DE102020129046A1 - Einstufiger wandler eines bordladegeräts (obc) - Google Patents

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Magi MARGALEF BOQUERA
Pablo Gaona Rosanes
Antonio Leon Masich
Oscar Lucia Gil
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Abstract

Ein Bordladegerät zum Laden einer Batterie wie einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs umfasst einen AC/DC-Wandler und einen Pulsationspuffer (PB) -Wandler. Der AC/DC-Wandler ist konfiguriert, einen Wechselstrom-Eingang aus einer Netzversorgung in einen Ausgang umzuwandeln, der eine Gleichstromspannung und eine Stromwelligkeit aufweist. Der PB-Wandler ist mit dem AC/DC-Wandler verbunden und ist konfiguriert, den Ausgang des AC/DC-Wandlers zu verarbeiten, um die Stromwelligkeit davon zu reduzieren oder zu minimieren und den Ausgang des AC/DC-Wandlers in einen Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie zu transformieren.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Architekturen und zugeordnete Steuerungsstrategien von Bordladegeräten.
  • HINTERGRUND
  • Ein Bordladegerät (OBC) eines Elektrofahrzeugs wird zum Laden einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs verwendet. Das OBC wandelt die von einer Wechselstromquelle aufgenommene elektrische Leistung in elektrische Gleichstromleistung um und lädt die Batterie mit der elektrischen Gleichstromleistung auf.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Bordladegerät (OBC) zum Laden einer Batterie, beispielsweise einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, ist vorgesehen. Das OBC umfasst einen AC/DC-Wandler und einen Pulsationspuffer (PB) -Wandler. Der AC/DC-Wandler ist konfiguriert, einen Wechselstrom-Eingang von einer Netzversorgung in einen Ausgang umzuwandeln, der eine Gleichstromspannung und eine Stromwelligkeit aufweist. Der PB-Wandler ist mit dem AC/DC-Wandler verbunden und ist konfiguriert, den Ausgang des AC/DC-Wandlers zu verarbeiten, um dessen Stromwelligkeit zu verringern oder zu minimieren und den Ausgang des AC/DC-Wandlers in einen Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie zu transformieren.
  • In Ausführungsformen umfasst der AC/DC-Wandler einen Gleichrichter und einen Wandlerabschnitt, Der Gleichrichter ist konfiguriert, den Gleichstromeingang aus der Netzversorgung in einen gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang gleichzurichten und der Wandlerabschnitt ist konfiguriert, den gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang in den Ausgang des AC/DC-Wandlers zu wandeln. In Ausführungsformen umfasst der Wandlerabschnitt eine primärseitige Leistungsschalterbrücke auf einer Primärseite eines Transformators und eine sekundärseitige Leistungsschalterbrücke auf einer Sekundärseite des Transformators. Die primärseitige Leistungsschalterbrücke weist erste und zweite Paare von Leistungsschaltern auf und die sekundärseitige Leistungsschalterbrücke weist erste und zweite Paare von Leistungsschaltern auf.
  • In Ausführungsformen ist der Gleichrichter entweder ein Vollbrückendiodengleichrichter oder ein Vollbrückenaktivgleichrichter.
  • In Ausführungsformen umfasst das OBC ferner mindestens einen zusätzlichen AC/DC-Wandler. Jeder zusätzliche AC/DC-Wandler ist konfiguriert, den Wechselstrom-Eingang aus der Netzversorgung in einen zusätzlichen Ausgang zu wandeln, der eine Gleichstromspannung und eine Stromwelligkeit aufweist. Der PB-Wandler ist individuell mit jedem zusätzlichen AC/DC-Wandler verbunden und konfiguriert, den zusätzlichen Ausgang von jedem zusätzlichen AC/DC-Wandler zu verarbeiten, um die Stromwelligkeit davon zu reduzieren oder zu minimieren und den zusätzlichen Ausgang von jedem zusätzlichen AC/DC-Wandler in den Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie zu transformieren.
  • In Ausführungsformen umfasst der PB-Wandler einen Energiespeicherkondensator und einen Induktor und ein Paar von Leistungsschaltern.
  • In Ausführungsformen fehlt dem AC/DC-Wandler ein Leistungsfaktorkorrektor (PFC) und dem AC/DC-Wandler und dem PB-Wandler fehlt ein Zwischenkreiskondensator dazwischen.
  • Ein weiteres OBC zum Laden einer Batterie, beispielsweise einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, ist vorgesehen. Dieses OBC umfasst eine Elektronikanordnung, die einen AC/DC-Wandler und einen Pulsationspuffer (PB) -Wandler umfasst, der mit dem AC/DC-Wandler verbunden ist. Dieses OBC umfasst ferner eine Steuerung, die konfiguriert ist, den AC/DC-Wandler zu steuern, einen Wechselstrom-Eingang aus einer Netzversorgung in einen Ausgang zu wandeln, der eine Gleichstromspannung und eine Stromwelligkeit aufweist und den PB-Wandler zu steuern, den Ausgang des AC/DC-Wandlers zu verarbeiten, um die Stromwelligkeit davon zu verringern oder zu minimieren und den Ausgang des AC/DC-Wandlers in einen Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie zu transformieren.
  • In Ausführungsformen umfasst der AC/DC-Wandler einen Gleichrichter, der konfiguriert ist, den Gleichstromeingang aus der Netzversorgung in einen gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang gleichzurichten, und der AC/DC-Wandler umfasst ferner eine Dual-Active-Leistungsschalterbrückenanordnung, die eine primärseitige Leistungsschalterbrücke auf einer Primärseite eines Transformators und eine sekundärseitige Leistungsschalterbrücke auf einer Sekundärseite des Transformators aufweist. Die primärseitige Leistungsschalterbrücke weist zwei Paare von primärseitigen Leistungsschaltern auf und die sekundärseitige Leistungsschalterbrücke weist zwei Paare von sekundärseitigen Leistungsschaltern auf. Die Steuerung ist ferner konfiguriert, die Leistungsschalter der primärseitigen und sekundärseitigen Leistungsschalterbrücken gemäß einer AC/DC-Wandler-Steuerstrategie abwechselnd an- und auszuschalten, um den AC/DC-Wandler zu veranlassen, den gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang in den Ausgang des AC/DC-Wandlers zu wandeln.
  • Die Steuerung kann einen Mikrocontroller und eine Komparatoranordnung umfassen. Der Mikrocontroller ist konfiguriert, ein positives Referenzsignal und ein negatives Referenzsignal basierend auf einer Differenz zwischen dem gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang und einem gewünschten gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang zu erzeugen. Die Komparatoranordnung ist konfiguriert, einen Ausgangsstrom, der von der primärseitigen Leistungsschalterbrücke aus dem gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang erzeugt wird, mit dem positiven Referenzsignal zu vergleichen, ein erstes Paar der primärseitigen Leistungsschalter und ein erstes Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter anzuschalten und ein zweites Paar der primärseitigen Leistungsschalter und ein zweites Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter auszuschalten, wenn der Ausgangsstrom dem positiven Referenzsignal gleicht, und das erste Paar der primärseitigen Leistungsschalter und das erste Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter auszuschalten und das zweite Paar der primärseitigen Leistungsschalter und das zweite Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter anzuschalten, wenn der Ausgangsstrom dem negativen Referenzsignal gleicht, um dadurch den AC/DC-Wandler zu veranlassen, den Ausgang des AC/DC-Wandlers zu erzeugen.
  • In Ausführungsformen umfasst die Komparatoranordnung einen ersten Komparator, der das positive Referenzsignal und einen Fühlwert des Ausgangsstroms empfängt und seinen Ausgang umschaltet, wenn der Ausgangsstrom dem positiven Referenzsignal gleicht; und die Komparatoranordnung umfasst ferner einen zweiten Komparator, der das negative Referenzsignal und den Fühlwert des Ausgangsstroms empfängt und seinen Ausgang umschaltet, wenn der Ausgangsstrom dem negativen Referenzsignal gleicht.
  • In Ausführungsformen umfasst die Komparatoranordnung ferner eine digitale Zweizustandsänderungsschaltung, wie eine digitale Flipflop-Schaltung, und eine digitale Treiberschaltung, die mit den Ausgängen des ersten und zweiten Komparators arbeiten, um das erste Paar der primärseitigen Leistungsschalter und das erste Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter an zu lassen und das zweite Paar der primärseitigen Leistungsschalter und das zweite Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter auszulassen, bis der Ausgangsstrom dem negativen Referenzsignal gleicht und das erste Paar der primärseitigen Leistungsschalter und das erste Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter auszulassen und das zweite Paar der primärseitigen Leistungsschalter und das zweite Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter an zu lassen, bis der Ausgangsstrom dem positiven Referenzsignal gleicht, um dadurch zu veranlassen, dass der AC/DC-Wandler den Ausgang des AC/DC-Wandlers erzeugt.
  • In Ausführungsformen umfasst der PB-Wandler einen Energiespeicherkondensator und einen Induktor und ein Paar von Leistungsschaltern. Die Steuerung ist ferner konfiguriert, die Leistungsschalter des PB-Wandlers gemäß einer PB-Wandler-Steuerstrategie abwechselnd an- und auszuschalten, um zu veranlassen, dass der PB-Wandler den Ausgang des AC/DC-Wandlers verarbeitet, um die Stromwelligkeit davon zu reduzieren oder zu verringern und den Ausgang des AC/DC-Wandlers in den Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie transformiert.
  • In Ausführungsformen umfasst die Steuerung einen Mikrocontroller und eine Komparatoranordnung. Der Mikrocontroller ist konfiguriert, ein positives Referenzsignal und ein negatives Referenzsignal basierend auf einer Differenz zwischen (i) einem Ausgangsstrom des PB-Wandlers und (ii) einem Zielausgangsstrom zu erzeugen. Die Komparatoranordnung ist konfiguriert, einen Pufferstrom, der von dem PB-Wandler von dem Gleichstromausgang mit der Welligkeit aufgenommen wird, mit dem positiven Referenzsignal zu vergleichen, einen ersten der Leistungsschalter des PB-Wandlers anzuschalten und einen zweiten der Leistungsschalter des PB-Wandlers auszuschalten, wenn der PB-Wandler-Pufferstrom dem positiven Referenzsignal gleicht und den ersten der Leistungsschalter des PB-Wandlers auszuschalten und den zweiten der Leistungsschalter des PB-Wandlers anzuschalten, wenn der PB-Wandler-Pufferstrom dem negativen Referenzsignal gleicht, um dadurch zu veranlassen, dass der PB-Wandler den Ausgang des AC/DC-Wandlers verarbeitet, um die Stromwelligkeit davon zu reduzieren oder zu verringern und den Ausgang des AC/DC-Wandlers in den Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie transformiert.
  • In Ausführungsformen umfasst die Komparatoranordnung einen ersten Komparator, der das positive Referenzsignal und einen Fühlwert des PB-Wandler-Pufferstroms empfängt und seinen Ausgang umschaltet, wenn der PB-Wandler-Pufferstrom dem positiven Referenzsignal gleicht; und die Komparatoranordnung umfasst ferner einen zweiten Komparator, der das negative Referenzsignal und den Fühlwert des PB-Wandler-Pufferstroms empfängt und seinen Ausgang umschaltet, wenn der PB-Wandler-Pufferstrom dem negativen Referenzsignal gleicht.
  • In Ausführungsformen umfasst die Komparatoranordnung ferner eine digitale Zweizustandsänderungsschaltung und eine digitale Treiberschaltung, die mit den Ausgängen des ersten und zweiten Komparators arbeiten, um den ersten Leistungsschalter des PB-Wandlers an zu lassen und den zweiten Leistungsschalter des PB-Wandlers aus zu lassen, bis der PB-Wandler-Pufferstrom dem negativen Referenzsignal gleicht und den ersten Leistungsschalter des PB-Wandlers aus zu lassen und den zweiten Leistungsschalter des PB-Wandlers an zu lassen, bis der PB-Wandler-Pufferstrom dem positiven Referenzsignal gleicht, um dadurch zu veranlassen, dass der PB-Wandler den Ausgang des AC/DC-Wandlers verarbeitet, um die Stromwelligkeit davon zu reduzieren oder zu minimieren und den Ausgang des AC/DC-Wandlers in den Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie transformiert.
  • In Ausführungsformen umfasst dieses OBC ferner einen zusätzlichen AC/DC-Wandler, der mit dem PB-Wandler verbunden ist. Die Steuerung ist ferner konfiguriert, den zusätzlichen AC/DC-Wandler zu steuern, den Wechselstrom-Eingang aus der Netzversorgung in einen zusätzlichen Ausgang zu wandeln, der eine Gleichstromspannung und eine Stromwelligkeit aufweist und den PB-Wandler zu steuern, den zusätzlichen Ausgang von jedem zusätzlichen AC/DC-Wandler zu verarbeiten, um die Stromwelligkeit davon zu verringern oder zu minimieren und den zusätzlichen Ausgang von jedem zusätzlichen AC/DC-Wandler in den Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie zu transformieren.
  • Figurenliste
    • 1 stellt ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems dar, das ein Bordladegerät (OBC) aufweist;
    • 2 stellt ein Blockdiagramm des OBC dar, in welchem das OBC ein dreiphasiges OBC ist;
    • 3 stellt ein elektrisches Schaltbild des OBC dar, in welchem das OBC ein einphasiges OBC in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist;
    • 4 stellt ein elektrisches Schaltbild des OBC dar, in welchem das OBC ein dreiphasiges OBC in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform ist;
    • 5 stellt ein elektrisches Schaltbild des OBC dar, in welchem das OBC ein dreiphasiges OBC in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform ist;
    • 6 stellt ein elektrisches Schaltbild einer Schiene des OBC mit Spannungs-/Strom-Wellenformdiagrammen dar, die jeweils mit einer Netzversorgung des elektrischen Systems, primärseitigen und sekundärseitigen Leistungsschalterbrücken eines AC/DC-Wandlers des OBC, einem Pulsationspuffer (PB) -Wandler des OBC und einer Traktionsbatterie des elektrischen Systems assoziiert sind;
    • 7A stellt Details dar, die darauf bezogen sind, wie die Steuerung den PB-Wandler steuert, um von dem AC/DC-Wandler eine erforderliche Menge an Pufferstrom (ib) zu ziehen, der einer Pufferspannung (vb) zugeordnet ist und daraus eine angezielte Batteriespannung/Strom zu erzeugen;
    • 7B stellt ein vergrößertes Diagramm des Pufferstroms (ib) dar, der von dem PB-Wandler aus dem AC/DC-Wandler gezogen wird;
    • 7C stellt eine Blockschaltbilddarstellung der Steuerung dar, die einen ersten Mikrocontroller und einen ersten Hysteresekomparatoraufbau umfasst, die zusammenwirken, um den PB-Wandler zu steuern, aus dem AC/DC-Wandler die erforderliche Menge an Pufferstrom (ib) zu ziehen, die der Pufferspannung (vb) zugeordnet ist und daraus die angezielte Batteriespannung/Strom zu erzeugen;
    • 8A stellt Details dar, die darauf bezogen sind, wie die Steuerung die primärseitige Leistungsschalterbrücke des AC/DC-Wandlers steuert, um eine erwünschte primärseitige Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) zu erzeugen und in Verbindung die sekundärseitige Leistungsschalterbrücke des AC/DC-Wandlers steuert, um eine erwünschte sekundärseitige Eingangsspannung/Strom (vos)/(ios) aus dem erwünschten primärseitigen Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) zu erzeugen;
    • 8B stellt ein vergrößertes Diagramm des primärseitigen Ausgangsstroms (iop) dar, der von der primärseitigen Leistungsschalterbrücke erzeugt wird;
    • 8C stellt eine Blockschaltbilddarstellung der Steuerung dar, die einen zweiten Mikrocontroller und eine zweite Hysteresekomparatoranordnung umfasst, die zusammenwirken, um die primärseitige Leistungsschalterbrücke zu steuern, die erwünschte primärseitige Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) zu erzeugen und in Verbindung die sekundärseitige Leistungsschalterbrücke steuern, um die erwünschte sekundärseitige Eingangsspannung/Strom (vos)/(ios) aus der erwünschten primärseitigen Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) zu erzeugen; und
    • 9 stellt Details dar, die darauf bezogen sind, wie die Steuerung einen Zielgleichrichterausgangsstrom (ip,ziel) zur Verwendung beim Steuern der primärseitigen Leistungsschalterbrücke erzeugt, um die erwünschte primärseitige Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) zu erzeugen und in Verbindung beim Steuern der sekundärseitigen Leistungsschalterbrücke, um die erwünschte sekundärseitige Eingangsspannung/Strom (vos)/(ios) aus der erwünschten primärseitigen Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) zu erzeugen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Es werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen eher Beispiele der Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; manche Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind spezifische strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart sind, nicht als beschränkend auszulegen, sondern vielmehr als eine repräsentative Basis, um den Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung verschiedenartig zu verwenden.
  • Bezugnehmend auf 1 ist nun ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems 10 dargestellt, das ein Bordladegerät (OBC) 12 aufweist. Das OBC 12 befindet sich „an Bord“ eines Elektrofahrzeugs. Der Begriff „Elektrofahrzeug“ umfasst hier einen beliebigen Fahrzeugtyp, der elektrische Energie zum Fahrzeugantrieb verwendet und umfasst Elektrofahrzeuge nur mit Batterie (BEV), Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV), Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV) und dergleichen. Das OBC 12 wird verwendet, um eine Traktionsbatterie 14 des Elektrofahrzeugs zu laden. Die Traktionsbatterie 14 ist eine Hochspannungs (HV) -Gleichstromtraktionsbatterie für den elektrischen Energiebedarf für den Elektrofahrzeugantrieb.
  • Das elektrische System 10 umfasst ferner eine Wechselstromquelle wie eine Netzversorgung 16 des Stromnetzes. Das OBC 12 lädt die Traktionsbatterie 14 unter Verwendung elektrischer Leistung aus der Netzversorgung 16. Das OBC 12 weist einen Eingang auf, der über eine externe Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung (EVSE) 18 mit der Netzversorgung 16 verbunden ist, um elektrische Leistung aus der Netzversorgung zu absorbieren. Das OBC 12 weist einen Ausgang auf, der mit der Traktionsbatterie 14 verbunden ist. Das OBC 12 wandelt die von der Netzversorgung 16 aufgenommene elektrische Leistung in Gleichstromleistung um und lädt die Traktionsbatterie 14 mit der Gleichstromleistung.
  • Eine Steuerung 20 ist mit dem OBC 12 verbunden. Die Steuerung 20 ist eine elektronische Vorrichtung wie ein Prozessor, Mikrocontroller oder dergleichen (zum Beispiel ein Computer) an Bord des Elektrofahrzeugs (zum Beispiel ist die Steuerung 20 eine Fahrzeugsteuerung). Die Steuerung 20 steht in Verbindung mit dem OBC 12, um den Betrieb des OBC 12 zu steuern. Die Steuerung 20 steuert das OBC 12 beim Umwandeln elektrischer Leistung aus der Netzversorgung 16 in Gleichstromleistung und Laden der Traktionsbatterie 14 mit der Gleichstromleistung. Beispielsweise steuert die Steuerung 20 in geeigneter Weise das Schalten und die Schaltdauer von Leistungsschaltern des OBC 12, die verwendet werden, um elektrische Leistung aus der Netzversorgung 16 in eine ausgewählte Menge Gleichstromleistung umzuwandeln. Die Steuerung 20 kann betrieben werden, um andere Knoten des elektrischen Systems 10 und des Elektrofahrzeugs einschließlich von in den Ladeanwendungen beteiligten Knoten zu kommunizieren und zu steuern.
  • Gewöhnliche OBCs haben eine zweistufige Architektur, die einen Leistungsfaktorkorrektor (PFC) und einen DC/DC-Wandler umfasst. Der PFC und der DC/DC-Wandler sind über einen kapazitiven Energiepuffer verbunden, der als ein „Zwischenkreiskondensator“ bezeichnet wird. Der PFC ist an die Netzversorgung anschließbar und der DC/DC-Wandler ist mit der Traktionsbatterie verbunden. Der PFC übernimmt die AC/DC-Wandlung und wird von einer Steuerung gesteuert, um einen Hochleistungsfaktor an dem Eingang sicherzustellen. Der DC/DC-Wandler wird von der Steuerung gesteuert, um einen hochspannungsstabilisierten Eingang an dem Zwischenkreiskondensator in ein Gleichstrombatterieniveau für die Traktionsbatterie umzuwandeln. In dieser Hinsicht passt der DC/DC-Wandler die Ausgangsspannung/Strom an die Anforderungen der Traktionsbatterie an. Zusammengefasst fungiert der PFC als das Netz-Frontend und der DC/DC-Wandler passt den Ausgang an den Bereich der Traktionsbatterie an.
  • Der PFC umfasst einen oder mehrere sperrige und kostspielige Induktoren. Das Energieumwandlungsschema gewöhnlicher OBCs erfordert inhärent ein Energiespeicherelement, um die Differenz zwischen der momentanen Eingangsleistung, die sinusförmig ist, um den EMV-Standards zu entsprechen, und der Ausgangsleistung, die als konstant erwartet wird, zu speichern/bereitzustellen. Gegenwärtig ist das Energiespeicherelement der Wahl aufgrund von Hochleistungsanforderungen eine Konfiguration von Elektrolyt-Kondensatoren (d.h., dem Zwischenkreiskondensator). Die erforderliche hohe Kapazität führt zu sperrigen Kondensatoren (d.h., dem Zwischenkreiskondensator), die die Leistungsdichte (zum Beispiel um 30 Volumenprozent) verringern und signifikante Auswirkungen auf die maximale Betriebstemperatur und die geschätzte Lebensdauer (MTBF) haben.
  • Ferner sind für jede Schiene des OBC ein PFC und ein DC/DC-Wandler vorhanden. Damit umfasst ein dreiphasiges herkömmliches OBC drei Sätze von PFCs und DC/DC-Wandlern. Wie oben beschrieben umfasst jeder Satz mehrere Energiespeicherelemente. Jede Schiene umfasst nämlich einen oder mehrere Induktoren an der PFC-Stufe und Elektrolytkondensatoren an der DC/DC-Wandlerstufe, die zu einer vergleichsweise schlechten Leistungsdichte und vergleichsweise schlechten MTBF und erhöhten Kosten führen.
  • Bezugnehmend auf 2 unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 ist nun ein Blockdiagramm des OBC 12 dargestellt. Das OBC 12 ist ein n-phasiges OBC, wobei n eine ganze Zahl von mindestens Eins ist. Wie in 2 dargestellt, ist das OBC 12 beispielsweise ein dreiphasiges OBC, das erste, zweite und dritte Schienen 22a, 22b und 22c aufweist.
  • Die Schienen 22a, 22b, 22c weisen denselben Typ von elektrischer Schaltung in der Form eines „modularen Wandlers“ auf, der einen AC/DC-Wandler 24a, 24b bzw. 24c umfasst. Jeder AC/DC-Wandler 24a, 24b, 24c ist eine einstufige Topologie. Anders als herkömmliche OBCs, die eine zweistufige Architektur umfassend einen PFC, einen Zwischenkreiskondensator und einen DC/DC-Wandler für jede Schiene umfassen, weist das OBC 12 eine einstufige Architektur auf, die einen AC/DC-Wandler für jede Schiene umfasst.
  • Das OBC 12 umfasst ferner ein Pulsationspuffer (PB) -Wandler 26. Der PB-Wandler 26 wird von den AC/DC-Wandlern 24a, 24b, 24c gemeinsam benutzt. Insbesondere sind die AC/DC-Wandler 24a, 24b, 24c einzeln mit dem PB-Wandler 26 kaskadierend verbunden, wie in 2 dargestellt. Die AC/DC-Wandler 24a, 24b, 24c können an ihren Eingangsenden mit der Netzversorgung 16 verbunden werden und sind an ihren Ausgangsenden mit dem Eingangsende des PB 26 verbunden. Das Ausgangsende des PB-Wandlers 26 ist mit der Traktionsbatterie 14 verbunden. Die AC/DC-Wandler 24a, 24b, 24c wandeln zusammen mit dem PB-Wandler 26 elektrische Leistung aus der Netzversorgung 16 in Gleichstromleistung zum Laden der Traktionsbatterie 14 um. Insbesondere steuert die Steuerung 20 den Betrieb der AC/DC-Wandler 24a, 24b, 24c und den Betrieb des PB-Wandlers 26 gemäß Steuerstrategien für das OBC 12, um elektrische Leistung aus der Netzversorgung 16 in Gleichstromleistung zum Laden der Traktionsbatterie 14 umzuwandeln.
  • Die AC/DC-Wandler 24a, 24b, 24c umfassend denselben Typ elektrischer Schaltung und funktionieren gleich. Deshalb wird nur der AC/DC-Wandler 24a detaillierter beschrieben werden. Allgemein weist der AC/DC-Wandler 24a eine Wandlertopologie auf, welche den Einsatz eines klassischen PFC und seines zugeordneten Induktors außer Acht lässt. Der AC/DC-Wandler 24a wird mit dem Einsatz des Pulsationspuffer (PB) -Wandlers 26 kombiniert, der die Nutzung eines Energiespeicherkondensators parallel zu der Traktionsbatterie 14 maximiert, und die Schienen-Kondensator-Größenanforderungen signifikant verringert.
  • In Betrieb wandelt der AC/DC-Wandler 24a den Eingangswechselstrom aus der Netzversorgung 16 direkt in eine Gleichstromspannung und einen positiven Schwingstrom (d.h., „Stromwelligkeit“) um. Der Eingangswechselstrom aus der Netzversorgung 16 ist wie verstanden Sinusförmig. Der Ausgang des AC/DC-Wandlers 24a ist eine Gleichstromspannung und eine Stromwelligkeit. Der PB-Wandler 26 verarbeitet den Gleichstromspannungs- und Stromwelligkeitsausgang des AC/DC-Wandlers 24a nach, um die Stromwelligkeit vorzugsweise zu beseitigen oder im Wesentlichen zu beseitigen (oder zu minimieren oder zumindest zu verringern) und den Ausgang des AC/DC-Wandlers 24a in einen Batteriestand-Gleichstromausgang zu transformieren.
  • Unter Bezugnahme auf 3 wird nun unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein elektrisches schematisches Diagramm des OBC 12 gezeigt, in welchem das OBC ein einphasiges OBC ist. Die Darstellung des OBC 12 in 3 repräsentiert eine einphasige direkte OBC-Implementierung (unidirektional). Wie in 3 dargestellt, umfasst das OBC 12 einen AC/DC-Wandler 24 und einen Pulsationspuffer (PB) -Wandler 26. Der AC/DC-Wandler 24 ist mit der Netzversorgung 16 verbunden. Der PB-Wandler 26 ist mit der Traktionsbatterie 14 verbunden.
  • Wie weiter in 3 gezeigt, umfasst der AC/DC-Wandler 24 eine Gruppe von vier Dioden, die einen Volldiodenbrückengleichrichter 28 an dem vorderen Ende des AC/DC-Wandlers bilden. Der Gleichrichter 28 ist mit der Netzversorgung 16 verbunden, um den Wechselstrom-Eingang für den AC/DC-Wandler 24 gleichzurichten. Der AC/DC-Wandler 24 umfasst ferner eine erste Gruppe von vier Leistungsschaltern, die eine primärseitige Leistungsschalterbrücke 30 auf einer Primärseite eines Transformators Tx bilden. Der AC/DC-Wandler 24 umfasst ferner eine zweite Gruppe von vier Leistungsschaltern, die eine sekundärseitige Leistungsschalterbrücke 32 auf einer Sekundärseite des Transformators Tx bilden. In einer Verfeinerung können mehrere sekundärseitige Leistungsschalterbrücken 32 auf der Sekundärseite des Transformators Tx bereitgestellt sein (jeweils vorzugsweise mit einer separaten sekundären Spule des Tx). Die sekundärseitigen Leistungsschalterbrücken 32, die jeweils eine Gruppe von vier Leistungsschaltern umfassen, können in Reihe geschaltet werden. Auf diese Weise können Komponenten mit niedriger Spannung oder anderweitiger niedrigerer Spezifikation (und vermutlich weniger teuer) für die Leistungsschalterbrücken 32 eingesetzt werden, um eine äquivalente Ausgangsspannung für das OBC 12 bereitzustellen. (Solch eine Verbindung von mehreren Leistungsschalterbrücken kann ebenfalls an jedem Strang einer dreiphasigen Version des nachfolgend zu beschreibenden OBC 12 verwendet werden.)
  • Der AC/DC-Wandler 24 mit den primärseitigen und sekundärseitigen Leistungsschalterbrücken 30, 32 auf jeweiligen Seiten des Transformators Tx weist eine Struktur auf, die auf einer Dual-Active-Bridge (DAB) -Topologie basiert. Die Steuerung 20 steuert die Leistungsschalterbrücken 30, 32, um die gleichgerichtete Spannung, die von dem Gleichrichter 28 eingegeben wird, in den Gleichstromspannungs- und Stromwelligkeitsausgang umzuwandeln. Der Gleichstromspannungs- und Stromwelligkeitsausgang wird vom AC/DC-Wandler 24 zu dem PB-Wandler 26 ausgegeben.
  • Wie ferner in 3 dargestellt, umfasst der PB-Wandler 26 ein Paar 34 von Leistungsschaltern, einen Induktor Lr und einen Energiespeicherkondensator Cb. Der PB-Wandler 26 weist damit eine Stromwelligkeitsverarbeitung basierend auf einer Pulsationspuffertopologie auf. Der PB-Wandler 26 empfängt die vom AC/DC-Wandler 24 ausgegebenen Stromwelligkeit. Die Steuerung 20 steuert das Paar der Leistungsschalter 34, um die Stromwelligkeit zu beseitigen und transformiert den Ausgang des AC/DC-Wandlers 24 in einen Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Traktionsbatterie 14.
  • Wie in 3 dargestellt ist, sind die Leistungsschalter der primärseitigen und sekundärseitigen Leistungsschalterbrücken 30, 32 des AC/DC-Wandlers 24 und die Leistungsschalter des Leistungsschalterpaares 34 des PB-Wandlers 26 MOSFETs.
  • Im Vergleich zu einem wie oben beschriebenen herkömmlichen OBC weist das OBC 12 keinen klassischen PFC-Wandler auf, wodurch die Notwendigkeit sperriger und teurer Induktorspulen vermieden wird. In dem OBC 12 befindet sich lediglich eine einzige magnetische Komponente, d.h., der Transformator Tx, in dem Gleichrichter und DC/DC-Block des AC/DC-Wandlers 24. Der PB-Wandler 26 ersetzt die Zwischenkreiskondensator-Kompensationsfunktion eines herkömmlichen OBC. Der PB-Wandler 26 kompensiert die von dem AC/DC-Wandler 24 an den PB-Wandler ausgegebene Stromwelligkeit, um eine glatte Gleichstrom-Ausgangsspannung bereitzustellen und verringert dadurch signifikant die Größe des Energiespeicherkondensators Cb des PB-Wandlers.
  • Unter Bezugnahme auf 4 wird nun mit fortgesetzter Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 ein elektrisches schematisches Diagramm des OBC 12 dargestellt, in welchem das OBC ein dreiphasiges OBC in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist. Die Darstellung des OBC 12 in 4 repräsentiert eine dreiphasige direkte OBC-Implementierung (unidirektional). Wie in 4 dargestellt ist, umfasst das OBC 12 drei Schienen 22a, 22b, 22c, die jeweils AC/DC-Wandler 24a, 24b, 24c aufweisen. Die AC/DC-Wandler 24a, 24b, 24c sind parallel zueinander zwischen der Netzversorgung 16 und dem PB-Wandler 26 verbunden. In dieser Hinsicht sind die Eingangsenden des AC/DC-Wandlers 24a, 24b, 24c mit der Netzversorgung 16 verbunden und das Ausgangsende des PB-Wandlers 26 ist mit der Traktionsbatterie 14 verbunden.
  • Jede Schiene 22a, 22b, 22c nimmt elektrische Leistung aus der Netzversorgung 16 auf und wandelt sie in Gleichstromleistung zum Laden der Traktionsbatterie 14 um. Jede Schiene 22a, 22b, 22c kann beispielsweise 3,6 kW elektrischer Leistung zum Laden der Traktionsbatterie 14 liefern. Als solches kann in diesem Beispiel das dreiphasige OBC 12, das in 4 dargestellt ist, 10,8 kW (3*3,6 kW) elektrischer Leistung zum Laden der Traktionsbatterie 14 liefern.
  • Wie beschrieben und dargestellt, weist das OBC 12 eine modulare Implementierung auf, was sowohl eine einphasige OBC-Implementierung wie in 3 dargestellt als auch eine mehrphasige OBC-Implementierung wie eine in 4 gezeigte dreiphasige OBC-Implementierung ermöglicht. Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Vorzügen der einphasigen OBC-Implementierung ist die mehrphasige OBC-Implementierung hinsichtlich der gemeinsamen Nutzung eines einzelnen PB-Wandlers 26 vorteilhaft, wodurch eine weitere Kostenverringerung ermöglicht wird. Ferner wird aufgrund der mehrphasigen OBC-Implementierung die Welligkeit an dem Ausgang des AC/DC-Wandlers 24a, 24b, 24c verringert, wodurch der Einsatz kleinerer Inductor Lr und Energiespeicherkondensator Cb -Komponenten des PB-Wandlers 26 ermöglicht wird (typischerweise für die dreiphasige OBC-Implementierung eine 3:1 Größe vs. Leistungsverringerung).
  • Wie angegeben ist das jeweils in 3 und 4 gezeigte OBC 12 unidirektional dahingehend, dass der Leistungsfluss von der Netzversorgung 16 zu dem AC/DC-Wandler 24 zum PB-Wandler 26 zur Traktionsbatterie 14 stattfindet. Das OBC 12 kann jedoch bidirektional sein. Beispielsweise kann das OBC 12, das jeweils in 3 und 4 dargestellt ist, bidirektional gemacht werden, indem die Dioden des Gleichrichters 28 des AC/DC-Wandlers 24 mit aktiven Schaltern wie MOSFET-Schaltern (wie in 5 gezeigt) ersetzt werden, um den Gleichrichter dadurch bidirektional zu machen. Dadurch folgt, dass die Topologie des OBC 12 implementiert werden kann, indem ein Synchrongleichrichter (bidirektional) verwendet wird, der einen bidirektionalen Leistungsfluss ermöglicht: „grid-to-vehicle“ (G2V) und „vehicle-to-grid“ (V2G).
  • Unter Bezugnahme auf 5 ist nun mit fortgesetztem Bezug zu den 1, 2, 3 und 4 ein elektrisches schematisches Diagramm des OBC 12 dargestellt, in welchem das OBC ein dreiphasiges OBC in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform ist. Die Darstellung des OBC 12 in 5 repräsentiert eine dreiphasige direkte OBC-Implementierung (bidirektional). Wie in 5 dargestellt ist, umfasst das OBC 12 drei Schienen 22a, 22b, 22c, die AC/DC Wandler 24a, 24b bzw. 24c aufweisen. Das OBC 12 umfasst ferner einen PB-Wandler 26x. Der PB-Wandler 26x ist mit den AC/DC-Wandlern 24a, 24b, 24c kaskadierend geschaltet. Die AC/DC-Wandler 24a, 24b, 24c sind parallel zueinander geschaltet, wobei ihre Eingangsenden mit der Netzversorgung 16 verbunden sind und ihre Ausgangsenden zusammen mit dem PB-Wandler 26x mit der Traktionsbatterie 14 verbunden sind. In Betrieb stellen alle drei AC/DC-Wandler 24a, 24b, 24c dem PB-Wandler 26x Energie zur Verfügung, der die Energie kompensiert (d.h., die Energieausgänge der AC/D-Wandler kompensiert), um die Gleichstromleistung (d.h., konstanten Spannungs-, konstanten Stromausgang) zum Laden der Traktionsbatterie 14 bereitzustellen.
  • Zusätzlich zu den vorangehend erwähnten Vorzügen ist dieses dreiphasige OBC mit der in 5 dargestellten kaskaden-PB-Wandler-Implementierung dahingehend vorteilhaft, dass ein einzelner optimierter PB-Wandler 26x gemeinsam genutzt wird, wodurch die Leistungsdichte des kompletten OBC erhöht wird (einige Kosteneinbußen aufgrund zusätzlicher Halbleiter im PB-Wandler 26x hinzugefügt). Weitere Vorteile umfassen ein Maximieren der Verwendung des Energiespeicherkondensators Cb des PB-Wandlers 26x unabhängig von der Spannung der Traktionsbatterie 14, um dadurch eine höhere Leistung zu erzielen. Die Idee ist hierbei, dass der Energiespeicherkondensator Cb des PB-Wandlers 26x eine maximale Arbeitsspannung aufweisen kann, die höher als die erforderliche Ausgangsspannung ist. Dann kann der Energiespeicherkondensator Cb mit dieser in 5 gezeigten Topologie bei einer höheren Spannung arbeiten, die weniger Strom benötigt (was in direkter Relation mit Verlusten in dieser Stufe steht).
  • Bezugnehmend auf 6 ist nun mit fortgesetztem Bezug zu den 1, 2, 3 und 4 ein elektrisches schematisches Diagramm einer Schiene des OBC 12 mit Spannungs-/Strom-Wellenformdiagrammen gezeigt, die jeweils der Netzversorgung 16, den primärseitigen und sekundärseitigen Leistungsschalterbrücken 30, 32 des AC/DC-Wandlers 24, dem PB-Wandler 26 und der Traktionsbatterie 14 zugeordnet sind.
  • In Betrieb gibt die Netzversorgung 16 eine Spannung/einen Strom in das OBC 12 ein. Das Spannungs-/Strom-Wellenformdiagramm 40 repräsentiert die Spannung/den Strom, der von der Netzversorgung 16 in das OBC 12 eingegeben wird. Die eingegebene Spannung/Strom umfasst eine eingegebene Spannung (vac), die eine sinusförmige Spannungswellenform 40a aufweist und einen eingegebenen Strom (iac), der eine entsprechende sinusförmige Stromwellenform 40b aufweist.
  • Der Gleichrichter 28 des AC/DC-Wandlers 24 empfängt die eingegebene Spannung/Strom von der Netzversorgung 16 und richtet die eingegebene Spannung/Strom in eine gleichgerichtete Spannung/Strom gleich. Das Spannungs-/Strom-Wellenformdiagramm 42 repräsentiert die gleichgerichtete Spannung/Strom, die/der vom Gleichrichter 28 ausgegeben wird. Die gleichgerichtete Ausgangsspannung/Strom umfasst eine gleichgerichtete Ausgangsspannung (vp), die eine gleichgerichtete sinusförmige Spannungswellenform 42a aufweist und einen gleichgerichteten Ausgangsstrom (ip), der eine entsprechende gleichgerichtete sinusförmige Stromwellenform 42b aufweist.
  • Die primärseitige Leistungsschalterbrücke 30 des AC/DC-Wandlers 24 auf der DC/DC-Primärseite des Transformators Tx empfängt die gleichgerichtete Ausgangsspannung/Strom von dem Gleichrichter 28. Wie unten detaillierter beschrieben werden wird, steuert die Steuerung 20 den Betrieb der primärseitigen Leistungsschalterbrücke 30, um eine erforderliche Menge des gleichgerichteten Ausgangsstroms, die mit der gleichgerichteten Ausgangsspannung verbunden ist, aus dem Gleichrichter 28 zu ziehen, und daraus eine primärseitige Ausgangsspannung/Strom auf der Primärseite des Transformators Tx zu erzeugen. Das Spannungs-/Strom-Wellenformdiagramm 44 repräsentiert die primärseitige Ausgangsspannung/Strom. Die primärseitige Ausgangsspannung/Strom umfasst eine primärseitige Ausgangsspannung (vop), die eine gleichgerichtete sinusförmige Spitzenspannungswellenform 44a aufweist und einen primärseitigen Ausgangsstrom (iop), der eine gespiegelte sinusförmige Spitzenstromwellenform 44b aufweist.
  • Wie unten weiter beschrieben werden wird, steuert die Steuerung 20 zusammen mit dem Steuern des Betriebs der primärseitigen Leistungsschalterbrücke 30, die primärseitige Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) zu erzeugen, entsprechend den Betrieb der sekundärseitigen Leistungsschalterbrücke 32 des AC/DC-Wandlers 24, um auf der Sekundärseite des Transformators Tx aus der primärseitigen Spannung/Strom (vop)/(iop) eine sekundärseitige Eingangsspannung/Strom zu erzeugen. Das Spannungs-/Strom-Wellenformdiagramm 46 repräsentiert die sekundärseitige Eingangsspannung/Strom. Die sekundärseitige Eingangsspannung/Strom umfasst eine sekundärseitige Eingangsspannung (vos), die eine Gleichstrom-Spitzenspannungswellenform 46a aufweist und einen sekundärseitigen Eingangsstrom (ios), der eine gespiegelte sinusförmige Spitzenstromwellenform 46b aufweist.
  • In der in 6 dargestellten Ausführungsform des OBC 12 umfasst das OBC ferner einen Kondensator Cs, der zwischen der sekundärseitigen Leistungsschalterbrücke 32 und dem PB-Wandler 26 parallelgeschaltet ist. Der Kondensator Cs wird mit dem sekundärseitigen Eingangsspannung/Strom (vos)/(ios) geladen, um daraus eine sekundärseitige Ausgangsspannung/Strom zur Verfügung zu stellen. Das Spannungs-/Strom-Wellenformdiagramm 48 repräsentiert die sekundärseitige Ausgangsspannung/Strom. Die sekundärseitige Ausgangsspannung/Strom umfasst eine positive Gleichstromquellenspannung (vs) 48a und einen gleichgerichteten sinusförmigen Quellenstrom (is) 48b.
  • Der PB-Wandler 26 zieht einen Pufferstrom, der mit einer Pufferspannung verbunden ist, aus dem Kondensator Cs. Wie unten detaillierter beschrieben werden wird, steuert die Steuerung 20 den Betrieb des Paars der Leistungsschalter 34 des PB-Wandlers 26 für den PB-Wandler, um eine erforderliche Menge an Pufferstrom, der der Pufferspannung zugeordnet ist, zu ziehen, und daraus eine angezielte Batteriespannung/Strom zu erzeugen. Die angezielte Batteriespannung/Strom wird von dem PB-Wandler 26 ausgegeben, um die Traktionsbatterie 14 zu laden.
  • Das Spannungs-/Strom-Wellenformdiagramm 50 repräsentiert den Pufferstrom (ib), der von dem PB-Wandler 26 gezogen wird und die zugeordnete Pufferspannung (vb). Die Pufferspannung (vb) ist eine positive Gleichstrom- versetzte sinusförmige Spannung 50a und der Pufferstrom (ib) weist eine sinusförmige Spitzenstromwellenform 50b auf.
  • Das Spannungs-/Strom-Wellenformdiagramm 52 repräsentiert die Batteriespannung/Strom, die von dem PB-Wandler 26 tatsächlich ausgegeben wird, um die Traktionsbatterie 14 zu laden. Die von dem PB-Wandler 26 ausgegebene Batteriespannung/Strom umfasst eine positive Gleichstromspannung (vbatt) 52a und einen positiven Gleichstromstrom (ibatt) 52b.
  • Bezüglich der 7A, 7B und 7C werden mit fortgesetztem Bezug zu 6 Steuerungsstrategievorgänge beschrieben werden, die von der Steuerung 20 ausgeführt werden, um den PB-Wandler 26 zu steuern, aus dem AC/DC-Wandler 24 die erforderliche Menge an Pufferstrom (ib) zu ziehen, der der Pufferspannung (vb) zugeordnet ist und daraus eine angezielte Batteriespannung/Strom zu erzeugen.
  • 7A stellt Details 72 dar, die mit diesen Steuerungsstrategievorgängen verbunden sind. Wie darin dargestellt, basiert die Modulation („PB-Modulation“) des Paars der Leistungsschalter 34 des PB-Wandlers 26 durch die Steuerung 20 auf einer Differenz zwischen (i) dem Batteriestrom (ibatt), der von dem PB-Wandler ausgegeben wird und (ii) dem angezielten Batteriestrom (ibatt,ziel), der von dem PB-Wandler ausgegeben werden soll. Die Steuerung 20 steuert die Schalter 34 des PB-Wandlers 26 entsprechend der PB-Modulation, um den PB-Wandler zu veranlassen, die erforderliche Menge an Pufferstrom (ib), die der Pufferspannung (vb) zugeordnet ist, zu ziehen und daraus die angezielte Batteriespannung/Strom zu erzeugen. Das heißt, diese PB-Modulation der Leistungsschalter 34 des PB-Wandlers 26 veranlasst den PB-Wandler, die erforderliche Menge an Pufferstrom (ib) zu ziehen, der eine sinusförmige Spitzenstromwellenform 50b aufweist und der Pufferspannung (vb) zugeordnet ist und daraus die angezielte Batteriespannung/Strom zu erzeugen.
  • Die Details 72, die in 7A dargestellt sind, beziehen sich darauf, wie die Steuerung 20 den PB-Wandler 26 steuert, so dass der PB-Wandler die erforderliche Menge an Pufferstrom (ib) zieht. Die Eingänge für diese Bestimmung sind (i) der Batteriestrom (ibatt), der von dem PB-Wandler 26 ausgegeben wird und (ii) der gezielte Batteriestrom (ibatt,ziel). Der von dem PB-Wandler 26 ausgegebene Batteriestrom (ibatt) wird unter Verwendung eines Sensors gemessen. Der Ausgang dieser Bestimmung ist ein Spitzenzielpufferstrom (ib,spitze,ziel). Der Spitzenzielpufferstrom (ib,spitze,ziel) definiert die PB-Modulation gemäß der die Steuerung 20 die Leistungsschalter 34 des PB-Wandlers 26 steuert. Insbesondere, wie unten mit Bezug zu den 7B und 7C beschrieben, zeigt der Spitzenzielpufferstrom (ib,spitze,ziel) die sinusförmige Spitzenstromwellenform 50b an, die wiederum die erforderliche Menge an Pufferstrom (ib) anzeigt. Wie unten weiter mit Bezug zu 7C beschrieben ist, wird der Spitzenzielpufferstrom (ib,spitze,ziel) in eine Hochgeschwindigkeit (Hardware) -Umwandlungsstufe der Steuerung 20 eingegeben (d.h., den in 7C gezeigten ersten Mikrocontroller 76), damit der PB-Wandler 26 entsprechend gesteuert wird, die erforderliche Menge an Pufferstrom (ib) zu ziehen.
  • 7B stellt ein vergrößertes Diagramm 74 des Pufferstroms (ib) dar, der von dem PB-Wandler 26 gezogen wird. Wie in dem vergrößerten Diagramm 74 dargestellt ist, setzt sich der Pufferstrom (ib) aus dreieckigen Stromwellenformen zusammen, die mit einer viel höheren Frequenz als der Frequenz der sinusförmigen Spitzenstromwellenform 50b oszillieren. Die dreieckigen Stromwellenformen werden dadurch erzeugt, dass die Steuerung 20 abwechselnd die Leistungsschalter 34 des PB-Wandlers 26 gemäß der PB-Modulation an und ausschaltet, um den PB-Wandler zu veranlassen, die erforderliche Menge an Pufferstrom (ib) zu ziehen, die eine sinusförmige Spitzenstromwellenform 50b aufweist und die angezielte Batteriespannung/Strom zu erzeugen.
  • 7C stellt eine Blockschaltbilddarstellung eines ersten Mikrocontrollers 76 und einer ersten Hysteresekomparatoranordnung 78 der Steuerung 20 dar. Der erste Mikrocontroller 76 und die erste Komparatoranordnung 78 wirken zusammen, um den Betrieb des PB-Wandlers 26 zu steuern, damit der PB-Wandler aus dem AC/DC-Wandler 24 die erforderliche Menge an Pufferstrom (ib) zieht, die eine sinusförmige Spitzenstromwellenform 50b aufweist und daraus die angezielte Batteriespannung/Strom zu erzeugen.
  • In Betrieb erzeugt der erste Mikrocontroller 76 ein erstes Referenzsignal („Ref_H“) 80 und ein zweites Referenzsignal (Ref_L") 82. Wie aus einem Vergleich der 7B und 7C ersichtlich ist, entspricht das erste Referenzsignal 80 positiven halbzyklusförmigen sinusförmigen Spitzenstromwellenform-Komponenten der sinusförmigen Spitzenstromwellenform 50b und das zweite Referenzsignal 82 entspricht negativen halbzyklusförmigen sinusförmigen Spitzenstromwellenform-Komponenten der sinusförmigen Spitzenstromwellenform 50b. Wie in 7C angegeben, erzeugt der erste Mikrocontroller 76 sowohl das erste als auch das zweite Referenzsignal 80, 82 basierend auf einer jeweiligen nachgeschalteten Konditionierung des Spitzenzielpufferstroms (ib,spitze,ziel).
  • Die erste Komparatoranordnung 78 fungiert zum Erzeugen von Steuer (d.h., Trigger) -Signalen zum abwechselnden An- und Ausschalten der Leistungsschalter 34 des PB-Wandlers 26. Die erste Komparatoranordnung 78 erzeugt die Steuersignale basierend auf einem Vergleich des von dem PB-Wandler 26 gezogenen Pufferstroms (ib) mit jedem der ersten und zweiten Referenzsignale 80 und 82. Mit Bezug zu den 7B und 7C beispielsweise, wenn der Wert des Pufferstroms (ib) gleich dem Wert des ersten Bezugssignals 80 ist (d.h., wenn der Pufferstrom (ib) die positive halbzyklusförmige sinusförmige Spitzenstromwellenform-Komponente der sinusförmigen Spitzenstromwellenform 50b schneidet), erzeugt die erste Komparatoranordnung 78 Steuersignale, um einen des Leistungsschalterpaares 34 auszuschalten (zum Beispiel den Leistungsschalter (MH) auszuschalten) und den anderen des Leistungsschalterpaares 34 anzuschalten (zum Beispiel den Leistungsschalter (ML) anzuschalten). Gleichermaßen, mit weiterem Bezug zu den 7B und 7C, wenn der Wert des Pufferstroms (ib) gleich dem Wert des zweiten Referenzsignals 82 ist (d.h., wenn der Pufferstrom (ib) die negative halbzyklusförmige sinusförmige Spitzenstromwellenform-Komponente der sinusförmigen Spitzenstromwellenform 50b schneidet), erzeugt die erste Komparatoranordnung 78 Steuersignale, um den einen des Leistungsschalterpaares 34 anzuschalten (d.h., den Leistungsschalter (MH) anzuschalten) und den anderen des Leistungsschalterpaares 34 auszuschalten (d.h., den Leistungsschalter (ML) auszuschalten).
  • Im Detail, wie in 7C dargestellt, umfasst die erste Komparatoranordnung 78 erste und zweite analoge Komparatorschaltungen 84 und 86, eine digitale Flipflopschaltung 88 und eine digitale Treiberschaltung 90. Die erste Komparatorschaltung 84 empfängt das erste Referenzsignal („Ref_H“) 80 und einen erfassten Wert des von dem PB-Wandler 26 gezogenen Pufferstroms (ib) als Eingänge. Die zweite Komparatorschaltung 86 empfängt das zweite Referenzsignal („Ref_L“) 82 und den erfassten Wert des Pufferstroms (ib) als Eingänge. Die erste Komparatorschaltung 84 schaltet ihren Ausgang um, wenn der Wert des Pufferstroms (ib) dem Wert des ersten Referenzsignals 80 gleicht (d.h., wenn der Wert des Pufferstroms (ib) der Wert der äußeren Amplitudenhülle ist, aus welcher das erste Referenzsignal 80 besteht). Die zweite Komparatorschaltung 86 schaltet ihren Ausgang um, wenn der Wert des Pufferstroms (ib) gleich dem Wert des zweiten Referenzsignals 82 ist (d.h., wenn der Wert des Pufferstroms (ib) der Wert der äußeren Amplitudenhülle ist, aus welcher das zweite Referenzsignal 82 besteht).
  • Die Flipflopschaltung 88 und die Treiberschaltung 90 funktionieren dementsprechend, dass pulsweitenmodulierte (PWM) -Steuersignale den Leistungsschaltern 34 des PB-Wandlers 26 zur Verfügung gestellt werden. Die PMW-Steuersignale sehen vor, dass ein erster dieser Leistungsschalter ausgeschaltet wird und der zweite dieser Leistungsschalter angeschaltet wird, wenn der von dem PB-Wandler 26 gezogene Pufferstrom (ib) gleich dem zweiten Referenzsignal 82 ist und der erste Leistungsschalter aus bleibt und der zweite Leistungsschaltern an bleibt, bis der Pufferstrom (ib) dem ersten Referenzsignal 80 gleicht. Gleichermaßen sehen die PWM-Steuersignale vor, dass der erste Leistungsschalter angeschaltet wird und der zweite Leistungsschalter ausgeschaltet wird, wenn der Pufferstrom (ib) dem ersten Referenzsignal 80 gleicht und der erste Leistungsschalter an bleibt und der zweite Leistungsschaltern aus bleibt, bis der Pufferstrom (ib) dem zweiten Referenzsignal 82 gleicht.
  • Der erste Mikrocontroller 76 ist vergleichsweise günstig, da er eine digitale externe langsame Schleife erzeugt (d.h., das erste und zweite Referenzsignal 80 und 82). Die erste Komparatoranordnung 78 ist ein günstiger analoger Schnellstromregelkreis. Insgesamt erzeugt der erste Mikrocontroller 76 die Referenzsignale 80 und 82 basierend auf (i) dem Batteriestrom (ibatt), der von dem PB-Wandler 26 ausgegeben wird und (ii) dem angezielten Batteriestrom (ibatt,ziel); und die erste Komparatoranordnung 78 (d.h., Hardware) steuert das Schalten der Leistungsschalter des PB-Wandlers 26 basierend auf einem Vergleich des von dem PB-Wandler 28 gezogenen Pufferstroms (ib) mit den Referenzsignalen 80, 82. Auf diese Weise weist der erste Mikrocontroller 76 einen Software-Regelkreis auf hoher Ebene, der Wellenform-Eingänge erzeugt, einer Hardware-Schaltung (d.h., der ersten Komparatoranordnung 78) zu.
  • Anders als herkömmliche Ansätze misst der erste Mikrocontroller 76 nicht direkt, führt keine Steuerhandlung durch und/oder erzeugt keine Steuersignale. Damit vermeidet der erste Mikrocontroller 76 einen hohen Ressourceneinsatz und zeitliche Einschränkungen. Das heißt, der erste Mikrocontroller 76 berechnet nicht die Eckpunkte, an denen der von den PB-Wandler 26 gezogene Pufferstrom (ib) das erste oder das zweite Referenzsignal 80, 82 treffen wird. Damit erzeugt der erste Mikrocontroller 76 keine Steuersignale zur Steuerung der Leistungsschalter. Da die Eckpunkte vergleichsweise schnell auftreten, wie 7B entnommen werden kann, würden solche Steuersignale eine vergleichsweise schnelle Verarbeitung erfordern. Anstatt solche Steuersignale zu erzeugen, erzeugt der erste Mikrocontroller 76 das erste und zweite Referenzsignal 80, 82. Die Erzeugung der Referenzsignale 80, 82 verwendet eine Verarbeitung in der Größenordnung von Millisekunden. Damit arbeitet der erste Mikrocontroller 76 mit einer vergleichsweise geringen Geschwindigkeit (zum Beispiel Millisekunden) anstatt mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit (zum Beispiel Nanosekunden) zu arbeiten.
  • Unter Bezugnahme auf die 8, 8B und 8C werden nun mit fortgesetztem Bezug zu 6 Steuerstrategievorgänge beschrieben werden, die von der Steuerung 20 ausgeführt werden, um die primärseitige Leistungsschalterbrücke 30 zu steuern, eine gewünschte primärseitige Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) zu erzeugen und in Verbindung die sekundärseitige Leistungsschalterbrücke 32 zu steuern, aus der gewünschten primärseitigen Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) eine gewünschte sekundäre Eingangsspannung/Strom (vos)/(ios) zu erzeugen.
  • 8 veranschaulicht Details 92, die auf diese Steuerstrategievorgänge bezogen sind. Wie darin dargestellt, basiert die Modulation („DC-DC-Modulation“) der Leistungsschalter der Leistungsschalterbrücken 30, 32 von der Steuerung 20 auf einer Differenz zwischen (i) dem gleichgerichteten Ausgangsstrom (ip), der von der primärseitigen Leistungsschalterbrücke 30 gezogen wird und (ii) einem gezielten gleichgerichteten Ausgangsstrom (ip,ziel), der von der primärseitigen Leistungsschalterbrücke gezogen werden soll, um den gewünschten primärseitigen Ausgangsstrom (iop) zu erzeugen. Die Steuerung 20 steuert die Leistungsschalter der primärseitige Leistungsschalterbrücke 30 gemäß der DC-DC-Modulation, um die primärseitige Leistungsschalterbrücke zu veranlassen, die gewünschte primärseitige Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) aus dem gleichgerichteten Ausgangsstrom (ip), der mit der gleichgerichteten Ausgangsspannung (vp) verknüpft ist, zu erzeugen. In Verbindung steuert die Steuerung 20 die Leistungsschalter der sekundärseitigen Leistungsschalterbrücke 32 gemäß der DC-DC-Modulation, um die sekundärseitige Leistungsschalterbrücke zu veranlassen, eine gewünschte sekundärseitige Eingangsspannung/Strom (vos)/(ios) aus der gewünschten primärseitigen Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) zu erzeugen.
  • Die in 8A gezeigten Details 92 beziehen sich darauf, wie die Steuerung 20 ist, um die primärseitige Leistungsschalterbrücke 30 zu steuern, den gewünschten primärseitigen Ausgangsstrom (iop) zu erzeugen. Die Eingänge für diese Bestimmung sind (i) der von der primärseitigen Leistungsschalterbrücke 30 gezogene gleichgerichtete Eingangsstrom (ip) und (ii) der angezielte gleichgerichtete Ausgangsstrom (ip,ziel), der von der primärseitigen Leistungsschalterbrücke gezogen werden soll, um den gewünschten primärseitigen Ausgangsstrom (iop) zu erzeugen. Der von der primärseitigen Leistungsschalterbrücke 30 gezogene gleichgerichtete Eingangsstrom (ip) wird unter Verwendung eines Sensors gemessen. Die Steuerung 20 erzeugt den gezielten gleichgerichteten Ausgangsstrom (ip,ziel) wie mit Bezug zu 9 und ihrer Beschreibung beschrieben werden wird. Die Ausgabe dieser Bestimmung ist ein spitzenzielprimärseitiger Ausgangsstrom (iop,spitze,ziel). Der Spitzenzielprimärseiten-Ausgangsstrom (iop,spitze,ziel) definiert die DC-DC-Modulation gemäß der die Steuerung 20 die Leistungsschalter der Leistungsschalterbrücken 30, 32 steuert, in welchen dadurch der primärseitige Ausgangsstrom (iop) und der sekundärseitige Ausgangsstrom gleich sind (ios) (d.h., iop = ios).
  • Insbesondere, wie unten mit Bezug zu den 8B und 8C beschrieben, gibt der Spitzenzielprimärseiten-Ausgangsstrom (iop,spitze,ziel) eine gespiegelte sinusförmige Spitzenstromwellenform 44b des gewünschten primärseitigen Ausgangsstroms (iop) an. Wie unten mit Bezug zu 8C beschrieben, wird der Spitzenzielprimärseiten-Ausgangsstrom (iop,spitze,ziel) in eine Hochgeschwindigkeit (Hardware) -Umwandlungsstufe (d.h., den in 8C gezeigten zweiten Mikrocontroller 94) der Steuerung 20 eingegeben, damit die Leistungsschalterbrücken 30, 32 dementsprechend gesteuert werden, die gewünschten primärseitigen (iop) und sekundärseitigen Ausgangsströme (ios) zu erzeugen, in welchen iop = ios.
  • 8B stellt ein vergrößertes Diagramm 91 des primärseitigen Ausgangsstroms (iop) dar, der von der primärseitigen Leistungsschalterbrücke 30 erzeugt wird. Wie in dem vergrößerten Diagramm 84 gezeigt, setzt sich der primärseitige Ausgangsstrom (iop) aus dreieckigen Stromwellenformen zusammen, die mit einer viel höheren Frequenz als die Frequenz der gespiegelten sinusförmigen Spitzenstromwellenform 44b oszillieren. Die dreieckigen Stromwellenformen werden erzeugt, da die Steuerung 20 jeweilige Paare der Leistungsschalter der primärseitigen Leistungsschalterbrücke 30 gemäß der DC-DC-Modulation an- und ausschaltet, um dadurch die primärseitige Leistungsschalterbrücke zu veranlassen, die gewünschte primärseitige Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) aus dem gleichgerichteten Ausgangsstrom (ip), der mit der gleichgerichteten Ausgangsspannung (vp) verknüpft ist, zu erzeugen.
  • Gleichzeitig mit dem abwechselnden An- und Ausschalten der Paare der Leistungsschalter der primärseitigen Leistungsschalterbrücke 30 schaltet die Steuerung 20 abwechselnd zugeordnete Paare der Leistungsschalter der sekundärseitigen Leistungsschalterbrücke 32 an und aus, damit die sekundärseitige Leistungsschalterbrücke die gewünschte sekundärseitige Eingangsspannung/Strom (vos)/(ios) aus der gewünschten primärseitigen Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) erzeugt. Beispielsweise schaltet die Steuerung 20 ein Paar der primärseitigen Leistungsschalter an (schaltet zum Beispiel die Leistungsschalter (Mp,H1) und (Mp,L2) an) und schaltet gleichzeitig dessen zugeordnetes Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter an (d.h., schaltet die Leistungsschalter (Ms,L1) und (Ms,H2) an), während das andere Paar der primärseitigen Leistungsschalter ausgeschaltet wird (zum Beispiel die Leistungsschalter (Mp,L1) und (Mp,H2) ausgeschaltet werden) und gleichzeitig ihr zugeordnetes Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter ausgeschaltet wird (das heißt, die Leistungsschalter (Ms,H1) und (Ms,L2) werden ausgeschaltet). Dies ist als ob der AC/DC-Wandler 26 die Dual Active Bridge (DAB) -Topologie hat. Auf diese Weise erzeugt die sekundärseitige Leistungsschalterbrücke 32 die sekundärseitige Spannung/Strom (vos)/(ios) aus der primärseitigen Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop).
  • 8C veranschaulicht eine Blockdiagrammdarstellung eines zweiten Mikrocontrollers 94 und einer zweiten Hysteresekomparatoranordnung 95 der Steuerung 20. Der zweite Mikrocontroller 94 und die zweite Komparatoranordnung 95 wirken zusammen, um den Betrieb der primärseitigen Leistungsschalterbrücke 30 zu steuern, um die gewünschte primärseitige Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) zu erzeugen und in Verbindung den Betrieb der sekundärseitigen Leistungsschalterbrücke 32, um die gewünschte sekundärseitige Eingangsspannung/Strom (vos)/(ios) aus der gewünschten primärseitigen Ausgangsspannung/Strom (vop)/(iop) zu erzeugen.
  • In Betrieb erzeugt der zweite Mikrocontroller 94 ein drittes Referenzsignal („Ref_H“) 96 und ein viertes Referenzsignal („Ref_L“) 98. Wie einem Vergleich der 8B und 8C entnommen werden kann, entspricht das dritte Referenzsignal 96 den positiven Zyklen der gespiegelten sinusförmigen Spitzenstromwellenform 44b und das vierte Referenzsignal 98 entspricht den negativen Zyklen der gespiegelten sinusförmigen Spitzenstromwellenform 44b. Wie in 8C angegeben, erzeugt der zweite Mikrocontroller 94 sowohl das dritte als auch das vierte Referenzsignal 96, 98 basierend auf einer jeweiligen nachgelagerten Konditionierung des Spitzenzielprimärseiten-Ausgangsstroms (iop,spitze,ziel).
  • Die zweite Komparatoranordnung 95 arbeitet, um Steuer (d.h., Trigger) -Signale zum abwechselnden An- und Ausschalten jeweiliger Paare der Leistungsschalter der primärseitigen und sekundärseitigen Leistungsschalterbrücken 30, 32 zu erzeugen. Die zweite Komparatoranordnung 95 erzeugt die Steuersignale basierend auf einem Vergleich des primärseitigen Ausgangsstroms (iop) mit jedem von dem dritten und vierten Referenzsignal 96 und 98. Bezüglich der 8B und 8C erzeugt die zweite Komparatoranordnung 95 beispielsweise, wenn der Wert des primärseitigen Ausgangsstroms (iop) gleich dem Wert des dritten Referenzsignals 96 ist (d.h., wenn der primärseitige Ausgangsstrom (iop) die positiven Zyklen der gespiegelten sinusförmigen Spitzenstromwellenform 44b schneidet), Steuersignale, um ein Paar der primärseitige Leistungsschaltern auszuschalten (zum Beispiel die Leistungsschalter (Mp,H1) und (Mp,L2) auszuschalten) und das andere Paar der primärseitigen Leistungsschalter anzuschalten (zum Beispiel die Leistungsschalter (Mp,L1) und (Mp,H2) anzuschalten). Gleichermaßen, mit weiterem Bezug zu den 8B und 8C, wenn der Wert des primärseitigen Ausgangsstroms (iop) dem Wert des vierten Referenzsignals 98 gleicht (das heißt, wenn der primärseitige Strom (iop) die negativen Zyklen der gespiegelten sinusförmigen Spitzenstromwellenform 44b schneidet), erzeugt die zweite Komparatoranordnung 95 Steuersignale, um das eine Paar der primärseitigen Leistungsschalter anzuschalten (das heißt, die Leistungsschalter (Mp,H1) und (Mp,L2) anzuschalten) und das andere Paar der primärseitigen Leistungsschalter auszuschalten (das heißt, die Leistungsschalter (Mp,L1) und (Mp,H2) auszuschalten).
  • Genau wie die erste Komparatoranordnung 78 umfasst die zweite Komparatoranordnung 95 denselben Layouttyp von ersten und zweiten analogen Komparatorschaltungen, einer digitalen Flipflopschaltung und einer digitalen Treiberschaltung, wie in 8C dargestellt. Der Betrieb des zweiten Mikrocontrollers 94 und der zweiten Komparatoranordnung 95 ist analog zu dem oben beschriebenen Betrieb des ersten Mikrocontrollers 76 und der ersten Komparatoranordnung 78.
  • Der erste Mikrocontroller 76 und der zweite Mikrocontroller 94 können wie beschrieben als separate Mikrocontroller oder als ein einzelner Mikrocontroller verkörpert werden. Der erste Mikrocontroller 76 und der zweite Mikrocontroller 94 können wie beschrieben ein Teil der Steuerung 20 sein oder können ein Teil von (einer) anderen Steuerung(en) sein.
  • Bezüglich 9 sind nun mit fortgesetztem Bezug zu den 6 und 8C Details 100 dargestellt, die darauf bezogen sind, wie die Steuerung 20 den gezielten gleichgerichteten Ausgangsstrom (ip,ziel) erzeugt. Die Eingänge für diese Bestimmung sind (i) die Pufferspannung (vb) des PB-Wandlers 26 und (ii) eine Spitzenzielpufferspannung (vb,spitze,ziel) des PB-Wandlers 26. Die Pufferspannung (vb) des PB-Wandlers 26 wird intern von einem Mikrocontroller der Steuerung 20 gemessen, zum Beispiel periodisch alle 10 Millisekunden (100Hz). Der Ausgang dieser Bestimmung ist ein Spitzenzielgleichrichter-Ausgangsstrom (ib,spitze,ziel). Der Spitzenzielgleichrichter-Ausgangsstrom (ib,spitze,ziel) wird von der Steuerung 20 als ein Eingang verwendet, um den angezielten Gleichrichter-Ausgangsstrom (ip,ziel) zu erzeugen. Insbesondere wird der angezielte Gleichrichter-Ausgangsstrom (ip,ziel) entsprechend (ip,ziel) = PI_Funktion(vb,spitze,ziel, vb) erzeugt. Ferner ist der angezielte Gleichrichter-Ausgangsstrom (ip,ziel) gesättigt (begrenzt) gemäß ibatt,ziel, übergeben von dem System, welches den maximalen Eingangsstrom gemäß der Ladeleistungsanforderung (ibatt,ziel, vbatt,fühl) bestimmt. Dies ist wieder eine Berechnung mit niedriger Geschwindigkeit, die in einem Mikrocontroller der Steuerung 20 ausgeführt wird.
  • Zusammengefasst, für jede Phase des OBC 12:
    • - aus dem Fahrzeugsystem: vbatt,ziel, ibatt,ziel;
    • - ibatt,ziel = 0 wenn vbatt fühl > vbatt_ziel;
    • - ib,spitze,ziel = PI_Funktion(ibatt,ziel, ibatt);
    • - vb,spitze,ziel ist ein konstanter Wert, der durch Auslegung bestimmt wird (maximale Spannung, die der Kondensator Cb des PB-Puffers 26 aushalten kann);
    • - Vbatt (=vs) und Vb werden gemessen;
    • - vp ist gleichgerichtete vac (Standardprozess);
    • - mit MH im ON-Zustand: is = ibatt + ib; und
    • - wenn iop = ios, Mp,H1, MpH2, MpL1, MpL2, MsH1, MsH2, MsL1 und MsL2 werden mit demselben Hochgeschwindigkeitssignal gesteuert (unter Berücksichtigung von Schaltwechseln, um zu vermeiden, dass „H“ und „L“ gleichzeitig ON sind).
  • Für ein dreiphasiges verschachteltes OBC 12 wird der Batteriestrom in drei Phasen aufgeteilt:
    • - ibatt = ibatt_1 + ibatt_2 + ibatt_3 (dreiphasiges verschachteltes OBC); und
    • - ibatt_n = pi/2*sqrt(2))*(irms_n*vac_rms_n)/vbatt) n = 1... 3 (aktive Phase).
  • Während oben exemplarische Ausführungsformen beschrieben werden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Worte sind eher Worte der Beschreibung als der Beschränkung und es wird verstanden, dass verschiedene Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Zudem können die Merkmale verschiedener implementierender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden.

Claims (20)

  1. Bordladegerät zum Laden einer Batterie, umfassend: einen AC/DC-Wandler, der konfiguriert ist, einen Wechselstrom-Eingang aus einer Netzversorgung in einen Ausgang zu wandeln, der eine Gleichstromspannung und eine Stromwelligkeit aufweist; und einen Pulsationspuffer (PB) -Wandler, der mit dem AC/DC-Wandler verbunden ist und konfiguriert ist, den Ausgang des AC/DC-Wandlers zu verarbeiten, um die Stromwelligkeit davon zu minimieren und den Ausgang des AC/DC-Wandlers in einen Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie zu transformieren.
  2. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 1, wobei: der AC/DC-Wandler einen Gleichrichter und einen Wandlerabschnitt umfasst, wobei der Gleichrichter konfiguriert ist, den Gleichstromeingang aus der Netzversorgung in einen gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang gleichzurichten und der Wandlerabschnitt konfiguriert ist, den gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang in den Ausgang des AC/DC-Wandlers zu wandeln.
  3. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 2, wobei: der Wandlerabschnitt eine primärseitige Leistungsschalterbrücke auf einer Primärseite eines Transformators und eine sekundärseitige Leistungsschalterbrücke auf einer Sekundärseite des Transformators umfasst, wobei die primärseitige Leistungsschalterbrücke erste und zweite Paare von Leistungsschaltern aufweist und die sekundärseitige Leistungsschalterbrücke erste und zweite Paare von Leistungsschaltern aufweist.
  4. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 2, wobei: der Gleichrichter entweder ein Vollbrückendiodengleichrichter oder ein Vollbrückenaktivgleichrichter ist.
  5. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: mindestens einen zusätzlichen AC/DC-Wandler, wobei jeder zusätzliche AC/DC-Wandler konfiguriert ist, den Wechselstrom-Eingang aus der Netzversorgung in einen zusätzlichen Ausgang zu wandeln, der eine Gleichstromspannung und eine Stromwelligkeit aufweist; und der PB-Wandler ist individuell mit jedem zusätzlichen AC/DC-Wandler verbunden und konfiguriert, den zusätzlichen Ausgang von jedem zusätzlichen AC/DC-Wandler zu verarbeiten, um die Stromwelligkeit davon zu reduzieren oder zu minimieren und den zusätzlichen Ausgang von jedem zusätzlichen AC/DC-Wandler in den Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie zu transformieren.
  6. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 1, wobei: der PB-Wandler einen Energiespeicherkondensator und einen Induktor und ein Paar von Leistungsschaltern umfasst.
  7. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 1, wobei: dem AC/DC-Wandler ein Leistungsfaktorkorrektor fehlt.
  8. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 1, wobei: dem AC/DC-Wandler und dem PB-Wandler ein Zwischenkreiskondensator dazwischen fehlt.
  9. Bordladegerät zum Laden einer Batterie, umfassend: eine Elektronikanordnung, die einen AC/DC-Wandler und einen PB-Wandler umfasst, der mit dem AC/DC-Wandler verbunden ist; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, den AC/DC-Wandler zu steuern, einen Wechselstrom-Eingang aus einer Netzversorgung in einen Ausgang zu wandeln, der eine Gleichstromspannung und eine Stromwelligkeit aufweist und den PB-Wandler zu steuern, den Ausgang des AC/DC-Wandlers zu verarbeiten, um die Stromwelligkeit davon zu verringern oder zu minimieren und den Ausgang des AC/DC-Wandlers in einen Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie zu transformieren.
  10. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 9, wobei: der AC/DC-Wandler einen Gleichrichter umfasst, der konfiguriert ist, den Gleichstromeingang aus der Netzversorgung in einen gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang gleichzurichten, und der AC/DC-Wandler ferner eine Dual-Active-Leistungsschalterbrückenanordnung umfasst, die eine primärseitige Leistungsschalterbrücke auf einer Primärseite eines Transformators und eine sekundärseitige Leistungsschalterbrücke auf einer Sekundärseite des Transformators aufweist, wobei die primärseitige Leistungsschalterbrücke zwei Paare von primärseitigen Leistungsschaltern aufweist und die sekundärseitige Leistungsschalterbrücke zwei Paare von sekundärseitigen Leistungsschaltern aufweist; und wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, die Leistungsschalter der primärseitigen und sekundärseitigen Leistungsschalterbrücken gemäß einer AC/DC-Wandler-Steuerstrategie abwechselnd an- und auszuschalten, um den AC/DC-Wandler zu veranlassen, den gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang in den Ausgang des AC/DC-Wandlers zu wandeln.
  11. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 10, wobei: der PB-Wandler einen Energiespeicherkondensator und einen Induktor und ein Paar von Leistungsschaltern umfasst; und wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, die Leistungsschalter des PB-Wandlers gemäß einer PB-Wandler-Steuerstrategie abwechselnd an- und auszuschalten, um den PB-Wandler zu veranlassen, den Ausgang des AC/DC-Wandlers zu verarbeiten, um die Stromwelligkeit davon zu verringern oder zu minimieren und den Ausgang des AC/DC-Wandlers in den Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie zu transformieren.
  12. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 10, wobei: die Steuerung einen Mikrocontroller und eine Komparatoranordnung umfasst, wobei der Mikrocontroller konfiguriert ist, ein positives Referenzsignal und ein negatives Referenzsignal basierend auf einer Differenz zwischen dem gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang und einem gewünschten gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang zu erzeugen, wobei die Komparatoranordnung konfiguriert ist, einen Ausgangsstrom, der von der primärseitigen Leistungsschalterbrücke aus dem gleichgerichteten Wechselstrom-Eingang erzeugt wird, mit dem positiven Referenzsignal zu vergleichen, ein erstes Paar der primärseitigen Leistungsschalter und ein erstes Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter anzuschalten und ein zweites Paar der primärseitigen Leistungsschalter und ein zweites Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter auszuschalten, wenn der Ausgangsstrom dem positiven Referenzsignal gleicht, und das erste Paar der primärseitigen Leistungsschalter und das erste Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter auszuschalten und das zweite Paar der primärseitigen Leistungsschalter und das zweite Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter anzuschalten, wenn der Ausgangsstrom dem negativen Referenzsignal gleicht, um dadurch den AC/DC-Wandler zu veranlassen, den Ausgang des AC/DC-Wandlers zu erzeugen.
  13. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 12, wobei: die Komparatoranordnung einen ersten Komparator umfasst, der das positive Referenzsignal und einen Fühlwert des Ausgangsstroms empfängt und seinen Ausgang umschaltet, wenn der Ausgangsstrom dem positiven Referenzsignal gleicht; und die Komparatoranordnung ferner einen zweiten Komparator umfasst, der das negative Referenzsignal und den Fühlwert des Ausgangsstroms empfängt und seinen Ausgang umschaltet, wenn der Ausgangsstrom dem negativen Referenzsignal gleicht.
  14. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 13, wobei: die Komparatoranordnung ferner eine digitale Zweizustandsänderungsschaltung und eine digitale Treiberschaltung umfasst, die mit den Ausgängen des ersten und zweiten Komparators arbeiten, um das erste Paar der primärseitigen Leistungsschalter und das erste Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter an zu lassen und das zweite Paar der primärseitigen Leistungsschalter und das zweite Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter auszulassen, bis der Ausgangsstrom dem negativen Referenzsignal gleicht und das erste Paar der primärseitigen Leistungsschalter und das erste Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter auszulassen und das zweite Paar der primärseitigen Leistungsschalter und das zweite Paar der sekundärseitigen Leistungsschalter an zu lassen, bis der Ausgangsstrom dem positiven Referenzsignal gleicht, um dadurch zu veranlassen, dass der AC/DC-Wandler den Ausgang des AC/DC-Wandlers erzeugt.
  15. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 9, wobei: der PB-Wandler einen Energiespeicherkondensator und einen Induktor und ein Paar von Leistungsschaltern umfasst; und wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, die Leistungsschalter des PB-Wandlers gemäß einer PB-Wandler-Steuerstrategie abwechselnd an- und auszuschalten, um zu veranlassen, dass der PB-Wandler den Ausgang des AC/DC-Wandlers verarbeitet, um die Stromwelligkeit davon zu reduzieren oder zu verringern und den Ausgang des AC/DC-Wandlers in den Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie transformiert.
  16. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 15, wobei: die Steuerung einen Mikrocontroller und eine Komparatoranordnung umfasst, wobei der Mikrocontroller konfiguriert ist, ein positives Referenzsignal und ein negatives Referenzsignal basierend auf einer Differenz zwischen (i) einem Ausgangsstrom des PB-Wandlers und (ii) einem Zielausgangsstrom zu erzeugen, wobei die Komparatoranordnung konfiguriert ist, einen Pufferstrom, der von dem PB-Wandler von dem Gleichstromausgang mit der Welligkeit aufgenommen wird, mit dem positiven Referenzsignal zu vergleichen, einen ersten der Leistungsschalter des PB-Wandlers anzuschalten und einen zweiten der Leistungsschalter des PB-Wandlers auszuschalten, wenn der PB-Wandler-Pufferstrom dem positiven Referenzsignal gleicht und den ersten der Leistungsschalter des PB-Wandlers auszuschalten und den zweiten der Leistungsschalter des PB-Wandlers anzuschalten, wenn der PB-Wandler-Pufferstrom dem negativen Referenzsignal gleicht, um dadurch zu veranlassen, dass der PB-Wandler den Ausgang des AC/DC-Wandlers verarbeitet, um die Stromwelligkeit davon zu reduzieren oder zu verringern und den Ausgang des AC/DC-Wandlers in den Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie transformiert.
  17. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 16, wobei: die Komparatoranordnung einen ersten Komparator umfasst, der das positive Referenzsignal und einen Fühlwert des PB-Wandler-Pufferstroms empfängt und seinen Ausgang umschaltet, wenn der PB-Wandler-Pufferstrom dem positiven Referenzsignal gleicht; und die Komparatoranordnung ferner einen zweiten Komparator umfasst, der das negative Referenzsignal und den Fühlwert des PB-Wandler-Pufferstroms empfängt und seinen Ausgang umschaltet, wenn der PB-Wandler-Pufferstrom dem negativen Referenzsignal gleicht.
  18. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 17, wobei: die Komparatoranordnung ferner eine digitale Zweizustandsänderungsschaltung und eine digitale Treiberschaltung umfasst, die mit den Ausgängen des ersten und zweiten Komparators arbeiten, um den ersten Leistungsschalter des PB-Wandlers an zu lassen und den zweiten Leistungsschalter des PB-Wandlers aus zu lassen, bis der PB-Wandler-Pufferstrom dem negativen Referenzsignal gleicht und den ersten Leistungsschalter des PB-Wandlers aus zu lassen und den zweiten Leistungsschalter des PB-Wandlers an zu lassen, bis der PB-Wandler-Pufferstrom dem positiven Referenzsignal gleicht, um dadurch zu veranlassen, dass der PB-Wandler den Ausgang des AC/DC-Wandlers verarbeitet, um die Stromwelligkeit davon zu reduzieren oder zu minimieren und den Ausgang des AC/DC-Wandlers in den Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie transformiert.
  19. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 9, wobei: dem AC/DC-Wandler ein Leistungsfaktorkorrektor fehlt; und dem AC/DC-Wandler und dem PB-Wandler ein Zwischenkreiskondensator dazwischen fehlt.
  20. Das Bordladegerät gemäß Anspruch 9, ferner umfassend: einen zusätzlichen AC/DC-Wandler, der mit dem PB-Wandler verbunden ist; und die Steuerung ist ferner konfiguriert, den zusätzlichen AC/DC-Wandler zu steuern, den Wechselstrom-Eingang aus der Netzversorgung in einen zusätzlichen Ausgang zu wandeln, der eine Gleichstromspannung und eine Stromwelligkeit aufweist und den PB-Wandler zu steuern, den zusätzlichen Ausgang von jedem zusätzlichen AC/DC-Wandler zu verarbeiten, um die Stromwelligkeit davon zu verringern oder zu minimieren und den zusätzlichen Ausgang von jedem zusätzlichen AC/DC-Wandler in den Batteriestand-Gleichstromausgang zum Laden der Batterie zu transformieren.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11552557B2 (en) 2020-07-31 2023-01-10 Lear Corporation System and method for enhanced single-stage onboard charger with integrated rectifier
US11502613B2 (en) * 2020-08-18 2022-11-15 Lear Corporation DC-DC converter that applies a dual active bridge rectifier topology
US20220161673A1 (en) * 2020-11-25 2022-05-26 Lear Corporation System and method for single-stage on-board charger power factor correction reactive control
WO2023163876A1 (en) * 2022-02-28 2023-08-31 Apple Inc. Power supply with active power buffer
US20230275521A1 (en) 2022-02-28 2023-08-31 Apple Inc. Power supply with active power buffer
US20240154451A1 (en) * 2022-11-09 2024-05-09 Lear Corporation Battery charger to support multiple charging configurations
WO2024118446A1 (en) * 2022-11-30 2024-06-06 Deere & Company Fractional power direct current charging systems and control methods thereof

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3674283B2 (ja) * 1997-12-26 2005-07-20 富士電機ホールディングス株式会社 絶縁形電力変換装置
US8587975B2 (en) 2010-04-01 2013-11-19 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University PWM control of dual active bridge converters
CN102457193B (zh) 2010-10-27 2015-08-19 台达电子工业股份有限公司 具有单级转换器的电源供应器
US8466652B2 (en) 2011-01-12 2013-06-18 Arvinmeritor Technology, Llc Method and apparatus for generating a charging circuit
JP5617748B2 (ja) * 2011-04-08 2014-11-05 株式会社デンソー 充電装置
US9931951B2 (en) 2014-06-13 2018-04-03 University Of Maryland Integrated dual-output grid-to-vehicle (G2V) and vehicle-to-grid (V2G) onboard charger for plug-in electric vehicles
US9496797B2 (en) 2014-06-13 2016-11-15 Delta Electronics, Inc. Bidirectional converters and flux-balancing control methods thereof
CN104009620A (zh) * 2014-06-16 2014-08-27 南京航空航天大学 逆变器的控制型软开关技术
WO2016024223A1 (en) 2014-08-13 2016-02-18 Inesc Porto- Instituto De Engenharia De Sistemas E Computadores Do Porto Ac/dc converter with three to single phase matrix converter, full-bridge ac/dc converter and hf transformer
CN107078665B (zh) * 2014-11-11 2019-08-16 三菱电机株式会社 电力变换装置
US10250053B2 (en) * 2014-12-16 2019-04-02 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Optimal battery current waveform for bidirectional PHEV battery charger
US9887616B2 (en) * 2015-07-01 2018-02-06 Hella Corporate Center Usa, Inc. Electric power conversion apparatus with active filter
US10277029B2 (en) 2015-09-30 2019-04-30 Tesla Motors, Inc. Energy storage system with dual-active-bridge converter
WO2017066985A1 (en) * 2015-10-23 2017-04-27 The University Of Hong Kong Plug-and-play ripple pacifier for dc voltage links in power electronics systems and dc power grids
JP6651795B2 (ja) * 2015-11-06 2020-02-19 住友電気工業株式会社 力率改善装置、双方向ａｃ／ｄｃ変換装置及びコンピュータプログラム
US11323038B2 (en) 2017-08-17 2022-05-03 University Of Houston System Single phase single stage bi-directional level 1 electric vehicle battery charger
JP6569839B1 (ja) * 2018-12-03 2019-09-04 三菱電機株式会社 電力変換装置
US11104244B2 (en) * 2019-04-12 2021-08-31 Ford Global Technologies, Llc Method for charging a plug-in electric vehicle via another plug-in electric vehicle
CN110380625A (zh) * 2019-07-16 2019-10-25 乐金电子研发中心(上海)有限公司 交流转直流变换器及开关电源

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