EP4252340A1 - Gleichspannungswandleranordnung, bordnetz für ein elektrofahrzeug und verfahren zum betreiben einer gleichspannungswandleranordnung - Google Patents

Gleichspannungswandleranordnung, bordnetz für ein elektrofahrzeug und verfahren zum betreiben einer gleichspannungswandleranordnung

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Publication number
EP4252340A1
EP4252340A1 EP21787432.0A EP21787432A EP4252340A1 EP 4252340 A1 EP4252340 A1 EP 4252340A1 EP 21787432 A EP21787432 A EP 21787432A EP 4252340 A1 EP4252340 A1 EP 4252340A1
Authority
EP
European Patent Office
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voltage
converters
converter arrangement
converter
target output
Prior art date
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Pending
Application number
EP21787432.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gholamabas Esteghlal
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
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    • B60L58/20—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having different nominal voltages
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a DC-DC converter arrangement and a method for operating a DC-DC converter arrangement.
  • the present invention also relates to an on-board network for an electric vehicle.
  • Fully or at least partially electrically powered vehicles usually have an electrical energy store, such as a traction battery.
  • This traction battery provides the electrical energy required to drive the electric vehicle.
  • the traction battery usually supplies an output voltage of several hundred volts and feeds what is known as a high-voltage network in the vehicle.
  • a vehicle generally includes a number of electrical consumers, which are supplied with a lower electrical voltage via a low-voltage network.
  • DC voltage converters can be provided, which convert an electrical DC voltage from the high-voltage network into a DC voltage for the low-voltage network.
  • the publication DE 10 2009 028 147 A1 describes a circuit arrangement for an on-board power supply system of an electric vehicle, with a DC voltage converter (DC/DC converter) being provided for coupling between two on-board power supply units.
  • DC/DC converter DC voltage converter
  • the present invention creates a DC-DC converter arrangement, a method for operating a DC-DC converter arrangement and an on-board network for an electric vehicle with the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments are the subject matter of the dependent patent claims.
  • a DC-DC converter arrangement with several
  • the plurality of DC-DC converters are each designed to convert a common DC input voltage into a DC output voltage. Furthermore, the DC voltage converters are each designed to provide the converted DC output voltage at a common node. For this purpose, the individual DC voltage converters can be electrically coupled to one another on the output side at the node. A different target output voltage is set in at least two of the multiple DC-DC converters.
  • the high-voltage network is designed to be coupled with an electrical high-voltage energy store.
  • the high-voltage network can provide an electrical DC voltage at the DC-DC converter arrangement.
  • the DC voltage converter arrangement is electrically coupled to the high-voltage network at an input.
  • the individual DC-DC converters of the DC-DC converter arrangement are electrically coupled to the low-voltage network at the common nodal point.
  • a method for operating a DC-DC converter arrangement with a plurality of DC-DC converters Each of the DC-DC converters is designed to convert a common input DC voltage into an output DC voltage and the converted Provide output DC voltage at a common node.
  • the method includes a step of setting different target output voltages in at least two of the plurality of DC/DC converters.
  • the present invention is based on the finding that the maximum output current or the maximum output power of a DC-DC converter is usually limited. To increase the output power, several DC/DC converters can be connected in parallel. As a rule, additional measures must be taken here in order to synchronize the individual DC-DC converters with one another and, if necessary, to avoid instabilities in the regulation of the DC-DC converters.
  • the target output voltage of the individual DC-DC converters specifies the desired output voltage, which is determined by the respective Control circuit of a DC-DC converter is to be set. If the output current or the output power of a DC-DC converter reaches a maximum permissible or specified value, the respective DC-DC converter can no longer maintain the specified target output voltage. As a result, the respective DC-DC converter will provide a lower output voltage due to the limitation of the output current or the output power.
  • the individual DC-DC converters of the DC-DC converter arrangement according to the invention are set to different target output voltages, when the maximum output power or the maximum output current of a DC-DC converter is exceeded, the output voltage can drop until the output voltage of this DC-DC converter reaches or falls below the target output voltage of another DC-DC converter.
  • the control circuit of this further DC voltage converter will thus activate the further DC voltage converter and likewise provide an output current or an output power.
  • DC-DC converter arrangements with more than two DC-DC converters are also possible, with the individual DC-DC converters being able to be set to different target output voltages, so that with increasing load on the output side of the DC-DC converter arrangement and with it Associated voltage drop gradually more DC-DC converter of the DC-DC converter arrangement actively provide an output power or an output current until a stable operating point can be achieved.
  • the DC-DC converter arrangement can be any suitable DC-DC converter that is suitable for converting a DC input voltage into a DC output voltage according to a predetermined target output voltage.
  • the individual DC-DC converters can each have a have individual regulation and control independent of the other DC-DC converters.
  • the DC voltage converter arrangement can be fed from a high-voltage network of an electric vehicle and can supply a low-voltage network of this vehicle on the output side.
  • electrical consumers in the low-voltage network can be supplied with electrical energy from a traction battery via the DC-DC converter arrangement.
  • the DC-DC converter arrangement As the power demand on the low-voltage side increases, one or more of the DC-DC converters will gradually reach their maximum power output and the electrical voltage on the low-voltage side will then drop. As the electrical voltage on the low-voltage side decreases, the target output voltage of further DC-DC converters of the DC-DC converter arrangement is then reached or fallen below, so that these DC-DC converters also actively perform a voltage conversion from the high-voltage side to the low-voltage side.
  • each of the multiple DC-DC converters of the DC-DC converter arrangement is set to a different target output voltage.
  • further DC-DC converters to be activated step by step with increasing load on the output side and thus make a contribution to the power conversion from the input side to the output side.
  • the individual DC-DC converters of the DC-DC converter arrangement are designed to set a different target output voltage in each case during a restart or an initialization.
  • the DC-DC converters in the DC-DC converter arrangement each have a configuration of the individual DC-DC converters with a different target output voltage. This makes it possible for a new, different prioritization of the individual DC-DC converters to take place with every restart or with every initialization. It is thus possible, for example, for the individual DC-DC converters to be alternately prioritized so that all DC-DC converters in the DC-DC converter arrangement are loaded more evenly.
  • the DC-DC converters of the DC-DC converter arrangement are designed to cyclically select a target output voltage from a group of predetermined target output voltages and set the selected target output voltage during a restart or an initialization.
  • a group of predetermined target output voltages can be defined.
  • a DC-DC converter selects one of the specified target output voltages from this group of specified target output voltages according to a specified scheme, or cyclically.
  • the predetermined group of target output voltages can be individually predetermined in each of the DC-DC converters.
  • the same target output voltages can be specified as a group in all DC/DC converters, but in this case the individual DC/DC converters are configured in such a way that the individual DC/DC converters each select different target output voltages from this group.
  • a target output voltage can be determined and set for each DC converter individually from the group of target output voltages, for example in all of the DC-DC converters according to the specified scheme, for example rotating.
  • the DC-DC converters are designed to limit the output current to a maximum value in each case.
  • any other suitable measures are also possible in order to limit the maximum output power of the DC/DC converters. If the output current or the output power of a DC-DC converter reaches the specified maximum value, the control circuit of the DC-DC converter will no longer be able to maintain the target output voltage if there is a further load on the output side, so that the value of the output voltage on the output side drops.
  • the individual DC-DC converters of the DC-DC converter arrangement can each have an individual maximum output current or maximum output power.
  • the output currents or output powers of the individual DC-DC converters of the DC-DC converter arrangement can be different.
  • a DC-DC converter arrangement with a plurality of identical or similar DC-DC converters is also possible, which have the same or at least approximately the same maximum output current or maximum output power.
  • the DC-DC converters of the DC-DC converter arrangement are designed to increase the respective target output voltage if the DC-DC converter outputs its maximum output current or its maximum output power.
  • the target output voltage of a DC-DC converter can be gradually increased continuously or in stages until a maximum target output voltage of the DC-DC converter arrangement is reached. In this way, after reaching the maximum output current or the maximum output power of a DC-DC converter for several DC-DC converters of a DC-DC converter arrangement, an operating state can be reached in which all active DC-DC converters contribute as equal a relative share as possible to the total output power or to the total output current.
  • the DC-DC converters of the DC-DC converter arrangement are designed to Lower output voltage after the respective
  • the DC-DC converter has previously raised the respective target output voltage.
  • the DC-DC converter can initiate a lowering of the target output voltage after the respective target output voltage has been raised for a predetermined period of time. In this way it is possible to return to the originally set target output voltage if the target output voltage was previously temporarily increased.
  • the target output voltage can be lowered step by step, for example in predetermined steps.
  • Figure 1 a schematic representation of a block diagram of a
  • Figure 2 a schematic representation of a flowchart, as a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a block diagram of a DC voltage converter arrangement 1 according to an embodiment.
  • the DC voltage converter arrangement 1 can be coupled to a DC voltage source 2 on the input side, for example.
  • the DC voltage converter arrangement 1 can be connected to one or more electrical loads 3 .
  • an electrical energy store can also be provided in principle, in addition or as an alternative, which is charged by the energy provided by the DC voltage converter arrangement 1 and can deliver this electrical energy again at a later point in time.
  • the DC voltage converter arrangement 1 in an electric vehicle can be connected to a high-voltage network on the input side and feed a low voltage on the output side.
  • the DC voltage source 2 on the input side of the DC voltage converter arrangement 1 can comprise a traction battery of an electric vehicle.
  • the electrical loads 3 on the low-voltage side can, for example, be additional units such as an air conditioning compressor, a power steering system, lighting components or the like.
  • the DC-DC converter arrangement 1 can comprise a plurality of DC-DC converters 10-i.
  • the number of three DC-DC converters 10-i shown here is only to be understood as an example and does not represent a limitation of the present invention. In principle, only two or more than three DC-DC converters 10-i arranged in parallel are also possible.
  • the DC voltage converters 10-i are electrically connected to one another on their input side 11-i.
  • all DC voltage converters 10-i can be connected to the high-voltage network of an electric vehicle or any other DC voltage source 2 at their inputs 11-i.
  • the outputs 12-i of the DC voltage converters 10-i are also electrically connected to one another and can, for example, jointly feed a low-voltage network of an electric vehicle or also any other electrical loads 3.
  • any further components such as sound elements for example, can be provided both on the input side and on the output side for individually connecting or disconnecting individual DC voltage converters 10-i.
  • Each of the DC voltage converters 10-i can convert the electrical DC voltage provided by the DC voltage source 2 into a DC voltage and provide it at the corresponding output 12-i.
  • additional synchronization of the individual DC-DC converters is generally required.
  • the respective target output voltages i.e. the target values for the output voltage of the individual DC-DC converters 10-i
  • the target output voltages in the individual DC-DC converters 10-i can differ by 0.1 to 0.5 V from one another differentiate.
  • the number of DC converters 10-i used and the voltage level of the voltage network connected to the output side of the DC converter arrangement 1 other voltage differences between the target output voltages of the individual DC converters 10-i are also possible.
  • DC-DC converter arrangement 1 is not or only very slightly loaded, the voltage on the output side of the DC-DC converter arrangement 1 will rise to a voltage value which corresponds to the target output voltage of the DC-DC converter 10-i with the highest target output voltage. In this case, as a rule, only the DC-DC converter 10-i supplies an output current which is/are set to the highest target output voltage.
  • the target output voltages of the individual DC-DC converters 10-i of the DC-DC converter arrangement 1 are set differently, with increasing load on the output side of the DC-DC converter arrangement 1 and thus decreasing electrical voltage, more and more DC-DC converters 10-i gradually contribute to the power on the output side of the DC-DC converter arrangement 1 deliver.
  • a DC-DC converter 10-i detects that its maximum output power or its maximum output current has been reached, this DC-DC converter 10-i can optionally increase its target output voltage continuously or in stages.
  • a DC voltage converter 10 - i can increase its target output voltage up to a predetermined target value, for example the maximum target output voltage of the DC voltage converters 10 - i in the DC voltage converter arrangement 1 .
  • a predetermined target value for example the maximum target output voltage of the DC voltage converters 10 - i in the DC voltage converter arrangement 1 .
  • a DC-DC converter 10-i which has increased its target output voltage, can also increase its output voltage continuously or in stages after a predetermined period of time Lower target output voltage.
  • the lowering can take place until the originally set target output voltage has been lowered. In this way, the original configuration of the target output voltages can be set again when the power requirement on the output side of the DC/DC converter arrangement 1 falls again.
  • the individual DC converters 10-i can in principle be any DC converters that are suitable for converting a DC voltage provided on the input side into the required DC voltage on the output side. In particular, this can involve a plurality of identical or similar DC voltage converters 10-i. In principle, however, combinations with different DC voltage converters 10-i are also possible. For example, different DC-DC converters can be designed for different maximum output currents or output powers.
  • each of the DC/DC converters 10-i it is possible for each of the DC/DC converters 10-i to be permanently set to a predefined target output voltage.
  • the target output voltages it is also possible for the target output voltages to be varied.
  • the individual specification for the target output voltages in the individual DC converters 10-i can be varied with each restart or each initialization of the DC converter arrangement 1. For example, each time the DC-DC converter arrangement 1 is restarted or initialized, a different DC-DC converter 10-i can be set to the highest target output voltage. In this way, a more uniform stress on the individual DC voltage converters 10-i is possible.
  • a counter can be provided in each DC-DC converter 10-i, which is incremented each time the DC-DC converter arrangement 1 is restarted or initialized.
  • a target output voltage can be selected from a group of predetermined target output voltages.
  • different target output voltages are selected in the individual DC-DC converters 10-i for each initialization or each restart.
  • each of the DC-DC converters 10-i cyclically select a different value for the target output voltage from a group of specified target output voltages with each restart or each initialization.
  • any other methods for selecting the target output voltages in the individual DC voltage converters 10-i are of course also possible.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a flowchart of a method for operating a DC-DC converter arrangement having a plurality of DC-DC converters 10-i.
  • the method can carry out any steps as have already been described above in connection with the DC voltage converter arrangement 1 .
  • the DC voltage converter arrangement 1 described above can also have any components that are suitable for implementing the method described below.
  • step S1 different target output voltages are set in the individual DC converters in the DC converter arrangement 1 with a plurality of parallel-connected DC converters 10-i.
  • the DC-DC converter arrangement 1 can then be operated in step S2 in such a way that the individual DC-DC converters 10-i each adjust their target output voltage at the output until a maximum output current or a maximum output power is reached.
  • the present invention relates to a DC-DC converter arrangement with a plurality of DC-DC converters arranged in parallel.
  • the individual DC-DC converters of the DC-DC converter arrangement are set to different target output voltages. This results in stable operation of the DC-DC converter arrangement with the plurality DC converters possible without the individual DC converters having to be synchronized with one another by means of additional data or synchronization connections.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Gleichspannungswandleranordnung mit mehreren parallel angeordneten Gleichspannungswandlern. Die einzelnen Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung sind dabei auf unterschiedliche Ziel-Ausgangsspannungen eingestellt. Hierdurch ist ein stabiler Betrieb der Gleichspannungswandleranordnung mit den mehreren Gleichspannungswandlern möglich.

Description

Beschreibung
Titel
Gleichspannungswandleranordnung, Bordnetz für ein Elektrofahrzeug und
Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandleranordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleichspannungswandleranordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandleranordnung. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bordnetz für ein Elektrofahrzeug.
Stand der Technik
Ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge verfügen in der Regel über einen elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel eine Traktionsbatterie. Diese Traktionsbatterie stellt die zum Antrieb des elektrischen Fahrzeugs erforderliche elektrische Energie bereit. Die Traktionsbatterie liefert in der Regel eine Ausgangsspannung von mehreren Hundert Volt und speist ein sogenanntes Hochvoltnetz des Fahrzeugs. Darüber hinaus umfasst ein solches Fahrzeug in der Regel mehrere elektrische Verbraucher, welche über ein Niedervoltnetz mit einer geringeren elektrischen Spannung versorgt werden. Zur Kopplung des Hochvoltnetzes und des Niedervoltnetzes und insbesondere zur Übertragung elektrischer Energie von dem Hochvoltnetz in das Niedervoltnetz können sogenannten Gleichspannungswandler vorgesehen sein, welche eine elektrische Gleichspannung von dem Hochvoltnetz in eine Gleichspannung für das Niedervoltnetz konvertieren.
Die Druckschrift DE 10 2009 028 147 Al beschreibt eine Schaltungsanordnung für ein Bordnetz eines Elektrofahrzeugs, wobei ein Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) zur Kopplung zwischen zwei Bordnetzteilen vorgesehen ist.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Gleichspannungswandleranordnung, ein Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandleranordnung und ein Bordnetz für ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Gleichspannungswandleranordnung, mit mehreren
Gleichspannungswandlern. Die mehreren Gleichspannungswandler sind jeweils dazu ausgelegt, eine gemeinsame Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung zu konvertieren. Weiterhin sind die Gleichspannungswandler jeweils dazu ausgelegt, die konvertierte Ausgangsgleichspannung an einem gemeinsamen Knotenpunkt bereitzustellen. Hierzu können die einzelnen Gleichspannungswandler ausgangsseitig an dem Knotenpunkt elektrisch miteinander gekoppelt werden. In mindestens zwei der mehreren Gleichspannungswandler ist eine unterschiedliche Ziel- Ausgangsspannung eingestellt.
Weiterhin ist vorgesehen:
Ein Bordnetz für ein Elektrofahrzeug mit einem Hochvoltnetz, einem Niedervoltnetz und einer erfindungsgemäßen
Gleichspannungswandleranordnung. Das Hochvoltnetz ist dazu ausgelegt, mit einem elektrischen Hochvolt- Energiespeicher gekoppelt zu werden.
Insbesondere kann das Hochvoltnetz eine elektrische Gleichspannung an der Gleichspannungswandleranordnung bereitstellen. Hierzu ist die Gleichspannungswandleranordnung an einem Eingang mit dem Hochvoltnetz elektrisch gekoppelt. Weiterhin sind die einzelnen Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung an dem gemeinsamen Kontenpunkt mit dem Niedervoltnetz elektrisch gekoppelt.
Schließlich ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandleranordnung mit mehreren Gleichspannungswandlern. Jeder der Gleichspannungswandler ist dazu ausgelegt, eine gemeinsame Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung zu konvertieren und die konvertierte Ausgangsgleichspannung an einem gemeinsamen Knotenpunkt bereitzustellen. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Einstellen unterschiedlicher Ziel- Ausgangsspannungen in mindestens zwei der mehreren Gleichspannungswandler.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der maximale Ausgangsstrom bzw. die maximale Ausgangsleistung eines Gleichspannungswandlers in der Regel begrenzt ist. Zur Erhöhung der Ausgangsleistung können mehrere Gleichspannungswandler parallel geschaltet werden. Hierbei müssen in der Regel zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, um die einzelnen Gleichspannungswandler miteinander zu synchronisieren und gegebenenfalls Instabilitäten bei der Regelung der Gleichspannungswandler zu vermeiden.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine zuverlässige und möglichst einfache Gleichspannungswandleranordnung mit mehreren parallel geschalteten Gleichspannungswandlern zu schaffen. Hierzu ist es vorgesehen, dass in einer Gleichspannungswandleranordnung mit mehreren Gleichspannungswandlern die einzelnen Gleichspannungswandler auf geringfügig unterschiedliche Ziel- Ausgangsspannungen eingestellt sind. Auf diese Weise können die einzelnen Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung unterschiedlich priorisiert werden. Dies ermöglicht eine Abstimmung im Betriebsverhalten der einzelnen Gleichspannungswandler, ohne dass hierzu die einzelnen Gleichspannungswandler mittels zusätzlicher Verbindungen oder Steuereinrichtungen miteinander synchronisiert werden müssten. Die einzelnen Gleichspannungswandler können auf diese Weise individuell betrieben und geregelt werden. Ein Datenaustausch oder eine andere Art der Synchronisation der einzelnen Regelungen der Gleichspannungswandler ist dabei nicht erforderlich.
Die Ziel-Ausgangsspannung der einzelnen Gleichspannungswandler spezifiziert dabei jeweils die Sollausgangsspannung, welche durch den jeweiligen Regelkreis eines Gleichspannungswandlers eingestellt werden soll. Erreicht der Ausgangsstrom bzw. die Ausgangsleistung eines Gleichspannungswandlers einen maximal zulässigen bzw. vorgegebenen Wert, so kann der jeweilige Gleichspannungswandler die vorgegebene Ziel-Ausgangsspannung nicht länger aufrechterhalten. Infolgedessen wird der jeweilige Gleichspannungswandler aufgrund der Begrenzung des Ausgangsstroms bzw. der Ausgangsleistung eine geringere Ausgangsspannung bereitstellen.
Da die einzelnen Gleichspannungswandler der erfindungsgemäßen Gleichspannungswandleranordnung auf unterschiedliche Ziel- Ausgangsspannungen eingestellt sind, kann beim Überschreiten der maximalen Ausgangsleistung bzw. des maximalen Ausgangsstroms eines Gleichspannungswandlers die Ausgangsspannung so weit abfallen, bis die Ausgangsspannung dieses Gleichspannungswandlers die Ziel- Ausgangsspannung eines weiteren Gleichspannungswandlers erreicht oder unterschreitet. Somit wird der Regelkreis dieses weiteren Gleichspannungswandlers den weiteren Gleichspannungswandler aktivieren und ebenfalls einen Ausgangsstrom bzw. eine Ausgangsleistung bereitstellen.
Da die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf nur zwei Gleichspannungswandler begrenzt ist, sind darüber hinaus auch Gleichspannungswandleranordnungen mit mehr als zwei Gleichspannungswandlern möglich, wobei die einzelnen Gleichspannungswandler auf unterschiedliche Ziel-Ausgangsspannungen eingestellt werden können, sodass mit zunehmender Belastung auf der Ausgangsseite der Gleichspannungswandleranordnung und einem damit einhergehenden Spannungsabfall nach und nach mehr Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung aktiv eine Ausgangsleistung bzw. einen Ausgangsstrom bereitstellen, bis ein stabiler Arbeitspunkt erreicht werden kann.
Bei den einzelnen Gleichspannungswandlern der
Gleichspannungswandleranordnung kann es sich dabei grundsätzlich um beliebige geeignete Gleichspannungswandler handeln, die dazu geeignet sind, eine Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung gemäß einer vorgegebenen Ziel-Ausgangsspannung zu konvertieren. Hierbei können, wie zuvor bereits angeführt, die einzelnen Gleichspannungswandler jeweils eine individuelle, von den anderen Gleichspannungswandlern unabhängige Regelung und Ansteuerung aufweisen.
Beispielsweise kann die Gleichspannungswandleranordnung von einem Hochvoltnetz eines Elektrofahrzeugs gespeist werden und ausgangsseitig ein Niedervoltnetz dieses Fahrzeugs versorgen. Auf diese Weise können beispielsweise elektrische Verbraucher in dem Niedervoltnetz über die Gleichspannungswandleranordnung von elektrischer Energie einer Traktionsbatterie versorgt werden. Mit steigendem Leistungsbedarf auf der Niedervoltseite werden dabei nach und nach einer oder mehrere der Gleichspannungswandler ihre maximale Leistungsabgabe erreichen und daraufhin die elektrische Spannung auf der Niedervoltseite absinken. Mit sinkender elektrischer Spannung auf der Niedervoltseite wird daraufhin die Ziel- Ausgangsspannung weiterer Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung erreicht bzw. unterschritten, sodass auch diese Gleichspannungswandler aktiv eine Spannungswandlung von der Hochvoltseite auf die Niedervoltseite ausführen.
Gemäß einer Ausführungsform ist jeder der mehreren Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung auf eine unterschiedliche Ziel- Ausgangsspannung eingestellt. Auf diese Weise ist es möglich, dass stufenweise nach und nach mit zunehmender Belastung auf der Ausgangsseite sukzessive weitere Gleichspannungswandler aktiviert werden und somit einen Beitrag zur Leistungswandlung von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite liefern. Durch das Einstellen unterschiedlicher Ziel-Ausgangsspannungen, d.h. Sollwerte, für die unterschiedlichen Gleichspannungswandler der
Gleichspannungswandleranordnung ist es somit möglich, die Arbeitspunkte der einzelnen Gleichspannungswandler einzustellen, ohne dass die einzelnen Gleichspannungswandler über Daten- oder Synchronisationsleitungen miteinander synchronisiert werden müssen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die einzelnen Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung dazu ausgelegt, bei einem Neustart oder einer Initialisierung jeweils eine andere Ziel-Ausgangsspannung einzustellen. Auf diese Weise erfolgt bei jedem Neustart bzw. bei jeder Initialisierung der Gleichspannungswandler in der Gleichspannungswandleranordnung jeweils eine Konfiguration der einzelnen Gleichspannungswandler mit einer anderen Ziel- Ausgangsspannung. Hierdurch ist es möglich, dass bei jedem Neustart bzw. bei jeder Initialisierung eine neue, andere Priorisierung der einzelnen Gleichspannungswandler erfolgt. Somit ist es beispielsweise möglich, dass die einzelnen Gleichspannungswandler abwechselnd höher priorisiert werden, sodass eine gleichmäßigere Beanspruchung aller Gleichspannungswandler in der Gleichspannungswandleranordnung erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung dazu ausgelegt, bei einem Neustart oder einer Initialisierung aus einer Gruppe von vorbestimmten Ziel- Ausgangsspannungen jeweils zyklisch eine Ziel-Ausgangsspannung auszuwählen und die ausgewählte Ziel-Ausgangsspannung einzustellen. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine Gruppe von vorgegebenen Ziel- Ausgangsspannungen definiert werden. Bei jedem Neustart bzw. jeder Initialisierung wählt ein Gleichspannungswandler daraufhin aus dieser Gruppe von vorgegebenen Ziel-Ausgangsspannungen gemäß einem vorgegebenen Schema, bzw. zyklisch, eine der vorgegebenen Ziel-Ausgangsspannungen aus. Die vorgegebene Gruppe der Ziel-Ausgangsspannungen kann dabei in jedem der Gleichspannungswandler individuell vorgegeben sein. Beispielsweise können in allen Gleichspannungswandlern die gleichen Ziel-Ausgangsspannungen als Gruppe spezifiziert werden, wobei die einzelnen Gleichspannungswandler hierbei jedoch so konfiguriert sind, dass die einzelnen Gleichspannungswandler jeweils unterschiedliche Ziel-Ausgangsspannungen aus dieser Gruppe auswählen. Auf diese Weise kann beispielsweise in der Gesamtheit der Gleichspannungswandler gemäß dem vorgegebenen Schema, beispielsweise rotierend, für jeden Gleichspannungswandler individuell aus der Gruppe der Ziel- Ausgangsspannungen eine Ziel-Ausgangsspannung bestimmt und eingestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Gleichspannungswandler dazu ausgelegt, jeweils den Ausgangsstrom auf einen Maximalwert zu begrenzen. Grundsätzlich sind auch beliebige andere geeignete Maßnahmen möglich, um die maximale Ausgangsleistung der Gleichspannungswandler zu begrenzen. Erreicht der Ausgangsstrom bzw. die Ausgangsleistung eines Gleichspannungswandlers den vorgegebenen Maximalwert, so wird bei einer weiteren Belastung auf der Ausgangsseite der Regelkreis des Gleichspannungswandlers die Ziel-Ausgangsspannung nicht weiter aufrechterhalten können, sodass ausgangsseitig der Wert der Ausgangsspannung sinkt.
Gemäß einer Ausführungsform können die einzelnen Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung jeweils einen individuellen maximalen Ausgangsstrom bzw. eine maximale Ausgangsleistung aufweisen. Insbesondere können die Ausgangsströme bzw. Ausgangsleistungen der einzelnen Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung unterschiedlich sein. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Gleichspannungswandleranordnung mit mehreren gleichen oder gleichartigen Gleichspannungswandlern möglich, die einen gleichen oder zumindest annähernd gleichen maximalen Ausgangsstrom bzw. eine maximale Ausgangsleistung aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung dazu ausgelegt, die jeweilige Ziel- Ausgangsspannung anzuheben, falls der Gleichspannungswandler seinen maximalen Ausgangsstrom bzw. seine maximale Ausgangsleistung ausgibt. Beispielsweise kann die Ziel-Ausgangsspannung eines Gleichspannungswandlers kontinuierlich oder in Stufen nach und nach so weit erhöht werden, bis eine maximale Sollausgangsspannung der Gleichspannungswandleranordnung erreicht ist. Auf diese Weise kann nach Erreichen des maximalen Ausgangsstroms bzw. der maximalen Ausgangsleistung eines Gleichspannungswandlers für mehrere Gleichspannungswandler einer Gleichspannungswandleranordnung ein Betriebszustand erreicht werden, bei dem alle aktiven Gleichspannungswandler einen möglichst gleichen relativen Anteil zur Gesamtausgangsleistung bzw. zum Gesamtausgangsstrom beitragen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung dazu ausgelegt, die jeweilige Ziel- Ausgangsspannung abzusenken, nachdem der jeweilige
Gleichspannungswandler zuvor die jeweilige Ziel-Ausgangsspannung angehoben hat. Insbesondere kann der Gleichspannungswandler ein Absenken der Ziel- Ausgangsspannung initiieren, nachdem die jeweilige Ziel-Ausgangsspannung für eine vorbestimmte Zeitspanne angehoben wurde. Auf diese Weise ist es möglich, zur ursprünglich eingestellten Ziel-Ausgangsspannung zurückzukehren, wenn zuvor die Ziel-Ausgangsspannung temporär angehoben wurde. Das Absenken der Ziel-Ausgangsspannung kann hierbei insbesondere schrittweise, beispielsweise in vorgegebenen Stufen erfolgen.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1: eine schematische Darstellung eines Blockdiagramms einer
Gleichspannungswandleranordnung gemäß einer Ausführungsform; und
Figur 2: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem
Verfahren Betreiben einer Gleichspannungswandleranordnung gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds einer Gleichspannungswandleranordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Gleichspannungswandleranordnung 1 kann beispielsweise eingangsseitig mit einer Gleichspannungsquelle 2 gekoppelt sein. Ausgangsseitig kann die Gleichspannungswandleranordnung 1 mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern 3 verbunden sein. Neben den elektrischen Verbrauchern 3 kann grundsätzlich auch zusätzlich oder alternativ ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen sein, der durch die von der Gleichspannungswandleranordnung 1 bereitgestellte Energie aufgeladen wird und zu einem späteren Zeitpunkt diese elektrische Energie wieder abgeben kann. Beispielsweise kann die Gleichspannungswandleranordnung 1 in einem Elektrofahrzeug eingangsseitig mit einem Hochvoltnetz verbunden sein und ausgangsseitig ein Niedervolt speisen. Hierbei kann beispielsweise die Gleichspannungsquelle 2 auf der Eingangsseite der Gleichspannungswandleranordnung 1 eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs umfassen. Bei den elektrischen Verbrauchern 3 auf der Niedervoltseite kann es sich beispielsweise um Zusatzaggregate wie zum Beispiel einen Klimakompressor, eine Lenkhilfe, Beleuchtungskomponenten oder ähnliches handeln.
Wie in Figur 1 zu erkennen ist, kann die Gleichspannungswandleranordnung 1 mehrere Gleichspannungswandler 10-i umfassen. Die hier dargestellte Anzahl von drei Gleichspannungswandlern 10-i ist dabei nur exemplarisch zu verstehen und stellt keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Grundsätzlich sind auch nur zwei oder mehr als drei parallel angeordnete Gleichspannungswandler 10-i möglich. Die Gleichspannungswandler 10-i sind an ihrer Eingangsseite 11-i elektrisch miteinander verbunden. Beispielsweise können alle Gleichspannungswandler 10-i an ihren Eingängen 11-i mit dem Hochvoltnetz eines Elektrofahrzeugs oder einer beliebigen andere Gleichspannungsquelle 2 verbunden sein. Die Ausgänge 12-i der Gleichspannungswandler 10-i sind ebenfalls elektrisch miteinander verbunden und können beispielsweise gemeinsam ein Niedervoltnetz eines Elektrofahrzeugs oder aber auch beliebige andere elektrische Verbraucher 3 speisen. Grundsätzlich können sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig gegebenenfalls beliebige weitere Komponenten wie zum Beispiel Schallelemente zum individuellen Zu- bzw. Abschalten einzelner Gleichspannungswandler 10-i vorgesehen sein. Jeder der Gleichspannungswandler 10-i kann die von der Gleichspannungsquelle 2 bereitgestellte elektrische Gleichspannung in eine Gleichspannung konvertieren, und am entsprechenden Ausgang 12-i bereitstellen. Bei konventionellen Gleichspannungswandleranordnungen mit mehreren parallel geschalteten Gleichspannungswandlern ist dabei in der Regel eine zusätzliche Synchronisation der einzelnen Gleichspannungswandler erforderlich.
Eine solche zusätzliche Synchronisation der Gleichspannungswandler 10-i ist in der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform jedoch nicht erforderlich. Vielmehr sind die jeweiligen Ziel-Ausgangsspannungen, d.h. die Sollwerte für die Ausgangsspannung der einzelnen Gleichspannungswandler 10-i in den einzelnen Gleichspannungswandlern 10-i geringfügig unterschiedlich eingestellt. Soll das auf der Ausgangsseite der Gleichspannungswandleranordnung 1 angeschlossene Niedervoltnetz beispielsweise in einem Spannungsbereich zwischen ca. 12 und 14 V betrieben werden, so können zum Beispiel in den einzelnen Gleichspannungswandlern 10-i sich die Ziel-Ausgangsspannungen um 0,1 bis 0,5 V voneinander unterscheiden. Je nach Anzahl der verwendeten Gleichspannungswandler 10-i und dem Spannungsniveau des auf der Ausgangsseite der Gleichspannungswandleranordnung 1 angeschlossenen Spannungsnetzes sind jedoch grundsätzlich auch andere Spannungsdifferenzen zwischen den Ziel-Ausgangsspannungen der einzelnen Gleichspannungswandler 10-i möglich.
Ist das Spannungsseite auf der Ausgangsseite der
Gleichspannungswandleranordnung 1 nicht oder nur sehr gering belastet, so wird die Spannung auf der Ausgangsseite der Gleichspannungswandleranordnung 1 auf einen Spannungswert ansteigen, welcher der Ziel-Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 10-i mit der höchsten Ziel-Ausgangsspannung entspricht. Dabei wird in der Regel nur oder der Gleichspannungswandler 10-i einen Ausgangsstrom liefert, welcher bzw. welche auf die höchste Ziel- Ausgangsspannung eingestellt sind.
Mit zunehmender Belastung des Spannungsnetzes auf der Ausgangsseite der Gleichspannungswandleranordnung 1 wird der maximale Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers 10-i mit der höchsten Ziel-Ausgangsspannung erreicht werden. Steigt die Belastung daraufhin noch weiter an, so kann der entsprechende Gleichspannungswandler 10-i die Ziel-Ausgangsspannung nicht weiter aufrechterhalten, und die elektrische Spannung wird daher sinken.
Fällt die elektrische Spannung auf der Ausgangsseite der Gleichspannungswandleranordnung laufgrund der zunehmenden Belastung auf einen Wert, der der Ziel-Ausgangsspannung eines Gleichspannungswandlers 10- i mit einer geringeren Ziel-Ausgangsspannung entspricht, oder liegt die elektrische Spannung am Ausgang der Gleichspannungswandleranordnung 1 gegebenenfalls darunter, so wird auch dieser Gleichspannungswandler 10-i aktiviert, dessen Ziel-Ausgangsspannung erreicht bzw. unterschritten wird. Somit liefern stets alle Gleichspannungswandler 10-i einen Beitrag, deren Ziel- Ausgangsspannung größer oder gleich des Werts der elektrischen Spannung auf der Ausgangsseite der Gleichspannungswandleranordnung 1 ist.
Sind die Ziel-Ausgangsspannungen der einzelnen Gleichspannungswandler 10-i der Gleichspannungswandleranordnung 1 unterschiedlich eingestellt, so werden mit zunehmender Belastung der Ausgangsseite der Gleichspannungswandleranordnung 1 und somit sinkender elektrischer Spannung nach und nach immer mehr Gleichspannungswandler 10-i einen Beitrag zur Leistung auf der Ausgangsseite der Gleichspannungswandleranordnung 1 liefern.
Erkennt während des Betriebs der Gleichspannungswandleranordnung 1 ein Gleichspannungswandler 10-i, dass seine maximale Ausgangsleistung bzw. sein maximaler Ausgangsstrom erreicht ist, so kann dieser Gleichspannungswandler 10-i gegebenenfalls kontinuierlich oder stufenweise seine Ziel- Ausgangsspannung erhöhen. Insbesondere kann ein solcher Gleichspannungswandler 10-i seine Ziel-Ausgangsspannung bis zu einem vorgegebenen Zielwert, beispielsweise der maximalen Ziel-Ausgangsspannung der Gleichspannungswandler 10-i in der Gleichspannungswandleranordnung 1 erhöhen. Auf diese Weise kann gegebenenfalls eine gleichmäßigere Lastverteilung erreicht werden. Im weiteren Verlauf kann ein solcher Gleichspannungswandler 10-i, der seine Ziel-Ausgangsspannung erhöht hat, nach einer vorbestimmten Zeitspanne kontinuierlich oder stufenweise auch seine Ziel-Ausgangsspannung absenken. Insbesondere kann das Absenken bis zum Absenken der ursprünglich eingestellten Ziel-Ausgangsspannung erfolgen. Auf diese Weise kann die ursprüngliche Konfiguration der Ziel-Ausgangsspannungen wieder eingestellt werden, wenn der Leistungsbedarf auf der Ausgangsseite der Gleichspannungswandleranordnung 1 wieder sinkt.
Bei den einzelnen Gleichspannungswandlern 10-i kann es sich grundsätzlich um beliebige Gleichspannungswandler handeln, die dazu geeignet sind, eine eingangsseitig bereitgestellte Gleichspannung in die erforderliche Gleichspannung auf der Ausgangsseite zu konvertieren. Insbesondere kann es sich hierbei um mehrere gleiche oder gleichartige Gleichspannungswandler 10-i handeln. Grundsätzlich sind aber auch Kombinationen mit unterschiedlichen Gleichspannungswandlern 10-i möglich. Beispielsweise können unterschiedlichen Gleichspannungswandler für unterschiedliche maximale Ausgangsströme bzw. Ausgangsleistungen ausgelegt sein.
In einer Ausführungsform ist es möglich, dass jeder der Gleichspannungswandler 10-i fest auf eine vorgegebene Ziel-Ausgangsspannung eingestellt ist. Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich, dass die Ziel-Ausgangsspannungen variiert werden. Beispielsweise kann bei jedem Neustart oder jeder Initialisierung der Gleichspannungswandleranordnung 1 die individuelle Vorgabe für die Ziel.- Ausgangsspannungen in den einzelnen Gleichspannungswandlern 10-i variiert werden. Zum Beispiel kann bei jedem Neustart oder jeder Initialisierung der Gleichspannungswandleranordnung 1 jeweils ein anderer Gleichspannungswandler 10-i auf die höchste Ziel-Ausgangsspannung eingestellt werden. Auf diese Weise ist eine gleichmäßigere Beanspruchung der einzelnen Gleichspannungswandler 10-i möglich. Beispielsweise kann in jedem Gleichspannungswandler 10-i ein Zähler vorgesehen sein, der bei jedem Neustart oder jeder Initialisierung der Gleichspannungswandleranordnung 1 hochgezählt wird. Entsprechend kann in Abhängigkeit des Werts dieses Zählers jeweils eine Ziel-Ausgangsspannung aus einer Gruppe von vorgegebenen Ziel- Ausgangsspannungen ausgewählt werden. Hierbei kann dafür Sorge getragen werden, dass in den einzelnen Gleichspannungswandlern 10-i jeweils bei jeder Initialisierung bzw. jedem Neustart unterschiedliche Ziel-Ausgangsspannungen ausgewählt werden. Beispielsweise kann jeder der Gleichspannungswandler 10-i aus einer Gruppe von vorgegebenen Ziel-Ausgangsspannungen zyklisch bei jedem Neustart oder jeder Initialisierung einen anderen Wert für die Ziel- Ausgangsspannung auswählen. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige andere Verfahren für die Auswahl der Ziel-Ausgangsspannungen in den einzelnen Gleichspannungswandlern 10-i möglich.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zum Betreiben einer Gleichspannungswandleranordnung mit mehreren Gleichspannungswandlern 10-i. Grundsätzlich kann das Verfahren beliebige Schritte ausführen, wie sie zuvor bereits in Zusammenhang mit der Gleichspannungswandleranordnung 1 beschrieben worden sind. Entsprechend kann die oben beschriebene Gleichspannungswandleranordnung 1 auch beliebige Komponenten aufweisen, die zur Realisierung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens geeignet sind.
In Schritt S1 werden in der Gleichspannungswandleranordnung 1 mit mehreren parallel geschalteten Gleichspannungswandlern 10-i in den einzelnen Gleichspannungswandlern unterschiedliche Ziel-Ausgangsspannungen eingestellt.
Daraufhin kann die Gleichspannungswandleranordnung 1 in Schritt S2 derart betrieben werden, dass die einzelnen Gleichspannungswandler 10-i jeweils solange ihre Ziel-Ausgangsspannung am Ausgang einstellen, bis ein maximaler Ausgangsstrom oder eine maximale Ausgangsleistung erreicht ist.
Überschreitet die elektrische Spannung am Ausgang eines Gleichspannungswandlers 10-i die Ziel-Ausgangsspannung, so ist der jeweilige Gleichspannungswandler 10-i deaktiviert.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Gleichspannungswandleranordnung mit mehreren parallel angeordneten Gleichspannungswandlern. Die einzelnen Gleichspannungswandler der Gleichspannungswandleranordnung sind dabei auf unterschiedliche Ziel- Ausgangsspannungen eingestellt. Hierdurch ist ein stabiler Betrieb der Gleichspannungswandleranordnung mit den mehreren Gleichspannungswandlern möglich, ohne dass die einzelnen Gleichspannungswandler mittels zusätzlicher Daten- oder Synchronisationsverbindungen miteinander synchronisiert werden müssen.

Claims

Ansprüche
1. Gleichspannungswandleranordnung (1), mit: mehreren Gleichspannungswandlern (10-i), die jeweils dazu ausgelegt sind, eine gemeinsame Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung zu konvertieren und die konvertierten Ausgangsgleichspannungen an einem gemeinsamen Knotenpunkt bereitzustellen, wobei in mindestens zwei der mehreren Gleichspannungswandler (10-i) eine unterschiedliche Ziel-Ausgangsspannung eingestellt ist.
2. Gleichspannungswandleranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei jeder der mehreren Gleichspannungswandler (10-i) auf eine unterschiedliche Ziel- Ausgangsspannung eingestellt ist.
3. Gleichspannungswandleranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Gleichspannungswandler (10-i) dazu ausgelegt sind, bei einem Neustart oder einer Initialisierung jeweils eine andere Ziel-Ausgangsspannung einzustellen.
4. Gleichspannungswandleranordnung (1) nach Anspruch 3, wobei die mehreren Gleichspannungswandler (10-i) dazu ausgelegt sind, bei einem Neustart oder einer Initialisierung aus einer Gruppe von vorbestimmten Ziel- Ausgangsspannungen jeweils zyklisch eine Ziel-Ausgangsspannung auszuwählen und einzustellen.
5. Gleichspannungswandleranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mehreren Gleichspannungswandler (10-i) jeweils dazu ausgelegt sind, einen maximalen Ausgangsstrom auf einen vorbestimmten Maximalwert zu begrenzen.
6. Gleichspannungswandleranordnung (1) nach Anspruch 5, wobei jeder Gleichspannungswandler (10-i) einen individuellen maximalen Ausgangsstrom aufweist.
7. Gleichspannungswandleranordnung (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Gleichspannungswandler (10-i) dazu ausgelegt sind, die jeweils eingestellte Ziel-Ausgangsspannung anzuheben, falls der Gleichspannungswandler (10-i) den jeweiligen maximalen Ausgangsstrom ausgibt.
8. Gleichspannungswandleranordnung (1) nach Anspruch 7, wobei die Gleichspannungswandler (10-i) dazu ausgelegt sind, die jeweilige Ziel- Ausgangsspannung abzusenken, nachdem der Gleichspannungswandler (10-i) zuvor die Ziel-Ausgangsspannung angehoben hat.
9. Bordnetz für ein Elektrofahrzeug, mit: mit einem Hochvoltnetz, das dazu ausgelegt ist, mit einem elektrischen Hochvolt- Energiespeicher (2) gekoppelt zu werden; einem Niedervoltnetz; und einer Gleichspannungswandleranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Gleichspannungswandleranordnung (1) an einem Eingang mit dem Hochvoltnetz elektrisch gekoppelt ist und der gemeinsame Kontenpunkt der mehreren Gleichspannungswandler (10-i) mit dem Niedervoltnetz elektrisch gekoppelt ist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Gleichspannungswandleranordnung (1) mehreren Gleichspannungswandlern (10-i), die jeweils dazu ausgelegt sind, eine gemeinsame Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung zu konvertieren und die konvertierten Ausgangsgleichspannungen an einem gemeinsamen Knotenpunkt bereitzustellen, wobei das Verfahren einen Schritt (Sl) zum Einstellen unterschiedlicher Ziel- Ausgangsspannungen in mindestens zwei der der mehreren Gleichspannungswandler (10-i) umfasst.
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Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3816536A1 (de) * 1988-05-14 1989-11-23 Boehringer Andreas Verfahren und einrichtung zur regelung eines gleichstromes mit hilfe von parallel geschalteten gleichstromstellern
DE102009028147A1 (de) 2009-07-31 2011-02-03 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung für ein Bordnetz
JP2013021865A (ja) * 2011-07-13 2013-01-31 Toyota Motor Corp 電源ユニット
JP5655762B2 (ja) * 2011-09-19 2015-01-21 株式会社デンソー 電源システムの異常判断装置
DE102012109725A1 (de) * 2012-10-12 2014-04-17 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs
US9190900B2 (en) * 2012-10-15 2015-11-17 Infineon Technologies Ag Active power factor corrector circuit
US11005370B2 (en) * 2015-04-10 2021-05-11 Texas Instruments Incorporated Dynamic phase change mechanism in multi-phase converters
CN112243556A (zh) * 2018-06-11 2021-01-19 沃尔沃卡车集团 车辆电气系统中的dc/dc转换器过载管理

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