WO2021053050A1 - Konfigurierbare gleichspannungswandlerschaltung und fahrzeugbordnetz - Google Patents

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WO2021053050A1
WO2021053050A1 PCT/EP2020/075932 EP2020075932W WO2021053050A1 WO 2021053050 A1 WO2021053050 A1 WO 2021053050A1 EP 2020075932 W EP2020075932 W EP 2020075932W WO 2021053050 A1 WO2021053050 A1 WO 2021053050A1
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Franz Pfeilschifter
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Vitesco Technologies GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a configurable DC / DC converter circuit for a vehicle electrical system. It is known that vehicles with an electrical storage device are provided with charging connections in order to charge the electrical storage device by means of a charging station via the charging connections. On the one hand, a conversion of the type of current is necessary in charging stations that supply alternating voltage, since the electrical storage device is charged with rectified direct voltage. On the other hand, the voltage level of the alternating voltage is defined by the supply network and the number of phases of the alternating current network used, so that different voltage bands can be achieved. Components in an on-board network branch are supplied via voltage converters in order to allow these components, on the one hand, and the battery, on the other hand, to be supplied with different voltages. Furthermore, before the beginning and after the end of the charging process, it is necessary to precharge or discharge storage elements such as capacitors, which are provided in the voltage converters, in order to avoid a current spike at the start of charging and contact voltages after the end of charging.
  • a configurable DC / DC converter circuit is therefore provided for a vehicle electrical system, which enables single-phase and polyphase alternating current charging through parallel / serial configuration of converters, with a precharge / discharge function being integrated into the configuration circuit, which enables the intermediate circuit capacitors of the DC / DC converter to be precharged.
  • the converters are configured on the input side in parallel or in series by means of a configuration circuit.
  • a configuration circuit is thus connected upstream of the converter, which enables this serial or parallel configuration to be set.
  • a resistor is also provided which can be switched on via a changeover switch within the configuration circuit and which enables pre-charging or discharging.
  • the configuration switches that are used for parallel / serial configuration (short: configuration) of the converters are also used to set whether the resistor is used for discharging or for pre-charging.
  • a configurable DC / DC converter circuit is therefore proposed, which is used in particular in vehicle electrical systems.
  • the configurable DC / DC converter circuit has a first DC voltage connection and a second DC voltage connection.
  • the first DC voltage connection corresponds to an input and is set up to be connected to a rectifier.
  • the second DC voltage connection is used to connect the accumulator, in particular the traction accumulator of the vehicle electrical system.
  • the second DC voltage connection is thus set up to be connected to an accumulator, in particular to a floch voltage accumulator.
  • the second DC voltage connection is thus a battery connection.
  • the first DC voltage connection is set up to be connected to a rectifier in order to be able to receive the rectified charging voltage therefrom.
  • a configuration circuit is connected downstream of the first DC voltage connection.
  • the first DC voltage connection is connected to a plurality of DC voltage converters via the configuration circuit, in particular to their input.
  • the DC voltage converters are galvanically isolating.
  • the configuration circuit has a first and a second switch.
  • a changeover switch is provided between these two switches.
  • the switch has two switch positions. In the first switch position, the changeover switch connects the first switch and the second switch via a diode device. In the second switch position, the changeover switch connects the first switch and the second switch via a resistor.
  • the diode device is used to connect a neutral conductor potential, in particular when charging is carried out in one phase, that is to say when a single-phase alternating voltage is applied to an upstream rectifier.
  • the resistor is used to limit the current when discharging or precharging the capacitors of the DC voltage converter.
  • the DC-DC converters are connected to the first and to the second switch.
  • the DC / DC converters are thus connected to the configuration circuit, but in different ways.
  • the DC / DC converters are connected to the first and the second switch when the switch is in the first switch position.
  • the changeover switch connects the DC-DC converter to the switches (the first and the second switch) of the configuration circuit.
  • the connection between the converters and the switches is crosswise.
  • the first DC voltage converter is connected to the second switch of the configuration circuit and the second converter is connected to the first switch of the configuration circuit.
  • the changeover switch connects the DC-DC converters in parallel to one another via the first and second switches in their closed state.
  • the changeover switch in the first switch position and the two switches in an open state connect the DC voltage converters in series to one another via the diode device.
  • the closed position of the first and second switches is also referred to as the first configuration position.
  • the open position of the first and second switches is referred to as the second configuration position.
  • the toggle switch in the first switch position and the switch in the first configuration position connect the DC-DC converters in parallel with one another (in particular in a direct manner).
  • the changeover switch in the first switch position and the switch in the second configuration position connect the DC-DC converters via the diode device and thus not directly.
  • the changeover switch has a center connection and two selectable contacts, one of which (depending on the switch position) is connected to the center connection.
  • the selectable contacts can also be referred to as selectable connections.
  • the first switch and the second switch can be designed as simple normally open or normally closed contacts. Each switch is connected to one of the potentials of the first DC voltage connection.
  • the first switch is connected to the changeover switch via the diode device, in particular to a first of the selectable contacts.
  • the first switch is connected to the second of the selectable contacts of the changeover switch via the resistor (that is, the first switch is connected to the changeover switch via the resistor).
  • the second switch is connected to the center connection of the changeover switch.
  • the first switch connects a first potential of the first DC voltage connection in a switchable manner to a connection point.
  • the diode device is connected to the resistor through the connection point.
  • the diode device connects the connection point to the first selectable contact of the switch.
  • the resistor connects the connection point (i.e. the first switch) to the second of the selectable contacts of the changeover switch.
  • the second switch switchably connects the center connection of the changeover switch to the second potential of the DC voltage connection.
  • the first switch connects the first potential of the first DC voltage connection switchably to one of the two paths that can be selected by means of the changeover switch and which (selected) individually connect the first switch to the changeover switch and thus to the second switch.
  • the first path includes the diode device and the second path includes the resistor.
  • the path via which the changeover switch connects the first switch to the second switch in series can be selected by means of the changeover switch.
  • the DC / DC converters are connected to different sides of the path.
  • the second switch is connected to the first switch via the changeover switch and via the two paths running in parallel from the changeover switch to the first switch.
  • the two paths are connected to one another at their connection with the first switch.
  • the voltage converters are connected to different switches (the first and second switches).
  • the changeover switch and the diode device as well as the resistor are located between the connection points of the DC voltage converter with the configuration circuit (apart from the connections between the converter and the potentials of the first DC voltage connection).
  • the changeover switch and the two paths that comprise the diode device and the resistor are provided between these points.
  • the diode device preferably comprises two diodes. These are connected to one another via a connection point, in particular in series. The two diodes are connected to each other in the same direction.
  • the forward direction of the first diode therefore corresponds to the forward direction of the second diode, this relating to the end points of the diode device or to the ends of the series connection of the two diodes.
  • the diodes of the diode device are switched in the reverse direction.
  • the diodes of the diode device block in a direction that leads from the second switch to the first switch or from the changeover switch to the first switch, provided that the first switch has a positive supply potential of the
  • DC voltage connection is connected and the second switch is connected to a negative potential of the DC voltage connection.
  • the DC / DC converter circuit also has a neutral conductor connection. This is set up to be connected to a neutral conductor of an alternating voltage (which can be connected to a rectifier which can be connected upstream of the direct voltage converter circuit).
  • the diode device comprises two diodes which are connected to one another via the connection point, the neutral conductor terminal being connected to the connection point. The neutral conductor connection is thus at a point between the two diodes connected. In multi-phase charging, this is used to divert unbalanced currents.
  • the configurable DC voltage converter circuit can have an on-board network branch connection. This is set up to be connected to components of an on-board network branch.
  • the on-board network branch is connected to the DC voltage converters, in particular to that side of the DC voltage converters which is connected to the configuration circuit (and thus to the first DC voltage connection).
  • the sides of the DC voltage converters facing away from the first DC voltage connection are connected to one another, in particular in parallel form. This parallel connection is in turn connected to the on-board network branch connection.
  • the sides of the DC voltage converter facing away from the first DC voltage connection can also be connected to one another in series.
  • the DC voltage converters each have intermediate circuit capacitors, in particular on the sides of the DC voltage converters which face the configuration circuit or the first DC voltage connection.
  • the intermediate circuit capacitors are connected in parallel to the respective sides of the DC voltage converters or are connected in parallel to the connections of the respective converters which are connected to the configuration circuit.
  • the sides of the DC voltage converters which face the first DC voltage connection or the configuration circuit can also be referred to as input sides.
  • the opposite sides of the transducers can be referred to as output sides.
  • the output sides are connected to one another in parallel and are also connected to the on-board network branch connection.
  • the input sides of the DC / DC converters are each provided with a parallel capacitor, which functions as an intermediate circuit capacitor.
  • the input sides of the DC / DC converters are connected to the configuration circuit.
  • the configurable DC / DC converter circuit can also have a controller. This is actuatingly connected to the changeover switch, the first switch and the second switch.
  • the control comprises at least one of the following modes: a supply mode in which the changeover switch is in the first switching position, and a precharge / discharge mode in which the changeover switch is in the second switching position.
  • the controller sets the switch to the supply mode in such a way that it connects the two switches to one another via the diode device.
  • the changeover switch connects the first switch to the second switch via the resistor.
  • the changeover switch In the first switching position, the changeover switch therefore selects that path which connects the first switch via the second switch via the diode device. In the precharge / discharge mode, the changeover switch selects that path which connects the first switch to the second switch via the resistor.
  • the path chosen in the supply mode is via the diode device.
  • the path chosen in the pre-charge / discharge mode is via the resistor.
  • the pre-charge / discharge mode can thus have a first sub-mode in the form of a DC pre-charge mode.
  • the respective intermediate circuit capacitor of the DC voltage converter is charged by means of the voltage present at the second DC voltage input (of the accumulator).
  • the controller is set up to close a disconnector, which connects the second DC voltage connection to the first DC voltage connection in a switchable manner. This isolating switch is connected upstream of the second DC voltage connection and is used for the switchable disconnection of the second DC voltage connection.
  • the changeover switch connects the second switch to the first switch via the resistor, this results in a current flow from the second DC voltage connection via the closed isolating switch to the intermediate circuit capacitors, the height of the Current flow is limited by the resistor.
  • the intermediate circuit capacitors are charged by means of a DC voltage source.
  • the controller can also be equipped for an AC pre-charging mode.
  • the pre-charge / discharge mode comprises a second sub-mode in the form of an AC pre-charge mode.
  • the controller controls an AC switch which is connected upstream of the first DC voltage connection or is provided between the first DC voltage connection and the configuration circuit or the DC voltage converters. In this way, a voltage that results from rectification at the configuration circuit or at the converters is used for precharging, the precharging current flow being limited by the resistor.
  • the controller In order to control the AC precharge mode, the controller emits an AC precharge signal that closes the relevant switch (AC) that is connected upstream of the configuration circuit or the first DC voltage connection.
  • AC relevant switch
  • the AC switch is not necessarily part of the DC / DC converter circuit, but can also be provided between the DC / DC converter circuit and an upstream rectifier, or between an upstream rectifier and an AC voltage connection.
  • the DC precharge mode can also be referred to as the DC voltage precharge mode.
  • the AC pre-charge mode can also be referred to as the AC voltage pre-charge mode.
  • the DC pre-charge mode and the AC pre-charge mode are mutually exclusive. In the AC precharge mode, the capacitors are charged with a rectified alternating voltage.
  • the circuit specified here can also be used to implement a discharge mode, the resistor serving as a current limiting element.
  • the controller can be equipped for a first discharge mode, in which the controller provides a disconnector in the open state, which switchably disconnects the second DC voltage connection from the first DC voltage connection. In this mode, the controller is set up to open that isolating switch which is connected upstream of the second DC voltage connection and which can be switched to the second DC voltage connection with the converters or the Configuration circuit connects.
  • the controller can be set up, in the first discharge mode, an AC switch which connects the first DC voltage connection to the configuration circuit or the converter, or which is connected upstream of the first DC voltage connection (either between rectifier and DC voltage connection or between AC voltage connection and Rectifier), to be provided in an open state or to open it.
  • both the AC switch and the disconnector are preferably open, provided they are present.
  • the discharge modes and the precharge modes are mutually exclusive.
  • the changeover switch In the precharge mode or in the precharge modes, the changeover switch is in the second switching position, that is, the changeover switch is in a position in which it connects the resistor to the second switch.
  • the precharge mode the isolating switch between the second DC voltage connection and the converters or the configuration circuit is closed.
  • the changeover switch At the end of the precharge mode, the changeover switch is brought to switch position 1 (see FIG. 1).
  • the control unit brings the changeover switch into a position in which it connects the second switch to the diode device. This can also be done before the start of a charging phase.
  • the isolating switch and / or the AC switch (if any) are opened for discharging.
  • the changeover switch is then preferably brought into the second switching position, that is to say the changeover switch is then brought into a switching position in which it connects the second switch to the resistor.
  • the first and second switches are closed for discharging.
  • the first and second switches are opened for precharge. In the precharge mode or modes, the first and second switches are open. In the discharge mode or modes, the first switch is closed and the second switch is also closed.
  • the control is set up to set these switch positions.
  • the first and the second switch are only closed when the changeover switch is no longer in the first Is switching position (in which this connects the second switch to the diode device), but preferably only when the changeover switch connects the second switch to the resistor or the changeover switch is in the second switching position.
  • the controller is set up to implement this sequence.
  • a vehicle electrical system which has a DC / DC converter circuit as described here.
  • the vehicle electrical system also has a rectifier and an alternating current connection.
  • the AC connection is connected to the first DC voltage connection via the rectifier (directly or indirectly, for example via a filter). This is the first DC voltage connection that is part of the DC voltage converter circuit.
  • the vehicle electrical system also has an accumulator which is connected to the first DC voltage connection via a disconnector (in particular one of the disconnectors mentioned above).
  • the vehicle electrical system can furthermore have an AC switch, which is located between the alternating current connection and the rectifier and in which is located between the rectifier and the first direct voltage connection.
  • the AC switch can also be provided between the first DC voltage connection and the configuration circuit or the converters (in particular in series connection).
  • the accumulator is preferably a floch-volt accumulator and can be set up as a traction accumulator.
  • the accumulator is in particular a lithium-ion accumulator.
  • the accumulator preferably has a nominal voltage of at least 60 volts, in particular of at least 100 volts, 200 volts, 400 volts or 800 volts. In one embodiment, the accumulator has a nominal voltage of at least 800 volts.
  • the AC switch can also be implemented by the rectifier, which can be designed as a controllable rectifier, the function of an AC switch being implemented in that the rectifier is switched to inactive, and the function of a closed AC switch by an active or controlled rectifier is realized.
  • the rectifier can be used as a Be configured diode bridge circuit, in particular as a diode full bridge, can in particular be configured multi-phase (with a number of phases, preferably corresponding to the number of phases
  • AC voltage connection or can be designed as a power factor correction filter such as a Vienna filter.
  • the vehicle electrical system can have at least one electrical component that is connected to the side of the DC voltage converter which is opposite to that side of the converter to which the first DC voltage connection is connected.
  • the at least one electrical component can be connected to the side of the DC voltage converter that faces away from the first DC voltage connection.
  • the component can thus be provided on the output side of the DC voltage converter.
  • the at least one electrical component serves in particular as a placeholder for a vehicle electrical system branch that is supplied by the converters.
  • the at least one electrical component can have an electrical drive. This is then supplied from the accumulator via the DC voltage converter.
  • the vehicle electrical system can have a controller, in particular a controller as discussed above in the context of the description of the DC / DC converter circuit.
  • the controller can be set up in a first sub-mode in the form of a DC precharge mode (in particular corresponding to the aforementioned DC precharge mode), in which the controller closes the isolating switch, which switchably connects the accumulator to the first DC voltage connection.
  • the controller In the first sub-mode in the form of the DC precharge mode, the controller thus controls the circuit breaker with a closed state.
  • the pre-charge / discharge mode can have a second sub-mode, in particular the aforementioned second sub-mode.
  • This sub-mode is in the form of the AC precharge mode, in which the controller closes the AC disconnector, which is located between the first DC voltage connection and the AC voltage connection.
  • the controller is thus set up to control the isolating switch in the precharge modes or in the precharge mode in such a way that it is closed. This acts it is either the circuit breaker between the second DC voltage connection and the converters or the configuration circuit, or a circuit breaker which is connected upstream of the first DC voltage connection (or which is located between the first DC voltage connection and the configuration circuit).
  • FIG. 1 shows an embodiment of the configurable DC-DC converter circuit described here and of the vehicle electrical system described here.
  • the vehicle electrical system FB includes an alternating voltage input AC, which includes phase contacts and a neutral conductor contact.
  • the phase connections are three-phase.
  • a rectifier GR of the vehicle electrical system FB connects the alternating voltage input AC with the configurable direct voltage converter circuit KS.
  • This has a neutral conductor connection NA for this purpose. This is connected to the neutral conductor contact NL.
  • the DC voltage converter circuit KS has a first DC voltage connection A1, which comprises two (DC voltage) potentials P, N.
  • the potential P is the positive supply potential.
  • the potential N is the negative supply potential.
  • a configuration circuit is connected in parallel to these potentials P, N or to the first direct voltage connection A1.
  • the configuration circuit comprises a first switch S1, a second switch S2 and a changeover switch UM, which is connected between these switches S1, S2.
  • a diode device D and on the other hand are connected between the changeover switch and the first switch S1.
  • a connection point P1 between the diode device D and the resistor R is provided for connecting the first switch S1.
  • This connection point P1 is connected to the positive potential P of the first DC voltage terminal A1 via the first switch S1.
  • the changeover switch UM has a center connection P2 which is connected to the neutral conductor N via the second switch K2.
  • the diode device D has two diodes D1, D2 which are connected to one another via a connection point M of the diode device D. This connection point M is connected to the neutral conductor connection NA of the DC / DC converter circuit KS.
  • the changeover switch UM has two switch positions 1 and 2. In the switch position 1, the changeover switch connects the second switch to the diode device D. In the second switch position 2 of the changeover switch UM, the changeover switch UM connects the second switch S2 to the resistor R. The resistor R is between the second switch position and the first switch or connected to the connection point P1. The diode device D is connected between the first switch position and the first switch S1 or the connection point P1. The switch position corresponds to the contact that is connected.
  • the diode device D comprises two individual diodes D1, D2 which are connected to one another in series and whose forward direction points in the same direction. With respect to the positive potential P and the negative potential N, the diodes D1, D2 of the diode device are connected in the reverse direction.
  • the DC voltage converter circuit KS comprises two DC voltage converters W1, W2, the outputs of which are connected to one another in parallel. This relates to the side of the converters W1, W2 which is opposite the configuration circuit or the first DC voltage connection A1.
  • the DC voltage converters W1, W2 are galvanically isolating DC voltage converters and in particular have a transformer (as well as a primary-side chopper and a secondary-side rectifier).
  • the rectifiers W1, W2 each include an intermediate circuit capacitor C1, C2 on the side that is connected to the first DC voltage connection or to the configuration circuit.
  • a first (positive) connection of the first converter W1 is connected to the positive potential P.
  • a second connection of the first converter W1 is connected to the connection point P2 between the second switch S2 and the changeover switch UM.
  • the second converter W1 has a first connection which is connected to the connection point P1 or to the first switch S1.
  • the first connection of the second converter W1 is thus connected to the positive potential via the first switch S1.
  • the second connection of the In contrast, the first converter is connected to the negative potential via the second switch S2.
  • the second converter W2 further comprises a second connection which is connected to the negative potential N.
  • the two converters W1, W2 are thus cross-connected to the converter circuit.
  • the converter circuit includes, in addition to the first and second switches S1, S2, the changeover switch UM and the diode device D.
  • the configuration circuit also includes a resistor R, which, as mentioned, connects the first switch S1 to the changeover switch.
  • the changeover switch UM can thereby set whether the second switch S2 is connected to the first switch via the diode device or via the resistor R.
  • the resistor R can also be referred to as a discharge resistor or a precharge resistor.
  • a second DC voltage connection A2 is connected to the potentials P, N of the first DC voltage connection A1 via a disconnector T.
  • a third DC voltage connection A3 is used to connect at least one component KO of the vehicle electrical system FB.
  • the third DC voltage connection A3 is connected to the side of the converters W1, W2 which is opposite the configuration circuit or the first DC voltage connection.
  • the third voltage connection is connected to the parallel connection of the outputs of the converters W1, W2.
  • a controller ST is connected to the first and the second switch S1, S2 as well as to the changeover switch UM and the isolating switch T in a driving manner. Furthermore, the controller can be actuatingly connected to a switch which is located between the alternating voltage connection AC and the rectifier GR, or which is located between the rectifier and the first DC voltage connection A1, or which is located between the DC voltage connection A1 and the configuration circuit.
  • the changeover switch is in position 1 and the first and second switches S1, S2 are closed (i.e. in position K1). If the converters W1, W2 are to be connected in series, then the switches S1, S2 are in position K2, that is to say in the open state. In this case, the converters W1, W2 are connected to one another in series via the diodes D1, D2 and the diode device D, respectively.
  • the series connection is provided when three phases are actively connected to the alternating voltage connection AC and the rectifier also operates all three phases.
  • the parallel connection is provided when charging is only carried out in one phase, i.e. when only one phase is applied to the AC voltage connection, or when the rectifier is in single-phase operation (and has only activated one phase).
  • the disconnector T In a DC precharge mode, the disconnector T is closed so that the intermediate circuit capacitors C1 and C2 of the converters W1 and W2 can be charged via the second DC voltage connection A2 via the resistor R.
  • the changeover switch UM is in position 2.
  • the first and the second switches S1, S2 can be open here, so that half the voltage (based on the voltage at the second DC voltage connection A2) is present on each of the capacitors.
  • the switches S1 and S2 can, however, also be closed, so that the full voltage at the DC voltage connection A2 is also applied to the intermediate circuit capacitors C1, C2.
  • An AC circuit breaker is then in the open state, so that a precharge voltage can only be introduced via the second DC voltage connection and its circuit breaker T.
  • the isolating switch T In an AC precharge mode, the isolating switch T is open and an AC switch (if present) is closed, so that, based on the alternating voltage at the alternating voltage input AC, a rectified voltage can be generated at the first direct voltage connection A2.
  • a precharge current is then provided via the resistor R, with which the capacitors C1 and C2 are charged.
  • the switch is in position 2.
  • switches S1, S2 can be closed (position K1) or open (position K2), depending on whether the capacitors are to be connected in series or in parallel for pre-charging.
  • the components shown in dashed lines are only part of the vehicle electrical system and are not part of the DC / DC converter circuit.
  • the connections A1, A2, A3 are used to connect the dashed components, which are only part of the vehicle electrical system FB, but not the DC voltage converter circuit KS.
  • the AC switch described above serves as an AC voltage disconnector and can be referred to as such. Since there are numerous possible locations for this (between AC and GR, between GR and A1 or between A1 and the connection of the configuration circuit), the AC switch is not shown in a specific position for better clarity.
  • controller can be set up to open the relevant disconnector when a target precharge voltage or a target discharge voltage is reached.

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Abstract

Eine konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung (KS) ist mit einem ersten Gleichspannungsanschluss (A1) und einem zweiten Gleichspannungsanschluss (A2) ausgestattet, wobei der erste Gleichspannungsanschluss (A1) über eine Konfigurationsschaltung mit mehreren galvanisch trennenden Gleichspannungswandlern (W1, W2) verbunden ist. Die Konfigurationsschaltung weist einen ersten und einen zweiten Schalter (S1, S2) aufweist, zwischen denen ein Umschalter (UM) vorgesehen ist, der in einer ersten Schaltposition (1) über eine Diodenvorrichtung (D) den ersten Schalter (S1) und den zweiten Schalter (S2) miteinander verbindet und in einer zweiten Schaltposition (P2) über einen Widerstand (R) den ersten Schalter (S1) und den zweiten Schalter (S2) miteinander verbindet. Die Gleichspannungswandler (W1, W2) sind mit dem ersten und dem zweiten Schalter (S1, S2) verbunden. Bei Vorliegen der ersten Schaltposition (1) des Umschalters (UM) sind der erste und der zweite Schalter (S1, S2) in einer ersten Konfigurationsposition (K1) geschlossen und verbinden die Gleichspannungswandler (W1, W2) parallel miteinander. Bei Vorliegen der ersten Schaltposition (1) des Umschalters (UM) der erste und der zweite Schalter (S1, S2) in einer zweiten Konfigurationsposition (K2), bei der der erste und der zweite Schalter (S1, S2) geöffnet sind, sind die Gleichspannungswandler (W1, W2) über die Diodenvorrichtung (D) seriell miteinander verbunden.

Description

Beschreibung
Konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung und Fahrzeugbordnetz
Die Erfindung betrifft eine konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung für ein Fahrzeugbordnetz. Es ist bekannt, dass Fahrzeuge mit einem elektrischen Speicher mit Ladeanschlüssen versehen werden, um mittels einer Ladestation über die Ladeanschlüsse den elektrischen Speicher zu laden. Zum einen ist bei Ladestationen, die Wechselspannung liefern, eine Wandlung der Stromart notwendig, da der elektrische Speicher mit gleichgerichteter Gleichspannung beladen wird. Zum anderen ist die Spannungshöhe der Wechselspannung durch das Versorgungsnetz und die Anzahl der genutzten Phasen des Wechselstromnetzes definiert, sodass eine unterschiedliche Spannungsbänder erreicht werden. Komponenten in einem Bordnetzzweig werden über Spannungswandler versorgt, um zuzulassen, dass diese Komponenten einerseits und die Batterie andererseits mit unterschiedlichen Spannungen versorgt werden können. Ferner ist es vor Beginn und nach Ende des Ladeprozesses erforderlich, Speicherelemente wie Kondensatoren, die in den Spannungswandlern vorgesehen sind, vorzuladen oder zu entladen, um eine Stromspitze beim Beginn des Ladens und Berührspannungen nach Ende des Ladens zu vermeiden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich diese Funktionen auf einfache Weise realisieren lassen.
Es wird daher eine konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung für ein Fahrzeugbordnetz vorgesehen, die durch Parallel-/Seriellkonfiguration von Wandlern eine einphasige und eine mehrphasige Wechselstrom ladung ermöglicht, wobei in die Konfigurationsschaltung eine Vor-/Entladefunktion integriert ist, die das Vorladen der Zwischenkreiskondensatoren der Gleichspannungswandler ermöglicht. Die Wandler werden eingangsseitig mittels einer Konfigurationsschaltung parallel oder seriell konfiguriert. Dem Wandler ist somit eine Konfigurationsschaltung vorgeschaltet, die diese Seriell- oder Parallelkonfiguration einstellbar ermöglicht. In dieser Konfigurationsschaltung ist neben den betreffenden Schaltern auch ein Widerstand vorgesehen, der sich über einen Umschalter innerhalb der Konfigurationsschaltung zuschalten lässt, und der eine Vorladung oder Entladung ermöglicht. Die Konfigurationsschalter, die zur Parallel-/Seriellkonfiguration (kurz: Konfiguration) der Wandler verwendet werden, dienen auch dazu, einzustellen, ob der Widerstand zum Entladen oder zum Vorladen verwendet wird.
Es wird daher eine konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung vorgeschlagen, die insbesondere in Fahrzeugbordnetzen verwendet wird. Die konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung hat einen ersten Gleichspannungsanschluss und einen zweiten Gleichspannungsanschluss. Der erste Gleichspannungsanschluss entspricht einem Eingang und ist eingerichtet, mit einem Gleichrichter verbunden zu werden. Der zweite Gleichspannungsanschluss dient zur Anbindung des Akkumulators, insbesondere des Traktionsakkumulators des Fahrzeugbordnetzes. Der zweite Gleichspannungsanschluss ist somit eingerichtet, mit einem Akkumulator, insbesondere mit einem Flochvoltakkumulator verbunden zu werden. Der zweite Gleichspannungsanschluss ist somit ein Akkumulatoranschluss.
Der erste Gleichspannungsanschluss ist eingerichtet, mit einem Gleichrichter verbunden zu werden, um von diesem die gleichgerichtete Ladespannung erhalten zu können. Dem ersten Gleichspannungsanschluss ist eine Konfigurationsschaltung nachgeschaltet. Der erste Gleichspannungsanschluss ist über die Konfigurationsschaltung mit mehreren Gleichspannungswandlern verbunden, insbesondere mit deren Eingang. Die Gleichspannungswandler sind galvanisch trennend. Mittels der Konfigurationsschaltung können die Wandler und insbesondere deren Zwischenkreiskondensatoren ausgewählt parallel oder seriell miteinander verbunden werden. Auf diese Weise kann etwa bei einer hohen Eingangsspannung eine serielle Konfiguration der Wandler vorgesehen werden, sodass deren Zwischenkreiskondensatoren jeweils nur die Hälfte der gesamten Eingangsspannung erhalten. Zur Erhöhung der Kapazität werden die Wandler parallel miteinander verbunden, wenn die Eingangsspannung am ersten Gleichspannungsanschluss im Vergleich hierzu niedrig ist. Die Konfigurationsschaltung weist einen ersten und einen zweiten Schalter auf. Zwischen diesen beiden Schaltern ist ein Umschalter vorgesehen. Der Umschalter weist zwei Schaltpositionen auf. In der ersten Schaltposition verbindet der Umschalter den ersten Schalter und den zweiten Schalter über eine Diodenvorrichtung. In der zweiten Schaltposition verbindet der Umschalter den ersten Schalter und den zweiten Schalter über einen Widerstand. Die Diodenvorrichtung dient zur Anbindung eines Neutralleiterpotentials, insbesondere wenn einphasig geladen wird, das heißt wenn ein vorgeschalteter Gleichrichter mit einer einphasigen Wechselspannung beaufschlagt wird. Der Widerstand dient zur Strombegrenzung beim Entladen oder Vorladen der Kondensatoren der Gleichspannungswandler.
Die Gleichspannungswandler sind mit dem ersten und mit dem zweiten Schalter verbunden. Die Gleichspannungswandler sind somit mit der Konfigurationsschaltung verbunden, jedoch auf unterschiedliche Weise. Die Gleichspannungswandler sind bei Vorliegen der ersten Schaltposition des Umschalters mit dem ersten und dem zweiten Schalter verbunden. Mit anderen Worten verbindet der Umschalter in der ersten Schaltposition die Gleichspannungswandler mit den Schaltern (dem ersten und dem zweiten Schalter) der Konfigurationsschaltung. Die Verbindung zwischen den Wandlern und den Schaltern ist kreuzweise. Hierbei ist der erste Gleichspannungswandler mit dem zweiten Schalter der Konfigurationsschaltung verbunden und der zweite Wandler ist mit dem ersten Schalter der Konfigurationsschaltung verbunden.
Der Umschalter verbindet in der ersten Schaltposition über den ersten und zweiten Schalter in deren geschlossenem Zustand die Gleichspannungswandler parallel miteinander. Der Umschalter in der ersten Schaltposition und die beiden Schalter in einem offenen Zustand verbinden die Gleichspannungswandler über die Diodenvorrichtung seriell miteinander. Die geschlossene Position der ersten und zweiten Schalter wird auch als erste Konfigurationsposition bezeichnet. Die offene Position der ersten und zweiten Schalter wird als zweite Konfigurationsposition bezeichnet. Der Umschalter in der ersten Schaltposition und die Schalter in der ersten Konfigurationsposition verbinden die Gleichspannungswandler parallel miteinander (insbesondere in direkter Weise). Der Umschalter in der ersten Schaltposition und die Schalter in der zweiten Konfigurationsposition verbinden die Gleichspannungswandler über die Diodenvorrichtung und somit nicht direkt.
Der Umschalter weist einen Mittelanschluss auf sowie zwei wählbare Kontakte, von denen (je nach Schaltstellung) einer mit dem Mittelanschluss verbunden sind. Die wählbaren Kontakte können auch als wählbare Anschlüsse bezeichnet werden. Der erste Schalter und der zweite Schalter können als einfache Schließer oder Öffner konzipiert sein. Jeder Schalter ist jeweils mit einem der Potentiale des ersten Gleichspannungsanschlusses verbunden. Der erste Schalter ist über die Diodenvorrichtung mit dem Umschalter verbunden, insbesondere mit einem ersten der wählbaren Kontakte. Der erste Schalter ist über den Widerstand mit dem zweiten der wählbaren Kontakte des Umschalters verbunden (das heißt der erste Schalter ist über den Widerstand mit dem Umschalter verbunden). Der zweite Schalter ist mit dem Mittelanschluss des Umschalters verbunden. Der erste Schalter verbindet ein erstes Potential des ersten Gleichspannungsanschlusses schaltbar mit einem Verbindungspunkt. Die Diodenvorrichtung ist über den Verbindungspunkt mit dem Widerstand verbunden. Die Diodenvorrichtung verbindet den Verbindungspunkt mit dem ersten wählbaren Kontakt des Umschalters. Der Widerstand verbindet den Verbindungspunkt (das heißt den ersten Schalter) mit dem zweiten der wählbaren Kontakte des Umschalters. Der zweite Schalter verbindet schaltbar den Mittelanschluss des Umschalters mit dem zweiten Potential des Gleichspannungsanschlusses.
Der erste Schalter verbindet das erste Potential des ersten Gleichspannungsanschlusses schaltbar mit einem der beiden Pfade, die mittels des Umschalters gewählt werden können, und die (gewählt) einzeln den ersten Schalter mit dem Umschalter und somit mit dem zweiten Schalter verbinden. Der erste Pfad umfasst die Diodenvorrichtung und der zweite Pfad umfasst den Widerstand. Wie erwähnt kann mittels des Umschalter derjenige Pfad gewählt werden, über den der Umschalter den ersten Schalter mit dem zweiten Schalter seriell verbindet. Die Gleichspannungswandler sind mit unterschiedlichen Seiten der Pfade verbunden. Der zweite Schalter ist über den Umschalter und über die vom Umschalter aus zum ersten Schalter parallel verlaufenden beiden Pfade mit dem ersten Schalter verbunden. Die beiden Pfade sind an deren Verbindung mit dem ersten Schalter miteinander verbunden. Insbesondere sind die Spannungswandler mit verschiedenen Schaltern (der erste und zweite Schalter) verbunden. Zwischen den Verbindungspunkten der Gleichspannungswandler mit der Konfigurationsschaltung (abgesehen von den Verbindungen der Wandler mit den Potentialen des ersten Gleichspannungsanschlusses) befinden sich der Umschalter und die Diodenvorrichtung sowie der Widerstand. Insbesondere sind zwischen diesen Punkten der Umschalter sowie die beiden Pfade, die die Diodenvorrichtung bzw. den Widerstand umfassen, vorgesehen.
Die Diodenvorrichtung umfasst vorzugsweise zwei Dioden. Diese sind über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden, insbesondere in Reihe miteinander. Die zwei Dioden sind in gleicher Richtung miteinander verbunden. Die Durchlassrichtung der ersten Diode entspricht daher der Durchlassrichtung der zweiten Diode, wobei sich dies auf die Endpunkte der Diodenvorrichtung bzw. auf die Enden der Reihenschaltung der beiden Dioden bezieht. Bezogen auf die Potentiale des Gleichspannungsanschlusses sind die Dioden der Diodenvorrichtung in Sperrrichtung geschaltet. Insbesondere sperren die Dioden der Diodenvorrichtung in einer Richtung, die vom zweiten Schalter zum ersten Schalter führt bzw. vom Umschalter zum ersten Schalter führt, sofern der erste Schalter an einem positiven Versorgungspotential des
Gleichspannungsanschlusses angeschlossen ist und der zweite Schalter an einem negativen Potential des Gleichspannungsanschlusses angeschlossen ist.
Die Gleichspannungswandlerschaltung weist ferner einen Neutralleiteranschluss auf. Dieser ist eingerichtet mit einem Neutralleiter einer Wechselspannung (die an einen der Gleichspannungswandlerschaltung vorschaltbaren Gleichrichter angeschlossen werden kann) verbunden zu werden. Die Diodenvorrichtung umfasst zwei Dioden, die über den Verbindungspunkt miteinander verbunden sind, wobei der Neutralleiteranschluss mit dem Verbindungspunkt verbunden ist. Der Neutralleiteranschluss ist somit an einem Punkt zwischen den beiden Dioden angeschlossen. Dies dient beim mehrphasigen Laden zur Ableitung von unsymmetrischen Strömen.
Die konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung kann einen Bordnetzzweiganschluss aufweisen. Dieser ist eingerichtet, mit Komponenten eines Bordnetzzweigs verbunden zu werden. Der Bordnetzzweig ist mit den Gleichspannungswandlern verbunden, insbesondere mit derjenigen Seite der Gleichspannungswandler, die der Konfigurationsschaltung (und somit dem ersten Gleichspannungsanschluss) verbunden ist. Die von dem ersten Gleichspannungsanschluss abgewandten Seiten der Gleichspannungswandler sind miteinander verbunden, insbesondere in paralleler Form. Diese parallele Verbindung ist wiederum mit dem Bordnetzzweiganschluss verbunden. Die vom ersten Gleichspannungsanschluss abgewandten Seiten der Gleichspannungswandler können auch seriell miteinander verbunden sein.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Gleichspannungswandler jeweils Zwischenkreiskondensatoren aufweisen, insbesondere an den Seiten der Gleichspannungswandler, die der Konfigurationsschaltung bzw. dem ersten Gleichspannungsanschluss zugewandt sind. Die Zwischenkreiskondensatoren sind parallel mit den jeweiligen Seiten der Gleichspannungswandler verbunden bzw. verbinden sich in Parallelschaltung verbunden mit den Anschlüssen der jeweiligen Wandler, die mit der Konfigurationsschaltung verbunden sind. Die Seiten der Gleichspannungswandler, die dem ersten Gleichspannungsanschluss bzw. der Konfigurationsschaltung zugewandt sind, können auch als Eingangsseiten bezeichnet werden. Die entgegengesetzten Seiten der Wandler können als Ausgangsseiten bezeichnet werden. Die Ausgangsseiten sind parallel miteinander verbunden und sind ferner mit dem Bordnetzzweiganschluss verbunden. Die Eingangsseiten der Gleichspannungswandler sind jeweils mit einem Parallelkondensator versehen, der als Zwischenkreiskondensator fungiert. Die Eingangsseiten der Gleichspannungswandler sind mit der Konfigurationsschaltung verbunden. Die konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung kann ferner eine Steuerung aufweisen. Diese ist ansteuernd mit dem Umschalter, dem ersten Schalter und dem zweiten Schalter verbunden. Die Steuerung umfasst mindestens einen der folgenden Modi: einen Versorgungsmodus, in welchem der Umschalter in der ersten Schaltposition ist, und einen Vorlade-/Entlademodus, in dem der Umschalter in der zweiten Schaltposition ist. Mit anderen Worten stellt die Steuerung im Umschalter in den Versorgungsmodus derart ein, dass dieser die beiden Schalter miteinander verbindet über die Diodenvorrichtung. In dem Vorlade-/Entlademodus verbindet der Umschalter den ersten Schalter mit dem zweiten Schalter über den Widerstand. In der ersten Schaltposition wird daher vom Umschalter derjenige Pfad ausgewählt, welcher den ersten Schalter über den zweiten Schalter über die Diodenvorrichtung verbindet. In dem Vorlade-/Entlademodus wird von dem Umschalter derjenige Pfad ausgewählt, welcher den ersten Schalter mit dem zweiten Schalter über den Widerstand verbindet. Der im Versorgungsmodus gewählte Pfad führt über die Diodenvorrichtung. Der im Vorlade-/Entlademodus gewählte Pfad führt über den Widerstand.
Wie erwähnt kann, wenn der Umschalter den ersten Schalter mit dem zweiten Schalter über den Widerstand verbindet, mittels der Schalterstellung des ersten und zweiten Schalters ausgewählt werden, ob der Widerstand zum Laden oder zum Entladen verwendet wird. Somit kann der Vorlade-/Entlademodus einen ersten Untermodus aufweisen in Form eines DC-Vorlademodus. In diesem Vorlademodus wird mittels der am zweiten Gleichspannungseingang vorliegenden Spannung (des Akkumulators) der jeweilige Zwischenkreiskondensator der Gleichspannungswandler aufgeladen. In den DC-Vorlademodus ist die Steuerung eingerichtet, einen Trennschalter zu schließen, der den zweiten Gleichspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss schaltbar verbindet. Dieser Trennschalter ist dem zweiten Gleichspannungsanschluss vorgeschaltet und dient zur schaltbaren Abtrennung des zweiten Gleichspannungsanschlusses. Da der Umschalter den zweiten Schalter über den Widerstand mit dem ersten Schalter verbindet ergibt sich dadurch ein Stromfluss von dem zweiten Gleichspannungsanschluss über den geschlossenen Trennschalter zu den Zwischenkreiskondensatoren, wobei die Höhe des Stromflusses durch den Widerstand begrenzt ist. In dem DC-Vorlademodus werden die Zwischenkreiskondensatoren mittels einer Gleichspannungsquelle geladen.
Alternativ oder in Kombination hierzu kann die Steuerung auch für einen AC-Vorlademodus ausgerüstet sein. Hierbei umfasst der Vorlade-/Entlademodus einen zweiten Untermodus in Form eines AC-Vorlademodus. In diesem steuert die Steuerung einen AC-Schalter an, der dem ersten Gleichspannungsanschluss vorgeschaltet ist oder zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und der Konfigurationsschaltung bzw. den Gleichspannungswandlern vorgesehen ist. Auf diese Weise wird eine Spannung, die sich durch Gleichrichten an der Konfigurationsschaltung bzw. an den Wandlern ergibt, zum Vorladen verwendet, wobei der Vorladestromfluss durch den Widerstand begrenzt ist. Um den AC-Vorlademodus anzusteuern gibt die Steuerung einen AC-Vorladesignal ab, das den betreffenden Schalter (AC) schließt, der der Konfigurationsschaltung bzw. dem ersten Gleichspannungsanschluss vorgeschaltet ist. Der AC-Schalter ist nicht notwendigerweise Teil der Gleichspannungswandlerschaltung, sondern kann auch zwischen der Gleichspannungswandlerschaltung und einem vorgeschalteten Gleichrichter vorgesehen sein, oder auch zwischen einem vorgeschalteten Gleichrichter und einem Wechselspannungsanschluss. Der DC-Vorlademodus kann auch als Gleichspannungs-Vorlademodus bezeichnet werden. Der AC-Vorlademodus kann auch als Wechselspannung-Vorlademodus bezeichnet werden. Der DC-Vorlademodus und der AC-Vorlademodus schließen sich gegenseitig aus. In dem AC-Vorlademodus werden die Kondensatoren mit einer gleichgerichteten Wechselspannung geladen.
Wie erwähnt kann mit der hier angegebenen Schaltung auch ein Entlademodus realisiert werden, wobei der Widerstand als Strombegrenzungselement dient. Die Steuerung kann für einen ersten Entlademodus ausgestattet sein, bei dem die Steuerung einen Trennschalter in offenem Zustand vorsieht, der den zweiten Gleichspannungsanschluss von dem ersten Gleichspannungsanschluss schaltbar trennt. Die Steuerung ist eingerichtet, in diesem Modus denjenigen Trennschalter zu öffnen, der dem zweiten Gleichspannungsanschluss vorgeschaltet ist, und der den zweiten Gleichspannungsanschluss schaltbar mit den Wandlern bzw. der Konfigurationsschaltung verbindet. Alternativ oder in Kombination hiermit kann die Steuerung eingerichtet sein, in dem ersten Entlademodus einen AC-Schalter, der den ersten Gleichspannungsanschluss mit der Konfigurationsschaltung bzw. den Wandler verbindet, oder der dem ersten Gleichspannungsanschluss vorgeschaltet ist (entweder zwischen Gleichrichter und Gleichspannungsanschluss oder zwischen Wechselspannungsanschluss und Gleichrichter), in einem offenen Zustand vorzusehen oder diesen zu öffnen. Vorzugsweise sind in ersten Entlademodus sowohl der AC-Schalter als auch der Trennschalter geöffnet, sofern diese vorliegen.
Die Entlademodi und die Vorlademodi schließen sich gegenseitig aus. In dem Vorlademodus oder in den Vorlademodi ist der Umschalter in der zweiten Schaltposition, das heißt der Umschalter ist hierbei in einer Position, in dem dieser den Widerstand mit dem zweiten Schalter verbindet. In dem Vorlademodus wird der Trennschalter zwischen dem zweiten Gleichspannungsanschluss und den Wandlern bzw. der Konfigurationsschaltung geschlossen. Zum Ende des Vorlademodi wird der Umschalter in Schaltposition 1 (vgl. Figur 1 ) gebracht. Zum Ende des Vorlademodus bzw. der Vorlademodi wird von der Steuerung der Umschalter in eine Position gebracht, in dem dieser den zweiten Schalter mit der Diodenvorrichtung verbindet. Dies kann auch vor Beginn einer Ladephase geschehen. Zum Entladen werden der Trennschalter und/oder der AC-Schalter (jeweils falls vorhanden) geöffnet. Vorzugsweise danach wird der Umschalter in die zweite Schaltposition gebracht, das heißt der Umschalter wird danach in eine Schaltposition gebracht, in dem dieser den zweiten Schalter mit dem Widerstand verbindet. Der erste und der zweite Schalter werden zum Entladen geschlossen. Der erste und der zweite Schalter werden zum Vorladen geöffnet. In dem Vorlademodus oder den Vorlademodi sind der erste und der zweite Schalter geöffnet. In dem Entlademodus oder den Entlademodi ist der erste Schalter geschlossen und der zweite Schalter ebenso. Die Steuerung ist eingerichtet, diese Schaltstellungen einzustellen.
In dem Entlademodus oder den Entlademodi werden der erste und der zweite Schalter erst dann geschlossen, wenn der Umschalter nicht mehr in der ersten Schaltposition ist (in dem dieser den zweiten Schalter mit der Diodenvorrichtung verbindet), sondern vorzugsweise erst dann, wenn der Umschalter den zweiten Schalter mit dem Widerstand verbindet bzw. der Umschalter sich in der zweiten Schaltposition befindet. Die Steuerung ist eingerichtet, diese Reihenfolge zu realisieren.
Weiterhin wird ein Fahrzeugbordnetz beschrieben, das eine Gleichspannungswandlerschaltung aufweist, wie sie hier beschrieben ist. Das Fahrzeugbordnetz weist darüber hinaus einen Gleichrichter und einen Wechselstromanschluss auf. Der Wechselstromanschluss ist über den Gleichrichter mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (direkt oder indirekt etwa über Filter) verbunden. Es handelt sich hierbei um den ersten Gleichspannungsanschluss, der Teil der Gleichspannungswandlerschaltung ist. Das Fahrzeugbordnetz weist ferner einen Akkumulator auf, der über einen Trennschalter (insbesondere einen der vorangehend genannten Trennschalter) mit dem ersten Gleichspannungsanschluss verbunden ist. Das Fahrzeugbordnetz kann ferner einen AC-Schalter aufweisen, der sich zwischen Wechselstromanschluss und Gleichrichter und bei dem sich zwischen Gleichrichter und dem ersten Gleichspannungsanschluss befindet.
Weiterhin kann wie erwähnt der AC-Schalter auch zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und der Konfigurationsschaltung bzw. den Wandlern vorgesehen sein (insbesondere in Reihenschaltung). Der Akkumulator ist vorzugsweise ein Flochvolt-Akkumulator und kann als Traktionsakkumulator eingerichtet sein. Der Akkumulator ist insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator. Der Akkumulator weist vorzugsweise eine Nennspannung von mindestens 60 Volt, insbesondere von mindestens 100 Volt, 200 Volt, 400 Volt oder 800 Volt auf. In einer Ausführungsform weist der Akkumulator eine Nennspannung von mindestens 800 Volt auf. Der AC-Schalter kann auch realisiert sein von dem Gleichrichter, der als steuerbarer Gleichrichter ausgebildet sein kann, wobei die Funktion eines AC-Schalters dadurch realisiert wird, dass der Gleichrichter inaktiv geschaltet wird, und die Funktion eines geschlossenen AC-Schalters von einem aktiven bzw. gesteuert Gleichrichter realisiert wird. Der Gleichrichter kann als Diodenbrückenschaltung ausgebildet sein, insbesondere als Diodenvollbrücke, kann insbesondere mehrphasig ausgestaltet sein (mit einer Phasenanzahl vorzugsweise entsprechend der Phasenanzahl der
Wechselspannungsanschlusses), oder kann als Leistungsfaktorkorrekturfilter wie einem Vienna-Filter ausgebildet sein.
Das Fahrzeugbordnetz kann mindestens eine elektrische Komponente aufweisen, die an die Seite der Gleichspannungswandler angeschlossen ist, welche derjenigen Seite der Wandler entgegengesetzt ist, an die der erste Gleichspannungsanschluss angeschlossen ist. Mit anderen Worten kann die mindestens eine elektrische Komponente an die Seite der Gleichspannungswandler angeschlossen werden, die dem ersten Gleichspannungsanschluss abgewandt ist. Die Komponente kann somit an der Ausgangsseite der Gleichspannungswandler vorgesehen sein. Die mindestens eine elektrische Komponente dient insbesondere als Platzhalter für ein Fahrzeugbordnetzzweig, der von den Wandlern versorgt wird. Die mindestens eine elektrische Komponente kann einen elektrischen Antrieb aufweisen. Dieser wird dann über die Gleichspannungswandler ausgehend von dem Akkumulator versorgt.
Das Fahrzeugbordnetz kann eine Steuerung aufweisen, insbesondere eine Steuerung, wie sie vorangehend im Rahmen der Beschreibung der Gleichspannungswandlerschaltung erörtert wurde. Die Steuerung kann eingerichtet sein, in einem ersten Untermodus in Form eines DC-Vorlademodus (insbesondere entsprechend dem vorangehend genannten DC-Vorlademodus), in welchen die Steuerung den Trennschalter schließt, welcher den Akkumulator mit dem ersten Gleichspannungsanschluss schaltbar verbindet. In dem ersten Untermodus in Form des DC-Vorlademodi steuert die Steuerung somit den Trennschalter mit einem geschlossenen Zustand an. Der Vorlade-/Entlademodus kann einen zweiten Untermodus aufweisen, insbesondere den vorangehend genannten zweiten Untermodus. Dieser Untermodus ist in Form des AC-Vorlademodi, in welchem die Steuerung dem AC-Trennschalter schließt, der sich zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und dem Wechselspannungsanschluss befindet. Die Steuerung ist somit eingerichtet, in den Vorlademodi oder in dem Vorlademodus den Trennschalter derart anzusteuern, dass dieser geschlossen ist. Hierbei handelt es sich entweder um den Trennschalter zwischen den zweiten Gleichspannungsanschluss und den Wandlern bzw. der Konfigurationsschaltung, oder um einen Trennschalter, der dem ersten Gleichspannungsanschluss vorgeschaltet ist (oder der sich zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und der Konfigurationsschaltung befindet).
Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der hier beschriebenen konfigurierbaren Gleichspannungswandlerschaltung sowie des hier beschriebenen Fahrzeugbordnetzes.
Das Fahrzeugbordnetz FB umfasst einen Wechselspannungseingang AC, der Phasenkontakte und einen Neutralleiterkontakt umfasst. Die Phasenanschlüsse sind dreiphasig. Ein Gleichrichter GR des Fahrzeugbordnetzes FB verbindet den Wechselspannungseingang AC mit der konfigurierbaren Gleichspannungswandlerschaltung KS. Diese weist hierzu einen Neutralleiteranschluss NA auf. Dieser ist mit dem Neutralleiterkontakt NL verbunden. Ferner weist die Gleichspannungswandlerschaltung KS einen ersten Gleichspannungsanschluss A1 auf, der zwei (Gleichspannungs-)Potentiale P, N umfasst. Das Potential P ist das positive Versorgungspotential. Das Potential N ist das negative Versorgungspotential.
Eine Konfigurationsschaltung ist parallel an diese Potentiale P, N bzw. an den ersten Gleichspannungsanschluss A1 angeschlossen. Die Konfigurationsschaltung umfasst einen ersten Schalter S1 , einen zweiten Schalter S2 und einen Umschalter UM, der zwischen diesen Schaltern S1 , S2 angeschlossen ist. Neben dem Umschalter UM ist zum einen eine Diodenvorrichtung D und zum anderen ein Widerstand R zwischen den Umschalter und dem ersten Schalter S1 angeschlossen. Ein Verbindungspunkt P1 zwischen der Diodenvorrichtung D und dem Widerstand R ist zum Anschluss des ersten Schalters S1 vorgesehen. Dieser Verbindungspunkt P1 ist über den ersten Schalter S1 mit dem positiven Potential P des ersten Gleichspannungsanschluss A1 verbunden. Der Umschalter UM weist einen Mittelanschluss P2 auf, der über den zweiten Schalter K2 mit dem Neutralleiter N verbunden ist. Die Diodenvorrichtung D weist zwei Dioden D1 , D2 auf, die über einen Verbindungspunkt M der Diodenvorrichtung D miteinander verbunden sind. Dieser Verbindungspunkt M ist mit dem Neutralleiteranschluss NA der Gleichspannungswandlerschaltung KS verbunden.
Der Umschalter UM weist zwei Schaltpositionen 1 und 2 auf. In der Schaltposition 1 verbindet der Umschalter den zweiten Schalter mit der Diodenvorrichtung D. In der zweiten Schaltposition 2 des Umschalters UM verbindet der Umschalter UM den zweiten Schalter S2 mit dem Widerstand R. Der Widerstand R ist zwischen der zweiten Schaltposition und dem ersten Schalter bzw. dem Verbindungspunkt P1 angeschlossen. Die Diodenvorrichtung D ist zwischen der ersten Schaltposition und dem ersten Schalter S1 bzw. dem Verbindungspunkt P1 angeschlossen. Hierbei entspricht die Schaltposition dem Kontakt, der verbunden wird. Die Diodenvorrichtung D umfasst zwei einzelne Dioden D1 , D2, die in Reihenschaltung miteinander verbunden sind, und deren Durchlassrichtung die gleiche Richtung weist. Gegenüber dem positiven Potential P und dem negativen Potential N sind die Dioden D1 , D2 der Diodenvorrichtung in Sperrrichtung angeschlossen.
Die Gleichspannungswandlerschaltung KS umfasst zwei Gleichspannungswandler W1 , W2, deren Ausgänge parallel miteinander verbunden sind. Dies betrifft die Seite der Wandler W1 , W2, die der Konfigurationsschaltung bzw. dem ersten Gleichspannungsanschluss A1 entgegengesetzt ist. Die Gleichspannungswandler W1 , W2 sind galvanisch trennende Gleichspannungswandler und weisen insbesondre einen Transformator (sowie einen primärseitigen Zerhacker und einen sekundärseitigen Gleichrichter) auf. Insbesondere umfassen die Gleichrichter W1 , W2 jeweils einen Zwischenkreiskondensator C1 , C2 an derjenigen Seite, die mit dem ersten Gleichspannungsanschluss bzw. mit der Konfigurationsschaltung verbunden ist. Ein erster (positiver) Anschluss des ersten Wandlers W1 ist mit dem positiven Potential P verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Wandlers W1 ist mit dem Verbindungspunkt P2 zwischen dem zweiten Schalter S2 und dem Umschalter UM verbunden. Der zweite Wandler W1 weist einen ersten Anschluss auf, der mit dem Verbindungspunkt P1 bzw. mit dem ersten Schalter S1 verbunden ist. Der erste Anschluss des zweiten Wandlers W1 ist somit über den ersten Schalter S1 mit dem positiven Potential verbunden. Der zweite Anschluss des ersten Wandlers ist hingegen über den zweiten Schalter S2 mit dem negativen Potential verbunden. Der zweite Wandler W2 umfasst ferner einen zweiten Anschluss, der mit dem negativen Potential N verbunden ist. Somit sind die beiden Wandler W1 , W2 über Kreuz mit der Wandlerschaltung verbunden.
Die Wandlerschaltung umfasst wie erwähnt neben dem ersten und dem zweiten Schalter S1 , S2 den Umschalter UM sowie die Diodenvorrichtung D. Um eine Vorladung oder Entladung zu realisieren umfasst die Konfigurationsschaltung ferner einen Widerstand R, der wie erwähnt den ersten Schalter S1 mit dem Umschalter verbindet. Der Umschalter UM kann dadurch einstellen, ob der zweite Schalter S2 über die Diodenvorrichtung mit dem ersten Schalter verbunden ist, oder über den Widerstand R. Der Widerstand R kann auch als Entlade- oder auch als Vorladewiderstand bezeichnet werden.
Ein zweiter Gleichspannungsanschluss A2 ist über einen Trennschalter T mit den Potentialen P, N des ersten Gleichspannungsanschlusses A1 verbunden. Ein dritter Gleichspannungsanschluss A3 dient zur Anbindung von mindestens einer Komponente KO des Fahrzeugbordnetzes FB. Der dritte Gleichspannungsanschluss A3 ist an die Seite der Wandler W1 , W2 angeschlossen, die der Konfigurationsschaltung bzw. dem ersten Gleichspannungsanschluss entgegengesetzt ist. Der dritte Spannungsanschluss ist an die Parallelschaltung der Ausgänge der Wandler W1 , W2 angeschlossen.
Eine Steuerung ST ist ansteuernd mit dem ersten und dem zweiten Schalter S1 , S2 sowie mit dem Umschalter UM und dem Trennschalter T verbunden. Ferner kann die Steuerung ansteuernd mit einem Schalter verbunden sein, der sich zwischen dem Wechselspannungsanschluss AC und dem Gleichrichter GR befindet, oder der sich zwischen dem Gleichrichter und dem ersten Gleichspannungsanschluss A1 befindet, oder der sich zwischen dem Gleichspannungsanschluss A1 und der Konfigurationsschaltung befindet.
Sind die Wandler parallel miteinander zu verbinden, so ist der Umschalter in der Position 1 und der erste und der zweite Schalter S1 , S2 sind geschlossen (das heißt in Stellung K1 ). Sind die Wandler W1 , W2 seriell zu verbinden, dann sind die Schalter S1 , S2 in der Position K2, das heißt in offenem Zustand. In diesem Fall sind die Wandler W1 , W2 über die Dioden D1 , D2 bzw. die Diodenvorrichtung D miteinander in Serie verbunden. Die Serienschaltung wird vorgesehen, wenn an den Wechselspannungsanschluss AC drei Phasen aktiv angeschlossen sind und der Gleichrichter auch alle drei Phasen betreibt. Die Parallelschaltung wird vorgesehen, wenn nur einphasig geladen wird, das heißt wenn nur eine Phase an dem Wechselspannungsanschluss AC anliegt, oder wenn der Gleichrichter in einphasigem Betrieb ist (und so nur eine Phase aktiviert hat).
In einem DC-Vorlademodus wird der Trennschalter T geschlossen, sodass über den zweiten Gleichspannungsanschluss A2 die Zwischenkreiskondensatoren C1 und C2 der Wandler W1 und W2 geladen werden können über den Widerstand R. Hierbei befindet sich der Umschalter UM in der Position 2. Der erste und der zweite Schalter S1 , S2 können hierbei offen sein, sodass sich an jedem der Kondensatoren die halbe Spannung (bezogen auf die Spannung am zweiten Gleichspannungsanschluss A2) vorliegt. Die Schalter S1 und S2 können hierbei jedoch auch geschlossen sein, sodass die volle Spannung am Gleichspannungsanschluss A2 auch jeweils an den Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 anliegt. Ein AC-Trennschalter ist dann in offenem Zustand, sodass nur über den zweiten Gleichspannungsanschluss und dessen Trennschalter T eine Vorladespannung eingebracht werden kann. In einem AC-Vorlademodus ist der Trennschalter T geöffnet und ein AC-Schalter (soweit vorhanden) geschlossen, sodass ausgehend von der Wechselspannung am Wechselspannungseingang AC eine gleichgerichtete Spannung am ersten Gleichspannungsanschluss A2 erzeugt werden kann. Mittels dieser wird dann über den Widerstand R ein Vorladestrom vorgesehen, mit dem die Kondensatoren C1 und C2 geladen werden. Auch hierbei befindet sich der Umschalter in der Position 2. Hierbei können wie erwähnt die Schalter S1 , S2 geschlossen sein (Stellung K1) oder offen sein (Stellung K2), je nachdem ob die Kondensatoren zur Vorladung in Reihe oder parallel miteinander verbunden werden sollen. Die gestrichelt dargestellten Komponenten sind nur Teil des Fahrzeugbordnetzes und sind nicht Teil der Gleichspannungswandlerschaltung. Die Anschlüsse A1 , A2, A3 dienen zum Anschluss der gestrichelten Komponenten, die nur Teil des Fahrzeugbordnetzes FB sind, jedoch nicht der Gleichspannungswandlerschaltung KS.
Der oben beschriebene AC-Schalter dient als Wechselspannungs-Trennschalter und kann als solcher bezeichnet werden. Da für diesen zahlreiche Orte in Frage kommen (zwischen AC und GR, zwischen GR und A1 oder zwischen A1 und Anschluss der Konfigurationsschaltung) ist zur besseren Übersichtlichkeit der AC-Schalter nicht an einer bestimmten Position dargestellt.
Weiterhin kann die Steuerung eingerichtet sein, die betreffenden Trennschalter zu öffnen, wenn eine Ziel-Vorladespannung oder eine Ziel-Entladespannung erreicht ist.

Claims

Patentansprüche
1. Konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung (KS) mit einem ersten Gleichspannungsanschluss (A1) und einem zweiten Gleichspannungsanschluss (A2), wobei der erste Gleichspannungsanschluss (A1) über eine Konfigurationsschaltung mit mehreren galvanisch trennenden Gleichspannungswandlern (W1 , W2) verbunden ist, wobei die Konfigurationsschaltung einen ersten und einen zweiten Schalter (S1, S2) aufweist, zwischen denen ein Umschalter (UM) vorgesehen ist, der in einer ersten Schaltposition (1) über eine Diodenvorrichtung (D) den ersten Schalter (S1) und den zweiten Schalter (S2) miteinander verbindet und in einer zweiten Schaltposition (P2) über einen Widerstand (R) den ersten Schalter (S1 ) und den zweiten Schalter (S2) miteinander verbindet, wobei die Gleichspannungswandler (W1, W2) mit dem ersten und dem zweiten Schalter (S1, S2) verbunden sind und bei Vorliegen der ersten Schaltposition (1) des Umschalters (UM) der erste und der zweite Schalter (S1 , S2) in einer ersten Konfigurationsposition (K1 ) geschlossen sind und die Gleichspannungswandler (W1, W2) parallel miteinander verbinden, und bei Vorliegen der ersten Schaltposition (1) des Umschalters (UM) der erste und der zweite Schalter (S1 , S2) in einer zweiten Konfigurationsposition (K2), bei der der erste und der zweite Schalter (S1 , S2) geöffnet sind, die Gleichspannungswandler (W1, W2) über die Diodenvorrichtung (D) seriell miteinander verbunden sind.
2. Konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung (KS) nach Anspruch 1 , wobei die Diodenvorrichtung (D) zwei Dioden (D1, D2) aufweist, die über einen Verbindungspunkt (M) miteinander verbunden sind, wobei die Gleichspannungswandlerschaltung (KS) ferner einen Neutralleiteranschluss (NA) aufweist, der mit dem Verbindungspunkt (M) verbunden ist.
3. Konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung (KS) nach Anspruch 1 oder 2, der ferner einen Bordnetzzweiganschluss (A3) verfügt, der mit den Gleichspannungswandlern (W1 , W2) auf der Seite der Gleichspannungswandler (W1, W2) verbunden ist, die der Konfigurationsschaltung abgewandt ist.
4. Konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung (KS) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die Gleichspannungswandler (W1 , W2) jeweils mit Zwischenkreiskondensatoren (C1, C2) versehen sind, die jeweils parallel mit der Seite der Gleichspannungswandler (W1 , W2) verbunden sind, die mit der Konfigurationsschaltung verbunden ist.
5. Konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung (KS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner einer Steuerung (ST) umfasst, die ansteuernd mit dem Umschalter (UM), dem ersten Schalter (S1) und dem zweiten Schalter (S2) verbunden ist, und die mindestens einen der folgenden Modi umfasst: einen Versorgungsmodus, in dem der Umschalter (UM) in der ersten Schaltposition (1) ist, einen Vorlade-/Entlademodus, in dem der Umschalter (UM) in der zweiten Schaltposition (2) ist.
6. Konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung (KS) nach Anspruch 5, wobei der Vorlade-/Entlademodus einen ersten Untermodus in Form eines DC-Vorlademodus umfasst, in dem die Steuerung (ST) einen mit der Steuerung (ST) ansteuernd verbundenen Trennschalter (T) schließt, der den zweiten Gleichspannungsanschluss (A2) mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (A1) schaltbar verbindet, und/oder der Vorlade-/Entlademodus einen zweiten Untermodus in Form eines AC-Vorlademodus umfasst, in dem die Steuerung (ST) an einem Ausgang der Steuerung ein AC-Vorladesignal abgibt, das einen mit der Steuerung ansteuernd verbundenen AC-Schalter, der dem ersten Gleichspannungsanschluss (A1) vorgeschaltet ist, schließt.
7. Konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung (KS) nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Vorlade-/Entlademodus einen ersten Entlademodus umfasst, in dem die Steuerung (ST) einen mit der Steuerung (ST) ansteuernd verbundenen Trennschalter (T) öffnet, der den zweiten Gleichspannungsanschluss (A2) von dem ersten Gleichspannungsanschluss (A1) schaltbartrennt, und/oder einen ersten Entlademodus umfasst, in dem die Steuerung (ST) an einem Ausgang der Steuerung ein AC-Entladesignal abgibt, das einen mit der Steuerung ansteuernd verbundenen AC-Schalter, der dem ersten Gleichspannungsanschluss (A1) vorgeschaltet ist, öffnet.
8. Konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung (KS) nach Anspruch 7, wobei der Vorlade-/Entlademodus einen zweiten Entlademodus umfasst, in dem die Steuerung (ST) dem die ersten und dem zweiten Schalter (S1 , S2) geschlossen sind, wobei die Steuerung eingerichtet ist, den zweite Entlademodus nach dem ersten Entlademodus einzustellen.
9. Fahrzeugbordnetz (FB), das eine konfigurierbare Gleichspannungswandlerschaltung (KS) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst, und das einen Gleichrichter (GR) und einen Wechselstromanschluss (AC) aufweist, der über den Gleichrichter (GR) mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (A1) der Gleichspannungswandlerschaltung (KS) verbunden ist, und das einen Akkumulator (B1) aufweist, der über einen Trennschalter (T) mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (A1) verbunden ist.
10. Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 9, das mindestens eine elektrische Komponente (KO) aufweist, die an die Seite der Gleichspannungswandlern (W1 , W2) angeschlossen ist, die derjenigen Seite der Gleichspannungswandlern (W1 , W2) entgegengesetzt ist, an welche der erste Gleichspannungsanschluss (A1) angeschlossen ist.
11. Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 9 oder 10 mit einer Steuerung (ST), die eingerichtet ist, in einem ersten Untermodus in Form eines DC-Vorlademodus den mit der Steuerung (ST) ansteuernd verbundenen Trennschalter (T) zu schließen, der den Akkumulator mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (A1 ) schaltbar verbindet, und/oder der
Vorlade-/Entlademodus einen zweiten Untermodus in Form eines AC-Vorlademodus umfasst, in dem die Steuerung (ST) einen AC-Trennschalter zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss (A1) und dem Wechselspannungsanschluss schließt.
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