DE112014005234B4 - Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung und Bordnetz - Google Patents

Abstract

Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung (10) mit
- mindestens einer elektrisch steuerbaren Leistungspfad-Auswahlstufe (20, 20');
- mindestens einer elektrisch steuerbaren Leistungs-Modulationsstufe (30); und
- einer ersten sowie einer zweiten Anschlussseite (40, 42), wobei die erste und die zweite Anschlussseite (40, 42) über die mindestens eine Leistungspfad-Auswahlstufe (20, 20') und die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe (30) miteinander verbunden sind und mindestens eine der Anschlussseiten (40, 42) mehrere Anschlüsse (50, 52) aufweist, die über die mindestens eine Leistungspfad-Auswahlstufe (20, 20') auswählbar mit einem Leistungsanschluss der mindestens einen Leistungs-Modulationsstufe (30) verbunden sind, wobei die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe (30) in mehrere Leistungs-Modulationsunterstufen (224 a,b) aufgeteilt ist, und die Anschlüsse (50, 52) der zweiten Anschlussseite (40, 42) in Anschlussuntergruppen aufgeteilt sind, wobei die Leistungs-Modulationsunterstufen (224a, b) eingerichtet sind, gleichzeitig verschiedene Funktionen durchzuführen, und wobei die jeweiligen Leistungs-Modulationsunterstufen (224a, b) individuell mit den einzelnen Anschlüssen (52) der zweiten Seite (42) verbunden sind.

Description

• Mit der zunehmenden Anzahl von Funktionen und elektrisch betriebenen Komponenten hat sich in der Vergangenheit die Komplexität von Bordnetzen in Fahrzeugen deutlich erhöht. Insbesondere Hybridantriebe, Start-Stopp-Funktionen sowie Rekuperation und Segeln erfordern einen gezielten, gesteuerten Leistungsfluss innerhalb des Antriebsstrangs. Auch weitere (Sicherheits-)Funktionen, insbesondere Funktionen der Fahrsicherheit wie aktives Lenken oder ESP oder ABS, oder auch Komfortfunktionen wie elektrisches Heizen oder das Betreiben eines Klimakompressors erfordern hohe elektrische Leistungen und insbesondere hohe Ströme, die große Anforderungen an ein stabiles Bordnetz darstellen und insbesondere präzise zu steuern sind, vgl. beispielsweise auch die Ansteuerung von Bremswiderständen, an die Rekuperationsleistung abgegeben wird, oder auch Ladefunktionen von Traktionsakkumulatoren oder die Ansteuerung von elektrischen Traktionsmotoren.
• Bislang wurden für zahlreiche Komponenten jeweils individuelle Steuerungen oder Schaltstufen verwendet, die die Leistung modulieren, welche den einzelnen Komponenten zugeführt wird oder die von diesen abgerufen wird. Diese Steuerungen arbeiten unabhängig voneinander und erhalten gegebenenfalls lediglich Sollleistungsvorgaben als Steuersignale von einer übergeordneten Steuerung, die von den individuellen Steuerungen umzusetzen sind. Dies führt jedoch zu einer hohen Anzahl von Leistungsstellgliedern u.a. innerhalb von Bordnetzen und ist ferner mit hohen Bauteilkosten verbunden.
• Die Druckschrift US 2004/0119454 A1 beschreibt ein Energieverteilungssystem mit Trennschalter, die gesteuert einen Bordnetzabschnitt abtrennen oder anbinden. Der sich ergebende Leistungspfad wird durch die Leistungssteuerung der nachgeschalteten Verbraucher definiert.
• Die Druckschrift DE 10 2009 027 931 A1 beschreibt ein Fahrzeugbordnetz mit einer Überbrückungsvorrichtung in Kombination mit einem DCDC-Wandler. Abhängig von der Eingangsspannung kann der Wandler überbrückt werden. Der Überbrückungsschalter ist parallel zu dem Wandler vorgesehen.
• Die Druckschrift US 2011/0273012 A1 betrifft ein Bordnetz mit mehreren Wandlern, wobei einem dieser Wandler eine Verteilvorrichtung nachgeschaltet ist, mit dem ausgewählt werden kann, welche der Lasten dem Wandler verbunden werden kann.
• Die Druckschrift WO 2006/024005 A2 zeigt zwei einzelne AC-Hochvoltbusstrukturen, die über jeweils einen Schalter und einem nachgeschalten Transformator mit einem AC-Niedervoltbus verbunden sind. Die sich ergebenden zwei AC-Niedervoltbusse sind über jeweils einen Gleichrichter mit einem DC-Niedervoltbus verbunden.
• Die Druckschrift DE 10 2006 016 138 A1 zeigt eine Pulswellenmodulationseinrichtung, der ein Relais vorgeschaltet ist, um zwischen einer HV-Batterie und einer 12V-Batterie als Energiequelle auswählen zu können. Der Pulswellenmodulationseinrichtung ist ein Motor nachgeschaltet.
• Die Druckschrift US 2008/0174177 A1 zeigt gewählt zuschaltbare Generatoren. Diesen Generatoren ist ein AC/DC-Wandler nachgeschaltet.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der Bordnetze für eine Vielzahl von Funktionen in vereinfachter Weise ausgestaltet werden können.
• Offenbarung der Erfindung
• Diese Aufgabe wird gelöst durch die Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung sowie durch das Bordnetz gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
• Zahlreiche Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
• Es wurde erkannt, dass sich die Anzahl von elektrischen oder elektronischen Leistungsstellgliedern (insbesondere Leistungshalbleiter, elektrische Verbindungen, Kondensatoren, Verbindungstechnik, Kühlung, Sensorik und/oder Steuerung) und die Kosten hierfür und deutlich reduzieren lassen, wenn das Bordnetz derart gestaltet ist, dass die gleiche Leistungs-Modulationsstufe für mehrere Funktionen verwendbar ist. Mit anderen Worten werden teure Leistungshalbleiter eingespart, in dem für mehrere Lasten und/oder für mehrere Quellen dieselbe Leistungs-Modulationsstufe verwendet wird.
• Um unterschiedliche Funktionen getrennt voneinander steuern zu können, wird zumindest eine Auswahlstufe vorgesehen, die mit der Leistungs-Modulationsstufe verbunden ist und über die einzelne Leistungspfade von mehreren Leistungspfaden (welche durch die Bordnetz-Leistungsansteuerungsschaltung hindurch führen) oder einer Untergruppe von Leistungspfaden gezielt ausgewählt werden können. Dadurch wird die gleiche Leistungs-Modulationsstufe für eine Vielzahl von Funktionen benutzt, so dass es nicht mehr nötig ist, für jede Funktion eine eigene Leistungs-Modulationsstufe vorzusehen.
• Dieser Herangehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Leistungs-Modulationsstufe in komplexen Bordnetzen (d. h. mit einer Vielzahl von Komponenten) zur Kostenverringerung im Zentrum stehen sollte und für mehrere Lasten oder Quellen gleichermaßen verfügbar sein sollte. Es wurde erkannt, dass sich die mindestens eine Auswahlstufe, die neben der Leistungs-Modulationsstufe vorgesehen wird, dadurch mehr als amortisiert, dass die Leistungs-Modulationsstufe von mehreren Funktionen gleichermaßen verwendet wird, insbesondere da eine Leistungs-Modulationsstufe mit deutlich höheren Kosten verknüpft ist als eine Leistungspfad-Auswahlstufe.
• Anstatt daher für jede Komponente eine eigene Leistungs-Modulationsstufe vorzusehen, kann für jede Funktion ein eigener Leistungspfad in der Auswahlstufe vorgesehen sein, wobei dieser Leistungspfad in der Auswahlstufe deutlich günstiger ist als eine individuelle Leistungs-Modulationsstufe für jede Funktion.
• Alle oder ein Großteil der Leistungspfade, die durch den Schaltzustand der mindestens einen Auswahlstufe auswählbar bzw. schaltbar sind, führen durch die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe hindurch. Somit kann die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe als eine Ressource betrachtet werden, die durch die mindestens eine Auswahlstufe für mehrere Komponenten verfügbar ist, d.h. zeitlich versetzt verfügbar ist und/oder aufgeteilt in mehrere Leistungs-Modulationsstufen oder Modulationsunterstufen verfügbar ist.
• Insbesondere wird durch die Erfindung die Anzahl der Stellglieder gegenüber dem Stand der Technik verringert bzw. minimiert, wobei diese Stellglieder für eine große Anzahl von Funktionen verwendet werden.
• Ferner wird durch die erfindungsgemäße Herangehensweise die Verbindungstechnik und Integration deutlich vereinfacht, da das Bordnetz keine eigenständigen Steuerstränge zur individuellen Modulation der zugehörigen Leistungspfade mehr umfasst, sondern sich durch zumindest eine gemeinsame Leistungssteuerungsschaltung zahlreiche Wiederverwendungsmöglichkeiten ergeben (beispielsweise Kühlung, Gehäuse, Verkabelung bzw. Leiterbahnen, Abschlüsse, etc.).
• Schließlich wurde erkannt, dass sich dieselbe Leistungs-Modulationsstufe für zahlreiche Funktionen individualisieren lässt durch Zugriff auf die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe mittels Zeitmultiplex, wobei eine Funktion nach der anderen von der gleichen Leistungs-Modulationsstufe abgearbeitet wird, auswählbar mittels der Auswahlstufe. Ferner ist dieselbe Leistungs-Modulationsstufe für zahlreiche Funktionen/Komponenten individualisiert durch (vorzugsweise veränderliches) Einteilen der Leistungs-Modulationsstufe in Modulationsunterstufen, die gleichzeitig verschiedene Funktionen durchführen können, so dass eine individuelle Ansteuerung von Funktionen gleichzeitig möglich ist.
• Hierbei ist jede Untergruppe der Modulationsstufe einer bestimmten Funktion (oder eine vorbestimmte Menge an Funktionen) zugeordnet, während eine andere Untergruppe gleichzeitig zumindest eine andere Funktion durchführt. Hierbei werden die Untergruppen gemäß der Leistungsanforderung der Funktion gewählt, so dass insbesondere nacheinander stattfindende Funktionen, welcher eine sehr leistungsfähige Untergruppe erfordert (beispielsweise Laden einer Traktionsbatterie bzw. Hochvoltbatterie mittels externer Energiequelle oder Zuführen von Rekuperationsenergie an einen Bremswiderstand), während weniger leistungsintensive Funktionen (beispielsweise Lenkunterstützung und Betreiben eines Klimakompressors) gleichzeitig durch jeweils weniger leistungsfähige Untergruppen der Leistungs-Modulationsstufe durchgeführt werden können.
• Insbesondere wurde erkannt, dass zahlreiche sehr leistungsstarke Funktionen, die im Wesentlichen die gesamte Leistungs-Modulationsstufe oder einen Großteil hiervon erfordern, nur nacheinander aktiviert werden, so dass hierfür nacheinander dieselbe Leistungs-Modulationsstufe verwendet werden kann (Beispiel: Laden einer Traktionsbatterie mittels externer Energiequelle und Rekuperieren).
• Es wird daher eine Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung (im Weiteren: Leistungsschaltung) beschrieben, die mindestens eine elektrisch steuerbare Leistungspfad-Auswahlstufe (im Weiteren: Auswahlstufe) aufweist. Ferner weist die Leistungsschaltung mindestens eine elektrisch steuerbare Leistungs-Modulationsstufe (im Weiteren: Modulationsstufe) auf. Die mindestens eine Auswahlstufe ist in Reihe mit der mindestens einen Modulationsstufe geschaltet. Es können mehrere Auswahlstufen parallel geschaltet sein.
• Ferner können mehrere Modulationsstufen parallel geschaltet sein. Die Leistungsschaltung weist zumindest eine erste und eine zweite Anschlussseite auf. Die Anschlussseite ist ebenso als Leistungs-Anschlussseite ausgebildet. Die erste und die zweite Anschlussseite sind über die mindestens eine Leistungspfad-Auswahlstufe und die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe miteinander verbunden. Die erste Anschlussseite kann die Funktion eines Eingangs oder eines Ausgangs haben. Ferner kann die zweite Anschlussseite die Funktion eines Eingangs oder eines Ausgangs haben. Die Funktion der jeweiligen Anschlussseite ergibt sich insbesondere aus den Komponenten, die an die Leistungsschaltung angeschlossen sind (und die insbesondere nicht Teil der Leistungsschaltung sind).
• Wenn die erste Anschlussseite ein Eingang ist, so bildet die zweite Anschlussseite vorzugsweise einen Ausgang. Wenn die erste Anschlussseite ein Ausgang ist, so bildet die zweite Anschlussseite vorzugsweise einen Eingang. Wenn die (erste und/oder zweite) Anschlussseite mehrteilig ausgebildet ist (bzw. sind), so kann ein Abschnitt der Anschlussseite als Eingang vorgesehen sein, während ein anderer Abschnitt der gleichen Anschlussseite als Ausgang vorgesehen ist.
• Mindestens eine der Anschlussseiten, vorzugsweise beide Anschlussseiten oder alle Anschlussseiten, weist bzw. weisen mehrere Anschlüsse auf. Dies kann auch als mehrteilige Ausbildung der Anschlussseite(n) bezeichnet werden. Die mehreren Anschlüsse sind über die mindestens eine Auswahlstufe auswählbar mit einem Leistungsanschluss der Modulationsstufe verbunden.
• Die Anschlüsse entsprechen insbesondere mehreren Polen einer Seite der mindestens einen Auswahlstufe, wobei ein oder mehrere Pole der anderen Seite der Auswahlstufe mit der Modulationsstufe verbunden sind. Zwischen der einen Seite und der anderen Seite der Auswahlstufe ist mindestens ein Schaltelement vorgesehen, das die Verbindung oder die Verbindungen (d.h. die Leistungspfade) zwischen der einen und der anderen Seite der Leistungsauswahlstufe steuern kann.
• Die auswählbaren Leistungspfade führen von der einen zur anderen Seite der Auswahlstufe(n).
• In topologischer Hinsicht bildet die mindestens eine Auswahlstufe einen Multiplexschalter oder einen Demultiplexschalter, mit dem der Zugriff auf die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe oder Unterstufe hiervon (oder auch einen Bypass der Leistungsschaltung) gesteuert wird.
• Bei mehreren Modulationsstufen und/oder bei mehreren Modulationsunterstufen kann dadurch die mindestens eine Auswahlstufe den Zugriff auf die Modulationsstufe gleichzeitig individuell steuern. Andererseits kann die Leistungspfad-Auswahlstufe den Zugriff auf die Modulationsstufe zeitlich unterteilt steuern. Mit Zugriff auf die Modulationsstufe ist das gesteuerte Anschließen von Komponenten (Leistungsquellen oder Leistungssenken) gemeint, wobei hierbei die Modulationsstufe oder Modulationsstufen (oder deren Unterstufen) als Teile der Ressource (oder deren Unterstufen)betrachtet wird, auf die die Komponenten zugreifen, um gemäß einem entsprechenden Leistungspfad verbunden zu werden.
• Der Präfix „Leistung“ bedeutet, dass das so bezeichnete Merkmal (Modulationsstufe, Auswahlstufe, Anschlüsse, Ansteuerungsschaltung, Leistungspfad, Halbleiter, etc.) für eine Stromstärke von mindestens 1A, mindestens 10 A, mindestens 50 A oder mindestens 100 A ausgelegt ist. Insbesondere werden Vorrichtungen oder Bauelemente, die lediglich zur Erzeugung, Verarbeitung oder Übermittlung von Steuerungs- oder Kommunikationssignalen dienen, nicht mit diesem Präfix bezeichnet.
• Die Modulationsstufe ist eingerichtet, die durch sie hindurchfließende Leistung (bzw. den Strom) zu modulieren. Die Modulationsstufe moduliert einen Leistungspfad, der durch die Modulationsstufe hindurch führt (und insbesondere von der Auswahlstufe ausgewählt wurde). Die mindestens eine Modulationsstufe kann ferner eingerichtet sein, mindestens einen durch die Modulationsstufe hindurch führenden Leistungspfad und insbesondere mehrere Leistungspfade, die durch die Modulationsstufe hindurch führen, zu modulieren. Die mindestens eine Modulationsstufe ist eingerichtet, die Leistung (und insbesondere den Strom), die durch den oder die Leistungspfade geführt wird, gemäß einer Leistungsvorgabe, die vorzugsweise von einem Ansteuersignal wiedergegeben wird, einzustellen. Dieses Einstellen wird auch als Modulation bezeichnet.
• Als Ansteuersignal ist ein zusätzliches Signal zu verstehen, das einem Steuereingang eines Schaltelements, der Modulationsstufe, der Modulationsunterstufe, der Auswahlstufe oder der Auswahlunterstufe zugeführt wird, und ist gleichermaßen eine ansteuernde Anregung in dem durch das Schaltelement führende Leistungssignal zu verstehen, die den Schaltzustand des Schaltelements, der Modulationsstufe, der Modulationsunterstufe, der Auswahlstufe oder der Auswahlunterstufe ändert.
• Das Ansteuersignal als zusätzliches Signal kann direkt von einer Ansteuerschaltung stammen. Eine ansteuernde Anregung kann gemäß der Leistungsvorgabe von einem Element erzeugt werden, das geeignet ist, eine Anregung in dem Leistungssignal zu erzeugen, etwa ein Leistungsschalter, ein Kondensator und/oder eine Spule. Eine ansteuernde Anregung kann erzeugt werden, wenn etwa eine an die Leistungsschaltung angeschlossene elektrische Maschine stromlos geschaltet werden soll. Die ansteuernde Anregung kann insbesondere ein Strompuls, eine Stromflanke, ein Spannungspuls oder eine Spannungsflanke sein, die in dem Leistungssignal vorliegt bzw. in dieses eingespeist wird. Der Puls bzw. die Flanke weist vorzugsweise eine Änderungsrate bzw. einen Amplitudenhub auf, der ausreicht, den Schaltzustand des Schaltelements (bzw. der Auswahlstufe) zu ändern. Die mindestens eine Ansteuerstufe kann einen Thyristor aufweisen, dessen Schaltzustand sich bei einer Spannungsspitze ändert, etwa von „leitend“ zu „nicht leitend“.
• Die mindestens eine Modulationsstufe ist eingerichtet, die Leistung bzw. Leistungen (oder auch den mindestens einen Leistungspfad) in mehreren Stufen (insbesondere mehr als zwei) oder im Wesentlichen kontinuierlich einzustellen, insbesondere durch Pulsweitenmodulation bzw. durch Einstellen eines Tastverhältnisses. Die mindestens eine Modulationsstufe ist eingerichtet, gemäß einem Modulationssignal die Leistung bzw. den Leistungspfad einzustellen, wobei eine zeitliche Mittelung des Modulationssignals der Leistungsvorgabe entspricht.
• Das Modulationssignal umfasst eine Signalkomponente mit einer Schaltfrequenz, die höher ist als die Frequenz, in der die Leistung durch die Modulationsstufe hindurch gemäß Leistungsvorgabe geändert wird. Wenn mehr als eine Modulationsstufe verwendet wird, so können diese parallel geschaltet sein, gegebenenfalls verbunden mit unterschiedlichen Anschlüssen und/oder unterschiedlichen Auswahlstufen oder Auswahlunterstufen. Wenn mehr als eine Modulationsstufe verwendet wird, so können diese ferner seriell geschaltet sein, so dass eine Seite einer Modulationsstufe (oder Modulationsunterstufe) mit einer Seite einer weiteren Modulationsstufe (oder Modulationsunterstufe) verbunden ist.
• Die mindestens eine Modulationsstufe ist insbesondere zur Erzeugung eines Leistungssignals eingerichtet, das zeitlich gemittelt (etwa Mittelung über ein Zeitfenster oder Tiefpassfilterung) eine (angenäherte) Sinuswelle ergibt, etwa zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine. Als Sinuswelle wird ein ein- oder auch mehrphasiges Signal bezeichnet. Die Modulationsstufe ist gemäß einer ersten Variante insbesondere in der Lage, einen Stromfluss unabhängig von der Momentanphase, von dem aktuellen Stromwert und von dem aktuellen Spannungswert, an- und auszuschalten.
• Schaltvorgänge der Modulationsstufe sind nicht an bestimmte Zeitpunkte gebunden, wie es etwa bei Phasenanschnittsteuerungen der Fall ist. Gemäß einer weiteren Variante ist die Modulationsstufe an Schaltvorgänge zu bestimmten Momentanphasenwerten (des Stroms oder der Spannung gebunden, etwa an Nulldurchgänge. Die Lebensdauer der Modulationsstufe bzw. der Schaltelemente der Modulationsstufe beträgt insbesondere mindestens 10⁶ und vorzugsweise mindestens 10⁹ oder mindestens 10¹² Schaltspiele bei Nennschaltleistung der Modulationsstufe bzw. der Schaltelemente. Besonders bevorzugt werden Schaltelemente verwendet, die keinen Verschleiß aufweisen und in der Anzahl der Schaltspiele unbegrenzt sind. Die Modulationsstufe ist vorzugsweise für Schaltvorgänge mit einer Frequenz von mindestens 20 Hz, 100 Hz oder 200 Hz, und vorzugsweise mindestens 1 kHz, mindestens 5 kHz oder mindestens 10 oder 20 kHz oder mindestens 100kHz.
• Etwa elektromechanische Schalter sind zur Ausbildung der Modulationsstufe nicht geeignet, da diese aufgrund der hohen erforderlichen Anzahl und Frequenz von Schaltvorgängen nicht dauerhaft eingesetzt werden können.
• Die Modulationsstufe umfasst mindestens ein Schaltelement, insbesondere mindestens einen Leistungshalbleiter, vorzugsweise einen durch Ansteuersignale ansteuerbaren Leistungshalbleiter, beispielsweise einen Leistungstransistor. Der Leistungshalbleiter kann insbesondere ein Feldeffekttransistor (insbesondere mit isoliertem Gate) oder ein Bipolartransistor sein, etwa ein MISFET (metal insulator semiconductor field effect transistor, Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistor), insbesondere ein MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate). Ferner kann der Leistungshalbleiter auch ein GTO-Thyristor (GTO: Gate Turn Off) sein.
• Der steuerbare mindestens eine Leistungshalbleiter der Modulationsstufe ist vorzugsweise mindestens ein steuerbares Halbleiterelement, dessen Leitungszustand steuerbar beliebig an- und ausgeschaltet werden kann, und der insbesondere auch unabhängig vom Strom, der durch ihn fließt, geschaltet werden kann. Vorzugsweise sind mehrere Leistungshalbleiter vorgesehen. Diese können als eine Halbleitbank (beispielsweise eine MOSFET-Bank oder eine GTO-Thyristor-Bank) gruppiert sein, etwa in Form mehrerer gleichartiger oder zumindest in Gruppen gleichartiger Leistungshalbleiter, die vorzugsweise parallel geschaltet sind.
• Das mindestens eine Schaltelement der Modulationsstufe weist einen Steuereingang auf (etwa ein Gate oder eine Basis). Über diesen Steuereingang wird der Schaltzustand in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal eingestellt. Das Schaltelement wird vorzugsweise nur in zwei Schaltzuständen betrieben, nämlich an oder aus.
• Ferner umfasst die Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung eine Ansteuerschaltung für die Modulationsstufe. Die Ansteuerschaltung ist mit zumindest einem Steuereingang zumindest eines Leistungshalbleiters der Modulationsstufe verbunden. Die Ansteuerschaltung ist vorzugsweise mit allen Steuereingängen der (zur Modulation verwendeten) Leistungshalbleiter der Modulationsstufe direkt oder indirekt verbunden. Die Ansteuerschaltung kann insbesondere Teil des Bordnetzes sein, wobei die Ansteuerschaltung allgemein Teil des Bordnetzes sein kann, Teil der Leistungsschaltung sein kann, oder Teil eines Abschnitts des Bordnetzes sein kann, der nicht Teil der Leistungsschaltung ist.
• Die Ansteuerschaltung ist ausgestaltet, ein Ansteuersignal in einer Modulationsfrequenz zu erzeugen, wobei die Signalkomponente des Ansteuersignals, das die Modulationsfrequenz aufweist, zur Wellenformung oder Formung des (gemittelten) Leistungsverlaufs eines Arbeitssignalanteils des Ansteuersignals dient. Das Ansteuersignal entspricht dem Modulationssignal. Der Arbeitssignalanteil entspricht der Leistungsvorgabe bzw. dessen zeitlicher Verlauf. Das zeitlich gemittelte Modulationssignal ist gemäß der Leistungsvorgabe ausgestaltet. Die (maximale) Frequenz der Leistungsvorgabe ist kleiner als die Modulationsfrequenz, da sich durch zeitliche Mittelung (d.h. Tiefpassfilterung) aus dem Ansteuersignal der Arbeitssignalanteil (welcher der Leistungsvorgabe entspricht) ergibt.
• Das Modulationssignal ist vorzugsweise ein Rechtecksignal, insbesondere mit variablem Tastverhältnis bzw. ein Pulsweitenmodulationssignal, um mittels des variablen Tastverhältnisses den Verlauf des Arbeitssignals zu definieren. Die Modulationsstufe und insbesondere deren Leistungshalbleiter sind eingerichtet, den Leistungsfluss gemäß dem Modulationssignal zu modulieren, um dadurch das Arbeitssignal zu erzeugen, dessen Verlauf sich durch Glätten bzw. durch zeitliches Mitteln des Modulationssignals ergibt.
• Die Ansteuerschaltung ist eingerichtet, ein Modulationssignal zu erzeugen, mit dem die Modulationsstufe den Stromfluss modulieren kann, um den Leistungspfad gemäß Leistungsvorgabe einzustellen. Die Ansteuerschaltung kann ein einzelnes Ansteuersignal erzeugen oder ein Ansteuersignal mit mehreren Einzelkomponenten (im Sinne eines Vektors von Ansteuersignalen), wobei die Einzelkomponenten parallelgeschalteten Schaltern zugeführt werden, mehreren Schaltern unterschiedlicher Phase des gleichen Leistungspfads, oder mehreren Schaltern unterschiedlicher Leistungspfade.
• Als Arbeitssignal kann ein ein- oder mehrphasiger Sinus oder Supersinus erzeugt werden, dessen Frequenz variabel ist, wobei als Modulationssignal ein Rechtecksignal verwendet wird, dessen Pulsweite bzw. Tastverhältnis einen Verlauf aufweist, der dem Verlauf des Sinussignals (d. h. das Arbeitssignal) entspricht. Als Sinussignal werden Signale mit einer Sinusgrundschwingung bezeichnet, wobei die Leistung der Sinusgrundschwingung mindestens 50 %, 70%, 90% oder 95% der Gesamtleistung des Signals ausmacht.
• Als Supersinus werden Signale bezeichnet, die neben einer Sinusgrundschwingung eine dritte Oberschwingung dieser Grundschwingung aufweisen, deren Amplitude ca. 1/6 der Amplitude der Grundschwingung beträgt. Die Grundschwingung und die Oberschwingung machen den Großteil der Leistung des Supersinussignals aus, insbesondere mehr als 75%, 90 % oder 95 %.
• Als Arbeitssignal kann ferner ein Signal in Dreiecksform, in Trapezform oder in Rechteckform verwendet werden oder auch ein Sinussignal mit nur einer Halbwelle. Die Arbeitssignale können ein- oder mehrphasig sein, insbesondere dreiphasig.
• Unabhängig von der Form kann das Arbeitssignal ein Signal sein, das zum Speisen einer elektrischen Maschine geeignet ist, insbesondere ein Signal das geeignet ist, ein Drehfeld in einer elektrischen Maschine zu erzeugen. Ferner kann das Arbeitssignal ein Signal sein, das zum Betreiben eines Transformators geeignet ist.
• Da die möglichen Wellenformen bzw. Oberwellenanteile wesentlich vom Einsatz und von der Ausgestaltung des Transformators oder der elektrischen Maschine abhängen, können die Wellenformen bzw. Signaleigenschaften nicht abschließend aufgezählt werden.
• Die Auswahlstufe umfasst ein Schaltelement, vorzugsweise mindestens eines für jeden der Anschlüsse der Auswahlstufe. Das Schaltelement kann als elektromechanischer Schalter ausgebildet sein, ist jedoch vorzugsweise ein Leistungshalbleiter, insbesondere ein ansteuerbarer Leistungshalbleiter.
• Das Schaltelement der Auswahlstufe ist insbesondere ein Transistor, beispielsweise ein Feldeffekttransistor wie ein MOSFET oder ein Bipolartransistor, beispielsweise ein IGBT. Alternativ kann das Schaltelement in Form eines thyristorbasierten elektronischen Schalters vorgesehen sein, beispielsweise in Form mindestens eines Thyristors, oder in Form mindestens eines TRIACs. Ferner kann das Schaltelement einen GTO-Thyristor umfassen.
• Die Leistungsschaltung kann eine Ansteuerschaltung für die Auswahlstufe aufweisen, die eingerichtet ist, der Auswahlstufe oder Auswahlstufen und insbesondere deren Schaltelemente ein Steuersignal zu übermitteln, gemäß dem die Schaltzustände der Auswahlstufe angesteuert werden. Das Ansteuersignal steuert die Schaltzustände vorzugsweise maximal mit der Arbeitsfrequenz, d.h. maximal mit der Maximalfrequenz der Leistungsvorgabe. Das Steuersignal der Schaltelemente hat eine Frequenz oder Maximalfrequenz, die geringer ist als die Schaltfrequenz der Modulationsstufe, d. h. die Frequenz des Modulationssignals. Die Schaltelemente der Auswahlstufe können Schaltelemente sein, bei denen die Möglichkeit, einen Schaltzustand zu ändern, von dem Leistungsfluss durch das Schaltelement hindurch abhängt (etwa Thyristoren oder TRIACs, insbesondere ohne GTO-Funktion). Die Modulationsstufe ist eingerichtet, die Höhe des Leistungsflusses zu modulieren.
• Die Auswahlstufe ist eingerichtet, eine Konfiguration aus mehreren Schaltkonfigurationen zu wählen. Bei unterschiedlichen Schaltkonfigurationen sind die zwei Anschlussseiten auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden. Durch die wählbare Konfiguration wird definiert, welche Komponenten über die Leistungssteuerungsschaltung miteinander verbunden sind, wobei, wie bereits bemerkt, die Modulationsstufe die Leistungsstärke des Flusses, die gemäß Konfiguration über die Leistungssteuerungsschaltung miteinander verbunden sind, ansteuert. Der Leistungsfluss ist vorzugsweise stufenlos oder auch in mehreren Stufen (mehr als zwei vorzugsweise) durch die Modulationsstufe einstellbar, so dass die Modulation mehrere Stärkegrade umfassen kann.
• Ferner kann die Auswahlstufe (oder zumindest eine der Auswahlstufen und -unterstufen) eingerichtet sein, die (über die Zeit gemittelte) Leistung des Leistungsflusses in mehr als zwei Stufen und insbesondere wertkontinuierlich oder quasi wertkontinuierlich einzustellen. Die Auswahlstufe kann daher (mittels der zugehörigen Ansteuerschaltung) eingerichtet sein, die Leistung einzustellen, insbesondere durch Phasenanschnittsteuerung bzw. zur Schwingungspaketansteuerung. Die Auswahlstufe und insbesondere deren Ansteuerschaltung sind somit zur Phasenanschnittsteuerung bzw. zur Schwingungspaketansteuerung eingerichtet. Es kann eine Ansteuerschaltung vorgesehen sein (als Teil der Leistungsschaltung oder insbesondere als Teil der Auswahlstufe), die zur Phasenanschnittsteuerung bzw. zur Schwingungspaketansteuerung eingerichtet ist.
• In Reihe mit der Modulationsstufe kann dadurch der Leistungsfluss kaskadiert gesteuert werden, zum einen durch die Modulationsstufe als erste Kaskade und zum anderen durch die Auswahlstufe als zweite Kaskade. Die Schaltfrequenz der Auswahlstufe ist hierbei niedriger als die Schaltfrequenz der Modulationsstufe. Die Modulationsstufe ist eingerichtet (zusammen mit ihrer Ansteuerschaltung), eine gewünschte Wellenform (als zeitlich gemitteltes Signal) durch Modulieren, d.h. durch Ein- und Ausschalten, zu erzeugen, wobei das Ein- und Ausschalten mit einer Frequenz durchgeführt wird, die höher als die Grundfrequenz der gewünschten Wellenform ist.
• Die Wellenform entspricht dem oben genannten Arbeitssignal. Die Auswahlstufe ist eingerichtet, eine Pulsweitenmodulation bzw. eine Schwingungspaketansteuerung an dieser Wellenform durchzuführen, um die (zeitlich gemittelte) Leistung einzustellen. Dadurch kann etwa aus einem Gleichsignal durch Modulieren ein Sinus mit oder ohne wesentlichen Oberwellenanteil, ein Supersinussignal, ein Sinussignal mit nur einer Halbwelle, ein Dreieckssignal, ein Trapezsignal oder ein Rechtecksignal erzeugt werden. Ein Supersinussignal umfasst eine Sinusschwingung als Grundschwingung sowie eine dritte Oberschwingung der Grundschwingung mit einer Amplitude, die ca. einem Sechstel der Amplitude der Grundschwingung entspricht. Dieses modulierte Signal kann von der Auswahlstufe noch weiterhin gemäß einer Phasenanschnittsteuerung bzw. einer Schwingungspaketansteuerung verarbeitet werden, wobei die gemittelte Leistung des modulierten Signals durch die Ansteuerstufe veränderlich eingestellt wird.
• Mit anderen Worten stellt die Auswahlstufe die über den betreffenden Leistungspfad übertragene Leistung ein, insbesondere im Sinne einer quantitativen Steuerung. Darüber hinaus stellt die mindestens eine Auswahlstufe den topologischen Verlauf des Leistungspfads bzw. der Leistungspfade ein, d.h. stellt ein, welcher Anschluss der ersten Seite mit welchem Anschluss der zweiten Seite verbunden wird, insbesondere im Sinne einer qualitativen Steuerung bzw. Einstellung der Konfiguration der Leistungsschaltung. Die Auswahlstufe kann daher auch als Auswahl- und Leistungssteuerungsstufe betrachtet werden. Falls eine Auswahlstufe nur zur Auswahl des Leistungspfads eingerichtet ist, so können als Schaltelemente der Auswahlstufe auch elektromechanische Bauelemente verwendet werden, neben Halbleiterschaltern wie Thyristoren oder Transistoren. Falls die Auswahlstufe ferner eingerichtet ist, die über die ausgewählten Leistungspfade laufende Leistung einzustellen, so werden als Schaltelemente der Auswahlstufe vorzugsweise Halbleiterschalter verwendet, deren Lebensdauer nicht durch mechanischen Verschleiß begrenzt ist, etwa Thyristoren oder Transistoren.
• Um eine Auswahlstufe zur Phasenanschnittsteuerung bzw. Schwingungspaketansteuerung auszugestalten, werden als Schaltelemente Halbleiterschalter verwendet, die unabhängig vom Stromfluss durch diese hindurch an- und ausgeschaltet werden können, oder es werden Halbleiterschalter verwendet, die unabhängig vom Stromfluss durch diese hindurch angeschaltet werden können und nur bei einem Stromfluss von null oder einer anliegenden Spannung von null ausgeschaltet werden können, etwa Thyristoren oder TRIACs. Insbesondere werden als Schaltelemente Halbleiterschalter verwendet, die unabhängig vom Momentanwert der Spannung eingeschaltet werden können.
• Die Auswahlstufe und/oder die Modulationsstufe sind vorzugsweise für Nenn-Betriebsspannungen von mindestens 12 V, 14 V, bevorzugt 42 oder 48 Volt, von mindestens 60 V oder auch von mindestens 350 V, 360 V, 380 V oder 400 V, insbesondere von mindestens 500 V oder 600 V ausgelegt. Ferner können die einzelnen Schaltelemente der Auswahlstufe und/oder der Modulationsstufe mit Spitzensperrspannungen von mindestens 60V, mindestens 250 V oder von mindestens 400 V oder 600 V, 650 V ausgelegt sein. Es können ferner Schaltelemente mit Spitzensperrspannungen von mindestens 800, 1200 oder mindestens 3000 V verwendet werden.
• Die Auswahlstufe und/oder die Modulationsstufe umfassen vorzugsweise bidirektionale Schaltelemente. Dadurch ist die Auswahlstufe und/oder auch die Modulationsstufe eingerichtet, ein Leistungsfluss in zwei entgegengesetzte Richtungen zu unterstützen. Insbesondere bei der Verwendung von Thyristoren als Schaltelemente umfasst somit ein Schaltelement mindestens zwei antiparallel geschaltete Thyristoren. Während bei einer Flussrichtung die erste bzw. die zweite Anschlussseite spezifisch als Eingang oder Ausgang verwendet wird, ist dies bei umgekehrter Leistungsflussrichtung invertiert, d. h. aus einem Eingang wird ein Ausgang und umgekehrt. Die Auswahlstufe und/oder die Modulationsstufe können jedoch auch unidirektional ausgebildet sein. Nacheinander geschaltete Auswahlstufen und Modulationsstufe haben hierbei die gleiche Leistungspfadrichtung. Parallele Auswahlstufen bzw. Auswahlunterstufen und/oder parallele Modulationsstufen bzw. Modulationsunterstufen, die unterschiedlichen Leistungspfaden zugehören können (abhängig vom Schaltzustand der Auswahlstufen), können die gleiche oder entgegengesetzte Leistungspfadrichtung aufweisen.
• Die Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung weist ferner eine Gleichrichteranordnung und/oder Glättungskondensatoranordnung auf. Die Gleichrichteranordnung und/oder die Glättungskondensatoranordnung kann der mindestens eine Modulationsstufe vor- oder nachgeschaltet sein, kann einer der Auswahlstufen vor- oder nachgeschaltet sein, oder ist zwischen einer Modulationsstufe und einer Auswahlstufe angeschlossen. Die Gleichrichteranordnung bzw. die Glättungskondensatoranordnung ist zwischen den Anschlussseiten vorgesehen. Es können weitere Gleichrichter und/oder Kondensatoren außerhalb der Leistungsschaltung vorgesehen sein und mit einer der Anschlussseiten (oder beiden Anschlussseiten) verbunden sein. Insbesondere kann die Gleichrichteranordnung und/oder die Glättungskondensatoranordnung zwischen einer der Anschlussseiten und der nachfolgenden Auswahlstufe oder Modulationsstufe angeordnet sein.
• Die Glättungskondensatoranordnung ist vorzugsweise direkt mit der Gleichrichteranordnung verbunden, oder ist über eine der Leistungspfad-Auswahlstufen mit der Gleichrichteranordnung verbunden. Die Glättungskondensatoranordnung ist der Gleichrichteranordnung vorteilhafterweise nachgeschaltet, insbesondere in einem Abschnitt der Leistungsschaltung, die unidirektional ausgestaltet ist.
• Ferner kann sich die erste Anschlussseite auf einem anderen Spannungsniveau befinden wie die zweite Anschlussseite. Insbesondere kann die erste Anschlussseite an einen Bordnetzabschnitt angeschlossen sein, der eine andere Nennspannung aufweist als der Bordnetzabschnitt, an den die zweite Anschlussseite anzuschließen ist. Die Anschlussseiten können für unterschiedliche Spannungsniveaus ausgelegt sein. Beispielsweise kann eine Anschlussseite an die betreffende Spannung angepasst sein durch Auslegung für eine bestimmte (maximale) Betriebsspannung, etwa Auslegung von Isolatorvorrichtungen an der Anschlussseite und ähnliches. Entsprechend können auch die Auswahlstufen für unterschiedliche Nennspannungen ausgelegt sein.
• Die Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung kann ferner mindestens einen Transformator und/oder mindestens einen Spannungswandler aufweisen, der zwischen die Anschlussseiten geschaltet ist. Der Transformator oder der Wandler kann hierbei zwischen einer Anschlussseite und einer Auswahlstufe, zwischen einer Auswahlstufe und einer Modulationsstufe, zwischen einer Modulationsstufe und einer Auswahlstufe oder zwischen einer Modulationsstufe und einer nachfolgenden Anschlussseite angeschlossen sein. Der Wandler kann ein DC/DC-Wandler, ein AC/DC-Wandler oder ein DC/AC-Wandler sein. Der Transformator ist vorzugsweise ein galvanisch trennender Transformator. Ebenso ist der Wandler vorzugsweise ein galvanisch trennender Wandler.
• Die mindestens eine Leistungspfad-Auswahlstufe, die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe und/oder die Anschlüsse der Anschlussseiten sind einphasig oder mehrphasig, insbesondere dreiphasig, ausgebildet. Dies trifft insbesondere auch für die Gleichrichteranordnung, die Glättungskondensatoranordnung sowie auch für zumindest eine Primär- oder Sekundärseite des Transformators oder des Wandlers zu. Eine N-phasige Auswahlstufe oder Modulationsstufe umfasst daher N-Schaltelemente oder ein ganzzahliges Vielfaches hiervon, falls pro Phase mehrere Schaltelemente (parallel) verwendet werden. Insbesondere sind Auswahlunterstufen der Auswahlstufe und/oder Modulationsunterstufen der Modulationsunterstufe ein- oder mehrphasig ausgebildet. Falls eine Auswahlstufe mehrere Auswahlunterstufen umfasst bzw. eine Modulationsstufe mehrere Modulationsunterstufen umfasst, können verschiedene Unterstufen eine unterschiedliche Phasenanzahl haben.
• Mindestens eine der Auswahlstufen kann in mehrere Auswahlunterstufen unterteilt sein. Diese Unterstufen können in gleicher Weise (d.h. mit den gleichen Bauelementen) ausgebildet sein oder können für unterschiedliche Maximalleistungen ausgelegt sein. Mindestens eine der Modulationsstufen ist in mehrere Modulationsunterstufen aufgeteilt. Verschiedene Modulationsunterstufen können gleich (d.h. mit den gleichen Bauelementen) ausgebildet sein oder können für unterschiedliche Maximalleistungen ausgelegt sein. Die Anschlüsse der ersten und/oder der zweiten Anschlussseite sind in Anschlussuntergruppen aufgeteilt.
• Jede Auswahlunterstufe und jede Modulationsunterstufe ist in Hinblick auf Bauteileigenschaften und Beschaltung vorzugsweise wie eine Auswahlstufe bzw. Modulationsstufe ausgebildet. Insbesondere umfasst jede Auswahlunterstufe mindestens ein Schaltelement. Ferner umfasst vorzugsweise jede Modulationsunterstufe mindestens ein Schaltelement. Die Unterstufen sind einzeln mit entsprechenden Anschlüssen oder Anschlussuntergruppen verbunden. Insbesondere können sich Untergruppen auch überschneiden hinsichtlich mindestens eines Schaltelements oder hinsichtlich mindestens eines Anschlusses. Unterschiedliche Untergruppen können auch mit unterschiedlichen Nennspannungen ausgelegt sein. Die Aufteilung in verschiedene Untergruppen ermöglicht es, mehrere Funktionen gleichzeitig zu schalten und ermöglicht es gleichzeitig, zur Erreichung von hohen Gesamtleistungen mehrere Unterstufen zusammenzuschalten.
• Die Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung umfasst vorzugsweise Leitungen, welche die Auswahlstufe, die Modulationsstufe und die Anschlüsse miteinander verbindet. Diese Leitungen sind vorzugsweise zusammen mit dem mindestens einen Auswahlstufe und der mindestens einen Modulationsstufe in demselben Gehäuse angeordnet. Die Leitungen können insbesondere Leiterstreifen sein, welche zusammen mit der Auswahlstufe und/oder der Modulationsstufe auf dem gleichen Träger befestigt sind.
• Insbesondere sind die mindestens eine Modulationsstufe und die mindestens eine Auswahlstufe vorzugsweise im selben Gehäuse vorgesehen, bevorzugt auf den gleichen Träger. Der Träger und die Leitungen können im Sinne einer Leiterplatte aufgebaut sein, wobei die Leiterbahnen in oder auf den Träger verlaufen und als Metallstreifen oder Metallkörper ausgebildet sein können. Zur Verbindung der Auswahlstufe, der Modulationsstufe und/oder der Anschlüsse können auch Steckverbindungen vorgesehen sein oder auch Schraubverbindungen. Vorzugsweise sind diese jedoch über Lötverbindungen und/oder Schweißverbindungen (allgemein: stoffschlüssige Verbindungen) miteinander verbunden.
• Die Auswahlstufe und die Modulationsstufe können am gleichen Kühlkörper wärmeübertragend angeschlossen sein. Die Leistungssteuerungsschaltung kann mit einem Gehäuse versehen sein, aus dem die Anschlüsse herausgeführt sind, während die Isolationsstufe, die Auswahlstufe und ggf. auch die Glättungskondensatoranordnung, die Gleichrichteranordnung, der Transformator und/oder der Wandler innerhalb dieses Gehäuses vorgesehen sind. Wie bereits bemerkt, sind vorzugsweise alle Verbindungen zwischen den Komponenten innerhalb des gleichen Gehäuses vorgesehen, wie die Komponenten selbst.
• Die hier beschriebene Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung ist zur Steuerung des Leistungsflusses in einem Bordnetz vorgesehen. Insbesondere ist das Bordnetz ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines verbrennungsmotorgetriebenen Kraftfahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs, welches ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor umfasst, oder eines Elektrofahrzeugs. Insbesondere ist die hier beschriebene Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung in dem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, welches eine elektrische Maschine als ein Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs umfasst. Ferner kann die Leistungssteuerungsschaltung in einem Bordnetz eines schienengebundenen Fahrzeugs, eines Wasserfahrzeugs oder eines Luftfahrzeugs sein, insbesondere eines Flugzeugs. Ferner sei bemerkt, dass die Leistungssteuerungsschaltung vorzugsweise in einem autarken Bordnetz vorgesehen ist, wobei dies für Fahrzeuge grundsätzlich der Fall ist.
• Die Leistungssteuerungsschaltung kann ferner Sicherungen umfassen, die zwischen mindestens einer Anschlussseite und einer Auswahlstufe oder einer Modulationsstufe vorgesehen sind. Ferner kann mindestens ein Stromsensor vorgesehen sein, welcher in einem Leistungspfad angeordnet ist, beispielsweise zwischen einer Anschlussseite und einer Auswahlstufe, zwischen einer Anschlussseite und einer Modulationsstufe oder zwischen einer Auswahlstufe und einer Modulationsstufe. Der Stromsensor kann auch in einer Auswahlstufe oder in einer Modulatiosstufe vorgesehen sein, insbesondere an einem oder mehreren Schaltelementen. Vorzugsweise sind mehrere Stromsensoren vorgesehen, sowie eine Auswerteschaltung, die ein Fehlersignal abgeben kann, wenn eine bestimmte Stromstärke überschritten wird, oder wenn beim Aufsummieren der erfassten Stromstärken gemäß dem Kirchhoffschen Gesetzen ein Fehlerstrompfad erkannt wird.
• Zudem kann die Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung einen schaltbaren Nebenpfad aufweisen, der einen oder mehrere Anschlüsse einer Anschlussseite mit einem oder mehreren Anschlüssen der anderen Anschlussseite verbindet, etwa um dadurch die Modulationsstufe bzw. die Auswahlstufe zu entlasten. Dieser schaltbare Nebenpfad umfasst mindestens ein Schaltelement, das vorzugsweise wie ein Schaltelement der Auswahlstufe gebildet ist. In einer Ausführungsform ist das mindestens eine Schaltelement des Nebenpfads Teil einer Auswahlschaltung. Insbesondere kann der Nebenpfad ein- oder mehrphasig und vorzugsweise dreiphasig ausgebildet sein. Der Nebenpfad weist zwar nicht die Möglichkeit auf, den Stromfluss zu modulieren, um so die Leistung anzustellen, jedoch wird hierdurch die Möglichkeit gegeben, Komponenten, die keine Modulation (insbesondere nicht in einer Modulationsfrequenz) erfordern, zu verbinden. Beispielsweise kann über einen derartigen Nebenpfad eine Heckscheibenheizung mit Strom versorgt werden, indem diese über den Nebenpfad mit einer Stromquelle (Batterie, Wandler, Generator o. ä.) verbunden wird.
• An die Stelle der Heckscheibenheizung können zahlreiche andere Komponenten treten, deren Leistung nicht im Millisekundenbereich geregelt werden muss, sondern deren Leistung üblicherweise im Sekundenbereich geregelt wird. Das mindestens eine Schaltelement des Nebenpfads ist vorzugsweise ausgebildet wie ein Schaltelement der Auswahlschaltung (und kann daher in einer Auswahlschaltung integriert sein oder einen Teil hiervon bilden). Der Nebenpfad kann auch als Bypass bezeichnet werden.
• Ferner wird ein Bordnetz vorgeschlagen, das mindestens eine Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung wie hierin beschrieben umfasst. Das Bordnetz umfasst mehrere elektrische Versorgungskomponenten. Diese Versorgungskomponenten werden im Weiteren auch als Komponenten bezeichnet und stellen Leistungssenken und/oder Leistungsquellen dar.
• Als Leistungssenken werden auch Wandler betrachtet, wie Spannungswandler oder Transformatoren, an die Leistung geliefert wird, und die diese zur weiteren Verwendung (durch weitere Leistungssenken) wandeln. Diese Wandler können auch als Quellen angesehen werden, wenn von diesen gewandelte Leistung in das Bordnetz und insbesondere in das Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung eingespeist wird.
• Die Komponenten sind an der ersten und an der zweiten Anschlussseite angeschlossen. Gemäß einem ersten Aspekt sind Komponenten vorgesehen, die antriebsbezogene elektrische Komponenten sind und die dienen primär zur Erzeugung von Traktionsleistung für das Fahrzeug dienen oder (als sekundäre antriebsbezogene Komponenten) der Aufrechterhaltung eines Antriebs des Fahrzeugs dienen, beispielsweise durch Abgabe von Energie zu Steuerungszwecken von Komponenten, die Antriebsleistung erzeugen. Das Bordnetz kann hierbei ein Traktionsbordnetz sein (beispielsweise bei 350 oder 400 Volt), kann ein Bordnetz für einen Zusatzantrieb sein (ein 48 Volt Bordnetz, ein 42 Volt Bordnetz o. ä.) oder kann ein Standard-Kfz-Bordnetz mit einer Nennspannung von 12 bzw. 14 Volt.
• Gemäß einer anderen Betrachtungsweise kann das Bordnetz Unterbordnetze (bzw. Bordnetzabschnitte) umfassen, die ein Traktions- oder Hochvoltbordnetz, ein Zusatzbordnetz und/oder ein Standardbordnetz wie vorangehend beschrieben umfasst. Die Leistungsschaltung kann somit bordnetzübergreifend zwischen einzelnen Bordnetzen oder Bordnetzabschnitten angeschlossen sein, wobei die Funktionen und/oder die Nennspannung der Bordnetze oder der Bordnetzabschnitte unterschiedlich ist.
• Als Komponenten und insbesondere als antriebsbezogene elektrische Komponenten können die folgenden Komponenten vorgesehen sein:
• - eine oder mehrere Batterien (beispielsweise 12 Volt, 48 Volt und/oder 350 bzw. 400 Volt),
• - eine oder mehrere Batterieansteuervorrichtungen, insbesondere Batterieladevorrichtungen oder Vorrichtungen zum Verteilen von Leistung ausgehend von der Batterie, insbesondere auf gesteuerte Weise, vorzugsweise eingerichtet zum bidirektionalen Leistungsfluss von oder zu der Batterie,
• - ein oder mehrere Kondensatoren oder Kondensatorvorrichtungen, insbesondere Doppelschichtkondensator oder Elektrolytkondensatoren, insbesondere zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie (Rekuperationsenergie oder Energie zur Unterstützung des Bordnetzes oder Energie zum Durchführen eines Startvorgangs eines Verbrennungsmotors) ausgebildet sind,
• - ein oder mehrere Spannungswandler bzw. einen oder mehrere Stromwandler, insbesondere DC/DC-, AC/DC-, DC/AC-Wandler oder AC/AC-Wandler (auch Direktumrichter genannt),
• - ein oder mehrere Transformatoren,
• - eine oder mehrere elektrische Maschinen, insbesondere eine elektrische Maschine zur Traktion des Fahrzeugs, die insbesondere auch zur Rekuperation verwendet werden kann, ein Starter-Generator (bspw. Riemenstarter, einen Starter (bspw. Riemenstarter, Ritzelstarter, etc.), eine Lichtmaschine oder einen anderen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie aus kinetischer Energie, welche vom Verbrennungsmotor erzeugt wird oder von dem Fahrzeug stammt,
• - ein oder mehrere Motorsteuerungen für die genannten elektrischen Maschinen, insbesondere Inverter,
• - einen oder mehrere induktive oder kabelgebundene externe Ladeanschlüsse (sogenannten Extern-Ladeanschlüsse), d. h. Ladeanschlüsse, mit denen durch temporäres Anschließen eines stationären Versorgungsnetzes elektrische Energie an das Fahrzeug geliefert werden kann, sog. Plug-in-Ladeanschlüsse oder induktive Ladeanschlüsse, insbesondere mit einem Resonanzkreis,
• - eine oder mehrere Schnellladeeeinrichtungen zur Aufladung einer Traktionsbatterie, die insbesondere mit einem AC/DC-Wandler, einem DC/DC-Wandler oder einer Leistungssteuerung oder -begrenzung;
• - ein Unterstützungsgenerator mit einer Hilfs-Verbrennungskraftmaschine und einem daran angeschlossenen elektrischen Generator, wobei insbesondere der Generator die kinetische Leistung der Verbrennungskraftmaschine in elektrische Leistung wandelt, welche über die Leistungsschaltung in das Bordnetz und insbesondere in eine Traktionsbatterie eingespeist werden kann;
• - eine Brennstoffzelle, die insbesondere als Reservequelle für elektrische Energie dienen kann;
• - ein oder mehrere Bremswiderstände, welche Rekuperationsleistung aufnehmen, wenn die Batterie und/oder das restliche Bordnetz bzw. deren Komponenten nicht die vollständige Menge an Rekuperationsleistung aufnehmen können,
• - ein oder mehrere resistive oder induktive Heizeinrichtungen, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, für eine Batterie oder für eine elektrische Maschine oder eine oder mehrere Temperaturkonfektionierungseinrichtungen eingerichtet zur Temperaturkonfektionierung von Antriebskomponenten wie Zünd- oder Glühkerzen, Batterie, Plug-In-Ladebuchse, Abgasnachbehandlungseinrichtungen oder Tank (insbesondere für Kraftstoff, Harnstofflösung oder Scheibenwischflüssigkeit),
• - ein elektrisch betriebener Fahrwerkverstellantrieb, der insbesondere einen elektrischen Aktuator wie einen Elektromagneten oder eine elektrische Maschine aufweist;
• - eine elektrisch betriebene Parkbremse, die insbesondere einen elektrischen Aktuator wie eine elektrische Maschine aufweist;
• - ein elektrisch betriebener Kompressor oder Verdichter, insbesondere zur Verdichtung eines Kraftstoff-/Luftgemischs oder zur Verdichtung von Luft, wobei der Kompressor oder Verdichter eine elektrische Maschine aufweisen kann und ferner die Luft oder das Gemisch vor der Zuführung zu einem Verbrennungsmotor verdichtet wird oder die Luft vor der Zuführung zu einer Brennstoffzelle verdichtet wird;
• - eine elektrisch betriebene Vakuumpumpe, insbesondere zur Bremskraftverstärkung, die vorzugsweise eine elektrische Maschine als Antrieb aufweist;
• - eine Hydraulikpumpe, etwa zur Lenkungsunterstützung, die vorzugsweise eine elektrische Maschine als Antrieb aufweist;
• - eine elektrisch betriebene Wärmepumpe, die vorzugsweise eine elektrische Maschine als Antrieb aufweist; und/oder
• - eine elektrisch betriebene Kraftstoffpumpe, Schmiermittelpumpe oder Kühlmittelpumpe die vorzugsweise eine elektrische Maschine als Antrieb aufweist.
• Weiterhin können die Komponenten ein oder mehrere Klimakompressoren, eine oder mehrere Kühlerlüfter, ein oder mehrere PTC-Heizelemente, ein oder mehrere Fahrwerkverstellantriebe und/oder ein oder mehrere Luftdruckkompressoren umfassen. Die letztgenannten Komponenten können auch als Nebenaggregatskomponenten betrachtet werden.
• Die antriebsbezogenen Komponenten und die Nebenaggregatskomponenten können insbesondere einen ein-, drei- oder allgemein mehrphasigen Anschluss aufweisen. Bei Komponenten, die eine wandelnde Funktion haben (Wandler, Transformator) und somit zwei Anschlussseiten aufweist, können eine oder beide Anschlussseiten dreiphasig (allgemein mehrphasig) ausgebildet sein, insbesondere die Anschlussseite, die an die hier beschriebene Leistungsschaltung angeschlossen ist.
• Die elektrischen Versorgungskomponenten können ferner als elektrische Nebenaggregatskomponenten ausgebildet sein, etwa wie vorangehend beschrieben, insbesondere als:
• - eine oder mehrere Scheibenheizungen, eine oder mehrere Klimatisierungsvorrichtungen, insbesondere für den Innenraum und/oder
• - eine oder mehrere Ventilatoren.
• Die Unterteilung der Komponenten in Nebenaggregatskomponenten und antriebsbezogene Komponenten ist lediglich optional.
• Weiterhin kann als Versorgungskomponente ein elektrisch betriebener Verdichter eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs betrachtet werden oder auch eine an einen elektrischen Generator angeschlossene Turbine, die von dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotor des Fahrzeugs betrieben wird. Der Generator kann hierbei Leistung in das Bordnetz einspeisen, insbesondere über die Leistungssteuerungsschaltung. Der elektrisch betriebene Verdichter kann von dem Bordnetz betrieben werden, insbesondere durch Bezug elektrischer Leistung von der Leistungssteuerungsschaltung. Da diese Komponenten eine Funktion haben, die zur Traktion des Fahrzeugs verwendet wird (in dem diese einen direkten Bezug zum Verbrennungsmotor haben), können diese auch als antriebsbezogene elektrische Komponenten betrachtet werden.
• Ferner sei bemerkt, dass die Komponenten vorzugsweise als gemeinsames Merkmal mindestens einen elektrischen Anschluss aufweisen, an dem die elektrische Leistung von der Leistungssteuerungsschaltung an die Komponente angelegt werden kann, und/oder über die die Leistungssteuerungsschaltung von der betreffenden Komponente Leistung erhalten kann.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Bordnetz mehrere Spannungsebenen, insbesondere die vorangehend genannten Spannungsebenen, d.h. (i) 12 bzw. 14 Volt, (ii) 42 bzw. 48 Volt und (iii) 350, 380 bzw. 400 Volt). Es können mehrere Bordnetze mit Spannungsebenen vorgesehen sein, wobei verschiedene Bordnetze unterschiedlicher Spannungsebene aufweisen. Gemäß einer weitere Betrachtungsweise kann das Bordnetz mehrere Bordnetzabschnitte aufweisen, wobei verschiedene Bordnetzabschnitte unterschiedlicher Spannungsebene aufweisen.
• Das Bordnetz bzw. die Bordnetzabschnitte umfasst bzw. umfassen mehrere Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltungen, wobei mindestens zwei der Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltungen in unterschiedlichen Spannungsebenen vorgesehen sind.
• Alternativ kann das Bordnetz zwar mehrere Spannungsebenen aufweisen, wobei eine Leistungssteuerungsschaltung Modulationsunterstufen und Auswahlunterstufen umfasst, die unterschiedlichen Spannungsebenen zugeordnet sind. Darüber hinaus können zwei oder mehr unterschiedliche Spannungsebenen an die gleiche Leistungssteuerungsschaltung angeschlossen sein, wobei insbesondere eine oder mehrere Auswahlunterstufen bzw. ein oder mehrere Modulationsunterstufen an mindestens zwei unterschiedliche Spannungsebenen angeschlossen sein können.
• Ferner kann vorgesehen sein, dass das Bordnetz, eine Leistungssteuerungsschaltung oder mehrere Leistungssteuerungsschaltungen (zusammen) mindestens eine Ansteuerschaltung umfassen, die ansteuernd mit der mindestens einen Auswahlstufe und/oder mit der mindestens einen Modulationsstufe verbunden ist.
• Die Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung ist eingerichtet, wählbar in zumindest zwei der folgenden Zustände versetzt zu werden, insbesondere mittels der mindestens einen Ansteuerschaltung und vorzugsweise durch Ansteuern der Schaltelemente der Auswahlstufe(n) und/oder der Modulationsstufe(n):
• - ein Ladezustand, in dem ein induktiver oder kabelgebundener Extern-Ladeanschluss über die Leistungs-Modulationsstufe mit der Batterie, mit den Batterien, oder mit der Batterieansteuervorrichtung verbunden ist, oder, alternativ mit einer Versorgungsschiene innerhalb des Bordnetzes bzw. innerhalb der Leistungssteuerungsschaltung;
• - ein Antriebszustand, in dem die Batterie und/oder der Kondensator (allgemein: die Kondensatoreinrichtung) mit der elektrischen Maschine verbunden ist; (die Leistungsschaltung überträgt Leistung von dem Kondensator / von der Batterie an die elektrische Maschine)
• - ein Rekuperations-/Intern-Ladezustand, in dem die elektrische Maschine, insbesondere die zur Traktion verwendete elektrische Maschine, oder der Startergenerator oder die Lichtmaschine oder ein anderer Generator mit der Batterie, mit dem Kondensator, mit der Batterieansteuervorrichtung und/oder mit dem Bremswiderstand verbunden ist;
• - ein Konditionierungszustand, in dem die Batterie mit zumindest einer der Temperaturkonditionierungseinrichtung verbunden ist bzw. mit einem Klimakompressor, mit einer Heizeinrichtung, mit einem Kühlerlüfter, mit einer Scheibenheizung oder mit einer Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung verbunden ist;
• - ein Nebenaggregat-Versorgungszustand, in dem die Batterie mit einer der elektrischen Nebenaggregatskomponenten verbunden ist.
• Anstatt des Begriffs Nebenaggregat kann auch der Begriff Hilfsaggregat verwendet werden. Wie bereits bemerkt sind Nebenaggregatskomponenten elektrische Komponenten, die an die Leistungssteuerungsschaltung angeschlossen sind, und deren Funktion keine unmittelbare Auswirkung auf die Traktion des Fahrzeugs bzw. den Betrieb von zur Traktion oder zum Bremsen dienenden Komponenten hat.
• Das Bordnetz oder die Leistungsschaltung selbst umfasst vorzugsweise die Ansteuerschaltung. Diese ist mit der mindestens einen Auswahlstufe und/oder mit der mindestens einen Modulationsstufe verbunden, um die Leistungsschaltung in einen der genannten Zustände zu versetzen. Die Zustände werden eingestellt durch Ansteuern der Schaltelemente der Auswahlstufe (und/oder der Modulationsstufe). Die Zustände werden eingestellt durch Ändern/Setzen der Schaltzustände der Auswahlstufe (und/oder der Modulationsstufe). Die Zustände werden vorgesehen durch das beteffende Ansteuersignal, das der Auswahlstufe und/oder der Modulationsstufe zugeführt wird. Die Ansteuerschaltung der Auswahlstufe ist eingerichtet, die Schaltzustände in der Ansteuerschaltung derart zu ändern, dass sich die genannten Zustände ergeben. Es kann eine übergeordnete Steuerung vorgesehen sein, die die Zustände in Form von Soll-Zuständen an die betreffende Ansteuerschaltung(en) übermittelt.
• Schließlich kann die Leistungsschaltung eingerichtet sein, einerseits in den Ladezustand, dem Antriebszustand oder den Rekuperations-/Intern-Ladezustand versetzt zu werden, und gleichzeitig andererseits in den Konditionierungszustand und/oder in den Nebenaggregat-Versorgungszustand versetzt zu werden. Die mindestens eine Ansteuerschaltung ist eingerichtet, diese Zustände einzustellen, insbesondere durch Abgabe eines entsprechenden Ansteuersignals an die betreffende Auswahl- oder Modulationsstufe.
• Durch die genannten Zustände dient das Bordnetz bzw. die Leistungssteuerungsschaltung gleichzeitig zur Übertragung elektrischer Leistung von oder zu antriebsbezogenen Aggregaten und an oder von Nebenaggregaten. Dies ist beispielsweise möglich, wenn mehrere Leistungssteuerungsschaltungen vorgesehen sind oder wenn mehrere Auswahlunterstufen, mehrere Modulationsunterstufen und/oder ein Bypass vorgesehen ist, der parallel (und somit gleichzeitig) mehrere unterschiedliche Leistungspfade realisiert, die insbesondere steuerbar sind.
• Die Auswahlstufe bzw. die mindestens eine Auswahlstufe bzw. die mindestens eine Auswahlunterstufe kann als Umschalter ausgebildet sein, der einen Pol auf einer Seite der Auswahlstufe bzw. Auswahlunterstufe mit einem Pol der anderen Seite der Auswahlstufe bzw. der Auswahlunterstufe verbindet. Ferner kann die mindestens eine Auswahlstufe bzw. die mindestens eine Auswahlunterstufe als frei konfigurierbare Schaltmatrix vorgesehen sein, bei der ein oder mehrere Pole einer Seite der Auswahlstufe bzw. der Auswahlunterstufe mit ein oder mehreren Polen der anderen Seite der Auswahlstufe bzw. Auswahlunterstufe verbunden wird.
• Da bislang zweiphasige Bordnetze verwendet werden und die hier beschriebenen Bordnetze und insbesondere die Komponenten und die Leistungsschaltung bzw. deren Elemente auch dreiphasig sein können, betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Fahrzeugbordnetz mit dreiphasigen Komponenten. Hierbei kann das Fahrzeugbordnetz wie hier beschrieben oder auf andere Weise ausgebildet sein und insbesondere die Leistungsschaltung umfassen oder nicht umfassen. Das Fahrzeugbordnetz ist hierbei vorzugsweise ausgestaltet als ein Fahrzeugbordnetz eingerichtet für oder angeordnet in einem Fahrzeug, wie es hier beschrieben ist, insbesondere in einem (insbesondere nicht schienengebundenen) Kraftfahrzeug (Personenkraftwagen, LKW, Bus, Nutzfahrzeug, etc.) oder auch in einem Wasserfahrzeug. Das Fahrzeugbordnetz umfasst zumindest einen Transformator, der dreiphasig ausgebildet ist. Hierdurch lassen sich bei gleicher Leistung der Kupferverbrauch und der Platzbedarf gegenüber herkömmlichen einphasigen Varianten reduzieren.
• Der Transformator kann in einem Wandler (DC/DC-, DC/AC-, AC/DC- oder AC/AC-Wandler) vorgesehen sein oder kann Bordnetzzweige des Fahrzeugbordnetzes verbinden. Der Transformator kann in Stern- oder Dreieck-Schaltung vorgesehen sein. Ferner kann das Fahrzeugbordnetz alternativ oder in Kombination mit dem Transformator einen dreiphasigen Bremswiderstand aufweisen. Der Bremswiderstand ist innerhalb des Fahrzeugbordnetzes als Verbraucher für rekuperierte Leistung geschaltet und insbesondere mit einer zu Traktion verwendeten elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs direkt oder über eine Schaltanordnung verbunden, insbesondere über eine hier beschriebene Leistungsschaltung. Es können auch mehrere Bremswiderstände vorgesehen sein, die unterschiedliche Massen (und somit Wärmekapazitäten) und/oder unterschiedliche Leistungen aufweisen. Der Unterschied kann einen Faktor von mindestens 1.5, 2, 3 oder 5 betragen.
• Als weitere dreiphasige Komponente kann insbesondere ein Zerhacker (Chopper) vorgesehen sein. Dieser weist eine Gleichstromseite und eine Wechselstromseite auf. Der Zerhacker umfasst mindestens einen Zerhackerschalter, der eingerichtet ist, das an der Gleichstromseite anliegende Signal durch wiederholtes Öffnen und Schließen in ein (Rechteck-)Wechselstromsignal umzuwandeln, das an der Wechselstromseite des Zerhackers anliegt. Als Zerhackerschalter wird vorzugsweise ein IGBT oder ein Feldeffekttransistor (insbesondere ein MOSFET) verwendet. Der Zerhacker ist dreiphasig ausgestaltet. Die Gleichstromseite und/oder die Wechselstromseite weisen hierzu einen dreiphasigen Anschluss auf. Insbesondere kann die Wechselstromseite einen dreiphasigen Anschluss aufweisen, während die Gleichstromseite einen einphasigen oder dreiphasigen Anschluss aufweist.
• Insbesondere sind die Zerhackerschalter dreiphasig ausgestaltet, wobei der Zerhacker (mindestens) drei Zerhackerschalter oder drei Gruppen von Zerhackerschaltern aufweist (d.h. pro Phase einen Zerhackerschalter oder eine Gruppe hiervon). An dem Zerhackerschalter kann insbesondere ein Bremswiderstand, ein Heizwiderstand (allgemein: ein Wärmewandler, der elektrische Energie in Wärme umsetzt), ein Transformator oder eine elektrische Maschine angeschlossen sein.
• Diese sind vorzugsweise wie die Wechselstromseite des Zerhackers dreiphasig ausgebildet.
• Die Bremswiderstände können gemäß einer Ausführungsform induktive Bremswiderstände sein. Die induktiven Bremswiderstände können mindestens eine Primärspule umfassen, die einen Anschluss zum Verbinden mit einem Bordnetzes aufweist. Die induktiven Bremswiderstände umfassen ferner mindestens eine Sekundärspule. An diese ist mindestens ein ohmscher Widerstand angeschlossen. Die Primärspule ist mit der Sekundärspule magnetisch gekoppelt, vorzugsweise über einen zumindest einen gemeinsamen Kern, der eingerichtet ist, von der Primärspule erzeugten magnetischen Fluss zur Sekundärspule zu führen. Der Kern ist insbesondere in sich geschlossen. Die Primärspule ist vorzugsweise von der Sekundärspule galvanisch getrennt. Die Primärspule ist vorzugsweise ferner gegenüber der Sekundärspule fluiddicht abgedichtet.
• Die Sekundärspule kann thermisch mit einem Raum oder einem Kanal gekoppelt sein, in dem sich Wärmemedium befinden kann bzw. Wärmemedium fließen kann. Der Raum bzw. der Kanal kann eingerichtet sein, an einen Wärmekreislauf des Fahrzeugs angeschlossen zu werden. Da die Wärme im Wesentlichen nur an der Sekundärspule und dem Widerstand abfällt, können diese mit einer geringeren Masse als Bremswiderstände ausgebildet sein, als ohmsche Bremswiderstände, da ohmsche Bremswiderstände zusätzliche elektrische Isolierungen erfordern.
• Zudem kann ein induktiver Heizwiderstand vorgesehen sein, der wie der induktive Bremswiderstand ausgebildet ist. Für den induktiven Heizwiderstand und für den induktiven Bremswiderstand kann der gemeinsame Begriff „induktiver Wärmewandler“ verwendet werden. Der induktive Wärmewandler wird vorzugsweise in einem Bordnetz vorgesehen, das sich in einem Fahrzeug wie es hier beschrieben ist, befindet. Der induktive Wärmewandler kann einphasig oder dreiphasig ausgebildet sein.
• Vorzugsweise ist ein Bordnetz eines Fahrzeugs mit mindestens einer dreiphasigen Komponente oder einem wie hier beschriebenen induktiven Wärmewandler ausgestattet. Dadurch lässt sich bei geringerem Gesamtquerschnitt der elektrischen Leitungen die gleiche Leistung wie bei einphasigen Systemen übertragen, wodurch Leitermaterial eingespart werden kann.
• Gemäß einer Ausführungsform kann die zumindest eine Auswahlstufe Anschlüsse, die mittels der Schaltelemente der Auswahlstufe (gesteuert) unterschiedlich miteinander verbunden werden können. Die Anschlüsse können als Phasen eines Mehrphasensystems vorgesehen sein, insbesondere als dreiphasige Anschlüsse. Die Auswahlstufe kann zur Stern-Dreiecksumschaltung ausgestaltet sein, wobei durch unterschiedliche Schaltzustände der Auswahlstufe die Anschlüsse bzw. Phasen einstellbar im Stern oder im Dreieck miteinander verbunden werden. Die Auswahlstufe kann für jede Phase zwei Phaseneinzelanschlüsse aufweisen. An diese können etwa einzelne Phasenwicklungen oder Phasenwiderstände (allgemein die einzelnen Phasen einer Quelle oder eines Verbrauchers) angeschlossen werden.
• Die Auswahlstufe weist zur Implementierung der Stern-Dreiecksumschaltung einen Umschalter (insbesondere einpolig) und einen Trennschalter auf. Der Umschalter kann mittels zweier einzelner Schaltelemente (jeweils AN/AUS) realisiert werden; der Trennschalter kann mit einem Schaltelement (AN/AUS) realisiert werden. Der Trennschalter ist in einer Serienschaltung zweier Phasen geschaltet, und der Umschalter verbindet ein Anschluss einer ersten Phase wahlweise mit einem von zwei Anschlüssen einer zweiten Phase. Die erste Phase gehört nicht zu den beiden Phasen, die vom Trennschalter verbunden werden. Der Umschalter und der Trennschalter können sich an entgegengesetzten Enden der gleichen Phase befinden, wobei insbesondere derjenige Anschluss des Umschalters mit dieser Phase (an der auch der Trennschalter angeschlossen ist) verbunden ist, der sich wahlweise mit unterschiedlichen Anschlüssen bzw. Seiten der gleichen Phase verbinden lässt.
• Der Umschalter (mit zwei verschiedenen Schaltstellungen ausgestaltet) verbindet wahlweise einen ersten Einzelanschluss oder einen zweiten Einzelanschluss der gleichen Phase mit einem ersten Einzelanschluss einer zweiten Phase. In der erstgenannten Schaltstellung verbindet der Umschalter die erste Phase in Serie mit der zweiten Phase (Dreieckskonfiguration) und in der zweitgenannten Schaltstellung verbindet der Umschalter die zweite Phase mit einem Sternpunkt, an den auch die erste Phase angeschlossen ist. Der Sternpunkt wird von dem ersten Einzelanschluss der ersten Phase gebildet, wobei auch der zweite Anschluss der dritten Phase bzw. der erste Anschluss der zweiten Phase dieses Potential aufweisen. Der Trennschalter ist zwischen Einzelanschlüssen verschiedener Phasen geschaltet, um die Dreieckskonfiguration auftrennen zu können, um eine Sternkonfiguration zu ermöglichen. Der Trennschalter ist insbesondere zwischen dem zweiten Einzelanschluss der zweiten Phase und einer dritten Phase geschaltet, vorzugsweise zwischen dem zweiten Einzelanschluss der zweiten Phase und dem ersten Anschluss der dritten Phase. Der Trennschalter ist in der Dreieckskonfiguration geschlossen und in der Sternkonfiguration offen. Der zweite Anschluss der dritten Phase ist direkt mit dem ersten Anschluss der ersten Phase (d.h. mit dem Sternpunkt verbunden). In der Sternkonfiguration ist der Trennschalter offen, so dass der zweite Anschluss der ersten Phase, der zweite Anschluss der zweiten Phase und erste Anschluss der dritten Phase die Phasenanschlüsse der Sternkonfiguration bilden, während der erste Anschluss der ersten Phase, der erste Anschluss der zweiten Phase und der zweite Anschluss der dritten Phase miteinander verbunden sind, um den Sternpunkt zu bilden. Die Verbindung des ersten Anschlusses der zweiten Phase mit dem Sternpunkt wird von dem Umschalter hergestellt, der ferner in dieser Sternkonfiguration Serienschaltung der ersten Phase mit der zweiten Phase trennt. Der Trennschalter trennt die Serienschaltung der zweiten Phase mit der dritten Phase. In der Dreieckskonfiguration sind die erste, zweite und dritte Phase in Serie geschaltet. Hierzu verbindet der Umschalter die erste Phase und die zweite Phase in Serie, während der Umschalter die direkte Verbindung zwischen der zweiten Phase und dem ersten Anschluss der ersten Phase (entsprechend dem Sternpunkt) in der Dreieckskonfiguration trennt. In der Dreieckskonfiguration verbindet ferner der Trennschalter (aufgrund seines geschlossenen Zustands) die zweite mit der dritten Phase seriell.
• Die mindestens eine Auswahlstufe kann daher auch zur Auswahl der Konfiguration eingerichtet, in der die Anschlüsse der Auswahlstufe verbunden sind (Stern oder Dreieck). Dies betrifft die die erste und/oder die zweite Auswahlstufe. Die erwähnten Um- und Trennschalter verbinden Anschlüsse der zumindest einen Auswahlstufe untereinander und können in Kombination mit den Schaltelementen vorgesehen sein, mit denen die Auswahlstufe ein oder mehrere Anschlüsse zur Verbindung (mit der Modulationsstufe) auswählt.
• Figurenliste
• Die 1 - 3 sind Übersichtsdarstellungen von verschiedenen Varianten einer Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung.
• Die 4 und 5 zeigen spezifische Ausführungsformen von Bordnetzen und dienen zur Darstellung beispielhafter Funktionen.
• Die 6 zeigt beispielhaft eine dreiphasige Komponente.
• Die 7 zeigt beispielhaft einen induktiven Wärmewandler.
• Detaillierte Beschreibung der Figuren
• Die in 1 dargestellte Bordnetz-Leistungssteuerungs- schaltung 10 (im Weiteren: Leistungsschaltung) umfasst eine erste Leistungspfad-Auswahlstufe 20 und eine zweite Leistungspfad-Auswahlstufe 20'. Zwischen der ersten Auswahlstufe 20 und der zweiten Auswahlstufe 20' ist eine Leistungs-Modulationsstufe 30 vorgesehen. Die erste Auswahlstufe 20 ist als Umschalter dargestellt, bei dem eine erste Seite (in 1: die linke Seite der Auswahlstufe 20) drei Pole umfasst, welche gemäß der gewählten Auswahl mit einem Pol der anderen Seite (in 1: die rechte Seite der Auswahlstufe 20) der Auswahlstufe 20 verbunden werden kann. Die dargestellte Auswahlstufe 20 kann auch als dreipoliger Auswahlschalter betrachtet werden. In gleicher Weise kann die zweite Auswahlstufe 20' als vierpolige Auswahlstufe betrachtet werden. Die Seite der ersten Auswahlstufe 20, welche mit der Modulationsstufe 30 verbunden ist (in 1: die rechte Seite der Auswahlstufe 20), weist nur einen Pol auf. Ebenso weist die Seite der zweiten Auswahlstufe 20', die mit der Modulationsstufe verbunden ist (in 1: die linke Seite der Auswahlstufe 20'), nur einen Pol auf.
• Gemäß einer alternativen Ausführungsform, die gestrichelt dargestellt ist, sind die Modulationsstufe 30 und die zweite Auswahlstufe 20' zweiteilig ausgebildet (siehe horizontalen Teilungsstrich, gestrichelt). Es ergeben sich zwei Modulationsunterstufen und zwei Auswahlunterstufen. Jeder Teil der Modulationsstufe 30 und der Auswahlstufe 20' (d.h. jede Unterstufe) weist mindestens ein entsprechendes Schaltelement auf. In dieser alternativen Ausführungsform ist jede der Unterstufen der zweiten Auswahlstufe 20' mit einer entsprechenden Modulationsunterstufe der Modulationsstufe 30 verbunden.
• Die in 1 dargestellte Leistungsschaltung 10 umfasst eine Anschlussseite 40, die mit der ersten Auswahlstufe 20 verbunden ist (mit der Seite der ersten Auswahlstufe 20, die entgegengesetzt zur Modulationsstufe 30 liegt), und eine zweite Anschlussseite 42 der Leistungsschaltung 10 ist mit der zweiten Auswahlstufe 20' verbunden, insbesondere mit der Seite der Auswahlstufe 20', die entgegengesetzt zur Modulationsstufe 30 ist. Somit sind zwischen der ersten und der zweiten Anschlussseite 40, 42 die Auswahlstufen 20 und 20' sowie die Modulationsstufe 30 vorgesehen. Hierbei sind die erste Auswahlstufe 20, die Modulationsstufe 30 und nachfolgend die zweite Auswahlstufe 20' in dieser Reihenfolge seriell miteinander verbunden. Die erste und die zweite Anschlussseite sind über diese serielle Verbindung der ersten und zweiten Auswahlstufe sowie der Modulationsstufe miteinander verbunden.
• Die erste Auswahlstufe 40 umfasst drei Anschlüsse 50, wobei die Anzahl der Anschlüsse 50 der ersten Anschlussseite 40 der Polzahl der Auswahlstufe 20 entspricht. Die Polzahl kann die Zahl der Anschlüsse übersteigen. Ferner kann die Zahl der Anschlüsse die Polzahl übersteigen.
• In gleicher Weise umfasst die zweite Anschlussseite 42 vier Anschlüsse 52, wobei die Anzahl der Anschlüsse 52 der zweiten Seite 42 der Polzahl der Auswahlstufe 20' entspricht.
• Die in 1 dargestellte Variante umfasst somit zwei Auswahlstufen 20 und 20', die zu beiden Seiten der Modulationsstufe angeordnet sind.
• Die 2 zeigt im Gegensatz hierzu eine Variante, bei der die Modulationsstufe 30 direkt mit der zweiten Anschlussseite 42 verbunden ist, im Gegensatz zur Variante der 1, bei der zwischen Modulationsstufe 30 und zweiter Anschlussseite 42 die zweite Auswahlstufe 20' vorgesehen ist.
• Weiterhin umfasst die in 2 dargestellte Variante eine erste Anschlussseite 40, die drei Anschlüsse 50 aufweist. Auch die erste Auswahlstufe 20, die mit der ersten Anschlussseite verbunden ist, weist drei Pole auf, die mit einem Pol der Seite der ersten Auswahlstufe 20 verbunden werden können, die der Modulationsstufe zugewandt ist und mit dieser verbunden ist.
• Die in 2 dargestellte erste Auswahlstufe ist im Gegensatz zur Auswahlstufe der 1 kein Umschalter, bei der nur ein einziger Pol einer Seite mit einem Pol der gegenüberliegenden Seite der Auswahlstufe verbunden werden kann. Vielmehr ist die Auswahlstufe 20 der 2 im Sinne einer Schaltmatrix ausgebildet, bei der die Verbindung zwischen jedem Pol einer Seite und dem Pol der gegenüberliegenden Seite (der Modulationsstufe zugewandt) einzeln gesteuert werden kann. Hierbei kann beispielsweise nur ein Anschluss 50 mit der Modulationsstufe 30 verbunden werden. Es können ferner auch zwei oder alle drei Anschlüsse 50 mit der Modulationsstufe 30 verbunden werden oder es kann auch kein Anschluss 50 mit der Modulationsstufe verbunden werden. Die Möglichkeit, keinen der Anschlüsse 50 mit der Modulationsstufe 30 über die erste Auswahlstufe 20 zu verbinden, ergäbe sich in 1, wenn der Umschalter 20 eine weitere, unbeschaltete Polposition aufweisen würde, die gewählt werden kann, um die Anschlussseite 40 von der Modulationsstufe 30 zu trennen.
• Zwischen der ersten Anschlussseite 40 und der Auswahlstufe 20 ist eine optionale Gleichrichteanordnung 62 dargestellt, wobei zwischen der Auswahlstufe 20 und der Modulationsstufe 30 eine ebenso optionale Glättungskondensatoranordnung zwischengeschaltet ist. Beide Anordnungen sind optional und können daher weggelassen werden. Wenn diese weggelassen werden, wird die betreffende Anordnung durch eine direkte Verbindung zwischen der ersten Anschlussseite 40 und der Auswahlstufe 20 bzw. zwischen der Auswahlstufe 20 und der Modulationsstufe 30 ersetzt.
• Ferner ist dargestellt, dass die zweite Anschlussseite 42 zwei Anschlüsse 52 umfasst, wobei diese einzeln (d. h. individuell) mit der Modulationsstufe 30 verbunden sind. Falls die Modulationsstufe 30 in Unterstufen unterteilt ist, die mit dem gleichen Ansteuersignal oder mit unterschiedlichen Ansteuersignalkomponenten betrieben werden, sind die jeweiligen Unterstufen individuell mit den einzelnen Anschlüssen 52 der zweiten Seite 42 verbunden. Dadurch können die Schaltelemente in der Modulatorstufe 30 aufgeteilt werden und an die Anschlüsse 52 können unterschiedliche Komponenten zur Durchführung unterschiedlicher Funktionen angeschlossen werden.
• Falls zwischen der Modulationsstufe 30 und der zweiten Anschlussseite 42 eine zweite Auswahlstufe vorgesehen sein sollte, so verbindet diese wählbar zwei Pole (auf der Seite der Modulationsstufe) mit zwei Polen auf der Seite der zweiten Anschlussseite 42 und kann ebenso im Sinne eines Umschalters wie in 1 als auch im Sinne einer Schaltmatrix wie die erste Auswahlstufe 20 der 2 ausgebildet sein.
• In der 3 ist eine weitere Variante der Leistungsschaltung 10 dargestellt, bei der die Modulationsstufe 30 über die zweite Auswahlstufe 20' mit der zweiten Anschlussseite 42 verbunden ist. Auf der Seite der ersten Anschlussseite 40 ist keine Auswahlstufe vorgesehen, sondern die Modulationsstufe 30 ist direkt (ohne Auswahlstufe) mit der ersten Anschlussseite 40 verbunden. In der in 3 dargestellten Variante umfasst die erste Anschlussseite 40 nur einen Anschluss 50. Dieser wird unmittelbar zur Modulationsstufe 30 geführt. Zwischen der Modulationsstufe 30 und der zweiten Anschlussseite 42 ist die zweite Auswahlstufe 20' vorgesehen, die als vierpoliger Umschalter arbeitet. Wie bereits bemerkt, kann anstatt eines Umschalters auch eine Schaltmatrix vorgesehen sein.
• In der 3 ist ferner eine Ansteuerschaltung 70 dargestellt, die hier als Beispiel zweiteilig dargestellt ist. Ein Teil der Ansteuerschaltung 70 gibt ein Ansteuersignal für die Modulationsstufe 30 ab und ein weiterer Teil der Ansteuerschaltung 70 gibt ein Ansteuersignal für die zweite Auswahlstufe 20' ab. Hierbei ist die Ansteuerschaltung 70 mit jeweiligen Ansteuersignaleingängen der Modulationsstufe 30 bzw. der zweiten Auswahlstufe 20' verbunden.
• Eine übergeordnete Steuereinheit 80 kann vorgesehen sein (siehe gestrichelter Kasten der 3), die eine Leistungsvorgabe erzeugt und an die Ansteuerschaltung 70 abgibt. Hierzu ist ein entsprechender Ausgang der übergeordneten Steuereinheit 80 mit einem Eingang für Leistungsvorgaben die Ansteuerschaltung 70 verbunden.
• Weiterhin ist in der 3 ein optionaler Bypass 90 dargestellt, der die Auswahlstufe 20' überbrückt. Eine alternative Verschaltung ist in Punktlinie dargestellt, wobei der Bypass 90 die erste Anschlussseite 40 mit der zweiten Anschlussseite 42 verbindet. Die Punktlinie gibt somit eine Variante wieder, bei der die Modulationsstufe und die zweite Auswahlstufe 20' überbrückt sind durch den Bypass. In einer Ausführungsform, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 3 nicht dargestellt sind, überbrückt ein Bypass 90 die Modulationsstufe, nicht aber die Auswahlstufe. Hierbei würde der Bypass die erste Anschlussseite 40 mit der zweiten Auswahlstufe 20' verbinden. Insbesondere würde der Bypass in Serie mit der zweiten Auswahlstufe liegen, wobei diese Serienschaltung die erste Anschlussseite mit der zweiten Anschlussseite verbindet.
• Weiterhin ist in der 3 ein optionaler Bypassschalter 92 dargestellt, der in Serie mit dem Bypass 90 geschaltet ist und als eigener Schalter gesteuert werden kann. Vorzugsweise ist ein Ansteuereingang des Bypassschalters 92 mit der Ansteuerschaltung 70 verbunden, so dass die Ansteuerschaltung 70 den Bypassschalter 92 ansteuern kann.
• Die Bypassleitung 90 ist in der 3 als zweiter Anschluss der Modulationsstufe 30 auf der Seite der Auswahlstufe 20' dargestellt. Gemäß einer Ausführungsform kann daher die Modulationsstufe 30 in zwei Modulationsunterstufen unterteilt sein, wobei eine erste Modulationsunterstufe die erste Anschlussseite 40 mit der Auswahlstufe 20' verbindet, und eine zweite Modulationsunterstufe der Modulationsstufe 30 die erste Anschlussseite 40 direkt mit der zweiten Anschlussseite (oder über den Bypassschalter 92) verbindet. Der Bypass kann vorzugsweise auch einschließlich des Bypassschalters 92 zwischen der Modulationsstufe 30 und der ersten Anschlussseite 40 vorgesehen sein, wobei in diesem Fall eine erste Auswahlstufe wie die Auswahlstufe 20 parallel zum Bypass die erste Anschlussseite 40 mit der Modulationsstufe 30 verbindet.
• Da die in gleicher Weise bezeichnenden Komponenten der 1 - 3 vergleichbare Funktionen aufweisen, werde diese mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Elemente, die mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, können die gleichen Eigenschaften aufweisen.
• Die 4 zeigt ein Bordnetz 100 mit einer Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung 110, an das Komponenten 120, 130, 132 und 134 angeschlossen sind. Die Komponente 120 ist eine Traktionsmotoreinheit mit einer steuerbaren Brückenschaltung 122, an die eine elektrische Maschine angeschlossen ist. Diese kann als Traktionsmotor des Fahrzeugs arbeiten. Ferner kann die elektrische Maschine 124 als Generator arbeiten, um kinetische Energie des Fahrzeugs zu rekuperieren. Die Komponente 120 ist an eine erste Seite der Leistungsschaltung 110 angeschlossen. Die Brückenschaltung (und auch die daran angeschlossene elektrische Maschine 124) sind dreiphasig ausgebildet. Auf einer Seite der Traktionsmotoreinheit, die der an die an die Leistungsschaltung 110 angeschlossenen Seite der Traktionsmotoreinheit entgegengesetzt ist, weist die Traktionsmotoreinheit einen Glättungskondensator 127 auf. An der Seite, an der dieser Glättungskondensator 127 angeschlossen ist, befinden sich Anschlüsse 126. Diese Anschlüsse sind über Schalter 128 schaltbar. An den Anschlüssen ist beispielsweise eine Hochvoltbatterie (Nennspannung 400 V, 350 V, 360 V, oder 380 V) angeschlossen, siehe gestrichelte Darstellung. In dem dargestellten Fall kann die Hochvoltbatterie 129 als Senke für die von der elektrischen Maschine 124 rekuperierte Leistung dienen und mit dieser aufgeladen werden. In einer Ausführungsform bildet die Brückenschaltung 122 einen Teil der Leistungsschaltung, insbesondere einschliesslich des Glättungskondensators 127. Die Brückenschaltung 122 bildet insbesondere eine Modulationsstufe oder Modulationsunterstufe der Leistungsschaltung. Die Brückenschaltung ist eingerichtet, als Inverter für die daran angeschlossene elektrische Maschine 124 zu arbeiten. Dies ist jedoch nur eine von mehreren Möglichkeiten der Funktion der Brockenschaltung 122, da diese bei anderen Leistungspfadrichtungen auch Leistung von der elektrischen Maschine an die Batterie 129 vorzugsweise moduliert oder auf andere Weise gesteuert übertragen kann, so dass die Batterie 129 als Leistungssenke wie in 4 dargestellt arbeiten kann.
• Die in 4 dargestellte Leistungsschaltung 110 umfasst eine Modulationsstufe 140. Diese kann wie beschrieben zusammen mit der Brückenschaltung 122 Modulationsstufen der Leistungsschaltung bilden oder die Brückenschaltung 122 und die Modulationsstufe 140 können als Modulationsunterstufen einer gemeinsamen Modulationsstufe der Leistungsschaltung angesehen werden. Die Anschlüsse 126 können in dieser Weise als erste Anschlussseite der so dargestellten Leistungsschaltung betrachtet werden. Ebenso kann nur die Batterie 129 als angeschlossene Komponente betrachtet werden, wobei die Elemente mit den Bezugszeichen 127 und 122 als Teil der Leistungsschaltung betrachtet werden.
• Die Modulationsstufe 140 wie in 4 dargestellt ist mehrphasig, insbesondere dreiphasig, ausgebildet und umfasst für jede Polarität und für jede Phase eine (oder mehrere) Leistungsschalter bzw. Leistungsschaltelemente, die wie in 4 dargestellt als MOSFETs ausgebildet sein können. Die Leistungsschalter sind mit einer Diode (Bodydiode) ausgestaltet. Die Seite der Brückenschaltung 140, die an den ersten Anschluss an geschlossen ist, weist einen Glättungskondensator 142 auf. Der Glättungskondensator 142 (wie insbesondere allgemein Glättungskondensatoren) sind parallel geschaltet. Die Brückenschaltung 140 wie auch die Brückenschaltung 122 sind als B6C-Brücken ausgestaltet. Die Brückenschaltung 140 dient in der 4 als Nebenaggratestellglied bzw. als Hilfaggregatestellglied.
• Die Modulationsstufe 140 ist auf der Seite, die der mit der Komponente 120 verbundenen Seite der Modulationsstufe 140 entgegengesetzt ist, ist über ein Verbindungsschaltung 150 mit einer Auswahlstufe 160 verbunden. Die Verbindungsschaltung 150 kann als Klemmbrett (oder auch als Sicherungseinheit) ausgebildet sein. Die Auswahlstufe 160 kann in Hinblick auf ihre Funktion und auf ihre Realisierung als einer Vielzahl von (gleichartigen) Schaltelementen auch als Multiplexerbank bezeichnet werden. Eine zweite Seite 112 der Leistungsschaltung ist mit der Auswahlstufe 160 verbunden. Die Auswahlstufe weist eine Vielzahl von individuell steuerbaren Schaltelementen auf und ist als Schaltmatrix ausgebildet. Die Schaltelemente der Auswahlstufe sind jeweils ein Paar antiparallel geschalteter Thyristoren.
• Es ist ferner zu erkennen, dass einige der Anschlüsse der zweiten Anschlussseite 112 über Schaltelemente der Auswahlstufe mit der Modulationsstufe 140 verbunden sind, während andere Anschlüsse der Anschlussseite 112 direkt (über die Verbindungsschaltung 150) mit der Modulationsstufe verbunden sind. Die Anschlussseite 112 ist mehrphasig ausgebildet, insbesondere dreiphasig. Ein Anschlusskontakt (oder mindestens ein Anschlusskontakt) der dreiphasigen Anschlüsse ist direkt mit der Modulationsstufe 140 verbunden. Ein Anschlusskontakt (insbesondere mehrere Anschlusskontakte) der dreiphasigen Anschlüsse ist über ein Schaltelement der Auswahlstufe mit der Modulationsstufe 140 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Anschlusskontakt (d.h. eine Phase) der dreiphasigen Anschlüsse mit direkt (d.h. ohne Schaltelement der Auswahlstufe 160) mit der Modulationsstufe 140 verbunden. Ferner sind zwei Anschlusskontakte (d.h. die verbleibenden zwei Phasen) über Schaltelemente der Auswahlstufe 160 mit der Modulationsstufe 140 verbunden. Insbesondere ist die gleiche Phase jedes Anschlusses direkt (d.h. ohne Schaltelement der Auswahlstufe 160) mit der Modulationsstufe 140 verbunden, während die anderen Phasen bzw. Anschlüsse über Schaltelemente der Auswahlstufe 160 mit der Modulationsstufe 140 verbunden.
• An die zweite Seite 112 sind Komponenten 130, 132, 134 angeschlossen, die als Nebenaggregatskomponenten (oder Hilfsaggregatskomponenten) zu betrachten sind. Komponente 130 ist ein elektrisch betriebener Klimakompressor. Komponente 132 ist ein Bremswiderstand. Da dieser (neben der Wandlung von rekuperierter Leistung als Senke) auch eine antriebsbezogene Funktion hat (nämlich das Abbremsen des Fahrzeugs durch die Wechselwirkung mit der elektrischen Maschine 124), kann Komponente 132 auch als antriebsbezogene Komponente betrachtet werden. Diese Einteilung in antriebsbezogene Komponenten und Nebenaggregatskomponenten ist lediglich optional und kann je nach Sichtweise der betrachteten Funktion veränderlich sein. Die Komponente 124 ist ein elektrisches Heizelement (PTC-Element). Je nachdem, welche weitere Fahrzeugkomponente von Komponente 130 bzw. 134 erwärmt wird, kann die Komponente 130 bzw. 134 als antriebsbezogene Komponente oder Nebenaggregatskomponente angesehen werden.
• Falls die elektrische Maschine 124 als Generator arbeitet („Rekuperationsbetrieb“), dann verläuft ein Leistungspfad von der elektrischen Maschine 124 in Richtung der Batterie 129 (als eine Komponente, insbesondere antriebsbezogene Komponente) über eine Modulationsstufe 122 bzw. Modulationsunterstufe, und ein weiterer Leistungspfad läuft von der elektrischen Maschine 124 über eine Modulationsstufe 140 bzw. Modulationsunterstufe über die Auswahlstufe 160 zu den Komponenten 130, 132, 134.
• Da der Leistungspfad von der elektrischen Maschine 124 zu der Batterie bzw. zu dem Anschluss 126 über die steuerbaren Schalter 128 verläuft, können diese Schalter als Schaltelemente einer gemeinsamen Auswahlstufe betrachtet werden, die ferner die Schaltelemente zwischen der Modulationsstufe 140 und dem zweiten Anschluss 112 umfasst. In diesem Fall bilden diese Schaltelemente einerseits und die Schaltelementen 128 Auswahlunterstufen der gleichen Auswahlstufe. Alternativ bilden die Schaltelemente 128 eine Auswahlstufe und die Auswahlstufe 160 bildet eine eigene Auswahlstufe (der gleichen Leistungschaltung oder von unterschiedlichen Leistungschaltungen).
• Falls die elektrische Maschine 124 als Motor arbeitet, dann ergibt sich ein erster Leistungsflusspfad von den Anschlüssen 126 über die Modulationsstufe 122 (und den Schaltern 128) zu dem Motor und ein zweiter Leistungsflusspfad von den Anschlüssen 126 über die Modulationsstufe 140 und die Auswahlstufe 160 zu der zweiten Anschlussseite 112 bzw. zu den Komponenten 130 - 134.
• Die 5 zeigt ein Bordnetz 200 mit einem externen Ladeanschluss 202, über den das Bordnetz an ein stationäres Versorgungsnetz (nicht Teil des Bordnetzes) angeschlossen ist. An den externen Ladeanschluss 202 ist ein (ungesteuerter) Gleichrichter 204 und ein dem Gleichrichter nachfolgender Glättungskondensator 206 angeschlossen. Der Ladeanschluss 202, der Gleichrichter 204 und der Glättungskondensator 206 sind einphasig ausgestaltet und für die Betriebsspannung des Versorgungsnetzes (Wechselstrom) ausgelegt. Die Betriebsspannung des Versorgungsnetzes wird von dem Gleichrichter und dem Glättungskondensator in eine Gleichspannung (ca. 365 V) umgewandelt. Diese Gleichspannung wird einer gesteuerten dreiphasigen Brücke 208 zugeführt, die als DC/AC-Wandler arbeitet, um die Gleichspannung in einen dreiphasigen Strom umzuwandeln. Vorzugsweise ist die Brücke 208 als eine Modulationsstufe oder Modulationsunterstufe ausgestaltet.
• Die Doppelpfeile geben in 5 einen möglichen Leistungsfluss wieder. Der Leistungsfluss führt von dem externen Ladeanschluss 202 über die Brücke 208 zu einem Transformator 210. Der Transformator ist dreiphasig und überträgt die vom externen Ladeanschluss 202 erhaltene und von der Brücke 208 gewandelte Leistung an einen Bordnetzabschnitt 220 und an einen Bordnetzabschnitt 230.
• Der Bordnetzabschnitt 220 umfasst eine Eingangsseite 221 (dreiphasig) und eine Ausgangsseite 222. An die Ausgangsseite sind mehrere Nebenaggregatskomponenten angeschlossen, unter anderem Motoren 223a,b als Nebenaggregatkomponente (etwa Stellmotoren) und ein Heizelement 223c, ebenfalls eine Nebenaggregatkomponente. Diese Nebenaggregatkomponente sind dreiphasig. Die Komponenten 223a und b können alternativ zumindest einen Traktionsmotor umfassen, der von dem Bordnetzabschnitt 220 angetrieben wird. Die Komponenten 223a und/oder b können ferner einen Starter/Generator für einen Verbrennungsmotor, einen Generator (Lichtmaschine) und/oder einen Starter für einen Verbrennungsmotor umfassen. In einer spezifischen Ausführungsform sind die Komponenten 223a und b Radnabenmotoren des Fahrzeugs (an einer Achse oder an zwei Achsen des Fahrzeugs angeordnet).
• Der Bordnetzabschnitt 220 umfasst ferner eine erste Modulationsunterstufe 224a und eine zweite Modulationsunterstufe 224b. Die Modulationsunterstufen sind als B6C-Brücken ausgebildet. Die Modulationsstufen sind dreiphasig ausgestaltet, wobei für jede Polarität des Wechselstroms und für jede Phase mindestens ein steuerbares Leistungs-Schaltelement vorgesehen ist. In der 5 sind die Leistungs-Schaltelemente MOSTFETs. Zwischen den Modulationsunterstufen 224a,b und den Komponenten 223a,b sind Auswahlunterstufen 225a,b vorgesehen. Eine erste Auswahlunterstufe 225a ist hierbei zwischen der ersten Modulationsunterstufe 224a und den Nebenaggregatskomponenten 223a,c angeschlossen. Eine zweite Auswahlunterstufe 225b ist zwischen der zweiten Modulationsunterstufe 224b und den Nebenaggregatskomponenten 223b angeschlossen. Somit sind die Nebenaggregatskomponenten in zwei Gruppen eingeteilt, wobei jede Gruppe über eine individuelle Auswahlunterstufe mit einer Modulationsunterstufe verbunden ist.
• Die Polanzahl der Auswahlunterstufen entspricht der Anzahl der Nebenaggregatskomponenten, die an der jeweiligen Auswahlunterstufe angeschlossen sind. Die Phasenzahl der Auswahlunterstufen und der Modulationsstufen entspricht der Phasenzahl der angeschlossenen Komponenten. Der Bordnetzabschnitt 220 ist auf einem anderen Spannungsniveau wie die Brücke 208. Der Bordnetzabschnitt 220 ist auf einem Spannungsniveau von 48 V (oder 42 V), wobei dies der Betriebsspannung der Komponenten 223a-c entspricht. Alternativ kann anstatt einem Spannungsniveau von 48 V (oder 42 V) ein Spannungsniveau von 12 V bzw. 14 V vorgesehen sein.
• Die Eingangsseite 221 und die Ausgangsseite 222 werden nur in einer Leistungsflussrichtung betrieben, insbesondere da alle Nebenaggregatkomponenten des Bordnetzabschnitts 220 Verbraucher sind. Sollte zumindest eine Nebenaggregatkomponente des Bordnetzabschnitts 220 ein Leistungsquelle sein oder zumindest einen Zustand aufweisen, in dem diese Nebenaggregatkomponente eine Leistungsquelle darstellt, dann ergibt sich ein Leistungsfluss, der entgegengesetzt ist zu dem Leistungsfluss, der von den Doppelpfeilen dargestellt ist. Die Seite 221 wäre bei umgekehrtem Leistungsfluss eine Ausgangsseite und die Seite 222 wäre eine Eingangsseite. Allgemein wären die Seiten 221 und 222 Leistungsschnittstellen des Bordnetzabschnitts. Ferner kann ein Leistungsfluss von einer der Nebenaggregatkomponenten zu einer weiteren Nebenaggregatkomponente des gleichen Bordnetzabschnitts stattfinden, wenn die eine Nebenaggregatkomponenten als Leistungsquelle dient und die andere Nebenaggregatkomponente als Leistungssenke arbeitet. Die Eingangsseite und die Ausgangsseite können unabhängig von Leistungsflussrichtungen auch als Leistungsschnittstellen (innerhalb des Bordnetzes bzw. innerhalb der Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung bezeichnet werden. Diese Schnittstellen verbinden Bordnetzabschnitte miteinander.
• Ein weiterer Bordnetzabschnitt 230 umfasst eine Eingangsseite 231 und eine Ausgangsseite 232 (allgemein: eine erste und eine zweite Leistungsschnittstelle) sowie Nebenaggregatkomponenten und antriebsbezogene Komponenten 233a-e. Die Komponenten 233a und 233e sind Bremswiderstände, jedoch mit unterschiedlicher Leistung. Die unterschiedlichen Leistungen ergeben sich durch die unterschiedliche Beschaltung. Die Komponente 233a ist zwischen zwei Phasen eines dreiphasigen Drehstromsystems geschaltet, die Komponente 233e ist zwischen einer Phase eines dreiphasigen Drehstromsystems und einem Gleichstrompotential geschaltet, wobei das Gleichstrompotential mit einem weiteren Gleichstrompotential eine Gleichspannung bildet, die von einer Modulationsunterstufe 234c moduliert wird, um daraus das Drehstromsystem zu bilden. Die Komponenten 233a und 233e sind somit selbst einphasig ausgestaltet. Die Komponente 233b ist ein elektrisch betriebener Klimakompressor. Dieser ist einphasig ausgebildet, kann jedoch auch dreiphasig ausgebildet sein (nicht in 5 dargestellt). Die Komponente 233d ist ein Induktivheizer, der einphasig ausgebildet ist.
• Eine erste Modulationsunterstufe 234a verbindet die Eingangsseite 231 (allgemein: Leistungsschnittstelle) mit einer ersten Auswahlunterstufe 235a. Eine zweite Modulationsunterstufe 234b verbindet die Eingangsseite 231 (allgemein: Leistungsschnittstelle) mit der Ausgangsseite 232 (allgemein: Leistungsschnittstelle). Die Ausgangsseite 232 kann auch als eine zweite Anschlussseite der hier beschriebenen Leistungsschaltung betrachtet werden. Eine dritte Modulationsunterstufe 234c verbindet die Eingangsseite 231 mit einer zweiten Auswahlunterstufe 235b. Die erste Auswahlunterstufe 235a verbindet die erste Modulationsunterstufe 234a mit der Ausgangsseite 232. Die zweite Auswahlunterstufe 235b verbindet die dritte Modulationsunterstufe 234c mit der Ausgangsseite 232. Die zweite Modulationsunterstufe 234b ist ohne zwischengeschaltete Auswahlstufe mit der Ausgangsseite 232 verbunden. Die erste, zweite und dritte Modulationsunterstufen 234a-c sind dreiphasig ausgestaltet, insbesondere als Brücken mit ansteuerbaren Schaltelementen. Die Modulationsunterstufen sind jeweils als B6C-Brücken ausgestaltet.
• Die Komponente 233c wird dreiphasig von der zweiten Modulationsunterstufe 234b angesteuert. Durch die erste und die zweite Auswahlunterstufe 235a,b können die erste und/oder die dritte Modulationsunterstufe 234a,c zu den Anschlüssen der Ausgangsseite hinzugeschaltet werden, an die auch die zweite Modulationsunterstufe 234b angeschlossen ist. Eine erste Gruppe der Modulationsunterstufen (erste und dritte Modulationsunterstufe 234a,c) ist über eine jeweilige Auswahlunterstufe (erste und zweite Auswahlunterstufe 235a,b) mit der Ausgangsseite 232 verbunden. Eine dazu verschiedene Gruppe der Modulationsunterstufen (in 5 nur die zweite Modulationsunterstufe 234b umfassend) ist ohne Auswahlunterstufe und somit direkt mit der Ausgangsseite 232 verbunden. Wie dargestellt können Auswahlunterstufen miteinander verbunden sein, um eine Zuschaltung von mindestens einer Modulationsunterstufe an einen Anschluss (wie in 5 gezeigt) zu ermöglichen. Wenn die erste und die dritte Modulationsunterstufen 234a,c nicht zugeschaltet sind, dann können mit diesen Unterstufen andere Komponenten (d.h. andere Komponenten als die Komponente 233c) betrieben werden.
• Ferner ist an der Eingangsseite 231 eine Auswahlstufe 236 vorgesehen, die zwei Schalter (jeweils einen für jede Phase) umfasst. Die Schalter sind als Umschalter ausgebildet und sind eingerichtet, die Verbindung der Eingangsseite 231 mit dem Transformator 210 oder mit der Brücke 208 vorzugsehen. Damit kann die Leistungsquelle für die Eingangsseite 231 gewählt werden. Die Eingangsseite 231 ist wie die Brücke 208 für Hochvolt ausgestaltet (Gleichspannung 400 V, 350 V, 360 V oder 380V). Hierbei umfasst der Transformator 210 eine Wicklungseinheit, die ebenso für Hochvolt ausgestaltet ist und somit mit der Eingangsseite 231 verbunden werden kann. Je nach Schaltzustand der Auswahlstufe (Position 1 oder 2) ist die Eingangsseite mit der Brücke 208 zum Anschluss an einen externen Ladeanschluss verbunden oder mit dem Transformator 210 verbunden. Die Brücke ist für einen unidirektionalen Leistungsfluss ausgestaltet, kann jedoch auch bidirektional sein, etwa um in der Batterie 260 gespeicherte Energie an dem Anschluss 202 an ein Versorgungsnetz abzugeben, etwa zur Zwischenspeicherung von Energie.
• Der Auswahlstufe 236 ist ein Gleichrichter 240 (dreiphasig) vorgeschaltet. Der Gleichrichter 240 verbindet den Transformator 210 mit der Eingangsseite 231. Zwischen der Auswahlstufe 236 und der Modulationsstufe ist ein Glättungskondensator 250 (parallel geschaltet) vorgesehen.
• Eine Hochvoltbatterie 260 ist über ein Schalterpaar 262 (Schütz) an die Modulationsstufe angeschlossen. In einer Ausführungsform können das Schalterpaar und die Auswahlstufe 236 als eine gemeinsame (übergeordnete) Auswahlstufe angesehen werden, oder können alternativ als zwei Auswahlstufen oder Auswahlunterstufen angesehen werden.
• Der von dem Transformator 210 ausgehende Leistungspfad (von dem externen Ladeanschluss stammend) führt durch den Gleichrichter 240 und die Auswahlstufe 236 hindurch sowie an dem Glättungskondensator 250 vorbei zu der Hochvoltbatterie 260. Ein Teil der Leistung kann durch die Modulationsunterstufen 234a,c zu den Komponenten 233a-233e führen. Ferner führt ein Teil der Leistung von dem externen Ladeanschluss über den Transformator zu der Eingangsseite 221. Ein Anschlusskontakt des Gleichrichters 240 kann an Masse (des Bordnetzabschnitts 230) angeschlossen sein, vorzugsweise an ein Massepotential, das galvanisch von einer Chassismasse des Fahrzeugs (insbesondere von dem Massepotential des Bordnetzabschnitts 220) getrennt ist.
• Die Verbindung von der Auswahlstufe 236 zu der Hochvoltbatterie 260 kann als Bypass angesehen werden, wobei vor der Batterie eine zweite Anschlussseite (nicht dargestellt) vorgesehen sein kann, die von dem Bypass mit der Anschlussseite 231 verbunden wird.
• Der in 5 dargestellte Zustand entspricht einem Ladezustand, in dem ein kabelgebundener Extern-Ladeanschluss 202 mit der Leistungsschaltung verbunden ist. Anstatt eines kabelgebundenen Extern-Ladeanschlusses 202 kann auch ein induktiver Ladeanschluss vorgesehen sein.
• Als Leistungsschaltung kann die gesamte Schaltung der 5 betrachtet werden, abzüglich des Versorgungsnetzes links von dem Ladeanschluss 202, der Hochvoltbatterie 260, der Komponenten 223a,b und der Komponenten 233a-e. Hierbei umfasst die Leistungsschaltung mehrere Spannungsebenen, wobei eine Spannungsebene von dem Schaltungsabschnitt rechts der Eingangsseite 221 gebildet wird und eine weitere Spannungsebene von den restlichen Elementen der Leistungsschaltung gebildet wird. An dem Transformator 210 werden die unterschiedlichen Spannungsebenen aufgeteilt. Hierbei wird eine galvanische Trennung zwischen unterschiedlichen Spannungsebenen vorgesehen. Ferner wird eine galvanische Trennung zwischen unterschiedlichen Teilen der gleichen Spannungsebene vorgesehen.
• Neben dem oben erwähnten Ladezustand unter Verwendung eines kabelgebundenen Extern-Ladeanschlusses 202 kann ein induktiver Ladeanschluss 270 (gestrichelt dargestellt) vorgesehen sein. Dieser ist an die Verbindung zwischen dem Transformator 210 und der Brücke 208 angeschlossen. Es ergeben sich die mit gestrichelten Pfeilen dargestellten Leistungspfade: Von Ladeanschluss 270 zu der Brücke 208, von der Brücke 208 weiter zu der Auswahlstufe 236 und von der Auswahlstufe 236 zu der Hochvoltbatterie 260. Zudem ergibt sich ein Leistungspfad von dem Ladeanschluss 270 über den Transformator 210 zu dem Bordnetzabschnitt 220. Die Schalter 236 sind bei Verwendung des induktiven Ladeanschlusses in Position 1 und bei Verwendung des kabelgebundenen Ladeanschlusses in Position 2. Bei Verwendung des induktiven Ladeanschlusses ergibt sich aufgrund der Schalterstellung kein Leistungspfad von dem Transformator zu dem Bordnetzabschnitt 230.
• In einem Fahrbetriebszustand (der auch als Nebenaggregat-Versorgungszustand bezeichnet werden kann) sind die Schalter 236 in der Position 1. Der Ladeanschluss 270 ist abgeschaltet, das Versorgungsnetz ist nicht angeschlossen. Es ergeben sich die mit Punktlinien-Pfeilen dargestellten Leistungspfade: Von der Hochvoltbatterie über die Schalter 236 zu der Brücke 208 sowie zu den Modulationsunterstufen 234a-c (wobei die Brücke 208 auch als Modulationsunterstufe betrachtet werden kann), wenn Leistung von der Hochvoltbatterie 260 entnommen wird, und in umgekehrter Richtung, wenn die Hochvoltbatterie gespeist wird, etwa von der elektrischen Maschine 233c oder einem Generator oder Start-Generator als eine der Komponenten des Bordnetzabschnitts 230 oder 220.
• Im Fahrbetrieb ist die Leistungsbilanz der Batterie 260 vorzugsweise ausgeglichen, so dass der gestrichelte Pfeil, der den Leistungsfluss darstellt, bidirektional ist. Die Brücke 208 und die Modulationsunterstufen 234a-c zusammen modulieren die von der Hochvoltbatterie 260 stammende Leistung bzw. die Leistung, die in die Hochvoltbatterie bzw. in den Bordnetzabschnitt 230 eingespeist wird.
• Ein weiterer Leistungspfad führt von der Brücke 208 bzw. von den Modulationsunterstufen 234a-c zu dem Transformator 210 oder umgekehrt. Durch diesen Leistungspfad kann Leistung von dem Bordnetzabschnitt 220 dem Bordnetzabschnitt 230 bzw. der Batterie 260 zugeführt werden oder es kann Leistung in umgekehrter Richtung übertragen werden. Der Leistungspfad führt weiter von dem Transformator 210 zu dem Bordnetzabschnitt 220 bzw. von dem Bordnetzabschnitt 220 zu dem Transformator. Aufgrund der Schalterstellung der Schalter 236 (Position 1) ergibt sich kein Leistungspfad von dem Transformator 210 zu dem Bordnetzabschnitt 230, wobei der Schalter 236 auch in der Position 2 sein kann und der Bordnetzabschnitt Leistung abgibt oder erhält.
• Es sei insbesondere auf den mit Punktlinien dargestellten bidirektionalen Pfeil links von der Modulationsunterstufe 234b hingewiesen. Dieser stellt dar, dass im Fahrbetrieb Leistung in beide Richtungen fließen kann, d.h. zu den Komponenten hin und von den Komponenten weg. Insbesondere kann zumindest eine der Komponenten Leistung erzeugen, etwa Komponente 233c (etwa als Traktionsmotor ausgebildet, der rekuperationsfähig ist), wobei die Leistung von der Modulationsstufe 234b in den Bordnetzabschnitt 230 eingespeist wird. Diese Leistung kann ferner über die Verbindung zwischen Bordnetzabschnitt 230 und Bordnetzabschnitt 220 von der Komponente 233c an den Bordnetzabschnitt 220 übertragen werden oder an andere Komponenten 233a,b,d,e des Bordnetzabschnitts 220. Die Modulationsunterstufe 234b dient somit als bidirektionaler Wandler, um Leistung an die Komponente 233c zu übertragen, und um Leistung von der Komponente 233c an andere Komponenten (des Bordnetzabschnitts 230 oder des Bornetzabschnitts 220) zu übertragen.
• Andere Modulationsunterstufen des Bordnetzabschnitts 230 können unidirektional ausgebildet sein, etwa wenn die daran angeschlossene Komponente nur die Funktion einer Last hat. Die in den Bordnetzabschnitten 220 und 230 dargestellten Pfeile zeigen den Leistungsfluss von einer Seite einer Modulationsstufe oder Modulationsunterstufe an eine Komponente oder, falls durch die Pfeilrichtung ebenso dargestellt, in die umgekehrte Richtung.
• Es ist zu erkennen, dass die Schalter 236 als eine erste Auswahlstufe arbeiten, wobei die Zuführung über den externen Ladeanschluss 202 an der Auswahlstufe vorbei führt. Es kann daher eine Verbindung zwischen einer ersten Anschlussseite und einer Modulationsstufe (oder Modulationsunterstufe) vorgesehen sein, die nicht über die (erste) Auswahlstufe führt. Ferner ist in der 5 dargestellt, dass verschiedene Spannungsebenen vorliegen können, die jedoch vorzugsweise galvanisch voneinander getrennt sind, insbesondere über einen Transformator. Zudem kann eine Komponente auch an Anschlüsse einer zweiten Anschlussseite angeschlossen sein, die mit unterschiedlichen Modulationsstufen bzw. Auswahlstufen verbunden sind, um über mehrere Leistungspfade Leistung erhalten zu können. Die Komponenten eines Bordnetzabschnitts haben vorzugsweise eine Betriebsspannung, die der Nenn-Betriebsspannung des Bordnetzabschnitts entspricht.
• Die 6 zeigt beispielhaft eine dreiphasige Komponente 300. Diese umfasst eine dreiphasige Anschlussseite 302 (d.h. einen dreiphasigen Anschluss) mit drei Anschlusskontakten, d.h. ein Anschlusskontakt pro Phase. Die Anschlussseite 302 ist zum Anschluss an ein Bordnetz eines wie hier beschriebenen Fahrzeugs eingerichtet. Die dreiphasige Komponente 300 umfasst drei Einzelphasenkomponenten 304a-c (jeweils beispielsweise in Form einer Wicklung, insbesondere eines Transformators, in Form einer Spule, eines Widerstands, eines Kondensators, etc.).
• Die Einzelphasenkomponenten sind in Sternkonfiguration geschaltet, wobei der Sternpunkt 306 optional ebenso mit einem Anschlusskontakt der Anschlussseite 302 verbunden sein kann. Alternativ kann die dreiphasige Komponente auch in Dreieckkonfiguration geschaltet sein (nicht dargestellt), wobei der Sternpunkt naturgemäß entfällt.
• Die 7 zeigt beispielhaft einen induktiven Wärmewandler 400. Der Wärmewandler umfasst eine Anschluss 402 mit Anschlusskontakten. Der Anschluss ist eingerichtet, an ein Bordnetz angeschlossen werden. In der 7 ist der Anschluss 402 einphasig dargestellt, jedoch kann der Anschluss 402 auch mehrphasig und insbesondere dreiphasig ausgebildet sein. Der Wärmewandler 400 umfasst ferner eine Primärspule 404, die mit dem Anschluss 402 verbunden ist.
• Ein Magnetkern 406 des Wärmewandlers verbindet die Primärspule 404 und eine Sekundärspule 408 des Wärmewandlers magnetisch. Der Magnetkern 406 umfasst Eisen und/oder zumindest ein Ferrit und führt den magnetischen Fluss zwischen der Primärspule und der Sekundärspule. An der Sekundärspule 408 ist ein Widerstand 410 angeschlossen, der die Leistung, die von dem Anschluss 402 über die Primärspule 404, den Magnetkern 406 und die Sekundärspule 408 übertragen wird, in Wärme umsetzt. Der Widerstand 410 ist thermisch an einen Wärmekreislauf gekoppelt. Hierzu umfasst der Wärmewandler einen Kanal 412 mit einer Zuleitung und eine Ableitung sowie einem Innenraum 412a, mit dem der Widerstand 410 und/oder die Sekundärspule thermisch gekoppelt ist. Der Kanal ist fluidtechnisch von der Primärspule 404 (und dem Anschluss 402) abgetrennt, insbesondere durch eine Dichtung.
• Der Kanal ist ausgebildet, in einem Wärmekreislauf vorgesehen zu sein, in dem das Wärmemedium zirkuliert, das auch durch den Kanal 412 geleitet wird. Der Magnetkern 406 trennt die Primärspule 404 galvanisch von der Sekundärspule 408. Die Primärspule 404 der 7 ist einphasig ausgeführt, jedoch kann die Primärspule auch mehrphasig und insbesondere dreiphasig sein. Die Sekundärspule ist vorzugsweise einphasig ausgebildet, wie in der 7 dargestellt, kann jedoch auch mehrphasig und insbesondere dreiphasig ausgebildet sein. Dies trifft auch für den an die Sekundärspule angeschlossenen Widerstand zu.

Claims (12)

1. Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung (10) mit - mindestens einer elektrisch steuerbaren Leistungspfad-Auswahlstufe (20, 20'); - mindestens einer elektrisch steuerbaren Leistungs-Modulationsstufe (30); und - einer ersten sowie einer zweiten Anschlussseite (40, 42), wobei die erste und die zweite Anschlussseite (40, 42) über die mindestens eine Leistungspfad-Auswahlstufe (20, 20') und die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe (30) miteinander verbunden sind und mindestens eine der Anschlussseiten (40, 42) mehrere Anschlüsse (50, 52) aufweist, die über die mindestens eine Leistungspfad-Auswahlstufe (20, 20') auswählbar mit einem Leistungsanschluss der mindestens einen Leistungs-Modulationsstufe (30) verbunden sind, wobei die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe (30) in mehrere Leistungs-Modulationsunterstufen (224 a,b) aufgeteilt ist, und die Anschlüsse (50, 52) der zweiten Anschlussseite (40, 42) in Anschlussuntergruppen aufgeteilt sind, wobei die Leistungs-Modulationsunterstufen (224a, b) eingerichtet sind, gleichzeitig verschiedene Funktionen durchzuführen, und wobei die jeweiligen Leistungs-Modulationsunterstufen (224a, b) individuell mit den einzelnen Anschlüssen (52) der zweiten Seite (42) verbunden sind.
2. Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung (10) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe (30) mindestens einen Leistungstransistor umfasst, und die mindestens Leistungspfad-Auswahlstufe (20, 20') für jeden der mehreren Anschlüsse ein Schaltelement insbesondere in Form eines Leistungstransistors, oder in Form eines thyristorbasierten elektronischen Schalters oder in Form eines elektromechanischen Schalter umfasst, wobei das Schaltelement jeden Anschlusses in Reihe mit dem betreffenden Anschluss geschaltet ist, wobei über die Schaltelemente die mehreren Anschlüsse auswählbar mit der mindestens einen Leistungs-Modulationsstufe verbunden sind.
3. Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Leistungspfad-Auswahlstufe (20, 20') und die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe (30) als bidirektionale Schaltbauelemente ausgebildet sind.
4. Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner mindestens eine Glättungskondensatoranordnung (127, 142; 250) aufweist, die an einem Anschluss der mindestens einen Leistungs-Modulationsstufe (30) vorgesehen ist und die Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung (10) ferner mindestens eine Gleichrichteranordnung (240) aufweist, die mit der mindestens einen Glättungskondensatoranordnung (127, 142; 250) direkt oder über die mindestens eine Leistungspfad-Auswahlstufe (20, 20') verbunden ist.
5. Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe (30) einen Leistungstransistor umfasst oder mehrere Leistungstransistoren umfasst, die als eine einphasige oder mehrphasige steuerbare Gleichrichterbrücke geschaltet sind.
6. Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Leistungspfad-Auswahlstufe (20, 20'), die die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe (30) und die Anschlüsse (50, 52) der Anschlussseiten (40, 42) einphasig oder dreiphasig oder mehrphasig ausgebildet sind.
7. Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Leistungspfad-Auswahlstufe (20') in mehrere Leistungspfad-Auswahlunterstufen aufgeteilt ist, und/oder die Anschlüsse (50, 52) der ersten Anschlussseite (40) in Anschlussuntergruppen aufgeteilt sind.
8. Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Leistungs-Auswahlstufe (20, 20') zur Phasenanschnittsteuerung oder zur Schwingungspaketansteuerung eingerichtet ist.
9. Bordnetz (100) mit mindestens einer Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bordnetz mehrere elektrische Versorgungskomponenten (130, 132, 134; 223a,b ; 233 a-e) umfasst, die an die erste oder an die zweite Anschlussseite angeschlossen sind, wobei die elektrischen Versorgungskomponenten antriebsbezogene elektrische Komponenten sind, die als eine oder mehrere Batterien, als eine oder mehrere Batterieansteuervorrichtungen, als ein oder mehrere Kondensatoren, als ein oder mehrere Spannungswandler, als ein oder mehrere Transformatoren, als ein oder mehrere elektrische Traktionsmaschinen oder Servomotoren, als ein oder mehrere Motorsteuerungen für elektrische Maschinen, als ein oder mehrere induktive oder kabelgebundene Extern-Ladeanschlüsse, als ein oder mehrere Schnellladeeeinrichtungen zur Aufladung einer Traktionsbatterie, als ein Unterstützungsgenerator mit einer Hilfs-Verbrennungskraftmaschine und einem daran angeschlossenen elektrischen Generator, als eine Brennstoffzelle, einen oder mehrere Bremswiderstände und/oder als eine oder mehrere resistive oder induktive Heizeinrichtungen oder als eine oder mehrere Temperaturkonditionierungseinrichtungen eingerichtet zur Temperaturkonditionierung von Antriebskomponenten wie Glühkerzen, Batterie, Abgasnachbehandlungseinrichtungen oder eines Tanks, als ein elektrisch betriebener Fahrwerkverstellantrieb, als eine elektrisch betriebene Parkbremse, ein elektrisch betriebener Kompressor oder Verdichter, als eine Hydraulikpumpe, etwa zur Lenkungsunterstützung eine elektrisch betriebene Wärmepumpe und/oder als eine elektrisch betriebene Kraftstoffpumpe, Schmiermittelpumpe oder Kühlmittelpumpe ausgebildet sind, und/oder wobei die elektrischen Versorgungskomponenten elektrische Nebenaggregatkomponenten sind, die als eine oder mehrere Scheibenheizungen, als eine oder mehrere Innenraum-Klimatisierungsvorrichtungen, als eine oder mehrere Ventilatoren, als eine oder mehrere elektromechanische Aktuatoren, als ein elektrisch angetriebener Klimakompressor, als ein PTC-Heizelement, als ein thermoelektrisches Element, als eine Heissgetränkezubereitungseinrichtung, ein Kühlschrank, und/oder als ein Wechselstrombuchsenmodul mit DC/AC-Wandler ausgebildet sind.
10. Bordnetz (100) nach Anspruch 9, wobei das Bordnetz mehrere Spannungsebenen sowie mehrere Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltungen (10) gemäß den Ansprüchen 1-7 aufweist, wobei mindestens zwei der Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltungen (10) in unterschiedlichen Spannungsebenen vorgesehen sind.
11. Bordnetz nach Anspruch 9 oder 10, das ferner eine Steuerschaltung (70) umfasst, die ansteuernd mit der mindestens einer elektrisch steuerbaren Leistungspfad-Auswahlstufe (20, 20') und mit der Leistungs-Modulationsstufe (30) verbunden ist, wobei die Steuerschaltung (70) eingerichtet ist, die Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung (10) wählbar in zumindest zwei der folgenden Zustände zu versetzen: - ein Ladezustand, in dem ein induktiver oder kabelgebundener Extern-Ladeanschluss über die Leistungs-Modulationsstufe mit der Batterie, den Batterien, oder mit der Batterieansteuervorrichtung verbunden ist; - ein Antriebszustand, in dem die Batterie oder der Kondensator mit der elektrischen Maschine verbunden ist; - ein Rekuperations-/Internladezustand, in dem die elektrische Maschine mit der Batterie, mit dem Kondensator, mit der Batterieansteuervorrichtung und/oder mit dem Bremswiderstand verbunden ist; - ein Konditionierungszustand, in dem die Batterie mit zumindest einer der Temperaturkonditionierungseinrichtungen verbunden ist; und - ein Hilfsaggregat-Versorgungszustand, in dem die Batterie mit einer der elektrischen Nebenaggregatkomponenten verbunden ist.
12. Bordnetz nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei die Steuerschaltung (70) eingerichtet ist, die Bordnetz-Leistungssteuerungsschaltung einerseits in den Ladezustand, den Antriebszustand oder den Rekuperations-/Internladezustand, und gleichzeitig andererseits in den Konditionierungszustand und/oder in den Nebenaggregat-Versorgungszustand zu versetzen.

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