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Title:
CIRCUIT ASSEMBLY FOR LINKING NETWORKS WITH DIFFERENT NOMINAL VOLTAGES VIA DC-DC CONVERTERS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/224080
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a circuit assembly (S) for linking networks with different nominal voltages via DC-DC converters (DC/DC_a, DC/DC_b), comprising: a connector (A1) for a first sub-network (BN48-1) with a first nominal voltage; a connector (A2) for a first sub-network (BN12-1) with a second nominal voltage; a first connection between the first input and output (1.1) of a first DC-DC converter (DC/DC_a) and the connector (A1) for the first sub-network (BN48-1) with the first nominal voltage, which is guided via a first node (K1); a second connection between the second input and output (1.2) of the first DC-DC converter (DC/DC_a) and the connector (A2) for the first sub-network (BN12-1) with the second nominal voltage, which is guided via a second node (K2); a third connection between the first input and output (2.1) of a second DC-DC converter and the connector (A3) for the second sub-network (BN48-2) with the first nominal voltage, which is guided via a third node (K3); and a fourth connection between the second input and output (2.2) of the second DC-DC converter and the connector (A4) for the second sub-network (BN12-2) with the second nominal voltage, which is guided via a fourth node; wherein the first connection is guided via at least one first circuit breaker (S3,S7), the second connection is guided via at least one second circuit breaker (S4, S8), the third connection is guided via at least one third circuit breaker (S5, S9) and/or the fourth connection is guided via at least one fourth circuit breaker (S6, S10).

Inventors:
KÖRNER ANDRÉ (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/061073
Publication Date:
November 11, 2021
Filing Date:
April 28, 2021
Export Citation:
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Assignee:
HELLA GMBH & CO KGAA (DE)
International Classes:
H02J1/08; H02J1/10
Foreign References:
US20190036332A12019-01-31
CN110460034A2019-11-15
DE102019209026A12020-12-24
DE102019209026A2019-06-21
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Claims:
Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung (S) zum Verknüpfen von Netzen mit unterschiedli chen Nennspannungen über Gleichspannungswandler (DC/DC_a, DC/DC_b)

- mit einem Anschluss (A1 ) für ein erstes Teilnetz (BN48-1 ) mit einer ers ten Nennspannung,

- mit einem Anschluss (A2) für ein erstes Teilnetz (BN12-1 ) mit einer zweiten Nennspannung,

- mit einem ersten Gleichspannungswandler (DC/DC_a), der einen ers ten Ein- und Ausgang (1.1) und einen zweiten Ein- und Ausgang auf weist (1.2),

- mit einer als erste Verbindung bezeichneten Verbindung zwischen dem ersten Ein- und Ausgang (1.1) des ersten Gleichspannungswandlers (DC/DC_a) und dem Anschluss (A1) für das erste Teilnetz (BN48-1) mit der ersten Nennspannung, die über einen ersten Knoten (K1) ge führt ist,

- mit einer als zweite Verbindung bezeichneten Verbindung zwischen dem zweiten Ein- und Ausgang (1.2) des ersten Gleichspannungs wandlers (DC/DC_a) und dem Anschluss (A2) für das erste Teilnetz (BN12-1 ) mit der zweiten Nennspannung, die über einen zweiten Kno ten (K2) geführt ist,

- mit einem Anschluss (A4) für ein zweites Teilnetz (BN12-2) mit der zweiten Nennspannung,

- mit einem zweiten Gleichspannungswandler (DC/DC_b), der einen ers ten Ein- und Ausgang (2.1) und einen zweiten Ein- und Ausgang (2.2) aufweist, - mit einer als dritte Verbindung bezeichneten Verbindung zwischen dem ersten Ein- und Ausgang (2.1) und einem dritten Knoten (K3),

- mit einer als vierte Verbindung bezeichneten Verbindung zwischen dem zweiten Ein- und Ausgang (2.2) und dem Anschluss (A4) für das zweite Teilnetz (BN12-2) mit der zweiten Nennspannung, die über ei nen vierten Knoten (K4) geführt ist,

- mit einem ersten Kopplungsschalter (S1 ), der einerseits mit dem ersten Knoten (K1) und andererseits mit dem dritten Knoten (K3) verbunden ist und

- mit einem zweiten Kopplungsschalter (S2), der einerseits mit dem zweiten Knoten (K2) und andererseits mit dem vierten Knoten (K4) ver bunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass

- die erste Verbindung über wenigstens einen ersten Trennschalter (S3, S7), die zweite Verbindung über wenigstens einen zweiten Trennschal ter (S4, S8), die dritte Verbindung über wenigstens einen dritten Trenn schalter (S5, S9) und/oder die vierte Verbindung über wenigstens ei nen vierten Trennschalter (S6, S10) geführt ist bzw. sind.

2. Schaltungsanordnung (S) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung einen Anschluss (A3) für ein zweites Teilnetz (BN48-2) mit der ersten Nennspannung aufweist und dass die dritte Verbin dung über den dritten Knoten (K3) weiter zum dritten Anschluss (A3) geführt ist.

3. Schaltungsanordnung (S) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass einer der ersten Trennschalter (S7) oder der erste Trennschalter zwischen dem Anschluss (A1) der Schaltungsanordnung (S) für das erste Teilnetz (BN48-1) mit der ersten Nennspannung und dem ersten Knoten (K1) angeordnet ist. 4. Schaltungsanordnung (S) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass einer der ersten Trennschalter (S3) oder der erste Trennschalter zwischen dem ersten Knoten (K1) und dem ersten Ein- und Ausgang (1.1) des ersten Gleichspannungswandlers (DC/DC_a) angeordnet ist.

5. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass einer der zweiten Trennschalter (S8) oder der zweite Trennschalter zwischen dem Anschluss (A2) der Schaltungsanordnung (S) für das erste Teilnetz (BN12-1 ) mit der zweiten Nennspannung und dem zweiten Knoten (K2) angeordnet ist.

6. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass einer der zweiten Trennschalter (S4) oder der zweite Trennschalter zwischen dem zweiten Knoten (K2) und dem zweiten Ein- und Ausgang (1.2) des ersten Gleichspannungswandlers (DC/DC_a) ange ordnet ist.

7. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass einer der dritten Trennschalter (S9) oder der dritte Trennschalter zwischen dem Anschluss (A3) der Schaltungsanordnung (S) für das zweite Teilnetz (BN48-2) mit der ersten Nennspannung und dem dritten Knoten (K3) angeordnet ist.

8. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass einer der dritten Trennschalter (S5) oder der dritte Trennschalter zwischen dem dritten Knoten (K3) und dem ersten Ein- und Ausgang (2.1) des zweiten Gleichspannungswandlers (DC/DC_b) angeord net ist. 9. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass einer der vierten Trennschalter (S10) oder der vierte Trennschalter zwischen dem Anschluss (A4) der Schaltungsanordnung (S) für das zweite Teilnetz (BN12-2) mit der zweiten Nennspannung und dem vierten Knoten (K4) angeordnet ist.

10. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass einer der vierten Trennschalter (S6) oder der vierte Trennschalter zwischen dem vierten Knoten (K4) und dem zweiten Ein- und Ausgang (A4) des zweiten Gleichspannungswandlers (DC/DC_b) angeord net ist.

11. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass die Trennschalter (S3 bis S10) und die Kopplungsschal ter (S1 , S2) steuerbare Schalter sind und die Schaltungsanordnung (S) eine Steuerung aufweist, die mit Steuerungsanschlüssen der steuerbaren Schal ter (S1 bis S10) verbunden ist.

12. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass einer der Trennschalter (S3 bis S10) oder alle Trenn schalter (S3 bis S10) und/oder einer der Kopplungsschalter (S1 , S2) oder alle Kopplungsschalter (S1 , S2) zweipolige Schalter sind.

13. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch ge kennzeichnet, dass der erste Gleichspannungswandler (DC/DC_a) und/o der der zweite Gleichspannungswandler (DC/DC_b) ein Multiphasenwand ler ist bzw. sind.

Description:
Schaltungsanordnung zum Verknüpfen von Netzen mit unterschiedlichen Nennspannungen über Gleichspannungswandler

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung der in der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 102019209026.5 offenbarten Erfindung.

Die Anmeldung mit dem Aktenzeichen 102019209026.5 offenbart eine Schaltungs anordnung zum Verknüpfen von Netzen mit unterschiedlichen Spannungslagen über Gleichspannungswandler

- mit einem Anschluss für ein erstes Teilnetz mit einer ersten Nennspannung,

- mit einem Anschluss für ein erstes Teilnetz mit einer zweiten Nennspannung,

- mit einem ersten Gleichspannungswandler, der einen ersten Ein- und Ausgang und einen zweiten Ein- und Ausgang aufweist,

- mit einer als erste Verbindung bezeichneten Verbindung zwischen dem ersten Ein- und Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers und dem Anschluss für das erste Teilnetz mit der ersten Nennspannung, die über einen ersten Kno ten geführt ist,

- mit einer als zweite Verbindung bezeichneten Verbindung zwischen dem zwei ten Ein- und Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers und dem An schluss für das erste Teilnetz mit der zweiten Nennspannung, die über einen zweiten Knoten geführt ist,

- mit einem Anschluss für ein zweites Teilnetz mit der zweiten Nennspannung,

- mit einem zweiten Gleichspannungswandler, der einen ersten Ein- und Aus gang und einen zweiten Ein- und Ausgang aufweist,

- mit einer als dritte Verbindung bezeichneten Verbindung zwischen dem ersten Ein- und Ausgang und einem dritten Knoten,

- mit einer als vierte Verbindung bezeichneten Verbindung zwischen dem zwei ten Ein- und Ausgang und dem Anschluss für das zweite Teilnetz mit der zwei ten Nennspannung, die über einen vierten Knoten geführt ist, - mit einem ersten Kopplungsschalter, der einerseits mit dem ersten Knoten und andererseits mit dem dritten Knoten verbunden ist und

- mit einem zweiten Kopplungsschalter, der einerseits mit dem zweiten Knoten und andererseits mit dem vierten Knoten verbunden ist.

In der Anmeldung 102019209026.5 ist eine solche Schaltungsanordnung beschrie ben, die außerdem einen Anschluss für ein zweites Teilnetz mit der ersten Nennspan nung aufweist und bei der die dritte Verbindung über den dritten Knoten weiter zum dritten Anschluss geführt ist.

Mit dieser, in der Anmeldung mit dem Aktenzeichen 102019209026.5 offenbarten Schaltungsanordnung ist es möglich, die wenigstens vier Teilnetze mit einander zu verbinden und elektrische Energie aus dem einen Teilnetz in eines der anderen Teil netze zu transportieren und umgekehrt. Der Energietransport erfolgt dabei zwischen den Teilnetzen mit gleicher Nennspannung über die Kopplungsschalter und zwischen Teilnetzen mit verschiedenen Nennspannungen über die Gleichspannungswandler und - falls die Teilnetze mit verschiedenen Gleichspannungswandlern verbunden sind - über einen Gleichspannungswandler und einen Kopplungsschalter.

Durch die Kopplungsschalter und die Gleichspannungswandler ist es möglich, in ver schiedenen Teilnetzen vorgesehene Stromquellen zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern zu nutzen, egal in welchem Teilnetz der Verbraucher angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, eine Redundanz der Stromquellen zu schaffen.

In der Anmeldung mit dem Aktenzeichen 102019209026.5 ist ebenfalls offenbart, besonders sicherheitsrelevante Verbraucher an zwei Teilnetze anzuschließen, so dass bei einem Ausfall eines der beiden Teilnetze eine Versorgung aus dem anderen Teilnetz möglich ist.

Da der Ausfall eines Teilnetzes oder ein Fehler in dem Teilnetz Rückwirkungen auf die Schaltungsanordnung oder die anderen daran angeschlossenen Teilnetze haben könnte, können die Teilnetze über die Kopplungsschalter und die Gleichspannungs wandler voneinander getrennt werden. Dazu kann der mit dem ausgefallenen oder fehlerhaften Teilnetz verbundene Kopplungsschalter bzw. der mit dem ausgefallenen oder fehlerhaften Teilnetz verbundene Gleichspannungswandler ausgeschaltet wer den.

Bei der in der Anmeldung mit dem Aktenzeichen 102019209026.5 beschriebenen Schaltungsanordnung kann es zum Beispiel wegen eines Ausfalls des ersten Teilnet zes mit der ersten Nennspannung zu einer Situation kommen, in der der erste Kopp lungsschalter geöffnet ist und der erste Gleichspannungswandler ausgeschaltet ist. Der an sich intakte erste Gleichspannungswandler ist in dieser Situation lediglich aus geschaltet, um das erste Teilnetz mit der ersten Nennspannung von dem ersten und/oder dem zweiten Teilnetz mit der zweiten Nennspannung zu trennen. Die Kopp lung der verbleibenden intakten Teilnetze, dem zweiten Teilnetz mit der ersten Nenn spannung und dem ersten und dem zweiten Teilnetz mit der zweiten Nennspannung erfolgt dann über den zweiten Gleichspannungswandler bzw. den zweiten Kopplungs schalter. Kommt es nun zu einem Ausfall des zweiten Gleichspannungswandlers, be steht zwischen dem zweiten Teilnetz mit der ersten Nennspannung und den Teilnet zen mit der zweiten Nennspannung keine Verbindung mehr, über die Energie ausge tauscht werden könnte. Eine redundante Energieversorgung ist dann womöglich nicht mehr gegeben.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Ausfallsicherheit zu ver bessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die erste Verbindung über wenigstens einen ersten Trennschalter, die zweite Verbindung über wenigstens einen zweiten Trennschalter, die dritte Verbindung über wenigstens einen dritten Trenn schalter und/oder die vierte Verbindung über wenigstens einen vierten Trennschalter geführt ist bzw. sind.

Durch die Trennschalter ist es möglich, defekte Teilnetze und/oder defekte Gleich spannungswandler von den intakten Teilnetzen oder den intakten Teilen der erfin dungsgemäßen Schaltungsanordnung zu trennen, ohne dass dazu die Kopplungs schalter geöffnet werden müssen. Dadurch ist es möglich, auch in Situationen, in de nen bei der in der Anmeldung mit dem Aktenzeichen 102019209026.5 beschriebe nen Schaltungsanordnung ein Kopplungsschalter geöffnet werden muss, ein defektes Teilnetz von der Schaltungsanordnung zu trennen oder einen defekten Gleichspan nungswandler von der übrigen Schaltungsanordnung zu trennen, um somit eine grö ßere Ausfallsicherheit zu erreichen.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass die erfindungsgemäße Schaltungsanord nung wie die aus der Anmeldung mit dem Aktenzeichen 102019209026.5 bekannte Schaltungsanordnung einen Anschluss für ein zweites Teilnetz mit der ersten Nenn spannung aufweist und die dritte Verbindung über den dritten Knoten weiter zum drit ten Anschluss geführt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können die Trennschalter an ver schiedenen Stellen in der ersten, der zweiten, der dritten und/oder der vierten Verbin dung angeordnet sein.

Einer der ersten Trennschalter oder der erste Trennschalter können zwischen dem Anschluss der Schaltungsanordnung für das erste Teilnetz mit der ersten Nennspan nung und dem ersten Knoten angeordnet sein. Dann ist es möglich, das erste Teilnetz mit der ersten Nennspannung von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zu trennen. Ist ein defektes erstes Teilnetz mit der ersten Nennspannung von der übrigen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung getrennt, kann es keine Wirkung auf die erfindungsgemäße Anordnung in der Art entfalten, dass deren Gleichspannungswand ler ausgeschaltet und deren Kopplungsschalter geöffnet werden müssten.

Einer der ersten Trennschalter oder der erste Trennschalter kann ebenso zwischen dem ersten Knoten und dem ersten Ein- und Ausgang des ersten Gleichspannungs wandlers angeordnet sein. Dann ist es möglich, den ersten Ein- und Ausgang des ers ten Gleichspannungswandlers von der übrigen erfindungsgemäßen Schaltungsanord nung zu trennen. Ist ein defekter erster Ein- und Ausgang von der übrigen erfindungs gemäßen Schaltungsanordnung getrennt, kann er keine Wirkung auf die erfindungs gemäße Anordnung in der Art entfalten, dass der mit diesem ersten Ein- und Ausgang des ersten Gleichspannungsschalter erste Kopplungsschalter geöffnet werden müsste.

Einer der zweiten Trennschalter oder der zweite Trennschalter können zwischen dem Anschluss der Schaltungsanordnung für das erste Teilnetz mit der zweiten Nennspan nung und dem zweiten Knoten angeordnet sein. Dann ist es möglich, das erste Teil netz mit der zweiten Nennspannung von der erfindungsgemäßen Schaltungsanord nung zu trennen. Ist ein defektes erstes Teilnetz mit der zweiten Nennspannung von der übrigen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung getrennt, kann es keine Wir kung auf die erfindungsgemäße Anordnung in der Art entfalten, dass deren Gleich spannungswandler ausgeschaltet und deren Kopplungsschalter geöffnet werden müssten.

Einer der zweiten Trennschalter oder der zweite Trennschalter kann ebenso zwischen dem zweiten Knoten und dem zweiten Ein- und Ausgang des ersten Gleichspan nungswandlers angeordnet sein. Dann ist es möglich, den zweiten Ein- und Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers von der übrigen erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung zu trennen. Ist ein defekter zweiter Ein- und Ausgang von der übrigen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung getrennt, kann er keine Wirkung auf die er findungsgemäße Anordnung in der Art entfalten, dass der mit diesem zweiten Ein- und Ausgang des ersten Gleichspannungsschalters verbundene zweite Kopplungsschalter geöffnet werden müsste.

Einer der dritten Trennschalter oder der dritte Trennschalter können zwischen dem Anschluss der Schaltungsanordnung für das zweite Teilnetz mit der ersten Nennspan nung und dem dritten Knoten angeordnet sein. Dann ist es möglich, das zweite Teil netz mit der ersten Nennspannung von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zu trennen. Ist ein defektes zweites Teilnetz mit der ersten Nennspannung von der üb rigen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung getrennt, kann es keine Wirkung auf die erfindungsgemäße Anordnung in der Art entfalten, dass deren Gleichspannungs wandler ausgeschaltet und deren Kopplungsschalter geöffnet werden müssten.

Einer der dritten Trennschalter oder der dritte Trennschalter kann ebenso zwischen dem dritten Knoten und dem ersten Ein- und Ausgang des zweiten Gleichspannungs wandlers angeordnet sein. Dann ist es möglich, den ersten Ein- und Ausgang des zweiten Gleichspannungswandler von der übrigen erfindungsgemäßen Schaltungsan ordnung zu trennen. Ist ein defekter erster Ein- und Ausgang von der übrigen erfin dungsgemäßen Schaltungsanordnung getrennt, kann er keine Wirkung auf die erfin dungsgemäße Anordnung in der Art entfalten, dass der mit diesem ersten Ein- und Ausgang des zweiten Gleichspannungsschalters verbundene erste Kopplungsschalter geöffnet werden müsste.

Einer der vierten Trennschalter oder der vierte Trennschalter können zwischen dem Anschluss der Schaltungsanordnung für das zweite Teilnetz mit der zweiten Nenn spannung und dem vierten Knoten angeordnet sein. Dann ist es möglich, das zweite Teilnetz mit der zweiten Nennspannung von der erfindungsgemäßen Schaltungsan ordnung zu trennen. Ist ein defektes zweites Teilnetz mit der zweiten Nennspannung von der übrigen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung getrennt, kann es keine Wirkung auf die erfindungsgemäße Anordnung in der Art entfalten, dass deren Gleich spannungswandler ausgeschaltet und deren Kopplungsschalter geöffnet werden müssten. Einer der vierten Trennschalter oder der vierte Trennschalter kann ebenso zwischen dem vierten Knoten und dem zweiten Ein- und Ausgang des zweiten Gleichspan nungswandlers angeordnet sein. Dann ist es möglich, den zweiten Ein- und Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers von der übrigen erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung zu trennen. Ist ein defekter zweiter Ein- und Ausgang von der übrigen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung getrennt, kann er keine Wirkung auf die er findungsgemäße Anordnung in der Art entfalten, dass der mit diesem zweiten Ein- und Ausgang des zweiten Gleichspannungsschalters verbundene zweite Kopplungsschal ter geöffnet werden müsste.

Es ist möglich, dass die Trennschalter und die Kopplungsschalter einer erfindungsge mäßen Schaltungsanordnung steuerbare Schalter sind und die Schaltungsanordnung eine Steuerung aufweist, die mit Steuerungsanschlüssen der steuerbaren Schalter verbunden sind.

Ferner ist es möglich, dass wenigstens einer der Trennschalter oder alle Trennschal ter und/oder wenigstens einer der Kopplungsschalter oder alle Kopplungsschalter ein zweipoliger Schalter ist bzw. zweipolige Schalter sind.

Der erste Gleichspannungswandler und/oder der zweite Gleichspannungswandler können ein Multiphasenwandler sein. Hier werden innerhalb des Gleichspannungs wandlers mehrere Gruppen, bestehend aus jeweils mindestens einem Schalter mit zu geordneten Induktivitäten, parallel angeordnet, wobei die einzelnen Glieder in fester Sequenz gesteuert, jedoch entsprechend aufwändiger geregelt werden. Die Gruppen bildung dient der Leistungssteigerung und dem lückenlosen Stromfluss. Dadurch än dern sich die Eigenschaften des Wandlers:

- Erhöhung der Stromlieferfähigkeit

- Minderung der Restwelligkeit (Ripple)

- Verkleinerung der benötigten Kapazitäten

- Verminderung der Störaussendung Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung, wie sie aus der Anmeldung mit dem Aktenzei chen 102019209026.5 bekannt ist,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit T rennschaltern zwischen Knoten und Ein- und Ausgängen von Gleichspannungswandlern,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit T rennschaltern zwischen Knoten und Ein- und Ausgängen von Phasen von Multiphasen-Gleichspan- nungswandlern,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit T rennschaltern zwischen Knoten und Ein- und Ausgängen von Phasen von Multiphasen-Gleichspan- nungswandlern und mit Trennschaltern zwischen Anschlüssen für Teilnetze und den Knoten.

Die aus der Anmeldung mit dem Aktenzeichen 102019209026.5 bekannte Schal tungsanordnung ist zum Verknüpfen von Netzen mit unterschiedlichen Nennspannun gen über Gleichspannungswandler vorgesehen. Solche Schaltungsanordnungen kön nen wie auch im Übrigen den erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen Teil eine Kraftfahrzeugbordnetzes sein, das verschiedene Teilnetze umfasst, die unterschiedli che Nennspannungen haben, zum Beispiel Teilnetze mit 12 V Nennspannung und Teilnetze mit 48 V Nennspannungen. Die Schaltungsanordnungen können auch hö here Spannungen haben, wie sie beispielsweise in Fahrzeugen mit Elektroantrieben üblich sind.

Die in der Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung und die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen aus den Figuren 2 bis 4 weisen viele Gemeinsamkeiten, ins besondere eine gleiche Topologie und gleiche Bauelemente und Komponenten auf. Gleiche Bauelemente und Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugszei chen bezeichnet. Jede der in den Figuren dargestellten Schaltungsanordnungen S hat einen Anschluss A1 für ein erstes Teilnetz BN48-1 mit einer ersten Nennspannung und einen An schluss A3 für ein erstes Teilnetz BN12-1 mit einer zweiten Nennspannung. Jede der Schaltungsanordnungen hat einen ersten Gleichspannungswandler DC/DC_a, der ei nen ersten Ein- und Ausgang 1.1 und einen zweiten Ein- und Ausgang 1.2 aufweist. Eine erste Verbindung zwischen dem ersten Ein- und Ausgang 1.1 des ersten Gleich spannungswandlers DC/DC_a und dem Anschluss A1 für das erste Teilnetz BN48-1 mit der ersten Nennspannung machen einen elektrischen Strom vom ersten Ein- und Ausgang 1.1 zum Anschluss A1 und umgekehrt möglich. Diese erste Verbindung ist über einen ersten Knoten K1 geführt. Ferner ist eine zweite Verbindung zwischen dem zweiten Ein- und Ausgang 1.2 des ersten Gleichspannungswandlers DC/DC_a und dem Anschluss A2 für das erste Teilnetz BN12-1 mit der zweiten Nennspannung her gestellt, über die ein Strom zwischen dem ersten Gleichspannungswandler DC/DC_a und dem Anschuss A2 und umgekehrt möglich ist. Diese zweite Verbindung ist über einen zweiten Knoten K2 geführt.

Die in den Figuren dargestellten Schaltungsanordnungen S haben ferner jeweils einen Anschluss A3 für ein zweites Teilnetz BN48-2 mit der ersten Nennspannung, einen Anschluss A4 für ein zweites Teilnetz BN12-2 mit der zweiten Nennspannung und ei nen zweiten Gleichspannungswandler DC/DC_b, der einen ersten Ein- und Ausgang 2.1 und einen zweiten Ein- und Ausgang 2.2 aufweist. Eine dritte Verbindung verbin det den ersten Ein- und Ausgang 2.1 des zweiten Gleichspannungswandlers DC/DC_b und den Anschluss A3 für das zweite Teilnetz BN48-2 mit der ersten Nenn spannung über einen dritten Knoten K3 und eine vierte Verbindung verbindet den zweiten Ein- und Ausgang 2.2 des zweiten Gleichspannungswandlers DC/DC_b und den Anschluss A4 für das zweite Teilnetz BN12-2 mit der zweiten Nennspannung über einen vierten Knoten K4.

Über die erste Verbindung und die zweite Verbindung kann elektrische Energie von den Teilnetzen BN48-1, BN12-1 zu dem ersten Gleichspannungswandler DC/DC_a und in die umgekehrten Richtungen übertragen werden. Über die dritte Verbindung und die vierte Verbindung kann elektrische Energie von den Teilnetzen BN48-2, BN12-2 zu dem zweiten Gleichspannungswandler DC/DC_b und in die umgekehrten Richtungen übertragen werden. Eine Übertragung von Energie aus dem Teilnetz BN48-1 zu einem der Teilnetze BN48-2, BN12-2 und umgekehrt ist mit der bisher be schriebenen Topologie dagegen nicht möglich. Gleiches gilt für eine Energieübertra gung vom Teilnetz BN12_2 zu einem der Teilnetze BN48-1 , BN12-1 und umgekehrt. Außerdem kann keine Energie von dem ersten Gleichspannungswandler DC/DC_a zu den zweiten Teilnetzen BN48-2, BN12-2 und umgekehrt oder von dem zweiten Gleichspannungswandler DC/DC_b zu den erste Teilnetzen BN48-1 , BN12-1 und um gekehrt übertragen werden.

Damit auch eine solche Energieübertragung möglich ist, sind ein erster und ein zwei ter Kopplungsschalter S1 , S2 vorgesehen. Der erste Kopplungsschalter S1 ist einer seits mit dem ersten Knoten K1 und andererseits mit dem dritten Knoten K3 verbun den, der zweite Kopplungsschalter S2 ist einerseits mit dem zweiten Knoten K2 und andererseits mit dem vierten Knoten K4 verbunden. Sind die Kopplungsschalter S1 ,

S2 geschlossen, ist eine Energieübertragung zwischen den ersten Teilnetzen BN48-1 , BN12-1 einerseits und den zweiten Teilnetzen BN48-2, BN12-2 andererseits möglich. Außerdem ist eine Energieübertragung von jedem der Teilnetze BN12-1 , BN12-2 mit der zweiten Nennspannung über jeden der Gleichspannungswandler DC/DC_a, DC/DC_b zu den Teilnetzen BN48-1 , BN48-2 mit der ersten Nennspannung und um gekehrt möglich.

Das erste Teilnetz BN48-1 mit der ersten Nennspannung umfasst eine elektrische Ma schine M/G, die als Motor und als Generator arbeiten kann, um elektrische Energie bzw. Leistung aufzunehmen oder bereitzustellen. Außerdem ist in dem ersten Teilnetz BN48-1 mit der ersten Nennspannung eine Batterie vorgesehen, die elektrische Ener gie bzw. Leistung aufnehmen oder bereitstellen kann. Ferner sind sicherheitsrelevante Verbraucher ASIL in dem ersten Teilnetz BN48-1 mit der ersten Nennspannung vor gesehen. Das zweite Teilnetz BN48-2 mit der ersten Nennspannung umfasst neben nicht si cherheitsrelevanten Verbrauchern QM auch die sicherheitsrelevanten Verbraucher ASIL, die schon Teil des ersten Teilnetzes BN48-1 mit der ersten Nennspannung sind. Die sicherheitsrelevanten Verbraucher ASIL können somit auf zwei Wegen mit elektri scher Energie versorgt werden, nämlich aus dem ersten Teilnetz und aus dem zwei ten Teilnetz mit der ersten Nennspannung.

Das erste Teilnetz BN12-1 mit der zweiten Nennspannung umfasst eine Batterie, die elektrische Energie bzw. Leistung aufnehmen oder bereitstellen kann. Ferner sind si cherheitsrelevante Verbraucher ASIL in dem ersten Teilnetz BN12-1 mit der zweiten Nennspannung vorgesehen.

Das zweite Teilnetz BN12-2 mit der zweiten Nennspannung umfasst neben nicht si cherheitsrelevanten Verbrauchern QM auch die sicherheitsrelevanten Verbraucher ASIL, die schon Teil des ersten Teilnetzes BN12-1 mit der zweiten Nennspannung sind. Auch diese sicherheitsrelevanten Verbraucher ASIL können auf zwei Wegen mit elektrischer Energie versorgt werden, nämlich aus dem ersten Teilnetz und aus dem zweiten Teilnetz mit der zweiten Nennspannung.

Die in der Figur 2 dargestellte Schaltungsanordnung weist zusätzlich zu den bereits genannten Bauelementen und Komponenten einen ersten Trennschalter S3, einen zweiten Trennschalter S4, einen dritten Trennschalter S5 und einen vierten Trenn schalter S6 auf.

Der erste Trennschalter S3 ist zwischen dem ersten Knoten K1 und dem ersten Ein- und Ausgang 1.1 des ersten Gleichspannungswandlers DC/DC_a angeordnet. Mit ihm kann der erste Ein- und Ausgang 1.1 des ersten Gleichspannungswandlers DC/DC_a von der übrigen Schaltungsanordnung getrennt werden. Der zweite Trennschalter S4 ist zwischen dem zweiten Knoten K2 und dem zweiten Ein- und Ausgang 1.2 des ersten Gleichspannungswandlers DC/DC_a angeordnet.

Mit ihm kann der zweite Ein- und Ausgang 1.2 des ersten Gleichspannungswandlers DC/DC_a von der übrigen Schaltungsanordnung getrennt werden.

Der dritte Trennschalter S5 ist zwischen dem dritten Knoten K3 und dem ersten Ein- und Ausgang 2.1 des zweiten Gleichspannungswandlers DC/DC_b angeordnet. Mit ihm kann der erste Ein- und Ausgang 2.1 des zweiten Gleichspannungswandlers DC/DC_b von der übrigen Schaltungsanordnung getrennt werden.

Der vierte Trennschalter S6 ist zwischen dem vierten Knoten K4 und dem zweiten Ein- und Ausgang 2.2 des zweiten Gleichspannungswandlers DC/DC_b angeordnet. Mit ihm kann der zweite Ein- und Ausgang 2.2 des zweiten Gleichspannungswandlers DC/DC_b von der übrigen Schaltungsanordnung getrennt werden.

Die in der Figur 3 dargestellte Schaltungsanordnung unterscheidet sich von der in der Figur 2 dargestellten Schaltungsanordnung dadurch, dass die Gleichspannungswand ler DC/DC_a, DC/DC_b Multiphasen-Gleichspannungswandler sind. Der erste und der zweite Gleichspannungswandler DC/DC_a, DC/DC_b weisen jeweils mehrere parallel geschaltete Gruppen, bestehend aus jeweils einem Schaltelement mit zugeordneten Induktivitäten auf, wobei die einzelnen Glieder in fester Sequenz gesteuert oder gere gelt werden. Jede Gruppe des ersten und des zweiten Gleichspannungswandlers DC/DC_a, DC/DC_b hat einen ersten Ein- und Ausgang und einen zweiten Ein- und Ausgang.

Der erste Ein- und Ausgang jeder der Gruppen des ersten Gleichspannungswandlers DC/DC_a ist über einen ersten Trennschalter S3 mit dem ersten Knoten K1 und der zweite Ein- und Ausgang jeder der Gruppen des ersten Gleichspannungswandlers DC/DC_a über einen zweiten Trennschalter S4 mit dem zweiten Knoten K2 verbun den. Die ersten Trennschalter S3 ermöglichen es, die ersten Ein- und Ausgänge 1.1 des ersten Gleichspannungswandlers DC/DC_a von der übrigen Schaltungsanord nung zu trennen. Die zweiten Trennschalter S4 ermöglichen es, die zweiten Ein- und Ausgänge 1 .2 des ersten Gleichspannungswandlers DC/DC_a von der übrigen Schal tungsanordnung zu trennen.

Der erste Ein- und Ausgang jeder der Gruppen des zweiten Gleichspannungswand lers DC/DC_b ist über einen dritten Trennschalter S5 mit dem dritten Knoten K3 und der zweite Ein- und Ausgang jeder der Gruppen des zweiten Gleichspannungswand lers DC/DC_b über einen vierten Trennschalter S6 mit dem vierten Knoten K4 verbun den. Die dritten Trennschalter S5 ermöglichen es, die ersten Ein- und Ausgänge 2.1 des zweiten Gleichspannungswandlers DC/DC_b von der übrigen Schaltungsanord nung zu trennen. Die vierten Trennschalter S6 ermöglichen es, die zweiten Ein- und Ausgänge 2.2 des zweiten Gleichspannungswandlers DC/DC_b von der übrigen Schaltungsanordnung zu trennen.

Die in der Figur 4 dargestellte Schaltungsanordnung S unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung gemäß der Figur 3 dadurch, dass ein weiterer erster Trenn schalter S7, ein weiterer zweiter Trennschalter S8, ein weiterer dritter Trennschalter S9 und ein weiterer vierter T rennschalter S10 vorgesehen sind, die mit den Anschlüs sen A1 , A2, A3, A4 für die Teilnetze BN12-1 , BN12-2, BN48-1 , BN48-2 der Schal tungsanordnung und den Knoten K1 , K2, K3, K4 verbunden sind.

So ist der weitere erste Trennschalter S7 mit dem Anschluss A1 und dem ersten Kno ten K1 verbunden. Mit diesem weiteren ersten Trennschalter S7 ist es möglich, den Anschluss A1 und das daran angeschlossene erste Teilnetz BN48-1 mit der ersten Nennspannung von der Schaltungsanordnung S zu trennen.

Der weitere zweite Trennschalter S8 ist mit dem Anschluss A2 und dem zweiten Kno ten K2 verbunden. Mit dem weiteren zweiten Trennschalter S8 ist es möglich, den An schluss A2 und das daran angeschlossene erste Teilnetz BN12-1 mit der zweiten Nennspannung von der Schaltungsanordnung S zu trennen. Der weitere dritte Trennschalter S9 ist mit dem Anschluss A3 und dem dritten Knoten K3 verbunden. Mit dem weiteren dritten Trennschalter S9 ist es möglich, den An schluss A3 und das daran angeschlossene zweite Teilnetz BN48-1 mit der ersten Nennspannung von der Schaltungsanordnung S zu trennen.

Schließlich ist der weitere vierte T rennschalter S10 mit dem Anschluss A4 und dem vierten Knoten K4 verbunden. Mit dem weiteren vierten Trennschalter S10 kann der Anschluss A4 und das daran angeschlossene zweite Teilnetz BN12-1 mit der zweiten Nennspannung von der Schaltungsanordnung S getrennt werden.

Eine Trennung von einem der Teilnetze kann sinnvoll sein, wenn in dem Teilnetz ein Defekt vorliegt, zum Beispiel ein Kurzschluss. Die Trennung kann dann vorgenommen werden, ohne dass dazu einer der Kopplungsschalter geöffnet werden muss und einer der Gleichspannungswandler ausgeschaltet werden müsste.

Bezugszeichenliste

S Schaltungsanordnung

A1 Anschluss der Schaltungsanordnung für das erste Teilnetz mit der ersten Nennspannung

A2 Anschluss der Schaltungsanordnung für das erste Teilnetz mit der zweiten Nennspannung

A3 Anschluss der Schaltungsanordnung für das zweite Teilnetz mit der ersten Nennspannung

A4 Anschluss der Schaltungsanordnung für das zweite Teilnetz mit der zwei ten Nennspannung

DC/DC . erster Gleichspannungswandler

1.1 erster Ein- und Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers

1.2 zweiter Ein- und Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers

DC/DC . zweiter Gleichspannungswandler

2.1 erster Ein- und Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers

2.2 zweiter Ein- und Ausgang des zweiten Gleichspannungswandlers

K1 erster Knoten

K2 zweiter Knoten

K3 dritter Knoten

K4 vierter Knoten

51 erster Kopplungsschalter

52 zweiter Kopplungsschalter

53 erster Trennschalter

54 zweiter Trennschalter

55 dritter Trennschalter 56 vierter Trennschalter

57 weiterer erster T rennschalter

58 weiterer zweiter Trennschalter

59 weiterer dritter T rennschalter

S10 weiterer vierter Trennschalter

BN48-1 erstes Teilnetz mit erster Nennspannung BN48-2 zweites Teilnetz mit erster Nennspannung BN12-1 erstes Teilnetz mit zweiter Nennspannung BN12-2 zweites Teilnetz mit zweiter Nennspannung