DE102019216192A1 - Tandem-dc/dc-wandler für eine fahrzeugbatterieladevorrichtung - Google Patents

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Abstract

In wenigstens einer Ausführungsform wird eine Ladevorrichtung für ein Fahrzeug vorgesehen. Die Vorrichtung enthält einen Leistungswandler, der eine primäre Stufe, eine erste sekundäre Stufe und eine zweite sekundäre Stufe aufweist. Die primäre Stufe ist konfiguriert, um eine eingehende Spannung für das Erzeugen einer ersten Eingangsspannung zu empfangen. Die erste sekundäre Stufe enthält eine erste Vielzahl von elektrischen Komponenten, die konfiguriert sind um einen ersten Teil einer Ausgangsspannung zu erzeugen. Die zweite sekundäre Stufe ist in Reihe mit der ersten sekundären Stufe und enthält eine zweite Vielzahl von elektrischen Komponenten, die konfiguriert sind, um einen zweiten Teil der Ausgangsspannung zu erzeugen. Jede aus der ersten Vielzahl von elektrischen Komponenten und der zweiten Vielzahl von elektrischen Komponenten ist für eine Spannung ausgerichtet, die kleiner als die Summe aus dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Ausgangsspannung ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die hier angegebenen Aspekte betreffen allgemein einen Tandem-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (DC/DC-Wandler) für eine Fahrzeugbatterieladevorrichtung. Diese und andere Aspekte werden im Folgenden ausführlicher erläutert.
  • HINTERGRUND
  • FR3026243 (Sakr et al.) geben eine kombinierte Vorrichtung an für das Laden einer Batterie und das Zuführen von Strom zu einer elektrischen Maschine, die zwei parallele Stufen enthält, die zwischen der Batterie und einem Versorgungsnetz zu verbinden sind und jeweils einen DC/DC-Wandler enthalten. Jeder DC/DC-Wandler ist für eine Verbindung auf einer Batterieseite angeordnet. In einem Batterielademodus bildet eine Wechselrichterschaltung einer der parallelen Stufen eine Brücke von Dioden, die eine Gleichrichtung des durch das Netz zugeführten Stroms sicherstellen. Die Wechselrichterschaltung der anderen Stufe ist mit wenigstens einem Induktor verbunden, um ein durch die Diodenbrücke erzeugtes aktives Oberschwingungskompensationsfilter zu bilden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In wenigstens einer Ausführungsform wird eine Ladevorrichtung für ein Fahrzeug vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst einen Leistungswandler, der eine primäre Stufe, eine erste sekundäre Stufe und eine zweite sekundäre Stufe aufweist. Die primäre Stufe ist konfiguriert, um eine eingehende Spannung für das Erzeugen einer ersten Eingangsspannung zu empfangen. Die erste sekundäre Stufe enthält eine erste Vielzahl von elektrischen Komponenten, die konfiguriert sind, um einen ersten Teil einer Ausgangsspannung für das Laden wenigstens einer Batterie in einem Fahrzeug in Reaktion auf die erste Eingangsspannung zu erzeugen. Die zweite sekundäre Stufe ist in Reihe mit der ersten sekundären Stufe und enthält eine zweite Vielzahl von elektrischen Komponenten, die konfiguriert sind, um einen zweiten Teil der Ausgangsspannung in Reaktion auf die erste Eingangsspannung zu erzeugen. Jede aus der ersten Vielzahl von elektrischen Komponenten und der zweiten Vielzahl von elektrischen Komponenten ist für eine Spannung ausgerichtet, die kleiner als die Summe aus dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Ausgangsspannung ist.
  • In wenigstens einer anderen Ausführungsform wird eine Ladevorrichtung für ein Fahrzeug vorgesehen. Die Vorrichtung enthält einen DC/DC-Wandler, der eine primäre Stufe, eine erste sekundäre Stufe und eine zweite sekundäre Stufe aufweist. Die primäre Stufe ist konfiguriert, um eine eingehende Spannung für das Erzeugen einer ersten Eingangsspannung zu empfangen. Die erste sekundäre Stufe enthält eine erste Vielzahl von elektrischen Komponenten, die konfiguriert sind, um einen ersten Teil einer Ausgangsspannung für das Laden wenigstens einer Batterie in einem Fahrzeug in Reaktion auf die erste Eingangsspannung zu erzeugen. Die zweite sekundäre Stufe enthält eine zweite Vielzahl von elektrischen Komponenten, die konfiguriert sind, um einen zweiten Teil der Ausgangsspannung in Reaktion auf die erste Eingangsspannung zu erzeugen. Jede aus der ersten Vielzahl von elektrischen Komponenten und der zweiten Vielzahl von elektrischen Komponenten ist für eine Spannung ausgerichtet, die kleiner als die Summe aus dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Ausgangsspannung ist.
  • In wenigstens einer anderen Ausführungsform wird eine Ladevorrichtung für ein Fahrzeug vorgesehen. Die Vorrichtung enthält einen Leistungswandler, der eine primäre Stufe, eine erste sekundäre Stufe, einen Transformator und eine zweite sekundäre Stufe aufweist. Die primäre Stufe ist konfiguriert, um eine eingehende Spannung für das Erzeugen einer ersten Eingangsspannung zu empfangen. Die erste sekundäre Stufe enthält eine erste Vielzahl von elektrischen Komponenten, die konfiguriert sind, um einen ersten Teil einer Ausgangsspannung für das Laden wenigstens einer Batterie in einem Fahrzeug in Reaktion auf die erste Eingangsspannung zu erzeugen. Die zweite sekundäre Stufe ist in Reihe mit der ersten sekundären Stufe und enthält eine zweite Vielzahl von elektrischen Komponenten, die konfiguriert sind, um einen zweiten Teil der Ausgangsspannung in Reaktion auf die erste Eingangsspannung zu erzeugen. Der Transformator ist operativ mit der primären Stufe, der ersten sekundären Stufe und der zweiten sekundären Stufe gekoppelt, um die erste Eingangsspannung zu der ersten sekundären Stufe und der zweiten sekundären Stufe zu übertragen. Jede aus der ersten Vielzahl von elektrischen Komponenten und der zweiten Vielzahl von elektrischen Komponenten ist für eine Spannung ausgerichtet, die kleiner als die Summe aus dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Ausgangsspannung ist.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert. Merkmale verschiedener Ausführungsformen werden durch die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
    • 1 zeigt eine Drei-Phasen-Batterieladetopologie für eine 450V-Hochspannungsbatterie (HV-Batterie).
    • 2 zeigt eine andere Drei-Phasen-Batterieladetopologie für eine 800-HV-Batterie.
    • 3 zeigt eine Drei-Phasen-Batterieladetopologie gemäß einer Ausführungsform.
    • 4 zeigt einen ersten DC/DC-Wandler gemäß einer Ausführungsform.
    • 5 zeigt einen zweiten DC/DC-Wandler gemäß einer Ausführungsform.
    • 6 ist ein Kurvendiagramm, das eine Ausgabe aus einem DAB (Dual-Active-Bridge)-DC/DC-Wandler-basierten Aufbau und eine Ausgabe aus einem Reihenresonanzwandler (Series Resonant Converter bzw. SRC)-DC/DC-Wandler-basierten Aufbau zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die auch durch verschiedene andere Ausführungsformen realisiert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei einige Teile vergrößert oder verkleinert dargestellt sein können, um Details bestimmter Komponenten zu verdeutlichen. Die hier beschriebenen Details des Aufbaus und der Funktion sind nicht einschränkend aufzufassen, sondern lediglich als repräsentative Basis für den Fachmann, der die Erfindung umsetzen möchte.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung sehen allgemein eine Vielzahl von Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen vor. Bezugnahmen auf Schaltungen und andere elektrische Einrichtungen sowie die durch dieselben vorgesehenen Funktionen sind nicht als auf die hier beschriebenen und gezeigten beschränkt zu verstehen. Die verschiedenen Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen können hier mit bestimmten Bezeichnungen versehen sein, ohne dass dadurch der Betriebsumfang der Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen beschränkt werden soll. Die Schaltungen und anderen elektrischen Einrichtungen können auf beliebige Weise miteinander kombiniert und/oder voneinander getrennt werden, was von dem bestimmten Typ der gewünschten elektrischen Implementierung abhängt. Die hier genannten Schaltungen und/oder anderen elektrischen Einrichtungen können umfassen: eine beliebige Anzahl von Mikrocontrollern, eine Grafikprozessoreinheit (GPU), integrierte Schaltungen, Speichereinrichtungen (z.B. ein FLASH, ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein elektrisch programmierbarer ROM (EPROM), ein elektrisch löschbarer und programmierbarer ROM (EEPROM) oder andere geeignete Varianten derselben) und Software, die miteinander zusammenwirken, um die hier beschriebenen Operationen durchzuführen. Außerdem können beliebige der elektrischen Einrichtungen konfiguriert sein, um ein Computerprogramm auszuführen, das in einem nicht-transitorischen, computerlesbaren Medium verkörpert ist, das programmiert ist, um beliebige der hier beschriebenen Funktionen durchzuführen.
  • 1 zeigt eine Drei-Phasen-Batterieladetopologie (Batterieladevorrichtung) 10. Die Batterieladevorrichtung 10 umfasst eine Vielzahl von modularen Wandlern 12a - 12c. Eine Vielzahl von Wechselstrom (AC)-Stromversorgungen 14a - 14c sehen jeweils ein AC-basiertes Signal zu der Vielzahl von modularen Wandlern 12a - 12c der Batterieladevorrichtung 10 vor. Es ist zu beachten, dass die AC-Stromversorgungen 14a - 14c beliebige Stromversorgungen sein können, die in einer Haushalts-, einer kommerziellen oder einer anderen Ladestation vorgesehen sein können, die angeordnet ist, um eine AC-Spannung für das Laden einer oder mehrerer Batterien 16 (nachfolgend als Batterie 16 bezeichnet) eines Hybridfahrzeugs (HEV), Elektrofahrzeugs (EV) oder anderen Fahrzeugs 18 vorzusehen, das konfiguriert ist, um ein AC-Signal für ein Batterieladen zu empfangen (nachfolgend als Fahrzeug 18 bezeichnet). Die AC-Stromversorgungen 14a - 14c stellen eine Schnittstelle mit den modularen Wandlern 12a - 12c (oder den DC/DC-Wandlern 12) her, um eine DC-basierte Spannungsausgabe für die Speicherung in der Batterie 16 vorzusehen. Zum Beispiel sind die modularen Wandler 12a-12c konfiguriert, um eine Spannungsausgabe mit maximal ungefähr 470V für die Speicherung in der Batterie 16 in Reaktion auf die AC-Spannung von den AC-Stromversorgungen 14a - 14c zu erzeugen.
  • Die modularen Wandler 12a - 12c enthalten allgemein jeweils Leistungskorrekturfaktor (PFC)-Schaltungen 20a - 20c, Kopplungskondensatoren 22a - 22c, und DC/DC-Wandler 24a - 24c. Die PFC-Schaltungen 20a - 20c können jeweils konfiguriert sein, um eine Leistungsfaktorkorrektur an der AC-Spannung von jeder AC-Stromversorgung 14a - 14c durchzuführen, um einen Leistungsfaktor der AC-Spannung näher zu eins zu erhöhen. Es ist zu beachten, dass jeder modulare Wandler 12a - 12c auch einen Gleichrichter wie etwa einen Transformator für das Wandeln der AC-Spannung zu einer DC-basierten Ausgabe enthalten kann, um diese zu einem entsprechenden DC/DC-Wandler 24a - 24c zu geben. Allgemein kann die Batterie 16 für 470 V dimensioniert sein und kann die Drei-Phasen-Batterieladetopologie eine Ausgangsladeleistung von 7, 11 oder 22 kW vorsehen. Die Batterieladevorrichtung 10 verwendet die modularen Wandler 12a - 12c (oder Ladephasen), um die Gesamtleistung gemeinsam zu verwenden und die Komponentengröße zu minimieren. Die Batterieladevorrichtung 10 sieht eine Drei-Phasen-Lösung vor, die geeignet ist, um eine Drei-Phasen-AC-Eingabe zu unterstützen. Jeder modulare Wandler 12a - 12c sieht ein Drittel der Gesamtleistung (d.h. die gleiche Spannung und ein Drittel des Stroms) eines verwendeten ausgeglichenen Drei-Phasen-Systems vor. Erste und zweite Schalter 26a - 26b (oder Steuerstufen) sind operativ mit einer beliebigen Anzahl von Steuereinrichtungen (nicht gezeigt) gekoppelt, um die Art der Verbindung der modularen Wandler 12a - 12c miteinander und mit dem Typ von Netz, das mit einem AC-Eingang verbunden ist (z.B. eine Phase oder drei Phasen), und die Ausgangsladeleistung (z.B. 7 kW), die mit dem ersten Schalter 26a verbunden ist (d.h. parallel zu dem modularen Wandler 12a und dem modularen Wandler 12b), zu steuern. Die ersten und zweiten Schalter 26a - 26b arbeiten unter der Steuerung der Steuereinrichtung parallel, sodass sich die modularen Wandler 12a - 12c ähnlich verhalten (z.B. passt die Steuerstufe die Batteriespannung und die Stromannahme an). Ausgänge der PFC-Schaltungen 20a - 20c sind mit entsprechenden DC/DC-Wandlern 24a - 24c gekoppelt.
  • Für die AC-zu-DC-Wandlung ist ein Gleichrichter (nicht gezeigt) zusammen mit PFC-Stufen (oder der PFC-Schaltung 20) vorgesehen. In der Gleichrichterstufe steuern eine Reihe von internen Schaltern (z.B. Dioden) den AC-Energiefluss und stellen sicher, dass in AC-Negativzyklen der Energiefluss zu der PFC-Schaltung 20 aufrechterhalten wird. Eine primäre Funktion der PFC-Schaltung 20 besteht darin, die echte Leistungsübertragung von der AC-Stromversorgung 14 zu dem DC/DC-Wandler 24 (z.B. durch das Wirken als ein reiner Widerstand) zu maximieren, sodass die reaktive Energie und auch die echte Last nahe null liegen (z.B. sind der DC-Verbindung-Kopplungswiderstand 22 und der DC/DC-Wandler 24 reaktive Komponenten). Dabei sind viele PFC-Topologien und mehrere Implementierungen möglich, wobei jedoch das Steuersystem vorgesehen ist, um die Steuerung der PFC-Schaltung 20 aufrechtzuerhalten, was das Erfassen eines Eingangsstroms und einer Eingangsspannung umfasst, damit beide Wellenformen die gleiche Sinuswelle aufweisen und in Phase sind und eine effektive konstante Spannung an dem Kondensator 22 aufrechterhalten wird. Diese Steuerschleife erzeugt eine PWM-Anweisung (Frequenz und/oder Tastgrad), die als eine Modulation für die PFC-Schaltung 20 verwendet wird.
  • 2 zeigt eine andere Drei-Phasen-Batterieladetopologie 30. Allgemein wird die Batterieladevorrichtung 30 ähnlich betrieben wie die Batterieladevorrichtung 10 von 1. Jedoch ist die Batterieladevorrichtung 30 angeordnet, um eine größere Leistungsdichte und eine schnellere Ladezeit vorzusehen. Verschiedene Originalteilhersteller (OEMs) können die Ausgangsspannung für das Speichern in der Batterie 16 von 470V wie in Verbindung mit 1 angegeben auf 800 V erhöhen. Um die Batterieladevorrichtung 30 für das Vorsehen von 800V unter Verwendung der gleichen Topologie der Batterieladevorrichtung 10 wie in 1 gezeigt anzupassen, müssen verschiedene Komponenten der zweiten DC/DC-Stufe 1200 V standhalten. Es ist zu beachten, dass die DC/DC-Wandler 24a - 24c für jede Batterieladevorrichtung 10 (siehe 1) und die Batterieladevorrichtung 30 (siehe 2) jeweils eine primäre Stufe und eine sekundäre Stufe enthalten. Wie weiter oben genannt, sind die modularen Wandler 12a - 12c parallel zueinander. Die modularen Wandler 12a - 12c verwenden also die gleiche Ausgangsspannung (oder sehen diese vor), erzeugen jedoch 1/n (wobei n der Anzahl von modularen Wandlern 12a - 12c entspricht) der Gesamtstrommenge.
  • Wenn der höhere Spannungsbereich von 800V gegeben ist und Komponenten der DC/DC-Stufe, die 1200V standhalten können, vorgesehen werden müssen, können diese für höhere Spannungen ausgerichteten Komponenten kostspieliger sein als die in Verbindung mit der Batterieladevorrichtung 10 von 1 verwendeten Komponenten. Zum Beispiel können Si-basierte Schalter (oder Transistoren), die für 400V-Batterien geeignet sind, durch SiC (Siliziumcarbid)-Schaltern für 1200 V ersetzt werden. Außerdem müssen unter Umständen verschiedene Aspekte wie etwa die Kondensatortechnologie, die Leiterplattendistanzen an dem DC/DC-Wandler 24 usw. für höhere Spannungen skaliert werden, um 800V zu der Batterie 16 zuführen zu können.
  • 3 zeigt eine Drei-Phasen-Fahrzeugbatterieladetopologie (Batterieladevorrichtung) 40 gemäß einer Ausführungsform. Die Batterieladetopologie 40 umfasst die AC-Stromversorgung 14, die PFC-Schaltung 20 und einen DC/DC-Wandler 41 (d.h. den modularen Wandler 12). Der DC/DC-Wandler 41 ist angeordnet, um 800V zu der Batterie 16 zuzuführen und dadurch die OEM-Anforderungen zu erfüllen. Der DC/DC-Wandler 41 umfasst allgemein eine primäre DC/DC-Stufe, eine erste sekundäre DC/DC-Stufe 44a (eine sekundäre DC/DC-Stufe ohne eine Spannungssteuerung), eine zweite sekundäre DC/DC-Stufe 44b (eine sekundäre DC/DC-Stufe mit einer Spannungssteuerung) und einen Transformator 46. Die erste sekundäre DC/DC-Stufe 44a und die zweite sekundäre DC/DC-Stufe 44b können gesammelt als eine sekundäre DC/DC-Stufe 44 bezeichnet werden.
  • Die erste sekundäre DC/DC-Stufe 44a und die zweite sekundäre DC/DC-Stufe 44b sind in Reihe miteinander. Bei dieser Konfiguration (Reihenanordnung zwischen der ersten sekundären DC/DC-Stufe 44a und der zweiten sekundären DC/DC-Stufe 44b) verwendet der DC/DC-Wandler 41 Komponenten, die 650V und nicht 1200V standhalten, wie es ansonsten erforderlich wäre (oder der DC/DC-Wandler 41 verwendet Komponenten, die zum Beispiel nur 650V und nicht 1200V standhalten, weil die entsprechenden Ausgaben nicht größer als 500V sind, was weiter unten im größeren Detail erläutert wird).
  • Die erste sekundäre DC/DC-Stufe 44a kann eine mittlere Spannung (z.B. eine Spannung, die ungefähr der Hälfte des hohen Spannungsbereichs der Batterie entspricht) (d.h. 400V für eine 800V-Batterie) fixieren. Die zweite sekundäre DC/DC-Stufe 44b kann für das Einstellen einer Spannung (das Vorsehen einer variablen Spannung) (von z.B. 30V bis 400V für eine (800V-Batterie) von der ersten sekundären DC/DC-Stufe 44a verwendet werden. Die zwei in Serie angeordneten Stufen (z.B. die ersten und zweiten sekundären DC/DC-Stufen 44a und 44b) sehen jeweils ungefähr die Hälfte der Ausgangsspannung vor und teilen sich den gesamten Strom (z.B. 1/n, wobei n der Anzahl von modularen Wandlern 12 in dem Batterieladesystem entspricht). In einem Beispiel wird die erste sekundäre DC/DC-Stufe 44a mit einer fixen Ausgangsspannung (ohne eine Spannungssteuerung) betrieben, um die eingehende Spannung von der zweiten sekundären DC/DC-Stufe 44b zu erhöhen.
  • Die primäre DC/DC-Stufe 42 wechselrichtet eine DC-Spannung, die in dem Kondensator 22 gespeichert wird, um primäre Wicklungen 47 des Transformators mit Strom zu versorgen. Sekundäre Wicklungen 49a und 49b des Transformators 46 sind jeweils für eine Verbindung mit der ersten sekundären DC/DC-Stufe 44a und der zweiten sekundären DC/DC-Stufe 44b vorgesehen. Eine Erdungsreferenz 51 der zweiten sekundären DC/DC-Stufe 44b ist mit einer Erde der Batterie 16 gekoppelt. Ein positiver Spannungsanschluss 53 der ersten sekundären DC/DC-Stufe 44a ist mit einer hohen Seite der Batterie 16 verbunden. Ausgaben der ersten sekundären DC/DC-Stufe 44a und der zweiten sekundären DC/DC-Stufe 44b sind miteinander (z.B. intern oder extern) derart gekoppelt, dass die gesamte Ausgangsspannung eine Summe aus den durch die erste sekundäre DC/DC-Stufe 44a und die zweite sekundäre DC/DC-Stufe 44b erzeugten Ausgangsspannungen ist.
  • 4 zeigt einen ersten DC/DC-Wandler 50 gemäß einer Ausführungsform. In einem Beispiel kann der erste DC/DC-Wandler 50 als ein Dual-Active-Bridge (DAB)-Aufbau zusätzlich zu einem hybriden Reihenresonanzwandler (SRC) implementiert sein. Der erste DC/DC-Wandler 50 enthält eine primäre Stufe 52 und eine sekundäre Stufe 54. Jede der in der primären Stufe 52 und der sekundären Stufe 54 verwendeten Komponenten ist für Spannungen von zum Beispiel nur 650V und nicht 1200V ausgerichtet, weil die entsprechenden Ausgaben nicht größer als 500V (z.B. allgemein 400V) sind. Ähnlich wie der weiter oben in Bezug auf 3 genannte DC/DC-Wandler 41 ist der erste DC/DC-Wandler 50 konfiguriert, um 800V zu der Batterie 16 zuzuführen und dadurch OEM-Anforderungen zu erfüllen. Die sekundäre Stufe 54 umfasst allgemein eine erste sekundäre DC/DC-Stufe 54a und eine zweite sekundäre DC/DC-Stufe 54b.
  • Die primäre Stufe 52 enthält allgemein eine erste Vielzahl von Schaltern 56a - 56b, eine primäre Seite eines Transformators 58 und eine Vielzahl von Kondensatoren 60a - 60b. Die erste sekundäre DC/DC-Stufe 54a enthält eine Vielzahl von Kondensatoren 62a - 62b, eine zweite Seite eines Transformators 64a, einen Induktor 66, eine Vielzahl von Dioden 68 (68a und 68b) und einen Kondensator 70. Die zweite sekundäre DC/DC-Stufe 54b enthält die zweite Seite des Transformators 64b, eine Vielzahl von Kondensatoren 72a - 72b, einen Induktor 76, eine zweite Vielzahl von Schaltern 78a und 78b und einen Kondensator 80. Die Vielzahl von Schaltern 56a - 56b sehen Kommutationen vor, die die primäre Seite des Transformators 58 erregen, um DC-Energie von dem Kondensator 22 wechselzurichten, um eine AC-basierte Spannung zu der ersten sekundären DC/DC-Stufe 54a und der zweiten sekundären DC/DC-Stufe 54b zu übertragen. Die erste sekundäre DC/DC-Stufe 54a und die zweite sekundäre DC/DC-Stufe 54b verarbeiten jeweils die übertragene Energie (oder die AC-basierte Spannung) von der primären Stufe 52. Zum Beispiel gleichrichtet die erste sekundäre DC/DC-Stufe 54a eine Spannungswellenform, die von der zweiten Seite des Transformators 64a (oder der sekundären Wicklung des Transformators 64) erzeugt wird, wodurch eine DC-basierte Ladung (oder DC-basierte Spannung) erzeugt wird, die in dem Kondensator 70 mit einem fixen Spannungspegel gespeichert wird. Zum Beispiel gleichrichten die Vielzahl von Dioden 68 die Spannungswellenform, um dadurch eine Energieübertragung zu ermöglichen, wenn jede Diode 68 in einer direkten Vorspannung ist. Die Dioden 68 ermöglichen also alternierend, dass eine Halbperiode der entfernten AC in dem Transformator 58 zu dem Ausgang fließt. Daraus resultiert eine positive Ausgabe, die durch den Kondensator 102 gefiltert wird. Die zweite sekundäre DC/DC-Stufe 54b gleichrichtet die Spannungswellenform von der zweiten Seite des Transformators 64b durch Kommutationen der zweiten Vielzahl von Schaltern 78a - 78b. Dadurch wird eine DC-basierte Ladung (oder DC-basierte Spannung) erzeugt, die über den Kondensator 80 mit einer variablen Spannung gespeichert wird, die durch eine an der zweiten Vielzahl von Schaltern mittels einer Steuereinrichtung 82 vorgesehene Schaltsequenz verwaltet wird.
  • Die erste sekundäre DC/DC-Stufe 54a kann eine mittlere Spannung (z.B. eine Spannung, die ungefähr der Hälfte des hohen Spannungsbereichs der Batterie entspricht (z.B. 400V für eine 800V-Batterie)) fixieren oder vorsehen. Allgemein basiert die mittlere Spannung auf Originalteilhersteller (OEM)-Anforderungen und hohen DC-Spannung-Batterieanforderungen, die zum Beispiel bei 350V bis 400V liegen können. Die zweite sekundäre DC/DC-Stufe 54b kann verwendet werden, um eine Spannung einzustellen und eine variable Spannung von zum Beispiel 30V bis 400V für eine 800V-Batterie vorzusehen. Die in Reihe angeordneten zwei Stufen (z.B. die ersten und zweiten sekundären DC/DC-Stufen 54a und 54b) sehen jeweils ungefähr die Hälfte der Ausgangsspannung vor und verwenden den gesamten Strom gemeinsam (z.B. 1/n, wobei n der Anzahl von modularen Wandlern 12 in einem Batterieladesystem entspricht). In einem Beispiel wird die erste sekundäre DC/DC-Stufe 54a mit einer fixen Ausgangsspannung (ohne eine Spannungssteuerung) betrieben, um die eingehende Spannung von der zweiten sekundären DC/DC-Stufe 54b zu erhöhen.
  • 5 zeigt einen zweiten DC/DC-Wandler 90 gemäß einer Ausführungsform. In einem Beispiel kann der zweite DC/DC-Wandler 90 als ein DAB-Aufbau zusätzlich zu einem Reihenresonanzwandler (SRC) mit einer bidirektionalen Funktion implementiert sein. Der zweite DC/DC-Wandler 90 enthält die primäre Stufe 52 und eine sekundäre Stufe 94. Ähnlich wie der oben in Verbindung mit 3 genannte DC/DC-Wandler ist der sekundäre DC/DC-Wandler 90 konfiguriert, um 800V zu der Batterie 16 zuzuführen und dadurch OEM-Anforderungen zu erfüllen. Jede der in der primären Stufe 52 und in der sekundären Stufe 94 verwendeten Komponenten ist für eine Spannung von zum Beispiel nur 650V und nicht 1200V ausgerichtet, weil die entsprechenden Ausgaben nicht größer als 500V sind.
  • Die sekundäre Stufe 94 enthält allgemein eine erste sekundäre DC/DC-Stufe 94a und eine zweite sekundäre DC/DC-Stufe 94b. Die erste sekundäre DC/DC-Stufe 94a enthält einen Kondensator 96, einen Leiter 98, eine Vielzahl von Schaltern 100a - 100b und einen Kondensator 102. Die Steuereinrichtung 82 kann die Ausgangsspannung der ersten sekundären DC/DC-Stufe 94a und der zweiten sekundären DC/DC-Stufe 94b steuern. Der zweite DC/DC-Wandler 90 enthält bidirektionale Einrichtungen (z.B. Schalter 100 und 106) jeweils in der ersten sekundären DC/DC-Stufe 94a und in der zweiten sekundären DC/DC-Stufe 94b.
  • Die Kurve von 6 zeigt eine Ausgabe des ersten DC/DC-Wandlers 50 mit einer DAB wie in Verbindung mit z.B. 5 gezeigt und eine Ausgabe des Reihenresonanzwandlers (SRC) wie in Verbindung mit z.B. 4 gezeigt. Die Ausgabe für den SRC-basierten Wandler ist bei 450V fixiert, während der DAB DC/DC-basierte Wandler von 20V hoch zu 380V wie auf der y-Achse angegeben geregelt wird. Die Summe der Spannungen, die aus der Reihenverbindung des Reihenresonanzwandlers und des DAB-DC/DC-Wandlers erhalten wird, wird auf der x-Achse in Entsprechung zu einer angewiesenen HV-Batteriespannung wiedergegeben.
  • Vorstehend wurden beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen, wobei verschiedene Änderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Außerdem können Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • FR 3026243 [0002]

Claims (20)

  1. Ladevorrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Leistungswandler, der enthält: eine primäre Stufe, die konfiguriert ist, um eine eingehende Spannung für das Erzeugen einer ersten Eingangsspannung zu empfangen, eine erste sekundäre Stufe, die eine erste Vielzahl von elektrischen Komponenten enthält, die konfiguriert sind, um einen ersten Teil einer Ausgangsspannung für das Laden wenigstens einer Batterie in einem Fahrzeug in Reaktion auf die erste Eingangsspannung zu erzeugen, und eine zweite sekundäre Stufe, die in Reihe mit der ersten sekundären Stufe ist und eine zweite Vielzahl von elektrischen Komponenten enthält, die konfiguriert sind, um einen zweiten Teil der Ausgangsspannung in Reaktion auf die erste Eingangsspannung zu erzeugen, wobei jede aus der ersten Vielzahl von elektrischen Komponenten und der zweiten Vielzahl von elektrischen Komponenten für eine Spannung ausgerichtet ist, die kleiner als die Summe aus dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Ausgangsspannung ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Leistungswandler ein DC/DC-Wandler ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Teil der Ausgangsspannung allgemein gleich dem zweiten Teil der Ausgangsspannung ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Summe aus dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Ausgangsspannung gleich 800V ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die primäre Stufe eine erste Vielzahl von Schaltern und eine primäre Seite eines Transformators enthält, um die erste Eingangsspannung zu erzeugen, die einer Wechselstrom (AC)-Spannung entspricht.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Vielzahl von elektrischen Komponenten der ersten sekundären Stufe eine Vielzahl von Kondensatoren, einen Induktor, eine Vielzahl von Dioden und eine erste sekundäre Seite eines Transformators enthält, um die AC-Spannung gleichzurichten, um den ersten Teil der Ausgangsspannung zu erzeugen, der eine erste DC-Spannung ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Vielzahl von elektrischen Komponenten der ersten sekundären Stufe eine zweite Vielzahl von Schaltern und eine erste sekundäre Seite des Transformators enthält, um die AC-Spannung gleichzurichten, um den ersten Teil der Ausgangsspannung zu erzeugen, der eine erste DC-Spannung ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die zweite Vielzahl von elektrischen Komponenten der zweiten sekundären Stufe eine dritte Vielzahl von Schaltern und eine zweite sekundäre Seite des Transformators enthält, um die AC-Spannung gleichzurichten, um den zweiten Teil der Ausgangsspannung zu erzeugen, der eine zweite DC-Spannung ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste DC-Spannung gleich der zweiten DC-Spannung ist.
  10. Ladevorrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: einen DC/DC-Wandler, der enthält: eine primäre Stufe, die konfiguriert ist, um eine eingehende Spannung für das Erzeugen einer ersten Eingangsspannung zu empfangen, eine erste sekundäre Stufe, die eine erste Vielzahl von elektrischen Komponenten enthält, die konfiguriert sind, um einen ersten Teil einer Ausgangsspannung für das Laden wenigstens einer Batterie in einem Fahrzeug in Reaktion auf die erste Eingangsspannung zu erzeugen, und eine zweite sekundäre Stufe, die eine zweite Vielzahl von elektrischen Komponenten enthält, die konfiguriert sind, um einen zweiten Teil der Ausgangsspannung in Reaktion auf die erste Eingangsspannung zu erzeugen, wobei jede aus der ersten Vielzahl von elektrischen Komponenten und der zweiten Vielzahl von elektrischen Komponenten für eine Spannung ausgerichtet ist, die kleiner als die Summe aus dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Ausgangsspannung ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste sekundäre Stufe in Reihe mit der zweiten sekundären Stufe ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste Teil der Ausgangsspannung allgemein gleich dem zweiten Teil der Ausgangsspannung ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Summe aus dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Ausgangsspannung gleich 800 V ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die primäre Stufe eine erste Vielzahl von Schaltern und eine primäre Seite eines Transformators enthält, um die erste Eingangsspannung zu erzeugen, die einer Wechselstrom (AC)-Spannung entspricht.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die erste Vielzahl von elektrischen Komponenten der ersten sekundären Stufe eine Vielzahl von Kondensatoren, einen Induktor, eine Vielzahl von Dioden und eine erste sekundäre Seite eines Transformators enthält, um die AC-Spannung gleichzurichten, um den ersten Teil der Ausgangsspannung zu erzeugen, der eine erste DC-Spannung ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die erste Vielzahl von elektrischen Komponenten der ersten sekundären Stufe eine zweite Vielzahl von Schaltern und eine erste sekundäre Seite des Transformators enthält, um die AC-Spannung gleichzurichten, um den ersten Teil der Ausgangsspannung zu erzeugen, der eine erste DC-Spannung ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die zweite Vielzahl von elektrischen Komponenten der zweiten sekundären Stufe eine dritte Vielzahl von Schaltern und eine zweite sekundäre Seite des Transformators enthält, um die AC-Spannung gleichzurichten, um den zweiten Teil der Ausgangsspannung zu erzeugen, der eine zweite DC-Spannung ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die erste DC-Spannung gleich der zweiten DC-Spannung ist.
  19. Ladevorrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Leistungswandler, der enthält: eine primäre Stufe, die konfiguriert ist, um eine eingehende Spannung für das Erzeugen einer ersten Eingangsspannung zu empfangen, eine erste sekundäre Stufe, die eine erste Vielzahl von elektrischen Komponenten enthält, die konfiguriert sind, um einen ersten Teil einer Ausgangsspannung für das Laden wenigstens einer Batterie in einem Fahrzeug in Reaktion auf die erste Eingangsspannung zu erzeugen, eine zweite sekundäre Stufe, die in Reihe mit der ersten sekundären Stufe ist und eine zweite Vielzahl von elektrischen Komponenten enthält, die konfiguriert sind, um einen zweiten Teil der Ausgangsspannung in Reaktion auf die erste Eingangsspannung zu erzeugen, und einen Transformator, der operativ mit der primären Stufe, der ersten sekundären Stufe und der zweiten sekundären Stufe gekoppelt ist, um die erste Eingangsspannung zu der ersten sekundären Stufe und der zweiten sekundären Stufe zu übertragen, wobei jede aus der ersten Vielzahl von elektrischen Komponenten und der zweiten Vielzahl von elektrischen Komponenten für eine Spannung ausgerichtet ist, die kleiner als die Summe aus dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Ausgangsspannung ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Leistungswandler ein DC/DC-Wandler ist.
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