WO2024110105A1 - Gleichspannungswandler, mehrspannungsnetz, elektrisches fahrzeug und verfahren zum betreiben eines mehrspannungsnetzes - Google Patents

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Thomas Kopp
Christoph VAN BOOVEN
Tine KONJEDIC
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Definitions

  • the present invention relates to a DC-DC converter, a multi-voltage network with a DC-DC converter, an electric vehicle and a method for operating a multi-voltage network.
  • a DC-DC converter (particularly if it allows or has galvanic isolation) can be used as an interface between a high-voltage network (or high-voltage on-board network) and a low-voltage network (or low-voltage on-board network).
  • a typical voltage level for a low-voltage on-board network can be 12V or 14V, for example, whereas a typical voltage level for a high-voltage on-board network can be significantly higher, e.g. 48V or even 400V.
  • the voltage levels of the high-voltage network (or high-voltage on-board network) and the low-voltage network (or low-voltage on-board network) are different, with the high-voltage network having a higher voltage level than the low-voltage network.
  • Typical tasks of a DC-DC converter can be the galvanic isolation of the high-voltage on-board network and the low-voltage on-board network, as well as supplying loads in the low-voltage on-board network and charging a battery in the low-voltage on-board network.
  • a DC-DC converter often enables cost-effective integration of other functions such as pre-charging and the active discharging of intermediate circuit capacitors.
  • precharging or charging in general
  • the DC link capacitor is to avoid a damaging inrush current that would be caused by directly connecting a high voltage battery to a partially or fully discharged DC link capacitor.
  • One possible solution to this is to use a special precharging contactor and a resistor to Limiting the current during the charging time of the intermediate circuit capacitor.
  • a disadvantage of this is the higher cost and the higher space requirement due to additional components, as well as the rather inefficient pre-charging process with high thermal load on the pre-charging resistor.
  • the use of a DC-DC converter with regenerative capability ie it can be operated bidirectionally
  • the reverse process of pre-charging the DC link capacitor is discharging the DC link capacitor.
  • a safe level e.g. below 60V
  • different approaches or solutions can be used.
  • an active switch with a discharge resistor can be connected in parallel to the DC link capacitor.
  • a DC-DC converter connected to the DC link capacitor and transferring energy to the low voltage network can be used.
  • a DC-DC converter with a first converter stage and a second converter stage is proposed.
  • the first converter stage which is intended for the low-voltage side, can in particular be designed to be galvanically isolated.
  • the second converter stage is intended for the high-voltage side.
  • the first converter stage and the second converter stage are connected to one another via an internal intermediate circuit capacitor.
  • the first converter stage which is designed for connection to the low-voltage side, has a positive low-voltage connection and a positive intermediate connection.
  • the first converter stage (and thus the entire DC-DC converter) can be connected to a positive connection of a low-voltage network via the positive low-voltage connection.
  • the first converter stage is connected to the internal intermediate circuit capacitor, to a positive connection there, via the positive intermediate connection.
  • connecting or “attaching” refers in particular to the presence or creation of an electrically conductive connection.
  • the second converter stage which is designed for connection to a high-voltage side, has a first, second and third positive terminal, which can be used as a first positive high-voltage terminal, a second positive high-voltage terminal and a positive intermediate terminal.
  • the DC-DC converter can be configured as required.
  • the first positive terminal may be configured as the first positive high voltage terminal
  • the second positive terminal may be configured as the second positive high voltage terminal
  • the third positive terminal may be configured as the intermediate positive terminal
  • the first positive terminal may be configured as the intermediate positive terminal
  • the second positive terminal may be configured as the second positive high voltage terminal
  • the third positive terminal may be configured as the first positive high voltage terminal.
  • the second converter stage is connected to the internal intermediate circuit capacitor via the positive intermediate connection.
  • the first positive high-voltage connection and the second positive high-voltage connection can then be connected to the high-voltage network or parts of it. Both configurations can be used, as will be explained in more detail later.
  • the first converter stage and/or the second converter stage - and thus also the DC-DC converter as such - can be designed to be bidirectional.
  • the DC-DC converter is designed to connect the third positive terminal of the second converter stage in a path, in particular via a control switch and an inductance, optionally to the first positive terminal or to the second positive terminal.
  • the third positive terminal of the second converter stage can be connected to the first positive terminal in a further path, in particular via a control switch and an inductance.
  • the positive intermediate connection of the second converter stage in one path can be connected either to the first positive high-voltage connection or to the second positive high-voltage connection.
  • the positive intermediate connection of the second converter stage would then be connected to the first positive high-voltage connection in the other path, for example.
  • the first converter stage can have a negative low-voltage connection and a negative intermediate connection
  • the second converter stage can have a negative high-voltage connection and a negative intermediate connection.
  • the negative high-voltage connection and the negative intermediate connection of the second converter stage and the negative intermediate connection of the first converter stage are connected to one another. This is a typical connection of the negative connections.
  • these negative connections are then connected to the internal intermediate circuit capacitor, in particular to a negative connection there.
  • the proposed DC-DC converter can be referred to as a three-pole two-stage DC-DC converter.
  • Such a DC-DC converter can be used in a multi-voltage network comprising a high-voltage network and a low-voltage network.
  • the high-voltage network and the low-voltage network are connected to one another by means of the DC-DC converter.
  • the proposed DC-DC converter enables various functions, for which various of the configurations mentioned (in terms of assignment or internal connections of the terminals) can be used.
  • the DC-DC converter enables a controlled pre-charging function of an intermediate circuit capacitor in the high-voltage network.
  • One task of the DC-DC converter is to transfer energy between the high-voltage and low-voltage networks.
  • the integration of the pre-charging function into existing hardware offers cost advantages as well as better use of the energy stored in the high-voltage battery (no power loss in the resistor).
  • pre-charging (or charging) from the high-voltage battery is not possible in conventional single-stage DC-DC converters with two terminals (i.e. a positive low-voltage terminal and a positive high-voltage terminal), since only one terminal supports the high voltage, while the other must usually remain galvanically isolated from the high-voltage circuits.
  • energy efficiency energy does not have to be transferred first from the high-voltage battery to the low-voltage battery and then from the low-voltage battery to the intermediate circuit capacitors; losses are incurred in each transfer.
  • there are no or fewer restrictions imposed by the grid architecture of an electric vehicle e.g. a low-voltage battery is no longer required.
  • the proposed DC-DC converter with particularly reconfigurable connections thus offers an efficient, cost-effective and widely applicable pre-charging concept that also enables future on-board networks of electric vehicles without energy storage on the low-voltage side.
  • the proposed two-stage DC-DC converter can pre-charge the intermediate circuit capacitor while supplying the low-voltage network without interruption; a function that is not available from previous DC-DC converters with integrated pre-charging function do not offer this.
  • the two converter stages can be controlled independently of each other.
  • the first converter stage which in particular ensures the galvanic isolation between high and low voltage circuits (ISO stage), can be permanently connected to the low voltage network and not involved in the pre-charging process, but can be involved in the active discharging process when energy is transferred to the low voltage battery. If the first converter stage is bidirectional, the DC-DC converter can also be used to charge from and discharge to the low voltage side (or a battery there).
  • the second converter stage (CTRL stage) can be permanently connected at one end to one of the high voltage connections of the high voltage network and at the other end to the ISO stage.
  • the second converter stage can be configured in normal DC-DC operation to provide either buck or boost conversion functions, as well as highest power and maximum capability while the second positive high voltage terminal is not powered.
  • the capability in normal DC-DC operation can be reduced and the voltage at the second positive high voltage terminal can be continuously controlled over the range from 0V to the voltage of the high voltage battery.
  • pre-charge mode is active and the voltage and current at the second positive high voltage terminal are controlled, normal DC-DC operation can be continued with limited maximum output power (thermal design limit) and unaffected voltage and load current control on the positive low voltage terminal (ie the control of power transfer from the high to the low voltage side is not affected).
  • the proposed DC-DC converter can also take over the active discharge function for the intermediate circuit capacitor. Due to its particularly inherent bidirectional power flow capability, the discharged energy from the intermediate circuit capacitor can be stored again in the high-voltage battery (or low-voltage battery), so that no additional loss resistors are required in the system or in the multi-voltage network (i.e. the energy consumption per pre-charging and active discharge cycle of the intermediate circuit is negligible).
  • FIG 1 shows schematically on-board networks to explain the background of the invention.
  • Figure 2 shows schematically a multi-voltage vehicle electrical system for explaining methods according to the invention in preferred embodiments.
  • Figure 4 shows schematically the DC-DC converter from Figure 3 in a different configuration.
  • Figure 5 shows schematically a voltage curve in the method according to the invention in a preferred embodiment.
  • a disadvantage here is the higher cost and the higher space requirement due to the additional components (e.g. pre-charging contactor 120, resistor 122) as well as the rather inefficient pre-charging process with high thermal load on the pre-charging resistor.
  • the use of a DC-DC converter with regenerative capability i.e. it can be operated bidirectionally
  • the second converter stage 242 is configured for connection to the high voltage side and has a first positive high voltage terminal HV1 and a second positive high voltage terminal HV2 (the three circles shown represent second positive (top), first positive (middle) and negative (bottom) high voltage terminals).
  • the second converter stage 242 is connected to the internal intermediate circuit capacitor Cint via a positive intermediate terminal, the first positive high voltage terminal HV1 is connected to the BTmid terminal, and the second positive high voltage terminal HV2 is connected to +BT1.
  • the second converter stage shown in Figure 3 includes the aforementioned switch S1, which is used to reconfigure the converter topology. By switching switch S1 from A1 or HV1 to A2 or HV2, the original two-phase boost topology is reconfigured into a single-phase cascaded buck-boost topology, as can be seen in Figure 4, which makes it possible to set the voltage on the intermediate circuit capacitor to any value between 0V and VDCM.
  • the voltage VDCM should be higher than the sum of the two battery stack voltages BTI and BT2.
  • DC-DC operation energy can only be transferred from the first positive high-voltage terminal HV1 to the positive low-voltage terminal LV or vice versa.
  • the switch S1 is in the position shown in Figure 3, ie the positive intermediate connection of the second converter stage is in the second path PF2 with connected to the first positive high-voltage terminal.
  • the second converter stage is configured as a two-phase boost converter.
  • the switch S1 is then in particular in the position as shown in Figure 4, i.e. the positive intermediate connection of the second converter stage is connected to the second positive high-voltage connection in the second path PF2.
  • the second converter stage is configured as a cascaded buck-boost converter (inverse converter).
  • the voltage curves during pre-charging of the intermediate circuit capacitor are shown in Figure 5; here a voltage V is plotted over a time t.
  • Pre-charging begins at time ti; here the switch S1 is switched to the HV2 terminal. Pre-charging lasts until time t2 ; here the switch S1 is then switched back to the HV1 terminal.
  • the intermediate voltage Vocint of the internal intermediate circuit capacitor between the first converter stage and the second converter stage is regulated by the step-up or boost path (here the first path PF1) to a level above the sum of the two battery stack voltages, VBTI + VBT2.
  • the step-down or buck path (here the second path PF2) of the second converter stage controls the charging profile of the internal intermediate circuit capacitor.
  • Figure 6 shows a multi-voltage network or multi-voltage on-board network 300 in which the invention can also be used.
  • the multi-voltage on-board network 300 has, for example, a high-voltage battery BT with voltage VBT.
  • the multi-voltage on-board network 300 comprises a high-voltage network or high-voltage on-board network 301 and a low-voltage network or low-voltage on-board network 302.
  • an electric machine 110 is connected to the high-voltage on-board network 301 via an inverter 112; as mentioned there, other and/or additional loads can also be provided.
  • the high-voltage battery is connected to the high-voltage on-board network 301 with a positive connection +BT and a negative connection -BT, or can be connected and disconnected via switches 305 and 306.
  • a DC-DC converter 340 according to the invention is provided in a further preferred embodiment.
  • the DC-DC converter 340 has a first converter stage 341 and a second converter stage 342.
  • the first converter stage 341 is set up for connection to the low-voltage side and for this purpose has a positive low-voltage connection LV (the two circles shown stand for positive (top) and negative (bottom) low-voltage connection).
  • the first converter stage also has a positive intermediate connection and is connected via this to an internal intermediate circuit capacitor Cint, there to a positive connection, which here corresponds to +DCint.
  • the first converter stage is also connected via a negative intermediate connection to the internal intermediate circuit capacitor Cint, there to a negative connection, which here corresponds to -BT2.
  • the first converter stage 341 is in particular, as shown, designed to be galvanically isolated.
  • the first converter stage 341 can in particular also be constructed like the first converter stage 241.
  • the second converter stage 342 is designed for connection to the high voltage side and has a first positive high voltage terminal HV1 and a second positive high voltage terminal HV2 (the three circles shown represent second positive (top), first positive (middle) and negative (bottom) high voltage terminals).
  • the second converter stage 342 is connected to the internal intermediate circuit capacitor Cint via a positive intermediate terminal, the first positive high voltage terminal HV1 is connected to the BTmid terminal, and the second positive high voltage terminal HV2 is connected to +BT1.
  • the second converter stage 342 is configured differently than the second converter stage 242, in particular in terms of how the terminals are internally connected.
  • the second converter stage 342 is basically the same as the second converter stage 242, but here the first positive terminal A1 is used as the intermediate terminal ZA and the third positive terminal A3 is used as the first positive high-voltage terminal.
  • the second converter stage can also be a multiphase buck converter with at least two phases.
  • the switch S1 can be used to connect one of the phases of the buck converter to the positive high voltage side +HV, thus enabling the pre-charge function.
  • the path connected to S1 can be bidirectional, since it should operate in boost mode when discharging.
  • Normal DC-DC operation energy transfer from the first positive high voltage terminal to the positive low voltage terminal LV
  • can continue during pre-charge and active discharge with reduced maximum power transfer capability thermal design limitation

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler (240) mit einer ersten Wandlerstufe (241) und einer zweiten Wandlerstufe (242), wobei die erste Wandlerstufe (241) insbesondere galvanisch getrennt ausgebildet ist, wobei die erste Wandlerstufe (241) und die zweite Wandlerstufe (242) über einen internen Zwischenkreiskondensator (Cint) miteinander verbunden sind, wobei die erste Wandlerstufe (241) zum Anschluss an eine Niederspannungsseite eingerichtet ist und einen positiven Niederspannungsanschluss (LV) aufweist, und wobei die erste Wandlerstufe (241) einen positiven Zwischenanschluss aufweist und darüber an den internen Zwischenkreiskondensator (Cint) angebunden ist, wobei die zweite Wandlerstufe (242) zum Anschluss an eine Hochspannungsseite eingerichtet ist und einen ersten positiven Anschluss (A1), einen zweiten positiven Anschluss (A2), und einen dritten positiven Anschluss (A3) aufweist, die als erster positiven Hochspannungsanschluss (HV1), als zweiter positiver Hochspannungsanschluss (HV2) und als positiver Zwischenanschluss (ZA) verwendbar sind, wobei die zweite Wandlerstufe (242) über den positiven Zwischenspannungsanschluss (ZA) an den internen Zwischenkreiskondensator angebunden ist, wobei der Gleichspannungswandler (240, 340) eingerichtet ist, den dritten positiven Anschluss (A3) der zweiten Wandlerstufe in einem Pfad (PF1), insbesondere über einen Ansteuerschalter und eine Induktivität, wahlweise mit dem ersten positiven Anschluss (A1) oder mit zweiten positiven Anschluss (A1) zu verbinden.

Description

Beschreibung
Titel
Gleichspannungswandler, Mehrspannungsnetz, elektrisches Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsnetzes
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler, ein Mehrspannungsnetz mit einem Gleichspannungswandler, ein elektrisches Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsnetzes.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Fahrzeugen, insbesondere elektrisch betriebenen Fahrzeugen (rein elektrisch oder auch Hybrid) können Bordnetze zum Einsatz kommen, die ein Hochspannungsteilbordnetz und ein Niederspannungsteilbordnetz umfassen. Es kann hierbei auch von zwei Bordnetzen, einem Hochspannungsbordnetz und einem Niederspannungsbordnetz gesprochen werden, vom gesamten Bordnetz dann als Mehrspannungs- oder Zweispannungsbordnetz. Als Schnittstelle zwischen diesen beiden (Teil-)Bordnetzen können Gleichspannungswandler, insbesondere solche, die galvanisch getrennt sind bzw. eine galvanische Trennung der (Teil-)Bordnetze erlauben, zum Einsatz kommen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Gleichspannungswandler, ein Mehrspannungsnetz, ein elektrisches Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsnetzes mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung beschäftigt sich mit Bordnetzen bzw. Mehrspannungsbordnetzen von z.B. Fahrzeugen sowie allgemein Mehrspannungsnetzen und insbesondere Gleichspannungswandlern, die die für oder in Fahrzeugen verwendet werden können. Ein Mehrspannungsnetz umfasst hierbei ein Hochspannungsnetz und ein Niederspannungsnetz. Wenngleich die Erfindung insbesondere mit Bezug auf ein Mehrspannungsbordnetz mit einem Hochspannungsbordnetz und einem Niederspannungsbordnetz beschrieben wird, wie sie für z.B. Fahrzeuge zum Einsatz kommen, kann die Erfindung auch für Mehrspannungsnetze allgemein, also ohne Bezug zu Fahrzeugen, verwendet werden.
Wie erwähnt, kann ein Gleichspannungswandler (insbesondere, wenn dieser eine galvanische Trennung erlaubt bzw. aufweist) als Schnittstelle zwischen Hochspannungsnetz (bzw. Hochspannungsbordnetz) und einem Niederspannungsnetz (bzw. Niederspannungsbordnetz) zum Einsatz kommen. Ein typisches Spannungsniveau für ein Niederspannungsbordnetz kann z.B. bei 12V oder 14V liegen, ein typisches Spannungsniveau für ein Hochspannungsbordnetz hingegen deutlich höher, z.B. bei 48V oder auch bei 400V. Allgemein ist es aber, insbesondere im Rahmen der vorliegenden Erfindung, ausreichend, wenn die Spannungsniveaus von Hochspannungsnetz (bzw. Hochspannungsbordnetz) und Niederspannungsnetz (bzw. Niederspannungsbordnetz) verschieden sind, wobei das Hochspannungsnetz ein höheres Spannungsniveau als das Niederspannungsnetz aufweist.
Typische Aufgaben eines Gleichspannungswandlers (auch als DC-DC-Wandler bezeichnet) können die galvanische Trennung von Hochspannungsbordnetz und Niederspannungsbordnetz sein, sowie eine Versorgung von Lasten im Niederspannungsbordnetz und ein Laden einer Batterie im Niederspannungsbordnetz. Außerdem ermöglicht ein Gleichspannungswandler eine oftmals kostengünstige Integration weiterer Funktionen wie das sog. Vorladen („pre-charging“) sowie das aktive Entladen von Zwischenkreiskondensatoren.
Die Idee hinter dem Vorladen (oder allgemein Laden) des Zwischenkreiskondensators ist die Vermeidung eines schädlichen Einschaltstroms, der durch den direkten Anschluss einer Hochspannungsbatterie an einen teilweise oder vollständig entladenen Zwischenkreiskondensator entstehen würde. Eine mögliche Lösung hierfür ist, ein spezielles Vorladeschütz und einen Widerstand zur Begrenzung des Stroms während der Ladezeit des Zwischenkreiskondensators zu verwenden. Ein Nachteil hierbei sind die höheren Kosten und der höhere Platzbedarf aufgrund zusätzlicher Komponenten sowie der eher ineffiziente Vorladeprozess mit hoher thermischer Belastung des Vorladewiderstands. Um diese Nachteile zu überwinden, kommt eine Verwendung eines Gleichspannungswandlers (DC-DC- Wandler) mit Rückspeisefähigkeit (d.h. er kann bidirektional betrieben werden) in Betracht, der das Vorladen des Zwischenkreiskondensators aus der in der Niederspannungsbatterie gespeicherten Energie ermöglicht.
Der umgekehrte Prozess des Vorladens des Zwischenkreiskondensators ist das Entladen des Zwischenkreiskondensators. In bestimmten Szenarien (z.B. nach einem Unfall) kann es wichtig sein, dass die Spannung des Hochspannungsbordnetzes innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums auf ein sicheres Niveau (z.B. unter 60V) gesenkt wird. Dies erfordert in der Regel eine aktive Entladefunktion. Ähnlich wie beim Vorladen des Zwischenkreiskondensators können verschiedene Ansätze bzw. Lösungen verwendet werden. Bei einer Energiedissipation an einem Entladewiderstand kann ein aktiver Schalter mit einem Entladewiderstand parallel zum Zwischenkreiskondensator geschaltet werden. Bei einem Entladen in das Niederspannungsbordnetz, um die Energie in der Niederspannungsbatterie zu speichern, kann ein Gleichspannungswandler, der an den Zwischenkreiskondensator angeschlossen ist und Energie an das Niederspannungsnetz überträgt, verwendet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nunmehr auch das Laden bzw. Vorladen des Zwischenkreiskondensators aus in der Hochspannungsbatterie gespeicherten Energie möglich, und zwar ohne, dass ein Vorladewiderstand oder eine zusätzliche Vorladesteuerschaltung erforderlich sind.
Hierzu wird ein Gleichspannungswandler mit einer ersten Wandlerstufe und einer zweiten Wandlerstufe vorgeschlagen. Die erste Wandlerstufe, die für die Niederspannungsseite vorgesehen ist, kann dabei insbesondere galvanisch getrennt ausgebildet sein. Die zweite Wandlerstufe ist hingegen für die Hochspannungsseite vorgesehen. Die erste Wandlerstufe und die zweite Wandlerstufe sind dabei über einen internen Zwischenkreiskondensator miteinander verbunden. Die erste Wandlerstufe, die zum Anschluss an die Niederspannungsseite eingerichtet ist, weist einen positiven Niederspannungsanschluss auf, sowie einen positiven Zwischenanschluss. Über den positiven Niederspannungsanschluss kann die erste Wandlerstufe (und damit der gesamte Gleichspannungswandler) an einen positiven Anschluss eines Niederspannungsnetzes angeschlossen werden. Über den positiven Zwischenanschluss ist die erste Wandlerstufe an den internen Zwischenkreiskondensator, dort an einen positiven Anschluss, angebunden. An dieser Stelle sei der Vollständigkeit halber erwähnt, dass unter dem Begriff des Anbindens oder Anschließens insbesondere das Vorhandensein oder Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zu verstehen ist.
Die zweite Wandlerstufe, die zum Anschluss an eine Hochspannungsseite eingerichtet ist, weist einen ersten, zweiten und dritten positiven Anschluss auf, die als erster positive Hochspannungsanschluss, als zweiter positiver Hochspannungsanschluss sowie als positiver Zwischenanschluss verwendbar sind. Hierzu kann der Gleichspannungswandler z.B. je nach Bedarf konfiguriert sein oder werden.
Der erste positive Anschluss kann als erster positiver Hochspannungsanschluss, der zweite positive Anschluss kann als zweiter positiver Hochspannungsanschluss und der dritte positive Anschluss kann als positiver Zwischenanschluss konfiguriert sein. Ebenso kann aber erste positive Anschluss als positiver Zwischenanschluss, der zweite positive Anschluss als zweiter positiver Hochspannungsanschluss und der dritte positive Anschluss kann als erster positiver Hochspannungsanschluss konfiguriert sein.
Dabei ist die zweite Wandlerstufe über den positiven Zwischenanschluss an den internen Zwischenkreiskondensator angebunden. Der erste positive Hochspannungsanschluss und der zweite positive Hochspannungsanschluss können dann an das Hochspannungsnetz oder Teile davon angebunden werden. Beide Konfigurationen können verwendet werden, wie später noch näher erläutert werden soll. Insbesondere können die erste Wandlerstufe und/oder die zweite Wandlerstufe - und damit auch der Gleichspannungswandler als solcher - bidirektional ausgebildet sein. Weiterhin ist der Gleichspannungswandler eingerichtet, den dritten positiven Anschluss der zweiten Wandlerstufe in einem Pfad, insbesondere über einen Ansteuerschalter und eine Induktivität, wahlweise mit dem ersten positiven Anschluss oder mit zweiten positiven Annschluss zu verbinden. Der dritte positive Anschluss der zweiten Wandlerstufe kann in einem weiteren Pfad, insbesondere über einen Ansteuerschalter und eine Induktivität, mit dem ersten positiven Anschluss verbunden sein.
Je nach Konfiguration kann dann also z.B. der positive Zwischenanschluss der zweiten Wandlerstufe in dem einen Pfad entweder mit dem ersten positiven Hochspannungsanschluss oder mit zweiten positiven Hochspannungsanschluss verbunden sein. Der positive Zwischenanschluss der zweiten Wandlerstufe wäre in dem weiteren Pfad dann z.B. mit dem ersten positiven Hochspannungsanschluss verbunden.
Außerdem kann die erste Wandlerstufe einen negativen Niederspannungsanschluss und einen negativen Zwischenanschluss aufweisen, die zweite Wandlerstufe einen negativen Hochspannungsanschluss und einen negativen Zwischenanschluss. Dabei sind der negativen Hochspannungsanschluss und der negative Zwischenanschluss der zweiten Wandlerstufe und der negative Zwischenanschluss der ersten Wandlerstufe miteinander verbunden. Hierbei handelt es sich um eine typische Verbindung der negativen Anschlüsse. Außerdem sind diese negativen Anschlüsse dann an den internen Zwischenkreiskondensator angeschlossen, dort insbesondere an einen negativen Anschluss.
Da die negativen Anschlüsse typischerweise nicht explizit bezeichnet werden, kann bei dem vorgeschlagenen Gleichspannungswandler von einem dreipoligen zweistufigen Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) gesprochen werden. Ein solcher Gleichspannungswandler kann in einem Mehrspannungsnetz umfassend ein Hochspannungsnetz und ein Niederspannungsnetz eingesetzt werden. Hierbei werden oder sind dann mittels des Gleichspannungswandlers das Hochspannungsnetz und das Niederspannungsnetz miteinander verbunden Der vorgeschlagene Gleichspannungswandler ermöglicht dabei verschiede Funktionen, wozu ggf. verschiedene der erwähnten Konfigurationen (in Bezug auf Belegung bzw. internen Verbindungen der Anschlüsse) verwendet werden können. So ist mit dem Gleichspannungswandler z.B. eine kontrollierte Vorladefunktion eines Zwischenkreiskondensators in dem Hochspannungsnetz möglich. Eine Aufgabe des Gleichspannungswandler besteht hierbei darin, Energie zwischen dem Hochspannungs- und Niederspannungsnetz zu übertragen. Die Integration der Vorladefunktion in bestehende Hardware bietet Kostenvorteile sowie eine bessere Nutzung der in der Hochspannungsbatterie gespeicherten Energie (keine Verlustleistung im Widerstand).
Die Integration des Vorladens (bzw. Ladens) aus der Hochspannungsbatterie ist bei üblichen einstufigen Gleichspannungswandlern mit zwei Anschlüssen (d.h. einem positiven Niederspannungsanschluss und einem positiven Hochspannungsanschluss) nicht möglich, da nur ein Anschluss die Hochspannung unterstützt, während der andere in der Regel galvanisch von den Hochspannungsstromkreisen getrennt bleiben muss.
Das Vorladen muss damit nicht mehr aus der Niederspannungsbatterie durch die Verwendung bidirektionaler DC-DC-Wandler erfolgen, womit Energieeffizienz erhöht wird (Energie muss nicht zuerst von der Hochspannungsbatterie zur Niederspannungsbatterie und anschließend von der Niederspannungsbatterie zu den Zwischenkreiskondensatoren übertragen werden; wobei bei jeder Übertragung Verluste entstehen). Außerdem sind keine oder weniger Beschränkungen durch die Netzarchitektur eines elektrischen Fahrzeugs mehr nötig; z.B. ist keine Niederspannungsbatterie mehr erforderlich.
Der vorgeschlagene Gleichspannungswandler mit insbesondere rekonfigurierbaren Anschlüssen bietet somit ein effizientes, kostengünstigstes und breit anwendbares Vorladekonzept, das auch zukünftige Bordnetze von elektrischen Fahrzeugen ohne Energiespeicher auf der Niederspannungsseite ermöglicht. Darüber hinaus kann der vorgeschlagene zweistufige Gleichspannungswandler den Zwischenkreiskondensator vorladen, während er das Niederspannungsnetz unterbrechungsfrei versorgt; eine Funktion, die von bisherigen Gleichspannungswandlern mit integrierter Vorladefunktion nicht geboten wird.
Die aktive Entladefunktion des Zwischenkreises mit Energiespeicherung in einer Hochspannungs- oder Niederspannungsbatterie wird ebenfalls unterstützt. Somit sind keine zusätzlichen aktiven Entladekomponenten (d.h. aktive Bauelemente, Verlustwiderstände, Steuerschaltungen etc.) erforderlich. Die Tatsache, dass die entladene Energie in der Hochspannungsbatterie gespeichert werden kann, ermöglicht Niederspannungsbordnetze ohne Energiespeicher. Zudem wird die Energieeffizient gegenüber dissipativen, aktiven Entladekonzepten erhöht, da die entladene Energie in der Hochspannungsbatterie gespeichert wird, die geringe Umwandlungsverluste hat (jedenfalls geringer als eine Niederspannungsbatterie).
Die beiden Wandlerstufen können insbesondere unabhängig voneinander gesteuert werden. Die erste Wandlerstufe, die insbesondere für die galvanische Trennung zwischen Hoch- und Niederspannungsstromkreisen sorgt (ISO-Stufe), kann permanent mit dem Niederspannungsnetz verbunden und nicht am Vorladevorgang beteiligt sein, kann aber am aktiven Entladevorgang beteiligt sein, wenn Energie in die Niederspannungsbatterie übertragen wird. Wenn die erste Wandlerstufe bidirektional ist, kann mit dem Gleichspannungswandler auch ein Laden von und ein Entladen zu der Niederspannungsseite (oder dort einer Batterie) erfolgen. Die zweite Wandlerstufe (CTRL-Stufe) kann an einem Ende fest mit einem der Hochspannungsanschlüsse des Hochspannungsnetztes und am anderen Ende mit der ISO-Stufe verbunden sein.
Die zweite Wandlerstufe kann im normalen DC-DC-Betrieb so konfiguriert sein, dass sie entweder Abwärts- oder Aufwärtswandlungsfunktionen bietet, sowie höchste Leistung und maximales Leistungsvermögen, während der zweite positive Hochspannungsanschluss nicht mit Strom versorgt wird. Bei der Rekonfiguration zur Aktivierung des Vorladens kann die Leistungsfähigkeit im normalen DC-DC-Betrieb reduziert werden und die Spannung am zweiten positiven Hochspannungsanschluss kann kontinuierlich über den Bereich von 0V bis zur Spannung der Hochspannungsbatterie gesteuert werden. Während der Vorlademodus aktiv ist und Spannung und Strom am zweiten positiven Hochspannungsanschluss geregelt werden, kann der normale DC-DC-Betrieb mit begrenzter maximaler Ausgangsleistung (thermische Auslegungsbegrenzung) und unbeeinflusster Spannungs- und Laststromregelung am positiven Niederspannungsanschluss fortgesetzt werden (d.h. die Regelung der Leistungsübertragung von der Hoch- zur Niederspannungsseite wird nicht beeinträchtigt).
Zusätzlich zur Vorladefunktion kann der vorgeschlagene Gleichspannungswandler auch die aktive Entladefunktion für den Zwischenkreiskondensator übernehmen. Aufgrund seiner insbesondere inhärenten bidirektionalen Leistungsflussfähigkeit kann die entladene Energie aus dem Zwischenkreiskondensator in der Hochspannungsbatterie (oder Niederspannungsbatterie) wieder gespeichert werden, so dass im System bzw. im Mehrspannungsnetz keine zusätzlichen Verlustwiderstände erforderlich sind (d.h. der Energieverbrauch pro Vorlade- und aktivem Entladezyklus des Zwischenkreises ist vernachlässigbar).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt schematisch Bordnetze zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung.
Figur 2 zeigt schematisch ein Mehrspannungsbordnetz zur Erläuterung erfindungsgemäßer Verfahren in bevorzugten Ausführungsformen.
Figur 3 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler in einer bevorzugten Ausführungsform in einer Konfiguration.
Figur 4 zeigt schematisch den Gleichspannungswandler aus Figur 3 in einer anderen Konfiguration. Figur 5 zeigt schematisch einen Spannungsverlauf bei erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 6 zeigt schematisch ein Mehrspannungsbordnetz zur Erläuterung erfindungsgemäßer Verfahren in einer weiteren bevorzugten Ausführungsformen.
Figur 7 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer Konfiguration.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 sind schematisch Bordnetze zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung gezeigt. In Abbildung (a) ist ein Bordnetz 110a gezeigt, das z.B. in einem elektrischen Fahrzeug für den Betrieb einer elektrischen Maschine 110 verwendet werden kann. Es handelt sich hier um ein reines Hochspannungsnetz bzw. Hochspannungsbordnetz bzw. es ist nur das Hochspannungsnetz bzw. Hochspannungsbordnetz gezeigt. Eine Hochspannungsbatterie BT mit positivem Anschluss +BT und negativem Anschluss -BT mit Spannung VBT ist an einen Inverter oder Traktionsinverter 112, über den die Gleichspannung der Hochspannungsbatterie z.B. in Wechselspannung für den motorischen Betrieb der elektrischen Maschine gewandelt werden kann angebunden bzw. ist über Schalter 105 und 106 anbindbar und trennbar. Ebenso kann über den Inverter 112 z.B. bei ge- neratorischem Betrieb der elektrischen Maschine 110 Energie in die Hochspannungsbatterie zurückgespeist werden.
Für den Betrieb des Bordnetzes 110a bzw. Hochspannungsnetzes ist ein Zwischenkreiskondensator CHV vorgesehen, der entsprechend an eine positive Hochspannungsseite +HV und eine negative Hochspannungsseite -HV angebunden ist. Dort fällt eine Spannung VHV des Hochspannungsnetzes ab. Der Zwischenkreiskondensator CHV soll hier für eine kumulative Kapazität des Hochspannungsbordnetzes stehen, also z.B. auch mehrere separate Kondensatoren und/oder Zwischenkreiskondensatoren oder sonstige Kapazitäten von Lasten. Um den Zwischenkreiskondensator CHV vorzuladen bzw. zu laden, können wie erwähnt, z.B. ein Vorladeschütz 120 und ein Widerstand 122 zur Begrenzung des Stroms während der Ladezeit des Zwischenkreiskondensators CHV vorgesehen und verwendet werden. Zum Entladen des Zwischenkreiskondensators CHV können entsprechend, wie erwähnt, z.B. ein aktiver Schalter 130 mit einem Entladewiderstand 132 parallel zum Zwischenkreiskondensator CHV geschaltet werden.
Ein Nachteil hierbei sind die höheren Kosten und der höhere Platzbedarf aufgrund der zusätzlichen Komponenten (z.B. Vorladeschütz 120, Widerstand 122) sowie der eher ineffiziente Vorladeprozess mit hoher thermischer Belastung des Vorladewiderstands. Um diese Nachteile zu überwinden, kommt eine Verwendung eines Gleichspannungswandlers (DC-DC-Wandler) mit Rückspeisefähigkeit (d.h. er kann bidirektional betrieben werden) in Betracht, der das Vorladen des Zwischenkreiskondensators aus der in der Niederspannungsbatterie gespeicherten Energie ermöglicht.
Dies ist in Abbildung (b) gezeigt. Das gezeigte Bordnetz 110b umfasst neben einem Hochspannungsnetz bzw. Hochspannungsbordnetz 101 auch ein Niederspannungsnetz bzw. Niederspannungsbordnetz 102, mit Spannung VLV. ES handelt sich also um ein Mehrspannungsnetz bzw. Mehrspannungsbordnetz. Während das Hochspannungsnetz 101 im Grunde dem Hochspannungsnetz aus Abbildung (a) entsprechen kann, sind hier jedoch die zusätzlichen Komponenten nicht vorgesehen. Stattdessen ist der erwähnte Gleichspannungswandler 140 (DC-DC-Wandler) mit Rückspeisefähigkeit und insbesondere auch galvanischer Trennung vorgesehen, über den das Hochspannungsbordnetz 101 mit dem Niederspannungsbordnetz 102 verbunden ist.
Das Vorladen bzw. Laden und das Entladen des Zwischenkreiskondensators CHV kann hierbei über den Gleichspannungswandler 140 aus dem bzw. in das Niederspannungsbordnetz 102 bzw. dort eine Niederspannungsbatterie erfolgen.
In Figur 2 ist ein Mehrspannungsnetz bzw. Mehrspannungsbordnetz 200 gezeigt, bei dem die Erfindung verwendet werden kann. Das Mehrspannungsbordnetz 200 weist beispielhaft zwei Hochspannungsbatterien BT1 (als Energiespeicher) mit Spannung VBTI und BT2 mit Spannung VBT2 auf, wobei zwischen den beiden Hochspannungsbatterien ein Abgriff oder mittlerer Anschluss BTmid vorgesehen ist. Unter einem mittleren Anschluss kann hierbei verstanden werden, dass das Spannungsniveau hier zwischen maximalem positivem und negativem Wert liegt, z.B. in etwa in der Mitte. Anstelle zweier Hochspannungsbatterien könnte auch an einer Hochspannungsbatterie ein Abgriff oder Anschluss BTmid z.B. in der Mitte vorgesehen sein, was die gleiche Wirkung hätte.
Das Mehrspannungsbordnetz 200 umfasst ein Hochspannungsnetz bzw. Hochspannungsbordnetz 201 sowie ein Niederspannungsnetz bzw. Niederspannungsbordnetz 202 (ggf. könnten auch mehrere Niederspannungsnetzte vorgesehen sein). Wie auch in Figur 1 ist beispielhaft eine elektrische Maschine 110 über einen Inverter 112 an das Hochspannungsbordnetz 201 angebunden; es können auch andere und/oder weitere Lasten vorgesehen sein. Die Hochspannungsbatterien sind mit positivem Anschluss +BT1 und negativem Anschluss -BT2 (es handelt sich um die freien bzw. nicht miteinander verbundenne Anschlüsse der beiden Batterien) an das Hochspannungsbordnetz 201 angebunden bzw. sind über Schalter 205 und 206 anbindbar und trennbar.
Es sind nun ein erfindungsgemäßer Gleichspannungswandler 240 in einer bevorzugten Ausführungsform, sowie ein herkömmlicher Gleichspannungswandler 140 (wie z.B. der in Figur 1 , Abbildung (b) gezeigt, ggf. mit angepasstem Spannungsniveau) vorgesehen. Der Gleichspannungswandler 140 ist auf Niederspannungsseite an das Niederspannungsbordnetz 202 angebunden, und auf Hochspannungsseite an die Hochspannungsbatterie BT1 , also die Anschlüsse +BT1 und BTmid. Anstelle des Gleichspannungswandlers 140 könnte auch ein erfindungsgemäßer Gleichspannungswandler 240 in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, bei dem dann die positiven Hochspanungsanschlüsse HV1 und HV2 (siehe spätere Erläuterung) verbunden bzw. kurzgeschlossen sind.
Der Gleichspannungswandler 240 weist eine erste Wandlerstufe 241 und eine zweite Wandlerstufe 242 auf. Die erste Wandlerstufe 241 ist zum Anschluss an die Niederspannungsseite eingerichtet ist und weist hierfür einen positiven Niederspannungsanschluss LV auf (die beiden gezeigten Kreise stehen für positiven (oben) und negativen (unten) Niederspannungsanschluss). Die erste Wandlerstufe weist auch einen positiven Zwischenanschluss auf und ist darüber an einen internen Zwischenkreiskondensator Cint angebunden, dort an einen positiven Anschluss, der hier +DCint entspricht. Über einen negativen Zwischenanschluss ist die erste Wandlerstufe auch an den internen Zwischenkreiskondensator Cint angebunden, dort an einen negativen Anschluss, der hier -BT2 entspricht. Die erste Wandlerstufe 241 ist insbesondere, wie gezeigt, galvanisch getrennt ausgebildet.
Die zweite Wandlerstufe 242 ist zum Anschluss an die Hochspannungsseite eingerichtet und weist einen ersten positiven Hochspannungsanschluss HV1 und einen zweiten positiven Hochspannungsanschluss HV2 (die drei gezeigten Kreise stehen für zweiten positiven (oben), ersten positiven (Mitte) und negativen (unten) Hochspannungsanschluss) auf. In dem gezeigten Beispiel ist die zweite Wandlerstufe 242 über einen positiven Zwischenanschluss an den internen Zwischenkreiskondensator Cint angebunden, der erste positive Hochspannungsanschluss HV1 ist an den Anschluss BTmid angebunden, und der zweite positive Hochspannungsanschluss HV2 ist an +BT1 angebunden.
In Figur 3 ist der Gleichspannungswandler 240 auf Figur 2 detaillierter gezeigt, insbesondere in Bezug auf die zweite Wandlerstufe 242. Die zweite Wandlerstufe 242 ist hier über den positiven Zwischenanschluss ZA, der hier durch einen dritten positiven Anschluss A3 gebildet wird, bei +DCint an den internen Zwischenkreiskondensator (hier nicht gezeigt, vgl. Figur 2) angebunden. Außerdem ist der positive Zwischenanschluss ZA hier in einem ersten Pfad PF1 , insbesondere über einen Ansteuerschalter 251 und eine Induktivität L1 , mit dem ersten positiven Hochspannungsanschluss HV1 , der hier durch einen ersten positiven Anschluss A1 gebildet wird, verbunden, und zwar insbesondre dauerhaft, und darüber aufgrund der in Figur 2 gezeigten Einbindung in das Hochspannungsbordnetz auch an den Anschluss BTmid.
Außerdem ist der positive Zwischenanschluss ZA der zweiten Wandlerstufe in einem zweiten Pfad PF2, insbesondere über einen Ansteuerschalter 252 und eine Induktivität L2, ebenfalls mit dem ersten positiven Hochspannungsanschluss HV1 verbunden.
Wie auch zu sehen ist, könnte der positive Zwischenanschluss der zweiten Wandlerstufe in dem zweiten Pfad PF2 aber stattdessen auch mit dem zweiten positiven Hochspannungsanschluss HV2, der hier durch einen zweiten positiven Anschluss A2 gebildet wird, verbunden werden. Diese wahlweise Umschaltung kann z.B. über den gezeigten Schalter oder Umschalter S1 erfolgen. Hierzu kann der Gleichspannungswandler 240 z.B. entsprechend eingerichtet sein, bei Bedarf umzuschalten.
Diese Situation, in der der positive Zwischenanschluss der zweiten Wandlerstufe in dem zweiten Pfad PF2 mit dem zweiten positiven Hochspannungsanschluss HV2 verbunden ist, ist in Figur 4 gezeigt. Dort ist anders als in Figur 3 auch der Zwischenkreiskondensator CHV des Hochspannungsbordnetztes gezeigt, zudem ist die Spannung VDCM des internen Zwischenspannungskondensators gezeigt. Wenngleich die Anschlüsse HV1 und HV2 hier auf der anderen Seite als in Figur 3 dargestellt sind, entspricht dies derselben Verschaltung.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Anwendungsfall wird der Gleichspannungswandler 240 also so eingesetzt, dass der erste positive Hochspannungsanschluss HV1 mit dem Low-Side-Batteriesegment BT2 verbunden ist. Dadurch kann der Low-Side-Eingangsanschluss (negativer Hochspannungsanschluss) des Gleichspannungswandler 240 über ein Batterieschütz (Schalter 206) mit der negative Hochspannungsseite -HV verbunden werden. Der zweite positive Hochspannungsanschluss HV2 ist mit der positiven Hochspannungsseite +HV verbunden und ermöglicht so die Vorladung des Zwischenkreiskondensators.
Die zweite Wandlerstufe 242 bietet Spannungserhöhungsfunktionen im normalen DC-DC-Betrieb, wenn Energie von der Hochspannungs- zur Niederspannungsseite übertragen wird. Eine mögliche Ausführungsform der zweiten Wandlerstufe 242 in dem gezeigten Anwendungsfall ist ein mehrphasiger Aufwärtswandler mit mindestens zwei Phasen - es handelt sich um die in Figur 3 gezeigte Konfiguration. Um die Zwischenkreisvorladung zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, wenn mindestens eine der Phasen (bzw. Pfade) eine Halbbrücke mit zwei Schaltern ist oder umfasst, wie hier für den Pfad PF1 mit den Schaltern 251 und 253 (High- Side und Low-Side-Schalter) und für den Pfad PF2 mit den Schaltern 252 und 254 (High-Side und Low-Side-Schalter) gezeigt. Damit sind insgesamt wenigstens zwei Pfade bzw. Phasen zweckmäßig, es können aber auch mehr als zwei sein.
Für die Einbeziehung der aktiven Zwischenkreisentladung ist es zweckmäßig, wenn eine weitere Halbbrücke mit zwei Schaltern vorgesehen ist - hier der andere der beiden Pfade. Damit sind insgesamt auch hier wenigstens zwei Pfade bzw. Phasen zweckmäßig, es können aber auch mehr als zwei sein. Falls das Laden bzw. Entladen von bzw. zu der Niederspannungsbatterie erfolgt, wäre auch eine Phase bzw. ein Pfad ausreichend. Die in Figur 3 dargestellte zweite Wandlerstufe umfasst den erwähnten Schalter S1 , der zur Rekonfiguration der Wandlertopologie dient. Durch Umschalten des Schalters S1 von A1 bzw. HV1 auf A2 bzw. HV2 wird die ursprüngliche zweiphasige Boost-Topologie in eine einphasige kaskadierte Buck-Boost-Topologie umkonfiguriert, wie in Figur 4 zu sehen, die es ermöglicht, die Spannung am Zwischenkreiskondensator auf einen beliebigen Wert zwischen 0V und VDCM zu bringen.
Um eine ordnungsgemäße Vorladefunktion des Zwischenkreiskondensators zu gewährleisten, sollte die Spannung VDCM höher sein als die Summe der beiden Batteriestapelspannungen BTI und BT2.
Je nach Konfiguration der zweiten Wandlerstufe sind nunmehr verschiedene Betriebsarten möglich.
In einem regulären Gleichspannungswandler-Betrieb (DC-DC-Betrieb) kann z.B. Energie ausschließlich vom ersten positiven Hochspannungsanschluss HV1 zum positiven Niederspannungsanschluss LV oder umgekehrt übertragen werden.
Der Schalter S1 befindet sich in der Stellung wie in Figur 3 zu sehen, d.h. der positive Zwischenanschluss der zweiten Wandlerstufe ist im zweiten Pfad PF2 mit dem ersten positiven Hochspannungsanschluss verbunden. Die zweite Wandlerstufe ist hierbei als zweiphasiger Hochsetzsteller konfiguriert.
Zum Laden bzw. Vorladen des Zwischenkreiskondensators (Vorladebetrieb) erfolgt eine Energieübertragung zweckmäßigerweise vom ersten positiven Hochspannungsanschluss HV1 zum zweiten positiven Hochspannungsanschluss HV2, während die Energieübertragung zwischen dem ersten positiven Hochspannungsanschluss HV1 und dem positiven Niederspannungsanschluss LV bei reduzierter Kapazität weiterhin möglich ist. Der Schalter S1 befindet sich dann insbesondere in der Stellung wie in Figur 4 zu sehen, d.h. der positive Zwischenanschluss der zweiten Wandlerstufe ist im zweiten Pfad PF2 mit dem zweiten positiven Hochspannungsanschluss verbunden. Die zweite Wandlerstufe ist hierbei als kaska- dierter Buck-Boost- Wandler (Inverswandler) konfiguriert.
Die Spannungsverläufe während des Vorladens des Zwischenkreiskondensators sind in Figur 5 dargestellt; hierbei ist eine Spannung V über einer Zeit t aufgetragen. Das Vorladen beginnt zum Zeitpunkt ti; hier wird der Schalter S1 zum Anschluss HV2 geschaltet. Das Vorladen dauert bis zum Zeitpunkt t2; hier wird dann der Schalter S1 wieder zum Anschluss HV1 geschaltet. Die Zwischenspannung Vocint des internen Zwischenkreiskondensators zwischen der ersten Wandlerstufe und der zweiten Wandlerstufe wird durch den Aufwärts- bzw. Boost-Pfad (hier der erste Pfad PF1) auf ein Niveau oberhalb der Summe der beiden Batteriestapelspannungen, VBTI + VBT2, geregelt. Der Abwärts- bzw. Buck-Pfad (hier der zweite Pfad PF2) der zweiten Wandlerstufe steuert das Ladeprofil des internen Zwischenkreiskondensators.
Zum Entladen des Zwischenkreiskondensators (Entladebetrieb) wird Energie vom zweiten positiven Hochspannungsanschluss HV2 auf den Zwischenkreiskondensator Cint bzw. den Anschluss +DCint übertragen, und je nach Anforderung an Niederspannungs-Last etnweder zur Versorgung der Niederspannungslasten über die erste Wandlerstufe verwendet, oder aber zum ersten postiven Hochspannungsanschluss HV1 übertrage und in der Hochspannungsbatterie gespeichert. eine ununterbrochene Versorgung der Niederspannungsseite ist weiterhin möglich. Es handelt sich um einen umgekehrten Prozess zum Vorladen des Zwischenkreiskondensators. Die in Abbildung 4 dargestellte Konfiguration der CTRL-Stufe ist anwendbar.
In Figur 6 ist ein Mehrspannungsnetz bzw. Mehrspannungsbordnetz 300 gezeigt, bei dem die Erfindung ebenfalls verwendet werden kann. Das Mehrspannungsbordnetz 300 weist beispielhaft eine Hochspannungsbatterie BT mit Spannung VBT auf.
Das Mehrspannungsbordnetz 300 umfasst ein Hochspannungsnetz bzw. Hochspannungsbordnetz 301 sowie ein Niederspannungsnetz bzw. Niederspannungsbordnetz 302. Wie auch in Figur 1 oder 2 ist beispielhaft eine elektrische Maschine 110 über einen Inverter 112 an das Hochspannungsbordnetz 301 angebunden; wie dort erwähnt, können auch andere und/oder weitere Lasten vorgesehen sein. Die Hochspannungsbatterie ist mit positivem Anschluss +BT und negativem Anschluss -BT an das Hochspannungsbordnetz 301 angebunden bzw. sind über Schalter 305 und 306 anbindbar und trennbar.
Es ist ein erfindungsgemäßer Gleichspannungswandler 340 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen. Der Gleichspannungswandler 340 weist eine erste Wandlerstufe 341 und eine zweite Wandlerstufe 342 auf. Die erste Wandlerstufe 341 ist zum Anschluss an die Niederspannungsseite eingerichtet ist und weist hierfür einen positiven Niederspannungsanschluss LV auf (die beiden gezeigten Kreise stehen für positiven (oben) und negativen (unten) Niederspannungsanschluss). Die erste Wandlerstufe weist auch einen positiven Zwischenanschluss auf und ist darüber an einen internen Zwischenkreiskondensator Cint angebunden, dort an einen positiven Anschluss, der hier +DCint entspricht. Über einen negativen Zwischenanschluss ist die erste Wandlerstufe auch an den internen Zwischenkreiskondensator Cint angebunden, dort an einen negativen Anschluss, der hier -BT2 entspricht. Die erste Wandlerstufe 341 ist insbesondere, wie gezeigt, galvanisch getrennt ausgebildet. Die erste Wandlerstufe 341 kann insbesondere auch wie die erste Wandlerstufe 241 aufgebaut sein.
Die zweite Wandlerstufe 342 ist zum Anschluss an die Hochspannungsseite eingerichtet und weist einen ersten positiven Hochspannungsanschluss HV1 und einen zweiten positiven Hochspannungsanschluss HV2 (die drei gezeigten Kreise stehen für zweiten positiven (oben), ersten positiven (Mitte) und negativen (unten) Hochspannungsanschluss) auf. In dem gezeigten Beispiel ist die zweite Wandlerstufe 342 über einen positiven Zwischenanschluss an den internen Zwischenkreiskondensator Cint angebunden, der erste positive Hochspannungsanschluss HV1 ist an den Anschluss BTmid angebunden, und der zweite positive Hochspannungsanschluss HV2 ist an +BT1 angebunden.
Die zweite Wandlerstufe 342 ist aber insbesondere anders als die zweite Wandlerstufe 242 konfiguriert, und zwar insbesondere dahingehend, wie die Anschlüsse intern verbunden sind.
Dies ist in Figur 7 detaillierter gezeigt. Die zweite Wandlerstufe 342 entspricht zwar im Grunde der zweiten Wandlerstufe 242, jedoch wird hier der erste positive Anschluss A1 als Zwischenanschluss ZA verwendet, und der dritte positive Anschluss A3 als erster positiver Hochspannungsanschluss.
Bei der zweiten Wandlerstufe kann es sich auch um einen mehrphasigen Abwärtswandler mit mindestens zwei Phasen handeln. Der Schalter S1 kann verwendet werden, um eine der Phasen des Abwärtswandlers mit der positiven Hochspannungsseite +HV zu verbinden und so die Vorladefunktion zu ermöglichen. Um zusätzlich die Funktion der aktiven Entladung des Zwischenkreiskondensators zu unterstützen, kann der an S1 angeschlossene Pfad bidirektional sein, da er beim Entladen im Boost-Modus betrieben werden sollte.
Der normale DC-DC-Betrieb (Energieübertragung vom ersten positiven Hochspannungsanschluss zum positiven Niederspannungsanschluss LV) kann während der Vorladung und der aktiven Entladung mit reduzierter maximaler Leistungsübertragungsfähigkeit fortgesetzt werden (thermische Auslegungsbegrenzung).
Eine alternative Ausführung der zweiten Wandlerstufe mit einem einphasigen Abwärtswandler ist ebenfalls möglich, aber in diesem Fall ist eine Energieübertragung zwischen dem ersten positiven Hochspannungsanschluss und dem positiven Niederspannungsanschluss LV während der Vorladung des Zwischenkreises und der aktiven Entladung nicht möglich.

Claims

Ansprüche
1 . Gleichspannungswandler (240, 340) mit einer ersten Wandlerstufe (241 , 341) und einer zweiten Wandlerstufe (242, 342), wobei die erste Wandlerstufe (241 , 341) insbesondere galvanisch getrennt ausgebildet ist, wobei die erste Wandlerstufe (241 , 341) und die zweite Wandlerstufe (242, 342) über einen internen Zwischenkreiskondensator (Cint) miteinander verbunden sind, wobei die erste Wandlerstufe (241 , 341) zum Anschluss an eine Niederspannungsseite eingerichtet ist und einen positiven Niederspannungsanschluss (LV) aufweist, und wobei die erste Wandlerstufe (241 , 341) einen positiven Zwischenanschluss aufweist und darüber an den internen Zwischenkreiskondensator (Cint) angebunden ist, wobei die zweite Wandlerstufe (242, 342) zum Anschluss an eine Hochspannungsseite eingerichtet ist und einen ersten positiven Anschluss (A1), einen zweiten positiven Anschluss (A2), und einen dritten positiven Anschluss (A3) aufweist, die als erster positiven Hochspannungsanschluss (HV1), als zweiter positiver Hochspannungsanschluss (HV2) und als positiver Zwischenanschluss (ZA) verwendbar sind, wobei die zweite Wandlerstufe (242) über den positiven Zwischenspannungsanschluss (ZA) an den internen Zwischenkreiskondensator (Cint) angebunden ist, wobei der Gleichspannungswandler (240, 340) eingerichtet ist, den dritten positiven Anschluss (A3) der zweiten Wandlerstufe in einem Pfad (PF2), insbesondere über einen Ansteuerschalter und eine Induktivität, wahlweise mit dem ersten positiven Anschluss (A1) oder mit dem zweiten positiven Anschluss (A2) zu verbinden.
2. Gleichspannungswandler (240, 340) nach Anspruch 1 , wobei der dritte positive Anschluss (A3) der zweiten Wandlerstufe in einem weiteren Pfad (PF1), insbesondere über einen Ansteuerschalter und eine Induktivität, mit dem ersten positiven Anschluss (A1) verbunden ist.
3. Gleichspannungswandler (240, 340) nach Anspruch 1 oder 2, der eingerichtet ist, den ersten positiven Anschluss (A1) als ersten positiven Hochspannungsanschluss (HV1), den zweiten positiven Anschluss (A2) als zweiten positiven Hochspannungsanschluss (HV2), und den dritten positiven Anschluss (A3) als positiven Zwischenanschluss (ZA) zu verwenden.
4. Gleichspannungswandler (240, 340) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der eingerichtet ist, den ersten positiven Anschluss (A1) als positiven Zwischenanschluss (ZA), den zweiten positiven Anschluss (A2) als zweiten positiven Hochspannungsanschluss (H2), und den dritten positiven Anschluss (A3) als zweiten positiven Hochspannungsanschluss (HV2) zu verwenden.
5. Gleichspannungswandler (240, 340) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Wandlerstufe (241 , 341) einen negativen Niederspannungsanschluss und einen negativen Zwischenanschluss aufweist, wobei die zweite Wandlerstufe (242, 342) einen negativen Hochspannungsanschluss und einen negativen Zwischenanschluss aufweist, und wobei der negativen Hochspannungsanschluss und der negativen Zwischenanschluss der zweiten Wandlerstufe und der negative Zwischenanschluss der ersten Wandlerstufe miteinander verbunden sind
6. Mehrspannungsnetz (200, 300) umfassend ein Hochspannungsnetz (201 , 301) und ein Niederspannungsnetz (202, 302), mit einer in dem Hochspannungsnetz vorgesehenen Kapazität (CHV), und mit einem Gleichspannungswandler (240, 340) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mittels des Gleichspannungswandlers das Hochspannungsnetz und das Niederspannungsnetz miteinander verbunden sind.
7. Elektrisches Fahrzeug mit einem Mehrspannungsnetz nach Anspruch 6.
8. Verfahren zum Betreiben eines Mehrspannungsnetzes (200, 300), insbesondere nach Anspruch 6, umfassend ein Hochspannungsnetz (201 , 301) und ein Niederspannungsnetz (202, 302), wobei in dem Hochspannungsnetz ein Zwischenkreiskondensator (CHV) vorgesehen ist, unter Verwendung eines Gleichspannungswandlers (240, 340) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mittels des Gleichspannungswandlers das Hochspannungsnetz und das Niederspannungsnetz miteinander verbunden sind. Verfahren nach Anspruch 8, wobei für einen regulären Gleichspannungswandler-Betrieb der positive Zwischenanschluss (ZA) der zweiten Wandlerstufe in dem Pfad (PF2) mit dem ersten positiven Hochspannungsanschluss (HV1) verbunden ist oder wird. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei zum Laden, insbesodere Vorladen, des Zwischenkreiskondensators über den Gleichspannungswandler der positive Zwischenanschluss (ZA) der zweiten Wandlerstufe in dem Pfad (PF2) mit dem zweiten positiven Hochspannungsanschluss (HV2) verbunden ist oder wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei zum Entladen des Zwischenkreiskondensator über den Gleichspannungswandler der positive Zwischenanschluss (ZA) der zweiten Wandlerstufe in dem Pfad (PF2) mit dem zweiten positiven Hochspannungsanschluss (HV2) verbunden ist oder wird Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei weiterhin die zweite Wandlerstufe (242, 342) über den positiven Zwischenanschluss (ZA) an den internen Zwischenkreiskondensator angebunden ist oder wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, in Rückbezug auf Anspruch 3, wobei der erste positive Anschluss (A1) als erster positiver Hochspannungsanschluss (HV1) verwendet wird und mit einem mittleren Anschluss (BTmid) eines Energiespeichers im Hochspannungsnetz verbunden ist oder wird, und wobei der zweite positive Anschluss (A2) als zweiter positiver Hochspannungsanschluss (HV2) verwendet wird und mit einem positiven Anschluss (+HV) des Hochspannungsnetzes verbunden ist oder wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, in Rückbezug auf Anspruch 4, wobei der dritte positive Anschluss (A3) als erster positiver Hochspannungsanschluss (HV1) verwendet wird und mit einem positiven An- Schluss (+BT) eines Energiespeichers im Hochspannungsnetz verbunden ist oder wird, und wobei der zweite positive Anschluss (A2) als zweiter positiver Hochspannungsanschluss (HV2) verwendet wird und mit einem positiven Anschluss (+HV) des Hochspannungsnetzes verbunden ist oder wird.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011250605A (ja) * 2010-05-27 2011-12-08 Nippon Soken Inc 電力変換装置
EP2450221A2 (de) * 2010-11-05 2012-05-09 General Electric Company Vorrichtung und Verfahren zum Laden eines elektrischen Fahrzeugs
CN202651832U (zh) * 2012-05-29 2013-01-02 河南省电力公司安阳供电公司 车载电池组
EP2550718A2 (de) * 2010-03-23 2013-01-30 Northrop Grumman Systems Corporation System und verfahren zur bereitstellung einer hocheffizienten umleitungsschaltung für in batteriegetriebenen systemen verwendete mehrstufige gleichstrom-gleichstrom-wandler
US20130038289A1 (en) * 2010-02-20 2013-02-14 Lawrence Tze-Leung Tse Battery-cell converter systems
CN104253469A (zh) * 2014-09-24 2014-12-31 于志章 二次电池组充放电管理系统
EP2891944A2 (de) * 2013-12-27 2015-07-08 Dialog Semiconductor GmbH Batteriestapelkonfiguration in Versorgungssystem mit mehreren Batterien

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130038289A1 (en) * 2010-02-20 2013-02-14 Lawrence Tze-Leung Tse Battery-cell converter systems
EP2550718A2 (de) * 2010-03-23 2013-01-30 Northrop Grumman Systems Corporation System und verfahren zur bereitstellung einer hocheffizienten umleitungsschaltung für in batteriegetriebenen systemen verwendete mehrstufige gleichstrom-gleichstrom-wandler
JP2011250605A (ja) * 2010-05-27 2011-12-08 Nippon Soken Inc 電力変換装置
EP2450221A2 (de) * 2010-11-05 2012-05-09 General Electric Company Vorrichtung und Verfahren zum Laden eines elektrischen Fahrzeugs
CN202651832U (zh) * 2012-05-29 2013-01-02 河南省电力公司安阳供电公司 车载电池组
EP2891944A2 (de) * 2013-12-27 2015-07-08 Dialog Semiconductor GmbH Batteriestapelkonfiguration in Versorgungssystem mit mehreren Batterien
CN104253469A (zh) * 2014-09-24 2014-12-31 于志章 二次电池组充放电管理系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YAQOOB MOHAMMAD ET AL: "A Comprehensive Review on Small Satellite Microgrids", IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS, USA, vol. 37, no. 10, 12 May 2022 (2022-05-12), pages 12741 - 12762, XP011912288, ISSN: 0885-8993, [retrieved on 20220513], DOI: 10.1109/TPEL.2022.3175093 *

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