DE102021201403A1 - On-board charging DC voltage converter with working diode and additional diode on the output side - Google Patents

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Abstract

Ein fahrzeugseitiger Lade-Gleichspannungswandler, der galvanisch verbindend sowie als Aufwärtswandler ausgestaltet ist, ist mit einem ersten, ladestationsseitigen Anschluss (A1) und einem zweiten, batterieseitigen Anschluss (A2) ausgestattet. Einem ersten Potential (HV+) des zweiten Anschlusses ist eine Arbeitsdiode (AD) des Gleichspannungswandlers vorgeschaltet. Einem zweiten Potential (HV-) des zweiten Anschlusses ist eine weitere Diode (D) vorgeschaltet. Die Durchlassrichtungen der Dioden (AD, D) sind eingerichtet, einen Ladestrom bei einer Leistungsübertragung vom ersten Anschluss (A1) zum zweiten Anschluss (A2) zu leiten.A charging DC voltage converter on the vehicle side, which is galvanically connected and designed as a step-up converter, is equipped with a first connection (A1) on the charging station side and a second connection (A2) on the battery side. A working diode (AD) of the DC voltage converter is connected upstream of a first potential (HV+) of the second connection. A further diode (D) is connected upstream of a second potential (HV-) of the second connection. The conducting directions of the diodes (AD, D) are set up to conduct a charging current during power transmission from the first connection (A1) to the second connection (A2).

Description

Bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb speist ein Akkumulator eine elektrische Maschine. Dieser Akkumulator wird über einen Ladeanschluss des Fahrzeugs von einer externen Quelle aufgeladen. Um hohe Leistungsbereiche zu ermöglichen, werden Akkumulatoren mit hohen Spannungen wie beispielsweise 800 Volt oder zumindest von mehr als 600 Volt verwendet. Es bestehen ferner Ladestandards, die einen bestimmten Spannungsbereich zum Gleichspannungsladen vorsehen, beispielsweise ein Spannungsbereich von 400-500 Volt (CHAdeMO).In vehicles with an electric drive, an accumulator feeds an electric machine. This accumulator is charged from an external source via a charging connection of the vehicle. In order to enable high power ranges, accumulators with high voltages such as 800 volts or at least more than 600 volts are used. There are also charging standards that provide a specific voltage range for DC charging, for example a voltage range of 400-500 volts (CHAdeMO).

Um kostengünstig Akkumulatoren mit der vorgenannten hohen Nennspannung von mehr als 600 Volt mit Ladestationen aufzuladen, die eine geringere Gleichspannung von 400-500 Volt vorsehen, sind Wandler notwendig. Um diese kostengünstig auszugestalten, werden diese vorzugsweise galvanisch verbindend ausgestaltet, das heißt ohne galvanisch isolierenden Transformator. Eine besondere Rolle spielt dann zur Realisierung von Sicherheitsmaßnahmen die Erdung, die bei einer akkumulatorseitigen Isolationsstörung verhindert, dass am Fahrzeugchassis gegenüber Erde gefährliche Berührspannungen auftreten. Diese Erdung kann jedoch fehlerhaft sein oder kann mit einer Stromtragfähigkeit ausgelegt sein, die einem Kurzschlussstrom eines Hochvoltakkumulators nicht standhält.In order to charge rechargeable batteries with the above-mentioned high nominal voltage of more than 600 volts inexpensively using charging stations that provide a lower direct voltage of 400-500 volts, converters are necessary. In order to design them cost-effectively, they are preferably designed to be galvanically connecting, that is to say without a galvanically isolating transformer. Grounding then plays a special role in the implementation of safety measures, which prevents dangerous contact voltages from occurring on the vehicle chassis relative to ground in the event of an insulation fault on the battery side. However, this grounding can be faulty or can be designed with a current-carrying capacity that does not withstand a short-circuit current of a high-voltage battery.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten aufzuzeigen, mit denen ein Gleichstromladen mit 400-500 Volt Ladespannung ermöglicht wird, um Akkumulatoren mit höherer Nennspannung aufzuladen, ohne dass beim Auftreten von Fehlern besondere Gefährdungen von dem Fahrzeug oder der Ladestation ausgehen können.It is an object of the invention to show possibilities with which direct current charging with a charging voltage of 400-500 volts is made possible in order to charge accumulators with a higher rated voltage without the vehicle or the charging station being able to pose any particular hazards if errors occur.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Ausführungsform des hier beschriebenen fahrzeugseitigen Lade-Gleichspannungswandlers, der galvanisch verbindend ist. This object is achieved by the embodiment of the on-board charging DC voltage converter described here, which is galvanically connected.

Zur Anpassung der verschiedenen Spannungsniveaus (Ladestation / Akkumulator) ist dieser als Aufwärtswandler ausgestaltet, der galvanisch verbindend ist. Somit weist der Gleichspannungswandler (in einer Potentialschiene) eine Arbeitsdiode auf, mittels der die Stromrichtung definiert wird, in der Energie vom ladestationsseitigen Anschluss zum batterieseitigen Anschluss gepumpt wird. Beispielsweise eine getaktet geschaltete Arbeitsinduktivität kann verwendet werden, um ladestationsseitig Energie aufzunehmen (durch Magnetisierung der Arbeitsinduktivität), um diese Energie dann gerichtet über die Diode abzugeben. Es wird vorgeschlagen, eine weitere Diode (in der anderen Potentialschiene, an dem batterieseitigen Anschluss) zu verwenden. Die weitere Diode sowie die ohnehin vorhandene Arbeitsdiode sind Potentialen unterschiedlicher Polarität zugeordnet, sodass der positive und der negative Verbindungsweg zwischen ladestationsseitigem Anschluss und batterieseitigem Anschluss jeweils eine Diode aufweisen. Die weitere Diode befindet sich zwischen den Komponenten, die den Aufwärtswandler darstellen (Arbeitsdiode, ggf. auch Arbeitsinduktivität, Arbeitsschalter und Zwischenkreiskondensator), und dem batterieseitigen Anschluss, wodurch Ströme, die aufgrund von Fehlern bestehen und in den batterieseitigen Anschluss eingetragen werden, zumindest begrenzt werden können. in den batterieseitigen Anschluss eingetragen werden, zumindest begrenzt werden können. Derartige Ströme sind etwa Kurzschlussströme oder isolationsfehlerinduzierte Ströme, die zwischen einem Potential des Wandlers von und der Fahrzeugmasse fließen.To adjust the different voltage levels (charging station / accumulator), this is designed as a step-up converter that is galvanically connected. Thus, the DC-DC converter (in a potential rail) has a working diode, by means of which the current direction is defined, in which energy is pumped from the connection on the charging station side to the connection on the battery side. For example, a clocked switched working inductance can be used to absorb energy at the charging station (by magnetizing the working inductance) in order to then release this energy in a directed manner via the diode. It is suggested to use another diode (in the other potential rail, at the battery-side connection). The additional diode and the working diode, which is present anyway, are assigned to potentials of different polarity, so that the positive and the negative connection path between the charging station-side connection and the battery-side connection each have a diode. The other diode is located between the components that represent the step-up converter (working diode, possibly also working inductance, working switch and intermediate circuit capacitor) and the battery-side connection, which means that currents that exist due to errors and are entered into the battery-side connection are at least limited be able. entered into the battery-side connection can at least be limited. Currents of this type are, for example, short-circuit currents or currents induced by insulation faults, which flow between a potential of the converter and the vehicle ground.

Um zu vermeiden, dass batterieseitige Fehler zu einem gefährdenden Stromfluss führen, ist die weitere Diode dem entsprechenden Kontakt bzw. Potential des batterieseitigen Anschlusses (direkt) vorgeschaltet. Dadurch wird ein Fehler eines Potentials des batterieseitigen Anschlusses gegenüber Masse von einer der beiden genannten Dioden unterbunden, und ein Stromfluss zwischen dem anderen Potential des batterieseitigen Anschlusses wird über die andere Diode unterbunden. Dadurch wird insbesondere auch der Schutzleiter geschont, sodass dieser durch Verbindung der Fahrzeugmasse mit einer Erdung ein gefährdendes Berührungspotential am Fahrzeugchassis sicher unterbinden kann und der Stromfluss durch den Schutzleiter begrenzt ist, um diesen selbst sowie seine Sicherungsfunktion zu schützen. Ferner erlaubt der Wandler und insbesondere die genannten Dioden, dass kein Potential des ladestationsseitigen Anschlusses direkt mit einem Potential des batterieseitigen Anschlusses verbunden ist. Vielmehr sind liegt zumindest eine der Dioden zwischen diesen Potentialen, um einen fehlerinduzierten Strom zwischen den beiden Anschlüssen zu begrenzen (oder zu sperren).In order to prevent errors on the battery side leading to a dangerous current flow, the additional diode is (directly) connected upstream of the corresponding contact or potential of the battery-side connection. As a result, an error in a potential of the battery-side terminal with respect to ground of one of the two diodes mentioned is prevented, and a current flow between the other potential of the battery-side terminal is prevented via the other diode. This protects the protective conductor in particular, so that by connecting the vehicle ground to earth it can safely prevent a dangerous contact potential on the vehicle chassis and the flow of current through the protective conductor is limited in order to protect it and its safety function. Furthermore, the converter and in particular the diodes mentioned allow that no potential of the connection on the charging station side is connected directly to a potential of the connection on the battery side. Rather, at least one of the diodes is between these potentials to limit (or block) any fault induced current between the two terminals.

Es wird somit ein fahrzeugseitiger Lade-Gleichspannungswandler vorgeschlagen, der galvanisch verbindend ist (d.h. der nicht galvanisch isolierend ist). Der Wandler ist als Aufwärtswandler ausgestaltet und weist einen ersten, ladestationsseitigen Anschluss sowie einen zweiten, batterieseitigen Anschluss auf. Der erste Anschluss ist vorzugsweise als von außen zugreifbarer Ladeanschluss ausgebildet, etwa in Form einer Ladebuchse in einer Lademulde des Fahrzeugs. Der zweite, batterieseitige Anschluss ist dafür vorgesehen, mit einer Hochvoltbatterie verbunden zu werden, die fahrzeugseitig vorliegt. Die Nennspannung dieser Batterie beträgt insbesondere mehr als 600 Volt, beispielsweise etwa 800 Volt oder mehr. Der batterieseitige Anschluss kann auch als akkumulatorseitiger Anschluss bezeichnet werden. In einem Fahrzeugbordnetz, das den genannten Gleichspannungswandler aufweist, ist an den zweiten Anschluss der Traktionsakkumulator des Fahrzeugbordnetzes angeschlossen.An on-board charging DC-DC converter is thus proposed which is galvanically connecting (ie which is not galvanically isolating). The converter is designed as a step-up converter and has a first connection on the charging station side and a second connection on the battery side. The first connection is preferably designed as a charging connection that can be accessed from the outside, for example in the form of a charging socket in a charging recess of the vehicle. The second, battery-side connection is intended to be connected to a high-voltage battery that is present in the vehicle. The nominal voltage of this battery is in particular more than 600 volts, for example about 800 volts or more. The battery-side connection can also be referred to as the accumulator-side connection. In a vehicle electrical system that has the named DC-DC converter, the traction accumulator of the vehicle electrical system is connected to the second connection.

Der erste Anschluss ist ein Gleichspannungsanschluss und weist somit zwei Potentiale auf. Der erste Anschluss ist ein ladestationsseitiger Anschluss und kann in Bezug auf die Funktion des Ladens als Eingang bezeichnet werden. Der zweite, batterieseitige Anschluss, kann diesbezüglich aus Ausgang bezeichnet werden. Diese Bezeichnung betrifft die Funktion des Ladens; bei einem Rückspeisen sind die funktionalen Zuordnungen der Anschlüsse vertauscht (und die Leistungsübertragungsrichtung ist umgedreht).The first connection is a DC voltage connection and thus has two potentials. The first port is a charging station-side port and can be referred to as an input in relation to the function of charging. In this regard, the second, battery-side connection can be referred to as output. This designation concerns the function of the store; in the case of feedback, the functional assignments of the connections are reversed (and the direction of power transmission is reversed).

Einem ersten Potential des zweiten Anschlusses ist eine Arbeitsdiode des Gleichspannungswandlers vorgeschaltet. Dies entspricht beispielsweise einer Arbeitsdiode, die in einer ersten Potentialschiene zwischen ersten und zweiten Anschluss in Reihe geschaltet ist. Dem zweiten Potential des zweiten Anschlusses ist eine weitere Diode vorgeschaltet, vorzugsweise unmittelbar. Der von dem Gleichspannungswandler gebildete Aufwärtswandler weist somit einen Ausgang auf, der in einer zweiten Potentialschiene über die weitere Diode mit dem zweiten Potential des zweiten Anschlusses verbunden ist. Insbesondere ist die Arbeitsdiode (und auch die weitere Diode), von einem Arbeitsschalter des Gleichspannungswandlers gesehen, batterieseitig angeschlossen. Die Durchlassrichtungen der Dioden sind derart, dass diese einen Ladestrom tragen, wenn vom ersten Anschluss zum zweiten Anschluss eine elektrische Leistung übertragen wird (Lademodus). Ist das erste Potential des zweiten Anschlusses das positive Potential, dann weist die Durchlassrichtung der Arbeitsdiode zu dem ersten Potential des zweiten Anschlusses hin. Ist das zweite Potential des zweiten Anschlusses ein negatives Potential, so weist die Durchlassrichtung der weiteren Diode von dem zweiten Potential des zweiten Anschlusses weg. Dies entspricht dem Rückstrompfad des Ladestroms.A working diode of the DC voltage converter is connected upstream of a first potential of the second connection. This corresponds, for example, to a working diode that is connected in series in a first potential rail between the first and second terminals. A further diode is connected upstream of the second potential of the second connection, preferably directly. The step-up converter formed by the DC voltage converter thus has an output which is connected in a second potential rail to the second potential of the second connection via the further diode. In particular, the working diode (and also the other diode) is connected on the battery side, viewed from a working switch of the DC-DC converter. The conducting directions of the diodes are such that they carry a charging current when electrical power is transmitted from the first connection to the second connection (charging mode). If the first potential of the second connection is the positive potential, then the forward direction of the working diode points to the first potential of the second connection. If the second potential of the second connection is a negative potential, then the forward direction of the further diode points away from the second potential of the second connection. This corresponds to the return current path of the charging current.

Die Dioden sperren durch ihre Ausrichtung und Position innerhalb der Schaltung Ströme, die etwa von dem batterieseitigen Anschluss her in fehlerhafter Weise in den Gleichspannungswandler eingebracht werden. Insbesondere wird durch den beschriebenen Gleichspannungswandler der batterieseitige Anschluss gegenüber dem ladestationsseitigen Anschluss auf beiden Potentialen gesperrt durch die beschriebenen Dioden. Ferner werden Kurzschlussströme, die zum ladestationsseitigen Anschluss gerichtet sind, gesperrt. Durch die weitere Diode wird der Kurzschlussstrom, der bei einem Fehler von den batterieseitigen Anschlüssen in den Wandler eingebracht wird, gesperrt, insbesondere wenn sich dieser Strom fehlerhafterweise auf Masse bezieht. Bei einem Isolationsfehler auf der Seite des batterieseitigen Anschlusses limitieren die Dioden einen Kurzschlussstrom, der über den PE-Leiter (Schutzleiter, Erdungsleiter) fließen könnte, auf die Höhe des Laststroms (da insbesondere die weitere Diode mit einer entsprechenden maximalen Strombelastung ausgelegt sein kann). Es ergibt sich somit keine direkte Verbindung zwischen dem ladestationsseitigen Anschluss und dem batterieseitigen Anschluss des Wandlers. Da der Strom entsprechend begrenzt ist, kann ein entsprechend ausgelegter Arbeitsschalter ohne die Gefahr auf Verschweißung oder Lichtbogen abtrennen. Insbesondere kann dies dann sehr schnell geschehen, da (aufgrund der Strombegrenzung durch die Diode) beispielsweise Halbleiterschalter oder elektronische Sicherungen an dieser Stelle vorgesehen sein können, die den entsprechend begrenzten Stromfluss unterbrechen können.Due to their alignment and position within the circuit, the diodes block currents that are incorrectly introduced into the DC-DC converter, for example from the battery-side connection. In particular, the DC-DC converter described blocks the battery-side connection from the charging station-side connection at both potentials by the diodes described. Furthermore, short-circuit currents that are directed to the connection on the charging station side are blocked. The additional diode blocks the short-circuit current that is introduced into the converter from the battery-side connections in the event of a fault, in particular if this current incorrectly refers to ground. In the event of an insulation fault on the battery-side connection, the diodes limit a short-circuit current that could flow via the PE conductor (protective conductor, grounding conductor) to the level of the load current (since the additional diode in particular can be designed with a corresponding maximum current load). There is therefore no direct connection between the connection on the charging station side and the connection on the battery side of the converter. Since the current is appropriately limited, an appropriately rated work switch can disconnect without risk of welding or arcing. In particular, this can then happen very quickly since (due to the current limitation by the diode) semiconductor switches or electronic fuses, for example, can be provided at this point, which can interrupt the correspondingly limited current flow.

Bevorzugt ist die weitere Diode zwischen dem batterieseitigen Anschluss und einem Zwischenkreiskondensator vorgesehen, der der Arbeitsdiode des Gleichspannungswandlers nachgeschaltet ist. Dadurch besteht auch ein Schutz vor den hohen Spitzenleistungen, die im Fehlerfall von dem Zwischenkreiskondensator abgegeben werden können.The additional diode is preferably provided between the battery-side connection and an intermediate circuit capacitor, which is connected downstream of the working diode of the DC-DC converter. This also provides protection against the high peak powers that can be emitted by the intermediate circuit capacitor in the event of a fault.

Eine erste Potentialschiene des Gleichspannungswandlers verbindet das erste Potential des ersten Anschlusses mit dem ersten Potential des zweiten Anschlusses. Eine zweite Potentialschiene des Spannungswandlers verbindet das zweite Potential des ersten Anschlusses mit dem zweiten Potential des zweiten Anschlusses. In der ersten Potentialschiene ist die Arbeitsdiode (des Aufwärtswandlers) vorgesehen; in der zweiten Potentialschiene ist (auf der Seite des zweiten Anschlusses) die weitere Diode vorgesehen. Eine Arbeitsinduktivität des Aufwärtswandlers ist über einen Verbindungspunkt mit der Arbeitsdiode verbunden. Somit ist die Arbeitsinduktivität in Reihe mit der Arbeitsdiode verbunden. Die Arbeitsinduktivität liegt auf der Seite des ersten Anschlusses vor, während die Arbeitsdiode zum zweiten Anschluss hinweist.A first potential rail of the DC-DC converter connects the first potential of the first connection to the first potential of the second connection. A second potential rail of the voltage converter connects the second potential of the first connection to the second potential of the second connection. The working diode (of the step-up converter) is provided in the first potential rail; the further diode is provided in the second potential rail (on the side of the second connection). A working inductance of the boost converter is connected to the working diode via a connection point. Thus, the working inductance is connected in series with the working diode. The working inductance is on the first terminal side, while the working diode is on the second terminal side.

Zwischen der Arbeitsdiode und der Arbeitsinduktivität (Arbeitsdrossel) ist vorzugsweise ein Arbeitsschalter (des Aufwärtswandlers) angeschlossen, der zum gegenüberliegenden Potential bzw. zur gegenüberliegenden Potentialschiene führt. Dieser Arbeitsschalter ist vorzugsweise ein Halbleiterschalter. Der Arbeitsschalter wird getaktet betrieben, um so die Arbeitsinduktivität zu magnetisieren, und im darauffolgenden Takt zu ermöglichen, dass die Arbeitsinduktivität die darin gespeicherte Energie über die Arbeitsdiode an den zweiten Anschluss abgibt. Somit ist der Verbindungspunkt zwischen Arbeitsinduktivität und Arbeitsdiode über den Arbeitsschalter mit der zweiten Potentialschiene verbunden. Die weitere Diode befindet sich in der zweiten Potentialschiene zwischen dem Arbeitsschalter und dem zweiten Potential des zweiten Anschlusses. Der vorangehend erwähnte Zwischenkreiskondensator verbindet das der Arbeitsinduktivität abgewandte Ende der Arbeitsdiode mit demjenigen Ende der weiteren Diode, welches dem zweiten Anschluss abgewandt ist. Dadurch befindet sich die weitere Diode zwischen dem Zwischenkreiskondensator des Aufwärtswandlers und dem zweiten Anschluss, d.h. dem zweiten Potential des zweiten Anschlusses.A working switch (of the step-up converter) is preferably connected between the working diode and the working inductance (working choke), which leads to the opposite potential or to the opposite potential rail. This work switch is preferably a semiconductor switch. The work switch is operated in a clocked manner, so as to magnetize the work inductance, and in the subsequent cycle to allow the Working inductance releases the energy stored therein via the working diode to the second connection. The connection point between the working inductance and the working diode is therefore connected to the second potential rail via the working switch. The other diode is located in the second potential rail between the work switch and the second potential of the second connection. The intermediate circuit capacitor mentioned above connects the end of the working diode facing away from the working inductance to that end of the further diode which faces away from the second connection. As a result, the further diode is located between the intermediate circuit capacitor of the step-up converter and the second connection, ie the second potential of the second connection.

Vorzugsweise ist dem zweiten Potential des ersten Anschlusses eine erste Sicherung nachgeschaltet. Diese befindet sich vorzugsweise zwischen dem ersten Anschluss und dem Arbeitsschalter. Die erste Sicherung ist somit in der zweiten Potentialschiene vorgesehen und befindet sich auf der Seite des ersten Anschlusses. Die erste Sicherung begrenzt bzw. unterbindet einen Kurzschlussstrom, der aufgrund eines Fehlers in den ersten Anschluss eingetragen wird. Die hier erwähnten Kurzschlussströme können insbesondere dann entstehen, wenn der Arbeitsschalter oder eine andere Komponente des Aufwärtswandlers fehlerhafterweise eine dauerhafte, niederohmige Verbindung vorsieht. Dies ist etwa der Fall, wenn der Arbeitsschalter ein AUS-Ansteuersignal erhält, jedoch im AN-Zustand ist. Es können Kurzschlussströme in den ersten (oder zweiten) Anschluss eingetragen werden, die zwischen den Potentialen des Anschlusses bzw. des Wandlers fließen. Es können auch Kurzschlussströme zwischen einem Potential eines der Anschlüsse und einem Massepotential fließen, wodurch der Erdungsleiter (PE-Leiter) belastet oder überlastet werden kann. Auch diese können durch den vorangehend genannten Fehler entstehen, insbesondere in Kombination mit einem Isolationsfehler zwischen Masse einerseits und einem der Potentiale der beiden Anschlüsse andererseits. Die hier beschriebene Sicherung oder Sicherungen begrenzen bzw. unterbrechen den Kurzschlussstrom. Gleiches gilt für die beschriebenen Dioden. Die erste Sicherung kann als Schmelzsicherung vorliegen (vorzugsweise mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit bzw. geringem Grenzlastintervall, etwa weniger als 30.000 A2s).A first fuse is preferably connected downstream of the second potential of the first connection. This is preferably located between the first connection and the operating switch. The first fuse is thus provided in the second potential rail and is located on the side of the first connection. The first fuse limits or prevents a short-circuit current that is entered into the first connection due to a fault. The short-circuit currents mentioned here can arise in particular if the operating switch or another component of the boost converter incorrectly provides a permanent, low-impedance connection. This is the case, for example, when the operating switch receives an OFF drive signal but is in the ON state. Short-circuit currents can be entered into the first (or second) connection, which flow between the potentials of the connection or the converter. Short-circuit currents can also flow between a potential of one of the terminals and a ground potential, as a result of which the grounding conductor (PE conductor) can be stressed or overloaded. These can also be caused by the error mentioned above, especially in combination with an insulation error between ground on the one hand and one of the potentials of the two connections on the other hand. The fuse or fuses described here limit or interrupt the short-circuit current. The same applies to the diodes described. The first fuse can be in the form of a fuse (preferably with a high response speed or a low limit load interval, for example less than 30,000 A 2 s).

Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass eine zweite Sicherung vorgesehen ist. Diese befindet sich in der anderen Potentialschiene, das heißt in der ersten Potentialschiene. Die zweite Sicherung ist zwischen der Arbeitsinduktivität und dem ersten Potential des ersten Anschlusses vorgesehen. Hierbei ist die zweite Sicherung vorzugsweise direkt der Arbeitsinduktivität vorgeschaltet. Mit anderen Worten ist die zweite Sicherung dem ersten Potential des ersten Anschlusses nachgeschaltet und ist insbesondere der Arbeitsdiode beziehungsweise dem Arbeitsschalter vorgeschaltet (vom ersten Anschluss aus betrachtet). Auch diese SicherungFurther embodiments provide that a second fuse is provided. This is in the other potential rail, ie in the first potential rail. The second fuse is provided between the working inductance and the first potential of the first connection. In this case, the second fuse is preferably connected directly upstream of the working inductance. In other words, the second fuse is connected downstream of the first potential of the first connection and is in particular connected upstream of the working diode or the working switch (viewed from the first connection). Also this fuse

Die Position der zweiten Sicherung gegenüber der Arbeitsinduktivität kann auch vertauscht vorliegen, sodass die Arbeitsinduktivität über die zweite Sicherung mit der Arbeitsdiode beziehungsweise dem Arbeitsschalter verbunden ist (das heißt mit dem Verbindungspunkt, der oben beschrieben wurde). Die zweite Sicherung befindet sich somit zwischen der Arbeitsdiode und dem ersten Potential des ersten Anschlusses. Die zweite Sicherung ist vorzugsweise als elektronische Sicherung ausgebildet. Die zweite Sicherung umfasst somit ein Halbleiter-Schaltelement, welches den Stromfluss durch die Sicherung unterbrechen kann, wenn die Nennspannung der Sicherung überschritten wird.The position of the second fuse with respect to the working inductance can also be reversed, so that the working inductance is connected via the second fuse to the working diode or the working switch (ie to the connection point described above). The second fuse is therefore located between the working diode and the first potential of the first connection. The second fuse is preferably designed as an electronic fuse. The second fuse thus includes a semiconductor switching element which can interrupt the flow of current through the fuse when the nominal voltage of the fuse is exceeded.

Der Gleichspannungswandler kann zudem einen Überbrückungsschalter aufweisen. Dieser verbindet einen Punkt, der das erste Potential des ersten Anschlusses führt, mit dem ersten Potential des zweiten Anschlusses in schaltbarere Weise. Dadurch kann der gebildete Aufwärtswandler überbrückt werden. Ist der Überbrückungsschalter geschlossen, dann ist der Aufwärtswandler inaktiv (und der Arbeitsschalter offen).The DC-DC converter can also have a bypass switch. This connects a point carrying the first potential of the first connection to the first potential of the second connection in a switchable manner. As a result, the step-up converter formed can be bypassed. When the bypass switch is closed, the boost converter is inactive (and the make switch is open).

Der Überbrückungsschalter kann das erste Potential des ersten Anschlusses direkt mit dem ersten Potential des zweiten Anschlusses schaltbar verbinden, oder kann einen Punkt, der etwa über einen Trennschalter mit dem ersten Potential des ersten Anschlusses verbunden ist, mit dem ersten Potential des zweiten Anschlusses verbinden. Der Überbrückungsschalter ermöglicht eine Leistungsübertragung am Aufwärtswandler vorbei, wenn die Spannung am ersten Anschluss angepasst ist an die Spannung am zweiten Anschluss. Der hier beschriebene Überbrückungsschalter überbrückt somit die Arbeitsdiode und ferner auch die Arbeitsinduktivität und gegebenenfalls auch die zweite Sicherung. Der Überbrückungsschalter überbrückt somit Elemente, die in der ersten Potentialschiene vorgesehen sind.The bypass switch can switchably connect the first potential of the first connection directly to the first potential of the second connection, or can connect a point that is connected to the first potential of the first connection, for example via a circuit breaker, to the first potential of the second connection. The bypass switch allows power transfer past the boost converter when the voltage at the first port matches the voltage at the second port. The bridging switch described here thus bridges the working diode and also the working inductance and possibly also the second fuse. The bypass switch thus bypasses elements that are provided in the first potential rail.

Es kann ein weiterer Überbrückungsschalter vorgesehen sein. Dieser kann insbesondere die weitere Diode überbrücken, um bei Übertragung von höheren Leistungen die Verlustleistung der Diode zu verringern. Der weitere Überbrückungsschalter kann direkt an den beiden Enden der weiteren Diode angeschlossen sein. Ferner kann der weitere Überbrückungsschalter auch das zweite Potential des ersten Anschlusses mit dem zweiten Potential des zweiten Anschlusses schaltend verbinden. Es kann vorgesehen sein, dass die erste Sicherung in Reihe mit dem weiteren Überbrückungsschalter angeschlossen ist, wobei die sich ergebende Reihenschaltung das zweite Potential des ersten Anschlusses mit dem zweiten Potential des zweiten Anschlusses verbindet. Ist dem zweiten Potential des ersten Anschlusses ein (erster) Trennschalter nachgeschaltet, so kann vorgesehen sein, dass der weitere Überbrückungsschalter (vorzugsweise zusammen mit der ersten Sicherung) sowohl die Diode als auch den hierzu in Reihe geschalteten ersten Trennschalter schaltbar verbindet. Der weitere Überbrückungsschalter verbindet einen Punkt, der das zweite Potential des Anschlusses führt, mit dem zweiten Potential des zweiten Anschlusses. Dieser genannte Punkt kann dem zweiten Potential am Anschluss direkt entsprechend, oder kann einem Punkt entsprechen, der über einen (ersten) Trennschalter mit dem zweiten Potential des ersten Anschlusses verbunden ist.Another bypass switch may be provided. In particular, this can bridge the additional diode in order to reduce the power loss of the diode when higher power levels are being transmitted. The further bridging switch can be connected directly to the two ends of the further diode. Furthermore, the further bridging switch can also connect the second potential of the first connection to the second potential of the second connection in a switching manner. Provision can be made for the first fuse to be in series with the further bypass switch is connected, the resulting series connection connecting the second potential of the first connection to the second potential of the second connection. If a (first) isolating switch is connected downstream of the second potential of the first connection, it can be provided that the further bypass switch (preferably together with the first fuse) switchably connects both the diode and the first isolating switch connected in series thereto. The further bridging switch connects a point, which carries the second potential of the connection, to the second potential of the second connection. Said point can correspond directly to the second potential at the connection, or can correspond to a point which is connected to the second potential of the first connection via a (first) isolating switch.

Wie erwähnt kann ein Trennschalter vorgesehen sein, der auch als erster Trennschalter bezeichnet werden kann. Dieser ist vorzugsweise in der zweiten Potentialschiene vorgesehen. Der Trennschalter ist vorzugsweise dem ersten Anschluss nachgeschaltet. Das zweite Potential des ersten Anschlusses kann schaltbar über den Trennschalter mit der weiteren Diode verbunden sein, insbesondere mit einem Ende der Diode, das dem zweiten Anschluss abgewandt ist. Ferner kann über den Trennschalter das zweite Potential des ersten Anschlusses schaltbar mit einer ersten Sicherung verbunden sein, welche zum zweiten Potential des zweiten Anschlusses führt. In diesem Fall ist der Trennschalter der Sicherung vorgeschaltet und es besteht nur ein einziger Pfad, der von der weiteren Diode zum ersten Anschluss führt, wobei dieser Pfad wiederum sowohl über die erste Sicherung als auch über den ersten Trennschalter führt. Wie erwähnt kann der Trennschalter dem Potential des ersten Anschlusses auch nachgeschaltet sein und parallel hierzu kann ein weiterer Pfad über die erste Sicherung und insbesondere über einen (weiteren) Trennschalter zum zweiten Potential des zweiten Anschlusses führen.As mentioned, an isolating switch can be provided, which can also be referred to as the first isolating switch. This is preferably provided in the second potential rail. The isolating switch is preferably connected downstream of the first connection. The second potential of the first connection can be connected to the further diode in a switchable manner via the isolating switch, in particular to an end of the diode that faces away from the second connection. Furthermore, the second potential of the first connection can be switchably connected to a first fuse via the isolating switch, which fuse leads to the second potential of the second connection. In this case, the circuit breaker is connected upstream of the fuse and there is only a single path leading from the further diode to the first connection, this path again leading through both the first fuse and the first circuit breaker. As mentioned, the isolating switch can also be connected downstream of the potential of the first connection and parallel to this, another path can lead via the first fuse and in particular via a (further) isolating switch to the second potential of the second connection.

Das erste Potential des ersten Anschlusses kann eine positive Polarität aufweisen (Pluspotential). Dies gilt insbesondere auch für das erste Potential des zweiten Anschlusses. Das zweite Potential des ersten Anschlusses weist hierbei vorzugsweise eine negative Polarität auf (Minuspotential). Dies gilt dann auch für das zweite Potential des zweiten Anschlusses. Die erste Potentialschiene entspricht somit einer positiven Potentialschiene beziehungsweise weist eine positive Polarität auf, während die zweite Potentialschiene einem negativen Potential zugeordnet ist, beziehungsweise eine negative Polarität aufweist.The first potential of the first connection can have a positive polarity (plus potential). This also applies in particular to the first potential of the second connection. In this case, the second potential of the first connection preferably has a negative polarity (minus potential). This then also applies to the second potential of the second connection. The first potential rail thus corresponds to a positive potential rail or has a positive polarity, while the second potential rail is associated with a negative potential or has a negative polarity.

Die ersten und zweiten Anschlüsse sind jeweils Hochvoltanschlüsse und somit für Nennspannungen von mehr als 60 Volt, insbesondere von mindestens 400 Volt oder mindestens 600 bzw. 800 Volt (etwa der zweite Anschluss) ausgebildet. Die Potentiale beziehungsweise Anschlüsse des Gleichspannungswandlers sind von dem Fahrzeugchassis bzw. dem Fahrzeug-Massepotential (kurz: Masse) elektrisch isoliert, sofern kein Isolationsfehler vorliegt.The first and second connections are each high-voltage connections and are therefore designed for nominal voltages of more than 60 volts, in particular at least 400 volts or at least 600 or 800 volts (about the second connection). The potentials or connections of the DC-DC converter are electrically insulated from the vehicle chassis or the vehicle ground potential (abbreviated: ground), provided there is no insulation fault.

Der hier beschriebene Gleichspannungswandler ist unidirektional ausgebildet und weist eine Arbeitsdiode auf. Im Weiteren wird ein entsprechender Lade-Gleichspannungswandler vorgestellt, bidirektional ausgestaltet ist. Hierbei befindet sich anstelle der Arbeitsdiode ein Arbeitsschalter, etwa in Form eines getaktet arbeitenden Halbleiterschalters. Es ergibt sich zusammen mit dem Arbeitsschalter, der mit der zweiten Potentialschiene verbunden ist, eine Halbbrücke. Auch dieser Arbeitsschalter, der an die Stelle der Arbeitsdiode tritt, ermöglicht eine Unterbrechung zwischen der ersten Potentialschiene. Die Diode in der weiteren Potentialschiene (bei der unidirektionalen Ausbildung als weitere Diode bezeichnet) ist ansonsten ausgebildet, wie bei der unidirektionalen Ausgestaltung des Gleichspannungswandlers. Dies betrifft insbesondere die Durchlassrichtung der Diode (die insbesondere vom zweiten Potential des zweiten Anschlusses wegweisen kann).The DC-DC converter described here is unidirectional and has a working diode. A corresponding charging DC voltage converter is presented below, which is designed to be bidirectional. In this case, instead of the working diode, there is a working switch, for example in the form of a clocked semiconductor switch. Together with the work switch, which is connected to the second potential rail, a half-bridge results. This working switch, which takes the place of the working diode, also enables an interruption between the first potential busbar. The diode in the additional potential rail (referred to as an additional diode in the unidirectional design) is otherwise designed as in the unidirectional design of the DC voltage converter. This applies in particular to the conducting direction of the diode (which in particular can point away from the second potential of the second connection).

Bei einer bidirektionalen Ausgestaltung des Lade-Gleichspannungswandlers wäre die Diode in der zweiten Potentialschiene vorzugsweise durch eine Sicherung auszutauschen, um eine Rückspeisung zu ermöglichen. In diesem Fall wäre zwischen dem Arbeitsschalter, der zwischen der ersten und der zweiten Potentialschiene vorgesehen ist, beziehungsweise dem Zwischenkreiskondensator eine Sicherung vorzusehen, die zum zweiten Potential des zweiten Anschlusses führt. Mit anderen Worten wäre dann dem zweiten Potential des zweiten Anschlusses anstatt der (weiteren) Diode eine Sicherung vorzusehen.In the case of a bidirectional configuration of the charging DC voltage converter, the diode in the second potential rail would preferably be replaced by a fuse in order to enable feedback. In this case, a fuse leading to the second potential of the second connection would have to be provided between the working switch, which is provided between the first and the second potential busbar, or between the intermediate circuit capacitor. In other words, a fuse would then have to be provided for the second potential of the second connection instead of the (additional) diode.

Es sind Anwendungsfälle vorgesehen, bei denen die weitere Diode (im unidirektionalen Fall) beziehungsweise die dort vorgesehene Sicherung (im bidirektionalen Fall) mit einem Nennstrom ausgelegt wird, der der maximalen Rückspeiseleistung, gegebenenfalls inklusive einer Sicherheitsmarge, entspricht. Dies können beispielsweise 60, 65 oder ca. 70 Ampere sein. Die erste Sicherung wird, die dem zweiten Potential des ersten Anschlusses nachgeschaltet ist, wird vorzugsweise gemäß einem Nennstrom ausgelegt, der der maximalen Ladeleistung, gegebenenfalls inklusive einer Sicherheitsmarge, entspricht. Dies können beispielsweise 300 Ampere, 350 Ampere oder 400 Ampere sein. Die zweite Sicherung, die dem ersten Potential des ersten Anschlusses nachgeschaltet ist, ist vorzugsweise mit einer hohen Reaktionszeit ausgestaltet, beispielsweise mit einem Grenzlastintegral von nicht mehr als 20.000, 25.000 oder 30.000 A2s. Dies bezieht sich insbesondere auf einen Strom von 10 kA für 250 µs. Auch die weitere Diode (oder auch die Arbeitsdiode) sind mit diesem Grenzlastintegral ausgelegt. Sind Überbrückungsschalter vorgesehen, dann sind diese gemäß einer Schaltspannung oder Nennspannung ausgelegt, die der maximal zu erwartenden Spannung (oder Nennspannung) am ersten Anschluss entspricht, beispielsweise 400 oder 500 Volt, sofern diese einem Trennschalter nachgeschaltet sind, der zum ersten Anschluss führt. Diese Trennschalter sind vorzugsweise mit einer Schaltspannung oder Nennspannung ausgestaltet, die der Nennspannung am zweiten Ausgang entspricht, gegebenenfalls inklusive einer Sicherheitsmarge. Dies können beispielsweise circa 750, 800 oder 900 Volt sein. Die Sicherungen, insbesondere die erste Sicherung, haben vorzugsweise eine geringe Auslösezeit, insbesondere von nicht mehr als 100 µs oder 250 µs oder 400 µs oder von nicht mehr als 1 ms, 10 ms oder 50 ms. Bei einem (Kurzschluss-)Stromfluss, der aufgrund eines Fehlers entsteht, und der durch die Arbeitsinduktivität führt, wird der Stromanstieg ab dem Zeitpunkt des Entstehens des Stromflusses durch die Induktivität selbst begrenzt.Use cases are envisaged in which the additional diode (in the unidirectional case) or the fuse provided there (in the bidirectional case) is designed with a rated current that corresponds to the maximum feedback power, possibly including a safety margin. This can be 60, 65 or about 70 amps, for example. The first fuse, which is connected downstream of the second potential of the first connection, is preferably designed according to a rated current that corresponds to the maximum charging power, possibly including a safety margin. This can be 300 amps, 350 amps or 400 amps, for example. The second fuse, which corresponds to the first potential of the ers th connection downstream is preferably designed with a high response time, for example with a limit load integral of no more than 20,000, 25,000 or 30,000 A 2 s. This relates in particular to a current of 10 kA for 250 μs. The other diode (or also the working diode) are also designed with this limiting load integral. If bypass switches are provided, they are designed according to a switching voltage or voltage rating that corresponds to the maximum expected voltage (or voltage rating) at the first connection, for example 400 or 500 volts, provided they are connected downstream of a circuit breaker that leads to the first connection. These isolating switches are preferably designed with a switching voltage or rated voltage that corresponds to the rated voltage at the second output, optionally including a safety margin. This can be around 750, 800 or 900 volts, for example. The fuses, in particular the first fuse, preferably have a short tripping time, in particular not more than 100 μs or 250 μs or 400 μs or not more than 1 ms, 10 ms or 50 ms. In the event of a (short-circuit) current flow that occurs as a result of a fault and that leads through the working inductance, the current rise is limited by the inductance itself from the point at which the current flow occurs.

Die 1 bis 3 dienen zur näheren Erläuterung von Ausführungsformen des hier beschriebenen Wandlers.the 1 until 3 serve for a more detailed explanation of embodiments of the converter described here.

Die 1 zeigt einen fahrzeugseitigen Lade-Gleichspannungswandler mit einem ersten Anschluss A1 und einem zweiten Anschluss A2. Der erste Anschluss A1 verfügt über ein erstes Potential L+ und ein zweites Potential L-. Der zweite Anschluss verfügt über ein erstes Potential HV+ und ein zweites Potential HV-. Das zweite Potential L- des ersten Anschlusses A1 ist über einen ersten Trennschalter TR1 mit einer Sicherung S1 verbunden, sodass diese Komponenten in Reihenschaltung dem Potential L- nachgeschaltet sind. Der Gleichspannungswandler verfügt über eine Arbeitsdiode AD sowie über eine Arbeitsdrossel L beziehungsweise Arbeitsinduktivität L, wobei diese Komponenten über einen Verbindungspunkt VP miteinander verbunden sind. Vom Verbindungspunkt VP aus gesehen weist die Induktivität L zum ersten Anschluss A1 und die Arbeitsinduktivität AD weist zum zweiten Anschluss A2. Der Induktivität L sind, vom Verbindungspunkt VP aus gesehen, eine Sicherung S2 sowie ein Trennschalter TR2 vorgeschaltet.the 1 shows an on-board charging DC voltage converter with a first connection A1 and a second connection A2. The first connection A1 has a first potential L+ and a second potential L-. The second connection has a first potential HV+ and a second potential HV-. The second potential L- of the first connection A1 is connected to a fuse S1 via a first isolating switch TR1, so that these components are connected in series to the potential L-. The DC-DC converter has a working diode AD and a working inductor L or working inductance L, these components being connected to one another via a connection point VP. Seen from the connection point VP, the inductance L points to the first connection A1 and the working inductance AD points to the second connection A2. A fuse S2 and an isolating switch TR2 are connected upstream of the inductor L, viewed from the connection point VP.

Ein Trennschalter TR1, im Weiteren als erster Trennschalter bezeichnet, ist dem Potential L- nachgeschaltet, wobei die darauffolgende Sicherung S1 zu einem Arbeitsschalter AS führt, der den Verbindungspunkt VP mit der gegenüberliegenden Potentialschiene (L- bis HV-) verbindet. Dem Arbeitsschalter AS ist die weitere Diode D nachgeschaltet, die zum negativen Potential HV- des zweiten Anschlusses A2 führt. Dies entspricht dem zweiten Potential des zweiten Anschlusses A2. Die Arbeitsdiode AD führt zum ersten Potential AV+ des zweiten Anschlusses A2, wobei ein Zwischenkreiskondensator C (wie dargestellt) diese Diode bzw. das Potential HV+ mit einem Ende der weiteren Diode D verbindet, das zum ersten Anschluss A1 führt.A circuit breaker TR1, hereinafter referred to as the first circuit breaker, is connected downstream of the potential L-, with the subsequent fuse S1 leading to a working switch AS, which connects the connection point VP to the opposite potential rail (L- to HV-). The working switch AS is followed by the further diode D, which leads to the negative potential HV- of the second connection A2. This corresponds to the second potential of the second connection A2. The working diode AD leads to the first potential AV+ of the second connection A2, with an intermediate circuit capacitor C (as shown) connecting this diode or the potential HV+ to one end of the further diode D, which leads to the first connection A1.

Ein erster Überbrückungsschalter B verbindet das Potential HV+ direkt mit einer Verbindung, die den zweiten Trennschalter TR2 mit der zweiten Sicherung S2 verbindet. Auch auf der negativen Seite befindet sich ein Überbrückungsschalter, der als weiterer Überbrückungsschalter B' bezeichnet wird. Dieser ist der Sicherung S1 nachgeschaltet und führt zum Potential HV-, das heißt zu dem Ende der Diode D, das dem zweiten Anschluss A2 zugewandt ist.A first bypass switch B connects the potential HV+ directly to a connection connecting the second circuit breaker TR2 to the second fuse S2. Also on the negative side is a bypass switch referred to as another bypass switch B'. This is connected downstream of the fuse S1 and leads to the potential HV-, that is to say to the end of the diode D which faces the second connection A2.

Ausführungsformen sehen vor, dass die Sicherung S2 als elektronische Sicherung ausgebildet ist, das heißt ein Halbleiterschaltelement als Trennschaltelement vorsieht. Der Überbrückungsschalter B kann mit einer Nennspannung von 400 Volt beziehungsweise von weniger als 800 Volt ausgelegt sein, das heißt mit einer Spannung, die üblicherweise am Anschluss A1 zu erwarten ist. Die Sicherung S2 kann mit einem Nennstrom von circa 100 Ampere, beispielsweise von 100 bis 150 Ampere ausgelegt sein, insbesondere mit einem Nennstrom von 125 Ampere.Embodiments provide that the fuse S2 is in the form of an electronic fuse, that is to say it provides a semiconductor switching element as the isolating switching element. The bypass switch B can be designed with a nominal voltage of 400 volts or less than 800 volts, ie with a voltage that is usually to be expected at the connection A1. The fuse S2 can be designed with a rated current of approximately 100 amperes, for example from 100 to 150 amperes, in particular with a rated current of 125 amperes.

Die Sicherung S1 kann für einen höheren Strom ausgelegt sein, das heißt kann einen Nennstrom aufweisen, der größer ist als der der Sicherung S2. Der Nennstrom der Sicherung S1 kann circa 300 bis 400 Ampere betragen, beispielsweise 350 Ampere. Die beiden Trennschalter TR1, TR2 sind für Nennspannungen von mehr als 400 Volt ausgelegt, beispielsweise von circa 800 Volt oder 900 Volt. Der Überbrückungsschalter B- ist wie der Überbrückungsschalter B für eine Nennspannung von weniger als 800 Volt ausgelegt, beispielsweise für eine Spannung von 400 oder 500 Volt, das heißt mit einer Spannung, die üblicherweise an dem Anschluss A1 zu erwarten ist. Die Trennschalter TR1, TR2 sind ausgelegt für eine Schaltspannung, die der Nennspannung am zweiten Anschluss A2 entspricht, gegebenenfalls inklusive einer Sicherheitsmarge. Die Nennspannung kann 800 Volt betragen oder auch 900 oder 1000 Volt.Fuse S1 may be rated for a higher current, ie may have a current rating greater than that of fuse S2. The rated current of the fuse S1 can be approximately 300 to 400 amperes, for example 350 amperes. The two circuit breakers TR1, TR2 are designed for rated voltages of more than 400 volts, for example approximately 800 volts or 900 volts. Like the bypass switch B, the bypass switch B- is designed for a nominal voltage of less than 800 volts, for example for a voltage of 400 or 500 volts, ie with a voltage that is usually to be expected at the connection A1. The isolating switches TR1, TR2 are designed for a switching voltage that corresponds to the nominal voltage at the second connection A2, possibly including a safety margin. The nominal voltage can be 800 volts or 900 or 1000 volts.

Kein Potential des ersten Anschlusses A1 ist direkt mit dem entsprechenden Potential des zweiten Anschlusses A2 verbunden, sondern es befinden sich zwischen diesen jeweils eine Diode, sei es die Diode AD oder die Diode D. In jeder Potentialschiene PS1, PS2 ist somit eine Diode vorgesehen sowie auch eine Sicherung S1, S2. Ferner sehen beide Potentialschienen jeweils einen Trennschalter TR1, TR2 vor. Beide Potentialschienen weisen ferner einen Überbrückungsschalter B, B- auf. Es sind auch hierzu komplementäre Ausführungsformen denkbar.No potential of the first connection A1 is directly connected to the corresponding potential of the second connection A2, but there is a diode between them, be it the diode AD or the diode D. In each potential rail A diode is thus provided for PS1, PS2, as well as a fuse S1, S2. Furthermore, both potential rails each provide a disconnect switch TR1, TR2. Both potential rails also have a bypass switch B, B-. Complementary embodiments are also conceivable for this.

Die Schaltung der 2 (wie die Schaltung der 1) zeigt die einen ersten Anschluss A1 und einen zweiten Anschluss A2 mit den Potentialen L+, L+ (Anschluss A1) und den Potentialen HV+, HV- (des Anschlusses A2). Weiterhin sind Komponenten vorgesehen, die in gleicher Weise wie die Komponenten der 1 bezeichnet sind, und die somit auch die gleichen Eigenschaften aufweisen können und auch in gleicher Weise verbunden bzw. beschaltet sein können. Im Gegensatz zur 1 überbrücken die Überbrückungsschalter B, B- die vollständige Strecke zwischen jeweiligen Potentialen L+, HV+ beziehungsweise L-, HV-. Dem Überbrückungsschalter B- der 2 in der zweiten Potentialschiene PS2 ist eine Sicherung S1 vorgeschaltet, die direkt zum Potential L- des ersten Anschlusses führt. Die Überbrückungsschalter können somit an der Seite des Anschlusses A1 direkt an diesen Anschluss angreifen (wie in 2 dargestellt) oder können erst nach den Trennschaltern TR1, TR2 angreifen, die zu den jeweiligen Potentialen L+, L- des ersten Anschlusses führen, wie in der 1 dargestellt.The circuit of 2 (like the circuit of the 1 ) shows a first connection A1 and a second connection A2 with the potentials L+, L+ (connection A1) and the potentials HV+, HV- (of connection A2). Furthermore, components are provided in the same way as the components of 1 are designated, and which can therefore also have the same properties and can also be connected or wired in the same way. In contrast to 1 the bypass switches B, B- bridge the complete distance between respective potentials L+, HV+ and L-, HV-. The bypass switch B- der 2 A fuse S1 is connected upstream in the second potential rail PS2, which fuse leads directly to the potential L- of the first connection. The bridging switches can thus act directly on this connection on the side of connection A1 (as in 2 shown) or can only attack after the isolating switches TR1, TR2, which lead to the respective potentials L+, L- of the first connection, as in FIG 1 shown.

Die 3 zeigt eine Ausführungsform mit Komponenten, die den Komponenten in den vorangehenden Figuren entsprechen. Diese Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Ausnahme hiervon ist der Überbrückungsschalter B, für den in der 3 keine Entsprechung in der negativen Potentialschiene PS2 vorgesehen ist. Somit weist die Schaltung der 3 nur einen Überbrückungsschalter B auf, der entweder, wie durchgezogen dargestellt, das erste Potential L+ des ersten Anschlusses A1 direkt (in schaltbarer Weise) mit dem ersten Potential HV+ des zweiten Anschlusses A2 verbindet. Eine alternative Ausführungsform, gestrichen dargestellt, sieht vor, dass der Überbrückungsschalter B über den zweiten Trennschalter TR2 mit dem ersten Potential L+ des ersten Anschlusses A1 verbunden ist, und diesen mit einem Kreuz kennzeichnenden Punkt direkt (in schaltbarer Weise) mit dem ersten Potential HV+ des zweiten Anschlusses verbindet.the 3 Figure 1 shows an embodiment with components corresponding to the components in the previous figures. These components are given the same reference numbers. The exception to this is the bypass switch B, for which the 3 no correspondence is provided in the negative potential rail PS2. Thus, the circuit of 3 only one bypass switch B, which either, as shown by solid lines, connects the first potential L+ of the first connection A1 directly (in a switchable manner) to the first potential HV+ of the second connection A2. An alternative embodiment, shown in phantom, provides that the bridging switch B is connected via the second isolating switch TR2 to the first potential L+ of the first connection A1, and this point marked with a cross is connected directly (in a switchable manner) to the first potential HV+ of the second connection connects.

Die Sicherung S1 der 3 weist vorzugsweise ein Grenzlastintegral auf, das nicht mehr als 30.000 oder 25.000 A2s beträgt bei einem Strom von 10kA für 250 µs. Dadurch ist diese Sicherung mit einer besonders geringen Reaktionszeit ausgestattet. Auch die Diode D der 3 zeigt vorzugsweise ein Grenzlastintegral von nicht mehr als 30.000 A2s, insbesondere von nicht mehr als 28.000 A2/s. Die Stromtragfähigkeit der Diode D der 3 beträgt vorzugsweise mindestens 300, 350 oder 400 Ampere, während der Nennstrom der Sicherung S1 vorzugsweise 300, 320, 350 oder 400 Ampere beträgt. Der Auslösestrom der Sicherung S2 beträgt 100, 125 oder 150 Ampere, jedoch vorzugsweise nicht mehr als 200 Ampere oder nicht mehr als 150 Ampere. Die Sicherung ist vorzugsweise als elektronische Sicherung ausgebildet, das heißt mit einem Schaltelement auf Halbleiterbasis, um eine schnelle Abschaltung zu gewährleisten. Dadurch kann gewährleistet sein, dass für weitere Potentialschienen PS1, PS2 eine Komponente vorliegt, die mit sehr kurzer Reaktionszeit eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss aufheben kann, insbesondere auch eine Verbindung die unbeabsichtigt durch einen fehlerhaft leitenden Arbeitsschalter AS bestehen kann. Liegt beispielsweise die Spannung einer Hochvoltbatterie an dem zweiten Anschluss A2 an, so kann die Diode D den Strom zeitlich und hinsichtlich der Stromhöhe begrenzen, der aufgrund eines derart defekten Arbeitsschalters AS fließen würde. Gleiches gilt auch für einen Strom, der auf der Seite des ersten Anschlusses A1 eingebracht wird und entstehen kann, wenn der Arbeitsschalter AS fehlerhafterweise dauerhaft an ist. In diesem Fall kann sowohl die Sicherung S2 als auch die Sicherung S1 mit geringer Reaktionszeit auslösen. Der Überbrückungsschalter B ist bei einem derartigen Fehlerfall zu öffnen, wobei dies auch für die Überbrückungsschalter B- der 1 und 2 gilt.The fuse S1 of the 3 preferably has a limit load integral that is not more than 30,000 or 25,000 A 2 s at a current of 10 kA for 250 µs. As a result, this fuse is equipped with a particularly short response time. Also the diode D of the 3 preferably shows a limit load integral of not more than 30,000 A 2 s, in particular not more than 28,000 A 2 /s. The current carrying capacity of the diode D der 3 is preferably at least 300, 350 or 400 amperes, while the current rating of the fuse S1 is preferably 300, 320, 350 or 400 amperes. The tripping current of fuse S2 is 100, 125 or 150 amps, but preferably no more than 200 amps or no more than 150 amps. The fuse is preferably in the form of an electronic fuse, that is to say with a semiconductor-based switching element, in order to ensure that it is switched off quickly. This can ensure that there is a component for further potential rails PS1, PS2 that can break a connection between the first and the second connection with a very short response time, in particular a connection that can exist unintentionally due to a faulty conducting work switch AS. If, for example, the voltage of a high-voltage battery is present at the second connection A2, the diode D can limit the current in terms of time and current level that would flow due to such a defective working switch AS. The same also applies to a current that is introduced on the side of the first connection A1 and can arise if the work switch AS is erroneously permanently on. In this case, both fuse S2 and fuse S1 can blow with a short response time. The bypass switch B is to be opened in the event of such a fault, this also being the case for the bypass switch B- 1 and 2 is applicable.

Der hier beschriebene Wandler ist einphasig dargestellt und beschrieben, kann jedoch auch mehrphasig ausgebildet sein, wobei die dargestellten Schaltungen vervielfacht sind und die jeweiligen Potentiale L+, L-, HV+, HV-, die sich entsprechen, miteinander verbunden werden. Die einzelnen Phasen (d.h. deren Enden L+, L-, HV+, HV-) sind also gemäß einer Parallelschaltung miteinander verbunden. Bei einer Ausführung mit mehreren Phasen können die Bauteile nur mit einem Bruchteil des Nennstroms ausgelegt werden, wobei sich der Bruchteil ergibt als reziproker Wert der Anzahl der Phasen. Bei zwei Phasen beträgt der Nennstrom pro betreffende Komponente (Sicherung, Arbeitsdiode, weitere Diode, Trennschalter, Überbrückungsschalter) einer Phase somit die Hälfte des eingangs genannten Werts. Bei einer vierphasigen Ausführung beträgt der Nennstrom pro betreffende Komponente (Sicherung, Arbeitsdiode, weitere Diode, Trennschalter, Überbrückungsschalter) einer Phase somit ein Viertel des eingangs genannten Werts.The converter described here is shown and described as single-phase, but can also be multi-phase, the circuits shown being multiplied and the respective potentials L+, L-, HV+, HV-, which correspond, being connected to one another. The individual phases (i.e. their ends L+, L-, HV+, HV-) are connected to one another in a parallel circuit. In a multi-phase design, the components can only be rated with a fraction of the rated current, where the fraction is the reciprocal of the number of phases. In the case of two phases, the rated current per relevant component (fuse, working diode, additional diode, isolating switch, bypass switch) of one phase is therefore half the value mentioned at the outset. In a four-phase design, the nominal current per relevant component (fuse, working diode, additional diode, isolating switch, bridging switch) of one phase is therefore a quarter of the value mentioned at the outset.

In der 3 ist es möglich, einen Trennschalter TR2 in der ersten Potentialschiene PS1 zu verwenden, dessen Nennspannung unter der Nennspannung des zweiten Anschlusses liegt, da die Sicherung S2 für eine schnelle Abschaltung sorgen kann.In the 3 it is possible to use a circuit breaker TR2 in the first potential rail PS1, the nominal voltage of which is lower than the nominal voltage of the second terminal, since the Fuse S2 can ensure a quick shutdown.

Bei einem Einzelkomponentenausfall ist es immer noch möglich, mittels der Arbeitsdiode bzw. der Diode D die beiden Anschlussseiten A1, A2 voneinander fernzuhalten, wobei in den dargestellten Ausführungsformen der 1 bis 3 in jeder der beiden Potentialschienen mindestens eine Sicherung vorgesehen ist, sowie auch gegebenenfalls eine Diode, die den Strom unterbrechen oder zumindest reduzieren kann.In the event of a single component failure, it is still possible to keep the two connection sides A1, A2 away from one another by means of the working diode or the diode D, with the illustrated embodiments of the 1 until 3 at least one fuse is provided in each of the two potential rails, and possibly also a diode that can interrupt or at least reduce the current.

Claims (10)

Fahrzeugseitiger Lade-Gleichspannungswandler, der galvanisch verbindend sowie als Aufwärtswandler ausgestaltet ist, mit einem ersten, ladestationsseitigen Anschluss (A1) und einem zweiten, batterieseitigen Anschluss (A2), wobei einem ersten Potential (HV+) des zweiten Anschlusses eine Arbeitsdiode (AD) des Gleichspannungswandlers vorgeschaltet und einem zweiten Potential (HV-) des zweiten Anschlusses eine weitere Diode (D) vorgeschaltet ist, wobei die Durchlassrichtungen der Dioden (AD, D) eingerichtet sind, einen Ladestrom bei einer Leistungsübertragung vom ersten Anschluss (A1) zum zweiten Anschluss (A2) zu leiten.Vehicle-side charging DC-DC converter, which is galvanically connected and designed as a step-up converter, with a first connection (A1) on the charging station side and a second connection (A2) on the battery side, with a first potential (HV+) of the second connection being a working diode (AD) of the DC-DC converter connected upstream and a second potential (HV-) of the second connection is connected upstream of a further diode (D), the conducting directions of the diodes (AD, D) being set up to generate a charging current during power transmission from the first connection (A1) to the second connection (A2 ) to direct. Lade-Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, wobei in einer ersten Potentialschiene (PS1), die das erste Potential (L+) des ersten Anschlusses (A1) mit dem ersten Potential (HV+) des zweiten Anschlusses (A2) verbindet, eine Arbeitsinduktivität (L) über einen Verbindungspunkt (VP) mit der Arbeitsdiode (AD) verbunden ist, wobei der Verbindungspunkt (VP) über einen Arbeitsschalter (AS) mit einer zweiten Potentialschiene (PS2) verbunden ist, die das zweite Potential (L-) des ersten Anschlusses (A1) mit dem zweiten Potential (L+) des zweiten Anschlusses (A2) verbindet.charging DC-DC converter claim 1 , wherein in a first potential rail (PS1), which connects the first potential (L+) of the first connection (A1) to the first potential (HV+) of the second connection (A2), a working inductance (L) via a connection point (VP) with of the working diode (AD), the connection point (VP) being connected via a working switch (AS) to a second potential rail (PS2) which connects the second potential (L-) of the first connection (A1) to the second potential (L+ ) of the second connection (A2). Lade-Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei dem zweiten Potential (L-) des ersten Anschlusses (A1) eine erste Sicherung (S1) nachgeschaltet ist.charging DC-DC converter claim 1 or 2 , A first fuse (S1) being connected downstream of the second potential (L-) of the first connection (A1). Lade-Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei dem ersten Potential (L+) des ersten Anschlusses (A1) eine zweite Sicherung (S2) nachgeschaltet ist, wobei die zweite Sicherung (S2) als elektronische Sicherung ausgebildet ist.charging DC-DC converter claim 1 , 2 or 3 , A second fuse (S2) being connected downstream of the first potential (L+) of the first connection (A1), the second fuse (S2) being designed as an electronic fuse. Lade-Gleichspannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, der ferner einen Überbrückungsschalter (B) aufweist, der einen Punkt, der das erste Potential des ersten Anschlusses führt, mit dem ersten Potential des zweiten Anschlusses schaltbar verbindet.A charging DC-DC converter as claimed in any one of the preceding claims, further comprising a bypass switch (B) switchably connecting a point carrying the first potential of the first terminal to the first potential of the second terminal. Lade-Gleichspannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, der ferner einen weiteren Überbrückungsschalter (B') aufweist, der einen Punkt, der das zweite Potential (L-) des ersten Anschlusses (A1) führt, mit dem zweiten Potential (HV-) des zweiten Anschlusses (A2) schaltbar verbindet.A charging DC-DC converter as claimed in any one of the preceding claims, further comprising a further bypass switch (B') connecting a point carrying the second potential (L-) of the first terminal (A1) to the second potential (HV-) of the second Connection (A2) connects switchable. Lade-Gleichspannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, der einen Trennschalter (TR1) aufweist, über den das zweite Potential (L-) des ersten Anschlusses (A1) schaltbar mit der weiteren Diode (D) verbunden ist, oder über den das zweite Potential (L-) des ersten Anschlusses (A1) schaltbar einer erste Sicherung (S1) verbunden ist, die zum zweiten Potential (HV-) des zweiten Anschlusses (A2) führt.Charging DC voltage converter according to one of the preceding claims, which has an isolating switch (TR1) via which the second potential (L-) of the first connection (A1) is switchably connected to the further diode (D), or via which the second potential ( L-) of the first connection (A1) is switchably connected to a first fuse (S1) which leads to the second potential (HV-) of the second connection (A2). Lade-Gleichspannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, der einen weiteren Trennschalter (TR2) aufweist, über den das erste Potential (L+) des ersten Anschlusses (A1) schaltbar mit einer der Arbeitsdiode (AD) vorgeschalteten Arbeitsinduktivität (L) verbunden ist, oder über den das erste Potential (L+) des ersten Anschlusses (A1) schaltbar mit einer zweiten Sicherung verbunden ist, der einer Arbeitsinduktivität vorgeschaltet ist, welche wiederum der Arbeitsdiode (AD) vorgeschaltet ist.Charging DC voltage converter according to one of the preceding claims, which has a further isolating switch (TR2) via which the first potential (L+) of the first connection (A1) is switchably connected to a working inductance (L) connected upstream of the working diode (AD), or via the first potential (L+) of the first connection (A1) is switchably connected to a second fuse, which is preceded by a working inductance, which in turn is preceded by the working diode (AD). Fahrzeugseitiger Lade-Gleichspannungswandler, der galvanisch verbindend, als Aufwärtswandler und bidirektional ausgestaltet ist, mit einem ersten, ladestationsseitigen Anschluss (A1) und einem zweiten, batterieseitigen Anschluss (A2), wobei einem ersten Potential (HV+) des zweiten Anschlusses ein getakteter Arbeitsschalter des Gleichspannungswandlers vorgeschaltet und einem zweiten Potential (HV-) des zweiten Anschlusses eine Diode (D) vorgeschaltet ist, wobei die Durchlassrichtung der Diode (D) eingerichtet ist, einen Ladestrom bei einer Leistungsübertragung vom ersten Anschluss (A1) zum zweiten Anschluss (A2) zu leiten.Vehicle-side charging DC-DC converter, which is galvanically connecting, designed as a step-up converter and bidirectional, with a first connection (A1) on the charging station side and a second connection (A2) on the battery side, with a first potential (HV+) of the second connection being a clocked working switch of the DC-DC converter and a diode (D) is connected upstream of a second potential (HV-) of the second connection, the conducting direction of the diode (D) being set up to conduct a charging current during power transmission from the first connection (A1) to the second connection (A2). . Fahrzeugseitiger Lade-Gleichspannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Potential des ersten und des zweiten Anschlusses jeweils ein positives Potential ist und das zweite Potential des ersten und des zweiten Anschlusses jeweils ein negatives Potential ist.The on-vehicle charging DC-DC converter according to any one of the preceding claims, wherein the first potential of each of the first and second terminals is a positive potential and the second potential of each of the first and second terminals is a negative potential.
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