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Elektrisch betriebene Fahrzeuge weisen ein Bordnetz auf, das über eine Hochvolt-Traktionsbatterie verfügt. Um diese wieder aufzuladen, können die elektrischen Fahrzeuge über einen Ladeanschluss an eine Ladestation angeschlossen werden. Hierbei liefern die Ladestationen Wechselspannung, oder, zur Schnellladung, Gleichspannung in einer bestimmten Höhe, beispielsweise eine Gleichspannung von 400 bis 500 Volt. Die Spannungshöhe ist insbesondere in Ladestandards definiert. Der Traktionsakkumulator kann eine deutlich höhere Nennspannung aufweisen, insbesondere um hohe Leistungen beim Laden an speziellen Gleichspannungsladestationen mit höherer Nennspannung (oder auch bei der Fahrt) zu ermöglichen. Es werden daher zunehmend Traktionsakkumulatoren mit Nennspannungen von 800 bis 900 Volt verwendet, allgemein Akkumulatoren mit einer Nennspannung, die deutlich über der genannten Ladespannung liegt.
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Zur Anpassung der unterschiedlichen Spannungsniveaus sind Wandler erforderlich, die zudem Sicherheitsmaßnahmen aufweisen müssen, um bei einem Isolationsfehler eine gefährliche Berührungsspannung am Chassis des Fahrzeugs zu vermeiden. Zur Realisierung derartiger Maßnahmen werden Transformatoren zur galvanischen Trennung eingesetzt, um etwa bei einem Isolationsfehler des Traktionsakkumulators gegenüber dem Chassis einen Isolationsschaden an der Ladesäule zu vermeiden, deren Isolationsmaßnahmen sich nach der Nennspannung der Ladestation und nicht nach der höheren Nennspannung des Traktionsakkumulators richten.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die mit einem derartigen Transformator verbundenen Kosten zu verringern, und gleichzeitig eine Möglichkeit vorzusehen, mit der ein elektrisches Fahrzeug sicher geladen werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Figur.
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Es wird vorgeschlagen, einen Fahrzeug-Spannungswandler mit mehreren H-Brücken - wie im Weiteren beschrieben - vorzusehen, wobei eine Seite der H-Brücken mit dem Akkumulator verbunden ist (oder einem Anschluss hierfür) und die freien Enden der H-Brücken der zweiten Seiten mit einem zweiten Anschluss zu verbinden. Damit können die Enden der Halbbrücken der verschiedenen H-Brücken unterschiedliche Potentiale vorsehen, zwischen denen beispielsweise eine Lade-Gleichspannung angelegt werden kann. Aufgrund der Verbindung zwischen den beiden Halbbrücken in jeder H-Brücke lässt sich zugleich ein Potentialversatz des ersten Anschlusses gegenüber dem zweiten Anschluss einstellen. Indem der Potentialversatz eingestellt werden kann, lässt sich bei einem Isolationsfehler gegenüber Masse das Potential am zweiten Anschluss, und somit beispielsweise ein Potential eines angeschlossen Traktionsakkumulators, gegenüber der Spannung am ersten Anschluss verschieben, an dem beispielsweise eine Ladestation angeschlossen ist.
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Durch die Verschiebung lässt sich vermeiden, dass beim Isolationsfehler am zweiten Anschluss eine Spannung gegenüber Masse vorliegt, das über einer Grenze liegt. Diese Grenze kann beispielsweise die Auslegungsgrenze der Isolation der Ladestation sein. Insbesondere wenn ein Isolationsfehler festgestellt wird, der zu einer zu hohen Spannung zwischen einem Potential des zweiten Anschlusses gegenüber Masse führen würde, kann der Potentialversatz zwischen dem zweiten Anschluss und dem ersten Anschluss verändert werden, um dadurch Spannungen zwischen dem zweiten Anschluss und Masse zu erreichen, die unter der Grenze liegen. Damit kann auch ohne Transformator erreicht werden, dass kleinere Potentiale des zweiten Anschlusses gegenüber Masse einer Spannung über der Grenze aufweisen, wobei die Grenze die Isolationsauslegung des zweiten Anschlusses beziehungsweise der daran angeschlossenen Ladestation gegenüber einem Massepotential charakterisiert. Anstatt daher die Isolation einer 400-Volt-Ladestation gemäß einer 800-Volt Spannung auszulegen, die auftreten könnte, wenn bei einem Isolationsfehler im 800-Volt-Bordnetzabschnitt eine massenbezogene Spannung des 800-Volt-Bordnetzabschnitts zum zweiten Anschluss übertragen wird, kann mittels der hier beschriebenen Vorgehensweise durch die H-Brücken neben der Spannungswandlung gemäß einer Sollspannung gezielt ein Soll-Potentialversatz erzeugt werden, der die Maximalspannung zwischen zweitem Anschluss und Masse unter die Spannungsgrenze bringt, die durch die Isolationsmaßnahmen auf der Seite des zweiten Anschlusses beziehungsweise auf der Seite der Ladestation vorgesehen sind.
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Die vorangehend beschriebene Anwendung beim Gleichspannungsladen ist ein Beispiel, wobei allgemein der hier beschriebene Spannungswandler und das Fahrzeugbordnetz dazu dienen können, Bordspannungszweige unterschiedlicher Nennspannung und mit unterschiedlichen Isolationsauslegungen miteinander zu verbinden. Bei einem Isolationsfehler kann durch den ermöglichten, einstellbaren Potentialversatz zwischen dem ersten und zweiten Anschluss des Wandlers die Spannung auf der Seite mit der geringeren Nennspannung so gegenüber der Seite mit der höheren Nennspannung versetzt werden, dass sich für die Seite mit der geringeren Nennspannung keine (massebezogenen) Spannungen ergeben, die außerhalb der Isolationsauslegung dieser Seite liegen würden. Durch die Verwendung von mehreren H-Brücken (wie im Weiteren näher beschrieben), lässt sich neben dem Potentialversatz gleichzeitig die Höhe der abgegebenen Spannung einstellen, wobei die beiden Wandler es ermöglichen, dass diese beiden Größen einzeln beziehungsweise individuell gemäß Sollvorgaben eingestellt werden können.
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Es wird somit vorgeschlagen, einen Spannungswandler mit (mindestens) zwei H-Brücken auszubilden, deren erste Halbbrücken mit einem ersten Anschluss verbunden sind und deren zweite Halbbrücken ein erstes Ende aufweisen, das mit der ersten Halbbrücke verbunden ist, jedoch auch ein zweites Ende aufweisen, das „frei“ ist (d.h. nicht mit den ersten Halbbrücken verbunden ist), um so an diesem Ende ein bestimmtes Potential (gegenüber dem ersten Ende) zu erzeugen. Der zweite Anschluss ist an die zweiten Enden verschiedener H-Brücken (d.h. zweite Enden zweiter Halbbrücken verschiedener H-Brücken) angeschlossen. Zwischen den zweiten Enden (der zweiten Halbbrücken verschiedener H-Brücken, kurz: verschiedene zweite Enden) lässt sich so eine Potentialdifferenz einstellen, die gewünscht ist, und die beispielsweise eine durch Spannungswandeln erzeugte Sollspannung (zwischen verschiedenen zweiten Enden) ist. Darüber hinaus lässt sich aufgrund der individuellen Ansteuerung der H-Brücken ein Potentialversatz zwischen zweitem und erstem Anschluss einstellen. Insbesondere kann eine H-Brücke zum Einstellen des Potentialversatzes eingesetzt werden, während die andere H-Brücke zum Einstellen der Sollspannung am zweiten Anschluss dienen kann.
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Die hier verwendeten H-Brücken weisen jeweils eine erste und eine zweite Halbbrücke auf, wobei die ersten Enden der H-Brücken der jeweiligen H-Brücke verbunden sind, die zweiten jedoch nicht. Es ergibt sich somit die Form eines umgedrehten A, dessen oberen (zweiten) Enden nicht miteinander verbunden sind. Im Querstrich ist seriell eine Arbeitsinduktivität angeordnet. Die unteren (ersten) Enden der Halbbrücken sind miteinander verbunden. Mit anderen Worten handelt es sich um eine H-Brücke mit einem offenen Ende (zwischen den zweiten Enden der beiden Halbbrücken). Im Brückenzweig beziehungsweise in der Querverbindung ist eine Arbeitsinduktivität vorgesehen, die seriell zwischen die beiden Verbindungspunkte der beiden Halbbrücken der (offenen) H-Brücke angeschlossen ist. Gegenüber einer vollständig geschlossenen H-Brücke beziehungsweise Vollbrücke, weist die hier beschriebene H-Brücke nicht die obere Verbindung zwischen den beiden Halbbrücken der H-Brücke auf. Die hier erwähnte H-Brücke kann auch als offene H-Brücke beziehungsweise als eine an einem Ende offene H-Brücke bezeichnet werden und bildet dadurch eine Sonderform der allgemein bekannten H-Brücke oder eine abgewandelte Vollbrücke.
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Der hier beschriebene Fahrzeug-Spannungswandler ist mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss versehen. Der erste Anschluss ist insbesondere ein Gleichspannungsanschluss. Der erste Anschluss weist zwei Anschlusspotentiale auf, ein positives Anschlusspotential und ein negatives Anschlusspotential. Der erste Anschluss kann als Akkumulatoranschluss ausgebildet sein. Der zweite Anschluss weist mindestens zwei Anschlusspotentiale auf. Die Anzahl der Anschlusspotentiale des zweiten Anschlusses entspricht insbesondere der Anzahl der H-Brücken des Fahrzeug-Spannungswandlers. Die Isolation des ersten Anschlusses gegenüber Masse ist für eine höhere Isolationsspannung ausgelegt als der zweite Anschluss. Der erste Anschluss ist für eine höhere Nennspannung ausgelegt als der zweite Anschluss. Der Fahrzeug-Spannungswandler weist mindestens eine erste und eine zweite H-Brücke auf. Diese sind wie vorangehend erwähnt ausgestaltet und insbesondere ausgebildet, wie im Folgenden dargestellt ist.
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Jede H-Brücke weist eine erste und eine zweite Halbbrücke auf. Jede Halbbrücke weist zwei seriell miteinander verbundene Schalter auf. Die Schalter jeder Halbbrücke sind über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden. Jede H-Brücke weist eine Arbeitsinduktivität auf, die die Verbindungspunkte der beiden Halbbrücken verbindet. Die Arbeitsinduktivität ist somit seriell in der Querverbindung der H-Brücken vorgesehen und bildet insbesondere den Brückenzweig der H-Brücke. Die beiden Halbbrücken jeder H-Brücke weisen nur ein Ende auf, an denen diese miteinander (direkt bzw. innerhalb der H-Brücke) verbunden sind. Dies wird als erstes Ende bezeichnet. Das entgegengesetzte, zweite Ende der ersten Halbbrücke jeder H-Brücke ist nicht mit dem entgegengesetzten, zweiten Ende der zweiten Halbbrücke derselben H-Brücke verbunden, insbesondere nicht innerhalb der H-Brücke bzw. des Wandlers. An den zweiten Enden der beiden Halbbrücken ist die jeweilige H-Brücke offen. Die Arbeitsinduktivität dient zum temporären Zwischenspeichern von Energie zur Darstellung eines Gleichspannungswandlers (oder Stromrichters oder Zerhackers mit Spannungswandlungsfunktion und/oder PFC-Funktion).
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Im Weiteren sind die Verbindungen der H-Brücken untereinander beschrieben. Die miteinander verbundenen Enden der Halbbrücke jeder H-Brücke sind auch über die mehreren H-Brücken hinweg miteinander verbunden. Die ersten Enden der ersten und zweiten Halbbrücke einer H-Brücke des Spannungswandlers sind mit den ersten Enden der beiden Halbbrücken der anderen H-Brücke(n) verbunden. Die ersten Enden der ersten und zweiten Halbbrücke einer H-Brücke des Spannungswandlers sind mit den ersten Enden der beiden Halbbrücken der anderen H-Brücke(n) verbunden. Auch die zweiten Enden der ersten Halbbrücken sind untereinander verbunden. Hierbei ist das zweite Ende der ersten Halbbrücke einer der H-Brücken mit dem zweiten Ende der ersten Halbbrücke der (den) anderen H-Brücke(n) verbunden. Es ergeben sich eine erste Spannungsschiene aus der Verbindung der ersten Enden der Halbbrücken der verschiedenen H-Brücken, insbesondere eine negative Spannungsschiene, sowie eine zweite Spannungsschiene aus der Verbindung der zweiten Enden der ersten Halbbrücken der verschiedenen H-Brücken. Die zweite Spannungsschiene ist insbesondere eine positive Spannungsschiene. Die beiden Spannungsschienen führen zum ersten Anschluss, wobei ein erstes Anschlusspotential (Minus) mit der ersten Spannungsschiene verbunden sein, und ein zweites Anschlusspotential mit der zweiten Spannungsschiene. Mit anderen Worten weist der erste Anschluss ein erstes (negatives) Spannungspotential auf, das mit den ersten Enden der Halbbrücken verbunden ist, sowie ein zweites Spannungspotential (Plus), das mit den zweiten Enden der ersten Halbbrücken der verschiedenen H-Brücken verbunden ist. Die beiden Potentialanschlüsse werden auch als unterschiedliche Potentiale bezeichnet. Der erste Anschluss ist insbesondere ein Gleichspannungsanschluss. Die beiden Potentiale sind somit Gleichspannungspotentiale, das heißt es gibt ein negatives und positives Potential am ersten Anschluss.
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Der zweite Anschluss weist unterschiedliche Potentiale auf. Diese sind an die zweiten Enden der zweiten Halbbrücken verschiedener H-Brücken angeschlossen. Ein erstes Potential des zweiten Anschlusses (beziehungsweise ein erster Potentialanschluss des zweiten Anschlusses) ist mit dem zweiten Ende der zweiten Halbbrücke der ersten H-Brücke verbunden und ein zweites Potential beziehungsweise ein zweiter Potentialanschluss des zweiten Anschlusses ist mit dem zweiten Ende der zweiten Halbbrücke einer weiteren, zweiten H-Brücke verbunden. Die Potentiale des zweiten Anschlusses sind somit mit unterschiedlichen H-Brücken verbunden. Dies ermöglicht zwei getrennt voneinander einstellbare Betriebsgrößen, nämlich die Spannung zwischen den Potentialen eines den beiden Anschlüssen (das heißt derjenige der ersten und zweiten Anschlüsse, der gerade den Ausgang bildet), sowie, als weitere Größe, den Potentialversatz zwischen dem ersten und zweiten Anschluss, insbesondere zwischen dem ersten Potential des zweiten Anschlusses und dem ersten Potential des ersten Anschlusses (oder umgekehrt).
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Die Schalter der H-Brücken beziehungsweise der darin vorliegenden Halbbrücken sind insbesondere Halbleiterschalter, beispielsweise IGBTs oder MOSFETs, die einen Schalteingang aufweisen. Eine Steuereinrichtung des Spannungswandlers ist ansteuernd mit den Schaltern verbunden, insbesondere mit den Steuereingängen der Schalter. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet durch Ansteuern der Schalter (insbesondere durch getaktetes Ansteuern), eine am zweiten Anschluss anliegende zweite Spannung V2 in eine am ersten Anschluss anliegende erste Spannung V1 zu wandeln. Dies kann nur eine von mehreren möglichen Wandler- oder Stromrichterfunktionen darstellen. Die Schalter sowie die Arbeitsinduktivitäten dienen bei der Wandlung von V2 in V1 zur Darstellung eines Gleichspannungswandlers. Wie im Weiteren näher dargestellt ist, ist jedoch der Spannungswandler weder auf diese Energieübertragungsrichtung eingeschränkt noch auf eine pure Gleichspannungswandlung, sondern kann auch zum Stromrichten (Invertieren) verwendet werden, oder auch zum Gleichrichten, gegebenenfalls auch zur Darstellung einer PFC-Funktion.
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Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, die Halbbrücken mit verschiedenen, unterschiedlichen bzw. variablen Tastverhältnissen anzusteuern. Insbesondere können die beiden Halbbrücken ein- und derselben H-Brücke mit unterschiedlichen Tastverhältnissen angesteuert werden. Die Steuereinrichtung ist hierfür ausgestaltet. Insbesondere ist es möglich, dass sich die Tastverhältnisse einer H-Brücke von den Tastverhältnissen einer anderen H-Brücke unterscheidet. Gerade letzteres ermöglicht die individuelle Einstellung einer Sollspannung an einem der Anschlüsse (durch eine der H-Brücken) sowie das Einstellen eines Soll-Potentialversatzes zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (durch eine andere der H-Brücken). Die Steuereinrichtung ist somit eingerichtet, durch Ansteuern der Halbbrücken das Wandeln gemäß einer am ersten Anschluss zu erzeugenden, vorgebenden variablen Sollspannung auszuführen. Ferner ist die Steuereinrichtung eingerichtet durch Ansteuern der Halbbrücken, das Wandeln einem vorgegebenen, variablen Soll-Potentialversatzes zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss auszuführen. Neben einem Übertragungsverhältnis beim Wandeln von Gleichspannungen zwischen den beiden Anschlüssen kann somit auch der Potentialversatz zwischen den Anschlüssen eingestellt werden, insbesondere die Spannung zwischen dem ersten Potential des ersten Anschlusses und dem ersten Potential des zweiten Anschlusses. Der Potentialversatz kann sich jedoch auch auf die zweiten Potentiale des ersten und zweiten Anschlusses beziehen.
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Die Steuereinrichtung ist gemäß einer Ausführungsform zudem nicht nur mit einem Sollspannungseingang versehen, sondern weist auch einen Eingang für den Soll-Potentialversatz auf. Eine Isolationsüberwachung kann beispielsweise einen Isolationsfehler oder eine Spannungsdifferenz einer der Anschlüsse gegenüber einem Massepotential erfassen und bei Bedarf (das heißt bei Vorliegen eines Fehlers beziehungsweise wenn die Potentialdifferenz außerhalb einem Normbereich liegt) den Soll-Potentialversatz einstellen. Insbesondere kann hierbei die Isolationsüberwachung ansteuernd mit der Steuereinrichtung verbunden sein, die dann gemäß der Vorgabe (Soll-Potentialversatz) die Spannungsdifferenz zwischen einem der Anschlüsse und dem Massepotential derart einstellen, dass die Spannungsdifferenz zwischen einem der genannten Anschlüsse und dem Massepotential wieder im Normbereich liegt. Insbesondere kann die Steuereinrichtung derart angesteuert werden, dass der Soll-Potentialversatz dafür sorgt, dass der Anschluss mit der schwächeren Isolationsauslegung gegenüber dem Massepotential eine Maximalspannung aufweist, die innerhalb dieser Isolationsauslegung liegt.
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Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, die beiden Halbbrücken derselben H-Brücke mit unterschiedlichen Tastverhältnissen anzusteuern. Dadurch kann ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis eingestellt werden. Dieses Übersetzungsverhältnis kennzeichnet das Verhältnis der am ersten Anschluss erzeugten Spannung zur am zweiten Anschluss anliegenden Spannung beziehungsweise das Verhältnis der am ersten Anschluss anliegenden Spannung zur am zweiten Anschluss erzeugten Spannung (abhängig von der Wandlungsrichtung des Spannungswandlers). Auch die beiden H-Brücken können unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen, insbesondere umso zwei Größen individuell einstellen zu können, nämlich den Soll-Potentialversatz und die Sollspannung.
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Im Folgenden wird das Einstellen des Potentialversatzes betrachtet, wobei eine der beiden H-Brücken verwendet wird. Das Einstellen der Sollspannung wird mittels der anderen der beiden H-Brücken bewerkstelligt, wobei dies nach der folgenden Erläuterung der Einstellung des Potentialversatzes betrachtet wird.
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Zur Einstellung des Potentialversatzes ist die Steuereinrichtung eingerichtet, eine der beiden H-Brücken mit einem ersten Tastverhältnis TV1 für die erste Halbbrücke und einem zweiten Tastverhältnis TV2 für die zweite Halbbrücke dieser H-Brücke anzusteuern. Für diese H-Brücke ergibt sich dadurch ein Übersetzungsverhältnis K1, das dem Verhältnis der Tastverhältnisse untereinander entspricht, insbesondere mit K1 = TV2/TV1, wobei TV2 das zweite Tastverhältnis der zweiten Halbbrücke dieser H-Brücke und TV1 das erste Tastverhältnis der ersten Halbbrücke dieser H-Brücke ist. Das Übersetzungsverhältnis kann gemäß einer Regelung mit den Tastverhältnissen als Stellglied und mit Sollvorgaben wie der Potentialversatz PV oder andere Betriebsparameter eingestellt werden, bzw. kann gemäß dem vorgegebenen Soll-Potentialversatz PV und dem Zusammenhang zwischen der anliegenden Spannung am ersten (alternativ am zweiten) Anschluss, dem Übersetzungsverhältnis und dem gewünschten Potentialversatz PV am zweiten Anschluss (alternativ am ersten Anschluss) vorgesehen werden. Die nicht in Klammern gesetzten Begriffe betreffen hierbei eine Übertragung vom zweiten Anschluss (1: A2) zum ersten Anschluss (1: A1) durch den Spannungswandler und die in Klammern gesetzte Alternative betrifft eine Übertragung vom ersten Anschluss zum zweiten Anschluss des Spannungswandlers, wobei das betroffene Übersetzungsverhältnis K1 sich aufgrund der anderen Übertragungsrichtung umkehrt und TV1/TV2 entspricht. Die Steuereinrichtung kann einen Eingang für ein Signal aufweisen, das die am ersten (oder am zweiten) Anschluss anliegende, gewandelte Spannung kennzeichnet (abhängig von der Übertragungsrichtung), insbesondere um diese Höhe der erzeugten Spannung etwa im Rahmen einer Regelung als Ist-Größe zu berücksichtigen.
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Bei einer Wandlung vom zweiten Anschluss zum ersten Anschluss hin ist das Übersetzungsverhältnis einer der beiden H-Brücken durch das Verhältnis von der am ersten Anschluss anliegenden Spannung V1 zu dem Soll-Potentialversatz PV gekennzeichnet, der ebenso vorliegt. Dadurch ist das Verhältnis der Tastverhältnisse der ersten und zweiten Halbbrücke in dieser H-Brücke definiert. Die jeweilige Höhe der Tastverhältnisse kann beispielsweise gemäß der Betriebspunkte eingestellt werden, die aufgrund der angefragten Wandlerleistung bestimmt werden. Da bei Leistungsanwendungen auch sehr geringfügige Änderungen des Tastverhältnisses und somit der erzeugten Spannung zu starken Veränderungen des Stromflusses bzw. der gewandelten Leistung führen, insbesondere bei Laden von Hochvolt-Leistungsakkumulatoren, sind beim Einstellen der Tastverhältnisse bzw. des Übersetzungsverhältnisses die elektrischen Eigenschaften der angeschlossenen Komponenten zu berücksichtigen. Insbesondere kann eine Regelung vorgehen sein, die die Tastverhältnisse bzw. das Übersetzungsverhältnis (als Stellglied) gemäß einer Sollvorgabe wie eine Soll-Leistung oder einem Soll-Strom einstellt. Wie erwähnt kann insbesondere bei Leistungsanwendungen eine geringe Änderung des Übersetzungsverhältnisses (etwa + 1%) zu einer starken Änderung der Leistung führen (beispielsweise eine Änderung von 100 % der Nennleistung), beispielsweise wenn eine Ausgangsspannung, die an einem Akkumulator anliegt und die der Leerlaufspannung des Akkumulators entspricht (resultierender Stromfluss = 0 A), geringfügig erhöht wird (resultierender Stromfluss = Spannungsänderung / Akkumulator-Innenwiderstand). Auch kann sich bei Änderung des Übersetzungsverhältnisses der Stromfluss umkehren, insbesondere durch die elektrischen Eigenschaften (Leerlaufspannungen etc.) der angeschlossenen elektrischen Komponenten (Ladestation, Akkumulator, ...). Bei einer Spannungswandlung in umgekehrter Richtung (das heißt vom ersten Anschluss zum zweiten Anschluss) kann der gleiche Zusammenhang in Bezug auf das Übersetzungsverhältnis und die Tastverhältnisse verwendet werden, wobei sich dann das Übersetzungsverhältnis umkehrt und die zweite Spannung V2 an die Stelle der ersten Spannung V1 tritt.
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Das Einstellen der Sollspannung wird wir erwähnt mittels der anderen der beiden H-Brücken bewerkstelligt und ist im Folgenden näher erläutert. Die Steuereinrichtung ist (zur Einstellung der Sollspannung) vorzugsweise eingerichtet, die andere der beiden H-Brücken gemäß einer zu erzeugenden Sollspannung anzusteuern, vorzugsweise unter Berücksichtigung des genannten Soll-Potentialversatzes. Die Sollspannung entspricht der Spannung, die am ersten Anschluss (oder bei umgekehrter Wandlerrichtung am zweiten Anschluss) zu erzeugen ist. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, die andere der beiden H-Brücken anzusteuern, über der ersten Halbbrücke dieser anderen H-Brücke, und somit am ersten Anschluss, eine Sollspannung zu erzeugen, die der Sollspannung V1 entspricht. Die Steuereinrichtung ist somit eingerichtet, die andere der beiden H-Brücken anzusteuern, am ersten Anschluss eine Spannung zu erzeugen, die der Sollspannung entspricht. Bei umgekehrter Wandlerrichtung ist die Steuereinrichtung eingerichtet, an der zweiten Halbbrücke dieser zweiten (anderen) H-Brücke eine H-Brücken-Sollspannung zu erzeugen, die vorgegeben ist. Mit anderen Worten ist die Steuereinrichtung eingerichtet, eine Spannung gemäß der Sollspannung zu erzeugen, indem die andere H-Brücke entsprechend angesteuert wird. Diese entsprechende Ansteuerung kann insbesondere über geeignete Tastverhältnisse der Halbbrücken in dieser H-Brücke erfolgen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die andere der beiden H-Brücken mit einem dritten Tastverhältnis für die erste Halbbrücke und einem vierten Tastverhältnis für die zweite Halbbrücke angesteuert wird. Das dritte Tastverhältnis TV3 und das vierte Tastverhältnis TV4 wird von der Steuereinrichtung eingestellt. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, die andere (zweite) H-Brücke gemäß dieser Tastverhältnisse anzusteuern. Es ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis (für die zweite, andere H-Brücke) von K2 = TV4/TV3. Somit entspricht das Übersetzungsverhältnis der anderen H-Brücke dem Verhältnis des vierten Tastverhältnisses zum dritten Tastverhältnis, und somit dem Verhältnis der Tastverhältnisse der Halbbrücken dieser anderen H-Brücke. Das Übersetzungsverhältnis wird gemäß der vorgegebenen Sollspannung V1 eingestellt. Die Sollspannung entspricht der am ersten Anschluss zu erzeugenden Spannung. Bei umgekehrter Wandlerrichtung ist durch entsprechende Ausgestaltung der dritten und vierten Tastverhältnisse der anderen H-Brücke durch die Steuereinrichtung eine entsprechende Spannung am zweiten Anschluss vorzusehen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet, für die andere H-Brücke ein Übersetzungsverhältnis (K2 = TV4 / TV3) gemäß der vorgegebenen Sollspannung V1 und dem Zusammenhang V1 = K1 · K2 · V2 / (K1-K2) einzustellen. V1 ergibt sich somit aus dem Produkt der Übersetzungsverhältnisse K1 und K2 der beiden H-Brücken, der anliegenden, zu wandelnden Spannung V2, dividiert durch die Differenz der Übersetzungsverhältnisse. Wird Leistung vom zweiten an den ersten Anschluss übertragen, dann ist die zu wandelnde Spannung V2 die am zweiten Anschluss anliegende Spannung. Der genannte Zusammenhang gibt wieder, dass bei einer gewünschten Ausgangsspannung (etwa am ersten Anschluss) zu berücksichtigen ist, dass zunächst eine H-Brücke den Potentialversatz wie gewünscht anhebt, und somit zum Erreichen der Sollspannung durch die andere H-Brücke diese Spannungsanhebung beziehungsweise Potentialversatz zu berücksichtigen ist, um über diesen Potentialversatz hinaus eine gewünschte Ausgangsspannung zu erzeugen. Die Spannung am ersten Anschluss ergibt sich somit aus der am zweiten Anschluss anliegenden Spannung, den Übersetzungsverhältnissen der H-Brücken. Es ist vorzugsweise zu berücksichtigen, dass eine der H-Brücken mit dem negativen Potential und die andere der beiden H-Brücken mit dem positiven Potential der angelegten Spannung V2 verbunden ist.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die auf der Seite des zweiten Anschlusses mit dem negativen Potential verbundene H-Brücke von der Steuereinrichtung verwendet wird, um den gewünschten Potentialversatz zu erzeugen (und wird mit entsprechenden Tastverhältnissen vorgesehen). Die andere H-Brücke ist mit dem positiven Potential des zweiten Anschlusses verbunden und dient dazu, die gewünschte Soll-Spannung einzustellen.
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Die H-Brücke, die mit dem negativen Potential des zweiten Anschlusses verbunden ist, wird mit den Übersetzungsverhältnissen TV1 und TV2 angesteuert, deren Verhältnis zur Einstellung des Potentialversatzes dient. Die mit dem negativen Potential verbundene H-Brücke wird auch als erste H-Brücke bezeichnet. Die H-Brücke, die mit dem positiven Potential des zweiten Anschlusses verbunden ist, wird mit den Übersetzungsverhältnissen TV3 und TV4 angesteuert, deren Verhältnis zur Einstellung des Potentialversatzes dient. Die mit dem positiven Potential des zweiten Anschlusses verbundene H-Brücke wird auch als zweite H-Brücke bezeichnet.
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Im Folgenden wird eine Anwendung des hier beschriebenen Spannungswandlers als Fahrzeuginverter beschrieben, der insbesondere zusätzlich die Funktion eines Gleichspannungswandlers (oder Gleichrichters) ausführen kann. Hierbei ist die Steuereinrichtung in einem ersten Betriebsmodus eingerichtet, die am zweiten Anschluss anliegende zweite Spannung in eine am ersten Anschluss anliegende erste Spannung auszuführen. Hierbei dient der zweite Anschluss als Gleichspannungsladeanschluss und ist zum Einspeisen einer Ladespannung eingerichtet. Der erste Anschluss ist zum Anschluss eines Fahrzeugakkumulators eingerichtet, oder zum Anschluss an ein Antriebsbordnetz, das einen Fahrzeugakkumulator aufweist. Die Energieübertragungsrichtung führt somit im ersten Betriebsmodus vom zweiten Anschluss zum ersten Anschluss, insbesondere von dem Ladeanschluss zu dem Akkumulatoranschluss. Der zweite Anschluss kann auch als Wechselspannungs-Ladeanschluss vorgesehen sein, oder abhängig von einer Ladeauswahl als der Gleichspannungsladeanschluss. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung ferner eingerichtet, in einem zweiten Betriebsmodus durch Ansteuern der Schalter die am ersten Anschluss anliegende erste Spannung in die am zweiten Anschluss anliegende zweite Spannung zu wandeln, die als Wechselspannung vorliegt. Da die Wandlung auch die Stromart ändert, wird dies hierin bezeichnet als Richten der ersten Spannung (Gleichspannung) in die zweite Spannung (Wechselspannung). Die Wechselspannung ist vorzugsweise ausgestaltet, bei Anschluss an einen Stator einer elektrischen Maschine ein Drehfeld zu erzeugen bzw. ist zum Antrieb einer elektrischen Maschine ausgestaltet. Hierbei kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, Wechselspannung mit einer Frequenz bzw. Phasenlage vorzusehen, die einem Sollbetriebspunkt eines elektrischen Antriebs bzw. einer elektrischen Maschine entspricht, insbesondere im Hinblick auf Drehzahl, Leistung und/oder Drehmoment. Dadurch werden die Schalter des Spannungswandlers für mehrere Funktionen verwendet. Der erste Betriebsmodus kann als Lademodus betrachtet werden, während der zweite Modus als Antriebsmodus betrachtet werden kann. Schließlich kann der zweite Anschluss auch als Rekuperations-Eingangsanschluss verwendet werden, wenn eine daran angeschlossene elektrische Maschine eine Spannung erzeugt, und diese über den zweiten Anschluss über den Wandler gewandelt wird, und an dem ersten Anschluss abgegeben wird (etwa an einen Akkumulator bzw. das Antriebsbordnetz). Letzteres wäre als eine Unterform des ersten Betriebsmodus zu betrachten, nämlich als Rekuperations-Betriebsmodus, da sowohl beim Laden über einen Gleichstrom- oder Wechselstromladeanschluss als auch beim Rekuperieren Leistung vom zweiten Anschluss zum ersten (wandelnd/richtend) übertragen wird.
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Der Fahrzeug-Spannungswandler kann ausgebildet sein, eine dreiphasige Wechselspannung ausgehend von der ersten Spannung am ersten Anschluss zu erzeugen, insbesondere indem dieser eine dritte H-Brücke umfasst. Diese ist wie die ersten beiden H-Brücken ausgebildet. Die erste Halbbrücke dieser dritten H-Brücke ist wie die erste und zweite H-Brücke an den ersten Anschluss angeschlossen (d.h. die Enden dieser ersten Halbbrücke sind mit den unterschiedliche Potentialen des ersten Anschlusses verbunden). Das sich ergebende zweite Ende (mit anderen Worten das andere Ende) der zweiten Halbbrücke dieser dritten H-Brücke kann einen dritten Phasenanschluss vorsehen, während die zweiten Enden der zweite Halbbrücke der ersten und zweite H-Brücke erste und zweite Phasenanschlüsse vorsehen. Die drei sich ergebenden Phasenanschlüsse bilden die Phasenanschlüsse für eine dreiphasige elektrische Maschine, die an den Fahrzeug-Spannungswandler angeschlossen werden kann. Die erste und zweite H-Brücke sind wie hierin beschrieben zum Einstellen eines Potenzialversatzes und einer Soll-Spannung ausgebildet. In der hier ausgeführten Ausbildung dient die dritte H-Brücke gegebenenfalls nur in einem Rekuperations-Lademodus (wie die anderen beiden H-Brücken) zur Darstellung eines Gleichrichters, wobei die zweiten Enden der zweiten Halbbrücke der drei H-Brücken zur Einspeisung eines Wechselstroms dienen, der etwa von einer daran angeschlossenen Maschine stammen kann, und der von den drei H-Brücken in eine Gleichspannung gewandelt wird, die am ersten Anschluss abgegeben werden kann. Hierbei ist die Steuereinrichtung vorzugsweise eingerichtet, die drei H-Brücken gemäß einer gewünschten Soll-Spannung am ersten Anschluss zu wandeln. Die Steuereinrichtung ist ferner eingerichtet, das Gleichrichten durch entsprechendes Ansteuern der Schalter des Spannungswandlers zu realisieren.
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Die zweiten Enden der zweiten Halbbrücken der drei H-Brücken, d.h. die freien Enden können als drei (unterschiedliche) Phasen eines Phasenanschlusses betrachtet werden. Dieser ist zum Anschluss einer elektrischen Maschine ausgebildet, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, eine entsprechende dreiphasige Spannung (ausgestaltet zum Erzeugen eines Drehfeldes in einer elektrischen Maschine) an dem Phasenanschluss zu erzeugen. Mit anderen Worten ist die Steuereinrichtung eingerichtet, die am ersten Anschluss anliegende Spannung in eine Drehfeld-Wechselspannung am Phasenanschluss zu richten bzw. zu wandeln. Die Steuereinrichtung kann hierbei Eingänge für eine Soll-Drehzahl, eine Soll-Frequenz und/oder eine Soll-Amplitude aufweisen und kann eingerichtet sein, gemäß zumindest einer dieser Vorgaben die Drehfeld-Wechselspannung durch entsprechendes Ansteuern der Schalter des Wandlers am Phasenanschluss einzustellen.
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In dem Fahrzeug-Spannungswandler kann eine schaltbare Überbrückungsverbindung (Bypass) vorgesehen sein, über die der erste Anschluss mit dem zweiten Anschluss schaltbar verbunden ist. Vorzugsweise verbindet die Überbrückungsverbindung den ersten Anschluss mit dem zweiten Anschluss, insbesondere ein Potential des ersten Anschlusses mit dem zweiten Anschluss. Dies ermöglicht eine direkte Einspeisung von Ladeleistung am zweiten Anschluss, die ohne Wandlung zum ersten Anschluss übertragen wird über die Überbrückungsverbindung. Beispielsweise kann ein Gleichspannungsladeanschluss vorgesehen sein, der an den zweiten Anschluss angeschlossen ist, wobei dann dessen Spannung direkt über die geschlossene Überbrückungsverbindung übertragen werden kann an den ersten Anschluss, an den ein Akkumulator angeschlossen sein kann. Die Überbrückungsverbindung ist insbesondere in einem Direktladebetriebszustand für Gleichspannung geschlossen. Die Steuereinrichtung ist mit einem Überbrückungsschalter der Überbrückungsverbindung verbunden. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, den Überbrückungsschalter in geschlossenem Zustand vorzusehen, während die H-Brücken von der Steuereinrichtung in einem inaktiven Zustand vorgesehen werden. Inaktiver Zustand bedeutet hierbei, dass jede Halbbrücke mindestens einen offenen Schalter (dauerhaft offen) aufweist. Wenn die H-Brücken in einem aktiven Zustand vorgesehen werden, das heißt, wenn die Steuereinrichtung die Schalter der H-Brücken getaktet ansteuert, ist der Überbrückungsschalter offen. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, den Überbrückungsschalter entsprechend anzusteuern. Der Überbrückungsschalter ist in Serie in der Überbrückungsverbindung vorgesehen, wobei bei einem offenen Überbrückungsschalter die Überbrückungsverbindung keine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss vorsieht.
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Der Fahrzeug-Spannungswandler kann wie erwähnt einen zweiten Anschluss aufweisen, der als Gleichspannungsladeanschluss, Wechselspannungsladeanschluss oder (wechselweise) für beides dient. Ferner kann, insbesondere wenn drei H-Brücken vorgesehen sind, ein weiterer Wechselspannungsanschluss vorgesehen sein. Dieser kann an zwei verschiedenen Phasen des Wandlers vorgesehen sein, insbesondere zwischen der dritten Phase und der ersten Phase oder zwischen der dritten Phase und der zweiten Phase. Dieser weitere Wechselspannungsanschluss dient vorzugsweise zur Abgabe einer Wechselspannung, etwa einer einphasigen Wechselspannung zum Betreiben einer externen Last. Der weitere Wechselspannungsanschluss kann auch als Abgabe-Wechselspannungsanschluss bezeichnet werden. Die an dem zweiten Anschluss angeschlossenen Gleichspannungs- oder Wechselspannungsanschlüsse können ebenso zur Abgabe einer entsprechenden Spannung dienen, etwa zum Rückspeisen. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, ausgehend von der ersten Spannung am ersten Anschluss, eine Wechselspannung am zweiten Anschluss zu erzeugen, insbesondere zwischen der dritten Phase und der ersten Phase oder zwischen der dritten Phase und der zweiten Phase. Hierbei kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, diese Wechselspannung gemäß einer vorgegebenen Frequenz und/oder Amplitude zu erzeugen, beispielsweise mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hz und einer Amplitude von 110 Volt, 120 Volt oder 230 Volt.
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Schließlich kann eine Schaltung vorgesehen sein, die einen Spannungswandler wie hier beschrieben aufweist, wobei diese Schaltung zusätzlich einen Gleichspannungsanschluss und/oder einen Wechselspannungsanschluss und/oder einen Abgabe-Wechselspannungsanschluss aufweist. Der Abgabe-Wechselspannungsanschluss wäre zum einen eine dritte Phase und zum anderen an die erste oder zweite Phase angeschlossen, während die vorangehend genannten Gleichspannungs- und Wechselspannungsanschlüsse an den zweiten Anschluss angeschlossen sind. Die an den zweiten Anschluss angeschlossenen Gleichspannungs- und/oder Wechselspannungsanschlüsse sind vorzugsweise gemäß einer Norm zur Ausgestaltung von Ladeanschlüssen von batteriegetriebenen Fahrzeugen ausgebildet (allgemein: Plug-In-Fahrzeuge), beispielsweise gemäß dem einen CCS-Standard oder gemäß dem CHAdeMO-Standard. Die am zweiten Anschluss angeschlossenen Gleichspannungs- und Wechselspannungsanschlüsse sind insbesondere in einer Mulde einer Ladebuchse des Fahrzeugs ausgebildet. Der Abgabe-Wechselspannungsanschluss, der insbesondere an die dritte Phase sowie an die erste oder zweite Phase angeschlossen ist, ist vorzugsweise gemäß einer Norm zur Standardisierung von Netzspannungsanschlüssen ausgebildet, beispielsweise gemäß einer Norm des CEE-Systems, gemäß einem Nehmer-Standard, gemäß der Norm BS 1363, wurde ausgestaltet zur Aufnahme von Steckern des Typs H, I, J, K, L oder N. Eine derartige Schaltung kann daher nicht nur zur Aufnahme von Energie ausgehend von einer Ladestation aufnehmen, nämlich über den zweiten Anschluss, sondern kann auch über den Abgabe-Wechselspannungsanschluss eine entsprechende Spannung zur fahrzeugseitigen Nutzung abgeben.
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Eine derartige Schaltung kann ferner die Phasenanschlüsse aufweisen sowie eine Schnittstelle zum Anschluss einer mehrphasigen elektrischen Maschine. Auf diese Weise kann die Schaltung auch zum Erzeugen einer Antriebswechselspannung für eine elektrische Maschine verwendet werden und, bei umgekehrtem Leistungsfluss, zur Aufnahme von Rekuperationsleistung ausgehend von einer elektrischen Maschine, um so am ersten Anschluss eine Spannung bereitzustellen, mittels der ein Akkumulator geladen werden kann.
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Die hier beschriebenen mehrfachen Nutzungsmöglichkeiten betreffen jedoch die spezifischen Ausführungsformen. Eine Ausführungsform betrifft einen Fahrzeug-Spannungswandler, der die Gleichspannung am ersten Anschluss in eine mehrphasige Wechselspannung an den zweiten Enden der zweiten Halbbrücken der drei H-Brücken erzeugen kann (und somit als Inverter dienen kann), und der ferner eingerichtet ist, um über den zweiten Anschluss (an den ersten und zweiten H-Brücken) eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung aufzunehmen, die einer Ladespannung entspricht, um diese gemäß einer Soll-Spannung am ersten Anschluss und gemäß einem Soll-Potenzialversatz des ersten Anschlusses gegenüber dem zweiten Anschluss zu erzeugen.
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Ferner wird ein Fahrzeugbordnetz mit einem Spannungswandler beschrieben, der wie hier dargestellt ausgebildet ist. Das Fahrzeugbordnetz weist einen Traktionsakkumulator auf, der an den ersten Anschluss angeschlossen ist. Hierbei weist der Traktionsakkumulator einen positiven Pol auf, der insbesondere an die zweiten (offenen) Enden der ersten Halbbrücke der H-Brücken angeschlossen ist, und der einen negativen Pol aufweist, der an die ersten Enden der ersten Halbbrücken der H-Brücken angeschlossen ist (und somit an die Enden der ersten Halbbrücken, die mit den ersten Enden der zweiten Halbbrücken verbunden sind). Das Fahrzeugbordnetz ist vorzugsweise ein Hochvolt-Fahrzeugbordnetz mit einer Nennspannung von 400 Volt oder 800 Volt.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Traktionsakkumulator eine Nennspannung von 800 Volt, insbesondere von mindestens 800 Volt, 850 Volt oder 900 Volt aufweist. Der erste Anschluss ist insbesondere für eine derartige Spannung ausgebildet. Der zweite Anschluss bzw. die Phasenanschlüsse können für eine Nennspannung von 400 Volt, jedoch nicht mehr als 600 Volt oder 500 Volt ausgebildet sein, etwa für eine Nennspannung von 400 Volt, 420 Volt oder 450 Volt.
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Dies entspricht der Gleichspannung, die von zahlreichen Gleichspannungsladestationen abgegeben wird. Dies entspricht ferner der Nenn-Spannungsamplitude zahlreicher elektrischer Antriebe. Mit der hier beschriebenen Lösung ist es möglich, beim Laden über den zweiten Anschluss mit einer Spannung von 400 Volt, 420 Volt oder 450 Volt diese Spannung nicht nur in eine Spannung von 800 Volt, 820 Volt oder 850 Volt am ersten Anschluss zu wandeln, sondern auch den Potentialversatz zwischen dem zweiten Anschluss und dem ersten Anschluss geeignet einzustellen, um bei Isolationsfehlern zwischen dem ersten und zweiten Anschluss (zwischen der 800-Volt-Seite und der 400-Volt-Seite) an dem zweite Anschluss (und den nachfolgenden Komponenten) keine Spannung zu erzeugen, die gegenüber Masse ein Potenzialunterschied von mehr als 400 Volt hat und somit nicht mehr den Isolationsvorgaben für die 400-Volt-Seite (Seite des zweiten Anschlusses) entspricht. Dies ermöglicht insbesondere ein sicheres Laden trotz Isolationsfehler (limp home).
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Eine mit der genannten Ausführungsform kombinierbare Funktion ist das DC-Schnellladen, wenn eine Ladestation mit einer Ladespannung von 800 Volt oder mehr vorhanden ist. Hierbei kann dann ausgehend von einem Gleichspannungsladeanschluss über die schaltbare Überbrückungsverbindung direkt in den ersten Anschluss und somit direkt in ein daran anschließbaren Traktionsakkumulator geladen werden, so dass hierbei weder eine Spanungswandlung erforderlich ist noch die H-Brücken belastet werden. Es kann vorgesehen sein, dass bei einer Vorladespannung des Traktionsakkumulators unter einem Grenzwert die Überbrückungsverbindung offen ist und die Steuereinrichtung eingerichtet ist, die H-Brücken zum Wandeln (Abwärtswandeln) anzusteuern. Bei einer Spannung am zweiten Anschluss ab oder oberhalb dieser Grenze können die H-Brücken deaktiviert werden, und die Überbrückungsverbindung wird in einen leitenden Zustand versetzt, um so direkt laden zu können. Dadurch kann das Vorladen des Traktionsakkumulators mit einer geringeren, gewandelten Spannung vorgesehen werden, und das Laden bei einer Spannung, die mit der DC-Ladespannung vereinbar ist, kann über die Überbrückungsverbindung vorgesehen werden, um direkt zu geladen.
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Ein Fahrzeugbordnetz kann somit mit einem Spannungswandler ausgebildet sein, insbesondere wie vorangehend beschrieben ausgebildet sein. Der Spannungswandler kann hierbei als Fahrzeugladewandler ausgestaltet sein. Das Fahrzeugbordnetz kann einen Gleichspannungsladeanschluss aufweisen, der eingerichtet ist zum Anschluss einer externen Gleichspannungs-Ladespannungsquelle (etwa eine Ladestation). Der Gleichspannungsladeanschluss ist an den zweiten Anschluss angeschlossen. In Kombination oder als Alternative hierzu kann ein Wechselspannungsladeanschluss vorgesehen sein, der zum Anschluss an eine externe Wechselspannungs-Ladespannungsquelle eingerichtet ist. Diese Wechselspannungs-Ladespannungsquelle kann eine (Wechselspannungs-)Ladestation sein. Der Wechselspannungsladeanschluss kann an den zweiten Anschluss angeschlossen sein. Sind sowohl Gleichspannungs- als auch Wechselspannungsladeanschluss vorgesehen, dann ist vorzugsweise ein Umschalter vorgesehen oder es sind Schalter vorgesehen, mit denen sich der eine Ladeanschluss zuschalten lässt, während der andere Ladeanschluss abgetrennt ist, und umgekehrt. In den genannten Fällen ist der Spannungswandler als Fahrzeugladewandler ausgestaltet und bietet somit die Möglichkeit, ausgehend von den Ladeanschlüssen oder dem Ladeanschluss eine Spannung zu wandeln, um diese am ersten Anschluss bereitzustellen, insbesondere zur Zuführung an den Akkumulator.
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Alternativ oder in Kombination hierzu kann der Spannungswandler auch als Wechselrichter ausgebildet sein. Bei der Kombination ergibt sich ein Spannungswandler, der sowohl als Fahrzeugladewandler als auch als Wechselrichter ausgebildet ist. Die jeweilige Ausbildung kann durch Bestimmung eines Betriebszustands ausgewählt werden. Ist der Spannungswandler als Wechselrichter ausgebildet, dann dient dieser zur Richtung einer Gleichspannung (im Sinne einer Gleichrichtung) die am ersten Anschluss anliegt, in eine Wechselspannung. Diese Wechselspannung kann eine einphasige Spannung sein, insbesondere mit einer Frequenz und einer Amplitude, die der Frequenzamplitude eines öffentlichen Versorgungsnetzes entspricht (beispielsweise 110 Volt, 120 Volt oder 230 Volt effektiv bei 50 oder 60 Hz). Das Fahrzeugbordnetz hat hierbei vorzugsweise einen Abgabe-Wechselspannungsanschluss). Dieser ist eingerichtet zum Anschluss einer externen Wechselstromlast, etwa einem entsprechenden Verbraucher. Der Abgabe-Wechselspannungsanschluss kann wie vorangehend beschrieben gemäß einer Norm ausgebildet sein. Der Abgabe-Wechselspannungsanschluss ist an dem zweiten Anschluss angeschlossen, vorzugweise schaltbar, oder ist an die dritte Phase bzw. die dritte H-Brücke angeschlossen, sowie an eine Phase des zweiten Anschlusses. Wenn der Abgabe-Wechselspannungsanschluss an den zweiten Anschluss angeschlossen ist, so ist dieser vorzugsweise schaltbar hiermit verbunden, um so wechselweise zumindest einen der Ladeanschlüsse oder den Abgabeanschluss zuzuschalten, sofern ein Ladeanschluss vorgesehen ist. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer Wechselspannung, wobei der Akkumulator die Energie hierzu bereitstellt, und der Wandler die entsprechende Wechselrichtung durchführt.
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Die Figur dient zur Erläuterung des hier beschriebenen Spannungswandlers sowie des hier beschriebenen Bordnetzes und der beschriebenen Schaltung.
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1 zeigt ein Fahrzeugbordnetz mit einem Akkumulator AB und einem nachgeschalteten Filter F. Der Filter dient zur Entfernung von Störsignalen aus dem Wandler W. Der Akkumulator AB ist vorzugsweise ein Traktionsakkumulator und kann insbesondere mit einer Nennspannung von mindestens 800 Volt, mindestens 850 oder 900 Volt ausgestaltet sein. Der Akkumulator AB ist (über den Filter F) an einen ersten Anschluss A1 des dargestellten Wandler W angeschlossen. Hierzu weist der erste Anschluss A1 ein negatives Potential - und ein positives Potential + auf. Der Wandler verfügt ferner über einen zweiten Anschluss A2 sowie in spezifischen Ausführungsformen über einen Phasenanschluss PA. An den zweiten Anschluss A2, der über ein positives Potential V+ und ein negatives Potential V-verfügt, ist ein Gleichspannungsladeanschluss DCIN angeschlossen. Dieser Anschluss verfügt über ein positives Potential DC+ und ein negatives Potential DC-.
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An den Wandler, insbesondere an den zweiten Anschluss A2, ist der (wandlerexterne) Gleichspannungsladeanschluss DCIN angeschlossen. Der zweite Anschluss A2 sowie die daran angeschlossene entsprechende Seite des Wandlers ist für eine Nennspannung von beispielsweise 400 Volt, 450 Volt oder 500 Volt ausgelegt, jedoch für eine Nennspannung oder Maximalspannung kleiner als die Nennspannung des ersten Anschlusses A1 bzw. des daran angeschlossenen Akkumulators AB. Der zweite Anschluss A2 und auch gegebenenfalls der Phasenanschluss PA sowie insbesondere die daran angeschlossenen Komponenten des Wandlers oder externe Komponenten sind gegenüber einem Massepotential isoliert, jedoch gemäß einer Isolationsauslegung kleiner als die Nennspannung des ersten Anschlusses A1. Um bei einem Fehler zu vermeiden, dass an dem zweiten Anschluss und den daran angeschlossenen Komponenten ein Potential gegenüber Masse vorliegt, welches größer ist als die Isolationsauslegung am zweiten Anschluss, kann ein Potentialversatz PV des zweiten Anschlusses gegenüber dem zweiten Anschluss vorgesehen werden. Dieses wird im Weiteren näher erläutert anhand der Beschreibung der Funktion des Wandlers.
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Der Wandler weist eine erste und eine zweite H-Brücke (Bezugszeichen P1 und P1) auf, die gleich aufgebaut sind. Jede H-Brücke weist hierbei zwei Halbbrücken auf, die mit 1H bzw. 2H gekennzeichnet sind. Die mit dem ersten Anschluss verbundene Halbbrücke 1H wird als erste Halbbrücke bezeichnet (der betreffenden H-Brücke) und die zweite Halbbrücke 2H als zweite Halbbrücke (der betreffenden H-Brücke). Die H-Brücken sind jeweils als einseitig offene Vollbrücken ausgestaltet, so dass nur die ersten Enden E1 der unterschiedlichen Halbbrücken der gleichen H-Brücke miteinander verbunden sind, nicht jedoch die zweiten Enden E2, E2' der beiden Halbbrücken 1H, 2H der jeweiligen H-Brücke.
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Eine der H-Brücken dient zur Einstellung des Soll-Potentialversatzes zwischen Potential - des ersten Anschlusses A1 gegenüber dem Potential V- des zweiten Anschlusses A2, wobei im dargestellten Beispiel dies die H-Brücke P2 ist, deren zweite Halbbrücke 2H mit dem negativen Potential V- des zweiten Anschlusses A2 verbunden ist. Diese wird auch als erste H-Brücke bezeichnet. Eine weitere der H-Brücken dient zur Einstellung der Sollspannung am ersten Anschluss A1 (d.h. zwischen den Potentialen + und -), wobei im dargestellten Beispiel dies die H-Brücke P1 ist, deren zweite Halbbrücke 2H mit dem positiven Potential V+ des zweiten Anschlusses A2 verbunden ist. Diese weitere H-Brücke wird auch als zweite H-Brücke bezeichnet.
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Die H-Brücke mit dem Bezugszeichen P1 umfasst vier Schalter 11 bis 14, die als Halbleiterschalter ausgebildet sind. Die erste Halbbrücke 1H dieser H-Brücke wird gebildet von den beiden Schaltern 13 und 14, die über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden sind. Auch die zweite Halbbrücke 2H dieser H-Brücke mit den Schaltern 11 und 12 weist einen Verbindungspunkt zwischen den beiden Schaltern 11 und 12 auf. Die beiden Verbindungspunkte der beiden Halbbrücken 1H, 2H sind über eine Arbeitsinduktivität L miteinander verbunden. Die ersten Enden E1 der beiden Halbbrücken dieser H-Brücke P1 sind miteinander verbunden. Hierbei sind die Schalter 13 und 12 miteinander verbunden. Die zweiten Enden E2, E2- der Halbbrücken 1H, 2H dieser H-Brücke sind nicht miteinander verbunden. Das zweite Ende E2- der zweiten Halbbrücke 2H der H-Brücke P1 ist mit dem zweiten Anschluss A2 verbunden, insbesondere mit dessen positiven Potential V+. Das zweite Ende E2 der ersten Halbbrücke 1H der H-Brücke P1 ist mit dem positiven Potential + des ersten Anschlusses A1 verbunden.
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Die H-Brücken P1 bis P3 sind ferner wie folgt untereinander verbunden: Die zweiten Enden (an der offenen Seite der dargestellten H-Brücke) der ersten Halbbrücken 1H sind untereinander verbunden und ferner mit dem positiven Potential + des ersten Anschlusses A1. Auch die ersten Enden E1 der Halbbrücken 1H, 2H der H-Brücken P1 bis P3 sind untereinander verbunden sowie mit dem negativen Potential - des ersten Anschlusses A1. Somit sind die ersten Halbbrücken 1H aller H-Brücken parallelgeschaltet und parallel an den ersten Anschluss A1 angeschlossen. Auch die ersten Enden der zweiten Halbbrücken (in P1: Bezugszeichen E1) sind untereinander verbunden, sowie mit dem negativen Potential - des ersten Anschlusses A1. Die zweiten Enden (in P1: Bezugszeichen E2') der zweiten Halbbrücken der H-Brücken sind jedoch nicht untereinander verbunden, sondern bilden individuelle Anschlüsse. Im dargestellten Fall ist das zweite Ende E2' der zweiten Halbbrücke 2H der H-Brücke P1 mit einem Potential V+ des zweiten Anschlusses verbunden, und das zweite Ende E2' der zweiten Halbbrücke der zweiten H-Brücke P2 ist mit einem anderen Potential des zweiten Anschlusses A2 verbunden (Bezugszeichen V-). In einem ersten Betriebsmodus, der auch als Lademodus bezeichnet werden kann, sind die beiden Potentiale des zweiten Anschlusses Gleichspannungspotentiale V+, V-. In einem zweiten Betriebsmodus, der auch als Antriebsmodus bezeichnet werden kann, werden an den Potentialen des zweiten Anschlusses A2 keine Gleichspannungspotentiale vorgesehen, sondern Wechselspannungspotentiale zum Antrieb einer Last, beispielsweise der elektrischen Maschine, wobei auch grundsätzlich andere Lasten mit Wechselspannung betrieben werden können. Die dargestellten H-Brücken P2 und P3 weisen jeweils ebenso vier Schalter auf, wobei die Bezugszeichen der Schalter, die die gleiche Verschaltung und die gleiche Funktion aufweisen, bis auf einen Versatz von +10 oder +20, gleich sind.
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Eine Steuereinheit C ist ansteuernd mit den Schaltern 11 bis 34 der H-Brücken verbunden. Ferner kann die Steuereinrichtung C auch mit den in 1 dargestellten weiteren Schaltern ansteuernd verbunden sein. In einem ersten Betriebsmodus wird wie mit dem gestrichelten Doppelpfeil M1 dargestellt, Leistung von dem zweiten Anschluss A2 an den ersten Anschluss A1 übertragen. Dies ist insbesondere der Fall beim Laden über den Gleichspannungsladeanschluss DCIN, bei Laden über einen Wechselspannungsladeanschluss ACIN sowie gegebenenfalls bei der Rekuperation, das heißt bei einer Leistungseinspeisung durch eine elektrische Maschine EM in den zweiten Anschluss A2 oder in den im weiteren beschriebenen Phasenanschluss PA. Die Steuereinheit C ist eingerichtet, die Schalter 11 bis 34 gemäß Tastverhältnissen anzusteuern, die dazu führen, dass am ersten Anschluss A1 eine Soll-Spannung V1 entsteht, ausgehend von der Spannung am zweiten Anschluss A2 bzw. am Phasenanschluss PA. Im Weiteren wird der Fall des Einspeisens einer Ladegleichspannung über den Anschluss DCIN und dessen Wandlung näher betrachtet.
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Wird am zweiten Anschluss A2 eine Spannung V2 angelegt, etwa über den Gleichspannungs-Ladeanschluss DCIN, dann können die H-Brücken P1 und P2 gemäß einem Soll-Potentialversatz PV und einer Soll-Spannung angesteuert werden. Die dritte H-Brücke P3 ist hierbei obsolet und wird, falls vorhanden, mit offenen Schaltern 31 bis 34 angesteuert. Der Potentialversatz PV liegt zwischen dem negativen Potential V- des zweiten Anschlusses A2 und dem negativen Potential - des ersten Anschlusses A1 vor. Die gewandelte und somit erzeugte Spannung wird am ersten Anschluss A1 abgegeben und wird gemäß der Soll-Spannung als Regelvorgabe erzeugt. Auch der Potentialversatz PV wird gemäß dem Soll-Potentialversatz erzeugt. In der Steuereinrichtung C können entsprechende Sollwerte vorliegen, oder die Steuereinrichtung C umfasst entsprechende Signaleingänge für diese Werte.
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Der Potentialversatz PV wird erzeugt durch getaktetes Schalten der H-Brücke P2. Hierbei werden die Schalter 24 und 23 (das heißt die im ersten Anschluss A1 zugewandten Schalter) gemäß einem Tastverhältnis TV1 angesteuert, insbesondere wechselweise. Für die erste Halbbrücke 1H der H-Brücke P2 ergibt sich somit ein Tastverhältnis TV1. In vergleichbarer Weise ergibt sich für die Schalter 21 und 22 der zweiten Halbbrücke 2H das Tastverhältnis TV2. Auch hier werden die beide Schalter der zweiten Halbbrücke 2H wechselweise angesteuert. Der Potentialversatz PV wird eingestellt anhand des Zusammenhangs:
- V1 = TV2/TV1 PV. Hierbei kann insbesondere das Tastverhältnis TV2, das heißt das Tastverhältnis der zweiten Halbbrücke 2H eingestellt werden, um den gewünschten Potentialversatz zu erreichen. Das Tastverhältnis TV1 kann sich nach dem Tastverhältnis TV3 der ersten Halbbrücke der H-Brücke P1 richten, wobei diese wiederum gemäß der Soll-Spannung eingestellt wird. Als freie Größe zur Einstellung des Potentialversatzes PV kann somit das Tastverhältnis TV2 dienen, während sich die Tastverhältnisse TV1 der H-Brücke P2 sowie die Tastverhältnisse TV3 und 4 der ersten und zweiten Halbbrücken 1H, 2H der H-Brücke P1 nach der Soll-Spannung richten können (und auch nach der eingespeisten Spannung V2).
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Für die H-Brücke P2 ergibt sich dadurch ein Übersetzungsverhältnis K1 = TV2/TV1. Die Spannung V1 ergibt sich dann durch den Zusammenhang K1 PV. Somit wird das Übersetzungsverhältnis K1 = V1/PV eingestellt, entsprechend dem Verhältnis der erzeugten Spannung V1 am ersten Anschluss A1 zu dem Soll-Potentialversatz PV. Für die H-Brücke P1 ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis K2 = TV4/TV3.
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Die Spannung über der ersten Halbbrücke 1H der H-Brücke P1 (Spannung zwischen E2 und E1) entspricht aufgrund der Parallelschaltung der Spannung über der ersten Halbbrücke 1H der H-Brücke P2 und entspricht ebenso der Spannung V1, da die ersten Halbbrücken 1H parallel mit dem ersten Anschluss P1 verbunden sind. Die Spannung über der zweiten Halbbrücke 2H der H-Brücke P1 (Spannung ES1) ergibt sich aus der Summe von V2 und der Spannung über der zweiten Halbbrücke 2H der H-Brücke P2 (d.h. der Spannung ES2). Hierbei entspricht die Spannung über der zweiten Halbbrücke 2H der H-Brücke P2 dem Soll-Potentialversatz PV. Das Übersetzungsverhältnis K2 der H-Brücke P1 entspricht dem Verhältnis des Tastverhältnisses in der zweiten Halbbrücke 2H der H-Brücke P1 zu dem Tastverhältnis der ersten Halbbrücke 1H der H-Brücke P1. Die Spannung V1 am ersten Anschluss A1 ergibt sich somit zu: K2 (V2 + PV), das heißt K2 multipliziert mit der Summe der Spannung V2 am zweiten Anschluss A2 und dem Potentialversatz PV.
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Es ergeben sich folgende Zusammenhänge: V2 = K1 K2 V2/(K1-K2). Da PV = V1/K1 ist, ergibt sich für das Übersetzungsverhältnis K2:
- K2 = ([V1/PV] V1) / (V1 + [V1 V2/PV]) mit PV = Spannung über der zweiten Halbbrücke 2H der H-Brücke P2, das heißt der H-Brücke, deren offenes Ende an der Seite des zweiten Anschlusses mit V- des zweiten Anschlusses A2 verbunden ist. Diese Spannung entspricht dem Potentialversatz PV.
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Wenn daher der Potentialversatz PV angegeben ist, dann kann dadurch das Übersetzungsverhältnis K1 festgelegt werden. Liegt dieses fest, ergibt sich daraus - unter Berücksichtigung der Sollspannung V1, das Übersetzungsverhältnis K2.
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Im Folgenden wird ein Rechenbeispiel zur näheren Erläuterung des Betriebs des Wandlers angegeben:
- Soll der Potentialversatz PV etwa 300 Volt betragen, und beträgt die Spannung V2 (Eingangsspannung, Istspannung am Anschluss V2) 400 Volt, während die Soll-Spannung V1 gleich 800 Volt betragen soll (Ausgangsspannung, gewandelte Sollspannung am Anschluss V1), dann ist K1 = 2,67 (K1 = V1/PV = 800 V / 300 V).
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Hierbei kann beispielsweise das Tastverhältnis TV2 den Wert 0,7 haben und das Tastverhältnis TV1 den Wert 0,262. TV1 ist hierbei das Tastverhältnis der zweiten Halbbrücke 2H der H-Brücke P2, vergleiche Schalter 21 und 22, während TV1 das Tastverhältnis der ersten Halbbrücke 1H der H-Brücke P2 ist, siehe Schalter 23 und 24. Diese Tastverhältnisse TV1, TV2 beziehen sich auf die H-Brücke P2, das heißt auf diejenige, deren zweite Halbbrücke 2H mit dem negativen Potential V- des zweiten Anschlusses A2 verbunden ist.
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K2 ergibt sich zu 1,143 (= 800 V / 300 V/ (800 Volt + ([800 V / 300 V] 400 Volt)). K2 kann auch einfacher berechnet werden durch das Verhältnis:
- K2 = (V1 / PV) / (1 + V2/PV). Das Tastverhältnis TV3, das heißt das Tastverhältnis der ersten Halbbrücke 1H des Wandlers P1 kann somit beispielsweise 0,4 betragen, wodurch sich ein Tastverhältnis TV4 (Tastverhältnis der zweiten Halbbrücke 2H der H-Brücke P1) ergibt zu TV4 = 1,143 0,4 = 0,457. Das Übersetzungsverhältnis K2 und somit die Tastverhältnisse TV3 und TV4 beziehen sich auf die H-Brücke P1 und somit auf diejenige H-Brücke, welche mit dem positiven Potential V+ des zweiten Anschlusses A2 verbunden ist.
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Die vorangehend erwähnte Einstellung des Potentialversatzes PV und der Soll-Spannung V1 ergibt sich bei einem Leistungsfluss in Richtung M1, das heißt in einem ersten Betriebsmodus, der beispielsweise ein Ladebetriebsmodus sein kann.
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Ein Leistungsfluss M2, entgegengesetzt zum Leistungsfluss im Ladebetrieb (vgl. M1), ergibt sich im Fahrbetrieb. Hierbei wird die Spannung V1 von den drei H-Brücken P1-P3 ein einem dreiphasigen Wechselstrom an den Phasenanschluss PA gewandelt (im Sinne eines Stromrichters), um so eine an den Wandler W anschließbare elektrische Maschine EM betreiben zu können. Im dargestellten Bordnetz ist die elektrische Maschine EM über eine (mehrphasige) Seriell-Schaltereinrichtung S seriell angeschlossen. Ist sie Seriell-Schaltereinrichtung S geschlossen, dann ist die elektrische Maschine EM an den Wandler W angeschlossen. Ist sie offen, etwa im Lademodus, dann ist die elektrische Maschine nicht an den Phasenanschluss PA bzw. an den zweiten Anschluss A2 angeschlossen.
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Ein Direktlademodus ist über den Überbrückungsschalter TS möglich, wobei dieser den Gleichspannungs-Ladeanschluss DCIN direkt mit dem Akkumulator AB verbindet. In diesem Fall sind die Schalter 11 bis 34 vorzugsweise offen; der Wandler ist inaktiv. Eine weitere Möglichkeit ist das Laden durch Wechselstrom. Hierzu kann ein Wechselstromanschluss ACIN vorgesehen sein, der die Phasenanschlüsse L1-L3 aufweist. Dieser ist an die einzelnen Phasen des Phasenanschlusses PA angeschlossen. Über den Anschluss ACIN kann so eine dreiphasige Ladespannung angelegt werden, die von dem Wandler W gleichgerichtet wird, wobei der Wandler W gleichzeitig die Ausgangsspannung V1 an eine Soll-Ladespannung des Akkumulators AB anpassen kann.
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Beim Laden über die Anschlüsse DCIN oder ACIN ergibt sich wie erwähnt ein Leistungsfluss M1, der zum ersten Anschluss V2 hinweist. Jedoch können auch im Rückspeisemodi ein umgekehrter Leistungsfluss M2 vorgesehen sein. In einem Gleichspannungs-Rückspeisemodus kann die Spannung V1 (etwa ausgehend vom anschließbaren Akkumulator AB) von dem Wandler W gewandelt werden in eine entsprechende Spannung V2. Hierzu werden die H-Brücken P1 und P2 verwendet. Die H-Brücken und insbesondere die Steuereinrichtung C können eingerichtet sein, eine Soll-Rückspeisespannung durch Einstellen der Tastverhältnisse TV1-TV4 am Anschluss DCIN einzustellen. In gleicher Weise kann auch eine Rückspeisung in das Wechselstromnetz vorgesehen werden. In einem Wechselstrom-Rückspeisemodus wird die Spannung V1 von dem Wandler W dreiphasig umgewandelt in eine dreiphasige Wechselspannung zur Abgabe am Anschluss ACIN. Die Steuereinrichtung C kann hierbei eingerichtet sein, sowohl die Amplitude als auch die Frequenz und die Phasenlage gemäß Vorgaben einzustellen. In 1 ist ein dreiphasiger Anschluss ACIN dargestellt, wobei jedoch auch ein einphasiger Anschluss vorgesehen sein kann, der beispielsweise nur mit den Potentialen des Anschlusses A2 verbunden ist, beispielsweise mit einem Phasenanschluss L1 und einem Neutralleiteranschluss N. L3 fällt hierbei weg.
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Ein weiterer Aspekt ist das Speisen einer externen Last ausgehend von dem Akkumulator AB. Hierbei wird von den H-Brücken P2 und P3 eine Wechselspannung ausgehend von der Spannung V1 (am ersten Anschluss A1) erzeugt, und an einem Abgabe-Wechselspannungsanschluss ACOUT abgegeben. Dieser ist wie dargestellt zweiphasig. Er kann wie eine herkömmliche Haushaltssteckdose ausgebildet sein, um eine externe Last zu betreiben. Es ist zu erkennen, dass der Abgabe-Wechselspannungsanschluss ACOUT mit dem H-Brücken P2 und P3 verbunden ist, während der Anschluss ACIN mit den H-Brücken P1 und P2 verbunden ist. Somit kann allgemein der Gleichspannungs-Ladeanschluss mit einem erste Paar H-Brücken verbunden sein, und der Abgabe-Wechselspannungsanschluss ACOUT mit einem zweiten Paar H-Brücken verbunden sein. Diese Paare sind unterschiedlich und haben entweder keine gemeinsame H-Brücke oder nur eine, jedoch nicht zwei gemeinsame H-Brücken. Auf diese Weise kann gleichzeitig über DCIN mit Gleichspannung geladen werden, während an ACOUT eine externe Last betrieben werden kann, da über die unterschiedlichen Paare auch unterschiedliche Betriebsweisen und unterschiedliche Spannungen der H-Brücken möglich sind. Die Steuerung C ist dafür eingerichtet.
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In der 1 ist ein erster Trennschalter bzw. Überbrückungsschalter TS1 dargestellt, mit dem sich, wie symbolhaft dargestellt, der Gleichspannungs-Ladeanschluss DCIN schaltbar direkt mit dem Akkumulator AB verbinden lässt (oder mit einem Anschluss hierfür). Es ergibt sich eine schaltbare Überbrückungsverbindung BP („Bypass“), mittels der schaltbar der Wandler W überbrückt werden kann. Weitere Trennschalter können zwischen dem Gleichspannungsanschluss DCIN und dem zweiten Anschluss A2 vorgesehen werden in Form der Trennschalter T2 (zur allpoligen Abschaltung von DC-, DC+). Ferner können Trennschalter TS3 vorgesehen werden, über die die einzelnen Phasenanschlüsse des Wechselspannungsanschlusses ACIN mit dem Wandler W verbunden sind. Die Schalter TS2 und TS3 können insbesondere bei Auftreten eines Fehlers geöffnet werden, um vor gefährlichen Berührspannungen zu schützen.
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Ausführungsformen des Wandlers können wie folgt beschrieben werden:
- Ein Fahrzeug-Spannungswandler W weist mehrere H-Brücken (Bezugszeichen 11 - 34; P1 - P3) auf, deren Halbbrücken (1H, 2H) nur an einer Seite (1: unten an V-, -) miteinander verbunden sind, während die offene (1: obere Seite V+, +) dazu dient, über zwei Anschlüsse A1, A2 Netzweige unterschiedlicher Spannung anzuschließen. Während an einem der Anschlüsse (erster Anschluss A1) die Halbbrücken 1H untereinander parallel verbunden sind, dienen die Enden der Halbbrücken 2H an dem anderen (zweiten) Anschluss A2 zur Anbindung unterschiedlicher Potentiale V-, V+ des Anschlusses. Eine der H-Brücken P2 kann daher so betrieben werden, dass sich ein gewünschter Soll-Potentialversatz zwischen einem Potential - des einen Anschlusses A1 und einem Potential V- des anderen Anschlusses A2 einstellt, während eine andere H-Brücke P1 (hinsichtlich des Potentials über der H-Brücke P2) eingestellt so eingestellt werden kann, dass sich eine gewünschte Soll-Spannung V2 zwischen dem genannten Potential V- des anderen Anschlusses A2 und dem weiteren Potential V+ ergibt. Der Potentialversatz PV und die Soll-Spannung V2 können getrennt voneinander eingestellt werden. Die Spannung am erstgenannten Anschluss A1 ist eine Eingangsspannung. Die Spannung V2 am anderen (zweiten) Anschluss A2 ist eine Ausgangsspannung des Wandlers.
