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Die Erfindung betrifft eine konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung für ein Fahrzeugbordnetz. Es ist bekannt, dass Fahrzeuge mit einem elektrischen Speicher mit Ladeanschlüssen versehen werden, um mittels einer Ladestation über die Ladeanschlüsse den elektrischen Speicher zu laden. Zum einen ist bei Ladestationen, die Wechselspannung liefern, eine Wandlung der Stromart notwendig, da der elektrische Speicher mit gleichgerichteter Gleichspannung beladen wird. Zum anderen ist die Spannungshöhe der Wechselspannung durch das Versorgungsnetz und die Anzahl der genutzten Phasen des Wechselstromnetzes definiert, sodass eine unterschiedliche Spannungsbänder erreicht werden. Komponenten in einem Bordnetzzweig werden über Spannungswandler versorgt, um zuzulassen, dass diese Komponenten einerseits und die Batterie andererseits mit unterschiedlichen Spannungen versorgt werden können. Ferner ist es vor Beginn und nach Ende des Ladeprozesses erforderlich, Speicherelemente wie Kondensatoren, die in den Spannungswandlern vorgesehen sind, vorzuladen oder zu entladen, um eine Stromspitze beim Beginn des Ladens und Berührspannungen nach Ende des Ladens zu vermeiden. Die Offenlegungsschrift
US 2014/0112025 A1 beschreibt eine Kondensatoranordnung einer Eingangsstufe, wobei die Kondensatoren der Kondensatoranordnung seriell oder parallel miteinander verbunden werden können mittels dreier Schalter.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich diese Funktionen auf einfache Weise realisieren lassen.
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Es wird daher eine konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung, insbesondere zur Verwendung in Fahrzeugbordnetzen, wobei die Gleichspannungswandlerschaltung durch Parallel-/Seriellkonfiguration von Wandlern eine einphasige und eine mehrphasige Wechselstromladung ermöglicht, wobei in die Konfigurationsschaltung eine Vor-/Entladefunktion integriert ist, die das Vorladen der Zwischenkreiskondensatoren der Gleichspannungswandler ermöglicht. Die Wandler werden eingangsseitig mittels einer Konfigurationsschaltung parallel oder seriell konfiguriert. Dem Wandler ist somit eine Konfigurationsschaltung vorgeschaltet, die diese Seriell- oder Parallelkonfiguration einstellbar ermöglicht. In dieser Konfigurationsschaltung ist neben den betreffenden Schaltern auch ein Widerstand vorgesehen, der sich über einen Umschalter innerhalb der Konfigurationsschaltung zuschalten lässt, und der eine Vorladung oder Entladung ermöglicht. Die Konfigurationsschalter, die zur Parallel-/Seriellkonfiguration (kurz: Konfiguration) der Wandler verwendet werden, dienen auch dazu, einzustellen, ob der Widerstand zum Entladen oder zum Vorladen verwendet wird.
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Es wird daher eine konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung vorgeschlagen, die insbesondere in Fahrzeugbordnetzen verwendet wird. Die konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung hat einen ersten Gleichspannungsanschluss und einen zweiten Gleichspannungsanschluss. Der erste Gleichspannungsanschluss entspricht einem Eingang und ist eingerichtet, mit einem Gleichrichter verbunden zu werden. Der zweite Gleichspannungsanschluss dient zur Anbindung des Akkumulators, insbesondere des Traktionsakkumulators des Fahrzeugbordnetzes. Der zweite Gleichspannungsanschluss ist somit eingerichtet, mit einem Akkumulator, insbesondere mit einem Hochvoltakkumulator verbunden zu werden. Der zweite Gleichspannungsanschluss ist somit ein Akkumulatoranschluss.
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Der erste Gleichspannungsanschluss ist eingerichtet, mit einem Gleichrichter verbunden zu werden, um von diesem die gleichgerichtete Ladespannung erhalten zu können. Dem ersten Gleichspannungsanschluss ist eine Konfigurationsschaltung nachgeschaltet. Der erste Gleichspannungsanschluss ist über die Konfigurationsschaltung mit mehreren Gleichspannungswandlern verbunden, insbesondere mit deren Eingang. Die Gleichspannungswandler sind galvanisch trennend. Mittels der Konfigurationsschaltung können die Wandler und insbesondere deren Zwischenkreiskondensatoren ausgewählt parallel oder seriell miteinander verbunden werden. Auf diese Weise kann etwa bei einer hohen Eingangsspannung eine serielle Konfiguration der Wandler vorgesehen werden, sodass deren Zwischenkreiskondensatoren jeweils nur die Hälfte der gesamten Eingangsspannung erhalten. Zur Erhöhung der Kapazität werden die Wandler parallel miteinander verbunden, wenn die Eingangsspannung am ersten Gleichspannungsanschluss im Vergleich hierzu niedrig ist.
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Die Konfigurationsschaltung weist einen ersten und einen zweiten Schalter auf. Zwischen diesen beiden Schaltern ist ein Umschalter vorgesehen. Der Umschalter weist zwei Schaltpositionen auf. In der ersten Schaltposition verbindet der Umschalter den ersten Schalter und den zweiten Schalter über eine Diodenvorrichtung. In der zweiten Schaltposition verbindet der Umschalter den ersten Schalter und den zweiten Schalter über einen Widerstand. Die Diodenvorrichtung dient zur Anbindung eines Neutralleiterpotentials, insbesondere wenn einphasig geladen wird, das heißt wenn ein vorgeschalteter Gleichrichter mit einer einphasigen Wechselspannung beaufschlagt wird. Der Widerstand dient zur Strombegrenzung beim Entladen oder Vorladen der Kondensatoren der Gleichspannungswandler.
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Die Gleichspannungswandler sind mit dem ersten und mit dem zweiten Schalter verbunden. Die Gleichspannungswandler sind somit mit der Konfigurationsschaltung verbunden, jedoch auf unterschiedliche Weise. Die Gleichspannungswandler sind bei Vorliegen der ersten Schaltposition des Umschalters mit dem ersten und dem zweiten Schalter verbunden. Mit anderen Worten verbindet der Umschalter in der ersten Schaltposition die Gleichspannungswandler mit den Schaltern (dem ersten und dem zweiten Schalter) der Konfigurationsschaltung. Die Verbindung zwischen den Wandlern und den Schaltern ist kreuzweise. Hierbei ist der erste Gleichspannungswandler mit dem zweiten Schalter der Konfigurationsschaltung verbunden und der zweite Wandler ist mit dem ersten Schalter der Konfigurationsschaltung verbunden.
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Der Umschalter verbindet in der ersten Schaltposition über den ersten und zweiten Schalter in deren geschlossenem Zustand die Gleichspannungswandler parallel miteinander. Der Umschalter in der ersten Schaltposition und die beiden Schalter in einem offenen Zustand verbinden die Gleichspannungswandler über die Diodenvorrichtung seriell miteinander. Die geschlossene Position der ersten und zweiten Schalter wird auch als erste Konfigurationsposition bezeichnet. Die offene Position der ersten und zweiten Schalter wird als zweite Konfigurationsposition bezeichnet. Der Umschalter in der ersten Schaltposition und die Schalter in der ersten Konfigurationsposition verbinden die Gleichspannungswandler parallel miteinander (insbesondere in direkter Weise). Der Umschalter in der ersten Schaltposition und die Schalter in der zweiten Konfigurationsposition verbinden die Gleichspannungswandler über die Diodenvorrichtung und somit nicht direkt.
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Der Umschalter weist einen Mittelanschluss auf sowie zwei wählbare Kontakte, von denen (je nach Schaltstellung) einer mit dem Mittelanschluss verbunden sind. Die wählbaren Kontakte können auch als wählbare Anschlüsse bezeichnet werden. Der erste Schalter und der zweite Schalter können als einfache Schließer oder Öffner konzipiert sein. Jeder Schalter ist jeweils mit einem der Potentiale des ersten Gleichspannungsanschlusses verbunden. Der erste Schalter ist über die Diodenvorrichtung mit dem Umschalter verbunden, insbesondere mit einem ersten der wählbaren Kontakte. Der erste Schalter ist über den Widerstand mit dem zweiten der wählbaren Kontakte des Umschalters verbunden (das heißt der erste Schalter ist über den Widerstand mit dem Umschalter verbunden). Der zweite Schalter ist mit dem Mittelanschluss des Umschalters verbunden. Der erste Schalter verbindet ein erstes Potential des ersten Gleichspannungsanschlusses schaltbar mit einem Verbindungspunkt. Die Diodenvorrichtung ist über den Verbindungspunkt mit dem Widerstand verbunden. Die Diodenvorrichtung verbindet den Verbindungspunkt mit dem ersten wählbaren Kontakt des Umschalters. Der Widerstand verbindet den Verbindungspunkt (das heißt den ersten Schalter) mit dem zweiten der wählbaren Kontakte des Umschalters. Der zweite Schalter verbindet schaltbar den Mittelanschluss des Umschalters mit dem zweiten Potential des Gleichspannungsanschlusses.
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Der erste Schalter verbindet das erste Potential des ersten Gleichspannungsanschlusses schaltbar mit einem der beiden Pfade, die mittels des Umschalters gewählt werden können, und die (gewählt) einzeln den ersten Schalter mit dem Umschalter und somit mit dem zweiten Schalter verbinden. Der erste Pfad umfasst die Diodenvorrichtung und der zweite Pfad umfasst den Widerstand. Wie erwähnt kann mittels des Umschalter derjenige Pfad gewählt werden, über den der Umschalter den ersten Schalter mit dem zweiten Schalter seriell verbindet. Die Gleichspannungswandler sind mit unterschiedlichen Seiten der Pfade verbunden.
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Der zweite Schalter ist über den Umschalter und über die vom Umschalter aus zum ersten Schalter parallel verlaufenden beiden Pfade mit dem ersten Schalter verbunden. Die beiden Pfade sind an deren Verbindung mit dem ersten Schalter miteinander verbunden. Insbesondere sind die Spannungswandler mit verschiedenen Schaltern (der erste und zweite Schalter) verbunden. Zwischen den Verbindungspunkten der Gleichspannungswandler mit der Konfigurationsschaltung (abgesehen von den Verbindungen der Wandler mit den Potentialen des ersten Gleichspannungsanschlusses) befinden sich der Umschalter und die Diodenvorrichtung sowie der Widerstand. Insbesondere sind zwischen diesen Punkten der Umschalter sowie die beiden Pfade, die die Diodenvorrichtung bzw. den Widerstand umfassen, vorgesehen.
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Die Diodenvorrichtung umfasst vorzugsweise zwei Dioden. Diese sind über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden, insbesondere in Reihe miteinander. Die zwei Dioden sind in gleicher Richtung miteinander verbunden. Die Durchlassrichtung der ersten Diode entspricht daher der Durchlassrichtung der zweiten Diode, wobei sich dies auf die Endpunkte der Diodenvorrichtung bzw. auf die Enden der Reihenschaltung der beiden Dioden bezieht. Bezogen auf die Potentiale des Gleichspannungsanschlusses sind die Dioden der Diodenvorrichtung in Sperrrichtung geschaltet. Insbesondere sperren die Dioden der Diodenvorrichtung in einer Richtung, die vom zweiten Schalter zum ersten Schalter führt bzw. vom Umschalter zum ersten Schalter führt, sofern der erste Schalter an einem positiven Versorgungspotential des Gleichspannungsanschlusses angeschlossen ist und der zweite Schalter an einem negativen Potential des Gleichspannungsanschlusses angeschlossen ist.
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Die Gleichspannungswandlerschaltung weist ferner einen Neutralleiteranschluss auf. Dieser ist eingerichtet mit einem Neutralleiter einer Wechselspannung (die an einen der Gleichspannungswandlerschaltung vorschaltbaren Gleichrichter angeschlossen werden kann) verbunden zu werden. Die Diodenvorrichtung umfasst zwei Dioden, die über den Verbindungspunkt miteinander verbunden sind, wobei der Neutralleiteranschluss mit dem Verbindungspunkt verbunden ist. Der Neutralleiteranschluss ist somit an einem Punkt zwischen den beiden Dioden angeschlossen. Dies dient beim mehrphasigen Laden zur Ableitung von unsymmetrischen Strömen.
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Die konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung kann einen Bordnetzzweiganschluss aufweisen. Dieser ist eingerichtet, mit Komponenten eines Bordnetzzweigs verbunden zu werden. Der Bordnetzzweig ist mit den Gleichspannungswandlern verbunden, insbesondere mit derjenigen Seite der Gleichspannungswandler, die der Konfigurationsschaltung (und somit dem ersten Gleichspannungsanschluss) verbunden ist. Die von dem ersten Gleichspannungsanschluss abgewandten Seiten der Gleichspannungswandler sind miteinander verbunden, insbesondere in paralleler Form. Diese parallele Verbindung ist wiederum mit dem Bordnetzzweiganschluss verbunden. Die vom ersten Gleichspannungsanschluss abgewandten Seiten der Gleichspannungswandler können auch seriell miteinander verbunden sein.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Gleichspannungswandler jeweils Zwischenkreiskondensatoren aufweisen, insbesondere an den Seiten der Gleichspannungswandler, die der Konfigurationsschaltung bzw. dem ersten Gleichspannungsanschluss zugewandt sind. Die Zwischenkreiskondensatoren sind parallel mit den jeweiligen Seiten der Gleichspannungswandler verbunden bzw. verbinden sich in Parallelschaltung verbunden mit den Anschlüssen der jeweiligen Wandler, die mit der Konfigurationsschaltung verbunden sind. Die Seiten der Gleichspannungswandler, die dem ersten Gleichspannungsanschluss bzw. der Konfigurationsschaltung zugewandt sind, können auch als Eingangsseiten bezeichnet werden. Die entgegengesetzten Seiten der Wandler können als Ausgangsseiten bezeichnet werden. Die Ausgangsseiten sind parallel miteinander verbunden und sind ferner mit dem Bordnetzzweiganschluss verbunden. Die Eingangsseiten der Gleichspannungswandler sind jeweils mit einem Parallelkondensator versehen, der als Zwischenkreiskondensator fungiert. Die Eingangsseiten der Gleichspannungswandler sind mit der Konfigurationsschaltung verbunden.
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Die konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung kann ferner eine Steuerung aufweisen. Diese ist ansteuernd mit dem Umschalter, dem ersten Schalter und dem zweiten Schalter verbunden. Die Steuerung umfasst mindestens einen der folgenden Modi: einen Versorgungsmodus, in welchem der Umschalter in der ersten Schaltposition ist, und einen Vorlade-/Entlademodus, in dem der Umschalter in der zweiten Schaltposition ist. Mit anderen Worten stellt die Steuerung im Umschalter in den Versorgungsmodus derart ein, dass dieser die beiden Schalter miteinander verbindet über die Diodenvorrichtung. In dem Vorlade-/Entlademodus verbindet der Umschalter den ersten Schalter mit dem zweiten Schalter über den Widerstand. In der ersten Schaltposition wird daher vom Umschalter derjenige Pfad ausgewählt, welcher den ersten Schalter über den zweiten Schalter über die Diodenvorrichtung verbindet. In dem Vorlade-/Entlademodus wird von dem Umschalter derjenige Pfad ausgewählt, welcher den ersten Schalter mit dem zweiten Schalter über den Widerstand verbindet. Der im Versorgungsmodus gewählte Pfad führt über die Diodenvorrichtung. Der im Vorlade-/Entlademodus gewählte Pfad führt über den Widerstand.
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Wie erwähnt kann, wenn der Umschalter den ersten Schalter mit dem zweiten Schalter über den Widerstand verbindet, mittels der Schalterstellung des ersten und zweiten Schalters ausgewählt werden, ob der Widerstand zum Laden oder zum Entladen verwendet wird. Somit kann der Vorlade-/Entlademodus einen ersten Untermodus aufweisen in Form eines DC-Vorlademodus. In diesem Vorlademodus wird mittels der am zweiten Gleichspannungseingang vorliegenden Spannung (des Akkumulators) der jeweilige Zwischenkreiskondensator der Gleichspannungswandler aufgeladen. In den DC-Vorlademodus ist die Steuerung eingerichtet, einen Trennschalter zu schließen, der den zweiten Gleichspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss schaltbar verbindet. Dieser Trennschalter ist dem zweiten Gleichspannungsanschluss vorgeschaltet und dient zur schaltbaren Abtrennung des zweiten Gleichspannungsanschlusses. Da der Umschalter den zweiten Schalter über den Widerstand mit dem ersten Schalter verbindet ergibt sich dadurch ein Stromfluss von dem zweiten Gleichspannungsanschluss über den geschlossenen Trennschalter zu den Zwischenkreiskondensatoren, wobei die Höhe des Stromflusses durch den Widerstand begrenzt ist. In dem DC-Vorlademodus werden die Zwischenkreiskondensatoren mittels einer Gleichspannungsquelle geladen.
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Alternativ oder in Kombination hierzu kann die Steuerung auch für einen AC-Vorlademodus ausgerüstet sein. Hierbei umfasst der Vorlade-/Entlademodus einen zweiten Untermodus in Form eines AC-Vorlademodus. In diesem steuert die Steuerung einen AC-Schalter an, der dem ersten Gleichspannungsanschluss vorgeschaltet ist oder zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und der Konfigurationsschaltung bzw. den Gleichspannungswandlern vorgesehen ist. Auf diese Weise wird eine Spannung, die sich durch Gleichrichten an der Konfigurationsschaltung bzw. an den Wandlern ergibt, zum Vorladen verwendet, wobei der Vorladestromfluss durch den Widerstand begrenzt ist. Um den AC-Vorlademodus anzusteuern gibt die Steuerung einen AC-Vorladesignal ab, das den betreffenden Schalter (AC) schließt, der der Konfigurationsschaltung bzw. dem ersten Gleichspannungsanschluss vorgeschaltet ist. Der AC-Schalter ist nicht notwendigerweise Teil der Gleichspannungswandlerschaltung, sondern kann auch zwischen der Gleichspannungswandlerschaltung und einem vorgeschalteten Gleichrichter vorgesehen sein, oder auch zwischen einem vorgeschalteten Gleichrichter und einem Wechselspannungsanschluss. Der DC-Vorlademodus kann auch als Gleichspannungs-Vorlademodus bezeichnet werden. Der AC-Vorlademodus kann auch als Wechselspannung-Vorlademodus bezeichnet werden. Der DC-Vorlademodus und der AC-Vorlademodus schließen sich gegenseitig aus. In dem AC-Vorlademodus werden die Kondensatoren mit einer gleichgerichteten Wechselspannung geladen.
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Wie erwähnt kann mit der hier angegebenen Schaltung auch ein Entlademodus realisiert werden, wobei der Widerstand als Strombegrenzungselement dient. Die Steuerung kann für einen ersten Entlademodus ausgestattet sein, bei dem die Steuerung einen Trennschalter in offenem Zustand vorsieht, der den zweiten Gleichspannungsanschluss von dem ersten Gleichspannungsanschluss schaltbar trennt. Die Steuerung ist eingerichtet, in diesem Modus denjenigen Trennschalter zu öffnen, der dem zweiten Gleichspannungsanschluss vorgeschaltet ist, und der den zweiten Gleichspannungsanschluss schaltbar mit den Wandlern bzw. der Konfigurationsschaltung verbindet. Alternativ oder in Kombination hiermit kann die Steuerung eingerichtet sein, in dem ersten Entlademodus einen AC-Schalter, der den ersten Gleichspannungsanschluss mit der Konfigurationsschaltung bzw. den Wandler verbindet, oder der dem ersten Gleichspannungsanschluss vorgeschaltet ist (entweder zwischen Gleichrichter und Gleichspannungsanschluss oder zwischen Wechselspannungsanschluss und Gleichrichter), in einem offenen Zustand vorzusehen oder diesen zu öffnen. Vorzugsweise sind in ersten Entlademodus sowohl der AC-Schalter als auch der Trennschalter geöffnet, sofern diese vorliegen.
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Die Entlademodi und die Vorlademodi schließen sich gegenseitig aus. In dem Vorlademodus oder in den Vorlademodi ist der Umschalter in der zweiten Schaltposition, das heißt der Umschalter ist hierbei in einer Position, in dem dieser den Widerstand mit dem zweiten Schalter verbindet. In dem Vorlademodus wird der Trennschalter zwischen dem zweiten Gleichspannungsanschluss und den Wandlern bzw. der Konfigurationsschaltung geschlossen. Zum Ende des Vorlademodi wird der Umschalter in Schaltposition 1 (vgl. 1) gebracht. Zum Ende des Vorlademodus bzw. der Vorlademodi wird von der Steuerung der Umschalter in eine Position gebracht, in dem dieser den zweiten Schalter mit der Diodenvorrichtung verbindet. Dies kann auch vor Beginn einer Ladephase geschehen. Zum Entladen werden der Trennschalter und/oder der AC-Schalter (jeweils falls vorhanden) geöffnet. Vorzugsweise danach wird der Umschalter in die zweite Schaltposition gebracht, das heißt der Umschalter wird danach in eine Schaltposition gebracht, in dem dieser den zweiten Schalter mit dem Widerstand verbindet. Der erste und der zweite Schalter werden zum Entladen geschlossen. Der erste und der zweite Schalter werden zum Vorladen geöffnet. In dem Vorlademodus oder den Vorlademodi sind der erste und der zweite Schalter geöffnet. In dem Entlademodus oder den Entlademodi ist der erste Schalter geschlossen und der zweite Schalter ebenso. Die Steuerung ist eingerichtet, diese Schaltstellungen einzustellen.
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In dem Entlademodus oder den Entlademodi werden der erste und der zweite Schalter erst dann geschlossen, wenn der Umschalter nicht mehr in der ersten Schaltposition ist (in dem dieser den zweiten Schalter mit der Diodenvorrichtung verbindet), sondern vorzugsweise erst dann, wenn der Umschalter den zweiten Schalter mit dem Widerstand verbindet bzw. der Umschalter sich in der zweiten Schaltposition befindet. Die Steuerung ist eingerichtet, diese Reihenfolge zu realisieren.
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Weiterhin wird ein Fahrzeugbordnetz beschrieben, das eine Gleichspannungswandlerschaltung aufweist, wie sie hier beschrieben ist. Das Fahrzeugbordnetz weist darüber hinaus einen Gleichrichter und einen Wechselstromanschluss auf. Der Wechselstromanschluss ist über den Gleichrichter mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (direkt oder indirekt etwa über Filter) verbunden. Es handelt sich hierbei um den ersten Gleichspannungsanschluss, der Teil der Gleichspannungswandlerschaltung ist. Das Fahrzeugbordnetz weist ferner einen Akkumulator auf, der über einen Trennschalter (insbesondere einen der vorangehend genannten Trennschalter) mit dem ersten Gleichspannungsanschluss verbunden ist. Das Fahrzeugbordnetz kann ferner einen AC-Schalter aufweisen, der sich zwischen Wechselstromanschluss und Gleichrichter und bei dem sich zwischen Gleichrichter und dem ersten Gleichspannungsanschluss befindet.
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Weiterhin kann wie erwähnt der AC-Schalter auch zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und der Konfigurationsschaltung bzw. den Wandlern vorgesehen sein (insbesondere in Reihenschaltung). Der Akkumulator ist vorzugsweise ein Hochvolt-Akkumulator und kann als Traktionsakkumulator eingerichtet sein. Der Akkumulator ist insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator. Der Akkumulator weist vorzugsweise eine Nennspannung von mindestens 60 Volt, insbesondere von mindestens 100 Volt, 200 Volt, 400 Volt oder 800 Volt auf. In einer Ausführungsform weist der Akkumulator eine Nennspannung von mindestens 800 Volt auf. Der AC-Schalter kann auch realisiert sein von dem Gleichrichter, der als steuerbarer Gleichrichter ausgebildet sein kann, wobei die Funktion eines AC-Schalters dadurch realisiert wird, dass der Gleichrichter inaktiv geschaltet wird, und die Funktion eines geschlossenen AC-Schalters von einem aktiven bzw. gesteuert Gleichrichter realisiert wird. Der Gleichrichter kann als Diodenbrückenschaltung ausgebildet sein, insbesondere als Diodenvollbrücke, kann insbesondere mehrphasig ausgestaltet sein (mit einer Phasenanzahl vorzugsweise entsprechend der Phasenanzahl der Wechselspannungsanschlusses), oder kann als Leistungsfaktorkorrekturfilter wie einem Vienna-Filter ausgebildet sein.
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Das Fahrzeugbordnetz kann mindestens eine elektrische Komponente aufweisen, die an die Seite der Gleichspannungswandler angeschlossen ist, welche derjenigen Seite der Wandler entgegengesetzt ist, an die der erste Gleichspannungsanschluss angeschlossen ist. Mit anderen Worten kann die mindestens eine elektrische Komponente an die Seite der Gleichspannungswandler angeschlossen werden, die dem ersten Gleichspannungsanschluss abgewandt ist. Die Komponente kann somit an der Ausgangsseite der Gleichspannungswandler vorgesehen sein. Die mindestens eine elektrische Komponente dient insbesondere als Platzhalter für ein Fahrzeugbordnetzzweig, der von den Wandlern versorgt wird. Die mindestens eine elektrische Komponente kann einen elektrischen Antrieb aufweisen. Dieser wird dann über die Gleichspannungswandler ausgehend von dem Akkumulator versorgt.
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Das Fahrzeugbordnetz kann eine Steuerung aufweisen, insbesondere eine Steuerung, wie sie vorangehend im Rahmen der Beschreibung der Gleichspannungswandlerschaltung erörtert wurde. Die Steuerung kann eingerichtet sein, in einem ersten Untermodus in Form eines DC-Vorlademodus (insbesondere entsprechend dem vorangehend genannten DC-Vorlademodus), in welchen die Steuerung den Trennschalter schließt, welcher den Akkumulator mit dem ersten Gleichspannungsanschluss schaltbar verbindet. In dem ersten Untermodus in Form des DC-Vorlademodi steuert die Steuerung somit den Trennschalter mit einem geschlossenen Zustand an. Der Vorlade-/Entlademodus kann einen zweiten Untermodus aufweisen, insbesondere den vorangehend genannten zweiten Untermodus. Dieser Untermodus ist in Form des AC-Vorlademodi, in welchem die Steuerung dem AC-Trennschalter schließt, der sich zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und dem Wechselspannungsanschluss befindet. Die Steuerung ist somit eingerichtet, in den Vorlademodi oder in dem Vorlademodus den Trennschalter derart anzusteuern, dass dieser geschlossen ist. Hierbei handelt es sich entweder um den Trennschalter zwischen den zweiten Gleichspannungsanschluss und den Wandlern bzw. der Konfigurationsschaltung, oder um einen Trennschalter, der dem ersten Gleichspannungsanschluss vorgeschaltet ist (oder der sich zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und der Konfigurationsschaltung befindet).
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Die 1 zeigt eine Ausführungsform der hier beschriebenen konfigurierbaren Gleichspannungswandlerschaltung sowie des hier beschriebenen Fahrzeugbordnetzes.
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Das Fahrzeugbordnetz FB umfasst einen Wechselspannungseingang AC, der Phasenkontakte und einen Neutralleiterkontakt umfasst. Die Phasenanschlüsse sind dreiphasig. Ein Gleichrichter GR des Fahrzeugbordnetzes FB verbindet den Wechselspannungseingang AC mit der konfigurierbaren Gleichspannungswandlerschaltung KS. Diese weist hierzu einen Neutralleiteranschluss NA auf. Dieser ist mit dem Neutralleiterkontakt NL verbunden. Ferner weist die Gleichspannungswandlerschaltung KS einen ersten Gleichspannungsanschluss A1 auf, der zwei (Gleichspannungs-)Potentiale P, N umfasst. Das Potential P ist das positive Versorgungspotential. Das Potential N ist das negative Versorgungspotential.
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Eine Konfigurationsschaltung ist parallel an diese Potentiale P, N bzw. an den ersten Gleichspannungsanschluss A1 angeschlossen. Die Konfigurationsschaltung umfasst einen ersten Schalter S1, einen zweiten Schalter S2 und einen Umschalter UM, der zwischen diesen Schaltern S1, S2 angeschlossen ist. Neben dem Umschalter UM ist zum einen eine Diodenvorrichtung D und zum anderen ein Widerstand R zwischen den Umschalter und dem ersten Schalter S1 angeschlossen. Ein Verbindungspunkt P1 zwischen der Diodenvorrichtung D und dem Widerstand R ist zum Anschluss des ersten Schalters S1 vorgesehen. Dieser Verbindungspunkt P1 ist über den ersten Schalter S1 mit dem positiven Potential P des ersten Gleichspannungsanschluss A1 verbunden. Der Umschalter UM weist einen Mittelanschluss P2 auf, der über den zweiten Schalter K2 mit dem Neutralleiter N verbunden ist. Die Diodenvorrichtung D weist zwei Dioden D1, D2 auf, die über einen Verbindungspunkt M der Diodenvorrichtung D miteinander verbunden sind. Dieser Verbindungspunkt M ist mit dem Neutralleiteranschluss NA der Gleichspannungswandlerschaltung KS verbunden.
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Der Umschalter UM weist zwei Schaltpositionen 1 und 2 auf. In der Schaltposition 1 verbindet der Umschalter den zweiten Schalter mit der Diodenvorrichtung D. In der zweiten Schaltposition 2 des Umschalters UM verbindet der Umschalter UM den zweiten Schalter S2 mit dem Widerstand R. Der Widerstand R ist zwischen der zweiten Schaltposition und dem ersten Schalter bzw. dem Verbindungspunkt P1 angeschlossen. Die Diodenvorrichtung D ist zwischen der ersten Schaltposition und dem ersten Schalter S1 bzw. dem Verbindungspunkt P1 angeschlossen. Hierbei entspricht die Schaltposition dem Kontakt, der verbunden wird. Die Diodenvorrichtung D umfasst zwei einzelne Dioden D1, D2, die in Reihenschaltung miteinander verbunden sind, und deren Durchlassrichtung die gleiche Richtung weist. Gegenüber dem positiven Potential P und dem negativen Potential N sind die Dioden D1, D2 der Diodenvorrichtung in Sperrrichtung angeschlossen.
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Die Gleichspannungswandlerschaltung KS umfasst zwei Gleichspannungswandler W1, W2, deren Ausgänge parallel miteinander verbunden sind. Dies betrifft die Seite der Wandler W1, W2, die der Konfigurationsschaltung bzw. dem ersten Gleichspannungsanschluss A1 entgegengesetzt ist. Die Gleichspannungswandler W1, W2 sind galvanisch trennende Gleichspannungswandler und weisen insbesondre einen Transformator (sowie einen primärseitigen Zerhacker und einen sekundärseitigen Gleichrichter) auf. Insbesondere umfassen die Gleichrichter W1, W2 jeweils einen Zwischenkreiskondensator C1, C2 an derjenigen Seite, die mit dem ersten Gleichspannungsanschluss bzw. mit der Konfigurationsschaltung verbunden ist. Ein erster (positiver) Anschluss des ersten Wandlers W1 ist mit dem positiven Potential P verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Wandlers W1 ist mit dem Verbindungspunkt P2 zwischen dem zweiten Schalter S2 und dem Umschalter UM verbunden. Der zweite Wandler W1 weist einen ersten Anschluss auf, der mit dem Verbindungspunkt P1 bzw. mit dem ersten Schalter S1 verbunden ist. Der erste Anschluss des zweiten Wandlers W1 ist somit über den ersten Schalter S1 mit dem positiven Potential verbunden. Der zweite Anschluss des ersten Wandlers ist hingegen über den zweiten Schalter S2 mit dem negativen Potential verbunden. Der zweite Wandler W2 umfasst ferner einen zweiten Anschluss, der mit dem negativen Potential N verbunden ist. Somit sind die beiden Wandler W1, W2 über Kreuz mit der Wandlerschaltung verbunden.
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Die Wandlerschaltung umfasst wie erwähnt neben dem ersten und dem zweiten Schalter S1, S2 den Umschalter UM sowie die Diodenvorrichtung D. Um eine Vorladung oder Entladung zu realisieren umfasst die Konfigurationsschaltung ferner einen Widerstand R, der wie erwähnt den ersten Schalter S1 mit dem Umschalter verbindet. Der Umschalter UM kann dadurch einstellen, ob der zweite Schalter S2 über die Diodenvorrichtung mit dem ersten Schalter verbunden ist, oder über den Widerstand R. Der Widerstand R kann auch als Entlade- oder auch als Vorladewiderstand bezeichnet werden.
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Ein zweiter Gleichspannungsanschluss A2 ist über einen Trennschalter T mit den Potentialen P, N des ersten Gleichspannungsanschlusses A1 verbunden. Ein dritter Gleichspannungsanschluss A3 dient zur Anbindung von mindestens einer Komponente KO des Fahrzeugbordnetzes FB. Der dritte Gleichspannungsanschluss A3 ist an die Seite der Wandler W1, W2 angeschlossen, die der Konfigurationsschaltung bzw. dem ersten Gleichspannungsanschluss entgegengesetzt ist. Der dritte Spannungsanschluss ist an die Parallelschaltung der Ausgänge der Wandler W1, W2 angeschlossen.
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Eine Steuerung ST ist ansteuernd mit dem ersten und dem zweiten Schalter S1, S2 sowie mit dem Umschalter UM und dem Trennschalter T verbunden. Ferner kann die Steuerung ansteuernd mit einem Schalter verbunden sein, der sich zwischen dem Wechselspannungsanschluss AC und dem Gleichrichter GR befindet, oder der sich zwischen dem Gleichrichter und dem ersten Gleichspannungsanschluss A1 befindet, oder der sich zwischen dem Gleichspannungsanschluss A1 und der Konfigurationsschaltung befindet.
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Sind die Wandler parallel miteinander zu verbinden, so ist der Umschalter in der Position 1 und der erste und der zweite Schalter S1, S2 sind geschlossen (das heißt in Stellung K1). Sind die Wandler W1, W2 seriell zu verbinden, dann sind die Schalter S1, S2 in der Position K2, das heißt in offenem Zustand. In diesem Fall sind die Wandler W1, W2 über die Dioden D1, D2 bzw. die Diodenvorrichtung D miteinander in Serie verbunden. Die Serienschaltung wird vorgesehen, wenn an den Wechselspannungsanschluss AC drei Phasen aktiv angeschlossen sind und der Gleichrichter auch alle drei Phasen betreibt. Die Parallelschaltung wird vorgesehen, wenn nur einphasig geladen wird, das heißt wenn nur eine Phase an dem Wechselspannungsanschluss AC anliegt, oder wenn der Gleichrichter in einphasigem Betrieb ist (und so nur eine Phase aktiviert hat).
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In einem DC-Vorlademodus wird der Trennschalter T geschlossen, sodass über den zweiten Gleichspannungsanschluss A2 die Zwischenkreiskondensatoren C1 und C2 der Wandler W1 und W2 geladen werden können über den Widerstand R. Hierbei befindet sich der Umschalter UM in der Position 2. Der erste und der zweite Schalter S1, S2 können hierbei offen sein, sodass sich an jedem der Kondensatoren die halbe Spannung (bezogen auf die Spannung am zweiten Gleichspannungsanschluss A2) vorliegt. Die Schalter S1 und S2 können hierbei jedoch auch geschlossen sein, sodass die volle Spannung am Gleichspannungsanschluss A2 auch jeweils an den Zwischenkreiskondensatoren C1, C2 anliegt. Ein AC-Trennschalter ist dann in offenem Zustand, sodass nur über den zweiten Gleichspannungsanschluss und dessen Trennschalter T eine Vorladespannung eingebracht werden kann. In einem AC-Vorlademodus ist der Trennschalter T geöffnet und ein AC-Schalter (soweit vorhanden) geschlossen, sodass ausgehend von der Wechselspannung am Wechselspannungseingang AC eine gleichgerichtete Spannung am ersten Gleichspannungsanschluss A2 erzeugt werden kann. Mittels dieser wird dann über den Widerstand R ein Vorladestrom vorgesehen, mit dem die Kondensatoren C1 und C2 geladen werden. Auch hierbei befindet sich der Umschalter in der Position 2. Hierbei können wie erwähnt die Schalter S1, S2 geschlossen sein (Stellung K1) oder offen sein (Stellung K2), je nachdem ob die Kondensatoren zur Vorladung in Reihe oder parallel miteinander verbunden werden sollen.
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Die gestrichelt dargestellten Komponenten sind nur Teil des Fahrzeugbordnetzes und sind nicht Teil der Gleichspannungswandlerschaltung. Die Anschlüsse A1, A2, A3 dienen zum Anschluss der gestrichelten Komponenten, die nur Teil des Fahrzeugbordnetzes FB sind, jedoch nicht der Gleichspannungswandlerschaltung KS.
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Der oben beschriebene AC-Schalter dient als Wechselspannungs-Trennschalter und kann als solcher bezeichnet werden. Da für diesen zahlreiche Orte in Frage kommen (zwischen AC und GR, zwischen GR und A1 oder zwischen A1 und Anschluss der Konfigurationsschaltung) ist zur besseren Übersichtlichkeit der AC-Schalter nicht an einer bestimmten Position dargestellt.
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Weiterhin kann die Steuerung eingerichtet sein, die betreffenden Trennschalter zu öffnen, wenn eine Ziel-Vorladespannung oder eine Ziel-Entladespannung erreicht ist.
