DE102019217078A1 - Converter unit of a vehicle electrical system and vehicle electrical system with converter unit - Google Patents
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Abstract
Eine Wandlereinheit (WE) eines Fahrzeugbordnetzes wird beschrieben, wobei die Wandlereinheit eine ersten Schnittstelle (SS1), die als ein Ladeanschluss (LS) ausgebildet ist, und eine zweiten Schnittstelle (SS2) aufweist. Die Wandlereinheit (WE) verfügt über mehrere Gleichspannungswandler (W1, W2), über eine Konfigurationsschaltung (KS) und über Auswahlschalter (AS1, AS2). Die Wandler (W1, W2) sind über die Konfigurationsschaltung (KS) mit den Auswahlschaltern (AS1, AS2) verbunden. Die Ladeschnittstelle (LS) ist über die Wandler (W1, W2) mit der Konfigurationsschaltung (KS) verbunden. Die Konfigurationsschaltung (KS) ist über die Auswahlschalter (AS1, AS2) mit der zweiten Schnittstelle (SS2) verbunden. Die Wandler (W1, W2) haben jeweils eine erste Seite (S1, S1'), die mit der Ladeschnittstelle (LS) verbunden ist, und eine zweite Seite (S2, S2') haben, die mit der Konfigurationsschaltung (KS) verbunden ist. Die Konfigurationsschaltung (KS) weist einen ersten Schaltzustand (1) auf, in dem die Konfigurationsschaltung (KS) die zweiten Seiten (S2, S2') parallel miteinander verbindet und mit den Auswahlschaltern (AS1, AS2) verbindet. Die Konfigurationsschaltung (KS) weist ferner einen zweiten Schaltzustand (2) auf, in dem die Konfigurationsschaltung (KS) die zweiten Seiten (S2, S2') seriell miteinander verbindet und mit den Auswahlschaltern (AS1, AS2) verbindet.Ferner wird ein Fahrzeugbordnetz mit einer Wandlereinheit (WE) beschrieben.A converter unit (WE) of a vehicle electrical system is described, the converter unit having a first interface (SS1), which is designed as a charging connection (LS), and a second interface (SS2). The converter unit (WE) has several DC voltage converters (W1, W2), a configuration circuit (KS) and selection switches (AS1, AS2). The converters (W1, W2) are connected to the selection switches (AS1, AS2) via the configuration circuit (KS). The charging interface (LS) is connected to the configuration circuit (KS) via the converters (W1, W2). The configuration circuit (KS) is connected to the second interface (SS2) via the selection switches (AS1, AS2). The converters (W1, W2) each have a first side (S1, S1 ') which is connected to the charging interface (LS) and a second side (S2, S2') which is connected to the configuration circuit (KS) . The configuration circuit (KS) has a first switching state (1) in which the configuration circuit (KS) connects the second sides (S2, S2 ') to one another in parallel and connects them to the selection switches (AS1, AS2). The configuration circuit (KS) also has a second switching state (2) in which the configuration circuit (KS) connects the second sides (S2, S2 ') in series with one another and connects them to the selection switches (AS1, AS2) a converter unit (WE) described.
Description
Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb weisen neben dem elektrischen Antriebsaggregat auch weitere elektrische Komponenten auf, die mit Strom versorgt werden. Für Antriebskomponenten, insbesondere für die elektrische Maschine und für die Batterie bestehen hohe Leistungsanforderungen, weshalb für diese Komponenten hohe Nennspannungen verwendet werden. Ferner kann sich die Nennspannung der Batterie von der Nennspannung der elektrischen Maschine unterscheiden, insbesondere um besonders hohe Nennspannungen für schnellladefähige Systeme zu ermöglichen. Unterscheiden sich die Nennspannungen unterschiedlicher Bordnetzzweige, so sind mehrere Nenn-Versorgungsspannungen zur Verfügung zu stellen. Es wird daher üblicherweise für jede der verschiedenen Nennspannungen jeweils ein Wandler verwendet wird, der ein spezielles Übersetzungsverhältnis hat, das zu der gewünschten jeweiligen Nennspannung passt.In addition to the electric drive unit, vehicles with an electric drive also have other electric components that are supplied with electricity. There are high performance requirements for drive components, in particular for the electrical machine and for the battery, which is why high nominal voltages are used for these components. Furthermore, the nominal voltage of the battery can differ from the nominal voltage of the electrical machine, in particular in order to enable particularly high nominal voltages for systems that can be charged quickly. If the nominal voltages of different on-board network branches differ, several nominal supply voltages must be made available. A converter is therefore usually used for each of the different nominal voltages, which converter has a special transmission ratio that matches the desired respective nominal voltage.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich Fahrzeugbordnetze mit unterschiedlichen Nennspannungen günstig realisieren lassen.It is an object of the invention to show a possibility with which vehicle electrical systems with different nominal voltages can be implemented inexpensively.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen sowie mit der Beschreibung und den Figuren.This object is achieved by the subjects of the independent claims. Further properties, features, embodiments and advantages emerge from the dependent claims as well as from the description and the figures.
Es wird vorgeschlagen, mehrere Wandler zu verwenden, die auf der Seite, an der die zu versorgenden Komponenten angeschlossen sind, mit einer Konfigurationsschaltung zu verbinden, die durch gesteuerte Parallel- oder Seriellverschaltung (bzw. -konfiguration) der Wandler auf der Seite der zu versorgenden Komponenten für verschiedene Zwecke unterschiedliche Nennspannungen erzeugen kann. Bei einer Seriellkonfiguration werden die „Ausgangsspannungen“ der Wandler agiert, während dies bei einer Parallelkonfiguration nicht der Fall ist. Dadurch lassen sich unterschiedliche Versorgungsspannungen erzeugen. Ferner sind Auswahlschalter vorgesehen, mit denen bei unterschiedlichen Konfigurationen auch unterschiedliche Komponentengruppen zum Anschluss an die Wandler ausgewählt werden können. So kann eine erste Komponentengruppe ausgewählt werden, die eine besonders hohe Nennspannung aufweist, wobei diese bei einer Seriellkonfiguration mit den Wandlern verbunden werden, während in gleicher Weise eine zweite Komponentengruppe mit geringerer Nennspannung mit den Wandlern auswählbar verbunden werden kann, um entsprechend konfigurierte Wandlerausgänge (in Parallelkonfiguration) mit diesen Komponenten zu verbinden.It is proposed to use several converters that are connected to a configuration circuit on the side to which the components to be supplied are connected, which are controlled by parallel or serial connection (or configuration) of the converters on the side of the Components for different purposes can generate different nominal voltages. In the case of a serial configuration, the "output voltages" of the converters are acted upon, whereas this is not the case with a parallel configuration. This allows different supply voltages to be generated. In addition, selection switches are provided with which different groups of components can also be selected for connection to the converter in different configurations. In this way, a first component group can be selected that has a particularly high nominal voltage, whereby these are connected to the converters in a serial configuration, while in the same way a second component group with a lower nominal voltage can be selectively connected to the converters in order to generate appropriately configured converter outputs (in Parallel configuration) with these components.
Es wird daher eine Wandlereinheit eines Fahrzeugbordnetzes vorgeschlagen, wobei die Wandlereinheit eine erste Schnittstelle und eine zweite Schnittstelle aufweist. Die erste Schnittstelle ist als Ladeanschluss ausgebildet, d. h. als Ladeanschluss der Wandlereinheit, die beispielsweise an eine Ladebuchse (außerhalb der Wandlereinheit) angeschlossen werden kann. Die Wandlereinheit weist ferner eine zweite Schnittstelle auf, die insbesondere über mehrere Anschlüsse verfügt, die über Auswahlschalter ausgewählt werden können. Die zweite Schnittstelle ist somit eine Mehrfach-Schnittstelle und dient beispielsweise zum Anschluss an eine elektrische Maschine und/oder an einen Akkumulator und/oder an elektrische Leistungskomponenten wie Heizvorrichtungen eines Abgasreinigungssystems oder einer Klimaanlage oder auch elektrisch betriebene Klimakompressoren.A converter unit of a vehicle electrical system is therefore proposed, the converter unit having a first interface and a second interface. The first interface is designed as a charging connection, i. H. as the charging connection of the converter unit, which can be connected to a charging socket (outside the converter unit), for example. The converter unit also has a second interface which, in particular, has several connections that can be selected using selection switches. The second interface is thus a multiple interface and is used, for example, to connect to an electrical machine and / or to an accumulator and / or to electrical power components such as heating devices of an exhaust gas cleaning system or an air conditioning system or electrically operated air conditioning compressors.
Die mehreren Gleichspannungswandler der Wandlereinheit können beispielsweise zwei Gleichspannungswandler sein. Die Gleichspannungswandler der Wandlereinheit sind vorzugsweise gleichartig ausgestaltet. Insbesondere weisen die Gleichspannungswandler die gleichen Übersetzungsverhältnisse, den gleichen Maximalstrom, die gleiche Nennleistung und die gleichen Nennspannungen auf.The multiple DC voltage converters of the converter unit can be, for example, two DC voltage converters. The DC voltage converters of the converter unit are preferably designed in the same way. In particular, the DC-DC converters have the same transformation ratios, the same maximum current, the same rated power and the same rated voltages.
Die Wandlereinheit ist ferner mit einer Konfigurationsschaltung und Auswahlschaltern ausgestattet. Die Konfigurationsschaltung ermöglicht wie erwähnt die Parallel- oder Seriellkonfiguration (steuerbar) einer Seite der mehreren Wandler. Die Auswahlschalter ermöglichen einer zweiten Schnittstelle eine Komponentengruppe von mehreren auszuwählen, um diese über die Konfigurationsschaltung mit den Wandlern zu verbinden. Die Wandler sind über die Konfigurationsschaltung mit den Auswahlschaltern verbunden. Die Ladeschnittstelle, d. h. allgemein die erste Schnittstelle, ist über die Wandler mit der Konfigurationsschaltung verbunden. Die Konfigurationsschaltung ist über die Auswahlschalter mit der zweiten Schnittstelle verbunden. Somit ist die erste Schnittstelle, d. h. die Ladeschnittstelle, über die Wandler, die Konfigurationsschaltung und über die Auswahlschalter mit der zweiten Schnittstelle verbunden, insbesondere in der genannten Reihenfolge. Die Wandler weisen jeweils eine erste Seite und eine zweite Seite auf. Die erste Seite dient zum Anschluss einer Ladequelle, allgemein einer Ladestation, die auch rückspeisefähig sein kann. Die zweite Seite dient zum Anschluss der (mittels der Auswahlschalter) gewählten Komponente oder Komponentengruppe. Die zwischen den Wandlern bzw. deren zweite Seite und den Auswahlschaltern vorgesehenen Konfigurationsschaltung ermöglicht wie erwähnt die Konfiguration, d. h. gezielte konfigurierte Verbindung der zweiten Seiten der Wandler. Die zweite Seite der Wandler ist wie erwähnt mit der Konfigurationsschaltung verbunden.The converter unit is also equipped with a configuration circuit and selection switches. As mentioned, the configuration circuit enables the parallel or serial configuration (controllable) of one side of the multiple converters. The selection switches enable a second interface to select a component group from several in order to connect it to the converters via the configuration circuit. The converters are connected to the selection switches via the configuration circuit. The charging interface, d. H. generally the first interface, is connected to the configuration circuit via the converter. The configuration circuit is connected to the second interface via the selection switch. Thus the first interface, i. H. the charging interface is connected to the second interface via the converter, the configuration circuit and the selection switch, in particular in the order mentioned. The transducers each have a first side and a second side. The first side is used to connect a charging source, generally a charging station, which can also be regenerative. The second side is used to connect the component or component group selected (using the selection switch). As mentioned, the configuration circuit provided between the transducers or their second side and the selection switches enables the configuration, d. H. Targeted configured connection of the second sides of the converter. As mentioned, the second side of the converter is connected to the configuration circuit.
Die Konfigurationsschaltung weist einen ersten Schaltzustand auf, in welchem die Konfigurationsschaltung die zweiten Seiten der Wandler miteinander parallel verbindet. Die sich ergebende Parallelschaltung der zweiten Seiten der Wandler wird von der Konfigurationsschaltung mit den Auswahlschaltern verbunden; die Konfigurationsschaltung ist hierzu eingerichtet und verschaltet. Die Konfigurationsschaltung weist einen zweiten Schaltzustand auf, in welchem die Konfigurationsschaltung die zweiten Seiten seriell miteinander verbindet. Die sich ergebende Seriellschaltung der zweiten Seiten der Wandler ist durch die Konfigurationsschaltung mit den Auswahlschaltern verbunden, insbesondere in dem zweiten Schaltzustand der Konfigurationsschaltung. Die ersten Seiten der Wandler können als Eingangsseiten bezeichnet werden, während die zweiten Seiten als Ausgangsseiten bezeichnet werden können. Dies bezieht sich insbesondere die Energieflussrichtung beim Laden. Beim Rückspeisen ergeben sich andere geeignete Bezeichnungen, (nämlich erste Seite: Ausgangsseite und zweite Seite: Eingangsseite) so dass hierin die Begriffe erste und zweite Seite verwendet werden und nicht die für spezifische Anwendungen vorgesehene Begriffe wie Eingangsseite und Ausgangsseite.The configuration circuit has a first switching state in which the configuration circuit connects the second sides of the converter to one another in parallel. The resulting parallel connection of the second sides of the converters is connected to the selection switches by the configuration circuit; the configuration circuit is set up and interconnected for this purpose. The configuration circuit has a second switching state in which the configuration circuit connects the second pages to one another in series. The resulting series connection of the second sides of the converter is connected to the selection switches through the configuration circuit, in particular in the second switching state of the configuration circuit. The first sides of the transducers can be referred to as input sides, while the second sides can be referred to as output sides. This relates in particular to the direction of energy flow when charging. When feeding back, other suitable terms arise (namely first side: output side and second side: input side) so that the terms first and second side are used here and not the terms intended for specific applications such as input side and output side.
Die Auswahlschalter können elektromechanisch sein. Insbesondere sind diese als Umschalter ausgebildet. Die Auswahlschalter weisen jeweils einen Mittenkontakt sowie mindestens zwei wählbare Kontakte auf, die wählbar mit den Mittenkontakt verbunden werden können. Mittels der letztgenannten wählbaren Kontakte können die Anschlüsse der zweiten Schnittstelle gewählt werden. In jedem der beiden Gleichspannungspotentiale ist einer der Auswahlschalter vorgesehen. Somit können die Auswahlschalter realisiert werden mittels eines zweipoligen Umschalters (der vorzugsweise neben zwei Schaltstellungen, in dem Verbindungen hergestellt werden, auch eine dritte Neutralstellung hat, in der der Mittenkontakt bzw. der Mittenanschluss getrennt bleibt).The selection switches can be electromechanical. In particular, these are designed as changeover switches. The selection switches each have a center contact and at least two selectable contacts that can be selectively connected to the center contact. The connections of the second interface can be selected by means of the latter selectable contacts. One of the selection switches is provided in each of the two DC voltage potentials. The selection switches can thus be implemented by means of a two-pole changeover switch (which, in addition to two switch positions in which connections are established, also preferably has a third neutral position in which the center contact or the center connection remains disconnected).
Die Wandler sind vorzugsweise galvanisch trennende Wandler. Hierbei umfassen die Wandler einen Zerhacker, einen Transformator und einen darauffolgenden Gleichrichter. Durch das Tastverhältnis des Zerhackers kann die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom eingestellt werden. Vorzugsweise werden die Wandler von der gleichen Wandlersteuerung angesteuert. Insbesondere werden die Wandler mit den gleichen Steuersignalen angesteuert. Die Konfigurationsschaltung kann zum Einstellen des jeweiligen Schaltzustands eine Schalteinrichtung aufweisen, insbesondere mindestens einen Umschalter, einen Öffner, einen Schließer oder ähnliches. Dieser kann elektromechanisch ausgebildet sein, jedoch auch als Halbleiterschaltvorrichtung ausgestaltet sein.The converters are preferably galvanically isolating converters. Here, the converters comprise a chopper, a transformer and a subsequent rectifier. The output voltage and the output current can be adjusted by the pulse duty factor of the chopper. The converters are preferably controlled by the same converter control. In particular, the converters are controlled with the same control signals. The configuration circuit can have a switching device for setting the respective switching state, in particular at least one changeover switch, an NC contact, a NO contact or the like. This can be designed electromechanically, but can also be designed as a semiconductor switching device.
In einer Ausführungsform weist die Konfigurationsschaltung einen Umschalter auf. Dessen Schaltstellung wird gemäß dem Schaltzustand der Konfigurationsschaltung eingestellt. Mit anderen Worten entspricht der Schaltzustand der Konfigurationsschaltung dem Schaltzustand des Umschalters (allgemein: die Schalteinrichtung), wobei somit der Umschalter (allgemein: die Schalteinrichtung) die Schaltzustände der Konfigurationsschaltung ausführt. Über den Umschalter ist in dem ersten Schaltzustand der Konfigurationsschaltung ein erstes Anschlusspotential der zweiten Seite des ersten Wandlers mit einem ersten Anschlusspotential der zweiten Seite des zweiten Wandlers verbunden. Somit sind die gleichen Potentiale (d. h. Plus oder Minus) der Wandler in dem ersten Schaltzustand der Konfigurationsschaltung durch den Umschalter miteinander verbunden. Wie erwähnt ändert sich die Schaltposition des Umschalters mit dem Schaltzustand der Konfigurationsschaltung, da sich diese in dieser Ausführungsform inhaltlich entsprechen. Über den Umschalter sind in dem zweiten Schaltzustand der Konfigurationsschaltung das erste Anschlusspotential der zweiten Seite des ersten Wandlers mit einem zweiten Anschlusspotential der zweiten Seite des zweiten Wandlers verbunden. In den zweiten Schaltzustand der Konfigurationsschaltung verbindet somit der Umschalter ein erstes von zwei Potentialen (Plus oder Minus) der zweiten Seite des ersten Wandlers mit einem anderen (d. h. Minus oder Plus) Potential der zweiten Seite des zweiten Wandlers. Im letztgenannten Fall ergibt sich eine Seriellschaltung. Der Seriellschaltung wird in dem ersten Schaltzustand der Konfigurationsschaltung von dem Umschalter hergestellt, wobei hierbei die Wandler seriell verbunden sind (und somit unterschiedliche Potentiale unterschiedlicher Wandler miteinander verbunden sind). In dem ersten Schaltzustand der Konfigurationsschaltung sind durch den Umschalter gleiche bzw. gleichartige Potential (Plus oder Minus) der verschiedenen Wandler miteinander verbunden.In one embodiment, the configuration circuit has a changeover switch. Its switching position is set according to the switching state of the configuration circuit. In other words, the switching state of the configuration circuit corresponds to the switching state of the changeover switch (generally: the switching device), the changeover switch (generally: the switching device) thus executing the switching states of the configuration circuit. In the first switching state of the configuration circuit, a first connection potential of the second side of the first converter is connected to a first connection potential of the second side of the second converter via the changeover switch. The same potentials (i.e. plus or minus) of the converters are thus connected to one another in the first switching state of the configuration circuit through the changeover switch. As mentioned, the switching position of the changeover switch changes with the switching state of the configuration circuit, since these correspond in terms of content in this embodiment. In the second switching state of the configuration circuit, the first connection potential of the second side of the first converter is connected to a second connection potential of the second side of the second converter via the changeover switch. In the second switching state of the configuration circuit, the changeover switch thus connects a first of two potentials (plus or minus) on the second side of the first transducer to another (i.e. minus or plus) potential on the second side of the second transducer. In the latter case, there is a series connection. In the first switching state of the configuration circuit, the serial circuit is established by the changeover switch, the converters being connected in series (and thus different potentials of different converters being connected to one another). In the first switching state of the configuration circuit, the changeover switch connects the same or similar potentials (plus or minus) of the various converters to one another.
Es kann vorgesehen sein, dass insbesondere in dieser Ausführungsform die Konfigurationsschaltung eine Diode aufweist. Diese kann das zweite Anschlusspotential der zweiten Seite des zweiten Wandlers mit dem zweiten Anschlusspotential der zweiten Seite des ersten Wandlers verbinden. Somit verbindet die Diode zwei gleiche bzw. gleichartige Potentiale (d. h. Plus oder Minus) der zweiten Seite verschiedener Wandler. Die Sperrrichtung weist vom zweiten Anschlusspotential der zweiten Seite des ersten Wandlers weg. Insbesondere weist diese zu dem zweiten Anschlusspotential der zweiten Seite des zweiten Wandlers hin.It can be provided that, in particular in this embodiment, the configuration circuit has a diode. This can connect the second connection potential of the second side of the second converter to the second connection potential of the second side of the first converter. Thus, the diode connects two equal or similar potentials (i.e. plus or minus) on the second side of different transducers. The reverse direction points away from the second connection potential of the second side of the first converter. In particular, this points to the second connection potential of the second side of the second converter.
Es bestehen vorzugsweise zwei auswahlschalterseitige Potentiale, nämlich Plus und Minus. Einer der Wandler, insbesondere der erste Wandler, ist mit einem dieser Potentiale verbunden, insbesondere mit dem Potential, welche das höhere der beiden Potentiale ist. Der zweite Wandler bzw. ein weiterer Wandler ist mit dem anderen auswahlschalterseitigen Potential verbunden. Die auswahlschalterseitigen Potentiale sind mit den Auswahlschaltern verbunden, insbesondere mit deren Mittenkontakt bzw. Mittenanschluss. Ist eine Diode vorgesehen, so ist diese direkt mit einem der auswahlschalterseitigen Potentiale verbunden. Hierbei ist die Verbindung derart, dass bezogen auf dieses Potential die Diode in Sperrrichtung liegt.There are preferably two potentials on the selector switch, namely plus and minus. One of the transducers, in particular the first transducer, is connected to one of these potentials, especially with the potential which is the higher of the two potentials. The second converter or a further converter is connected to the other potential on the selector switch. The potentials on the selector switch are connected to the selector switches, in particular to their center contact or center connection. If a diode is provided, it is connected directly to one of the potentials on the selector switch. Here, the connection is such that, based on this potential, the diode is in the reverse direction.
Falls somit die Wandlereinheit einen Umschalter und eine Diode aufweist, so kann die Diode beispielsweise vom positiven Potential der zweiten Seite des zweiten Wandlers ausgehen und zum positiven auswahlschalterseitigen Potential führen. Hiermit ist die Diode direkt an den positiven Anschluss der zweiten Seite des ersten Wandlers angeschlossen. Ferner kann vorgesehen sein, dass bei der Verwendung eines Umschalters mit einer Diode in der Konfigurationsschaltung die Diode direkt mit dem kleineren (d. h. dem negativen) Potential der beiden auswahlschalterseitigen Potentiale verbunden ist (in direkter Weise). Das andere Ende der Diode ist direkt mit dem negativen Potential der zweiten Seite des ersten Wandlers verbunden. Somit verbindet die Diode in diesem Fall den Minuspol der zweiten Seite des ersten Wandlers mit dem Minuspol der zweiten Seite des zweiten Wandlers. In einer Ausführungsform führt die Durchlassrichtung vom negativen Potential der auswahlschalterseitigen Potentiale zum negativen Potential des ersten Wandlers. Der Umschalter ist in diesem Fall mit dem Mittenanschluss an das positive Potential der zweiten Seite des zweiten Wandlers angeschlossen und verbindet wahlweise dieses mit dem positiven Potential oder dem negativen Potential der zweiten Seite des ersten Wandlers.If the converter unit thus has a changeover switch and a diode, the diode can, for example, start from the positive potential of the second side of the second converter and lead to the positive potential on the selector switch. This connects the diode directly to the positive terminal on the second side of the first converter. Furthermore, it can be provided that when a changeover switch with a diode is used in the configuration circuit, the diode is directly connected to the lower (i.e. the negative) potential of the two potentials on the selector switch (in a direct manner). The other end of the diode is directly connected to the negative potential of the second side of the first transducer. Thus, in this case, the diode connects the negative pole of the second side of the first converter to the negative pole of the second side of the second converter. In one embodiment, the forward direction leads from the negative potential of the potentials on the selector switch to the negative potential of the first converter. In this case, the switch is connected with the center connection to the positive potential of the second side of the second transducer and optionally connects this to the positive potential or the negative potential of the second side of the first transducer.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Konfigurationsschaltung zwei Dioden aufweist und insbesondere keinen Umschalter, dessen Schaltstellung sich mit dem Schaltzustand der Konfigurationsschaltung ändern würde, sondern nur einen Schalter, der abhängig von dem Schaltzustand der Konfigurationsschaltung offen oder geschlossen ist.Another embodiment provides that the configuration circuit has two diodes and in particular no changeover switch whose switch position would change with the switching state of the configuration circuit, but only a switch that is open or closed depending on the switching state of the configuration circuit.
In dieser Ausführungsform weist die Konfigurationsschaltung zwei Dioden auf. Die Konfigurationsschaltung weist eine erste Diode auf, die das erste Anschlusspotential der zweiten Seite des ersten Wandlers mit dem ersten Anschlusspotential der zweiten Seite des zweiten Wandlers verbindet. Ferner weist die Konfigurationsschaltung eine zweite Diode auf, die das zweite Anschlusspotential der zweiten Seite des ersten Wandlers mit dem zweiten Anschlusspotential der zweiten Seite des zweiten Wandlers verbindet. Die Sperrrichtung der ersten Diode weist von den ersten Anschlusspotential der zweiten Seite des ersten Wandlers weg. Die Durchlassrichtung der zweiten Diode weist von dem zweiten Anschlusspotential der zweiten Seite des zweiten Wandlers weg. Das erste Anschlusspotential (jedes Wandlers) kann ein negatives Potential sein. Das zweite Anschlusspotential (jedes Wandlers) kann ein positives Potential sein. Die erste Diode kann hierbei von dem negativen Potential der zweiten Seite des zweiten Wandlers wegweisen und zum negativen Potential der zweiten Seite des ersten Wandlers führen. In gleicher Weise kann die zweite Diode von dem positiven Potential der zweiten Seite des zweiten Wandlers zu dem positiven Potential der zweiten Seite des ersten Wandlers führen, wobei dies die Durchlassrichtung darstellt. Die erste und die zweite Diode verbinden somit jeweils ein Potential der zweiten Seite des ersten Wandlers (Plus oder Minus) mit dem entsprechenden Potential der zweiten Seite des zweiten Wandlers. Hierbei verbinden die Dioden die gleichen Potentiale verschiedener Wandler miteinander. Die erste Diode verbindet die negativen Potentiale der zweiten Seite der zwei Wandler miteinander und die zweite Diode verbindet die positiven Potentiale der zweiten Seiten der zwei Wandler miteinander. Die Durchlassrichtung (der Dioden) führt vom zweiten Wandler weg bzw. zum ersten Wandler hin.In this embodiment, the configuration circuit has two diodes. The configuration circuit has a first diode which connects the first connection potential of the second side of the first converter to the first connection potential of the second side of the second converter. Furthermore, the configuration circuit has a second diode which connects the second connection potential of the second side of the first converter to the second connection potential of the second side of the second converter. The reverse direction of the first diode points away from the first connection potential of the second side of the first converter. The forward direction of the second diode points away from the second connection potential of the second side of the second converter. The first connection potential (of each converter) can be a negative potential. The second connection potential (of each transducer) can be a positive potential. The first diode can point away from the negative potential of the second side of the second converter and lead to the negative potential of the second side of the first converter. In the same way, the second diode can lead from the positive potential of the second side of the second transducer to the positive potential of the second side of the first transducer, this representing the forward direction. The first and the second diode thus each connect a potential of the second side of the first transducer (plus or minus) to the corresponding potential of the second side of the second transducer. The diodes connect the same potentials of different converters to one another. The first diode connects the negative potentials of the second side of the two transducers to one another and the second diode connects the positive potentials of the second sides of the two transducers to one another. The forward direction (of the diodes) leads away from the second converter or towards the first converter.
Um die Konfigurationsschaltung einstellen zu können, weist die Konfigurationsschaltung einen Schalter (etwa einen Öffner oder einen Schließer) auf. Der Schalter ist insbesondere einpolig ausgebildet. Der Schalter verbindet schaltbar das erste Anschlusspotential der zweiten Seite des ersten Wandlers mit dem zweiten Anschlusspotential der zweiten Seite des ersten Wandlers mit dem zweiten Anschlusspotential der zweiten Seite des zweiten Wandlers. In dem ersten Schaltzustand der Konfigurationsschaltung ist der Schalter offen und im zweiten Schaltzustand der Konfigurationsschaltung ist der Schalter geschlossen. Der Schalter verbindet somit diejenigen Anschlüsse bzw. Anschlusspotentiale der zweiten Seite der Wandler, an die die Dioden angeschlossen sind. Mit anderen Worten verbindet der Schalter die Potentiale der zweiten Seiten der Wandler, die nicht mit einem der Auswahlschalter verbunden sind. Dies sind insbesondere die „inneren“ Anschlüsse der Wandler (an die die Dioden und der Schalter angeschlossen ist), wohingegen die „äußeren“ Anschlüsse der Wandler mit den Auswahlschaltern verbunden sind und somit die Versorgungspotentiale (+, -) der Wandlereinheit darstellen.In order to be able to set the configuration circuit, the configuration circuit has a switch (for example an opener or a closer). In particular, the switch is single-pole. The switch switchably connects the first connection potential of the second side of the first converter to the second connection potential of the second side of the first converter to the second connection potential of the second side of the second converter. In the first switching state of the configuration circuit the switch is open and in the second switching state of the configuration circuit the switch is closed. The switch thus connects those connections or connection potentials on the second side of the converter to which the diodes are connected. In other words, the switch connects the potentials of the second sides of the transducers that are not connected to one of the selection switches. These are in particular the "inner" connections of the converters (to which the diodes and the switch are connected), whereas the "outer" connections of the converters are connected to the selection switches and thus represent the supply potentials (+, -) of the converter unit.
Die Ladeschnittstelle ist eine Schnittstelle der Wandlereinheit und somit eine Komponente, die zum Anschluss der Wandlereinheit an weitere Komponenten (des Fahrzeugbordnetzes) dient. Die Ladeschnittstelle der Wandlereinheit ist vorzugsweise eingerichtet, an einen Ladeanschluss des Fahrzeugbordnetzes angeschlossen zu werden, wobei dieser Ladeanschluss zum Anschließen an externe Stromquellen vorgesehen ist. Der Ladeanschluss (etwa als Ladebuchse ausgebildet) des Fahrzeugbordnetzes kann somit gemäß einem Standard zum leitungsgebundenen Laden von Plug-in-Fahrzeugen ausgebildet sein. Zwischen der Schnittstelle der Wandlereinheit und dem Ladeanschluss des Fahrzeugbordnetzes (der eine Schnittstelle nach außen bildet) können weitere Komponenten wie Gleichrichter oder ähnliches vorgesehen sein.The charging interface is an interface of the converter unit and thus a component that is used to connect the converter unit to other components (of the vehicle electrical system). The charging interface of the converter unit is preferably set up to be connected to a charging connection of the vehicle electrical system, this charging connection for connection to external power sources is provided. The charging connection (designed as a charging socket, for example) of the vehicle electrical system can thus be designed in accordance with a standard for wired charging of plug-in vehicles. Additional components such as rectifiers or the like can be provided between the interface of the converter unit and the charging connection of the vehicle electrical system (which forms an interface to the outside).
Die Ladeschnittstelle der Wandlereinheit ist eingerichtet mit dem Ladeanschluss des Fahrzeugbordnetzes verbunden zu werden. Der Ladeanschluss, zu dessen Verbindung die Ladeschnittstelle der Wandlereinheit ausgebildet ist, kann einem ersten Bordnetzzweig angehören. Auch die zweite Schnittstelle kann zum Anschluss an Komponenten des Fahrzeugbordnetzes ausgebildet sein, insbesondere an mehrere Bordnetzzweige des Fahrzeugbordnetzes. Hierbei ist der erste Anschluss der zweiten Schnittstelle zum Anschluss an einen zweiten Bordnetzzweig eingerichtet. Der zweite Anschluss der zweiten Schnittstelle ist zum Anschluss an einen dritten Bordnetzzweig eingerichtet. Die zweite Schnittstelle umfasst somit zwei verschiedene Anschlüsse (jeweils für sich mit zwei Potentialen). Der zweite Bordnetzzweig und der weisen unterschiedliche Nennspannungen auf. Insbesondere sind die Anschlüsse der zweiten Schnittstelle für unterschiedliche Nennspannungen ausgebildet.The charging interface of the converter unit is set up to be connected to the charging connection of the vehicle electrical system. The charging connection, for the connection of which the charging interface of the converter unit is designed, can belong to a first on-board network branch. The second interface can also be designed for connection to components of the vehicle electrical system, in particular to several vehicle electrical system branches of the vehicle electrical system. Here, the first connection of the second interface is set up for connection to a second on-board network branch. The second connection of the second interface is set up for connection to a third branch of the vehicle electrical system. The second interface thus comprises two different connections (each with two potentials). The second on-board network branch and the have different nominal voltages. In particular, the connections of the second interface are designed for different nominal voltages.
Weiterhin kann eine Steuerung vorgesehen sein, die ansteuernd mit der Konfigurationsschaltung verbunden ist. Diese Steuerung (die der Wandlereinheit angehört) ist vorzugsweise auch mit dem Auswahlschaltern ansteuernd verbunden. Die Steuerung ist vorzugsweise eingerichtet, in einem Parallelzustand die Konfigurationsschaltung anzusteuern, die zweiten Seiten parallel miteinander zu verbinden. Ferner ist die Steuerung vorzugsweise eingerichtet, in dem Parallelzustand die Auswahlschalter in einer ersten Position anzusteuern. In dieser ist die Konfigurationsschaltung mit dem ersten Anschluss der zweiten Schnittstelle verbunden. In dem Parallelzustand verbinden die Auswahlschalter die Konfigurationsschaltung mit dem ersten Anschluss der zweiten Schnittstelle. Die Steuerung kann ferner eingerichtet sein, in einem Seriellzustand die Konfigurationsschaltung anzusteuern, die zweiten Seiten der Wandler seriell miteinander zu verbinden. In dem Seriellzustand ist die Steuerung ferner eingerichtet, die Auswahlschalter in einer zweiten Position anzusteuern. In dieser zweiten Position verbinden die Auswahlschalter die Konfigurationsschalter mit einem zweiten Anschluss der zweiten Schnittstelle. Bei verschiedenen Zuständen verbinden die Auswahlschalter die Konfigurationsschaltung mit unterschiedlichen Anschlüssen der zweiten Schnittstelle. Im Seriellzustand verbinden die Auswahlschalter die Konfigurationsschaltung mit dem zweiten Anschluss, und im Parallelzustand die Konfigurationsschaltung mit dem ersten Anschluss. Auch die Konfigurationsschaltung nimmt zwei unterschiedliche Schaltstellungen ein, wenn unterschiedliche Zustände (Parallelzustand oder Seriellzustand) vorliegen.Furthermore, a controller can be provided which is connected to the configuration circuit in a driving manner. This control (which belongs to the converter unit) is preferably also connected in a driving manner to the selection switch. The controller is preferably set up to control the configuration circuit in a parallel state, to connect the second sides to one another in parallel. Furthermore, the controller is preferably set up to control the selection switch in a first position in the parallel state. In this the configuration circuit is connected to the first connection of the second interface. In the parallel state, the selection switches connect the configuration circuit to the first connection of the second interface. The controller can also be set up to control the configuration circuit in a serial state, to connect the second sides of the transducers to one another in series. In the serial state, the controller is also set up to control the selection switch in a second position. In this second position, the selection switches connect the configuration switches to a second connection of the second interface. In different states, the selection switches connect the configuration circuit to different connections of the second interface. In the serial state, the selection switches connect the configuration circuit to the second connection, and in the parallel state, the configuration circuit to the first connection. The configuration circuit also assumes two different switching positions when different states (parallel state or serial state) are present.
Die Steuerung ist ferner vorzugsweise eingerichtet, bei Einstellungen eines Parallelzustands oder Seriellzustands zunächst einen Neutralzustand einzustellen. In den Neutralzustand verbinden die Auswahlschalter die Konfigurationsschaltung mit keinem der Anschlüsse der zweiten Schnittstelle. Vielmehr ist die Neutralstellung eine leere Position, in der die Auswahlschalter einen trennenden Zustand aufweisen. In diesem Fall sind die Mittenanschlüsse der Auswahlschalter mit keinem Kontakt verbunden, der mit weiteren Komponenten verbunden wäre, oder die Auswahlschalter sind mit keinem Kontakt verbunden, wenn sich die Auswahlschalter im Neutralzustand befinden. Der Neutralzustand ist insbesondere als Zustand der Wandlereinheit bzw. der Steuerung anzusehen. Nachdem dieser Zustand eingestellt wurde, wird vorzugsweise ein Parallelzustand oder ein Seriellzustand (insbesondere gemäß einer Vorgabe einer übergeordneten Steuerung) eingestellt. Dieser Parallelzustand oder Seriellzustand wird nach dem Neutralzustand an der Konfigurationsschaltung eingestellt. Nach dem Einstellen des Parallelzustands oder Seriellzustands der Konfigurationsschaltung werden die Auswahlschalter in eine erste oder zweite Position gebracht, insbesondere in eine Position, in der die Auswahlschalter (im Gegensatz zum Neutralzustand) die Konfigurationsschaltung mit einem Anschluss der zweiten Schnittstelle verbinden.The controller is also preferably set up to initially set a neutral state when a parallel state or serial state is set. In the neutral state, the selection switches do not connect the configuration circuit to any of the connections of the second interface. Rather, the neutral position is an empty position in which the selection switches have a disconnecting state. In this case, the center terminals of the selection switches are not connected to any contact that would be connected to other components, or the selection switches are not connected to any contact when the selection switches are in the neutral state. The neutral state is to be viewed in particular as the state of the converter unit or the controller. After this state has been set, a parallel state or a serial state (in particular in accordance with a specification from a higher-level controller) is preferably set. This parallel state or serial state is set on the configuration circuit after the neutral state. After setting the parallel state or serial state of the configuration circuit, the selection switches are brought into a first or second position, in particular in a position in which the selection switches (in contrast to the neutral state) connect the configuration circuit to a connection of the second interface.
Zunächst wird somit ermittelt, ob ein Schaltbefehl vorliegt, demgemäß ein Schaltzustand einzustellen ist, woraufhin, falls dies der Fall ist, zunächst ein Neutralzustand eingestellt wird (von der Steuerung), bei der die Auswahlschalter in einem Neutralzustand sind, wobei danach die Konfigurationsschaltung in einem Parallelzustand oder Seriellzustand (gemäß der Vorgabe) gebracht werden, und erst nachdem dies ausgeführt wurde die Auswahlschalter die erste oder die zweite Position einnehmen, d. h. den Neutralzustand verlassen. Dadurch wird vermieden, dass Komponenten, die an die zweite Schnittstelle angeschlossen sind, eine für die Komponenten unpassende Spannung, insbesondere eine Überspannung, erhalten. Ist der korrekte Zustand (Seriell- oder Parallelzustand) der Konfigurationsschaltung eingestellt wird, befinden sich somit die Auswahlschalter in einen Neutralzustand, und gehen erst nach dem Einstellen in einen Zustand, in dem eine Verbindung mit einem Anschluss der zweiten Schnittstelle hergestellt wird.First, it is determined whether there is a switching command, accordingly a switching state is to be set, whereupon, if this is the case, a neutral state is first set (by the controller), in which the selection switches are in a neutral state, after which the configuration circuit in one Parallel state or serial state (according to the specification) are brought, and only after this has been carried out, the selection switches take the first or the second position, d. H. leave the neutral state. This prevents components that are connected to the second interface from receiving a voltage that is unsuitable for the components, in particular an overvoltage. If the correct state (serial or parallel state) of the configuration circuit is set, the selection switches are thus in a neutral state, and only after setting do they go into a state in which a connection to a connection of the second interface is established.
Die Wandlereinheit kann in einem Fahrzeugbordnetz eingesetzt sein. Es kann somit ein Fahrzeugbordnetz vorgesehen sein, das eine Wandlereinheit wie hierin beschrieben aufweist. Das Fahrzeugbordnetz weist ferner einen ersten, zweiten und einen dritten Bordnetzzweig auf. Der erste Bordnetzzweig weist einen Ladeanschluss auf, insbesondere den vorangehend genannten Ladeanschluss des Bordnetzzweigs, der an die Wandlereinheit angeschlossen ist. Der Ladeanschluss des Bordnetzzweigs ist zum Anschluss an externe Stromquellen eingerichtet, vorzugsweise gemäß einem Standard zum leitungsgebundenen Laden von Plug-in-Fahrzeugen ausgebildet. Der zweite Bordnetzzweig weist eine andere Nennspannung auf als der dritte Bordnetzzweig. Der zweite Bordnetzzweig weist mindestens eine elektrische Komponente mit einer ersten Nennspannung auf, wobei der zweite Bordnetzzweig mindestens eine elektrische Komponente mit einer zweiten Nennspannung aufweist. Die zweite Nennspannung ist ungleich der ersten Nennspannung. Insbesondere ist die zweite Nennspannung größer und vorzugsweise doppelt so groß wie die erste Nennspannung. Somit verbinden die Auswahlschalter den dritten Bordnetz mit den Wandlern, wenn die Konfigurationsschaltung in Seriellzustand ist, so dass sich eine hohe Spannung ergibt (nämlich die doppelte Spannung bei zwei Wandlern). Die Auswahlschalter verbinden die Konfigurationsschaltung mit dem zweiten Bordnetzzweig, wenn die Konfigurationsschaltung im Parallelzustand ist, so dass sich eine niedrigere Spannung ergibt, nämlich die Hälfte der Spannung, die im Seriellzustand vorgesehen wird.The converter unit can be used in a vehicle electrical system. It can thus be provided a vehicle electrical system, the one Having converter unit as described herein. The vehicle electrical system also has a first, second and a third electrical system branch. The first on-board network branch has a charging connection, in particular the aforementioned charging connection of the on-board network branch, which is connected to the converter unit. The charging connection of the on-board network branch is set up for connection to external power sources, preferably designed in accordance with a standard for wired charging of plug-in vehicles. The second on-board network branch has a different nominal voltage than the third on-board network branch. The second on-board network branch has at least one electrical component with a first nominal voltage, the second on-board network branch having at least one electrical component with a second nominal voltage. The second nominal voltage is not equal to the first nominal voltage. In particular, the second nominal voltage is greater and preferably twice as great as the first nominal voltage. Thus, the selection switches connect the third vehicle electrical system to the converters when the configuration circuit is in serial state, so that a high voltage results (namely twice the voltage for two converters). The selection switches connect the configuration circuit to the second on-board network branch when the configuration circuit is in the parallel state, so that a lower voltage results, namely half the voltage that is provided in the series state.
Der zweite Bordnetzzweig kann als mindestens eine elektrische Komponente ein Heizelement oder einen elektrischen Klimakompressor aufweisen. Diese weisen die erste Nennspannung auf. Der dritte Bordnetzzweig kann als mindestens eine elektrische Komponente ein Traktions-Akkumulator, ein Heizelement oder einen elektrischen Klimakompressor oder eine Kombination hiervon aufweisen, die die zweite Nennspannung haben.The second on-board network branch can have a heating element or an electric air conditioning compressor as at least one electrical component. These have the first nominal voltage. The third on-board network branch can have, as at least one electrical component, a traction accumulator, a heating element or an electrical air conditioning compressor or a combination thereof, which have the second nominal voltage.
Die
Die
Die Wandlereinheit umfasst mehrere Gleichspannungswandler, im Falle der
Die Wandlereinheit umfasst ferner eine Konfigurationsschaltung KS. Diese ist eingerichtet, je nach Schaltzustand die zweiten Seiten
In der
Die inneren Anschlusspotentiale WA1- und WA2+ der Wandler
Eine Steuerung ST ist ansteuernd mit dem Umschalter
Die Steuerung ST ist eingerichtet, den Umschalter
Die Auswahlschalter
Die
Im Weiteren wird auf die Konfigurationsschaltung KS der
Die Anschlüsse der zweiten Schnittstelle werden als A1 und als A2 bezeichnet, wobei A1 die Kurzform ist für A1+, A1- und A2 die Kurzform ist für
Claims (11)
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---|---|---|---|
DE102019217078.1A DE102019217078A1 (en) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | Converter unit of a vehicle electrical system and vehicle electrical system with converter unit |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69625119T2 (en) * | 1995-04-24 | 2003-05-08 | Denso Corp | Power plant |
DE102016123924A1 (en) * | 2016-12-09 | 2018-06-14 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Modular power electronics for charging an electrically powered vehicle |
-
2019
- 2019-11-06 DE DE102019217078.1A patent/DE102019217078A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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