DE102020201463A1 - High-voltage vehicle electrical system with first and second energy storage and configuration circuit - Google Patents
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Abstract
Ein Hochvolt-Fahrzeugbordnetz mit ersten und einem zweiten Energiespeicher (E1, E2) sowie mit einer Konfigurationsschaltung (KS) ist beschrieben, die eingerichtet ist, die Energiespeicher (E1, E2) wahlweise parallel oder seriell miteinander zu verbinden. Das Hochvolt-Fahrzeugbordnetz verfügt über mindestens einen mehrteiligen Verbraucher sowie über mindestens einen spannungsvariablen Verbraucher (SV). Der mehrteilige Verbraucher weist einen ersten Teil (T1, P1; Z1) auf, der an den ersten Energiespeicher (E1) angeschlossen ist und einen zweiten Teil (T2, P2; Z2), der an den zweiten Energiespeicher (E2) angeschlossen ist. In dem mehrteiligen Verbraucher liegt der zweite Teil (T2, P2; Z2) galvanisch getrennt von dem ersten Teil (T1, P1; Z1) vor. Der spannungsvariable Verbraucher (SV) ist über die Konfigurationsschaltung (KV) mit dem ersten und dem zweiten Energiespeicher (E1, E2) verbunden. A high-voltage vehicle electrical system with first and second energy stores (E1, E2) and with a configuration circuit (KS) is described, which is set up to connect the energy stores (E1, E2) either in parallel or in series. The high-voltage vehicle electrical system has at least one multi-part consumer and at least one voltage-variable consumer (SV). The multi-part consumer has a first part (T1, P1; Z1) which is connected to the first energy store (E1) and a second part (T2, P2; Z2) which is connected to the second energy store (E2). In the multi-part consumer, the second part (T2, P2; Z2) is electrically isolated from the first part (T1, P1; Z1). The voltage-variable consumer (SV) is connected to the first and the second energy store (E1, E2) via the configuration circuit (KV).
Description
Es ist bekannt, Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb auszustatten, der von einem Akkumulator gespeist wird. Ferner besteht ein Ladeanschluss, um diesen Akkumulator mittels an der Ladestation aufladen zu können. Neben dem elektrischen Antrieb bestehen weitere Verbraucher, die zum Teil geringere Betriebsspannungen als der elektrische Antrieb aufweisen. Hochvolt-Verbraucher wie der elektrische Antrieb und Hochvolt-Komponenten wie der Akkumulator können ebenfalls unterschiedliche Spannungen aufweisen, insbesondere wenn mit einer hohen Spannung von beispielsweise 800 Volt geladen werden soll, und der Antrieb bei einer anderen Spannung arbeitet, beispielsweise 400 Volt.It is known to equip vehicles with an electric drive that is fed by an accumulator. There is also a charging connection in order to be able to charge this accumulator by means of the charging station. In addition to the electric drive, there are other consumers, some of which have lower operating voltages than the electric drive. High-voltage consumers such as the electric drive and high-voltage components such as the accumulator can also have different voltages, in particular if charging is to be carried out with a high voltage of, for example, 800 volts, and the drive operates at a different voltage, for example 400 volts.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine mögliche aufzuzeigen, mit der sich diese Funktion mit einfachen und kostengünstigen Komponenten realisieren lassen, insbesondere die Versorgung von Hochvolt-Komponenten mit einer konstanten Spannung, während die Spannung anderer Hochvolt-Komponenten vorzugsweise einstellbar ist.It is an object of the invention to show a possible one with which this function can be implemented with simple and inexpensive components, in particular the supply of high-voltage components with a constant voltage, while the voltage of other high-voltage components is preferably adjustable.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Hochvolt-Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 1. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung sowie mit der Figur.This object is achieved by the high-voltage vehicle electrical system according to
Es wird ein Hochvolt-Fahrzeugbordnetz mit einem ersten und einem zweiten Energiespeicher beschrieben, wobei das Bordnetz ferner eine Konfigurationsschaltung aufweist. Mittels dieser können die Energiespeicher parallel oder seriell (je nach Einstellung der Konfigurationsschaltung) miteinander verbunden werden. Falls die Energiespeicher Kondensatoren sind, beispielsweise Zwischenkreiskapazitäten, dann kann bei hohen Eingangsspannungen die Konfigurationsschaltung die Zwischenkreiskondensatoren seriell miteinander verbinden, so dass nur die Hälfte der Gesamtspannung jeweils an einem der Kondensatoren abfällt. Dadurch kann jeder Kondensator nur mit der halben Nennspannung ausgelegt werden. Bei einer Parallelschaltung der Kondensatoren verdoppelt sich die Kapazitäten.A high-voltage vehicle electrical system is described with a first and a second energy store, the vehicle electrical system also having a configuration circuit. By means of this, the energy stores can be connected to one another in parallel or in series (depending on the setting of the configuration circuit). If the energy stores are capacitors, for example intermediate circuit capacitances, then at high input voltages the configuration circuit can connect the intermediate circuit capacitors to one another in series so that only half of the total voltage drops across one of the capacitors. This means that each capacitor can only be designed with half the nominal voltage. If the capacitors are connected in parallel, the capacities are doubled.
Falls die Energiespeicher Batterien sind, beispielsweise Hochvolt-Akkumulatoren, dann kann beispielsweise zum Laden mit 800 V die Seriellschaltung der Hochvolt-Akkumulatoren eingestellt werden, während zum Fahren beispielsweise eine Parallelschaltung vorgesehen wird, mit der der Inverter des elektrischen Antriebs betrieben werden kann. Bestehen weitere Hochvoltkomponenten, die an diese konfigurierbaren Energiespeicher angeschlossen werden, so ändert sich auch deren Betriebsspannung je nach Einstellung der Konfigurationsschaltung. Dies kann beispielsweise jedoch bei einer Heizschaltung oder einem Gleichspannungswandler, etwa für den Niedervoltbereich, oder bei einem Hochvolt-Klimakompressor nicht erwünscht sein, wobei auch diese Komponenten (bzw. Verbraucher) sowohl während der Parallel- als auch bei der Seriellschaltung der Energiespeicher arbeiten können müssen. Insbesondere bei der Ausführung der Energiespeicher als Hochvolt-Akkumulatoren sollten die genannten Komponenten mit der gleichen Spannung betrieben werden, unabhängig davon, ob der Fahrbetrieb vorgesehen ist, oder ob bei einer hohen Spannung geladen wird.If the energy stores are batteries, for example high-voltage accumulators, then the series connection of the high-voltage accumulators can be set for charging with 800 V, while for driving, for example, a parallel connection is provided with which the inverter of the electric drive can be operated. If there are other high-voltage components that are connected to these configurable energy stores, their operating voltage also changes depending on the setting of the configuration circuit. However, this may not be desirable, for example, with a heating circuit or a DC voltage converter, for example for the low-voltage range, or with a high-voltage air conditioning compressor, whereby these components (or consumers) must also be able to work both during the parallel and series connection of the energy storage devices . In particular when the energy storage device is designed as a high-voltage accumulator, the components mentioned should be operated with the same voltage, regardless of whether driving is intended or whether charging is carried out at a high voltage.
Die Erfindung ermöglicht den Betrieb von Hochvolt-Komponenten trotz Seriell- oder Parallelkonfiguration durch die Konfigurationsschaltung den Betrieb mit ein- und derselben Spannung, ohne dass ein zusätzlicher Spannungswandler notwendig wäre. Ermöglicht wird dies, indem die Hochvoltkomponente (im Weiteren: Verbraucher) mehrteilig ist und die Teile des Verbrauchers jeweils an einen der Energiespeicher angeschlossen ist. Da die Energiespeicher jeweils eine Spannung aufweisen, die bei unterschiedlichen Konfigurationen der Konfigurationsschaltung gleich ist, erlaubt die Aufteilung des betreffenden Verbrauchers in mehrere Teile und die Anbindung an jeweils einen der Energiespeicher den Betrieb des Verbrauchers mit ein- und derselben Spannung (nämlich der Spannung des jeweiligen Energiespeichers), ohne die Energiespeicher einseitig zu belasten und ohne die Verwendung eines zusätzlichen Wandlers.The invention enables high-voltage components to be operated in spite of a serial or parallel configuration through the configuration circuit, to operate with one and the same voltage, without the need for an additional voltage converter. This is made possible by the fact that the high-voltage component (hereinafter: consumer) is made up of several parts and the parts of the consumer are each connected to one of the energy stores. Since the energy stores each have a voltage that is the same for different configurations of the configuration circuit, the division of the relevant consumer into several parts and the connection to one of the energy stores allows the consumer to operate with one and the same voltage (namely the voltage of the respective Energy storage), without loading the energy storage on one side and without using an additional converter.
Somit verfügt das hier beschriebene Hochvolt-Fahrzeugbordnetz über mindestens einen mehrteiligen Verbraucher, der einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweist. Der erste Teil ist an den ersten Energiespeicher angeschlossen und der zweite Teil ist an den zweiten Energiespeicher angeschlossen. Der erste Teil ist an den ersten Energiespeicher angeschlossen (und nicht an den zweiten Teil). Der zweite Teil ist an den zweiten Energiespeicher angeschlossen (und nicht an den ersten Teil). Hierbei sind die jeweiligen Teile an die jeweiligen Energiespeicher vorzugsweise parallel angeschlossen. Die jeweiligen Teile sind direkt mit dem betreffenden Energiespeicher verbunden.The high-voltage vehicle electrical system described here thus has at least one multi-part consumer, which has a first part and a second part. The first part is connected to the first energy store and the second part is connected to the second energy store. The first part is connected to the first energy store (and not to the second part). The second part is connected to the second energy store (and not to the first part). In this case, the respective parts are preferably connected in parallel to the respective energy storage device. The respective parts are directly connected to the relevant energy storage device.
Neben diesem mehrteiligen Verbraucher besteht auch ein spannungsvariabler Verbraucher, beispielsweise dargestellt durch Hochvoltakkumulatoren, die beim Fahren mit einer ersten Spannung, beispielsweise 400 V, arbeiten und zum Laden seriell geschaltet werden, um für die doppelte Spannung zum Laden eingerichtet zu sein. Mit der Verwendung eines erfindungsgemäß gesplitteten bzw. aufgeteilten Verbraucher in einen mehrteiligen Verbraucher bzw. in einen ersten und einen zweiten Teil kann dieser unabhängig von der Konfiguration bzw. der aktuellen Betriebsspannung des spannungsvariablen Verbrauchers betrieben werden. Gleichzeitig kann der spannungsvariable Verbraucher für unterschiedliche Spannungen eingestellt werden. Der spannungsvariable Verbraucher ist über die Konfigurationsschaltung mit dem ersten und dem zweiten Energiespeicher verbunden. Insbesondere ist der spannungsvariable Verbraucher an zwei äußere Anschlüsse der Konfigurationsschaltung angeschlossen, während die Energiespeicher jeweils an einen (eigenen) inneren Anschluss der Konfigurationsschaltung angeschlossen sind. Die Konfigurationsschaltung ist eingerichtet, die inneren Anschlüsse parallel zu den äußeren Anschlüssen anzuschließen (im Falle einer parallelen Konfiguration), wobei die Konfigurationsschaltung ferner eingerichtet ist, bei serieller Konfiguration die beiden inneren Anschlüsse in Reihe zu schalten, so dass die Energiespeicher in Serie zwischen den äußeren Anschlüssen vorliegen.In addition to this multi-part consumer, there is also a voltage-variable consumer, for example represented by high-voltage batteries that work with a first voltage, for example 400 V, when driving and are connected in series for charging in order to be set up for double the voltage for charging. With the use of a consumer split or divided according to the invention in a multi-part consumer or in a first and a second part, this can be independent of the configuration or the current operating voltage of the voltage-variable consumers are operated. At the same time, the voltage-variable consumer can be set for different voltages. The voltage-variable consumer is connected to the first and the second energy store via the configuration circuit. In particular, the voltage-variable load is connected to two external connections of the configuration circuit, while the energy stores are each connected to a (separate) internal connection of the configuration circuit. The configuration circuit is set up to connect the inner connections in parallel to the outer connections (in the case of a parallel configuration), the configuration circuit also being set up to connect the two inner connections in series in the case of a serial configuration, so that the energy stores are in series between the outer connections Connections are available.
In dem mehrteiligen Verbraucher liegen der erste Teil und der zweite Teil galvanisch getrennt voneinander vor. Zwischen dem ersten und dem zweiten Teil besteht keine galvanische Verbindung, die innerhalb des Verbrauchers liegt. Diese galvanische Trennung innerhalb des Verbrauchers bezogen auf die beiden Teile ermöglicht die getrennte Anbindung an einen jeweiligen der beiden Energiespeicher.In the multi-part consumer, the first part and the second part are galvanically separated from one another. There is no galvanic connection between the first and the second part that lies within the consumer. This galvanic separation within the consumer in relation to the two parts enables the separate connection to a respective one of the two energy stores.
Die Konfigurationsschaltung kann einen Seriell-Schalter aufweisen, der sich zwischen den beiden Energiespeichern befindet und in Serie mit diesem verbunden ist. Ist der Seriellschalter geschlossen, dann sind die beiden Energiespeicher in Serie miteinander verbunden. Ferner können zwei Parallelschalter vorgesehen sein, die (bei offenen Seriellschalter) jeweils einen der beiden Anschlüsse der beiden Energiespeicher mit den gegenüberliegenden äußeren Anschluss der Konfigurationsschaltung verbindet, so dass die Energiespeicher parallel angeschlossen sind und diese Parallelschaltung an die beiden äußeren Anschlüsse der Konfigurationsschaltung angeschlossen sind. Der Seriellschalter kann durch eine oder mehrere Dioden ersetzt werden.The configuration circuit can have a serial switch which is located between the two energy stores and is connected in series with them. If the serial switch is closed, then the two energy stores are connected to one another in series. Furthermore, two parallel switches can be provided which (when the serial switch is open) each connects one of the two connections of the two energy stores to the opposite external connection of the configuration circuit, so that the energy stores are connected in parallel and this parallel connection is connected to the two external connections of the configuration circuit. The serial switch can be replaced by one or more diodes.
Es können ein oder mehrere mehrteilige Verbraucher angeschlossen sein. Bei zwei mehrteiligen Verbrauchern ist der erste Teil des ersten Verbrauchers und er erste Teil des zweiten Verbrauchers an den ersten Energiespeicher angeschlossen. Die zweiten Teile der beiden mehrteiligen Verbraucher sind mit dem zweiten Energiespeicher verbunden. Bei mehreren Verbrauchern ergeben sich allgemein mehrere erste und mehrere zweite Teile, wobei die ersten Teile an den ersten Energiespeicher angeschlossen sind (parallel) und die zweiten Teile an den zweiten Energiespeicher angeschlossen sind (parallel). Der mindestens eine erste Teil ist direkt und nicht über die Konfigurationsschaltung mit dem ersten Energiespeicher verbunden. Der mindestens eine zweite Teil ist direkt und nicht über die Konfigurationsschaltung mit dem zweiten Energiespeicher verbunden. Daher hängt die Verbindung zwischen jeweiligen Teil und zugehörigem Energiespeicher nicht von der Einstellung der Konfigurationsschaltung ab, so dass die sich für Teile ergebende Spannung jeweils unabhängig von der Einstellung bzw. dem Schaltzustand der Konfigurationsschaltung ist. Der mehrteilige Verbraucher kann ein ohmscher Verbraucher wie ein (mehrteiliger) Heizwiderstand oder ein Klimakompressor mit mehrteiligem elektrischen Antrieb bzw. mit mehrteiligem Inverter sein oder kann ein Spannungswandler sein, insbesondere ein Gleichspannungswandler. Der mehrteilige Verbraucher kann als elektrisch betriebene Komponente angesehen werden oder als Wandler, der elektrische Leistung in Wärmeleistung oder Bewegung oder in elektrische Leistung (auf einem anderen Spannungsniveau) wandelt.One or more multi-part consumers can be connected. In the case of two multi-part consumers, the first part of the first consumer and the first part of the second consumer are connected to the first energy store. The second parts of the two multi-part consumers are connected to the second energy store. In the case of several consumers, there are generally several first and several second parts, the first parts being connected to the first energy store (parallel) and the second parts being connected to the second energy store (parallel). The at least one first part is connected to the first energy store directly and not via the configuration circuit. The at least one second part is connected to the second energy store directly and not via the configuration circuit. Therefore, the connection between the respective part and the associated energy store does not depend on the setting of the configuration circuit, so that the voltage resulting for parts is in each case independent of the setting or the switching state of the configuration circuit. The multi-part consumer can be an ohmic consumer such as a (multi-part) heating resistor or an air conditioning compressor with a multi-part electrical drive or with a multi-part inverter, or it can be a voltage converter, in particular a DC voltage converter. The multi-part consumer can be viewed as an electrically operated component or as a converter that converts electrical power into heat output or movement or into electrical power (at a different voltage level).
Die Energiespeicher können jeweils Zwischenkreiskapazitäten oder allgemein Kondensatoren sein, oder können auch Akkumulatoren sein. Der spannungsvariable Verbraucher kann ein spannungsvariabler elektrischer Antrieb sein, der beispielsweise für einen Hochlast- und einen Teillastbetrieb mit verschiedenen Betriebsspannungen ausgebildet ist. Dieser Antrieb kann einen Inverter umfassen, der die Energiespeicher (über die Konfigurationsschaltung) mit der elektrischen Maschine verbindet. Ferner kann der Antrieb einen Gleichspannungswandler umfassen, der die Energiespeicher (über die Konfigurationsschaltung) über den Inverter mit der elektrischen Maschine verbindet. Eine Alternative besteht darin, dass die Energiespeicher als Kondensatoren ausgebildet sind und der spannungsvariable Verbraucher einen Akkumulator umfasst, insbesondere einen Hochvolt-Akkumulator. Der Akkumulator kann direkt oder über einen Gleichspannungswandler mit den Energiespeichern (über die Konfigurationsschaltung) verbunden sein. Der Akkumulator ist als Verbraucher zu betrachten, da dieser in einem Zustand, nämlich im Ladezustand, elektrische Energie aufnimmt. Der Akkumulator ist mehrteilig, wobei die Teile des Akkumulators konfigurierbar miteinander verbunden sind. Der Akkumulator weist mehrere (insbesondere zwei) Teile auf, die wahlweise seriell oder parallel miteinander verbindbar sind. Diese Konfiguration (parallele oder serielle Verbindung) der Teile des Akkumulators entspricht vorzugsweise der Konfiguration der Konfigurationsschaltung, mittels der die Energiespeicher miteinander verbunden sind. Eine Vorrichtung kann vorsehen, dass die Energiespeicher und die Teile des Akkumulators (als spannungsvariabler Verbraucher) die gleiche Konfiguration aufweisen (seriell oder parallel) und kann eine synchrone Änderung der jeweiligen Konfiguration vorsehen.The energy stores can each be intermediate circuit capacitances or capacitors in general, or can also be accumulators. The voltage-variable consumer can be a voltage-variable electric drive, which is designed, for example, for high-load and partial-load operation with different operating voltages. This drive can comprise an inverter that connects the energy storage device (via the configuration circuit) to the electrical machine. Furthermore, the drive can comprise a DC voltage converter, which connects the energy store (via the configuration circuit) to the electrical machine via the inverter. An alternative is that the energy stores are designed as capacitors and the voltage-variable consumer comprises an accumulator, in particular a high-voltage accumulator. The accumulator can be connected to the energy stores directly or via a DC voltage converter (via the configuration circuit). The accumulator is to be regarded as a consumer because it consumes electrical energy in one state, namely in the state of charge. The accumulator is made up of several parts, the parts of the accumulator being connected to one another in a configurable manner. The accumulator has several (in particular two) parts that can optionally be connected to one another in series or in parallel. This configuration (parallel or serial connection) of the parts of the accumulator preferably corresponds to the configuration of the configuration circuit by means of which the energy stores are connected to one another. A device can provide that the energy store and the parts of the accumulator (as a voltage-variable consumer) have the same configuration (serial or parallel) and can provide a synchronous change of the respective configuration.
Der erste Teil des mehrteiligen Verbrauchers kann eine Steuerschaltung aufweisen. Auch der zweite Teil kann eine (weitere) Steuerschaltung aufweisen, sodass jeder Teil über eine Steuerschaltung verfügt. Die jeweiligen Steuerschaltungen der Teile des mehrteiligen Verbrauchers sind vorzugsweise zur Leistungsstellung, das heißt zum Einstellen der Leistung, des Verbrauchers und insbesondere von Heizwiderständen des mehrteiligen Verbrauchers vorgesehen. In diesem Fall ist der mehrteilige Verbraucher eine mehrteilige elektrische Heizschaltung. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der erste Teil und der zweite Teil des mehrteiligen Verbrauchers jeweils einen Inverter aufweist, der einem elektrischen Klimakompressor zugeordnet ist, wobei dieser Klimakompressor den mehrteiligen Verbraucher bildet. Ferner können der erste und der zweite Teil des mehrteiligen Verbrauchers gebildet werden von Invertern eines elektrischen Fahrzeugantriebs, insbesondere mit zwei elektrischen Maschinen.The first part of the multi-part consumer can have a control circuit. The second part can also have a (further) control circuit, so that each part has a control circuit. The respective control circuits of the parts of the multi-part consumer are preferably provided for power setting, that is to say for setting the power, of the consumer and in particular of heating resistors of the multi-part consumer. In this case, the multi-part consumer is a multi-part electrical heating circuit. Alternatively or additionally, it can be provided that the first part and the second part of the multi-part consumer each have an inverter which is assigned to an electric air conditioning compressor, this air conditioning compressor forming the multi-part consumer. Furthermore, the first and the second part of the multi-part consumer can be formed by inverters of an electric vehicle drive, in particular with two electric machines.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine mehrteilige Verbraucher einen ersten und einen zweiten Zerhacker aufweist. Ferner weist der mehrteilige Verbraucher vorzugsweise eine erste und eine zweite Primärwicklung einer Transformatorrichtung auf. Die Transformatorvorrichtung kann Teil eines Gleichspannungswandlers sein. Der mehrteilige Verbraucher kann ein (galvanisch trennender) mehrteiliger bzw. mehrkanaliger Gleichspannungswandler sein oder einen Abschnitt (etwa eine Primärseite) hiervon bilden. Der erste Teil des mehrteiligen Verbrauchers (als Gleichspannungswandler ausgebildet) wird vorgesehen von dem ersten Zerhacker und der ersten Primärwicklung, die dem ersten Zerhacker nachgeschaltet ist. Der zweite Teil des mehrteiligen Verbrauchers kann vorgesehen werden von dem zweiten Zerhacker und der zweiten Primärwicklung, wobei diese dem zweiten Zerhacker nachgeschalten ist. Der erste Teil des mehrteiligen Verbrauchers kann somit vorgesehen werden von der Kombination eines ersten Zerhackers und einer ersten Primärwicklung und der zweite Teil kann vorgesehen werden von einem zweiten Zerhacker und einer zweiten Primärwicklung, wobei diese Teil eines Gleichspannungswandlers sind. Diese sind insbesondere Teil einer Primärseite eines galvanisch isolierenden Gleichspannungswandlers.Furthermore, it can be provided that the at least one multi-part consumer has a first and a second chopper. Furthermore, the multi-part consumer preferably has a first and a second primary winding of a transformer direction. The transformer device can be part of a DC / DC converter. The multi-part consumer can be a (galvanically isolating) multi-part or multi-channel DC voltage converter or form a section (such as a primary side) thereof. The first part of the multi-part consumer (designed as a DC voltage converter) is provided by the first chopper and the first primary winding, which is connected downstream of the first chopper. The second part of the multi-part consumer can be provided by the second chopper and the second primary winding, this being connected downstream of the second chopper. The first part of the multi-part consumer can thus be provided by the combination of a first chopper and a first primary winding and the second part can be provided by a second chopper and a second primary winding, these being part of a DC / DC converter. These are in particular part of a primary side of a galvanically isolating DC voltage converter.
Eine erste Möglichkeit ist es, dass die Primärwicklungen auf denselben Kern vorgesehen sind, oder auf verschiedenen Kernen verschiedener Transistoren. Es kann somit vorgesehen sein, dass die Transformatorvorrichtung einen Transformator mit einem Kern aufweist, der sowohl von der ersten als auch von der zweiten Primärwicklung umgriffen wird. Diese beiden Primärwicklungen sind dem Transformator zugeordnet. Alternativ kann die Transformatorvorrichtung (des Gleichspannungswandlers) zweiteilig sein und auch zwei Kerne aufweisen, die jeweils eine der Primärwicklungen aufweist. Die Transformatorvorrichtung kann einen ersten Kern aufweisen, um den die erste Primärwicklung gewickelt ist, und kann einen zweiten Kern aufweisen, um den die zweite Primärwicklung gewickelt ist. Die beiden Kerne sind magnetisch nicht miteinander verbunden. Alternativ sind die Kerne miteinander magnetisch verbunden, sodass die erste und die zweite Primärwicklung auf Kernen vorgesehen sind, die magnetisch miteinander verbunden sind und somit einen einheitlichen Kern aufweisen.A first possibility is that the primary windings are provided on the same core, or on different cores of different transistors. It can thus be provided that the transformer device has a transformer with a core which is encompassed by both the first and the second primary winding. These two primary windings are assigned to the transformer. Alternatively, the transformer device (of the DC-DC converter) can be in two parts and also have two cores, each of which has one of the primary windings. The transformer device may have a first core around which the first primary winding is wound and may have a second core around which the second primary winding is wound. The two cores are not magnetically connected to each other. Alternatively, the cores are magnetically connected to one another, so that the first and second primary windings are provided on cores which are magnetically connected to one another and thus have a uniform core.
Vorzugsweise ist der erste Energiespeicher als ein Kondensator vorgesehen, der mit dem ersten Zerhacker verbunden ist, insbesondere parallel. Der Kondensator bildet einen Zwischenkreiskondensator, der dem ersten Zerhacker zugeordnet ist. Der zweite Energiespeicher ist ebenso als Kondensator vorgesehen. Dieser ist (parallel) mit dem zweiten Zerhacker verbunden. Dieser Kondensator bildet dann einen (weiteren) Zwischenkreiskondensator, der dem zweiten Zerhacker zugeordnet ist. Die Kondensatoren haben vorzugsweise den gleichen Kapazitätswert. Auch die Wicklungen können die gleiche Windungszahl aufweisen. Falls der erste und der zweite Energiespeicher als Teile eines Akkumulators ausgebildet sind, so weisen diese vorzugsweise die gleiche Nennspannung und die gleiche Kapazität auf. Allgemein kann der mehrteilige Verbraucher Teile aufweisen, die den gleichen Nominalwert haben, beispielsweise die gleiche Leistung, den gleichen Widerstand; insbesondere sind die Teile des mehrteiligen Verbrauchers gleichartig ausgebildet.The first energy store is preferably provided as a capacitor which is connected to the first chopper, in particular in parallel. The capacitor forms an intermediate circuit capacitor which is assigned to the first chopper. The second energy store is also provided as a capacitor. This is connected (in parallel) to the second chopper. This capacitor then forms a (further) intermediate circuit capacitor which is assigned to the second chopper. The capacitors preferably have the same capacitance value. The windings can also have the same number of turns. If the first and the second energy store are designed as parts of an accumulator, they preferably have the same nominal voltage and the same capacity. In general, the multi-part consumer can have parts that have the same nominal value, for example the same power, the same resistance; in particular, the parts of the multi-part consumer are designed in the same way.
Ausführungsformen, bei denen der mehrteilige Verbraucher einen ersten und einen zweiten Zerhacker aufweist, die Teile eines Gleichspannungswandlers sind (und somit der mehrteilige Verbraucher als mehrteiliger Gleichspannungswandler aufgebaut ist) kann eine Sekundärwicklung vorgesehen sein, die magnetisch mit der ersten und der zweiten Primärwicklung gekoppelt ist. Sind die beiden Primärwicklungen magnetisch über denselben Kern miteinander verbunden, so kann auch die Sekundärwicklung mit diesem Kern verbunden sein. Alternativ ist die Sekundärwicklung zweiteilig und magnetisch sowohl mit der ersten Primärwicklung (über einen ersten Kern) und mit der zweiten Primärwicklung (über einen zweiten Kern) magnetisch gekoppelt. Sind die Primärwicklungen voneinander magnetisch getrennt, so sind vorzugsweise zwei Sekundärwicklungen vorgesehen, wobei jeweils eine mit der ersten und mit der zweiten Primärwicklung verbunden ist. Der mindestens einen Sekundärwicklung ist vorzugsweise eine Gleichrichterschaltung nachgeschaltet. Diese kann eine gesteuerte oder eine ungesteuerte Gleichrichterschaltung sein. Die mindestens eine Sekundärwicklung und die Gleichrichterschaltung bilden eine Sekundärseite eines galvanisch trennenden Gleichspannungswandler. Dieser Gleichspannungswandler, der mehrteilig ist, weist eine Primärseite auf, die die erste und die zweite Primärwicklung sowie den ersten und den zweiten Zerhacker umfasst. Somit kann der galvanisch trennende Gleichspannungswandler eine zweiteilige Primärseite aufweisen, oder kann eine zweiteilige Primärseite und eine zweiteilige Sekundärseite aufweisen.Embodiments in which the multi-part consumer has a first and a second chopper, which are parts of a DC voltage converter (and thus the multi-part consumer is constructed as a multi-part DC voltage converter), a secondary winding can be provided which is magnetically coupled to the first and the second primary winding. If the two primary windings are magnetically connected to one another via the same core, the secondary winding can also be connected to this core. Alternatively, the secondary winding is in two parts and magnetically coupled to both the first primary winding (via a first core) and to the second primary winding (via a second core). If the primary windings are magnetically separated from one another, two secondary windings are preferably provided, one each being connected to the first and to the second primary winding. The at least one secondary winding is preferably followed by a rectifier circuit. This can be a controlled or an uncontrolled rectifier circuit. The at least one secondary winding and the rectifier circuit form a secondary side of an electrically isolating one DC voltage converter. This DC / DC converter, which is made up of several parts, has a primary side which includes the first and second primary windings as well as the first and second chopper. The galvanically isolating DC voltage converter can thus have a two-part primary side, or it can have a two-part primary side and a two-part secondary side.
Vorzugsweise werden die Zerhacker zueinander versetzt angesteuert, insbesondere von einer Zerhacker-Ansteuerung. Bei zwei Zerhackern können diese zueinander um 180° versetzt angesteuert werden. Insbesondere werden die Zerhacker von der Ansteuerung derart angesteuert, dass der Phasenversatz zwischen den einzelnen Zerhackern gleich verteilt ist. Die Zerhackeransteuerung ist ausgebildet, die Zerhacker gemäß einem Interleaving-Schema anzusteuern.The choppers are preferably controlled offset from one another, in particular by a chopper control. If there are two choppers, they can be actuated offset by 180 ° to each other. In particular, the chopper is activated by the control in such a way that the phase offset is evenly distributed between the individual choppers. The chopper control is designed to control the chopper according to an interleaving scheme.
Der spannungsvariable Verbraucher kann ein Gleichspannungswandler sein, insbesondere ein Hochspannungswandler. Dieser Gleichspannungswandler weist eine erste Seite auf, die mit der Konfigurationsschaltung verbunden ist. Der Gleichspannungswandler weist eine zweite Seite auf, die mit einem Hochvolt-Bordnetzzweig des Hochvolt-Fahrzeugbordnetz verbunden ist. In diesem Hochvolt-Bordnetzzweig kann sich ein Akkumulator oder ein elektrischer Antrieb des Fahrzeugs befinden. Die erste Seite des Gleichspannungswandlers ist über die Konfigurationsschaltung mit den Energiespeichern verbunden. Der als Gleichspannungswandler ausgebildete spannungsvariable Verbraucher kann bidirektional ausgestaltet sein. Insbesondere ist der spannungsvariable Verbraucher als ein Inverswandler ausgebildet, oder als eine Kombination eines Abwärtswandlers und eines Aufwärtswandlers mit gemeinsamer Arbeitsinduktivität. Mit anderen Worten kann der spannungsvariable Verbraucher als Buck-Boost-Wandler aufgebaut sein.The voltage-variable consumer can be a DC-DC converter, in particular a high-voltage converter. This DC / DC converter has a first side which is connected to the configuration circuit. The DC / DC converter has a second side which is connected to a high-voltage on-board network branch of the high-voltage vehicle on-board network. An accumulator or an electric drive of the vehicle can be located in this high-voltage on-board network branch. The first side of the DC / DC converter is connected to the energy storage device via the configuration circuit. The voltage-variable consumer designed as a DC voltage converter can be designed to be bidirectional. In particular, the voltage-variable consumer is designed as an inverse converter, or as a combination of a step-down converter and a step-up converter with a common working inductance. In other words, the voltage-variable consumer can be constructed as a buck-boost converter.
Der mindestens eine mehrteilige Verbraucher kann als mehrteiliger, galvanisch isolierender Gleichspannungswandler ausgebildet sein, der insbesondere dazu ausgelegt ist, eine Hochvoltspannung an den Energiespeicher, beispielsweise Spannungen von 400, 600 oder 800 Volt, in eine Niedervoltspannung zu wandeln, beispielsweise in eine Spannung von 48 Volt oder von im Wesentlichen 12 Volt. Das Fahrzeugbordnetz kann einen Niedervolt-Bordnetzzweig aufweisen, der über den mehrteiligen Verbraucher mit den Energiespeichern verbunden ist, wobei der mehrteilige Verbraucher als Gleichspannungswandler, insbesondere Abwärtswandler, ausgebildet ist.The at least one multi-part consumer can be designed as a multi-part, galvanically isolating DC voltage converter, which is designed in particular to convert a high-voltage voltage to the energy store, for example voltages of 400, 600 or 800 volts, into a low-voltage voltage, for example into a voltage of 48 volts or from essentially 12 volts. The vehicle electrical system can have a low-voltage electrical system branch that is connected to the energy store via the multi-part consumer, the multi-part consumer being designed as a DC voltage converter, in particular a step-down converter.
Vorzugsweise ist der als Spannungswandler ausgebildete mehrteilige Verbraucher dazu eingerichtet, die Energiespeicher gemäß einem vorgegebenen Stromwert zu entladen oder auf eine vorbestimmte Spannung aufzuladen. Dies gilt insbesondere für Energiespeicher, die als Kondensator ausgebildet sind.The multi-part consumer designed as a voltage converter is preferably set up to discharge the energy storage device according to a predetermined current value or to charge it to a predetermined voltage. This applies in particular to energy stores that are designed as capacitors.
Der Konfigurationsschaltung kann ein Leistungsfaktorkorrekturfilter vorgeschaltet sein, beispielsweise ein Vienna-Filter. Diesem wiederum kann eine Wechselspannungs-Ladeschnittstelle vorgeschaltet sein, beispielsweise direkt oder über eine Trennschaltervorrichtung. Diese kann zudem ggf. Filterelemente aufweisen. Es kann eine Steuerung vorgesehen sein, die erfasst, ob die Wechselspanungsschnittstelle einphasig oder mehrphasig belegt ist und kann eingerichtet sein, bei einphasiger Belegung die Konfigurationsschaltung zur parallelen Konfiguration anzusteuern, während bei mehrphasiger Belegung die Konfigurationsschaltung in eine Parallelkonfiguration gebracht wird oder gemäß einer Parallelkonfiguration angesteuert wird. Dies gilt insbesondere für Ausführungsformen, bei denen die Energiespeicher als Zwischenkreiskondensatoren ausgebildet sind. Wenn über die Wechselspannungsschnittstelle Strom in das Fahrzeugbordnetz eingebracht wird, dann kann zum einen ein Akkumulator geladen werden, der sich beispielsweise an die Konfigurationsschaltung anschließt, wobei gleichzeitig der mehrteilige Verbraucher betrieben werden kann, beispielsweise ein mehrteiliges Heizelement.A power factor correction filter, for example a Vienna filter, can be connected upstream of the configuration circuit. This in turn can be preceded by an AC voltage charging interface, for example directly or via a circuit breaker device. This can also have filter elements if necessary. A controller can be provided which detects whether the AC voltage interface is single-phase or multi-phase and can be set up to control the configuration circuit for parallel configuration in the case of single-phase assignment, while in the case of multi-phase assignment the configuration circuit is brought into a parallel configuration or is controlled according to a parallel configuration . This applies in particular to embodiments in which the energy stores are designed as intermediate circuit capacitors. If current is introduced into the vehicle electrical system via the AC voltage interface, then, on the one hand, an accumulator can be charged which, for example, connects to the configuration circuit, whereby the multi-part consumer can be operated at the same time, for example a multi-part heating element.
Die
In der
Der Leistungsfaktorkorrekturfilter
Die als Zwischenkreiskondensatoren ausgeführten Energiespeicher
An die Konfigurationsschaltung
Neben der mehrteiligen elektrischen Heizschaltung
Neben den mehrteiligen Verbrauchern ist ein spannungsvariabler Verbraucher
Es kann vorgesehen sein, dass die als Kondensatoren ausgeführten Energiespeicher
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2020
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