DE102014013039A1 - Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug zum galvanisch entkoppelten Übertragen einer elektrischen Spannung - Google Patents

Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug zum galvanisch entkoppelten Übertragen einer elektrischen Spannung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug zum galvanisch entkoppelten Übertragen einer elektrischen Spannung zwischen einem Hochvoltkreis (12) und einem Niedervoltkreis (14) mit einem galvanisch getrennten Gleichspannungswandler (16) mit einer Primärseite (24) und einer Sekundärseite (26) und einem galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler (32) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei die Sekundärseite (26) des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers (16) mit dem Eingang des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers (32) elektrisch verbunden ist und die Primärseite (24) des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers (16) mit dem Hochvoltkreis (12) elektrisch verbindbar ist und der Ausgang des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers (32) mit dem Niedervoltkreis (14) verbindbar ist, und wobei der galvanisch getrennte Gleichspannungswandler (16) eine von dem Hochvoltkreis (12) bereitgestellte Hochvoltgleichspannung (UH) in eine erste Gleichspannung (U1) wandelt und der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler (32) die erste Gleichspannung (U1) in eine zweite Gleichspannung (U2) wandelt, wobei der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler (32) eine Energiespeichereinrichtung (34) aufweist, welche eine Glättungseinrichtung zum Glätten der zweiten Gleichspannung (U2) bildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug zum galvanisch entkoppelten Übertragen einer elektrischen Spannung zwischen einem Hochvoltkreis und einem Niedervoltkreis mit einem galvanisch getrennten Gleichspannungswandler mit einer Primärseite und einer Sekundärseite und einem galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei die Sekundärseite des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers mit dem Eingang des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers elektrisch verbunden ist und die Primärseite des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers mit dem Hochvoltkreis elektrisch verbindbar ist und der Ausgang des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers mit dem Niedervoltkreis verbindbar ist, und wobei der galvanisch getrennte Gleichspannungswandler eine von dem Hochvoltkreis bereitgestellte Hochvoltgleichspannung in eine erste Gleichspannung wandelt und der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler die erste Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung wandelt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum galvanisch entkoppelten Übertragen einer elektrischen Spannung.
  • Niedervoltkreise in Kraftfahrzeugen verfügen üblicherweise über eine Niedervoltbatterie, welche eine Niedervoltspannung zur Versorgung von Niedervoltkomponenten des Niedervoltkreises bereitstellt. Unter Niedervoltspannung ist hier eine elektrische Spannung kleiner als 60 Volt zu verstehen. Zum Laden der Niedervoltbatterie kann es vorgesehen sein, dass elektrische Energie beispielsweise von einem ebenfalls in dem Kraftfahrzeug angeordneten Hochvoltkreis an den Niedervoltkreis übertragen wird. Hochvoltkreise verfügen üblicherweise über eine Hochvoltbatterie, welche eine Hochvoltspannung bereitstellt. Unter Hochvoltspannung ist hier eine elektrische Spannung größer als 60 Volt zu verstehen. Um dabei eine Gefährdung, beispielsweise von Personen, oder eine Beschädigung der Niedervoltkomponenten vermeiden, wird die Hochvoltspannung in der Regel galvanisch entkoppelt zu dem Niedervoltkreis übertragen und in eine geeignete Spannung zum Laden der Niedervoltbatterie umgewandelt. Diese Übertragung und Anpassung erfordert üblicherweise einen hohen Bauteilbedarf und hat somit einen hohen Kostenaufwand zur Folge.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstigere und platzsparendere Vorrichtung mit einem reduzierten Bauteilbedarf zu realisieren.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug dient zum galvanisch entkoppelten Übertragen einer elektrischen Spannung zwischen einem Hochvoltkreis und einem Niedervoltkreis. Die Vorrichtung umfasst einen galvanisch getrennten Gleichspannungswandler mit einer Primärseite und einer Sekundärseite und einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler mit einem Eingang und einem Ausgang wobei die Sekundärseite des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers mit dem Eingang des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers elektrisch verbunden ist und die Primärseite des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers mit dem Hochvoltkreis elektrisch verbindbar ist und der Ausgang des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers mit dem Niedervoltkreis verbindbar ist, und wobei der galvanisch getrennte Gleichspannungswandler eine von dem Hochvoltkreis bereitgestellte Hochvoltgleichspannung in eine erste Gleichspannung wandelt und der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler die erste Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung wandelt. Erfindungsgemäß weist der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler eine Energiespeichereinrichtung auf, welche eine Glättungseinrichtung zum Glätten der zweiten Gleichspannung bildet.
  • Galvanisch getrennte Gleichspannungswandler, welche auch als galvanisch entkoppelte Gleichspannungswandler bzw. galvanisch entkoppelte DC/DC-Wandler bezeichnet werden, können eine elektrische Spannung zwischen zwei Spannungskreisen potentialfrei übertragen. Der galvanisch getrennte Gleichspannungswandler kann die von dem Hochvoltkreis, insbesondere von einer Hochvoltbatterie des Hochvoltkreises, bereitgestellte Hochvoltspannung galvanisch getrennt übertragen und in eine erste Gleichspannung umwandeln. Diese erste Gleichspannung wird einem galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler zugeführt, welcher seriell mit dem galvanisch entkoppelten Gleichspannungswandler verschaltet ist. Dieser galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler ist dazu ausgelegt, die erste Gleichspannung in eine für den Niedervoltkreis geeignete zweite Gleichspannung umzuwandeln. Durch diesen galvanisch gekoppelten, insbesondere steuerbaren, Gleichspannungswandler kann verhindert werden, dass die Niedervoltkomponenten durch eine erhöhte Hochvoltgleichspannung beschädigt werden, welche beispielsweise zeitweise im Hochvoltkreis auftreten kann. Ein an sich aus dem Stand der Technik bekannter galvanisch getrennter Gleichspannungswandler weist am Ausgang der Sekundärseite in der Regel ein Filter, welcher beispielsweise eine Induktivität und einer Kapazität umfasst, auf. Dieses Filter dient zum Glätten der übertragenden Spannung, also hier der ersten Gleichspannung. Der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler weist zum Umsetzen zwischen zwei Gleichspannungen, also hier zwischen der ersten Gleichspannung in der zweiten Gleichspannung, beispielsweise eine steuerbare Schalteinrichtung und die Energiespeichereinrichtung auf. Die Energiespeichereinrichtung kann ebenfalls eine Induktivität und einen Kondensator umfassen und somit baugleich zu dem Filter des galvanisch entkoppelten Gleichspannungswandlers ausgeführt sein. Die Energiespeichereinrichtung stellt also gleichzeitig eine Glättungseinrichtung zum Glätten der zweiten Gleichspannung dar.
  • Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, das Filter des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers zu entfernen und die erste Gleichspannung ungeglättet dem galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler zuzuführen. Die erste Gleichspannung wird also zuerst in die zweite Gleichspannung umgewandelt und durch die Energiespeichereinrichtung des galvanisch gekoppelten geglättet. Die vom Hochvoltkreis zum Niedervoltkreis übertragende Gleichspannung wird also nur einmal geglättet, und zwar mittels der Energiespeichereinrichtung des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers. Durch das Entfernen des Filters wird somit nur eine einzige Induktivität, nämlich die des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers, benötigt anstelle von bisher zwei Induktivitäten. Somit werden in vorteilhafter Weise der Bauteilbedarf bei der Reihenschaltung von dem galvanisch isolierenden bzw. galvanisch getrennten und dem galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlern minimiert und Kosten gespart. Dadurch werden zusätzlich das Bauvolumen und damit das Gewicht der Vorrichtung reduziert.
  • Besonders bevorzugt weist der galvanisch getrennte Gleichspannungswandler zum galvanisch entkoppelten Übertragen einer Wechselspannung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite einen Transformator mit einer ersten Wicklung, welche elektrisch mit der Primärseite verbunden ist, und einer zweiten Wicklung, welche elektrisch mit der Sekundärseite verbunden ist, auf, wobei die Primärseite einen Wechselrichter zum Wandeln der Hochvoltgleichspannung in die Wechselspannung und die Sekundärseite einen Gleichrichter zum Wandeln der Wechselspannung in die erste Gleichspannung aufweist. Gemäß dem Stand der Technik sind als Beispiele für galvanisch getrennte Gleichspannungswandler Eintaktflusswandler oder Gegentaktflusswandler bekannt. Solche Eintaktflusswandler oder Gegentaktflusswandler gemäß dem Stand der Technik weisen in der Regel auf der Sekundärseite am Ausgang des Gleichrichters ein LC-Filter, bestehend aus einer Induktivität und einem Kondensator, zum Glätten der Gleichspannung auf. Ein solches LC-Filter dient in der Regel dazu, einen sogenannten Rippelstrom oder eine sogenannte Rippelspannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers zu verhindern. Erfindungsgemäß kann dieses LC-Glied nun entfallen, da das Glätten von der Energiespeichereinrichtung des seriell nachgeschalteten galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers übernommen wird.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler als Hochsetzsteller und/oder als Tiefsetzsteller ausgebildet ist. Ein Tiefsetzsteller, welcher auch als Abwärtswandler bezeichnet wird, wandelt eine Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung um, deren Betrag kleiner ist als der Betrag der Eingangsspannung. Ein Hochsetzsteller, welcher auch als Aufwärtswandler bezeichnet wird, wandelt eine Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung um, deren Betrag größer ist als der Betrag der Eingangsspannung. Gleichspannungswandler, die sowohl als Hochsetzsteller als auch als Tiefsetzsteller verwendet werden können, werden als Synchronwandler bezeichnet. Die Umsetzung der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung erfolgt in der Regel mit Hilfe eine periodisch arbeitenden elektronischen Schalteinrichtung und einer Energiespeichereinrichtung. Diese Energiespeichereinrichtung kann beispielsweise eine Induktivität und einen Kondensator umfassen. Die aus einer Induktivität und einem Kompensator bestehende Energiespeichereinrichtung kann gleichermaßen als Glättungseinrichtung fungieren und am Ausgang des Gleichspannungswandlers eine geglättete Ausgangsspannung bereitstellen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Transformator eine dritte Wicklung auf, welche mit einer Ladevorrichtung zum Bereitstellen einer Ladespannung elektrisch verbindbar ist, wobei die Ladespannung über den Transformator an den Hochvoltkreis und/oder den Niedervoltkreis übertragen wird. Die Ladespannung dient beispielsweise dazu, die Hochvoltbatterie des Hochvoltkreises zu laden. In dieser Ausführungsform wird also der Transformator des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers mehrfach genutzt, nämlich einerseits zum Übertragen der Hochvoltspannung des Hochvoltkreises an den Niedervoltkreis und andererseits zum Übertragen der Ladespannung an den Hochvoltkreis und/oder an den Niedervoltkreis. Vor allem diese Mehrfachnutzung des Transformators macht eine Kombination aus einem galvanisch isolierendem Gleichspannungswandler und einem galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers notwendig, um eine regelbare Spannungsanpassung am Niedervoltkreiseingang zu ermöglichen, falls während des Ladevorgangs der Hochvoltbatterie bedingt durch die Ladezustandserhöhung in der Hochvoltbatterie die Hochvoltgleichspannung im Hochvoltkreis ansteigt. Durch die Steuerbarkeit des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler, welcher die von dem galvanisch entkoppelten Gleichspannungswandler bereitgestellte Gleichspannung in eine für den Niedervoltkreis geeignete Ausgangsspannung umwandelt, kann der Transformator des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers mehrfach genutzt werden, ohne dass eine eventuell auftretende erhöhte Hochvoltgleichspannung im Hochvoltkreis einen Schaden im Niedervoltkreis verursacht.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, einem Hochvoltkreis, einem Niedervoltkreis und einer Ladevorrichtung. Die Ladevorrichtung kann als ein sogenannter Bordlader des Kraftfahrzeugs ausgeführt sein. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgestaltet.
  • Zur Erfindung gehört außerdem ein Verfahren zum Übertragen einer elektrischen Spannung zwischen einem Hochvoltkreis und einem Niedervoltkreis. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Hochvoltspannung, das Wandeln der Hochvoltspannung in eine Wechselspannung mittels eines Wechselrichters, das galvanisch entkoppelte bertragen der Wechselspannung mittels eines Transformators, das Wandeln der galvanisch entkoppelt übertragenen Wechselspannung in eine erste Gleichspannung mittels eines Gleichrichters und das Wandeln der ersten Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung mittels eines galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren das Glätten der zweiten Gleichspannung mittels einer Energiespeichereinrichtung des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers.
  • Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie das erfindungsgemäße Verfahren. Im Folgenden wird die Erfindung nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen naher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Schaltungstopologie mit einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Schaltungstopologie mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
  • 3 Beispiele für galvanisch getrennte Gleichspannungswandler und galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler gemäß dem Stand der Technik.
  • Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
  • 1 zeigt eine Schaltungstopologie 1 mit einer Vorrichtung 10 zum galvanisch entkoppelten Übertragen einer elektrischen Spannung zwischen einem Hochvoltkreis 12 und einem Niedervoltkreis 14 gemäß dem Stand der Technik. Die Schaltungstopologie 1 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug (hier nicht dargestellt) angeordnet sein. Der Hochvoltkreis 12 kann beispielsweise eine Hochvoltbatterie (hier nicht dargestellt) umfassen, welche eine Hochvoltgleichspannung UH bereitstellt. Der Niedervoltkreis 14 kann eine Niedervoltbatterie 15 aufweisen.
  • Die Vorrichtung 10 ist dazu ausgelegt, die Hochvoltgleichspannung UH galvanisch entkoppelt zu dem Niedervoltkreis 14 zu übertragen und sie dabei in eine Gleichspannung U2 umzuwandeln, welche insbesondere kleiner ist als die Hochvoltspannung UH. Die zweite Gleichspannung U2 kann beispielweise zum Laden der Niedervoltbatterie 15 dienen.
  • Die Vorrichtung 10 weist eine Reihenschaltung aus einem galvanisch entkoppelten Gleichspannungswandler 16 und einem galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler 32 auf. Der galvanisch entkoppelte Gleichspannungswandler 16 dient zum potentialfreien bertragen der Hochvoltgleichspannung UH. Der galvanisch entkoppelte Gleichspannungswandler 16 ist hier als ein Gegentaktflusswandler gemäß dem Stand der Technik ausgeführt. Der galvanisch entkoppelte Gleichspannungswandler 16 kann einen Transformator 18 mit einer ersten Wicklung 20 und einer zweiten Wicklung 22 umfassen. Die erste Wicklung 20 ist mit einer Primärseite 24 des galvanisch entkoppelten Gleichspannungswandlers 16 elektrisch verbunden. Die Primärseite 24 ist hier als ein Wechselrichter ausgeführt und mit dem Hochvoltkreis 12 elektrisch verbunden. Der Wechselrichter weist vier steuerbare Schaltelemente T auf, mittels welchen die Hochvoltgleichspannung UH in eine Wechselspannung umgewandelt werden kann. Die Wechselspannung wird über den Transformator 18 zu der zweite Wicklung 22 übertragen, welche mit einer Sekundärseite 26 des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers 16 verbunden ist. Der galvanisch getrennte Gleichspannungswandlers 16 ist hier mit dem Niedervoltkreis 14 elektrisch verbunden.
  • Die Sekundärseite 26 umfasst hier einen Gleichrichter 28 und ein LC-Filter 30. Der Gleichrichter 28 dient zum Gleichrichten der Wechselspannung. Die gleichgerichtete Spannung wird dem LC-Filter 30 zugeführt, welcher eine Induktivität L und einen Kondensator C umfasst. Das LC-Filter 30 glättet die gleichgerichtete Spannung und stellt am Ausgang eine geglättete erste Gleichspannung U1' bereit. Die geglättete erste Gleichspannung U1' wird dem galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler 32 zugeführt, welcher in Reihe mit dem galvanisch entkoppelten Gleichspannungswandler 16 geschaltet ist. Der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler 32 weist eine steuerbare Schaltereinrichtung S und eine Energiespeichereinrichtung 34, welche eine Induktivität L und einen Kondensator C umfasst, auf. Der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler 32 ist hier als Tiefsetzsteller ausgeführt. Der Tiefsetzsteller setzt durch eine PWM(Pulsweitenmodulation)-Taktung die Ausgangsspannung des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers 16 herab und stellt somit am Ausgang eine zweite Gleichspannung U2 bereit, deren Betrag kleiner ist als der Betrag der geglätteten ersten Gleichspannung U1'. Der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler 32 ist dazu ausgelegt, die Ausgangsspannung U2 bei einer sich ändernden Eingangsspannung U1' zu steuern.
  • Der Transformator 18 weist hier eine dritte Wicklung 36 auf, welche mit einer Ladevorrichtung 38 verbunden ist. Die Ladevorrichtung 28 kann als ein sogenannter Bordlader ausgeführt sein und in dem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Über die Ladevorrichtung 38 kann eine Ladespannung bereitgestellt werden, welche insbesondere dem Hochvoltkreis 12 zum Laden der Hochvoltbatterie bereitgestellt werden kann. Der Transformator 18 wird also einerseits zum potentialfreien Übertragen der Hochvoltgleichspannung UH zwischen dem Hochvoltkreis 12 und dem Niedervoltkreis 14 als auch zum potentialfreien Übertragen der Ladespannung zwischen der Ladevorrichtung 38 und dem Hochvoltkreis 12 genutzt. Diese Mehrfachnutzung des Transformators 18 macht den galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler 32 notwendig, da mittels des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers 32 eine regelbare Spannungsanpassung durchgeführt werden kann, also eine definierte zweite Gleichspannung U2 bereitgestellt werden kann, auch wenn die Hochvoltspannung UH im Hochvoltkreis 12, beispielsweise während des Ladevorgangs durch die Ladevorrichtung 38, erhöht wird.
  • Aus der Schaltungstopologie 1 gemäß dem Stand der Technik ist erkennbar, dass sowohl der galvanisch entkoppelte Gleichspannungswandler 16 als auch der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler 32 eine Induktivität L und einen Kondensator C, also ein LC-Glied, aufweisen. Vor allem die Induktivitäten L sind teure Bauelemente. Daher ist es wünschenswert, eine Schaltungstopologie 1 zu verwirklichen, welche insbesondere nur eine Induktivität L benötigt.
  • 2 zeigt eine Schaltungstopologie 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Hier weist die Sekundärseite 26 des galvanisch entkoppelten Gleichspannungswandlers 16 lediglich einen Gleichrichter 28 auf, welcher am Ausgang eine ungeglättete erste Gleichspannung U1 bereitstellt. Diese ungeglättete erste Gleichspannung U1 wird dem galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler 32 zugeführt und mittels der steuerbaren Schalteinrichtung S und der Energiespeichereinrichtung 34 in eine geglättete zweite Gleichspannung U2 umgewandelt. Diese geglättete zweite Gleichspannung U2 wird dem Niedervoltkreis 14 am Eingang bereitgestellt und kann zum Laden der Niedervoltbatterie 15 verwendet werden. Im Vergleich zu 1 ist erkennbar, dass die Sekundärseite 26 des galvanisch entkoppelten Gleichspannungswandlers 16 kein LC-Filter 30 aufweist. Um dennoch einen Stromrippel bzw. einen Spannungsrippel am Ausgang der Vorrichtung 10 bzw. am Eingang des Niedervoltkreises 14 zu vermeiden, werden Glättungseigenschaften der Energiespeichereinrichtung 34 des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers 32 genutzt. Somit kann das LC-Filter 30 des galvanisch entkoppelten Gleichspannungswandlers 16 entfallen, wobei die Steuerung der Ausgangsspannung des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers 32 bei einer sich ändernden Eingangsspannung nach wie vor gegeben ist.
  • 3 zeigt Beispiele für galvanisch entkoppelte Gleichspannungswandler 40, 42 und galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler 44, 46 gemäß dem Stand der Technik. Ein Eintaktflusswandler 40 und ein Gegentaktflusswandler 42 sind Beispiele für galvanisch entkoppelte Gleichspannungswandler 16. Im Bereich B1 wird sowohl beim Eintaktflusswandler 40 als auch beim Gegentaktflusswandler 42 eine Eingangsgleichspannung UE in eine Wechselspannung umgewandelt, mittels des Transformators 18 galvanisch entkoppelt übertragen und gleichgerichtet. Im Bereich B2 weisen der Eintaktflusswandler 40 und der Gegentaktflusswandler 42 jeweils ein LC-Filter 30 zum Glätten der gleichgerichteten Spannung auf. Sowohl der Eintaktflusswandler 40 als auch der Gegentaktflusswandler 42 gemäß dem Stand der Technik stellen ausgangsseitig eine geglättete Ausgangsgleichspannung UA bereit.
  • Ein Tiefsetzsteller 44 sowie ein Synchronwandler 46 sind Beispiele für galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler 32. Der Tiefsetzstellter 44 ist ein unidirektionales Bauelement, welches die Eingangsgleichspannung UE in eine kleinere Ausgangsgleichspannung UA umwandelt. Ein hier nicht dargestellter Hochsetzsteller, welcher ein weiteres Beispiel für einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler ist, ist ein unidirektionales Bauelement, welche die Eingangsgleichspannung UE in eine größere Ausgangsgleichspannung UA umwandelt. Der Synchronwandler 46 ist ein bidirektionales Bauelement, welches die Eingangsgleichspannung UE in eine kleinere oder größere Ausgangsgleichspannung UA umwandeln kann. Der Tiefsetzsteller 44 und der Synchronwandler 46 weisen eine steuerbare Schalteinrichtung S und eine Energiespeichereinrichtung 34 auf, welche auch zum Glätten der Spannung benutzt werden kann. Hier nicht dargestellt ist ein Hochsatzsteller, welcher ebenfalls ein Beispiel für einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler darstellt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 kann realisiert werden, indem einer der galvanisch entkoppelten Gleichspannungswandler 40, 42 mit einem der galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler 44, 46 oder dem Hochsetzsteller in Serie geschaltet wird. Dabei kann erfindungsgemäß das LC-Filter 30 der jeweils galvanisch entkoppelten Gleichspannungswandler 40, 42 entfallen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schaltungstopologie
    10
    Vorrichtung
    12
    Hochvoltkreis
    14
    Niedervoltkreis
    15
    Niedervoltbatterie
    16
    Galvanisch getrennter Gleichspannungswandler
    18
    Transformator
    20
    erste Wicklung
    22
    zweite Wicklung
    24
    Primärseite
    26
    Sekundärseite
    28
    Gleichrichter
    30
    LC-Filter
    32
    Galvanisch gekoppelter Wandler
    34
    Energiespeichereinrichtung
    36
    dritte Wicklung
    38
    Ladevorrichtung
    40
    Eintaktflusswandler
    42
    Gegentaktflusswandler
    44
    Tiefsetzsteller
    46
    Synchronwandler
    UH
    Hochvoltgleichspannung
    U1
    erste Gleichspannung
    U1'
    geglättete erste Gleichspannung
    U2
    zweite Gleichspannung
    UE
    Eingangsspannung
    UA
    Ausgangsspannung
    I
    Induktivität
    C
    Kondensator
    T
    Steuerbares Schaltelement
    S
    Schalteinrichtung
    B1, B2
    Bereiche

Claims (6)

  1. Vorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug zum galvanisch entkoppelten Übertragen einer elektrischen Spannung zwischen einem Hochvoltkreis (12) und einem Niedervoltkreis (14) mit einem galvanisch getrennten Gleichspannungswandler (16) mit einer Primärseite (24) und einer Sekundärseite (26) und einem galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler (32) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei die Sekundärseite (26) des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers (16) mit dem Eingang des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers (32) elektrisch verbunden ist und die Primärseite (24) des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers (16) mit dem Hochvoltkreis (12) elektrisch verbindbar ist und der Ausgang des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers (32) mit dem Niedervoltkreis (14) verbindbar ist, und wobei der galvanisch getrennte Gleichspannungswandler (16) eine von dem Hochvoltkreis (12) bereitgestellte Hochvoltgleichspannung (UH) in eine erste Gleichspannung (U1) wandelt und der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler (32) die erste Gleichspannung (U1) in eine zweite Gleichspannung (U2) wandelt, dadurch gekennzeichnet, dass der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler (32) eine Energiespeichereinrichtung (34) aufweist, welche eine Glättungseinrichtung zum Glätten der zweiten Gleichspannung (U2) bildet.
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der galvanisch getrennte Gleichspannungswandler (16) zum galvanisch entkoppelten Übertragen einer Wechselspannung zwischen der Primärseite (24) und der Sekundärseite (26) einen Transformator (18) mit einer ersten Wicklung (20), welche elektrisch mit der Primärseite (24) verbunden ist, und einer zweiten Wicklung (22), welche elektrisch mit der Sekundärseite (26) verbunden ist, aufweist, wobei die Primärseite (24) einen Wechselrichter zum Wandeln der Hochvoltgleichspannung (UH) in die Wechselspannung und die Sekundärseite (26) einen Gleichrichter (28) zum Wandeln der Wechselspannung in die erste Gleichspannung (U1) aufweist.
  3. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der galvanisch gekoppelte Gleichspannungswandler (32) als Hochsetzsteller und/oder als Tiefsetzsteller (44) ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (18) der Vorrichtung (10) eine dritte Wicklung (36) aufweist, welche mit einer Ladevorrichtung (38) zum Bereitstellen einer Ladespannung elektrisch verbindbar ist, wobei die Ladespannung über den Transformator (18) an den Hochvoltkreis (12) und/oder den Niedervoltkreis (14) übertragen wird.
  5. Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, einem Hochvoltkreis (12), einem Niedervoltkreis (14) und einer Ladevorrichtung (38).
  6. Verfahren zum Übertragen einer elektrischen Spannung zwischen einem Hochvoltkreis (12) und einem Niedervoltkreis (14) mit den Schritten: – Bereitstellen einer Hochvoltspannung (UH), – Wandeln der Hochvoltspannung (UH) in eine Wechselspannung mittels eines Wechselrichters, – galvanisch entkoppelte Übertragung der Wechselspannung mittels eines Transformators (18), – Wandeln der galvanisch entkoppelt übertragenen Wechselspannung in eine erste Gleichspannung (U1) mittels eines Gleichrichters (28) und – Wandeln der ersten Gleichspannung (U1) in eine zweite Gleichspannung (U2) mittels eines galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers (32), gekennzeichnet durch – Glätten der zweiten Gleichspannung (U2) mittels einer Energiespeichereinrichtung (34) des galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers (32).
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