WO2018109001A1 - Gleichspannungswandler, bordnetz mit einem gleichspannungswandler - Google Patents

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WO2018109001A1
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Klaus Mühlbauer
Martin Brüll
Franz Pfeilschifter
Edmund Schirmer
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a DC voltage converter ⁇ , in particular for an electrical system of a motor vehicle, as well as an electrical system, in particular for a motor vehicle, with a said DC-DC converter.
  • the on-board electrical systems In order to be able to shift electrical energy from another vehicle electrical system branch into this vehicle electrical system display in the event of a rapid increase in the demand for electrical power in one of the vehicle electrical system branches, the on-board electrical systems usually have two or more current / voltage converters which are connected between the electronic systems during operation of the vehicle electrical system Vehicle electrical system voltages of different Voltage types or voltage levels of the electrical system branches to ⁇ convert.
  • the two or more current / voltage converters require a corresponding number of control and An horrungselektronik- units and other circuitry for controlling or regulating these current / voltage converter, which leads to increased complexity and thus increased manufacturing costs of Bordnetze.
  • the object of the present invention is to provide a way to an on-board network, in particular a motor vehicle, make ⁇ near, easily and inexpensively.
  • a DC-DC converter for converting between a first and a second voltage (or vehicle electrical system voltage) is provided.
  • the DC-DC converter comprises two first power connections for connecting the DC-DC converter to the first voltage (for example, a first vehicle electrical system voltage of a first electrical system branch of a vehicle electrical system), two second electrical connections for connecting the DC-DC converter to the second voltage (for example, a second vehicle electrical system voltage of a second electrical system branch of the vehicle electrical system).
  • the DC converter further comprises at least a third power supply for switching or disconnecting the DC-DC converter at or on at least one electrical device, such as an electric load or an electrical power source (e.g., a third board ⁇ network branch of the electrical system), or to a electrical connections conclusion of the at least one electrical device.
  • the DC-DC converter further comprises at least a first voltage converter path, which is electrically connected between the two first power terminals on the one hand and the two second power terminals on the other hand and is adapted to convert between the first and the second voltage.
  • a “conversion between the first and the second voltage (or vehicle electrical system voltage)” means that the DC-DC converter or the at least one first voltage converter path and further voltage transformer paths to be described below are set up, the first voltage (2) applied between the two first electrical connections (FIG. or a first vehicle electrical system voltage) into the second voltage (or a second vehicle electrical system voltage) between the two second electrical connections and / or vice versa
  • a voltage conversion path is thus an electrical circuit which comprises the above-mentioned voltage conversion circuit components and is arranged to convert between the first and second voltages (or vehicle electrical system voltage, respectively) n.
  • the DC-DC converter further comprises at least a first controllable selection switch (or switch, in particular power selection switch), which comprises a first, a second and a third switching terminal and via the first and the second switching terminal serially in the at least one first voltage converter path and via the third switching terminal is electrically connected to the at least one third power connection.
  • the half-set means: "... Chip ⁇ voltage transformer path electrically connected via the first and the second switching terminal in series in the at least one first that the first and the second switching terminal a first off ⁇ selector switch in the at least one first voltage transformers lerpfad are of at least and are part of at least one first clamping ⁇ voltage transformer path.
  • the first and the second switching ⁇ terminal electrically connected to each other in a switching state of the at least a first controllable selector switch, so the at least one first voltage converter path at least in the portion between the first and the second switch terminal is electrically conductive and allows current to flow through this section. If the first and second switching terminals are electrically isolated from one another in a further switching state of the at least one first controllable selection switch, then the at least one first voltage converter path is electrically open and the current flow through this voltage converter path is interrupted.
  • the DC-DC converter further comprises an energy management unit for controlling the at least one first selection switch arranged to selectively connect at least two of the first, second and third switching terminals to each other or to electrically disconnect all of the three switching terminals from each other.
  • the invention is based on the recognition that the drive ⁇ architecture of a motor vehicle with an electric drive with an electric machine, an inverter for the An- tion, a (traction) battery, a DC-DC converter and a charger (one and / or three phased) comprises a plurality of high performance electronic components.
  • a traction DC converter (traction DCDC) is further provided, which is electrically connected between the (traction-) battery and the inverter and is set up, regardless of the state and operating point of the (traction) battery, the DC link voltage for the Inverter (voltage adjustment).
  • each of the above-mentioned high-performance electronic components has its own control electronics consisting of a control unit and a line ⁇ electronic actuator including driver and sensors, resulting in a high production cost and high production costs for motor vehicles.
  • the utilization of the control units is low.
  • the solution consists of not using the drive units only for individual functional implementations, but with a single drive electronics having a plurality of functions, e.g. Charging, heating and voltage adjustment, implement.
  • the above-described DC-DC converter has been provided with at least one first controllable selection switch, which via the first and the second switching terminal serially in the at least one first voltage converter path of the DC-DC converter and the third switching connection to the at least one third power connection (via the at least one electrical load or source can additionally be connected to the DC-DC converter) is electrically connected.
  • the selection switch is then activated by means of the described energy management unit. Since the above-mentioned multi-functionality of the DC converter ⁇ means of a single selector switch and a corresponding software-based modification of the power management unit, which is already present for driving the DC voltage converter ⁇ , the electrical system and thus can Also, the motor vehicle can be easily and inexpensively manufactured.
  • the energy management unit is further directed to electrically connect the first and the second switching connection of the at least one first controllable selection switch with one another for the conversion between the first and the second voltage and thus to enable the flow of current through the at least one first voltage converter path.
  • the energy management unit is for example further comprises a ⁇ directed to operation of the at least one electrical Before ⁇ direction the third switching port of connecting at least a first controllable selector switch to the first and / or the second switch terminal is electrically and hence a current flow through the DC-DC converter to the to allow at least one electrical device.
  • the energy management unit is for example further comprises a ⁇ directed, for converting between the first and the second voltage and for simultaneously operating said at least one electric device first, the second and the off ⁇ selector to electrically connect at least a first controllable together and to the third power supply, and thus To allow current flows through the at least one firstderswand- lerpfad and to / from the at least one electrical device.
  • the at least one first voltage converter ⁇ path comprises a first half bridge, which between the two 0
  • o second electrical connections is electrically connected and comprises two first controllable switch, which are connected to each other in series serially between the two second power terminals and via a center terminal of the first half-bridge.
  • the at least one first selection switch is electrically connected, for example, via the first and the second switching connection between the one of the two first electrical connections and the middle connection of the first half-bridge.
  • the at least one first path voltage converter further comprises at ⁇ play, a first inductive component, such.
  • a first inductive component such.
  • the at least one first selection switch is electrically connected, for example, via the first and the second switching connection between the one of the two first electrical connections and the middle connection of the first half-bridge and serially to the first inductive component.
  • the DC converter further includes, for example, a second voltage converter path connected to the at least one first voltage converter path is electrically connected between the two first current terminals on the one hand and the two second Stromanschlüs ⁇ sen On the other hand, and thus parallel and is adapted to convert between the first and the second voltage.
  • This second voltage converter path enables a voltage conversion between the first and the second voltage independently of the first voltage converter path or the switching voltage. state of the first selection switch in the first voltage ⁇ converter path.
  • the second voltage converter for example, path comprises a second half-bridge, which is between the two second Stroman ⁇ circuits and hence connected parallel to the first half-bridge electrically.
  • the second half-bridge comprises two second controllable switches, which are electrically connected to one another in series between the two second current connections via a middle connection of the second half-bridge.
  • the second voltage converter path further includes, for example, a second inductive component, such. B. a second coil, which is electrically connected between the one of the two first power terminals and the center terminal of the second half-bridge ⁇ .
  • a second inductive component such. B. a second coil, which is electrically connected between the one of the two first power terminals and the center terminal of the second half-bridge ⁇ .
  • the DC-DC converter further comprises, for example, a fourth power connection for connecting the DC-DC converter to the at least one electrical device or to the one electrical connection or to a further electrical connection of the at least one electrical device.
  • the DC-DC converter further includes a third voltage conversion path for conversion between the first and second voltages.
  • the third voltage converter path is likewise electrically connected between the two first current connections on the one hand and the two second electrical connections on the other hand and thus parallel to the at least one first and the second voltage converter path.
  • the DC-DC converter further includes, for example, a second controllable selection switch (or switch, esp. Power selection switch or power switch), which comprises a fourth, a fifth and a sixth switching terminal and is electrically connected via the fourth and the fifth switching terminal in the third voltage converter path and the sixth switching connection to the fourth power terminal .
  • a second controllable selection switch or switch, esp. Power selection switch or power switch
  • the energy management unit is for example a further ⁇ directed, optionally at least j in each case to connect two of the fourth, the fifth and the sixth switching connection to one another electrically or separate all of these three switching terminals from one another electrically.
  • the power management unit is arranged to connect the fourth switching port with the fifth switching connection elec ⁇ symmetrical and thus allow a further current flow through the second voltage converter path in addition to the current flow through the at least one first voltage converter path. Thereby, the power flow in the conversion between the first and the second voltage is increased.
  • the power management unit is in particular also be ⁇ oriented, to increase the operating power of the at least to connect an electrical device of the sixth switching connection with the fourth and / or fifth switching terminal electrically and hence a current flow through the second voltage ⁇ transformer path (in addition to the current flow via the at least one first voltage transformer path) to the at least one electrical device.
  • the third voltage converter comprises a third path, for example, half-bridge, which circuits between the second two Stroman ⁇ and is thus electrically connected in parallel to the first and second half-bridge and two third control bare switch, which are electrically connected via a center terminal of the third half-bridge to each other serially between the two second power terminals.
  • the third voltage converter path further includes, for example, a third inductive component which is electrically connected between the one of the two first electrical connections and the middle connection of the third half-bridge.
  • the second selection switch is connected, for example via the fourth and the fifth switching connection between the one of the two first power connections and the middle connection of the third half ⁇ bridge and serially connected to the third inductive component elec ⁇ trically.
  • the DC converter further includes, for example, a fifth power connector for connecting the DC ⁇ converter to the at least one electrical device or to yet another power terminal of the at least one electrical device.
  • the DC-DC converter further comprises, for example, a fourth voltage converter path for the conversion between the first and the second voltage which is electrically connected between the two first current terminals on the one hand and the two second current terminals on the other hand and thus parallel to the at least one first, second and third voltage converter paths is.
  • the DC-DC converter further includes, for example, a third controllable selection switch (or change-over switch, esp. Power selection switch) comprising seventh, eighth, and ninth switching terminals, and the seventh and eighth switching terminals serially closed in the fourth voltage converter path and via the ninth switch terminal of the fifth power connector electrically coupled to ⁇ .
  • the energy management unit is for example a further ⁇ directed to selectively connect at least two of the seventh, the eighth and the ninth switching terminal electrically connected together or to separate all of these three switching terminals from one another electrically.
  • the power management unit is arranged to connect the seventh switch terminal connected to the eighth switch terminal elec tric ⁇ and thus to allow the flow of current through the fourth voltage converter path. This further increases the power flow during conversion between the first and second voltages.
  • the power management unit is in particular also be ⁇ directed, the MIN least to connect to further increase the operating power an electrical apparatus to the ninth switching connection with the seventh and / or eighth switch terminal electrically, and thus (a current flow via the fourth voltage converter path in addition to the current flow via the at least one first and the third voltage transformer path) to the at least one electrical device.
  • the fourth voltage converter path comprises, for example, a fourth half-bridge, which is electrically connected between the two second current terminals and thus parallel to the first, the second and the third half-bridge.
  • the fourth half-bridge comprises two fourth controllable switches which are connected to each other in series via a middle connection of the fourth half-bridge are electrically connected between the two second power terminals.
  • the fourth voltage converter path further includes, for example, a fourth inductive component, which is electrically connected between the one of the two first electrical connections and the middle connection of the fourth half-bridge.
  • the third selection switch is electrically connected, for example, via the seventh and the eighth switching connection between the one of the two first electrical connections and the middle connection of the fourth half-bridge and in series with the fourth inductive component.
  • the at least one first path voltage converter further comprises at ⁇ play, an H-bridge circuit which is electrically connected between the two first current terminals and comprises a bridge branch.
  • the H-switching bridge is formed, for example, as a full ⁇ bridge with four independently controllable switches, which are each connected in pairs in one of two half ⁇ bridges of the H-switching bridge via a respective middle port in series.
  • the bridge arm connecting the center connections of the two half-bridges of the H-bridge circuit with ⁇ each other electrically.
  • the at least one first selection switch is electrically connected in series, for example, via the first and the second switching connection in the bridge branch of the H switching bridge.
  • the energy management unit is for example a further ⁇ directed, for converting between the first and the second Voltage to switch the H-switching bridge or its four switches controlled.
  • the at least one first voltage converter path further includes, for example, a transformer having a primary coil and a secondary coil.
  • the primary coil is electrically Schlos ⁇ sen example, in the bridge branch of the H-switch bridge and in series with the at least one first selector switch (or in series with the current path between the first and the second switching terminal of the at least one first selection switch).
  • the secondary coil is electrically connected, for example, between the two second power terminals.
  • the selector switches described above and further to be described below each comprise, for example, one or more electromechanical switches and / or one or more semiconductor switches, such as, for example, one or more semiconductor switches.
  • MOSFET, IGBT, etc. which are electrically connected in a manner known in the art between the corresponding switching terminals of the respective selector switch, so that they can perform the above-described functions of the respective selector switch.
  • the selection switches can be placed either on the side of the first power connections of the respective voltage converter paths or between the inductive component and the half-bridge of the respective voltage converter paths.
  • the placement of the selector switches can be made independently for each voltage transformer path. Ie. the first voltage converter path with the first selection switch on the side of the first power terminals and the third voltage converter path with the second selection ⁇ switch between the inductive component and the half-bridge.
  • a vehicle electrical system in particular for a motor vehicle, is provided.
  • the electrical system includes a first electrical system branch with a first (electrical system) voltage, a second electrical system branch with a second (electrical system) voltage, and a third electrical system branch with at least one electrical device, which includes, for example, an electrical load and / or an electrical energy source ,
  • the on-board network further comprises a previously described DC-DC converter for converting between the first and the second (vehicle electrical) voltage, which via the two first power connections to the first electrical system branch and thus to the first (electrical system) voltage, via the two second power connections (network-on-board) voltage at the second vehicle electrical system branch, and thus at the second, and the at least one third power connection at the third vehicle electrical system branch, and thus at the min ⁇ least one electrical device is electrically connected.
  • the DC-DC converter of the third vehicle electrical system branch and the at least one electrical device is electrically isolated, for example by means of a transfor ⁇ mators.
  • the at least one electrical device includes, for example, a DC load , such as a DC heater; a single- or multi-phase AC consumer, such as a single- or multi-phase AC ⁇ heating or an electric motor; a DC or AC charging port; a DC power source, such as a battery; and / or a single- or multi-phase AC power source, such as a generator.
  • a DC load such as a DC heater
  • a single- or multi-phase AC consumer such as a single- or multi-phase AC ⁇ heating or an electric motor
  • a DC or AC charging port such as a DC power source
  • a DC power source such as a battery
  • / or a single- or multi-phase AC power source such as a generator.
  • the energy management unit is for example further comprises a ⁇ directed to switch the selection switch described above and further to be described later selection switch and semiconductor ⁇ switches previously described and to be described below the half-bridge or H-switch bridge synchronized to sides of the three board ⁇ system branches to each other such in that the functions described above, such as inductive charging or parallel operation, can be realized. Furthermore, should also parallel feeds to other electrical system branches, such. B. on a 48V Bordnetzzweig be possible.
  • the energy flow between the above-mentioned on-board network branches is unidirectional or bidirectional.
  • the regulation of the unidirectional or bidirectional energy flow takes place by synchronized switching of the selector switch and the semiconductor switch of the half bridges or the H-bridge but also by targeted permanent switching corresponding selection switch or corresponding semiconductor switches, such.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a circuit topology of a first electrical system (or a portion thereof) of a motor vehicle with a DC-DC converter according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic illustration of a circuit topology of a second vehicle electrical system of a vehicle
  • FIG. 3 is a schematic representation of a circuit topology of a third vehicle electrical system (or a section thereof) of a motor vehicle with a DC-DC converter illustrated in FIG. 2;
  • FIG. 4 is a schematic representation of a circuit topology of a fourth vehicle electrical system (or a section thereof) of a motor vehicle with a DC-DC converter according to a third embodiment of the invention;
  • FIG. 5 is a schematic representation of a circuit topology of a fifth vehicle electrical system (or a section thereof) of a motor vehicle with a DC-DC converter according to a fourth embodiment of the invention
  • FIG. 6 is a schematic representation of a circuit topology of a sixth vehicle electrical system (or a section thereof) of a motor vehicle with a DC-DC converter shown in FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a circuit topology of a seventh vehicle electrical system (or a section thereof) of a motor vehicle with a DC-DC converter according to a fifth embodiment of the invention
  • 8 shows a schematic representation of a circuit topology of an eighth vehicle electrical system (or a section thereof) of a motor vehicle with a DC-DC converter according to a sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a circuit topology of a first vehicle electrical system BN1 (or of a section thereof) of a motor vehicle with a DC-DC converter GW1 according to a first embodiment.
  • the first vehicle electrical system BN1 comprises a first, a second and a third vehicle electrical system branch BZ1, BZ2, BZ3.
  • the first electrical system branch BZl includes sensitive power consumers, such. B. vehicle interior lighting, and has a first vehicle electrical system voltage Ul in the amount of, for example, 12 volts.
  • the second electrical system branch BZ2 includes high-performance power consumers, such. B. an electric motor for driving the motor vehicle, and has a second vehicle electrical system voltage U2 in the amount of, for example, 48 volts.
  • the third vehicle electrical system branch BZ3 comprises for example a wide ⁇ ren high performance DC load such as a DC heater LD, which is supplied from the second vehicle electrical system branch BZ2 with electricity.
  • the on-board network BN1 further comprises a DC-DC converter GW1, which is electrically connected between the first, the second and the third on-board network branch BZ1, BZ2, BZ3.
  • the DC-DC converter GWL comprises two first power connections All, A12, via which the DC-DC converter GW1 at the first electrical system branch BZl and thus electrically connected to the first vehicle electrical system voltage Ul.
  • the DC-DC converter GWL further comprises two second current terminals A21, A22, through which the DC-DC converter GWL on the second vehicle electrical system branch BZ2, and thus at the second board ⁇ mains voltage U2 is electrically connected.
  • the DC-DC converter GW1 further comprises a third power connection A3, via which the DC-DC converter GW1 is electrically connected to the third onboard power supply branch BZ3 or to the DC heating LD.
  • the DC-DC converter GW1 further comprises three half-bridges HB1, HB2, HB3, which are each connected in parallel between the two second current terminals A21, A22 and each other.
  • the three half-bridges HB1, HB2, HB3 each have two controllable power semiconductor switches S1, S2; S3, S4; S5, S6, which are each connected in pairs between the two second power terminals A21, A22 and center tap Ml, M2, M3 of the respective half-bridges HB1, HB2, HB3 to each other in series.
  • the three half bridges HB1, HB2, HB3 are further electrically connected via respective negative voltage side terminal NA to a second (negative voltage side) of the two first power terminals A12 and a second (negative voltage side) of the two second power terminals A22. Via respective positive voltage side terminal PA, the three half bridges HB1, HB2, HB3 are further electrically connected to a first (positive voltage side) of the two second power terminals A21.
  • the DC-DC converter GW1 in each case has a coil LI, L2, L3 (storage inductor), which in each case between the first of the two first electrical connections All and the respective Mit ⁇ taps Ml, M2, M3 are connected in series electrically.
  • the respective half-bridges HB1, HB2, HB3 and the corresponding respective coils LI, L2, L3 and associated fresh connections which connect the respective half-bridges HB1, HB2, HB3 with the respective corresponding coils LI, L2, L3 as well as with the two first and second the two second power connections All, AI2; A21, A22 electrically connect, respectively form a first, a second and a third voltage converter path SP1, SP2, SP3 for unidirectional / bidirectional voltage conversion between the first and the second vehicle electrical system voltage Ul, U2.
  • These three voltage converter paths SP1, SP2, SP3 are independently controllable or controllable.
  • the DC-DC converter GW1 further includes a first controllable (power) selection switch AS1 (or (power) switch), which is electrically connected in the first voltage converter path SP1 between a first coil LI and the center tap Ml a first half-bridge HB1 and a first , a second and a third switching terminal El, E2, E3.
  • AS1 controllable (power) selection switch
  • E2 power switch
  • the first selection switch AS1 is electrically connected to the first coil LI.
  • the first selection switch AS1 is electrically connected to the center tap Ml of the first half-bridge Hl.
  • the first coil LI and the first selection switch ⁇ AS1 between the first of the two first current connections All and the center tap Ml of the first half-bridge Hl to each other are connected in series electrically.
  • the first selection switch AS1 is furthermore electrically connected to the third power connection A3.
  • the first selection switch AS1 comprises one or more contactors, relays, power semiconductor switches and / or other power switching elements, which are interconnected in a manner known to those skilled in the art and controlled so that the first selection switch AS1 driven by an external control signal in each case two or all of the three Wegan ⁇ connections El, E2, E3 to connect electrically.
  • the DC-DC converter GW1 further comprises a second controllable (power) selection switch AS2 (or power switch), which is electrically connected in the third voltage converter path SP3 between a third coil L3 and the center tap Ml a third half-bridge HB3 and a fourth, a fifth and a sixth Switching connection E4, E5, E6 has.
  • the second selection switch AS2 is electrically connected to the third coil L3.
  • the second selection switch AS2 is electrically connected to the center tap M3 of the third half-bridge H3.
  • the third coil L3 and the second selection switch AS2 are between the first of the first two Power connections All and the center tap M3 of the third half-bridge H3 connected to each other in series electrically.
  • the second selection switch AS2 is also electrically connected to the third power connection A3 via the sixth switching connection E6.
  • the second selection switch AS2 likewise comprises one or more contactors, relays, power semiconductor switches and / or other power switching elements, which are interconnected and controllable in a manner known to those skilled in the art, that the second selection switch AS2 is controlled by a further external control signal two or all the three switching terminals E4, E5, E6 electrically connect to each other.
  • the DC-DC converter GW1 further comprises an energy management unit EM, which signal output side with the on ⁇ control terminals of the respective power semiconductor switch Sl, S2; S3, S4; S5, S6 of the three half-bridges Hl, H2, H3 and the respective selection switches AS1, AS2 is signally connected and is arranged, depending on the selected operating modes of the electrical system BN1 the respective power semi-conductor switches ⁇ Sl, S2; S3, S4; S5, S6 and the respective selection switch AS1, AS2 controlled to switch.
  • an energy management unit EM which signal output side with the on ⁇ control terminals of the respective power semiconductor switch Sl, S2; S3, S4; S5, S6 of the three half-bridges Hl, H2, H3 and the respective selection switches AS1, AS2 is signally connected and is arranged, depending on the selected operating modes of the electrical system BN1 the respective power semi-conductor switches ⁇ Sl, S2; S3, S4; S5, S6 and the respective selection switch AS1, AS
  • the DC-DC converter GW1 is set up to perform, inter alia, three operating modes to be described below.
  • a first operating mode the DC-DC converter GW1 converts the first vehicle electrical system voltage U1 into the second vehicle electrical system voltage U2 or vice versa.
  • the power management unit EM switches off the two selection switches AS1, AS2, so that the three switching ⁇ terminals El, E2, E3; E4, E5, E6 of the respective selector switch AS1, AS2 are electrically isolated from each other. In this first operating mode, therefore, only the second current path SP2 with the second coil L2 and the second half-bridge H2 is active.
  • the power management unit EM switches the two power semiconductor ⁇ conductor switches S3, S4 of the second half-bridge H2 switched in a manner known to the expert / off, and thus converts the first board supply voltage Ul, and in the second vehicle electrical system voltage U2, or vice versa (simple DCDC converter operation) ,
  • the energy management unit EM selectively switches the first and / or the second selection switch AS1, AS2 into a switching state in which the first switching terminal El of the first off ⁇ selector switch AS1 or with the second switching terminal E2 of the corresponding selection switch AS1.
  • the fourth switching terminal E4 of the second selection switch AS2 are electrically connected to the fifth switching ⁇ terminal E5 of the corresponding selection switch AS2. This activates the first and third current paths SP1, SP3 for voltage conversion.
  • the power management unit switches EM the first and / or second selecting switches ASl, AS2 so that the second switching port E2 of the first selection switch ASl to the third switch terminal E3 of the same selection switch ASl and the fifth switch terminal E5 are electrically connected to the sixth switching terminal E6 of the second selection switch AS2.
  • a power flow is produced from the second onboard power supply branch BZ1, BZ2 to the third onboard power supply branch BZ3 and thus to the DC electrical heating LD
  • the energy management unit EM switches the first and / or the second selection switch AS1, AS2 in such a way that all three switching connections E1, E2 and E3; E4, E5 and E6 of the respective selector switch ASl, AS2 are electrically connected to each other.
  • all three on-board network branches BZ1, BZ2, BZ3 are electrically connected to one another and flow currents from the second on-board network branch BZ2 into the first and third on-board network branches BZ1, BZ3.
  • the quantities of electrical power which are to flow from the second electrical system branch BZ2 into the first and third electrical system branches BZ1, BZ3 are emitted by the Energy management unit EM by controlling the three half-bridges Hl, H2, H3 and their power semiconductor switch Sl, S2; S3, S4; S5, S6 regulated in a manner known in the art (combined “Boost” and “DC chopper” operation of DC voltage converter GW1).
  • FIG. 2 shows in a further schematic representation a circuit topology of a second vehicle electrical system BN2 (or a portion thereof) with a DC-DC converter GW2 according to a second embodiment.
  • the second board network BN2 different from the first board ⁇ network BN1 in figure 1 in that the third vehicle electrical system branch BZ3 instead of a high-performance the DC load comprises a single-phase high-performance AC load LD such as a single-phase AC heater.
  • the DC-DC converter GW2 in Figure 2 differs from the DC-DC converter GW1 in Figure 1 in that it has a fourth current terminal A4 which is connected elec ⁇ symmetrical with the six ⁇ th switch terminal E6 of the second selection switch AS2.
  • the AC load LD in the third electrical system branch BZ3 is electrically connected between the third and the fourth power connection A3, A4 of the DC voltage converter GW2.
  • DC chopper a so-called “AC chopper” operation can be realized, in which the single-phase high-power change ⁇ current consumer LD is fed with the AC voltage generated by the DC-DC converter GW2. _,
  • FIG. 3 shows in a further schematic representation a third vehicle electrical system BN3 (or a portion thereof) of a motor vehicle with a DC voltage converter GW2 shown in FIG.
  • the third board network BN3 differs from the second board ⁇ network BN2 in figure 2 in that the third vehicle electrical system branch BZ3 comprises, instead of a single-phase alternating current consumer a roller ⁇ selstromladeclu LD via which the vehicle electrical system BN3 airborne network-internal energy storage with alternating current can charge.
  • the on-board network BZ is electrically connected via the AC charging cable LD to an external AC power system.
  • the DC-DC converter GW3 in FIG. 3 differs from the DC-DC converter GW2 in FIG. 2 in that the first and third coils LI, L3 are each connected between the first current connection All and the first and the third half-bridges H1, H2 (or their respective center tap Ml, M3) are electrically connected.
  • the DC converter ⁇ GW2 an "AC charging" operation in which one or more not shown in the figure, electrical energy ⁇ memory in the electrical system BN3 can be charged with AC power from the vehicle external AC power, the DC converter GW2 by means of the first and the third voltage path SP1, SP3 (or at least two current paths) converts the alternating current into direct currents
  • FIG. 4 shows, in a further schematic illustration, a fourth vehicle electrical system BN4 (or a portion thereof) with a DC-DC converter GW3 according to a third embodiment.
  • the fourth board network BN4 differs from the third board ⁇ network BN3 in figure 2 in that the third vehicle electrical system branch BZ3 instead of a single-phase alternating current consumer a three ⁇ phase AC power load LD such as a three-phase electric motor, or a three-phase AC power source, such Example, a generator includes.
  • the three-phase AC load LD in the third vehicle electrical system branch BZ3 includes three current phases over which the change ⁇ powerConsumer LD is connected electrically with the direct voltage converter GW3.
  • the DC-DC converter GW3 in FIG. 4 differs from the DC-DC converter in FIG. 2 in that it additionally comprises a fifth power connection A5 and electrically via the third, the fourth and the fifth power connections A3, A4 and A5 with the respective three current phases of the AC load LD connected is.
  • the DC-DC converter GW3 comprises a fourth voltage converter path SP4 with a fourth half-bridge H4 with two series-connected power semiconductor switches S7, S8 and a fourth coil L4.
  • the DC voltage converter ⁇ GW3 comprises a third (power) selection switch AS3 (or (power) switch) which lerpfad in the fourth voltage transformers is serially SP4 ⁇ joined electrically to the fourth coil L4.
  • the fourth half-bridge H4 with its two ge ⁇ series connected power semiconductor switches S7, S8 between the two second power terminals A21, A22 of the DC-DC converter GW3 parallel to the above-described three half-bridges Hl, H2, H3 electrically connected.
  • the fourth half-bridge H4 has a fourth center connection M4, via which the two power semiconductor switches S7, S8 are connected in series with one another.
  • the fourth half-bridge H4 is electrically connected via the center connection H4 to the third selection switch AS3, the fourth coil L4 and furthermore to the first of the two first current connections All of the DC voltage converter GW3.
  • the third selection switch AS3 comprises a seventh, an eighth and a ninth switching connection E7, E8, E9. Via the seventh switching connection E7, the third selection switch AS3 is electrically connected to the fourth coil L4 and thus to the first of the two first current connections All of the DC-DC converter GW3. Via the eighth switching connection E8, the third selection switch AS3 is electrically connected to the middle connection M4 of the fourth half-bridge H4 and via the ninth switching connection E9 to the fifth power connection A5 of the DC-DC converter GW3.
  • FIG. 5 shows in a further schematic representation a fifth vehicle electrical system BN5 (or a portion thereof) with a DC-DC converter GW4 according to a fourth embodiment.
  • the onboard power supply BN5 comprises a first vehicle electrical system branch BZ1, in which a first vehicle electrical system voltage Ul is present, a second vehicle electrical system branch BZ2, in which a second vehicle electrical system voltage U2 is present, and a third vehicle electrical system branch BZ3 which an alternating ⁇ current loading unit LD or an AC charging cable for to close ⁇ of the electrical system BN5 to an external AC network.
  • the electrical system BN5 further includes the DC-DC converter GW4, which is electrically connected between the first, the second and the third board power supply branch BZ1, BZ2, BZ3.
  • the DC-DC converter GW4 comprises two first current terminals All, A12, via which the DC-DC converter GW4 is electrically connected to the first vehicle electrical system branch BZ1 and thus at the first board ⁇ mains voltage Ul.
  • the DC-DC converter GW4 further comprises two second electrical connections A21, A22, via which the DC-DC converter GW4 is electrically connected to the second electrical system branch BZ2 and thus to the second vehicle electrical system voltage U2.
  • the DC-DC converter GW4 further comprises a third and a fourth power connection A3, A4, via which the DC-DC converter GW4 is electrically connected to the third onboard power supply branch BZ3 or to the AC charging cable LD.
  • the DC-DC converter GW4 further comprises a voltage converter path SP5, which first between the two Stromanschlüs ⁇ sen All, A12 on the one hand and the two second current terminals A21, A22 on the other hand electrically connected and is arranged, the first board supply voltage Ul to the second vehicle electrical system voltage U2 and / or vice versa.
  • the voltage converter path SP5 of the DC-DC converter GW4 is in the form of a phase-shifted Zero Voltage Transition (ZVT) converter.
  • ZVT Zero Voltage Transition
  • the voltage converter path SP5 thus comprises an H-switching bridge HS, which in turn comprises two half-bridges H6, H7, which are electrically connected to each other in parallel between the two first current terminals All, A12.
  • the two half bridges H6, H7 each have two controllable power semiconductor switches Sil, S12; S13, S14, which in pairs over each because a center terminal M6, M7 in the respective half-bridges H6, H7 are electrically connected to each other in series.
  • the H-switching bridge HS further comprises a bridge branch BZ, which is electrically connected between the center terminals M6, M7 of the two half-bridges H6, H7.
  • the voltage converter path SP5 further comprises a capacitor Cl, which is electrically connected in parallel to the H-switching bridge HS or to the two H-bridges H6, H7.
  • the DC-DC converter GW4 further comprises a (power) selection switch AS1 (or (power) switch) with a first, a second and a third switching terminal El, E2, E3, which via the first and the second switching terminal El, E2 serially in the bridge branch BZ of the H-switching bridge HS of the voltage converter path SP5 electrically connected.
  • the selection switch AS1 is electrically connected to the third power connection A3 of the DC-DC converter GW4.
  • the voltage converter path SP5 further includes a transformer TF1 having a primary coil PS and a secondary coil SS, wherein the primary coil PS is electrically connected in the bridge branch BZ of the H-switching bridge HS in series with the selection switch AS1.
  • the voltage converter SP5 path further includes a second capacitor C2 Kon ⁇ which is serially connected electrically to the initial selection switch AS1 and the primary coil of the transformer TF1 PS in the bridge branch BZ.
  • the primary coil PS connects the selection switch AS1 and the second capacitor C2 to each other electrically.
  • the primary coil PS is located in the bridge branch BZ between the selection switch AS1 and the second capacitor C2.
  • the half-bridge H5 is electrically connected to the secondary coil SS (or at its two ends) of the transformer TF1 and to a first of the two second current connections A21 of the DC-DC converter GW4 via the two current connections HAI, HA2.
  • the half-bridge H5 is further electrically connected via the center connection M5 to a second of the two second current connections A22 of the DC-DC converter GW4.
  • the voltage converter path SP5 further comprises two coils L5, L6, which are each electrically connected between the first of the two second power terminals A21 of the DC-DC converter GW4 and one of the two power terminals HAI, HA2 of the half-bridge H5.
  • the voltage converter path SP5 further comprises a filter FT which is electrically connected between the two coils L5, L6 on the one hand and the first of the two second current terminals A21 of the DC voltage converter GW4 on the other hand.
  • the voltage converter path SP5 further comprises a third Kon ⁇ capacitor C3, which is between the two second current terminals A21, A22 of the DC converter GW4 and hence connected parallel to the filter FT, the two coils L5, L6, and the half-bridge H5 electrically.
  • the DC-DC converter GW4 further comprises an energy management unit EM, which in each case has a signal output with the control terminals of the respective power semiconductor switches Sil, S12, S13, S14; S9, S10 of the H-switching bridge HS and the half-bridge H5 and is connected to the control terminal of the selection ⁇ switch AS1 signal technology.
  • the mode of operation of the DC-DC converter GW4 is similar to that of the DC-DC converter GW1 shown in FIG.
  • the selection switch AS1 controlled by the Ener ⁇ giemanagementiser EM together ⁇ taktiert electrically kon E2, whereby the DC-DC converter GW4 in the single fold DCDC converter operation is operated.
  • FIG. 6 shows in a further schematic representation a circuit topology of a sixth vehicle electrical system BN6 (or of a section thereof) with a DC-DC converter GW4 shown in FIG.
  • the sixth vehicle electrical system BN6 differs from the previously described fifth vehicle electrical system BN5 in that the third vehicle electrical system branch BZ3 comprises a further transformer TF2 whose primary coil is electrically connected in series between the third and fourth electrical connections A3, A4 of the DC-DC converter GW4. closed is. About this second transformer TF2 of the DC voltage converter GW4 is galvanically isolated from the third board power supply branch BZ3.
  • FIG. 7 shows, in a further schematic representation, a circuit topology of a seventh on-board electrical system BN7 (or a section thereof) with a DC-DC converter GW5 according to a fifth embodiment.
  • the seventh board network BN7 differs from the previously be ⁇ signed sixth board network BN6 characterized in that the third vehicle electrical system branch BZ3 having a DC load LD in place of an AC charging cable, which is electrically connected to the DC-DC converter GW5 via the third electrical connection A3.
  • the DC-DC converter GW5 in this seventh on-board electrical system BN7 has no fourth power connection.
  • FIG. 8 shows in a further schematic illustration of a circuit topology of an eighth on-board electrical system BN8 (or of a section thereof) with a DC-DC converter GW6 according to a sixth embodiment.
  • the DC-DC converter GW6 in FIG. 8 differs from the DC-DC converter GW5 shown in FIG. 5 or 6 in that instead of the second capacitor C2 it has a further (power) selection switch AS2 (or (power) switch), which has a fourth, a fifth and a sixth switch terminal E4, E5, E6 and is electrically connected via the fourth and fifth switch terminal E4, E5 between the middle terminal M7 one of the two half-bridges H7 of the H-switching bridge HS and the primary coil PS of the transformer TF1.
  • AS2 or (power) switch
  • the DC-DC converter GW6 two selection switches AS1, AS2, which are each electrically connected in one of the two electrical connections from the primary coil PS of the transformer TF1 to one of the two center terminals M6, M7 of the H-switching bridge HS.
  • About the sixth switching terminal E6 of the second selection ⁇ switch AS2 is electrically connected to the fourth power terminal A4 of the DC-DC converter GW6.
  • the third on-board network branch BZ3 has a DC load LD, which is electrically connected between the third and the fourth power connection A3, A4 of the DC-DC converter GW6.

Landscapes

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Abstract

Gleichspannungswandler, Bordnetz mit einem Gleichspannungswandler Offenbart wird ein Gleichspannungswandler (GWl,...) zum Umwandeln zwischen zwei Spannungen (Ul, U2), mit: - zwei erste Stromanschlüsse (All, A12) zum Anschließen des Gleichspannungswandlers (GWl,...) an eine erste Spannung (Ul); - zwei zweite Stromanschlüsse (A21, A22) zum Anschließen des Gleichspannungswandlers (GWl,...) an eine zweite Spannung (U2); - einen dritten Stromanschluss (A3) zum Um-/Zuschalten des Gleichspannungswandlers (GWl,...) an/auf eine elektrische Vorrichtung (LD); - einen ersten Spannungswandlerpfad (SP1, SP5, SP6) zur Umwandlung zwischen den beiden Spannungen (Ul, U2), welcher zwischen den ersten Stromanschlüssen (All, A12) einerseits und den zweiten Stromanschlüssen (A21, A22) andererseits elektrisch angeschlossen ist; - einen ersten steuerbaren Auswahlschalter (AS1), welcher einen ersten (El), einen zweiten (E2) und einen dritten (E3) Schaltanschlüsse umfasst und über den ersten (El) und den zweiten (E2) Schaltanschluss eriell in dem ersten Spannungswandlerpfad (SP1, SP5) und über den dritten Schaltanschluss (E3) an dem dritten Stromanschluss (A3) elektrisch angeschlossen ist; - eine Energiemanagementeinheit (EM) zum Steuern des ersten Auswahlschalters (AS1), welcher eingerichtet ist, wahlweise jeweils mindestens zwei von dem ersten (El), dem zweiten (E2) und dem dritten (E3) Schaltanschluss miteinander elektrisch zu verbinden.

Description

Beschreibung
Gleichspannungswandler, Bordnetz mit einem Gleichspannungswandler
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichspannungs¬ wandler, insbesondere für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Bordnetz, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem genannten Gleichspannungswandler .
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung Bordnetze, insbesondere von Kraftfahrzeugen, weisen eine Viel¬ zahl von elektrischen Lasten auf, welche Betriebsspannungen unterschiedlicher Spannungsarten, wie z. B. einer Gleichspannung, einer einphasigen oder mehrphasigen Wechselspannung, bzw. unterschiedlicher Spannungsniveaus oder unterschiedliche Leistungsansprüche aufweisen. Um diese Lasten trotz den unterschiedlichen Betriebsspannungen und den unterschiedlichen Leistungsansprüchen (zeitgleich) mit elektrischer Energie versorgen zu können, weisen die Bordnetze drei oder mehr Bordnetzzweige mit unterschiedlichen Bordnetzspannungen auf, in denen die elektrischen Lasten unterschiedlicher Betriebsspannungen bzw. Leistungsansprüche aufgeteilt elektrisch an¬ geschlossen sind.
Um bei einem schnellen Anstieg des Bedarfs an elektrischer Leistung in einem der Bordnetzzweige elektrische Energie von einem anderen Bordnetzzweig in diesen Bordnetzzeig verschieben zu können, weisen die Bordnetze in der Regel zwei oder mehr Strom-/Spannungswandler auf, welche während des Betriebs der Bordnetze zwischen den Bordnetzspannungen unterschiedlicher Spannungsarten bzw. Spannungsniveaus der Bordnetzzweige um¬ wandeln .
Dabei erfordern die zwei oder mehr Strom-/Spannungswandler eine entsprechende Anzahl von Regelungs- und Ansteuerungselektronik- einheiten sowie sonstigen Schaltungsanordnungen zu Steuern bzw. zum Regeln dieser Strom-/Spannungswandler, was zu einer erhöhten Komplexität und somit zu erhöhten Herstellungskosten der Bordnetze führt.
Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, ein Bordnetz, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, in einfacher Weise und kostengünstig herzu¬ stellen .
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un- teransprüche .
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Gleichspannungswandler zum Umwandeln zwischen einer ersten und einer zweiten Spannung (bzw. Bordnetzspannung) bereitgestellt.
Der Gleichspannungswandler umfasst zwei erste Stromanschlüsse zum Anschließen des Gleichspannungswandlers an die erste Spannung (beispielsweise einer ersten Bordnetzspannung eines ersten Bordnetzzweiges eines Bordnetzes) , zwei zweite Strom- anschlüsse zum Anschließen des Gleichspannungswandlers an die zweite Spannung (beispielsweise eine zweite Bordnetzspannung eines zweiten Bordnetzzweiges des Bordnetzes) . Der Gleichspannungswandler umfasst ferner mindestens einen dritten Stromanschluss zum Umschalten oder zum Zuschalten des Gleichspannungswandlers an bzw. auf mindestens eine elektrische Vorrichtung, beispielsweise eine elektrische Last oder eine elektrische Energiequelle (beispielsweise eines dritten Bord¬ netzzweiges des Bordnetzes), bzw. an einen elektrischen An- schluss der mindestens einen elektrischen Vorrichtung.
Der Gleichspannungswandler umfasst ferner mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad, welcher zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüssen andererseits elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, zwischen der ersten und der zweiten Spannung umzuwandeln .
Hierbei bedeutet ein „Umwandeln zwischen der der ersten und der zweiten Spannung (bzw. Bordnetzspannung)", dass der Gleichspannungswandler bzw. der genannte mindestens eine erste Spannungswandlerpfad und weitere nachfolgend zu beschreibende Spannungswandlerpfade eingerichtet sind, die zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen anliegende erste Spannung (bzw. eine erste Bordnetzspannung) in die zweite Spannung (bzw. eine zweite Bordnetzspannung) zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen und/oder umgekehrt umzuwandeln. Hierzu weisen der Gleich- spannungswandler bzw. die Spannungswandlerpfade entsprechende Schaltungskomponenten, wie z. B. Hallbrücken mit steuerbaren Schaltern und/oder Dioden, Spulen, Kondensatoren, zur Spannungsumwandlung auf. Ein Spannungswandlerpfad ist somit eine elektrische Schaltung, welche die oben genannten Schaltungskomponenten zur Spannungsumwandlung umfasst und eingerichtet ist, zwischen der ersten und der zweiten Spannung (bzw. Bordnetzspannung) umzuwandeln. Der Gleichspannungswandler umfasst ferner mindestens einen ersten steuerbaren Auswahlschalter (oder Umschalter, insb. Leistungsauswahlschalter bzw. Leistungsumschalter), welcher einen ersten, einen zweiten und einen dritten Schaltanschluss umfasst und über den ersten und den zweiten Schaltanschluss seriell in dem mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad und über den dritten Schaltanschluss an dem mindestens einen dritten Stromanschluss elektrisch angeschlossen ist. Hierbei bedeutet der Halbsatz: „... über den ersten und den zweiten Schaltanschluss seriell in dem mindestens einen ersten Span¬ nungswandlerpfad elektrisch angeschlossen dass der erste und der zweite Schaltanschluss des mindestens einen ersten Aus¬ wahlschalters in dem mindestens einen ersten Spannungswand- lerpfad befinden und Teil des mindestens einen ersten Span¬ nungswandlerpfades sind. Sind der erste und der zweite Schalt¬ anschluss in einem Schaltzustand des mindestens einen ersten steuerbaren Auswahlschalters miteinander elektrisch verbunden, so ist der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad zumindest in dem Abschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltanschluss elektrisch leitend und ermöglicht einen Stromfluss über diesen Abschnitt. Sind der erste und der zweite Schalt¬ anschluss in einem weiteren Schaltzustand des mindestens einen ersten steuerbaren Auswahlschalters voneinander elektrisch getrennt, so ist der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad elektrisch offen und der Stromfluss durch diesen Spannungswandlerpfad wird unterbrochen.
Der Gleichspannungswandler umfasst ferner eine Energiemanage- menteinheit zum Steuern des mindestens einen ersten Auswahlschalters, welche eingerichtet ist, wahlweise jeweils mindestens zwei von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Schaltanschluss miteinander elektrisch zu verbinden bzw. alle dieser drei Schaltanschlüsse voneinander elektrisch zu trennen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Antriebs¬ architektur eines Kraftfahrzeugs mit einem Elektroantrieb mit einer elektrischen Maschine, einem Inverter zu deren Ansteu- erung, einer (Traktions-) Batterie, einem Gleichspannungswandler und einem Ladegerat (ein- und/oder drei-phasig) eine Vielzahl von Hochleistungselektronikkomponenten umfasst .
Hinzu kommen noch bei konventionellen Kraftfahrzeugen bekannte Hochleistungselektronikkomponenten wie z. B. eine Hochvolt-Hei¬ zung oder ein Hochvolt-Klimakompressor.
In der Regel ist ferner ein Traktionsgleichspannungswandler (Traktions-DCDC) vorgesehen, welcher zwischen der (Trakti- ons- ) Batterie und dem Inverter elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, unabhängig von dem Zustand und Betriebspunkt der (Traktions-) Batterie die Zwischenkreisspannung für den Inverter einzustellen (Spannungsanpassung) . Nach jetzigem Stand besitzt jede der oben genannten Hochleistungselektronikkomponenten ihre eigene Ansteuerelektronik bestehend aus einer Ansteuerungseinheit sowie einem leitungs¬ elektronischem Stellglied inklusiv Treiber und Sensorik, was zu einem hohen Herstellungsaufwand und hohen Herstellungskosten für Kraftfahrzeuge führt. Außerdem ist die Ausnutzung der Ansteuer- ungseinheiten gering.
Basierend auf dieser Erkenntnis wurde im Rahmen dieser Erfindung nach einer Lösung gesucht, mit der der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybrid-, Plug-in Hybrid- oder Elektrofahrzeugs , bzw. für dessen Hochvolt-Architektur zu senken und die Ausnutzung der Ansteue- rungseinheiten zu erhöhen. ,
b
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die Lösung darin besteht, dass die Ansteuerungseinheiten nicht nur für einzelne Funktionsrealisierungen zu verwenden, sondern mit einer einzigen Ansteuerelektronik mehrere Funktionen, wie z.B. Laden, Heizen und Spannungsanpassung, umzusetzen.
Hierzu bedarf es einen (Traktions-) Gleichspannungswandler, mit dem neben der primären Funktion der Gleichspannungswandlung noch zusätzlich die oben genannten Funktionen wie z. B. wie z.B. Laden, Heizen und Spannungsanpassung umgesetzt werden kann.
Dabei wurde erkannt, dass diese Multifunktionalität des Gleich¬ spannungswandlers mittels eines Leistungs-Multiplexer-Prinzip realisiert werden kann, wobei ein Leistungs-Multiplexer wiederum mittels eines steuerbaren Auswahlschalters in einfacher Weise bewerkstelligen lässt.
Basierend auf dieser Erkenntnis wurde der oben beschriebene Gleichspannungswandler mit mindestens einem ersten steuerbaren Auswahlschalter bereitgestellt, welcher über den ersten und den zweiten Schaltanschluss seriell in dem mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad des Gleichspannungswandlers und über den dritten Schaltanschluss an dem mindestens einen dritten Strom- anschluss (über den mindestens eine elektrische Last oder Quelle zusätzlich an dem Gleichspannungswandler angeschlossen werden kann) elektrisch angeschlossen ist. Die Ansteuerung des Auswahlschalters erfolgt dann mittels der beschriebenen Energie¬ managementeinheit . Da die oben genannte Multifunktionalität des Gleichspannungs¬ wandlers mittels eines einzigen Auswahlschalters und einer entsprechenden softwarebasierten Modifikation der Energiemanagementeinheit, welche zur Ansteuerung des Gleichspannungs¬ wandlers bereits vorhanden ist, können das Bordnetz und somit auch das Kraftfahrzeug einfach und kostengünstig hergestellt werden .
Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, ein Bordnetz, insbe- sondere eines Kraftfahrzeugs, in einfacher Weise und kosten¬ günstig herzustellen.
Beispielsweise ist die Energiemanagementeinheit ferner ein¬ gerichtet, zur Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung den ersten und den zweiten Schaltanschluss des mindestens einen ersten steuerbaren Auswahlschalters miteinander elektrisch zu verbinden und somit den Stromfluss durch den mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad zu ermöglichen. Die Energiemanagementeinheit ist beispielsweise ferner ein¬ gerichtet, zum Betrieb der mindestens einen elektrischen Vor¬ richtung den dritten Schaltanschluss des mindestens einen ersten steuerbaren Auswahlschalters mit dem ersten und/oder dem zweiten Schaltanschluss elektrisch zu verbinden und somit einen Strom- fluss über den Gleichspannungswandler zu der mindestens einen elektrischen Vorrichtung zu ermöglichen.
Die Energiemanagementeinheit ist beispielsweise ferner ein¬ gerichtet, zur Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung und zum zeitgleichen Betrieb der mindestens einen elektrischen Vorrichtung den ersten, den zweiten und den dritten Stromanschluss des mindestens einen ersten steuerbaren Aus¬ wahlschalters miteinander elektrisch zu verbinden und somit Stromflüsse durch den mindestens einen ersten Spannungswand- lerpfad und zu/von der mindestens einen elektrischen Vorrichtung zu ermöglichen.
Beispielsweise umfasst der mindestens eine erste Spannungs¬ wandlerpfad eine erste Halbbrücke, welche zwischen den zwei 0
o zweiten Stromanschlüssen elektrisch angeschlossen ist und zwei erste steuerbare Schalter umfasst, welche zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen und über einen Mittelanschluss der ersten Halbbrücke zueinander seriell elektrisch angeschlossen sind.
Der mindestens eine erste Auswahlschalter ist beispielsweise über den ersten und den zweiten Schaltanschluss zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der ersten Halbbrücke elektrisch angeschlossen.
Der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad umfasst bei¬ spielsweise ferner ein erstes induktives Bauelement, wie z. B. eine erste Spule, welches zwischen einem (insbesondere posi- tivspannungsseitigen) der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der ersten Halbbrücke und seriell zu dem min¬ destens einen ersten Auswahlschalter elektrisch angeschlossen ist . Der mindestens eine erste Auswahlschalter ist beispielsweise über den ersten und den zweiten Schaltanschluss zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der ersten Halbbrücke und seriell zu dem ersten induktiven Bauelement elektrisch angeschlossen.
Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen zweiten Spannungswandlerpfad, welcher zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüs¬ sen andererseits und somit parallel zu dem mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, zwischen der ersten und der zweiten Spannung umzuwandeln. Dieser zweite Spannungswandlerpfad ermöglicht eine Spannungsumwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung unabhängig von dem ersten Spannungswandlerpfad bzw. dem Schalt- zustand des ersten Auswahlschalters in dem ersten Spannungs¬ wandlerpfad .
Der zweite Spannungswandlerpfad umfasst beispielsweise eine zweite Halbbrücke, welche zwischen den zwei zweiten Stroman¬ schlüssen und somit parallel zu der ersten Halbbrücke elektrisch angeschlossen ist. Die zweite Halbbrücke umfasst zwei zweite steuerbare Schalter, welche über einen Mittelanschluss der zweiten Halbbrücke zueinander seriell zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen elektrisch angeschlossen sind.
Der zweite Spannungswandlerpfad umfasst beispielsweise ferner ein zweites induktives Bauelement, wie z. B. eine zweite Spule, welches zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der zweiten Halbbrücke elektrisch ange¬ schlossen ist.
Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen vierten Stromanschluss zum Anschließen des Gleichspannungs- wandlers an die mindestens eine elektrische Vorrichtung bzw. an den einen elektrischen Anschluss oder an einen weiteren elektrischen Anschluss der mindestens einen elektrischen Vorrichtung . Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen dritten Spannungswandlerpfad zur Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung. Der dritte Spannungswandlerpfad ist ebenfalls zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüssen andererseits und somit parallel zu dem mindestens einen ersten und dem zweiten Spannungswandlerpfad elektrisch angeschlossen.
Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen zweiten steuerbaren Auswahlschalter (oder Umschalter, insb. Leistungsauswahlschalter bzw. Leistungsumschalter), welcher einen vierten, einen fünften und einen sechsten Schaltanschluss umfasst und über den vierten und den fünften Schaltanschluss seriell in dem dritten Spannungswandlerpfad und über den sechsten Schaltanschluss an dem vierten Stromanschluss elektrisch an¬ geschlossen ist.
Die Energiemanagementeinheit ist beispielsweise ferner ein¬ gerichtet, wahlweise mindestens j eweils zwei von dem vierten, dem fünften und dem sechsten Schaltanschluss miteinander elektrisch zu verbinden bzw. alle dieser drei Schaltanschlüsse voneinander elektrisch zu trennen.
Insbesondere ist die Energiemanagementeinheit eingerichtet, den vierten Schaltanschluss mit dem fünften Schaltanschluss elek¬ trisch zu verbinden und somit einen weiteren Stromfluss durch den zweiten Spannungswandlerpfad zusätzlich zu dem Stromfluss durch den mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad zu ermöglichen. Dadurch wird der Leistungsfluss bei der Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung erhöht.
Die Energiemanagementeinheit ist insbesondere ferner einge¬ richtet, zur Erhöhung der Betriebsleistung der mindestens einen elektrischen Vorrichtung den sechsten Schaltanschluss mit dem vierten und/oder dem fünften Schaltanschluss elektrisch zu verbinden und somit einen Stromfluss über den zweiten Spannungs¬ wandlerpfad (zusätzlich zu dem Stromfluss über den mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad) zu der mindestens einen elektrischen Vorrichtung zu ermöglichen.
Der dritte Spannungswandlerpfad umfasst beispielsweise eine dritte Halbbrücke, welche zwischen den zwei zweiten Stroman¬ schlüssen und somit parallel zu der ersten und der zweiten Halbbrücke elektrisch angeschlossen ist und zwei dritte Steuer- bare Schalter umfasst, welche über einen Mittelanschluss der dritten Halbbrücke zueinander seriell zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen elektrisch angeschlossen sind. Der dritte Spannungswandlerpfad umfasst beispielsweise ferner ein drittes induktives Bauelement, welches zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der dritten Halbbrücke elektrisch angeschlossen ist.
Der zweite Auswahlschalter ist beispielsweise über den vierten und den fünften Schaltanschluss zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der dritten Halb¬ brücke und seriell zu dem dritten induktiven Bauelement elek¬ trisch angeschlossen.
Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen fünften Stromanschluss zum Anschließen des Gleichspannungs¬ wandlers an die mindestens eine elektrische Vorrichtung bzw. an noch einen weiteren Stromanschluss der mindestens einen elektrischen Vorrichtung.
Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen vierten Spannungswandlerpfad zur Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung, welcher zwischen den zwei ersten Strom- anschlüssen einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüssen andererseits und somit parallel zu dem mindestens einen ersten, dem zweiten und dem dritten Spannungswandlerpfad elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen dritten steuerbaren Auswahlschalter (oder Umschalter, insb. Leistungsauswahlschalter bzw. Leistungsumschalter), welcher einen siebten, einen achten und einen neunten Schaltanschluss umfasst und über den siebten und den achten Schaltanschluss seriell in dem vierten Spannungswandlerpfad und über den neunten Schaltanschluss an dem fünften Stromanschluss elektrisch an¬ geschlossen ist. Die Energiemanagementeinheit ist beispielsweise ferner ein¬ gerichtet, wahlweise mindestens jeweils zwei von dem siebten, dem achten und dem neunten Schaltanschluss miteinander elektrisch zu verbinden bzw. alle dieser drei Schaltanschlüsse voneinander elektrisch zu trennen.
Insbesondere ist die Energiemanagementeinheit eingerichtet, den siebten Schaltanschluss mit dem achten Schaltanschluss elek¬ trisch zu verbinden und somit den Stromfluss durch den vierten Spannungswandlerpfad zu ermöglichen. Dadurch wird der Leistungs- fluss während der Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung weiter erhöht.
Die Energiemanagementeinheit ist insbesondere ferner einge¬ richtet, zur weiteren Erhöhung der Betriebsleistung der min- destens einen elektrischen Vorrichtung den neunten Schaltanschluss mit dem siebten und/oder dem achten Schaltanschluss elektrisch zu verbinden und somit einen Stromfluss über den vierten Spannungswandlerpfad (zusätzlich zu dem Stromfluss über den mindestens einen ersten und dem dritten Spannungswand- lerpfad) zu der mindestens einen elektrischen Vorrichtung zu ermöglichen .
Der vierte Spannungswandlerpfad umfasst beispielsweise eine vierte Halbbrücke, welche zwischen den zwei zweiten Stroman- Schlüssen und somit parallel zu der ersten, der zweiten bzw. der dritten Halbbrücke elektrisch angeschlossen ist. Die vierte Halbbrücke umfasst zwei vierte steuerbare Schalter, welche über einen Mittelanschluss der vierten Halbbrücke zueinander seriell zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen elektrisch angeschlossen sind.
Der vierte Spannungswandlerpfad umfasst beispielsweise ferner ein viertes induktives Bauelement, welches zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der vierten Halbbrücke elektrisch angeschlossen ist.
Der dritte Auswahlschalter ist beispielsweise über den siebten und den achten Schaltanschluss zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der vierten Halbbrücke und seriell zu dem vierten induktiven Bauelement elektrisch angeschlossen . Der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad umfasst bei¬ spielsweise ferner eine H-Schaltbrücke, welche zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen elektrisch angeschlossen ist und einen Brückenzweig umfasst. Hierbei ist die H-Schaltbrücke beispielsweise als eine Voll¬ brücke mit vier voneinander unabhängig steuerbaren Schaltern ausgebildet, welche jeweils paarweise in einer von zwei Halb¬ brücken der H-Schaltbrücke über jeweils einen Mittelanschluss seriell geschaltet sind. Dabei verbindet der Brückenzweig die Mittelanschlüsse der beiden Halbbrücken der H-Schaltbrücke mit¬ einander elektrisch.
Der mindestens eine erste Auswahlschalter ist beispielsweise über den ersten und den zweiten Schaltanschluss in dem Brücken- zweig der H-Schaltbrücke seriell elektrisch angeschlossen.
Die Energiemanagementeinheit ist beispielsweise ferner ein¬ gerichtet, zur Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung die H-Schaltbrücke bzw. deren vier Schalter gesteuert zu schalten.
Der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad umfasst bei- spielsweise ferner einen Transformator mit einer Primärspule und einer Sekundärspule. Dabei ist die Primärspule beispielsweise in dem Brückenzweig der H-Schaltbrücke und seriell zu dem mindestens einen ersten Auswahlschalter (bzw. seriell zur Stromstrecke zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltanschluss des min- destens einen ersten Auswahlschalters) elektrisch angeschlos¬ sen. Die Sekundärspule ist beispielsweise zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen elektrisch angeschlossen.
Die zuvor beschriebenen und weitere nachfolgend zu beschreibende Auswahlschalter umfassen jeweils beispielsweise einen oder mehrere elektromechanische Schalter und/oder einen oder mehrere Halbleiterschalter, wie z. B. MOSFET, IGBT, etc., welche in einer dem Fachmann bekannten Weise zwischen den entsprechenden Schaltanschlüssen der jeweiligen Auswahlschalter elektrisch ange- schlössen sind, so dass diese die oben beschriebenen Funktionen der jeweiligen Auswahlschalter durchführen können.
Die Auswahlschalter können entweder auf Seite der ersten Stromanschlüsse der jeweiligen Spannungswandlerpfade oder zwischen dem induktiven Bauelement und der Halbbrücke der jeweiligen Spannungswandlerpfade platziert werden. Die Platzierung der Auswahlschalter kann für jeden Spannungswandlerpfad unabhängig vorgenommen werden. D. h. der erste Spannungswandlerpfad mit dem ersten Auswahlschalter auf der Seite der ersten Stromanschlüsse und der dritte Spannungswandlerpfad mit dem zweiten Auswahl¬ schalter zwischen dem induktiven Bauelement und der Halbbrücke.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bordnetz, insbesondre für ein Kraftfahrzeug, bereitgestellt. Das Bordnetz umfasst einen ersten Bordnetzzweig mit einer ersten (Bordnetz- ) Spannung, einen zweiten Bordnetzzweig mit einer zweiten (Bordnetz- ) Spannung, sowie einen dritten Bordnetz zweig mit mindestens einer elektrischen Vorrichtung, welche beispielsweise eine elektrische Last und/oder eine elektrische Energiequelle umfasst.
Das Bordnetz umfasst ferner einen zuvor beschriebenen Gleich- spannungswandler zum Umwandeln zwischen der ersten und der zweiten (Bordnetz-) Spannung, welcher über die zwei ersten Stromanschlüsse an dem ersten Bordnetzzweig und somit an der ersten (Bordnetz- ) Spannung, über die zwei zweiten Stromanschlüsse an dem zweiten Bordnetzzweig und somit an der zweiten (Bord- netz- ) Spannung, und über den mindestens einen dritten Strom- anschluss an dem dritten Bordnetzzweig und somit an der min¬ destens einen elektrischen Vorrichtung elektrisch angeschlossen ist . Beispielsweise ist der Gleichspannungswandler von dem dritten Bordnetzzweig bzw. der mindestens einen elektrischen Vorrichtung galvanisch getrennt, beispielsweise mittels eines Transfor¬ mators . Die mindestens eine elektrische Vorrichtung umfasst beispiels¬ weise einen Gleichstromverbraucher, wie zum Beispiel eine Gleichstromheizung; einen ein- oder mehrphasigen Wechselstromverbraucher, wie zum Beispiel eine ein- oder mehrphasige Wechsel¬ stromheizung oder einen Elektromotor; einen Gleichstrom- oder Wechselstromladeanschluss ; eine Gleichstromquelle, wie zum Beispiel eine Batterie; und/oder eine ein- oder mehrphasige Wechselstromquelle, wie zum Beispiel einen Generator. Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Gleichspannungswandlers sind, soweit im Übrigen auf das oben genannte Bordnetz übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Bordnetzes anzusehen.
Die Energiemanagementeinheit ist beispielsweise ferner ein¬ gerichtet, die zuvor beschriebenen Auswahlschalter und weitere nachfolgend zu beschreibende Auswahlschalter sowie Halbleiter¬ schalter der zuvor beschriebenen und nachfolgend zu beschreiben- den Halbbrücke bzw. H-Schaltbrücke auf Seiten der drei Bord¬ netzzweige miteinander derart synchronisiert zu schalten, dass die zuvor beschriebenen Funktionen, wie das Induktivladen oder der parallele Betrieb, realisiert werden können. Ferner soll auch parallele Einspeisen auf weitere Bordnetzzweige, wie z. B. auf einen 48V Bordnetzzweig, möglich sein.
Der Energiefluss zwischen den oben genannten Bordnetzzweigen erfolgt uni- oder bidirektional. Die Regelung des uni- oder bidirektionalen Energieflusses erfolgt dabei durch synchro- nisiertes Schalten der Auswahlschalter sowie der Halbleiterschalter der Halbbrücken bzw. der H-Schaltbrücke aber auch durch gezieltes dauerhaftes Zuschalten entsprechender Auswahlschalter bzw. entsprechender Halbleiterschalter, wie z . B . im Falle eines Entladevorgangs eines Energiespeichers in einem Bordnetzzweig (Hochvolt-Bordnetzzweig) .
Kurze Beschreibung der Zeichnung:
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Er- findung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines ersten Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines zweiten Bordnetzes eines
Kraftfahrzeugs (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem Gleichspannungswandler gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; Figur 3 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines dritten Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem in Figur 2 dargestellten Gleichspannungswandler; Figur 4 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines vierten Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 5 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines fünften Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler gemäß einer vierten Ausfüh- rungsform der Erfindung;
Figur 6 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines sechsten Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem in Figur 5 dargestellten Gleichspannungswandler;
Figur 7 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines siebten Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung; Figur 8 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines achten Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler gemäß einer sechsten Aus- führungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung:
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Schaltungs- topologie eines ersten Bordnetzes BN1 (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler GWl gemäß einer ersten Ausführungsform.
Das erste Bordnetz BN1 umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Bordnetzzweig BZl, BZ2, BZ3.
Der erste Bordnetzzweig BZl umfasst sensitive Stromverbraucher, wie z. B. Fahrzeuginnenraumbeleuchtung, und weist eine erste Bordnetzspannung Ul in Höhe von beispielsweise 12 Volt auf.
Der zweite Bordnetzzweig BZ2 umfasst Hochleistungsstromverbraucher, wie z. B. einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, und weist eine zweite Bordnetzspannung U2 in Höhe von beispielsweise 48 Volt auf.
Der dritte Bordnetzzweig BZ3 umfasst beispielsweise einen weite¬ ren Hochleistungsgleichstromverbraucher, wie zum Beispiel eine Gleichstromheizung LD, welcher vom zweiten Bordnetzzweig BZ2 mit Strom versorgt wird.
Das Bordnetz BN1 umfasst ferner einen Gleichspannungswandler GWl, welcher zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Bordnetzzweig BZl, BZ2, BZ3 elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler GWl umfasst zwei erste Stromanschlüsse All, A12, über die der Gleichspannungswandler GWl an dem ersten Bordnetzzweig BZl und somit an der ersten Bordnetzspannung Ul elektrisch angeschlossen ist.
Der Gleichspannungswandler GWl umfasst ferner zwei zweite Strom- anschlüsse A21, A22, über die der Gleichspannungswandler GWl an dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 und somit an der zweiten Bord¬ netzspannung U2 elektrisch angeschlossen ist.
Der Gleichspannungswandler GWl umfasst ferner einen dritten Stromanschluss A3, über den der Gleichspannungswandler GWl mit dem dritten Bordnetzzweig BZ3 bzw. an der Gleichstromheizung LD elektrisch verbunden ist.
Der Gleichspannungswandler GWl umfasst ferner drei Halbbrücken HB1, HB2, HB3, welche jeweils zwischen den beiden zweiten Stromanschlüssen A21, A22 und zueinander parallel geschaltet sind.
Die drei Halbbrücken HB1, HB2, HB3 weisen jeweils zwei steuerbare Leistungshalbleiterschalter Sl, S2; S3, S4; S5, S6 auf, welche jeweils paarweise zwischen den beiden zweiten Stromanschlüssen A21, A22 und über Mittelabgriff Ml, M2, M3 der jeweiligen Halbbrücken HB1, HB2, HB3 zueinander in Reihe geschaltet sind.
Die Mittelabgriffe Ml, M2, M3 der drei Halbbrücken HB1, HB2, HB3 sich jeweils über nachfolgend zu beschreibenden Schaltungs¬ komponenten an einem ersten (positivspannungsseitigen) der zwei ersten Stromanschlüsse All elektrisch angeschlossen.
Die drei Halbbrücken HB1, HB2, HB3 sind ferner über jeweiligen negativspannungsseitigen Anschluss NA an einem zweiten (negativ- spannungsseitigen) der zwei ersten Stromanschlüsse A12 und einem zweiten (negativspannungsseitigen) der zwei zweiten Stromanschlüsse A22 elektrisch angeschlossen. Über jeweiligen positivspannungsseitigen Anschluss PA sind die drei Halbbrücken HB1, HB2, HB3 ferner an einem ersten (positivspannungsseitigen) der zwei zweiten Stromanschlüsse A21 elektrisch angeschlossen.
Zwischen dem ersten der zwei ersten Stromanschlüsse All und den Mittelabgriffen Ml, M2, M3 der jeweiligen Halbbrücken HB1, HB2, HB3 weist der Gleichspannungswandler GW1 jeweils eine Spule LI, L2, L3 (Speicherdrossel) auf, welche jeweils zwischen dem ersten der zwei ersten Stromanschlüsse All und den jeweiligen Mit¬ telabgriffen Ml, M2, M3 seriell elektrisch angeschlossen sind.
Die jeweiligen Halbbrücken HB1, HB2, HB3 und die korrespondierenden jeweiligen Spulen LI, L2, L3 sowie dazugehörige elek- frische Verbindungen, welche die jeweiligen Halbbrücken HB1, HB2, HB3 mit den jeweiligen korrespondierenden Spulen LI, L2, L3 sowie mit den zwei ersten und den zwei zweiten Stromanschlüssen All, AI2; A21, A22 elektrisch verbinden, bilden jeweils einen ersten, einen zweiten bzw. einen dritten Spannungswandlerpfad SP1, SP2, SP3 zur uni-/bidirektionalen Spannungsumwandlung zwischen der ersten und der zweiten Bordnetzspannung Ul, U2. Dabei sind diese drei Spannungswandlerpfade SP1, SP2, SP3 voneinander unabhängig steuerbar bzw. regelbar. Der Gleichspannungswandler GW1 umfasst ferner einen ersten steuerbaren (Leistungs- ) Auswahlschalter AS1 (oder (Leis- tungs- ) Umschalter) , welcher in dem ersten Spannungswandlerpfad SP1 zwischen einer ersten Spule LI und dem Mittelabgriff Ml einer ersten Halbbrücke HB1 elektrisch angeschlossen ist und einen ersten, einen zweiten und einen dritten Schaltanschluss El, E2, E3 aufweist.
Über den ersten Schaltanschluss El ist der erste Auswahlschalter AS1 mit der ersten Spule LI elektrisch verbunden. Über den zweiten Schaltanschluss E2 ist der erste Auswahlschalter AS1 an dem Mittelabgriff Ml der ersten Halbbrücke Hl elektrisch angeschlossen. Damit sind die erste Spule LI und der erste Aus¬ wahlschalter AS1 zwischen dem ersten der beiden ersten Strom- anschlüsse All und dem Mittelabgriff Ml der ersten Halbbrücke Hl zueinander seriell elektrisch angeschlossen.
Über den dritten Schaltanschluss E3 ist der erste Auswahlschalter AS1 ferner mit dem dritten Stromanschluss A3 elektrisch ver- bunden.
Der erste Auswahlschalter AS1 umfasst einen oder mehrere Schütze, Relais, Leistungshalbleiterschalter und/oder sonstige Leistungsschaltelemente, welche in einer dem Fachmann bekannten Weise derart zueinander verschaltet und steuerbar ausgeführt sind, dass der erste Auswahlschalter AS1 von einem extern Steuersignal angesteuert jeweils zwei oder alle der drei Schaltan¬ schlüsse El, E2, E3 miteinander elektrisch zu verbinden. Der Gleichspannungswandler GW1 umfasst ferner einen zweiten steuerbaren (Leistungs- ) Auswahlschalter AS2 (oder Leistungsumschalter) , welcher in dem dritten Spannungswandlerpfad SP3 zwischen einer dritten Spule L3 und dem Mittelabgriff Ml einer dritten Halbbrücke HB3 elektrisch angeschlossen ist und einen vierten, einen fünften und einen sechsten Schaltanschluss E4 , E5, E6 aufweist.
Über den vierten Schaltanschluss E4 ist der zweite Auswahlschalter AS2 mit der dritten Spule L3 elektrisch verbunden. Über den fünften Schaltanschluss E5 ist der zweite Auswahlschalter AS2 an dem Mittelabgriff M3 der dritten Halbbrücke H3 elektrisch angeschlossen. Damit sind die dritte Spule L3 und der zweite Auswahlschalter AS2 zwischen dem ersten der beiden ersten Stromanschlüsse All und dem Mittelabgriff M3 der dritten Halbbrücke H3 zueinander seriell elektrisch angeschlossen.
Über den sechsten Schaltanschluss E6 ist der zweite Auswahl- Schalter AS2 ferner mit dem dritten Stromanschluss A3 elektrisch verbunden .
Der zweite Auswahlschalter AS2 umfasst ebenfalls einen oder mehrere Schütze, Relais, Leistungshalbleiterschalter und/oder sonstige Leistungsschaltelemente, welche in der dem Fachmann bekannten Weise derart zueinander verschaltet und steuerbar ausgeführt sind, dass der zweite Auswahlschalter AS2 von einem weiteren extern Steuersignal angesteuert jeweils zwei oder alle der drei Schaltanschlüsse E4, E5, E6 miteinander elektrisch zu verbinden.
Der Gleichspannungswandler GW1 umfasst ferner eine Energiemanagementeinheit EM, welche signalausgangsseitig mit den An¬ steueranschlüssen der jeweiligen Leistungshalbleiterschalter Sl, S2; S3, S4; S5, S6 der drei Halbbrücken Hl, H2, H3 sowie der jeweiligen Auswahlschalter AS1, AS2 signaltechnisch verbunden ist und eingerichtet ist, in Abhängigkeit von ausgewählten Betriebsmodi des Bordnetzes BN1 die jeweiligen Leistungshalb¬ leiterschalter Sl, S2; S3, S4; S5, S6 sowie die jeweiligen Aus- wahlschalter AS1, AS2 gesteuert zu schalten.
Nachdem die Topologie des Bordnetzes BN1 bzw. des Gleich¬ spannungswandlers GW1 anhand Figur 1 detailliert beschrieben wurde, wird nachfolgend dessen Funktion näher beschrieben:
Der Gleichspannungswandler GW1 ist eingerichtet, unter anderem drei nachfolgend zu beschreibenden Betriebsmodi, auszuführen. In einem ersten Betriebsmodus wandelt der Gleichspannungswandler GWl die erste Bordnetzspannung Ul in die zweite Bordnetzspannung U2 oder umgekehrt um. Zum Betreiben des Gleichspannungswandlers GWl in dem ersten Betriebsmodus schaltet die Energiemanagementeinheit EM die beiden Auswahlschalter AS1, AS2 aus, sodass die drei Schalt¬ anschlüsse El, E2, E3; E4, E5, E6 der jeweiligen Auswahlschalter AS1, AS2 voneinander elektrisch getrennt sind. In diesem ersten Betriebsmodus ist somit nur der zweite Strompfad SP2 mit der zweiten Spule L2 und der zweiten Halbbrücke H2 aktiv. Die Energiemanagementeinheit EM schaltet die beiden Leistungshalb¬ leiterschalter S3, S4 der zweiten Halbbrücke H2 in einer dem Fachmann bekannten Weise ein-/ aus und wandelt somit die erste Bordnetzspannung Ul und in die zweite Bordnetzspannung U2 oder umgekehrt um (einfacher DCDC-Wandler-Betrieb) .
Wird während der Spannungsumwandlung zwischen den beiden Bordnetzspannungen Ul, U2 ein höherer Leistungsfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Bordnetzzweig BZl, BZ2 gewünscht, so schaltet die Energiemanagementeinheit EM wahlweise den ersten und/oder den zweiten Auswahlschalter AS1, AS2 in einen Schaltzustand, in dem der erste Schaltanschluss El des ersten Aus¬ wahlschalters AS1 mit dem zweiten Schaltanschluss E2 des ent- sprechenden Auswahlschalters AS1 bzw . der vierte Schaltanschluss E4 des zweiten Auswahlschalters AS2 mit dem fünften Schalt¬ anschluss E5 des entsprechenden Auswahlschalters AS2 elektrisch verbunden sind. Dadurch werden der erste und der dritte Strompfad SP1, SP3 zur Spannungsumwandlung aktiviert. Durch entsprechende Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter Sl, S2; S5, S6 der ersten und der dritten Halbbrücke Hl, H3 werden mehr Strom und somit auch mehr elektrische Leistung aus dem ersten Bordnetz zweig BZl in den zweiten Bordnetz zweig BZ2 oder umgekehrt verschiebt („Boost"-Betrieb des Gleichspannungswandlers GWl). In einem zweiten Betriebsmodus versorgt der Gleichspannungs¬ wandler GWl die Gleichstromheizung LD in dem dritten Bordnetzzweig BZ3 mit Strom aus dem zweiten Bordnetzzweig BZ2.
Zum Betreiben des Gleichspannungswandlers GWl im zweiten Be¬ triebsmodus schaltet die Energiemanagementeinheit EM den ersten und/oder den zweiten Auswahlschalter ASl, AS2 derart, dass der zweite Schaltanschluss E2 des ersten Auswahlschalters ASl mit dem dritten Schaltanschluss E3 desselben Auswahlschalters ASl bzw. der fünfte Schaltanschluss E5 mit dem sechsten Schaltanschluss E6 des zweiten Auswahlschalters AS2 elektrisch verbunden sind. Dadurch wird ein Leistungsfluss von dem zweiten Bordnetzzweig BZ1, BZ2 zu dem dritten Bordnetzzweig BZ3 und somit zu der elektrischen Gleichstromheizung LD hergestellt
(„DC-Chopper"-Betrieb des Gleichspannungswandlers GWl).
In einem dritten Betriebsmodus wandelt der Gleichspannungs¬ wandler GWl zwischen der ersten und der zweiten Bordnetzspannung Ul, U2 um und versorgt zeitgleich die Gleichstromheizung LD in dem dritten Bordnetzzweig BZ3 mit Strom aus dem zweiten
Bordnetzzweig BZ2.
Zum Betreiben des Gleichspannungswandlers GWl im dritten Be- triebsmodus schaltet die Energiemanagementeinheit EM den ersten und/oder den zweiten Auswahlschalter ASl, AS2 derart, dass die alle drei Schaltanschlüsse El, E2 und E3; E4, E5 und E6 der jeweiligen Auswahlschalter ASl, AS2 miteinander elektrisch verbunden sind. Dadurch werden alle drei Bordnetzzweige BZ1, BZ2, BZ3 miteinander elektrisch verbunden und fließen Ströme von dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 in den ersten und den dritten Bordnetzzweig BZ1 , BZ3. Die Mengen an elektrischer Leistungen, welche von dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 in den ersten zu bzw. den dritten Bordnetzzweig BZ1, BZ3 fließen sollen, werden von der Energiemanagementeinheit EM durch Steuern der drei Halbbrücken Hl, H2, H3 bzw. deren Leistungshalbleiterschalter Sl , S2; S3, S4; S5, S6 in einer dem Fachmann bekannten Weise geregelt (kombinierter „Boost"- und „DC-Chopper"-Betrieb des Gleichspan- nungswandlers GW1) .
Figur 2 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung eine Schaltungstopologie eines zweiten Bordnetzes BN2 (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem Gleichspannungswandler GW2 gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Das zweite Bordnetz BN2 unterscheidet sich von dem ersten Bord¬ netz BN1 in Figur 1 dadurch, dass der dritte Bordnetzzweig BZ3 anstelle eines Hochleistungsgleichstromverbrauchers einen ein- phasigen Hochleistungswechselstromverbraucher LD, wie zum Beispiel eine einphasige Wechselstromheizung, umfasst.
Der Gleichspannungswandler GW2 in Figur 2 unterscheidet sich von dem Gleichspannungswandler GW1 in Figur 1 dadurch, dass dieser einen vierten Stromanschluss A4 aufweist, welcher mit dem sechs¬ ten Schaltanschluss E6 des zweiten Auswahlschalters AS2 elek¬ trisch verbunden ist.
Der Wechselstromverbraucher LD in dem dritten Bordnetzzweig BZ3 ist zwischen dem dritten und dem vierten Stromanschluss A3, A4 des Gleichspannungswandlers GW2 elektrisch angeschlossen.
Mit dem in Figur 2 dargestellten Gleichspannungswandler GW2 kann in dem zweiten oder dem dritten Betriebsmodus anstelle eines bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
„DC-Chopper"-Betriebs ein so genannter „AC-Chopper"-Betrieb realisiert werden, in dem der einphasige Hochleistungswechsel¬ stromverbraucher LD mit von dem Gleichspannungswandler GW2 generierten Wechselstrom gespeist wird. _ ,
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Figur 3 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung ein drittes Bordnetz BN3 (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraft¬ fahrzeugs mit einem in Figur 2 dargestellten Gleichspannungs- wandler GW2.
Das dritte Bordnetz BN3 unterscheidet sich von dem zweiten Bord¬ netz BN2 in Figur 2 dadurch, dass der dritte Bordnetzzweig BZ3 anstelle eines einphasigen Wechselstromverbrauchers ein Wech¬ selstromladekabel LD umfasst, über das das Bordnetz BN3 bord- netzinterne Energiespeicher mit Wechselstrom aufladen kann. Zum Aufladen der bordnetzinternen Energiespeicher wird das Bordnetz BZ über das Wechselstromladekabel LD an einem fahrzeugexternen Wechselstromnetz elektrisch angeschlossen.
Der Gleichspannungswandler GW3 in Figur 3 unterscheidet sich von dem Gleichspannungswandler GW2 in Figur 2 dadurch, dass die erste und die dritte Spule LI, L3 jeweils zwischen dem ersten Strom- anschluss All und der ersten bzw. der dritten Halbbrücke Hl, H2 (bzw. deren jeweiligen Mittelabgriff Ml, M3) elektrisch angeschlossen sind.
In diesem Ausführungsbeispiel kann mit dem Gleichspannungs¬ wandler GW2 ein „AC-Lade"-Betriebs realisiert werden, in dem ein oder mehrere in der Figur nicht dargestellte elektrische Energie¬ speicher im Bordnetz BN3 mit Wechselstrom aus dem fahrzeugexternen Wechselstromnetz aufgeladen werden können, wobei der Gleichspannungswandler GW2 mittels des ersten und des dritten Spannungswanderpfades SP1, SP3 (bzw. mindestens zwei Strompfade) den Wechselstrom in Gleichströme umwandelt. Damit kann das
Kraftfahrzeug mittels einer fahrzeugeigenen Steckdose an einem 230 Volt Wechselstromnetz aufgeladen werden. Figur 4 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung ein viertes Bordnetz BN4 (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem Gleichspannungswandler GW3 gemäß einer dritten Ausführungsform. Das vierte Bordnetz BN4 unterscheidet sich von dem dritten Bord¬ netz BN3 in Figur 2 dadurch, dass der dritte Bordnetzzweig BZ3 anstelle eines einphasigen Wechselstromverbrauchers einen drei¬ phasigen Wechselstromverbraucher LD, wie zum Beispiel einen dreiphasigen Elektromotor, oder einen dreiphasigen Wechsel- Stromquelle, wie zum Beispiel einen Generator, umfasst.
Der dreiphasige Wechselstromverbraucher LD im dritten Bordnetzzweig BZ3 umfasst drei Stromphasen, über welche der Wechsel¬ stromverbraucher LD mit dem Gleichspannungswandler GW3 elek- trisch verbunden ist.
Der Gleichspannungswandler GW3 in Figur 4 unterscheidet sich von dem Gleichspannungswandler in Figur 2 dadurch, dass dieser zusätzlich einen fünften Stromanschluss A5 umfasst und über den dritten, den vierten und den fünften Stromanschluss A3, A4 und A5 mit den jeweiligen der drei Stromphasen des Wechselstromverbrauchers LD elektrisch verbunden ist.
Ferner umfasst der Gleichspannungswandler GW3 einen vierten Spannungswandlerpfad SP4 mit einer vierten Halbbrücke H4 mit zwei in Reihe geschalteten Leistungshalbleiterschaltern S7, S8 sowie einer vierten Spule L4. Ferner umfasst der Gleichspannungs¬ wandler GW3 einen dritten (Leistungs- ) Auswahlschalter AS3 (oder (Leistungs- ) Umschalter) , welcher in dem vierten Spannungswand- lerpfad SP4 seriell zu der vierten Spule L4 elektrisch ange¬ schlossen ist.
Die vierte Halbbrücke H4 ist mit ihren beiden in Reihe ge¬ schalteten Leistungshalbleiterschaltern S7, S8 zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen A21, A22 des Gleichspannungswandlers GW3 parallel zu den oben beschriebenen drei Halbbrücken Hl, H2 , H3 elektrisch angeschlossen. Die vierte Halbbrücke H4 weist einen vierten Mittelanschluss M4, über den die beiden Leistungshalb- leiterschalter S7, S8 zueinander in Reihe geschaltet sind.
Die vierte Halbbrücke H4 ist über den Mittelanschluss H4 mit dem dritten Auswahlschalter AS3, der vierten Spule L4 und ferner mit dem ersten der zwei ersten Stromanschlüsse All des Gleichspan- nungswandlers GW3 elektrisch verbunden.
Der dritte Auswahlschalter AS3 umfasst einen siebten, einen achten sowie einen neunten Schaltanschluss E7, E8, E9. Über den siebten Schaltanschluss E7 ist der dritte Auswahlschalter AS3 mit der vierten Spule L4 und somit mit dem ersten der zwei ersten Stromanschlüsse All des Gleichspannungswandlers GW3 elektrisch verbunden. Über den achten Schaltanschluss E8 ist der dritte Auswahlschalter AS3 mit dem Mittelanschluss M4 der vierten Halbbrücke H4 und über den neunten Schaltanschluss E9 mit dem fünften Stromanschluss A5 des Gleichspannungswandlers GW3 elektrisch verbunden .
Figur 5 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung ein fünftes Bordnetz BN5 (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem Gleichspannungswandler GW4 gemäß einer vierten Ausführungsform.
Das Bordnetz BN5 umfasst einen ersten Bordnetzzweig BZ1, in dem eine erste Bordnetzspannung Ul vorliegt, einen zweiten Bordnetzzweig BZ2, in dem eine zweite Bordnetzspannung U2 vorliegt, sowie einen dritten Bordnetzzweig BZ3, welche eine Wechsel¬ stromladeeinheit LD bzw. ein Wechselstromladekabel zum An¬ schließen des Bordnetzes BN5 an ein externes Wechselstromnetz umfasst . Das Bordnetz BN5 umfasst ferner den Gleichspannungswandler GW4, welcher zwischen dem ersten, dem zweiten sowie dem dritten Bordnetzzweig BZ1, BZ2, BZ3 elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler GW4 umfasst zwei erste Stromanschlüsse All, A12, über welche der Gleichspannungswandler GW4 an dem ersten Bordnetzzweig BZ1 und somit an der ersten Bord¬ netzspannung Ul elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler GW4 umfasst ferner zwei zweite Stromanschlüsse A21, A22, über welche der Gleichspannungswandler GW4 an dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 und somit an der zweiten Bordnetzspannung U2 elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler GW4 umfasst ferner einen dritten und einen vierten Stromanschluss A3, A4, über welche der Gleichspannungswandler GW4 mit dem dritten Bordnetzzweig BZ3 bzw. mit dem Wechselstromladekabel LD elektrisch verbunden ist. Der Gleichspannungswandler GW4 umfasst ferner einen Spannungswandlerpfad SP5, welcher zwischen den zwei ersten Stromanschlüs¬ sen All, A12 einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüssen A21, A22 andererseits elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, die erste Bordnetzspannung Ul in die zweite Bord- netzspannung U2 und/oder umgekehrt umzuwandeln.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Spannungswandlerpfad SP5 des Gleichspannungswandlers GW4 in Form eines phasenverschobenen Nullspannungübergangs-Wandlers (auf Englisch „Phase-Shift ZVT (Zero Voltage Transition) Converter") ausgebildet.
Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst somit eine H-Schaltbrücke HS, welche ihrerseits zwei Halbbrücken H6, H7 umfasst, welche zueinander parallel zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen All, A12 elektrisch angeschlossen sind. Die beiden Halbbrücken H6, H7 weisen jeweils zwei steuerbare Leistungshalbleiterschalter Sil, S12; S13, S14, welche jeweils paarweise über je- weils einen Mittelanschluss M6, M7 in den jeweiligen Halbbrücken H6, H7 zueinander seriell elektrisch angeschlossen sind.
Die H-Schaltbrücke HS umfasst ferner einen Brückenzweig BZ, welcher zwischen den Mittelanschlüssen M6, M7 der beiden Halbbrücken H6, H7 elektrisch angeschlossen ist.
Zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen All, A12 weist der Spannungswandlerpfad SP5 ferner einen Kondensator Cl auf, welcher parallel zu der H-Schaltbrücke HS bzw. zu den beiden H-Brücken H6, H7 elektrisch angeschlossen ist.
Der Gleichspannungswandler GW4 umfasst ferner einen (Leis- tungs- ) Auswahlschalter AS1 (oder (Leistungs- ) Umschalter) mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Schaltanschluss El , E2, E3, welcher über den ersten und den zweiten Schaltanschluss El, E2 seriell in dem Brückenzweig BZ der H-Schaltbrücke HS des Spannungswandlerpfades SP5 elektrisch angeschlossen. Über den dritten Schaltanschluss E3 ist der Auswahlschalter AS1 mit dem dritten Stromanschluss A3 des Gleichspannungswandlers GW4 elektrisch verbunden.
Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst ferner einen Transformator TF1 mit einer Primärspule PS und einer Sekundärspule SS, wobei die Primärspule PS in dem Brückenzweig BZ der H-Schaltbrücke HS seriell zu dem Auswahlschalter AS1 elektrisch angeschlossen ist .
Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst ferner einen zweiten Kon¬ densator C2, welcher in dem Brückenzweig BZ seriell zu dem Aus- wahlschalter AS1 und der Primärspule PS des Transformators TF1 elektrisch angeschlossen ist. Hierbei verbindet die Primärspule PS den Auswahlschalter AS1 und den zweiten Kondensator C2 miteinander elektrisch. Mit anderen Worten: die Primärspule PS befindet sich in dem Brückenzweig BZ zwischen dem Auswahlschalter AS1 und dem zweiten Kondensator C2.
Der Mittelanschluss M7 einer der beiden Halbbrücken H7 der H-Schaltbrücke HS, welcher unmittelbar mit dem zweiten Kon- densator C2 elektrisch verbunden ist, ist zudem mit dem vierten Stromanschluss A4 des Gleichspannungswandlers GW4 elektrisch verbunden . Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst ferner eine weitere Halb¬ brücke H5, welche ihrerseits zwei Stromanschlüsse HAI, HA2 und zwei zwischen den zwei Stromanschlüssen HAI, HA2 über einen Mittelanschluss M5 zueinander seriell geschaltete steuerbare Leistungshalbleiterschalter S9, S10 umfasst.
Über die zwei Stromanschlüsse HAI, HA2 ist die Halbbrücke H5 mit der Sekundärspule SS (bzw. an deren beiden Enden) des Transformators TF1 und mit einem ersten der zwei zweiten Stromanschlüsse A21 des Gleichspannungswandlers GW4 elektrisch ver- bunden.
Über den Mittelanschluss M5 ist die Halbbrücke H5 ferner mit einem zweiten der zwei zweiten Stromanschlüsse A22 des Gleichspannungswandlers GW4 elektrisch verbunden.
Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst ferner zwei Spulen L5, L6, welche jeweils zwischen dem ersten der zwei zweiten Stromanschlüsse A21 des Gleichspannungswandlers GW4 und jeweils einem der zwei Stromanschlüsse HAI, HA2 der Halbbrücke H5 elektrisch angeschlossen sind.
Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst ferner einen Filter FT, welcher zwischen den beiden Spulen L5, L6 einerseits und dem ersten der zwei zweiten Stromanschlüsse A21 des Gleichspan- nungswandlers GW4 andererseits elektrisch angeschlossen ist.
Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst ferner einen dritten Kon¬ densator C3, welcher zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen A21, A22 des Gleichspannungswandlers GW4 und somit parallel zu dem Filter FT, den beiden Spulen L5, L6 sowie der Halbbrücke H5 elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler GW4 umfasst ferner eine Energiemanagementeinheit EM, welche über jeweils einen Signalausgang mit den Steueranschlüssen der jeweiligen Leistungshalbleiterschalter Sil, S12, S13, S14; S9, S10 der H-Schaltbrücke HS sowie der Halbbrücke H5 und mit dem Steueranschluss des Auswahl¬ schalters AS1 signaltechnisch verbunden ist.
Die Funktionsweise des Gleichspannungswandlers GW4 ähnelt der des in Figur 1 dargestellten des Gleichspannungswandlers GW1.
In dem ersten Betriebsmodus werden der erste und der zweite Schaltanschlüsse El, E2 des Auswahlschalters AS1 von der Ener¬ giemanagementeinheit EM gesteuert miteinander elektrisch kon¬ taktiert, wodurch der Gleichspannungswandler GW4 in dem ein- fachen DCDC-Wandler-Betrieb betrieben wird.
In dem zweiten Betriebsmodus werden der erste und der dritte Schaltanschlüsse El, E3 des Auswahlschalters AS1 von der Ener¬ giemanagementeinheit EM gesteuert miteinander elektrisch kon- taktiert, wodurch der Gleichspannungswandler GW4 in dem genannten „DC-Chopper"-Betrieb betrieben wird.
Werden alle drei Schaltanschlüsse El, E2, E3 des Auswahlschalters AS1 von der Energiemanagementeinheit EM gesteuert miteinander elektrisch kontaktiert, so wird der Gleichspannungswandler GW4 in dem kombinierten DCDC-Wandler- und „DC-Chopper"-Betrieb betrieben .
Figur 6 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung eine Schaltungstopologie eines sechsten Bordnetzes BN6 (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem in Figur 5 dargestellten Gleichspannungswandler GW4.
Das sechste Bordnetz BN6 unterscheidet sich von dem zuvor be- schriebenen fünften Bordnetz BN5 dadurch, dass der dritte Bordnetzzweig BZ3 einen weiteren Transformator TF2 umfasst, dessen Primärspule zwischen dem dritten und dem vierten Stromanschluss A3, A4 des Gleichspannungswandlers GW4 seriell elektrisch an- geschlossen ist. Über diesen zweiten Transformator TF2 ist der Gleichspannungswandler GW4 von dem dritten Bordnetzzweig BZ3 galvanisch getrennt. Figur 7 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung eine Schaltungstopologie eines siebten Bordnetzes BN7 (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem Gleichspannungswandler GW5 gemäß einer fünften Ausführungsform. Das siebte Bordnetz BN7 unterscheidet sich von dem zuvor be¬ schriebenen sechsten Bordnetz BN6 dadurch, dass der dritte Bordnetzzweig BZ3 anstelle eines Wechselstromladekabels einen Gleichstromverbraucher LD aufweist, welcher über den dritten Stromanschluss A3 an dem Gleichspannungswandler GW5 elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler GW5 in diesem siebten Bordnetz BN7 weist keinen vierten Stromanschluss auf.
Figur 8 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung einer Schaltungstopologie eines achten Bordnetzes BN8 (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem Gleichspannungswandler GW6 gemäß einer sechsten Ausführungsform.
Der Gleichspannungswandler GW6 in Figur 8 unterscheidet sich von dem in Figur 5 oder 6 dargestellten Gleichspannungswandler GW5 dadurch, dass diese anstelle des zweiten Kondensators C2 einen weiteren (Leistungs- ) Auswahlschalter AS2 (oder (Leistungs- ) Umschalter) aufweist, welcher einen vierten, einen fünften sowie einen sechsten Schalteranschluss E4, E5, E6 aufweist und über den vierten und fünften Schalteranschluss E4, E5 zwischen demMittel- anschluss M7 einer der beiden Halbbrücken H7 der H-Schaltbrücke HS und der Primärspule PS des Transformators TF1 elektrisch angeschlossen ist. Damit weist der Gleichspannungswandler GW6 zwei Auswahlschalter AS1, AS2, welche jeweils in einer der beiden elektrischen Verbindungen von der Primärspule PS des Trans- formators TF1 zu jeweils einem der beiden Mittelanschlüsse M6, M7 der H-Schaltbrücke HS verteilt elektrisch angeschlossen sind. Über den sechsten Schaltanschluss E6 ist der zweite Auswahl¬ schalter AS2 mit dem vierten Stromanschluss A4 des Gleichspannungswandlers GW6 elektrisch verbunden. Der dritte Bordnetzzweig BZ3 weist einen Gleichstromverbraucher LD auf, welcher zwischen dem dritten und dem vierten Stromanschluss A3, A4 des Gleichspannungswandlers GW6 elektrisch angeschlossen ist.

Claims

Patentansprüche
Gleichspannungswandler (GW1, GW2, GW3, GW4, GW5, GW6) zum Umwandeln zwischen einer ersten (Ul) und einer zweiten (U2) Spannung, umfassend:
- zwei erste Stromanschlüsse (All, A12) zum Anschließen des Gleichspannungswandlers (GW1, GW2, GW3, GW4, GW5, GW6) an die erste Spannung (Ul);
- zwei zweite Stromanschlüsse (A21, A22) zum Anschließen des Gleichspannungswandlers (GW1, GW2, GW3, GW4, GW5, GW6) an die zweite Spannung (U2);
- mindestens einen dritten Stromanschluss (A3) zum Um¬ schalten oder Zuschalten des Gleichspannungswandlers (GW1, GW2, GW3, GW4 , GW5, GW6) an bzw. auf mindestens eine elektrische Vorrichtung (LD) ;
- mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad (SPl, SP5, SP6) , welcher zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen (All, A12) einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüssen (A21, A22) andererseits elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, zwischen der ersten (Ul) und der zweiten (U2) Spannung umzuwandeln;
- mindestens einen ersten steuerbaren Auswahlschalter (AS1), welcher mindestens einen ersten (El), einen zweiten (E2) und einen dritten (E3) Schaltanschlüsse umfasst und über den ersten (El) und den zweiten (E2) Schaltanschluss seriell in dem mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad (SPl, SP5) und über den dritten Schaltanschluss (E3) an dem mindestens einen dritten Stromanschluss (A3) elektrisch angeschlossen ist;
- eine Energiemanagementeinheit (EM) zum Steuern des mindestens einen ersten Auswahlschalters (AS1), welcher eingerichtet ist, wahlweise jeweils mindestens zwei von dem ersten (El), dem zweiten (E2) und dem dritten (E3) Schaltanschluss miteinander elektrisch zu verbinden.
Gleichspannungswandler (GW1, GW2, GW3, GW4, GW5, GW6) nach Anspruch 1, wobei die Energiemanagementeinheit (EM) ferner eingerichtet ist, zur uni- bzw. bidirektionalen Umwandlung zwischen der ersten (Ul) und der zweiten (U2) Spannung den ersten Schaltanschluss (El) mit dem zweiten Schaltanschluss (E2) elektrisch zu verbinden.
Gleichspannungswandler (GW1, GW2, GW3, GW4, GW5, GW6) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Energiemanagementeinheit (EM) ferner eingerichtet ist, zum Betrieb der mindestens einen elektrischen Vorrichtung (LD) den dritten Schaltanschluss (E3) mit dem ersten (El) und/oder dem zweiten (E2)
Schaltanschluss elektrisch zu verbinden.
Gleichspannungswandler (GW1, GW2, GW3, GW4, GW5, GW6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Energiema¬ nagementeinheit (EM) ferner eingerichtet ist, zur uni- bzw. bidirektionalen Umwandlung zwischen der ersten (Ul) und der zweiten (U2) Spannung und zum zeitgleichen Betrieb der mindestens einen elektrischen Vorrichtung (LD) den ersten (El), den zweiten (E2) und den dritten (E3) Schaltanschluss miteinander elektrisch zu verbinden.
Gleichspannungswandler (GW1, GW2, GW3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad (SP1) eine erste Halbbrücke (Hl) umfasst, welche zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen
(A21, A22) elektrisch angeschlossen ist und zwei erste steuerbare Schalter (Sl, S2) umfasst, wobei die zwei ersten Schalter (Sl, S2) zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen
(A21, A22) und über einen Mittelanschluss (Ml) der ersten Halbbrücke (Hl) zueinander seriell elektrisch angeschlossen sind, wobei der mindestens eine erste Auswahlschalter (ASl) über den ersten (El) und den zweiten (E2) Schaltanschluss zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse (All) und dem Mittelanschluss (Ml) der ersten Halbbrücke (Hl) elektrisch angeschlossen ist.
Gleichspannungswandler (GW1, GW2, GW3) nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad (SP1) ferner ein erstes induktives Bauelement (LI) umfasst, welches zwischen einem der zwei ersten Stromanschlüsse (All) und dem Mittelanschluss (Ml) der ersten Halbbrücke (Hl) seriell zu dem mindestens einen ersten Auswahlschalter (ASl) elektrisch angeschlossen ist.
Gleichspannungswandler (GW1, GW2, GW3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen zweiten Spannungswandlerpfad (SP2) , welcher zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen (All, A12) einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüssen (A21, A22) andererseits, und parallel zu dem mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad (SP1) elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, zwischen der ersten (Ul) und der zweiten (U2) Spannung umzuwandeln.
Gleichspannungswandler (GW2, GW3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend
- einen vierten Stromanschluss (A4) zum Anschließen des Gleichspannungswandlers (GW2, GW3) an die mindestens eine elektrische Vorrichtung (LD) ;
- einen dritten Spannungswandlerpfad (SP3) , welcher
zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen (All, A12) einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüssen (A21, A22) andererseits, und parallel zu dem mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad (SP1) elektrisch ange¬ schlossen ist und eingerichtet ist, zwischen der ersten (Ul) und der zweiten (U2) Spannung umzuwandeln;
- einen zweiten steuerbaren Auswahlschalter (AS2),
welcher einen vierten (E4) , einen fünften (E5) und einen sechsten (E6) Schaltanschluss umfasst und über den vierten (E4) und den fünften (E5) Schaltanschluss seriell in dem dritten Spannungswandlerpfad (SP3) und über den sechsten Schaltanschluss (E6) an dem dritten (A3) oder dem vierten (A4) Stromanschluss elektrisch angeschlossen ist;
- wobei die Energiemanagementeinheit (EM) ferner ein¬ gerichtet ist, wahlweise mindestens jeweils zwei von dem vierten (E4), dem fünften (E5) und dem sechsten (E6) Schaltanschluss miteinander elektrisch zu verbinden.
Gleichspannungswandler (GW3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend
- einen fünften Stromanschluss (A5) zum Anschließen des Gleichspannungswandlers (GW3) an die mindestens eine elektrische Vorrichtung (LD) ;
- einen vierten Spannungswandlerpfad (SP4), welcher
zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen (All, A12) einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüssen (A21, A22) andererseits, und parallel zu dem mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad (SP1) elektrisch ange¬ schlossen ist und eingerichtet ist, zwischen der ersten (Ul) und der zweiten (U2) Spannung umzuwandeln;
- einen dritten steuerbaren Auswahlschalter (AS3) ,
welcher einen siebten (E7), einen achten (E8) und einen neunten (E9) Schaltanschluss umfasst und über den siebten (E7) und den achten (E8) Schaltanschluss seriell in dem vierten Spannungswandlerpfad (SP4) und über den neunten Schaltanschluss (E9) an dem fünften Stroman- schluss (A5) elektrisch angeschlossen ist;
- wobei die Energiemanagementeinheit (EM) ferner ein¬ gerichtet ist, wahlweise mindestens jeweils zwei von dem siebten (E7), einen achten (E8) und einen neunten (E9) Schaltanschluss miteinander elektrisch zu verbinden.
Gleichspannungswandler (GW4, GW5, GW6) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- wobei der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad (SP5) ferner eine H-Schaltbrücke (HS) umfasst, welche zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen (All, A12) elektrisch angeschlossen ist und einen Brückenzweig (BZ) umfasst ;
- wobei der mindestens eine erste Auswahlschalter (AS1) über den ersten (El) und den zweiten (E2) Schaltanschluss in dem Brückenzweig (BZ) seriell elektrisch ange¬ schlossen ist;
- wobei die Energiemanagementeinheit (EM) ferner ein¬ gerichtet ist, zur Umwandlung zwischen der ersten (Ul) und der zweiten (U2) Spannung die H-Schaltbrücke (HS) gesteuert zu schalten.
Gleichspannungswandler (GW4, GW5, GW6) nach Anspruch 9, wobei der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad (SP5) ferner einen Transformator (TF1) mit einer Primärspule (PS) und einer Sekundärspule (SS) umfasst, wobei die Primärspule (PS) in dem Brückenzweig (BZ) seriell zu dem mindestens einen ersten Auswahlschalter (AS1) und die Sekundärspule (SS) zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen (A21, A22) elektrisch angeschlossen sind. Bordnetz (BNl, BN2, BN3, BN4, BN5, BN6, BN7, BN8 ) , insb. für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
- einen ersten Bordnetzzweig (BZ1) mit einer ersten
(Bordnetz- ) Spannung (Ul);
- einen zweiten Bordnetzzweig (BZ2) mit einer zweiten (Bordnetz- ) Spannung (U2);
- einen dritten Bordnetzzweig (BZ3) mit mindestens einer elektrischen Vorrichtung (LD) ;
- einen Gleichspannungswandler (GW1, GW2, GW3, GW4, GW5, GW6) nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Umwandeln zwischen der ersten (Ul) und der zweiten (U2) (Bordnetz- ) Spannung, welcher über die zwei ersten Stromanschlüsse (All, A12) an dem ersten Bordnetzzweig (BZ1), über die zwei zweiten Stromanschlüsse (A21, A22) an dem zweiten Bordnetzzweig (BZ2), und über den mindestens einen dritten Stromanschluss (A3) an dem dritten Bordnetzzweig (BZ3) elektrisch angeschlossen ist .
Bordnetz (BN6) nach Anspruch 12, wobei der Gleichspannungswandler (GW4) von dem dritten Bordnetzzweig (BZ3) galvanisch getrennt ist.
Bordnetz (BNl, BN2, BN3, BN4, BN5, BN6, BN7, BN8 ) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die mindestens eine elektrische Vorrichtung (LD) einen Gleichstromverbraucher, einen ein- oder mehrphasigen Wechselstromverbraucher, einen Gleichstrom- oder Wechselstromladeanschluss , eine Gleichstrom¬ quelle, und/oder eine ein- oder mehrphasige Wechsel¬ stromquelle umfasst.
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