DE102022100303A1

DE102022100303A1 - Magnetische integration eines dreiphasigen resonanzwandlers und einer stromversorgung für nebenverbraucher

Info

Publication number: DE102022100303A1
Application number: DE102022100303.5A
Authority: DE
Inventors: Mohamed ELSHAER; Chingchi Chen
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2021-01-08
Filing date: 2022-01-07
Publication date: 2022-07-14
Also published as: US20220224236A1; CN114759625A

Abstract

Ein Leistungssystem beinhaltet eine Traktionsbatterie, eine Hilfsbatterie und einen 3-phasigen Gleichspannungsresonanzwandler, der das Laden und Entladen der Traktionsbatterie ermöglicht, und beinhaltet einen 3-phasigen Transformator, 3-phasige Anpassungskondensatoren und 3-phasige Resonanzinduktoren. Das Fahrzeug beinhaltet auch eine Hilfsschaltungsanordnung, die das Laden der Hilfsbatterie mit Strom von der Traktionsbatterie ermöglicht und magnetisch mit dem 3-phasigen Transformator gekoppelt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft leistungselektronische Komponenten für Fahrzeuge.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bestimmte Kraftfahrzeuge können Traktionsbatterien beinhalten, die einer oder mehreren elektrischen Maschinen Energie bereitstellen und Energie von diesen speichern. Dieselben Fahrzeuge können auch Hilfsbatterien für andere Zwecke beinhalten.
KURZDARSTELLUNG
Ein Leistungssystem beinhaltet eine Traktionsbatterie, eine Hilfsbatterie, einen 3-phasigen Gleichspannungsresonanzwandler und eine Hilfsschaltungsanordnung. Der 3-phasige Gleichspannungsresonanzwandler ermöglicht das Laden und Entladen der Traktionsbatterie und beinhaltet einen 3-phasigen Transformator, 3-phasige Anpassungskondensatoren und 3-phasige Resonanzinduktoren. Die Hilfsschaltungsanordnung ermöglicht das Laden der Hilfsbatterie mit Strom von der Traktionsbatterie und ist magnetisch mit dem 3-phasigen Transformator gekoppelt.
Ein Verfahren zum Steuern eines 3-phasigen Gleichspannungsresonanzwandlers beinhaltet das Abschalten jedes einer Vielzahl von synchronen Gleichrichterschaltern der Hilfsschaltungsanordnung nach einer Verzögerungszeit, die beginnt, nachdem eine Body-Diode des synchronen Gleichrichterschalters umgekehrt vorgespannt wurde, sodass eine Spannung an einem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator der Hilfsschaltungsanordnung größer als eine Spannung einer Hilfsbatterie ist, die elektrisch mit der Hilfsschaltungsanordnung verbunden ist.
Ein Kraftfahrzeugleistungssystem beinhaltet einen 3-phasigen Transformator mit einem EI-Ferritkern, einer Vielzahl von Primärspulen und einer Vielzahl von Sekundärspulen, 3-phasigen Anpassungskondensatoren und 3-phasigen Resonanzinduktoren. Der 3-phasige Transformator, die 3-phasigen Anpassungskondensatoren und die 3-phasigen Resonanzinduktoren sind so angeordnet, dass sie einen 3-phasigen Gleichspannungsresonanzwandler bilden, der das Laden und Entladen einer Traktionsbatterie ermöglicht. Das Kraftfahrzeugleistungssystem beinhaltet zudem eine Hilfsschaltungsanordnung, die eine Vielzahl von Hilfsspulen beinhaltet, die das Laden einer Hilfsbatterie mit Strom von der Traktionsbatterie ermöglicht. Für jede Phase des 3-phasigen Transformators sind eine der Primärspulen, eine der Sekundärspulen und eine der Hilfsspulen um einen gleichen Schenkel des EI-Ferritkerns gewickelt.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen integrierten dreiphasigen Ladegeräts.
2 ist eine schematische Darstellung einer vorgeschlagenen magnetischen Vorrichtung.
3 ist eine schematische Darstellung eines magnetisch gekoppelten dreiphasigen Filterinduktors.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die offenbarten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, und andere Ausführungsformen können verschiedene und alternative Formen annehmen. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Deshalb sind in dieser Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten der Ausführungsformen zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für konkrete Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Mit der zunehmenden Akzeptanz von Plugin-Elektrofahrzeugen werden mehr Autos mit einem bidirektionalen bordeigenen Ladegerät verkauft. Das Integrieren des Gleichspannungswandlers und des Ladegeräts kann somit Vorteile hinsichtlich der Reduzierung der Gesamtsystemkosten und der Erhöhung seiner Leistungsdichte bieten. Typischerweise ist die Nennleistung eines bordeigenen Ladegeräts um mehrere Größenordnungen höher als die des Gleichspannungswandlers für Hochspannung zu Niederspannung. Um die Gesamteffizienz des Ladegeräts zu erhöhen, kann in der bordeigenen Ladestufe eine dreiphasige isolierte Gleichspannungsstufe umgesetzt werden. Die Leistung wird auf die Phasen aufgeteilt, und die Strombelastung in den Komponenten wird reduziert.
Andererseits wird der Gleichspannungswandler typischerweise unter Verwendung einer einphasigen Topologie umgesetzt. Während es ausreicht, einen einzelnen Schalter für die primäre H-Brücke zu verwenden, kann der sekundäre Stromverdopplergleichrichter parallele Schalter erfordern, um die Verluste zu verteilen. Angesichts des Kompromisses zwischen Halbleiterkosten und Magnetkosten wurde in der Vergangenheit dieser Ansatz gewählt.
Gegenwärtig werden auf der Fahrzeugsystemebene das bordeigene Ladegerät und der Gleichspannungswandler unter Umständen durch zwei unterschiedliche Schaltungen umgesetzt. Um die Gesamtsystemkosten zu reduzieren und die Systemleistungsdichte zu erhöhen, besteht Bedarf an einer neuen integrierten Schaltung. Eine derartige Umsetzung kann die Raumnutzung maximieren und die Anzahl der Teile reduzieren.
Frühere Umsetzungen integrierter Ladegeräte sind hauptsächlich einphasig. Ein integrierter isolierter Wandler mit zwei Ausgängen wurde bereits vorgeschlagen. Ein einphasiger Transformator wird verwendet, um die Hochspannung-zu-Niederspannung-Hilfsschaltungsanordnung magnetisch an ein bidirektionales Ladegerät zu koppeln. Ein Vollbrückenwandler wird verwendet, um die Leistung für die Niederspannungsbatterie zu regulieren und gleichzurichten. Eine weitere Umsetzung wurde ebenfalls bereits vorgeschlagen. In dieser Umsetzung wird ein Vollbrückengleichrichter mit Mittelanzapfung an der Niederspannungsseite in Verbindung mit einem Niederspannungsabwärtswandler zum Regulieren der an die Niederspannungsbatterie abgegebenen Leistung verwendet.
Durch die Nutzung der Flussaufhebung in ausgeglichenen dreiphasigen magnetischen Strukturen wurde gezeigt, dass dreiphasige Transformatoren effizienter und kleiner sind als ihre einphasigen Gegenstücke. Ein unidirektionaler dreiphasiger Gleichspannungsresonanzwandler wurde bereits vorgeschlagen. Ein kapazitives Delta-Cr-Anpassungsnetzwerk wird auf der Primärseite verwendet, um die Stromaufteilung zwischen den drei Phasen zu verbessern. Eine weitere Variation dieser Topologie wurde zuvor eingeführt, um eine bidirektionale Leistungsübertragung zu realisieren.
Bisher wurde die Integration des Hilfs-Hochspannung-zu-Niederspannung-Gleichspannungswandlers durch einphasige Topologien gezeigt. Es besteht ein Bedarf an einer neuen integrierten Schaltungstopologie, die das Integrieren des Gleichspannungswandlers ermöglicht, ohne die Effizienz und Leistungsdichte der bordeigenen Ladeschaltung zu beeinträchtigen.
Für Anwendungen mit höherer Leistung werden mehrphasige (z. B. 3-phasige) Gleichspannungsresonanzwandler verwendet, um eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit und Leistungsdichte der Gleichspannungsstufe des bordeigenen Ladegeräts zu ermöglichen. Hier wird eine neue Schaltungstopologie vorgeschlagen, um den Gleichspannungswandler magnetisch in einen dreiphasigen bidirektionalen Gleichspannungswandler zu integrieren ( 1). Es wird eine symmetrische magnetische Topologie vorgeschlagen, um die gleiche Verstärkung für den bidirektionalen Leistungsfluss zwischen dem Netz und der Hochspannungsbatterie zu erreichen. Während es viele Möglichkeiten gibt, die Transformatorwicklungen und Anpassungskondensatoren (z. B. Delta-Delta, Delta-Y usw.) zu verbinden, wird in diesem Beispiel die Delta-Cr-Verbindung gewählt, um eine inhärente Stromaufteilung zwischen allen Phasen zu realisieren.
Die magnetische Integration der Niederspannungsspulen wird durch Einsetzen von zwei Niederspannungsspulen um jedes der Kernelemente realisiert; somit wird eine symmetrische Transformatorstruktur realisiert. Während des Netz-zu-Fahrzeug- und Fahrzeug-zu-Netz-Betriebs werden die Niederspannungsspulen nicht mit Strom versorgt. Die Magnetisierungsinduktivität und die Wicklungsverhältnisse des Transformators sind so optimiert, dass die Leerlaufspannung des Niederspannungsanschlusses niedrig bleibt. Während der Leistungsübertragung von der Hochspannungsbatterie zu der Niederspannungsbatterie wird die netzseitige H-Brücke nicht betrieben. Eine Leerlaufspannung tritt an dem netzseitigen Gleichstrom-Bus auf. Aufgrund des ausgeglichenen dreiphasigen Betriebs in allen Leistungsflussrichtungen wird eine Flussaufhebung zwischen den Transformatorphasen realisiert, was die Nutzung der symmetrischen magnetischen Vorrichtung ermöglicht (2). Zusätzlich wird die Ferritnutzung in den Ausgangs-Niederspannungsfilterinduktoren reduziert, indem die drei Filterinduktoren in einer einzelnen magnetischen Struktur gekoppelt sind ( 3).
Ein Vollbrückengleichrichter mit Mittelanzapfung wird durch die zwei Niederspannungsspulen in Verbindung mit dem Niederspannungsschalten gebildet. Die Niederspannungsschalter dienen einem doppelten Zweck: der synchronen Gleichrichtung und der Regulierung der Niederspannungsbatterieleistung. Eine synchrone Gleichrichtung wird durch Modulieren der Schalter zum Einschalten während der Body-Dioden-Leitung realisiert. Die Leistungsregulierung wird durch Verzögern des Ausschaltens des Schalters realisiert, nachdem seine Body-Diode umgekehrt vorgespannt wurde. Durch Steuern des Spitzenrückstroms wird der Niederspannungsausgang des dreiphasigen Wandlers reguliert. Um die Effizienz zu verbessern und die Strombelastung aller Komponenten zu reduzieren, wird ein Niederspannungsabwärtswandler verwendet, um den Ausgang des dreiphasigen Gleichrichters an die Niederspannungsbatterie zu koppeln. Der Niederspannungsanschluss des dreiphasigen Wandlers kann in Abhängigkeit von der an die Hochspannungsbatterie gelieferten Leistung und Spannung schwanken. Die magnetische Struktur ist derart ausgestaltet, dass der Niederspannungsausgang immer größer als die maximale Spannung der Niederspannungsbatterie ist. Der Abwärtswandler wird verwendet, um den Niederspannungsausgang herabzusetzen und die an die Niederspannungsbatterie abgegebene Leistung zu regulieren.
Um die Größe des Gleichspannungswandlers zu reduzieren, bietet die magnetische Integration mit dem bordeigenen Ladegerät viele attraktive Vorteile. Eine Reduzierung der Gleichspannungsplatinengröße um bis zu 60 % wird durch den Wegfall der Hochspannungsprimärschaltung, des Hochspannungsverbinders und des elektromagnetischen Hochspannungsinterferenzfilters erreicht. Die vorgeschlagene Topologie bietet eine Lösung zum Integrieren des Gleichspannungswandlers in einen dreiphasigen Resonanzwandler. Durch die Nutzung der Flussaufhebung wird eine Reduzierung der Ferritnutzung um mehr als 30 % in dem Transformator und den Ausgangs-Niederspannungsfilterinduktoren realisiert.
1 zeigt ein Leistungssystem 10, das für ein Fahrzeug verwendet werden kann. Das Leistungssystem 10 beinhaltet einen Wechselrichter 12, einen dreiphasigen Gleichspannungsresonanzwandler 14, einen Gleichrichter 16 und eine Hochspannungsbatterie (Traktionsbatterie) 18. Der dreiphasige Gleichspannungsresonanzwandler 14 befindet sich elektrisch zwischen dem Wechselrichter 12 und dem Gleichrichter 16. Der Gleichrichter 16 befindet sich elektrisch zwischen dem dreiphasigen Gleichspannungsresonanzwandler 14 und der Hochspannungsbatterie 18. Das Leistungssystem 10 beinhaltet zudem eine Hilfs-Hochspannung-zu-Spannung-Schaltungsanordnung 20, eine Niederspannungsbatterie 22 und eine oder mehrere Steuerungen 23.
Die Steuerungen 23 stehen mit den Komponenten aus 1 in Kommunikation bzw. steuern diese, wie nachstehend beschrieben. Außerdem können die Steuerungen 23 im Kontext eines Fahrzeugs über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kommunikationskanälen beinhalten. Ein Kanal kann ein serieller Bus wie etwa ein CAN sein. Einer der Kanäle kann ein Ethernet-Netzwerk laut Definition durch die Normengruppe 802 des Institute of Electrical and Electronics Engineers beinhalten. Zusätzliche Kanäle können diskrete Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Leistungssignale von der Niedrigspannungsbatterie 22 beinhalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über ein CAN usw. übertragen werden können.
Wie für den Durchschnittsfachmann ersichtlich, bilden der Wechselrichter 12, der dreiphasige Gleichspannungsresonanzwandler 14 und der Gleichrichter 16 einen Teil eines bordeigenen Ladegeräts. Die Leistungsfaktorkorrekturstufe wird zum Beispiel weggelassen, würde jedoch auf der Seite links von dem Wechselrichter 12 erscheinen. Derartige bordeigene Ladekomponenten sind dem Durchschnittsfachmann im Allgemeinen bekannt und sind daher hier aus Gründen der Fokussierung nicht aufgenommen.
Der dreiphasige Gleichspannungsresonanzwandler 14 beinhaltet einen dreiphasigen Transformator 24, die dreiphasigen Anpassungskondensatoren 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 26f, die in einer symmetrischen Delta-Konfiguration verbunden sind, und die dreiphasigen Anpassungsinduktoren 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 28f. Der dreiphasige Transformator 24 beinhaltet einen Ferrit-EI-Kern 30, die Primärspulen 32a, 32b, 32c, die in einer dreiphasigen ausgeglichenen Konfiguration verbunden sind, und die Sekundärspulen 34a, 34b, 34c, die in einer dreiphasigen ausgeglichenen Konfiguration verbunden sind. Die Induktoren 28a, 28d, die Primärspule 32a und die Sekundärspule 34a entsprechen einer ersten Phase. Die Induktoren 28b, 28e, die Primärspule 32b und die Sekundärspule 34b entsprechen einer zweiten Phase. Die Induktoren 28c, 28f, die Primärspule 32c und die Sekundärspule 34c entsprechen einer dritten Phase. Das Abstimmen derartiger Komponenten kann in üblicher Weise durch Testen, Simulation usw. durchgeführt werden, um die gewünschte Leistung für eine bestimmte Anwendung zu erreichen.
Der Wechselrichter 12 und der Gleichrichter 16 sind in üblicher Weise aus Schaltelementen (z. B. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate, Metalloxid-Silizium-Feldeffekttransistoren usw.) mit entsprechenden Dioden und Kondensatoren aufgebaut. Eine derartige Konstruktion und ein derartiger Betrieb sind dem Durchschnittsfachmann allgemein bekannt. Eine weitere Erläuterung ist daher nicht erforderlich.
Die Hilfs-Hochspannung-zu-Spannung-Schaltungsanordnung 20 beinhaltet eine Spulenanordnung 36, die magnetisch gekoppelten dreiphasigen Induktoren 38a, 38b, 38c, einen Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 39 und einen bidirektionalen Abwärtswandler 40. Die dreiphasigen magnetisch gekoppelten Induktoren 38a, 38b, 38c befinden sich elektrisch zwischen der Spulenanordnung 36 und dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 39. Der Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 39 befindet sich elektrisch zwischen den dreiphasigen magnetisch gekoppelten Induktoren 38a, 38b, 38c und dem bidirektionalen Abwärtswandler 40. Der bidirektionale Abwärtswandler 40 befindet sich elektrisch zwischen dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 39 und der Niederspannungsbatterie 22.
Die Spulenanordnung 36 beinhaltet die Hilfsspulen 42a, 42b, 42c, die in einer dreiphasigen ausgeglichenen Konfiguration verbunden sind, und die synchronen Gleichrichterschalter 44a, 44b, 44c, 46a, 46b, 46c, die jeweils eine entsprechende Body-Diode beinhalten. Die synchronen Gleichrichterschalter 44a, 46a sind auf jeder Seite der Hilfsspule 42a elektrisch in Reihe geschaltet. Die synchronen Gleichrichterschalter 44b, 46b sind auf jeder Seite der Hilfsspule 42b elektrisch in Reihe geschaltet. Die synchronen Gleichrichterschalter 44c, 46c sind auf jeder Seite der Hilfsspule 42c elektrisch in Reihe geschaltet. Wie vorstehend erwähnt, sind die Hilfsspulen 42a, 42b, 42c mittelangezapft, und die synchronen Gleichrichterschalter 44a, 44b, 44c, 46a, 46b, 46c sind dazu konfiguriert, eine Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 39 derart zu regulieren, dass die Spannung größer als eine Spannung der Niederspannungsbatterie 22 ist. Diese Regelung wird erreicht, indem jeder der synchronen Gleichrichterschalter 44a, 44b, 44c, 46a, 46b, 46c nach einer Verzögerungszeit abgeschaltet wird, die beginnt, nachdem eine entsprechende Body-Diode eines bestimmten synchronen Gleichrichterschalters umgekehrt vorgespannt wurde (im Gegensatz zum Abschalten des Schalters unmittelbar nachdem die Body-Diode umgekehrt vorgespannt wurde). Diese Verzögerungszeit ist durch einen Fehler zwischen einer gewünschten Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 39 und einer tatsächlichen Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 39 definiert.
Der bidirektionale Abwärtswandler 40 ist in üblicher Weise aus Schaltelementen mit entsprechenden Dioden, Induktoren und Kondensatoren aufgebaut. Eine derartige Konstruktion und ein derartiger Betrieb sind dem Durchschnittsfachmann allgemein bekannt. Eine weitere Erläuterung ist daher nicht erforderlich.
2 zeigt die Primärspule 32a, die Sekundärspule 34a und die Hilfsspule 42a, die um einen gleichen Schenkel des Ferrit-EI-Kerns 30 gewickelt sind, die Primärspule 32b, die Sekundärspule 34b und die Hilfsspule 42b, die um einen gleichen Schenkel des Ferrit-EI-Kerns 30 gewickelt sind, und die Primärspule 32c, die Sekundärspule 34c und die Hilfsspule 42c, die um einen gleichen Schenkel des Ferrit-EI-Kerns 30 gewickelt sind. Somit wird die magnetische Integration des dreiphasigen Gleichspannungsresonanzwandlers 14 und der Niederspannungsbatterie 22 erreicht.
3 zeigt jeden der magnetisch gekoppelten dreiphasigen Induktoren 38a, 38b, 38c, die um einen anderen Schenkel eines Ferrit-EI-Kerns gewickelt sind.
Die in dieser Schrift offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon umgesetzt werden, die/der eine beliebige bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die durch eine Steuerung oder einen Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, einschließlich unter anderem Informationen, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Vorrichtungen mit Festwertspeicher (read only memory - ROM), gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetbändern, Compact Discs (CDs), Vorrichtungen mit Direktzugriffsspeicher (random access memory - RAM), und sonstigen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können zudem in einem mit Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ dazu können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten, wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten, verwirklicht sein.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Offenbarung abzuweichen.
Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem/einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können unter anderem Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verbauung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. einschließen. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Leistungssystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Traktionsbatterie; eine Hilfsbatterie; einen 3-phasigen Gleichspannungsresonanzwandler, der dazu konfiguriert ist, das Laden und Entladen der Traktionsbatterie zu ermöglichen, einschließlich eines 3-phasigen Transformators, 3-phasiger Anpassungskondensatoren und 3-phasiger Resonanzinduktoren; und eine Hilfsschaltungsanordnung, die dazu konfiguriert ist, das Laden der Hilfsbatterie mit Leistung von der Traktionsbatterie zu ermöglichen, die magnetisch mit dem 3-phasigen Transformator gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Hilfsschaltungsanordnung einen bidirektionalen Abwärtswandler.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Hilfsschaltungsanordnung ferner einen magnetisch gekoppelten 3-phasigen Induktor, der sich elektrisch zwischen den Spulen der Hilfsschaltungsanordnung und dem bidirektionalen Abwärtswandler befindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist jede der Spulen mittelangezapft.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der 3-phasige Transformator einen EI-Ferrit-Kern, und wobei für jede Phase des 3-phasigen Transformators eine Primärspule des 3-phasigen Transformators, eine Sekundärspule des 3-phasigen Transformators und eine Spule der Hilfsschaltungsanordnung um einen gleichen Schenkel des EI-Ferrit-Kerns gewickelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Primärspulen des 3-phasigen Transformators, die Sekundärspulen des 3-phasigen Transformators und die Spulen der Hilfsschaltungsanordnung in einer ausgeglichenen 3-phasigen Konfiguration verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Hilfsschaltungsanordnung einen Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator und synchrone Gleichrichterschalter, die dazu konfiguriert sind, eine Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator derart zu regeln, dass die Spannung größer als eine Spannung der Hilfsbatterie ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Regulieren der Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator das Abschalten jedes der synchronen Gleichrichterschalter nach einer Verzögerungszeit, die beginnt, nachdem eine Body-Diode des synchronen Gleichrichterschalters umgekehrt vorgespannt wurde.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Verzögerungszeit durch einen Fehler zwischen einer gewünschten Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator und einer tatsächlichen Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator definiert.
Gemäß einer Ausführungsform sind die 3-phasigen Anpassungskondensatoren in einer symmetrischen Delta-Konfiguration verbunden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines 3-phasigen Gleichspannungsresonanzwandlers, der dazu konfiguriert ist, das Laden und Entladen einer Traktionsbatterie zu ermöglichen, und einen 3-phasigen Transformator, 3-phasige Anpassungskondensatoren und 3-phasige Resonanzinduktoren beinhaltet, und zum Steuern von Hilfsschaltungsanordnungen, die dazu konfiguriert sind, das Laden einer Hilfsbatterie mit Leistung von der Traktionsbatterie zu ermöglichen, die magnetisch mit dem 3-phasigen Transformator gekoppelt ist, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Ausschalten jedes einer Vielzahl von synchronen Gleichrichterschaltern der Hilfsschaltungsanordnung nach einer Verzögerungszeit, die beginnt, nachdem eine Body-Diode des synchronen Gleichrichterschalters umgekehrt vorgespannt wurde, sodass eine Spannung an einem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator der Hilfsschaltungsanordnung größer als eine Spannung einer Hilfsbatterie ist, die elektrisch mit der Hilfsschaltungsanordnung verbunden ist.
In einem Aspekt der Erfindung ist die Verzögerungszeit durch einen Fehler zwischen einer gewünschten Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator und einer tatsächlichen Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator definiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeugleistungssystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen 3-phasigen Transformator, der einen EI-Ferrit-Kern, eine Vielzahl von Primärspulen und eine Vielzahl von Sekundärspulen beinhaltet; 3-phasige Anpassungskondensatoren; 3-phasige Resonanzinduktoren, wobei der 3-phasige Transformator, die 3-phasigen Anpassungskondensatoren und die 3-phasigen Resonanzinduktoren angeordnet sind, um einen 3-phasigen Gleichspannungsresonanzwandler zu bilden, der dazu konfiguriert ist, das Laden und Entladen einer Traktionsbatterie zu ermöglichen; und eine Hilfsschaltungsanordnung, die eine Vielzahl von Hilfsspulen beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, das Laden einer Hilfsbatterie mit Leistung von der Traktionsbatterie zu ermöglichen, wobei für jede Phase des 3-phasigen Transformators eine der Primärspulen, eine der Sekundärspulen und eine der Hilfsspulen um einen gleichen Schenkel des EI-Ferrit-Kerns gewickelt sind.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Hilfsschaltungsanordnung ferner einen bidirektionalen Abwärtswandler und einen magnetisch gekoppelten 3-phasigen Induktor, der sich elektrisch zwischen den Hilfsspulen und dem bidirektionalen Abwärtswandler befindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist jede der Hilfsspulen mittelangezapft.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Primärspulen, Sekundärspulen und Hilfsspulen in einer ausgeglichenen 3-phasigen Konfiguration verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Hilfsschaltungsanordnung einen Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator und synchrone Gleichrichterschalter, die dazu konfiguriert sind, eine Spannung an einem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator derart zu regeln, dass die Spannung größer als eine Spannung der Hilfsbatterie ist.

Claims

Fahrzeug, Folgendes umfassend: eine Traktionsbatterie; eine Hilfsbatterie; einen 3-phasigen Gleichspannungsresonanzwandler, der dazu konfiguriert ist, das Laden und Entladen der Traktionsbatterie zu ermöglichen, beinhaltend einen 3-phasigen Transformator, 3-phasige Anpassungskondensatoren und 3-phasige Resonanzinduktoren; und eine Hilfsschaltungsanordnung, die dazu konfiguriert ist, das Laden der Hilfsbatterie mit Strom von der Traktionsbatterie zu ermöglichen, und magnetisch mit dem 3-phasigen Transformator gekoppelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Hilfsschaltungsanordnung einen bidirektionalen Abwärtswandler beinhaltet.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Hilfsschaltungsanordnung ferner einen magnetisch gekoppelten 3-phasigen Induktor, der sich elektrisch zwischen den Spulen der Hilfsschaltungsanordnung und dem bidirektionalen Abwärtswandler befindet, beinhaltet.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei jede der Spulen mittelangezapft ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der 3-phasige Transformator einen EI-Ferrit-Kern beinhaltet und wobei für jede Phase des 3-phasigen Transformators eine Primärspule des 3-phasigen Transformators, eine Sekundärspule des 3-phasigen Transformators und eine Spule der Hilfsschaltungsanordnung um einen gleichen Schenkel des EI-Ferrit-Kerns gewickelt sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Primärspulen des 3-phasigen Transformators, die Sekundärspulen des 3-phasigen Transformators und die Spulen der Hilfsschaltungsanordnung in einer ausgeglichenen 3-phasigen Konfiguration verbunden sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Hilfsschaltungsanordnung einen Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator und synchrone Gleichrichterschalter beinhaltet, die dazu konfiguriert sind, eine Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator derart zu regeln, dass die Spannung größer als eine Spannung der Hilfsbatterie ist.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei das Regulieren der Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator das Abschalten jedes der synchronen Gleichrichterschalter nach einer Verzögerungszeit beinhaltet, die beginnt, nachdem eine Body-Diode des synchronen Gleichrichterschalters umgekehrt vorgespannt wurde.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Verzögerungszeit durch einen Fehler zwischen einer gewünschten Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator und einer tatsächlichen Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator definiert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die 3-phasigen Anpassungskondensatoren in einer symmetrischen Delta-Konfiguration verbunden sind.
Verfahren zum Steuern eines 3-phasigen Gleichspannungsresonanzwandlers, der dazu konfiguriert ist, das Laden und Entladen einer Traktionsbatterie zu ermöglichen und einen 3-phasigen Transformator, 3-phasige Anpassungskondensatoren und 3-phasige Resonanzinduktoren beinhaltet, und zum Steuern einer Hilfsschaltungsanordnung, die dazu konfiguriert ist, das Laden der Hilfsbatterie mit Leistung von der Traktionsbatterie zu ermöglichen, die magnetisch mit dem 3-phasigen Transformator gekoppelt ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Abschalten jedes einer Vielzahl von synchronen Gleichrichterschaltern der Hilfsschaltungsanordnung nach einer Verzögerungszeit, die beginnt, nachdem eine Body-Diode des synchronen Gleichrichterschalters umgekehrt vorgespannt wurde, sodass eine Spannung an einem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator der Hilfsschaltungsanordnung größer als eine Spannung einer Hilfsbatterie ist, die elektrisch mit der Hilfsschaltungsanordnung verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Verzögerungszeit durch einen Fehler zwischen einer gewünschten Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator und einer tatsächlichen Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator definiert ist.
Kraftfahrzeugleistungssystem, Folgendes umfassend: einen 3-phasigen Transformator, der einen EI-Ferrit-Kern, eine Vielzahl von Primärspulen und eine Vielzahl von Sekundärspulen beinhaltet; 3-phasige Anpassungskondensatoren; 3-phasige Resonanzinduktoren, wobei der 3-phasige Transformator, die 3-phasigen Anpassungskondensatoren und die 3-phasigen Resonanzinduktoren so angeordnet sind, dass sie einen 3-phasigen Gleichspannungsresonanzwandler bilden, der das Laden und Entladen einer Traktionsbatterie ermöglicht; und eine Hilfsschaltungsanordnung, die eine Vielzahl von Hilfsspulen beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, das Laden einer Hilfsbatterie mit Strom von der Traktionsbatterie zu ermöglichen, wobei für jede Phase des 3-phasigen Transformators eine der Primärspulen, eine der Sekundärspulen und eine der Hilfsspulen um einen gleichen Schenkel des EI-Ferrit-Kerns gewickelt sind.
Kraftfahrzeugleistungssystem nach Anspruch 13, wobei die Hilfsschaltungsanordnung ferner einen bidirektionalen Abwärtswandler und einen magnetisch gekoppelten 3-phasigen Induktor, der sich elektrisch zwischen den Hilfsspulen und dem bidirektionalen Abwärtswandler befindet, beinhaltet.
Kraftfahrzeugleistungssystem nach Anspruch 13, wobei die Hilfsschaltungsanordnung einen Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator und synchrone Gleichrichterschalter beinhaltet, die dazu konfiguriert sind, eine Spannung an dem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator derart zu regeln, dass die Spannung größer als eine Spannung der Hilfsbatterie ist.