das AC-Signal induziert dann einen Strom in der Wicklung der Sekundärseite des Transformators 518.
Die von der Steuerung 200 an den isolierten Wandler 500 gesendeten Steuersignale können konfiguriert sein, um die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 502, 504, 506, 508 mit PWM-Signalen bei einer Schaltfrequenz anzutreiben. Innerhalb jedes Zyklus der Schaltfrequenz können die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 502, 504, 506, 508 mit einem angegebenen Arbeitszyklus betrieben werden. Der Arbeitszyklus definiert die Zeitspanne, in der sich die Schaltvorrichtungen 502, 504, 506, 508 in einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand befinden. Die Steuersignale für die Eingangsstufenschaltvorrichtungen 502, 504, 506, 508 können komplementär sein. Das heißt, das Steuersignal, das an eine der Schaltvorrichtungen (z. B. 502) gesendet wird, kann eine umgekehrte Version des Steuersignals sein, das an die komplementäre Schaltvorrichtung (z. B. 504) gesendet wird. Ein derartiger Betrieb stellt sicher, dass ein Ausgang nicht mit beiden Eingangsklemmen 530, 532 gleichzeitig verbunden ist (z. B. den gleichzeitigen Kurzschluss der Eingangsklemmen 530, 532 verhindert). In einigen Konfigurationen kann der Arbeitszyklus auf Grundlage von Rückkopplungssignalen (z. B. Spannungs- oder Stromrückkopplung) variiert werden, um eine(n) Zielspannung oder -strom an den Transformator zu erreichen. Die Schaltfrequenz kann relativ zu einer Resonanzfrequenz ausgewählt sein, die durch den zweiten Kondensator 526, Induktor 520 und die Wicklung der Primärseite des Transformators 518 definiert sein kann.
Die Steuerung 200 kann konfiguriert sein, um die Ausgangsstufe zu betreiben, um ein Gleichstrom-(DC-)Signal zu einer verbundenen elektrischen Last zu erzeugen. Die Ausgangsstufe kann als ein Gleichrichter (z. B. über Körperdioden) betrieben werden, um das AC-Signal an den Ausgangsklemmen in ein DC-Signal umzuwandeln. Die Steuerung kann die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen 510, 512, 514, 516 betreiben, um die Gleichrichtung zu erreichen. Der isolierte Wandler 500 kann bidirektional sein, sodass Leistung in die entgegengesetzte Richtung übertragen werden kann. Das heißt, dass Leistung von der Ausgangsstufe zurück zu der Eingangsstufe übertragen werden kann. Zum Beispiel kann der Wechselrichter während des regenerativen Bremsens Leistung von den elektrischen Maschinen durch den isolierten Wandler 500 zurück zu der Traktionsbatterie führen. Die Steuerung 200 kann Steuersignale bereitstellen, um die Ausgangsstufenschaltvorrichtungen 510, 512, 514, 516 zu betreiben, um Leistung zurück zu der Eingangsstufe zu geben. Es ist zu beachten, dass im bidirektionalen Betriebsmodus die vorstehend beschriebenen Rollen der Eingangsstufe und Ausgangsstufe umgekehrt sein können. Das heißt, dass die Ausgangsstufe betrieben werden kann, um ein AC-Signal zu erzeugen und die Eingangsstufe betrieben werden kann, um das AC-Signal an den Eingangsklemmen 530, 532 in ein DC-Signal gleichzurichten.
6 stellt ein mögliches Leistungswandlungssystem für die Leitungsverteilung in einem elektrifizierten Fahrzeug dar. Eine Leistungsquelle und die Ausgangsstufe des isolierten Wandlers 602 sind in Reihe gekoppelt, um eine Spannung für eine elektrische Last 650 bereitzustellen. Die Leistungsquelle kann die Traktionsbatterie 124 und den Hochspannungsbus beinhalten. Das Leistungswandlungssystem kann eine Schaltung beinhalten, die konfiguriert ist, um einen Spannungseingang von der Stromquelle an die Eingangsklemmen 630, 632 des isolierten Leistungswandlers 602 zu koppeln und einer Last 650, die eine Reihenschaltung des Spannungseingangs und einer Spannung über die Ausgangsklemmen 634, 636 des isolierten Leistungswandlers 602 ist, eine Ausgangsspannung bereitzustellen. Der Spannungsausgang der Reihenschaltung ist eine Summierung der Spannung der Leistungsquelle und des Spannungsausgangs des isolierten Wandlers 602. Zum Beispiel kann der isolierte Wandler 602 wie in 4 oder 5 konfiguriert sein. Die Eingangsklemmen 630, 632 des isolierten Wandlers 602 können elektrisch an Klemmen der Traktionsbatterie 124 gekoppelt sein, sodass die Eingangsspannung über die Eingangsklemmen äquivalent zu der Spannung der Traktionsbatterie ist.
Das resultierende Leistungswandlungssystem kann der elektrischen Last 650 eine aufwärtsgewandelte Spannung bereitstellen. Der Leistungsfluss von der Leistungsquelle zu der elektrischen Last 650 kann zwei Pfade aufweisen. Ein erster Pfad fließt von der Traktionsbatterie 124 und/oder dem Hochspannungsbus zu der elektrischen Last 650. Der erste Pfad kann als der direkte Pfad bezeichnet werden. Ein zweiter Pfad fließt von der Traktionsbatterie 124 und/oder dem Hochspannungsbus durch den isolierten Wandler 602 zu der elektrischen Last 650. Der zweite Pfad kann als der indirekte Pfad bezeichnet werden. Der indirekte Pfad stellt die Spannungserhöhung durch den isolierten Wandler 602 bereit.
Das Leistungswandlungssystem kann eine Steuerung 600 beinhalten, die konfiguriert ist, um den Betrieb des isolierten Leistungswandlers 602 zu überwachen und zu steuern. Die Steuerung 600 kann einen Prozessor beinhalten, um ein Programm und einen Speicher zum Speichern des Programms und der Daten auszuführen. Der Speicher kann einen flüchtigen und nicht flüchtigen Speicher beinhalten. Die Steuerung 600 kann Schnittstellenschaltung zum Verbinden mit einem oder mehreren Spannungs- und Stromsensoren beinhalten. Die Steuerung 600 kann Schnittstellenschaltung zum Steuern einer Vielzahl von Gate-Anschlüssen von Festphasenschaltvorrichtungen beinhalten. Die Steuerung 600 kann Zeitsteuerungen und Zählvorrichtungen beinhalten, die zum Koordinieren des Zeitpunktes verschiedener Eingangs- und Ausgangsvorläufe verwendet werden können. Die Steuerung 600 kann eine Kommunikationsschnittstelle beinhalten, um mit anderen elektronischen Modulen innerhalb des Fahrzeugs zu kommunizieren.
Das Leistungswandlungssystem kann einen Spannungssensor beinhalten, der konfiguriert ist, um die Spannung über den Ausgang (z. B. V₂ ) des isolierten Leistungswandlers 602 zu messen. Das Leistungswandlungssystem kann einen Spannungssensor beinhalten, der konfiguriert ist, um die Spannung über die Leistungsquelle (z. B. V_I ) zu messen. Das Leistungswandlungssystem kann einen Spannungssensor beinhalten, der konfiguriert ist, um die Spannung über die Reihenschaltung der Leistungsquelle und des Ausgang des isolierten Leistungswandlers 602 zu messen. Das heißt, konfiguriert, um die Spannung über die elektrische Last 650 zu messen. Die Spannungssensoren können sich mit der Steuerung 600 verbinden, um Spannungsinformationen zum Steuern des isolierten Leistungswandlers 602 bereitzustellen. Das Leistungswandlungssystem kann ferner einen Spannungssensor beinhalten, der konfiguriert ist, um die Spannung über die Eingangsklemmen (630, 632) des isolierten Leistungswandlers 602 zu messen.
Das Leistungswandlungssystem kann einen Stromsensor beinhalten, der konfiguriert ist, um den Strom zu messen, der in die Eingangsklemme 630 des isolierten Leistungswandlers 602 fließt. Das Leistungswandlungssystem kann einen Stromsensor beinhalten, der konfiguriert ist, um den Strom zu messen, der zu der elektrischen Last 650 fließt. Die Stromsensoren können sich mit der Steuerung 600 verbinden, um Strominformationen zum Steuern des isolierten Leistungswandlers 602 bereitzustellen.
Der direkte Pfad führt zu geringeren Leistungsverlusten, da die Leistung die Wandlungsstufe nicht vollständig durchläuft. Leistungsverluste, die dem indirekten Pfad zuzuschreiben sind, können berechnet werden als $P_{loss} = (1 - η_{iso}) P_{b1}$
wobei η_iso die Effizienz im Zusammenhang mit dem isolierten Wandler 602 ist und P_b1 die Leistungseingangsmenge in den isolierten Leistungswandler 602 ist. Der Leistungseingang in den isolierten Leistungswandler 602 kann auf Grundlage der Spannung über die Eingangsklemmen (630, 632) und des Stroms, der in die Eingangsklemmen (z. B. 630) fließt, bestimmt werden. Die Effizienz des isolierten Wandlers kann weniger sein als die Effizienz des nicht isolierten Wandlers (z. B. 2). Das heißt, dass η_iso weniger als η des vorstehend beschriebenen nicht isolierten Wandlers sein kann. Jedoch kann der Gesamtverlust reduziert werden, wenn nur ein Bruchteil der Leistung durch den isolierten Leistungswandler 602 fließt. Die Leistungsverluste können reduziert werden, indem die Menge an Leistung (z. B. definiert durch ein Leistungsverhältnis), die durch den isolierten Wandler 602 fließt, angepasst wird. Das heißt, dass P_b1 zu einem Wert gesteuert werden kann, der weniger als P_b ist. Zum Beispiel kann ein Verhältnis von P_b1 zu P_b zu einem Wert von 10 % gesteuert werden. Die Gesamtausgangsleistung, die der Last 650 zugeführt wird, ist die Summe der Leistung, die den direkten Pfad durchläuft und der Leistung, die den isolierten Leistungswandler 602 durchläuft.
Die Steuerung 600 kann programmiert sein, um die Leistungsmenge durch den isolierten Leistungswandler 602 zu steuern. Um die Gesamtleistung zu verbessern, kann die Leistung durch den isolierten Leistungswandler 602 ein kleiner Anteil der Leistung, die der Last 650 bereitgestellt wird oder des Leistungseingangs in das Leistungswandlungssystem sein. Das heißt, dass P_b1 derart ausgewählt sein kann, dass es weniger als die Eingangsleistung P_b des nicht isolierten Leistungswandlers ist. P_b1 kann ebenfalls derart ausgewählt sein, dass es weniger als die der Last 650 zugeführte Leistung ist. Stark zirkulierender Strom in dem isolierten Leistungswandler kann zu einer Reduzierung der Gesamtsystemeffizienz unter leichten Lastbedingungen führen. Um die Gesamteffizienz des Leistungswandlungssystems zu verbessern, kann die Leistung durch den isolierten Leistungswandler 602 zu einem zuvor festgelegten Leistungspegel gesteuert werden. Das Leistungsverhältnis kann als das Verhältnis der Leistung, die an dem Eingang des isolierten Leistungswandlers 602 abgegeben wird, zu der Gesamtleistung, die an die elektrische Last 650 abgegeben wird, definiert werden. Das Leistungsverhältnis kann auch als das Verhältnis der Leistung, die an dem Eingang des isolierten Leistungswandlers 602 abgegeben wird, zu der Gesamtleistung, die durch die Leistungsquelle bereitgestellt wird, definiert werden.
Die Steuerung 600 kann eine Spannungsreferenz empfangen oder definieren. Die Referenzspannung kann eine nominale Spannung sein, die von der elektrischen Last 650 benötigt wird. Die Referenzspannung kann größer sein als die Spannung der Traktionsbatterie 124. Die Steuerung 600 kann die Steuersignale an den isolierten Leistungswandler 602 ausgeben, um eine Spannung (z. B. V₂ ) von dem isolierten Leistungswandler auszugeben, sodass die Spannung über die elektrische Last 650 die Referenzspannung erfüllt. Die Referenzspannung kann sich auf das ausgewählte Leistungsverhältnis auswirken. Zum Beispiel kann, wenn die Referenzspannung erhöht wird, das Leistungsverhältnis erhöht werden, um die ausgewählte Referenzspannung zu erfüllen. Außerdem kann die Steuerung 600 den Strom messen, der zu der elektrischen Last 650 fließt, sodass die an die elektrische Last 650 abgegebene Leistung berechnet werden kann. Die Steuerung 600 kann die Spannung über die Eingangsklemmen (630, 632) des isolierten Leistungswandlers 602 und den Strom, der in die Eingangsklemme 630 fließt, messen, um den Leistungseingang in den isolierten Leistungswandler 602 zu bestimmen. Die Steuerung 600 kann das Verhältnis von Leistungseingang in den isolierten Leistungswandler 602 zu der an die elektrische Last 650 abgegebenen Leistung 650 berechnen. Die Steuerung 600 kann das Leistungsverhältnis mit einer zuvor festgelegten Spanne an Leistungsverhältnissen, die die gewünschte Spanne an Leistungsverhältnissen darstellen können, vergleichen. Die Steuerung 600 kann ein Referenzleistungsverhältnis empfangen oder bestimmen. Das Referenzleistungsverhältnis kann ein Leistungsverhältnis sein, das eine zuvor festgelegte Effizienz des Leistungswandlungssystems erzielt. Zum Beispiel kann das ausgewählte Leistungsverhältnis Leistungsverluste im Vergleich zur Verwendung eines nicht isolierten Leistungswandlers (z. B. 2) reduzieren. Das Referenzleistungsverhältnis kann ein maximales Leistungsverhältnis zum Erreichen verbesserter Effizienz darstellen.
Die Steuerung 600 kann den isolierten Leistungswandler 602 betreiben, um das Referenzleistungsverhältnis zu erreichen. Zum Beispiel kann die Steuerung 600 Gate-Treibersignale an die Eingangsstufenschaltvorrichtungen des isolierten Leitungswandlers 602 ausgeben, um die Frequenz und/oder Größe des Stroms durch die Primärseite des Transformators zu verändern, um das Referenzleistungsverhältnis zu erreichen. Die Steuerung 600 kann programmiert sein, um das Leistungsverhältnis zu spezifizierten Zeitintervallen (z. B. Abtastrate) anzupassen. Wenn sich der Leistungsbedarf der elektrischen Last 650 erhöht, kann die Steuerung 600 das Leistungsverhältnis anpassen, um das Referenzleistungsverhältnis beizubehalten und die Referenzspannung zu erreichen. Durch das Steuern des Leistungsverhältnisses zu dem Referenzleistungsverhältnis kann die Gesamteffizienz des Leistungswandlungssystems verbessert werden.
Das Leistungswandlungssystem kann ferner ein Schaltelement 638 beinhalten, das konfiguriert ist, um die Ausgangsklemmen des isolierten Wandlers 602 selektiv zu koppeln. Das Schaltelement 638 kann ein Relais oder eine Festphasenschaltvorrichtung (z. B. MOSFET, IGBT) sein. Die Steuerung 600 kann eine Schnittstelle für ein Steuersignal für das Schaltelement 638 beinhalten. Das Schaltelement 638 ermöglicht, dass der isolierte Wandler 602 aus dem Leistungspfad entfernt wird. Wenn das Schaltelement 638 geschlossen ist, ist die Traktionsbatterie 124 direkt an die Last gekoppelt. Wenn das Schaltelement 638 geschlossen ist, kann die Steuerung 200 den Schaltvorrichtungen des isolierten Wandlers 602 befehlen, inaktiv zu sein. Im geschlossenen Zustand kann es keine Leistungswandlungsverluste geben, da die Traktionsbatterie 124 und/oder der Hochspannungsbus direkt an die Last 650 gekoppelt ist. Wenn eine höhere Spannung nützlich ist, kann das Schaltelement 638 geöffnet werden und ein Teil der Leistung kann durch den isolierten Wandler 602 geleitet werden.
Die Steuerung 600 kann programmiert sein, um das Schaltelement 638 auf Grundlage der Betriebsbedingungen zu betreiben, sodass es offen oder geschlossen ist. Wenn die Betriebsbedingungen derart sind, dass die Spannung der Traktionsbatterie gewünscht ist, kann die Steuerung 600 bewirken, dass sich das Schaltelement 638 schließt. Vor dem Schließen des Schaltelements 638 kann die Steuerung 600 sicherstellen, dass es keinen Leistungsfluss durch den isolierten Leistungswandler 602 gibt. Wenn die Betriebsbedingungen derart sind, dass eine aufwärtsgewandelte Spannung gewünscht ist, kann die Steuerung 600 bewirken, dass sich das Schaltelement 638 öffnet. Die Steuerung 600 kann den isolierten Leistungswandler 602 betreiben, um die Spannung zu der gewünschten Spannung zu erhöhen.
7 veranschaulicht einen Verlauf 700 von Prozentverlusten durch Verwendung des offenbarten Leistungswandlungssystems. Eine x-Achse 704 stellt die Effizienz des isolierten Wandlers 602 dar. Eine y-Achse 706 stellt ein Leistungsverhältnis dar, das der Prozentsatz der Gesamtleistung ist, die durch den indirekten Pfad fließt. Eine z-Achse 708 stellt den Prozentleistungsverlust für das Wandlungssystem dar. Es ist eine Fläche 702 abgebildet, die die Wandlertopologieleistung für eine Spanne an Effizienz- und Leistungsverhältnissen darstellt. Die Leistung eines nicht isolierten Leistungswandlers (z. B. 2) ist durch eine Ebene 710 dargestellt, die eine Effizienz von 95 % aufweist.
Wie in dem Verlauf 700 zu sehen ist, beinhaltet die Fläche 702 eine verbesserte Leistungsspanne 712, in der die Prozentverluste weniger sind als diejenigen, die durch die Ebene 710 für eine Spanne an Effizienz- und Leistungsverhältnissen definiert sind. Die verbesserte Leistungsspanne 712 stellt diejenigen Kombinationen an Effizienz- und Leistungsverhältnissen dar, bei denen das Leistungswandlungssystem weniger Verluste als ein konventioneller nicht isolierter Wandler aufweist. Der Verlauf 702 stellt dar, dass unter Verwendung eines isolierten Leistungswandlers 602 zum Übertragen eines Teils der Leistung Verbesserungen in der Effizienz der Gesamtleistung des Wandlungssystems erzielt werden können. Zum Beispiel erzielt der Betrieb der Wandlertopologie unter Verwendung eines isolierten Leistungswandlers 602 mit einer Effizienz von 0,8 bei einem Leistungsverhältnis von 0,1 ein System mit reduzierten Verlusten im Vergleich zu einem konventionellen Wandler mit einem einzelnen Pfad und einer Effizienz von 95 %. Durch Steuern des Leistungsverhältnisses zu einer zuvor festgelegten Spanne (z. B. definiert durch 712) ist es möglich, die Gesamteffizienz im Vergleich zu dem System, das einen nicht isolierten Leistungswandler aufweist (z. B. 2), zu verbessern.
Die Kenntnis der Effizienz des isolierten Leistungswandlers 602 ermöglicht die Identifizierung eines maximalen Leistungsverhältnisses zum Erreichen verbesserter Effizienz. Zum Beispiel gibt es bei einem festen Effizienzwert eine Spanne an Leistungsverhältnissen, die innerhalb der verbesserten Leistungsspanne 712 liegen. Das maximale gewünschte Leistungsverhältnis kann als das Leistungsverhältnis im Zusammenhang mit dem Effizienzwert des isolierten Leistungswandlers 602, der die Ebene 710 schneidet, definiert werden. Die Steuerung 600 kann programmiert sein, um die Spannungsreferenz unter Verwendung des mindestmöglichen Leistungsverhältnisses zu erreichen. Die Steuerung 600 kann programmiert sein, um den isolierten Leistungswandler 602 bei einem Leistungsverhältnis unterhalb des maximalen gewünschten Leistungsverhältnisses zu betreiben. Die Eigenschaften (z. B. definiert durch 7) können durch die Steuerung 600 gespeichert und abgerufen werden, um das maximale Leistungsverhältnis zu bestimmen. Die Steuerung 600 kann programmiert sein, um die Spannungsreferenz unter Verwendung des mindestmöglichen Leistungsverhältnisses, das weniger als das maximal gewünschte Leistungsverhältnis ist, zu erreichen. Durch Minimieren des Leistungsflusses durch den isolierten Leistungswandler 602 kann die Gesamtsystemeffizienz verbessert werden. Das heißt, dass Wandlungsleistungsverluste reduziert werden können.
Das Leistungswandlungssystem kann die Gesamteffizienz der Leistungswandlung verbessern. Das Leistungswandlungssystem stellt einer elektrischen Last eine aufwärtsgewandelte Spannung bereit, die die Stromanforderungen für Verdrahtung und Lasten reduzieren kann. Außerdem ist das Leistungswandlungssystem bidirektional und kann Energie zurück an die Leistungsquelle geben, indem der Betrieb des isolierten Leistungswandlers umgekehrt wird.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon umgesetzt werden, die/der eine bereits bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. In ähnlicher Weise können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert werden, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen, darunter unter anderem Informationen, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie etwa ROM-Vorrichtungen, gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und sonstigen magnetischen und optischen Medien, gespeichert sind, ausführbar sind. Die Prozesse, Verfahren und Algorithmen können ferner in einem von Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten, wie zum Beispiel anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten, ausgeführt sein.
Obwohl vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, welche durch die Ansprüche umfasst werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Zu diesen Attributen gehören u. a. Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. Daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen aus dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Fahrzeug, umfassend: einen isolierten Leistungswandler mit Eingangsklemmen, die an eine Leistungsquelle gekoppelt sind; eine Last, die über eine Reihenschaltung eines Ausgangs des isolierten Leistungswandlers und der Leistungsquelle gekoppelt ist; und eine Steuerung, die programmiert ist, um den isolierten Leistungswandler derart zu bedienen, dass ein Verhältnis an Leistung, die den Eingangsklemmen des isolierten Leistungswandlers zugeführt wird, zu einer Gesamtleistung, die der Last zugeführt wird, weniger als ein zuvor festgelegtes Verhältnis ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Schaltelement, das konfiguriert ist, um über Klemmen des Ausgangs des isolierten Leistungswandlers selektiv einen Kurzschluss zu verursachen.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, um das Schaltelement zu bedienen, um die Last über die Leistungsquelle zu koppeln.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Leistungsquelle eine Traktionsbatterie ist.
Leistungswandlungssystem, umfassend: einen isolierten Leistungswandler, der Ausgangsklemmen aufweist, die von Eingangsklemmen elektrisch isoliert sind; eine Schaltung, die konfiguriert ist, um einen Spannungseingang von einer Stromquelle an die Eingangsklemmen zu koppeln und einer Last, die eine Reihenschaltung des Spannungseingangs und einer Spannung über die Ausgangsklemmen ist, eine Ausgangsspannung bereitzustellen.
Leistungswandlungssystem nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Steuerung, die programmiert ist, um den isolierten Leistungswandler derart zu bedienen, dass ein Verhältnis an Leistung, die den Eingangsklemmen des isolierten Leistungswandlers zugeführt wird, zu einer Gesamtleistung, die der Last zugeführt wird, weniger als ein zuvor festgelegtes Verhältnis ist.
Leistungswandlungssystem nach Anspruch 6, wobei das zuvor festgelegte Verhältnis auf Grundlage einer Effizienz des Leistungswandlers ausgewählt ist.
Leistungswandlungssystem nach Anspruch 6, wobei sich das zuvor festgelegte Verhältnis erhöht, wenn sich eine Effizienz des isolierten Leistungswandlers erhöht.
Leistungswandlungssystem nach Anspruch 5, wobei die Schaltung ferner ein über den Ausgangsklemmen angeordnetes Schaltelement beinhaltet, das konfiguriert ist, um selektiv einen Kurzschluss der Ausgangsklemmen zu verursachen.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder Leistungswandlungssystem nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Kondensator, der über die Reihenschaltung gekoppelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder Leistungswandlungssystem nach Anspruch 5, wobei der isolierte Leistungswandler für bidirektionalen Betrieb konfiguriert ist.
Verfahren, umfassend: Koppeln einer Leistungsquelle an einen Eingang eines isolierten Leistungswandlers; Koppeln eines Ausgangs des isolierten Leistungswandlers in Reihe mit der Leistungsquelle, um einer elektrischen Last Leistung bereitzustellen; und Betreiben des isolierten Leistungswandlers bei einem Leistungspegel, sodass ein Verhältnis an Leistung, die dem isolierten Leistungswandler bereitgestellt wird, zu einer Gesamtleistung, die der elektrischen Last zugeführt wird, weniger als ein zuvor festgelegtes Verhältnis ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 12, wobei das zuvor festgelegte Verhältnis auf einer Effizienz des isolierten Leistungswandlers basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 12, wobei sich das zuvor festgelegte Verhältnis erhöht, wenn sich eine Effizienz des isolierten Leistungswandlers erhöht.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das zuvor festgelegte Verhältnis derart ausgewählt ist, dass ein Leistungsverlust im Zusammenhang mit der Bereitstellung von Leistung an die elektrische Last weniger ist als ein Wandlungsleistungsverlust im Zusammenhang mit der Verwendung eines Ausgangs eines nicht isolierten Leistungswandlers über die elektrische Last.