DE102021207900A1 - Stromzufuhrvorrichtung mit magnetischer Kopplung - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Stromzufuhrvorrichtung (302) für einen elektrischen Katalysator (103), beschrieben, aufweisend einen Katalysatoranschluss (303); einen Eingangsspannungsanschluss (301), eine Schalteinrichtung; (503); eine Steuereinrichtung (304), wobei der Katalysatoranschluss (303) zum Anschließen des elektrischen Katalysators (103) eingerichtet ist;dadurch gekennzeichnet, dassder Katalysatoranschluss (303) und der Eingangsspannungsanschluss (301) magnetisch gekoppelt sind, die Steuereinrichtung (304) eingerichtet ist, die Schalteinrichtung (503) mit einer PWM so zu schalten, dass an dem Katalysatoranschluss (303) eine vorgebbare Leistung bereitgestellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft das technische Gebiet von Transportsystemen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Stromzufuhrvorrichtung für einen elektrischen Katalysator, ein Verfahren zum Betreiben einer Stromzufuhrvorrichtung für einen elektrischen Katalysator und ein Transportmittel.
  • Die Reduktion der Abgase in Verbrennungsmotoren hat eine hohe Priorität. Immer neue Vorgaben mit strengen Richtwerten werden von dem Gesetzgeber eingeführt. Um diese Emissionsstandards zu erfüllen, werden immer mehr Verbrennungsmotoren mit einem elektrisch beheizbaren Katalysator (e-CAT) ausgerüstet. Der Leistungsbedarf eines solchen Katalysators beträgt typisch bis 5kW für 30 Sekunden. Die meisten e-CAT Ausführungen sehen eine Speisung durch ein 48V DC Netz vor, wie es beispielsweise in Mild Hybrid Electric Vehicle (mHEV) Fahrzeugen anzutreffen ist. Für einen Anschluss an das 12V Netz sind die benötigten Ströme zu groß.
  • Die Druckschrift US 2014/000245 A1 offenbart eine Steuervorrichtung für ein Hybrid Fahrzeug.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen effektiven Anschluss für einen e-CAT zu schaffen.
  • Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Stromzufuhrvorrichtung für einen elektrischen Katalysator, insbesondere einen elektrisch beheizbaren Katalysator, angegeben, aufweisend einen Katalysatoranschluss, einen Eingangsspannungsanschluss, eine Schalteinrichtung und eine Steuereinrichtung, wobei der Katalysatoranschluss zum Anschließen des elektrischen Katalysators eingerichtet ist.
  • Die Aufgabe ist mit der Stromzufuhrvorrichtung dadurch gelöst, dass der Katalysatoranschluss und der Eingangsspannungsanschluss magnetisch gekoppelt sind und die Steuereinrichtung eingerichtet ist, die Schalteinrichtung mit einer PWM so zu schalten, dass an dem Katalysatoranschluss eine vorgebbare Leistung bereitgestellt wird.
  • Mittels der Stromzufuhrvorrichtung lässt sich eine kostenoptimierte elektrische Energieversorgung für einen beheizbaren Katalysator eines Verbrennungsmotors unter Ausnutzung einer vorhandenen High Voltage (HV) Batterie in einem Plug-in-Hybrid Fahrzeug und/oder in einem Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV) sowie einem Hybrid Electric Vehicle (HEV) Fahrzeugen schaffen.
  • Durch die Nutzung einer sehr hohen Spannung mögen sich elektrische Verluste auf der Zuleitung einerseits vermeiden lassen, die bei einer niedrigen Speisung von 12V entstehen könnten, andererseits lassen sich aber auch starke Auswirkung auf die Spannungsqualität im 12V Bordnetz vermeiden, welches auch für die abgesicherte Versorgung sicherheitsrelevanter Controller verwendet wird und daher nicht durch zu starke Leistungsentnahme überlastet werden soll.
  • Es mag aber auch sinnvoll sein, den e-CAT von 48V DC zu speisen und es ist gefordert, eine kostengünstige Realisierung für diese Anforderung zu identifizieren. Dies könnte aber im Fall eines PHEV und HEV bedeuten, dass eine weitere Spannungsebene eingeführt werden müsste und ein weiterer DC/DC Wandler in das Stromversorgungsnetz eingebaut werden muss. Die Zusatzkosten für einen solchen „standalone“ DC/DC Wandler mit eigenem Gehäuse und Kühlung könnte zu hohen Mehrkosten führen, die einem Käufer in Rechnung gestellt werden müssten und diesen ggf. von der Kaufentscheidung abbringen könnte.
  • Selbst wenn die Stromversorgung des eCAT in eine bestehende Leistungselektronik integriert werden könnte, beispielsweise in die On-Board-Charging Einheit (OBC) und/oder in den DC-DC-Wandler (DCDC) könnten signifikante Mehrkosten erreicht werden. Zudem könnte sich die Anzahl benötigter OBC/DCDC Varianten und/oder OBC/DCDC Kombinationen erhöhen, welche die Wiederverwendbarkeit von Komponenten zwischen der BEV und PHEV Plattform erschweren würde.
  • Die erfindungsgemäße Stromzufuhrvorrichtung zeigt in einem Beispiel einen Implementierungsvorschlag für eine kostenoptimierte elektrische Speisung eines beheizbaren Katalysators (e-CAT) mit galvanischer Trennung. Die Stromzufuhrvorrichtung ist zur Verwendung in PHEVs (Plug-In Electric Vehicles) mit einer HV DC Batterie oder mHEVs (mild Hybrid Vehicles) mit einer 48V Batterie geeignet.
  • Durch die Nutzung der vorhandenen HV DC Spannungsebene und/oder der vorhandenen 48V DC Ebene mag vermieden werden, dass eine zusätzliche 48V DC Spannungsebene in PHEV und HEV Fahrzeugen vorgesehen werden muss, welche eine solche 48V Spannungsebene zwischen der HV DC Spannungsebene nicht mehr vorsehen.
  • Vor der Einführung von mild Hybrid (mHEV) Systemen hat sich eine Zweiteilung des elektrischen Bordnetzes wegen der kostengünstigen 12V Lösungen nicht durchgesetzt. Bis in den Mittelklassebereich der Fahrzeuge war eine weitere Spannungsebene, bei kommerzieller Betrachtung nicht sinnvoll einzuführen. Allerdings sehen heute mHEVs eine 12V und eine 48V Spannungsebene vor, jedoch keine HV DC Spannungsebene.
  • Es wird die Tatsache ausgenutzt, dass es sich insbesondere bei der Katalysatorheizung des e-CAT um eine Anwendung handelt, die lediglich einen adäquaten Spannungseffektivwert benötigt. Die Art der Spannung, d.h. Gleichspannung (DC) oder Wechselspannung (AC) aber auch die Frequenz sowie der Oberwellengehalt, sind wenig relevant für den Betrieb eines e-CAT und insbesondere für den Betrieb der Katalysatorheizung des e-CAT.
  • Es wird also für den gewöhnlichen Betrieb der Katalysatorheizung keine hochpräzise geregelte Spannung benötigt, wie sie von einem DC/DC Wandler bereitgestellt wird. In anderen Worten ist der e-CAT, insbesondere die Katalysatorheizung des eCATs, sehr tolerant und es kann auf einen DC/DC Wandler verzichtet werden.
  • Der elektrisch geheizte Katalysator oder e-CAT wird für die Abgasreinigung eingesetzt und muss dafür mit einer in dem e-CAT vorgesehenen Katalysatorheizung geheizt werden. Die elektrische Katalysatorheizung sorgt für eine schnelle Betriebsbereitschaft eines eingebauten Verbrennungsmotors (Internal Combustion Engine, ICE).
  • Die Leistungsaufnahme der Katalysator kann 5kW peak und darüber betragen.
  • Der elektrisch geheizte Katalysator ist für einen unterbrochenen Betrieb geeignet oder für den Neustart eines Verbrennungsmotors eines PHEV (PHEV-ICE) nach einem elektrischen Fahrzyklus. Dabei übernimmt eine Steuereinrichtung oder eine Electronic Control Unit (ECU) das Ein- und Ausschalten. Der e-CAT kann auch direkt mit 48V arbeiten.
  • Für die 12V Spannungsebene mag der e-CAT jedoch ein zu volatiles Verhalten aufweisen und eine zu hohe Stromlast darstellen, so dass ein Betrieb an 12V im Wesentlichen nicht vorgesehen ist.
  • Auch ist der e-CAT aufgrund seiner elektrischen Impedanz-Eigenschaften nicht für den Betrieb an einer wechselnden Hochspannung, eines typischen PHEV geeignet, die beispielsweise in dem Bereich 225V bis 420V variiert.
  • Seine Sicherheits-, Zuverlässigkeits- und Isolations-Eigenschaften mögen auch keinen direkten und nicht überwachten Anschluss an das isolierte HV Netz zulassen.
  • Die Katalysatorheizung und somit auch der e-CAT ist elektrisch potenzialfrei und/oder elektrisch von einem Bezugspotenzial isoliert ausgeführt. Auf eine direkte Speisung des e-CAT aus der HVDC mag aus Sicherheits- und Eigendiagnosegründen verzichtet werden. Dazu wird die Versorgung durch eine einfach generierte potenzialfreie low voltage AC-Spannung möglich, welche ebenso wie die DC 48V Spannung im Wesentlichen noch keine besonderen Sicherheitsanforderungen bedingt
  • Die Vermeidung einer weiteren Spannungsebene mag einen zu starken Anstieg der Anzahl der Bauteile und damit auch der Kosten und des Gewichtes bei der Einführung des e-CAT vermeiden und außerdem kann der Packagebedarf bei PHEV und HEV Fahrzeugen vermieden werden.
  • Insbesondere bei PHEV machen sich wirtschaftliche Vorteile bei Anwendung der Erfindung bemerkbar, da zusätzliche Bauelemente für eine dritte Spanungsebene neben der bereits vorhandenen 12V Spannungsebene und HV Spannungsebene, beispielsweise 400V, in PHEV Fahrzeugen vermieden werden: Dies kann zu Kosteneinsparungen und Gewichtseinsparung im Bereich zwischen 0,3 und 1,5 kg führen, sowie zu einem geringen Packagebedarf von. 1 -3 Liter.
  • Mittels der Stromzufuhrvorrichtung mag sich eine anpassbare Leistungszuführung für unempfindliche Impedanzen über eine magnetische Kopplung schaffen lassen.
  • In einem Beispiel ist der Katalysatoranschluss gegenüber einem Bezugspotenzial isoliert angeordnet.
  • Die Stromzufuhrvorrichtung mag ausgebildet sein, transiente Unterspannungen dadurch zu kompensieren, dass sie einen volatilen elektrischen Laststrom in eine zusätzliche Speisespannung überführt. In anderen Worten, mag die Stromzufuhrvorrichtung die Eingangsspannung messen und daraus Steuervorschriften, beispielsweise in der Form von einem angepassten Duty Cycle einer PWM, ableiten, um den Katalysatoranschluss zu überwachen und sicherzustellen, dass an dem Katalysatoranschluss die vorgebbare Leistung bereitgestellt werden kann. So kann auch die Heizleistung für die Heizung des e-CAT überwacht werden indem die Eingangsleistung überwacht wird.
  • Vorteilhafterweise ist die Steuereinrichtung zum Bereitstellen der vorgebbaren Leistung an dem Katalysatoranschluss dazu eingerichtet, eine Eingangsspannung und/oder Eingangsleistung zu messen, welche am Eingangsspannungsanschluss anliegt und einen Duty Cycle der PWM in Abhängigkeit von der an dem Eingangsspannungsanschluss, insbesondere dem Hochspannungsanschluss, anliegenden Spannung zu schalten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die an dem Katalysatoranschluss bereitgestellte vorgebbare Leistung im Wesentlichen aus dem Bereich von 3kW peak bis 5kW peak gewählt.
  • Hierbei handelt es sich um die typische Leistungsaufnahme eines geheizten e-CAT.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Katalysatoranschluss gegenüber einem Bezugspotenzial isoliert angeordnet.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Eingangsspannungsanschluss zum Anschluss an einer Spannung eingerichtet, welche in einem Spannungsbereich liegt, der ausgewählt ist, aus der Gruppe der Spannungsbereiche bestehend aus 48V, größer oder gleich 48V, größer oder gleich 200V, 200V - 400V, die Grenzwerte einschließend, 225V - 420V, die Grenzwerte einschließend, 200V - 800V, die Grenzwerte einschließend, 400V - 800V, die Grenzwerte einschließend.
  • Hierdurch mögen die Spannungsbereiche der verschiedenen in den Fahrzeugklassen PHEV, HEV und mHEV vorgesehenen Spannungsebenen abgedeckt sein, ohne eine neue Spannungsebene einführen zu müssen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Schalteinrichtung einen IGBT Halbleiterschalter auf.
  • IGBTs können sehr hohe Stromlasten schalten.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Eingangsspannungsanschluss zumindest ein Filter auf.
  • Das Filter kann helfen EMV Vorgaben einzuhalten.
  • Es kann auch eine Sicherung vorhanden sein, welche für einen Schutz vor zu hohen Stromaufnahmen nützt. Ferner kann noch ein Schutz Schaltkreis vorhanden sein, der ein Schalten eines Kurzschlusses verhindern kann.
  • Gemäß noch einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Stromzufuhrvorrichtung für einen elektrischen Katalysator angegeben, aufweisend das Messen einer Spannung an einem Eingangsspannungsanschluss der Stromzufuhrvorrichtung.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verfahren ein Schalten einer Schalteinrichtung der Stromzufuhrvorrichtung mit einer PWM so schaltet, dass an dem Katalysatoranschluss eine vorgebbare Leistung bereitgestellt wird.
  • Gemäß noch einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Programmelement bereitgestellt, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, das Verfahren zum Betreiben einer Stromzufuhrvorrichtung für einen elektrischen Katalysator ausführt.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein computerlesbares Speichermedium bereitgestellt, in dem ein Programm gespeichert ist, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, das Verfahren zum Betreiben einer Stromzufuhrvorrichtung für einen elektrischen Katalysator ausführt.
  • Als ein computerlesbares Speichermedium mag eine Floppy Disc, eine Festplatte, ein USB (Universal Serial Bus) Speichergerät, ein RAM (Random Access Memory), ein ROM (Read Only Memory) oder ein EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) genutzt werden. Als Speichermedium kann auch ein ASIC (application-specific integrated circuit) oder ein FPGA (field-programmable gate array) genutzt werden sowie eine SSD (Solid-State-Drive) Technologie oder ein Flash-basiertes Speichermedium. Ebenso kann als Speichermedium ein Web-Server oder eine Cloud genutzt werden. Als ein computerlesbares Speichermedium mag auch ein Kommunikationsnetz angesehen werden, wie zum Beispiel das Internet, welches das Herunterladen eines Programmcodes zulassen mag. Es kann eine funkbasierte Netzwerktechnologie und/oder eine kabelgebundene Netzwerktechnologie genutzt werden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Transportmittel mit einer Stromzufuhrvorrichtung angegeben.
  • Das Transportmittel kann jede Art eines Fortbewegungsmittels sein, beispielsweise ein KFZ, ein LKW oder ein anderes Nutzfahrzeug, aber auch ein Motorrad, Schiff, Flugzeug und/oder Motorsegelflugzeug.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Blockschaltbild für den Anschluss eines e-CAT an eine 48V Batterie in einem Mild Hybrid Electric Vehicle zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ein Blockschaltbild für den Anschluss eines e-CAT an eine HV Batterie in einem Plug-In Electric Vehicles zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
    • 3 ein Blockschaltbild für den Anschluss eines e-CAT an eine 48V Batterie in einem Mild Hybrid Electric Vehicle mittels anpassbarer Stromzufuhrvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 4 ein Blockschaltbild für den Anschluss eines e-CAT an eine HV Batterie in einem Plug-In Electric Vehicles mittels anpassbarer Stromzufuhrvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 5 ein Blockschaltbild einer magnetischen Koppeleinrichtung der anpassbaren Stromzufuhrvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 6 ein Block-Ersatzschaltbild einer magnetischen Koppeleinrichtung der anpassbaren Stromzufuhrvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 7 ein Messdiagramm einer PWM und der davon abhängigen Größen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 8 ein Messdiagramm einer PWM und der Leistungsgrößen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 9 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben einer Stromzufuhrvorrichtung für einen elektrischen Katalysator gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild für den Anschluss eines e-CAT an eine 48V Batterie in einem Mild Hybrid Electric Vehicle zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
  • In dieser Topologie für einen mHEV ist die 48V Batterie 101 über die LV 48V DC Leitung 105 und über die LV Ground Leitung 106 mit einem Treiber „CHCU“ (Catalyst Heating and Control Unit) 48V to Pow 102 verbunden. Dieser sorgt dafür, dass eine Versorgung des e-CAT 103 ermöglicht wird. Die ECM 104 steuert den Treiber „CHCU“ 48V to Pow 102 so, dass die Versorgung des e-CAT 103 ermöglicht wird.
  • 2 zeigt ein Blockschaltbild für den Anschluss eines e-CAT an eine HV Batterie in einem Plug-In Hybrid Electric Vehicle zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
  • Statt der 48V Batterie 101, welche in dem Design eines PHEV nicht vorgesehen ist, nutzt dieser eine Kombination aus einer HV Batterie 201a und einem DC/DC Wandler 201b, welcher die HV Spannung, beispielsweise 400V auf die 48V Eingangsspannung des Treibers „CHCU“ 48V to Pow 102 umsetzt. Zwischen der HV Batterie 201a und dem DC/DC Wandler 201b ist ein Anschluss mittels positiver HV DC Hochspannungs-Gleichstrom Leitung 202a und negativer HV DC Hochspannungs-Gleichstrom Leitung 202b vorgesehen.
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild für den Anschluss eines e-CAT 103 an eine 48V Batterie 101 in einem Mild Hybrid Electric Vehicle mittels anpassbarer Stromzufuhrvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Im Vergleich zu der Topologie aus 1 wird hier die Stromzufuhrvorrichtung 302 oder die Leistungszufuhrvorrichtung 302 genutzt, welche von der Steuereinrichtung 304 oder ECM 304 gesteuert wird, um die 48V der 48V Batterie 101 auf den e-CAT 103 zu übertragen. Die Übertragung erfolgt über die e-Cat Feed-Leitungen 305, welche eine Belastung von 48 V aushalten und ein separates Bezugspotenzial oder eine separate GND oder Erde aufweisen kann. Das Bezugspotenzial 306 für die Stromzufuhrvorrichtung 302 ist mit der LV Ground Leitung 106 verbunden.
  • 4 zeigt ein Blockschaltbild für den Anschluss eines e-CAT an eine HV Batterie in einem Plug-In Electric Vehicles mittels anpassbarer Stromzufuhrvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Die anpassbarer Stromzufuhrvorrichtung 302 kann direkt über den Eingangsspannungsanschluss 301 mit der HV Batterie 201a und über den Katalysatoranschluss 303 mit dem e-CAT 103 mittels der e-Cat Feed-Leitungen 305 verbunden werden.
  • 5 zeigt ein Blockschaltbild einer magnetische Koppeleinrichtung 501 der anpassbaren Stromzufuhrvorrichtung 302 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der magnetischen Koppeleinrichtung 501 handelt es sich im Wesentlichen um einen Transformator mit einer Primärspule 501 a mit der Windungszahl w1 und die Sekundärspule 501 b mit der Windungszahl w2.
  • Die Primärspule 501a bildet den Eingangsspannungsanschluss 301, die Sekundärspule 501b bildet im Wesentlichen den Katalysatoranschluss 303. In den Eingangsspannungsanschluss 301 fließt der Strom I1 (t) und in den Katalysatoranschluss fließt der Strom i2(t).
  • Als Last, die den e-CAT 103 repräsentiert, ist der Widerstand Rkat 103a und die Diode 103b dargestellt.
  • An dem Eingangsspannungsanschluss 301 ist auch das Filter 502 und die Schalteinrichtung 503 vorgesehen, die beispielsweise als FET oder IGBT realisiert ist und von der in 5 nicht dargestellten Steuereinrichtung 104 gesteuert wird. Das Filter dient dazu die durch die PWM erzeugten Oberwellen zu eliminieren und die EMV Verträglichkeit sicherzustellen.
  • An dem Eingangsspannungsanschluss 301 ist auch eine der beiden Spannungsquellen der jeweils in der entsprechenden Fahrzeugtopologie verfügbaren Spannungsebene vorgesehen, beispielsweise die 48V Batterie 101 oder die HV Batterie 201a.
  • Sollte der Ladestrom i1 von 0 starten kann noch eine Streuinduktivität vorgesehen sein, um die Anstiegsgeschwindigkeit zu limitieren.
  • Um die Heizleistung des e-CAT 103 zu steuern wird die Eingangsleistung gesteuert. Dabei wird die Eingangsspannung gemessen, um die Sekundärseite zu überwachen.
  • Die anpassbare Stromzufuhrvorrichtung 302 für den elektrischen Katalysator 103 weist den Katalysatoranschluss 303, den Eingangsspannungsanschluss 301, Schalteinrichtung; 503 und die Steuereinrichtung 304 auf, wobei der Katalysatoranschluss 303 zum Anschließen des elektrischen Katalysators 103 eingerichtet ist.
  • Der Katalysatoranschluss 303 und der Eingangsspannungsanschluss 301 sind mittels der magnetische Koppeleinrichtung 501 magnetisch gekoppelt und die Steuereinrichtung 304 ist eingerichtet, die Schalteinrichtung 503 mit einer PWM so zu schalten, dass an dem Katalysatoranschluss 303 eine vorgebbare Leistung bereitgestellt wird.
  • 6 zeigt ein Block-Ersatzschaltbild einer magnetische Koppeleinrichtung 501 der anpassbarer Stromzufuhrvorrichtung 302 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Hierin stimmen die Komponenten im Wesentlichen mit den Komponenten der 5 überein. Zusätzlich sind noch die Leitungswiderstände R1 und R2 und die Streuinduktivitäten L1σ und L2σ für die Primär- bzw. die Sekundärseite.
  • Zur Vereinfachung kann von einer 100%- oder vollständigen Kopplung ausgegangen werden. Dann fallen die Streuinduktivitäten L1σund L2σ weg.
  • 7 zeigt ein Messdiagramm einer PWM und der davon abhängigen Größen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorlegenden Erfindung.
  • Es sind die Anregung der PWM als u1(t) 701 in V, der Primärstrom i1(t) 702 in A der Sekundärstrom i2(t) 703 in A sowie die magnetische Energie 704 in Ws dargestellt.
  • An der Abszisse ist die Zeit in s und an der Ordinate ist die Spannung in V angetragen.
  • An der Breite der Pulse der Anregung der PWM u1 (t) 701 ist zu sehen, dass eine Anpassung der Pulsbreite erfolgt.
  • Zu Beginn steigt der Primärstrom i1 (t) 702 von 0 an, beginnt jedoch in den späteren Verläufen sprunghaft auf einem Sockelwert, von dem aus ein linearer Anstieg erfolgt.
  • 8 zeigt ein Messdiagramm der zugehörigen Leistungsgrößen der PWM Anregung nach 7 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorlegenden Erfindung.
  • Es wird er Energieeintrag Ekat 801 in den Katalysator in Ws gezeigt, die Leistung p1(t) 802 auf der Primärseite in W und der Leistungseintrag pkat(t) 803 in den Katalysator 103.
  • Die Abszisse ist die Zeit in s, die linke Ordinate ist auf eine Energie in Ws und die rechte Ordinate ist auf eine Leistung in W normiert.
  • Es ist zu erkennen, dass nach einer ungefähren Zeit von 67ms, wie in dem Zeitintervall 804 dargestellt ist, die Leistung 3,3kW an den Katalysator 103 übertragen ist. Dies lässt sich aus der bei Energieintervall 805 dargestellten Energie von ca 226Ws über die 67ms als die durchschnittlich an den Katalysator e-CAT 103 übertragene Leistung von 3,3kW berechnen.
  • Hierbei wurde ein L2 von 0,2 H und ein w1/w2 Windungsverhältnis von 3 angenommen.
  • 9 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben einer Stromzufuhrvorrichtung 302 für einen elektrischen Katalysator 103 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Das Verfahren beginnt in dem Idle Zustand S901. Im Zustand S902 erfolgt ein Messen einer Spannung an einem Eingangsspannungsanschluss der Stromzufuhrvorrichtung.
  • In Zustand S903 erfolgt ein Schalten einer Schalteinrichtung der Stromzufuhrvorrichtung mit einer PWM so, dass an dem Katalysatoranschluss eine vorgebbare Leistung bereitgestellt wird.
  • Im Zustand S904 endet das Verfahren.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 101
    48V Batterie
    102
    Treiber
    103
    e-CAT
    103a
    Widerstand Rkat
    103b
    Diode
    104
    ECM
    105
    LV 48V DC Leitung
    106
    LV Ground Leitung
    201a
    HV Batterie
    201b
    DC/DC Wandler
    202a
    positiver HV DC Hochspannungs-Gleichstrom Leitung
    202b
    negativer HV DC Hochspannungs-Gleichstrom Leitung
    301
    Eingangsspannungsanschluss
    302
    anpassbare Stromzufuhrvorrichtung
    303
    Katalysatoranschluss
    304
    Steuereinrichtung
    305
    e-Cat Feed-Leitungen
    306
    Bezugspotenzial
    501
    magnetische Koppeleinrichtung
    501a
    Primärspule
    501b
    Sekundärspule
    502
    Filter
    503
    Schalteinrichtung
    701
    u1(t)
    702
    i1(t)
    703
    i2(t)
    801
    Ekat
    802
    p1(t)
    803
    pkat(t)
    804
    Zeitintervall
    805
    Energieintervall
    S901 ... S904
    Verfahrensschritte
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2014000245 A1 [0003]

Claims (9)

  1. Stromzufuhrvorrichtung (302) für einen elektrischen Katalysator (103), aufweisend: - einen Katalysatoranschluss (303); - einen Eingangsspannungsanschluss (301), - eine Schalteinrichtung; (503); - eine Steuereinrichtung (304); wobei der Katalysatoranschluss (303) zum Anschließen des elektrischen Katalysators (103) eingerichtet ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatoranschluss (303) und der Eingangsspannungsanschluss (301) magnetisch gekoppelt sind, die Steuereinrichtung (304) eingerichtet ist, die Schalteinrichtung (503) mit einer PWM so zu schalten, dass an dem Katalysatoranschluss (303) eine vorgebbare Leistung bereitgestellt wird.
  2. Stromzufuhrvorrichtung (302) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (304) zum Bereitstellen der vorgebbaren Leistung an dem Katalysatoranschluss (303) dazu eingerichtet ist, eine Eingangsspannung zu messen, welche am Eingangsspannungsanschluss (301) anliegt; und einen Duty Cycle der PWM in Abhängigkeit von der an dem Eingangsspannungsanschluss (301) anliegenden Spannung zu schalten.
  3. Stromzufuhrvorrichtung (302) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die an dem Katalysatoranschluss (303) bereitgestellte vorgebbare Leistung im Wesentlichen aus dem Bereich von 3kW peak bis 5kW peak gewählt ist.
  4. Stromzufuhrvorrichtung (302) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Katalysatoranschluss gegenüber einem Bezugspotenzial (306) isoliert angeordnet ist.
  5. Stromzufuhrvorrichtung (302) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Eingangsspannungsanschluss (301) zum Anschluss an einer Spannung eingerichtet ist, welche in einem Spannungsbereich liegt, der ausgewählt ist, aus der Gruppe der Spannungsbereiche bestehend aus: - 48V; - größer oder gleich 48V - größer oder gleich 200V - 200V - 400V, die Grenzwerte einschließend; - 225V - 420V, die Grenzwerte einschließend - 200V - 800V, die Grenzwerte einschließend ; - 400V - 800V, die Grenzwerte einschließend,
  6. Stromzufuhrvorrichtung (302) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schalteinrichtung (503) einen IGBT Halbleiterschalter aufweist.
  7. Stromzufuhrvorrichtung (302) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Eingangsspannungsanschluss (301) zumindest ein Filter (502) aufweist.
  8. Verfahren zum Betreiben einer Stromzufuhrvorrichtung (302) für einen elektrischen Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend: Messen einer Spannung an einem Eingangsspannungsanschluss (301) der Stromzufuhrvorrichtung; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren aufweist: Schalten einer Schalteinrichtung (503) der Stromzufuhrvorrichtung (302) mit einer PWM so, dass an dem Katalysatoranschluss (303) eine vorgebbare Leistung bereitgestellt wird.
  9. Transportmittel mit einer Stromzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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