Gleichspannungswandler, Bordnetz mit einem Gleichspannungswandler

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichspannungs ^¬ wandler, insbesondere für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Bordnetz, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem genannten Gleichspannungswandler .

Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung Bordnetze, insbesondere von Kraftfahrzeugen, weisen eine Viel ^¬ zahl von elektrischen Lasten auf, welche Betriebsspannungen unterschiedlicher Spannungsarten, wie z. B. einer Gleichspannung, einer einphasigen oder mehrphasigen Wechselspannung, bzw. unterschiedlicher Spannungsniveaus oder unterschiedliche Leistungsansprüche aufweisen. Um diese Lasten trotz den unterschiedlichen Betriebsspannungen und den unterschiedlichen Leistungsansprüchen (zeitgleich) mit elektrischer Energie versorgen zu können, weisen die Bordnetze drei oder mehr Bordnetzzweige mit unterschiedlichen Bordnetzspannungen auf, in denen die elektrischen Lasten unterschiedlicher Betriebsspannungen bzw. Leistungsansprüche aufgeteilt elektrisch an ^¬ geschlossen sind.

Um bei einem schnellen Anstieg des Bedarfs an elektrischer Leistung in einem der Bordnetzzweige elektrische Energie von einem anderen Bordnetzzweig in diesen Bordnetzzeig verschieben zu können, weisen die Bordnetze in der Regel zwei oder mehr Strom-/Spannungswandler auf, welche während des Betriebs der Bordnetze zwischen den Bordnetzspannungen unterschiedlicher Spannungsarten bzw. Spannungsniveaus der Bordnetzzweige um ^¬ wandeln .

Dabei erfordern die zwei oder mehr Strom-/Spannungswandler eine entsprechende Anzahl von Regelungs- und Ansteuerungselektronik- einheiten sowie sonstigen Schaltungsanordnungen zu Steuern bzw. zum Regeln dieser Strom-/Spannungswandler, was zu einer erhöhten Komplexität und somit zu erhöhten Herstellungskosten der Bordnetze führt.

Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, ein Bordnetz, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, in einfacher Weise und kostengünstig herzu ^¬ stellen .

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird mit Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un- teransprüche .

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Gleichspannungswandler zum Umwandeln zwischen einer ersten und einer zweiten Spannung (bzw. Bordnetzspannung) bereitgestellt.

Der Gleichspannungswandler umfasst zwei erste Stromanschlüsse zum Anschließen des Gleichspannungswandlers an die erste Spannung (beispielsweise einer ersten Bordnetzspannung eines ersten Bordnetzzweiges eines Bordnetzes) , zwei zweite Strom- anschlüsse zum Anschließen des Gleichspannungswandlers an die zweite Spannung (beispielsweise eine zweite Bordnetzspannung eines zweiten Bordnetzzweiges des Bordnetzes) . Der Gleichspannungswandler umfasst ferner mindestens einen dritten Stromanschluss zum Umschalten oder zum Zuschalten des Gleichspannungswandlers an bzw. auf mindestens eine elektrische Vorrichtung, beispielsweise eine elektrische Last oder eine elektrische Energiequelle (beispielsweise eines dritten Bord ^¬ netzzweiges des Bordnetzes), bzw. an einen elektrischen An- schluss der mindestens einen elektrischen Vorrichtung.

Der Gleichspannungswandler umfasst ferner mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad, welcher zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüssen andererseits elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, zwischen der ersten und der zweiten Spannung umzuwandeln .

Hierbei bedeutet ein „Umwandeln zwischen der der ersten und der zweiten Spannung (bzw. Bordnetzspannung)", dass der Gleichspannungswandler bzw. der genannte mindestens eine erste Spannungswandlerpfad und weitere nachfolgend zu beschreibende Spannungswandlerpfade eingerichtet sind, die zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen anliegende erste Spannung (bzw. eine erste Bordnetzspannung) in die zweite Spannung (bzw. eine zweite Bordnetzspannung) zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen und/oder umgekehrt umzuwandeln. Hierzu weisen der Gleich- spannungswandler bzw. die Spannungswandlerpfade entsprechende Schaltungskomponenten, wie z. B. Hallbrücken mit steuerbaren Schaltern und/oder Dioden, Spulen, Kondensatoren, zur Spannungsumwandlung auf. Ein Spannungswandlerpfad ist somit eine elektrische Schaltung, welche die oben genannten Schaltungskomponenten zur Spannungsumwandlung umfasst und eingerichtet ist, zwischen der ersten und der zweiten Spannung (bzw. Bordnetzspannung) umzuwandeln. Der Gleichspannungswandler umfasst ferner mindestens einen ersten steuerbaren Auswahlschalter (oder Umschalter, insb. Leistungsauswahlschalter bzw. Leistungsumschalter), welcher einen ersten, einen zweiten und einen dritten Schaltanschluss umfasst und über den ersten und den zweiten Schaltanschluss seriell in dem mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad und über den dritten Schaltanschluss an dem mindestens einen dritten Stromanschluss elektrisch angeschlossen ist. Hierbei bedeutet der Halbsatz: „... über den ersten und den zweiten Schaltanschluss seriell in dem mindestens einen ersten Span ^¬ nungswandlerpfad elektrisch angeschlossen dass der erste und der zweite Schaltanschluss des mindestens einen ersten Aus ^¬ wahlschalters in dem mindestens einen ersten Spannungswand- lerpfad befinden und Teil des mindestens einen ersten Span ^¬ nungswandlerpfades sind. Sind der erste und der zweite Schalt ^¬ anschluss in einem Schaltzustand des mindestens einen ersten steuerbaren Auswahlschalters miteinander elektrisch verbunden, so ist der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad zumindest in dem Abschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltanschluss elektrisch leitend und ermöglicht einen Stromfluss über diesen Abschnitt. Sind der erste und der zweite Schalt ^¬ anschluss in einem weiteren Schaltzustand des mindestens einen ersten steuerbaren Auswahlschalters voneinander elektrisch getrennt, so ist der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad elektrisch offen und der Stromfluss durch diesen Spannungswandlerpfad wird unterbrochen.

Der Gleichspannungswandler umfasst ferner eine Energiemanage- menteinheit zum Steuern des mindestens einen ersten Auswahlschalters, welche eingerichtet ist, wahlweise jeweils mindestens zwei von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Schaltanschluss miteinander elektrisch zu verbinden bzw. alle dieser drei Schaltanschlüsse voneinander elektrisch zu trennen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Antriebs ^¬ architektur eines Kraftfahrzeugs mit einem Elektroantrieb mit einer elektrischen Maschine, einem Inverter zu deren Ansteu- erung, einer (Traktions-) Batterie, einem Gleichspannungswandler und einem Ladegerat (ein- und/oder drei-phasig) eine Vielzahl von Hochleistungselektronikkomponenten umfasst .

Hinzu kommen noch bei konventionellen Kraftfahrzeugen bekannte Hochleistungselektronikkomponenten wie z. B. eine Hochvolt-Hei ^¬ zung oder ein Hochvolt-Klimakompressor.

In der Regel ist ferner ein Traktionsgleichspannungswandler (Traktions-DCDC) vorgesehen, welcher zwischen der (Trakti- ons- ) Batterie und dem Inverter elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, unabhängig von dem Zustand und Betriebspunkt der (Traktions-) Batterie die Zwischenkreisspannung für den Inverter einzustellen (Spannungsanpassung) . Nach jetzigem Stand besitzt jede der oben genannten Hochleistungselektronikkomponenten ihre eigene Ansteuerelektronik bestehend aus einer Ansteuerungseinheit sowie einem leitungs ^¬ elektronischem Stellglied inklusiv Treiber und Sensorik, was zu einem hohen Herstellungsaufwand und hohen Herstellungskosten für Kraftfahrzeuge führt. Außerdem ist die Ausnutzung der Ansteuer- ungseinheiten gering.

Basierend auf dieser Erkenntnis wurde im Rahmen dieser Erfindung nach einer Lösung gesucht, mit der der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybrid-, Plug-in Hybrid- oder Elektrofahrzeugs , bzw. für dessen Hochvolt-Architektur zu senken und die Ausnutzung der Ansteue- rungseinheiten zu erhöhen. ,

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Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die Lösung darin besteht, dass die Ansteuerungseinheiten nicht nur für einzelne Funktionsrealisierungen zu verwenden, sondern mit einer einzigen Ansteuerelektronik mehrere Funktionen, wie z.B. Laden, Heizen und Spannungsanpassung, umzusetzen.

Hierzu bedarf es einen (Traktions-) Gleichspannungswandler, mit dem neben der primären Funktion der Gleichspannungswandlung noch zusätzlich die oben genannten Funktionen wie z. B. wie z.B. Laden, Heizen und Spannungsanpassung umgesetzt werden kann.

Dabei wurde erkannt, dass diese Multifunktionalität des Gleich ^¬ spannungswandlers mittels eines Leistungs-Multiplexer-Prinzip realisiert werden kann, wobei ein Leistungs-Multiplexer wiederum mittels eines steuerbaren Auswahlschalters in einfacher Weise bewerkstelligen lässt.

Basierend auf dieser Erkenntnis wurde der oben beschriebene Gleichspannungswandler mit mindestens einem ersten steuerbaren Auswahlschalter bereitgestellt, welcher über den ersten und den zweiten Schaltanschluss seriell in dem mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad des Gleichspannungswandlers und über den dritten Schaltanschluss an dem mindestens einen dritten Strom- anschluss (über den mindestens eine elektrische Last oder Quelle zusätzlich an dem Gleichspannungswandler angeschlossen werden kann) elektrisch angeschlossen ist. Die Ansteuerung des Auswahlschalters erfolgt dann mittels der beschriebenen Energie ^¬ managementeinheit . Da die oben genannte Multifunktionalität des Gleichspannungs ^¬ wandlers mittels eines einzigen Auswahlschalters und einer entsprechenden softwarebasierten Modifikation der Energiemanagementeinheit, welche zur Ansteuerung des Gleichspannungs ^¬ wandlers bereits vorhanden ist, können das Bordnetz und somit auch das Kraftfahrzeug einfach und kostengünstig hergestellt werden .

Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, ein Bordnetz, insbe- sondere eines Kraftfahrzeugs, in einfacher Weise und kosten ^¬ günstig herzustellen.

Beispielsweise ist die Energiemanagementeinheit ferner ein ^¬ gerichtet, zur Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung den ersten und den zweiten Schaltanschluss des mindestens einen ersten steuerbaren Auswahlschalters miteinander elektrisch zu verbinden und somit den Stromfluss durch den mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad zu ermöglichen. Die Energiemanagementeinheit ist beispielsweise ferner ein ^¬ gerichtet, zum Betrieb der mindestens einen elektrischen Vor ^¬ richtung den dritten Schaltanschluss des mindestens einen ersten steuerbaren Auswahlschalters mit dem ersten und/oder dem zweiten Schaltanschluss elektrisch zu verbinden und somit einen Strom- fluss über den Gleichspannungswandler zu der mindestens einen elektrischen Vorrichtung zu ermöglichen.

Die Energiemanagementeinheit ist beispielsweise ferner ein ^¬ gerichtet, zur Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung und zum zeitgleichen Betrieb der mindestens einen elektrischen Vorrichtung den ersten, den zweiten und den dritten Stromanschluss des mindestens einen ersten steuerbaren Aus ^¬ wahlschalters miteinander elektrisch zu verbinden und somit Stromflüsse durch den mindestens einen ersten Spannungswand- lerpfad und zu/von der mindestens einen elektrischen Vorrichtung zu ermöglichen.

Beispielsweise umfasst der mindestens eine erste Spannungs ^¬ wandlerpfad eine erste Halbbrücke, welche zwischen den zwei ₀

o zweiten Stromanschlüssen elektrisch angeschlossen ist und zwei erste steuerbare Schalter umfasst, welche zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen und über einen Mittelanschluss der ersten Halbbrücke zueinander seriell elektrisch angeschlossen sind.

Der mindestens eine erste Auswahlschalter ist beispielsweise über den ersten und den zweiten Schaltanschluss zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der ersten Halbbrücke elektrisch angeschlossen.

Der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad umfasst bei ^¬ spielsweise ferner ein erstes induktives Bauelement, wie z. B. eine erste Spule, welches zwischen einem (insbesondere posi- tivspannungsseitigen) der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der ersten Halbbrücke und seriell zu dem min ^¬ destens einen ersten Auswahlschalter elektrisch angeschlossen ist . Der mindestens eine erste Auswahlschalter ist beispielsweise über den ersten und den zweiten Schaltanschluss zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der ersten Halbbrücke und seriell zu dem ersten induktiven Bauelement elektrisch angeschlossen.

Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen zweiten Spannungswandlerpfad, welcher zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüs ^¬ sen andererseits und somit parallel zu dem mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, zwischen der ersten und der zweiten Spannung umzuwandeln. Dieser zweite Spannungswandlerpfad ermöglicht eine Spannungsumwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung unabhängig von dem ersten Spannungswandlerpfad bzw. dem Schalt- zustand des ersten Auswahlschalters in dem ersten Spannungs ^¬ wandlerpfad .

Der zweite Spannungswandlerpfad umfasst beispielsweise eine zweite Halbbrücke, welche zwischen den zwei zweiten Stroman ^¬ schlüssen und somit parallel zu der ersten Halbbrücke elektrisch angeschlossen ist. Die zweite Halbbrücke umfasst zwei zweite steuerbare Schalter, welche über einen Mittelanschluss der zweiten Halbbrücke zueinander seriell zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen elektrisch angeschlossen sind.

Der zweite Spannungswandlerpfad umfasst beispielsweise ferner ein zweites induktives Bauelement, wie z. B. eine zweite Spule, welches zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der zweiten Halbbrücke elektrisch ange ^¬ schlossen ist.

Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen vierten Stromanschluss zum Anschließen des Gleichspannungs- wandlers an die mindestens eine elektrische Vorrichtung bzw. an den einen elektrischen Anschluss oder an einen weiteren elektrischen Anschluss der mindestens einen elektrischen Vorrichtung . Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen dritten Spannungswandlerpfad zur Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung. Der dritte Spannungswandlerpfad ist ebenfalls zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüssen andererseits und somit parallel zu dem mindestens einen ersten und dem zweiten Spannungswandlerpfad elektrisch angeschlossen.

Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen zweiten steuerbaren Auswahlschalter (oder Umschalter, insb. Leistungsauswahlschalter bzw. Leistungsumschalter), welcher einen vierten, einen fünften und einen sechsten Schaltanschluss umfasst und über den vierten und den fünften Schaltanschluss seriell in dem dritten Spannungswandlerpfad und über den sechsten Schaltanschluss an dem vierten Stromanschluss elektrisch an ^¬ geschlossen ist.

Die Energiemanagementeinheit ist beispielsweise ferner ein ^¬ gerichtet, wahlweise mindestens j eweils zwei von dem vierten, dem fünften und dem sechsten Schaltanschluss miteinander elektrisch zu verbinden bzw. alle dieser drei Schaltanschlüsse voneinander elektrisch zu trennen.

Insbesondere ist die Energiemanagementeinheit eingerichtet, den vierten Schaltanschluss mit dem fünften Schaltanschluss elek ^¬ trisch zu verbinden und somit einen weiteren Stromfluss durch den zweiten Spannungswandlerpfad zusätzlich zu dem Stromfluss durch den mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad zu ermöglichen. Dadurch wird der Leistungsfluss bei der Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung erhöht.

Die Energiemanagementeinheit ist insbesondere ferner einge ^¬ richtet, zur Erhöhung der Betriebsleistung der mindestens einen elektrischen Vorrichtung den sechsten Schaltanschluss mit dem vierten und/oder dem fünften Schaltanschluss elektrisch zu verbinden und somit einen Stromfluss über den zweiten Spannungs ^¬ wandlerpfad (zusätzlich zu dem Stromfluss über den mindestens einen ersten Spannungswandlerpfad) zu der mindestens einen elektrischen Vorrichtung zu ermöglichen.

Der dritte Spannungswandlerpfad umfasst beispielsweise eine dritte Halbbrücke, welche zwischen den zwei zweiten Stroman ^¬ schlüssen und somit parallel zu der ersten und der zweiten Halbbrücke elektrisch angeschlossen ist und zwei dritte Steuer- bare Schalter umfasst, welche über einen Mittelanschluss der dritten Halbbrücke zueinander seriell zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen elektrisch angeschlossen sind. Der dritte Spannungswandlerpfad umfasst beispielsweise ferner ein drittes induktives Bauelement, welches zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der dritten Halbbrücke elektrisch angeschlossen ist.

Der zweite Auswahlschalter ist beispielsweise über den vierten und den fünften Schaltanschluss zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der dritten Halb ^¬ brücke und seriell zu dem dritten induktiven Bauelement elek ^¬ trisch angeschlossen.

Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen fünften Stromanschluss zum Anschließen des Gleichspannungs ^¬ wandlers an die mindestens eine elektrische Vorrichtung bzw. an noch einen weiteren Stromanschluss der mindestens einen elektrischen Vorrichtung.

Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen vierten Spannungswandlerpfad zur Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung, welcher zwischen den zwei ersten Strom- anschlüssen einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüssen andererseits und somit parallel zu dem mindestens einen ersten, dem zweiten und dem dritten Spannungswandlerpfad elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise ferner einen dritten steuerbaren Auswahlschalter (oder Umschalter, insb. Leistungsauswahlschalter bzw. Leistungsumschalter), welcher einen siebten, einen achten und einen neunten Schaltanschluss umfasst und über den siebten und den achten Schaltanschluss seriell in dem vierten Spannungswandlerpfad und über den neunten Schaltanschluss an dem fünften Stromanschluss elektrisch an ^¬ geschlossen ist. Die Energiemanagementeinheit ist beispielsweise ferner ein ^¬ gerichtet, wahlweise mindestens jeweils zwei von dem siebten, dem achten und dem neunten Schaltanschluss miteinander elektrisch zu verbinden bzw. alle dieser drei Schaltanschlüsse voneinander elektrisch zu trennen.

Insbesondere ist die Energiemanagementeinheit eingerichtet, den siebten Schaltanschluss mit dem achten Schaltanschluss elek ^¬ trisch zu verbinden und somit den Stromfluss durch den vierten Spannungswandlerpfad zu ermöglichen. Dadurch wird der Leistungs- fluss während der Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung weiter erhöht.

Die Energiemanagementeinheit ist insbesondere ferner einge ^¬ richtet, zur weiteren Erhöhung der Betriebsleistung der min- destens einen elektrischen Vorrichtung den neunten Schaltanschluss mit dem siebten und/oder dem achten Schaltanschluss elektrisch zu verbinden und somit einen Stromfluss über den vierten Spannungswandlerpfad (zusätzlich zu dem Stromfluss über den mindestens einen ersten und dem dritten Spannungswand- lerpfad) zu der mindestens einen elektrischen Vorrichtung zu ermöglichen .

Der vierte Spannungswandlerpfad umfasst beispielsweise eine vierte Halbbrücke, welche zwischen den zwei zweiten Stroman- Schlüssen und somit parallel zu der ersten, der zweiten bzw. der dritten Halbbrücke elektrisch angeschlossen ist. Die vierte Halbbrücke umfasst zwei vierte steuerbare Schalter, welche über einen Mittelanschluss der vierten Halbbrücke zueinander seriell zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen elektrisch angeschlossen sind.

Der vierte Spannungswandlerpfad umfasst beispielsweise ferner ein viertes induktives Bauelement, welches zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der vierten Halbbrücke elektrisch angeschlossen ist.

Der dritte Auswahlschalter ist beispielsweise über den siebten und den achten Schaltanschluss zwischen dem einen der zwei ersten Stromanschlüsse und dem Mittelanschluss der vierten Halbbrücke und seriell zu dem vierten induktiven Bauelement elektrisch angeschlossen . Der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad umfasst bei ^¬ spielsweise ferner eine H-Schaltbrücke, welche zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen elektrisch angeschlossen ist und einen Brückenzweig umfasst. Hierbei ist die H-Schaltbrücke beispielsweise als eine Voll ^¬ brücke mit vier voneinander unabhängig steuerbaren Schaltern ausgebildet, welche jeweils paarweise in einer von zwei Halb ^¬ brücken der H-Schaltbrücke über jeweils einen Mittelanschluss seriell geschaltet sind. Dabei verbindet der Brückenzweig die Mittelanschlüsse der beiden Halbbrücken der H-Schaltbrücke mit ^¬ einander elektrisch.

Der mindestens eine erste Auswahlschalter ist beispielsweise über den ersten und den zweiten Schaltanschluss in dem Brücken- zweig der H-Schaltbrücke seriell elektrisch angeschlossen.

Die Energiemanagementeinheit ist beispielsweise ferner ein ^¬ gerichtet, zur Umwandlung zwischen der ersten und der zweiten Spannung die H-Schaltbrücke bzw. deren vier Schalter gesteuert zu schalten.

Der mindestens eine erste Spannungswandlerpfad umfasst bei- spielsweise ferner einen Transformator mit einer Primärspule und einer Sekundärspule. Dabei ist die Primärspule beispielsweise in dem Brückenzweig der H-Schaltbrücke und seriell zu dem mindestens einen ersten Auswahlschalter (bzw. seriell zur Stromstrecke zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltanschluss des min- destens einen ersten Auswahlschalters) elektrisch angeschlos ^¬ sen. Die Sekundärspule ist beispielsweise zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen elektrisch angeschlossen.

Die zuvor beschriebenen und weitere nachfolgend zu beschreibende Auswahlschalter umfassen jeweils beispielsweise einen oder mehrere elektromechanische Schalter und/oder einen oder mehrere Halbleiterschalter, wie z. B. MOSFET, IGBT, etc., welche in einer dem Fachmann bekannten Weise zwischen den entsprechenden Schaltanschlüssen der jeweiligen Auswahlschalter elektrisch ange- schlössen sind, so dass diese die oben beschriebenen Funktionen der jeweiligen Auswahlschalter durchführen können.

Die Auswahlschalter können entweder auf Seite der ersten Stromanschlüsse der jeweiligen Spannungswandlerpfade oder zwischen dem induktiven Bauelement und der Halbbrücke der jeweiligen Spannungswandlerpfade platziert werden. Die Platzierung der Auswahlschalter kann für jeden Spannungswandlerpfad unabhängig vorgenommen werden. D. h. der erste Spannungswandlerpfad mit dem ersten Auswahlschalter auf der Seite der ersten Stromanschlüsse und der dritte Spannungswandlerpfad mit dem zweiten Auswahl ^¬ schalter zwischen dem induktiven Bauelement und der Halbbrücke.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bordnetz, insbesondre für ein Kraftfahrzeug, bereitgestellt. Das Bordnetz umfasst einen ersten Bordnetzzweig mit einer ersten (Bordnetz- ) Spannung, einen zweiten Bordnetzzweig mit einer zweiten (Bordnetz- ) Spannung, sowie einen dritten Bordnetz zweig mit mindestens einer elektrischen Vorrichtung, welche beispielsweise eine elektrische Last und/oder eine elektrische Energiequelle umfasst.

Das Bordnetz umfasst ferner einen zuvor beschriebenen Gleich- spannungswandler zum Umwandeln zwischen der ersten und der zweiten (Bordnetz-) Spannung, welcher über die zwei ersten Stromanschlüsse an dem ersten Bordnetzzweig und somit an der ersten (Bordnetz- ) Spannung, über die zwei zweiten Stromanschlüsse an dem zweiten Bordnetzzweig und somit an der zweiten (Bord- netz- ) Spannung, und über den mindestens einen dritten Strom- anschluss an dem dritten Bordnetzzweig und somit an der min ^¬ destens einen elektrischen Vorrichtung elektrisch angeschlossen ist . Beispielsweise ist der Gleichspannungswandler von dem dritten Bordnetzzweig bzw. der mindestens einen elektrischen Vorrichtung galvanisch getrennt, beispielsweise mittels eines Transfor ^¬ mators . Die mindestens eine elektrische Vorrichtung umfasst beispiels ^¬ weise einen Gleichstromverbraucher, wie zum Beispiel eine Gleichstromheizung; einen ein- oder mehrphasigen Wechselstromverbraucher, wie zum Beispiel eine ein- oder mehrphasige Wechsel ^¬ stromheizung oder einen Elektromotor; einen Gleichstrom- oder Wechselstromladeanschluss ; eine Gleichstromquelle, wie zum Beispiel eine Batterie; und/oder eine ein- oder mehrphasige Wechselstromquelle, wie zum Beispiel einen Generator. Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Gleichspannungswandlers sind, soweit im Übrigen auf das oben genannte Bordnetz übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Bordnetzes anzusehen.

Die Energiemanagementeinheit ist beispielsweise ferner ein ^¬ gerichtet, die zuvor beschriebenen Auswahlschalter und weitere nachfolgend zu beschreibende Auswahlschalter sowie Halbleiter ^¬ schalter der zuvor beschriebenen und nachfolgend zu beschreiben- den Halbbrücke bzw. H-Schaltbrücke auf Seiten der drei Bord ^¬ netzzweige miteinander derart synchronisiert zu schalten, dass die zuvor beschriebenen Funktionen, wie das Induktivladen oder der parallele Betrieb, realisiert werden können. Ferner soll auch parallele Einspeisen auf weitere Bordnetzzweige, wie z. B. auf einen 48V Bordnetzzweig, möglich sein.

Der Energiefluss zwischen den oben genannten Bordnetzzweigen erfolgt uni- oder bidirektional. Die Regelung des uni- oder bidirektionalen Energieflusses erfolgt dabei durch synchro- nisiertes Schalten der Auswahlschalter sowie der Halbleiterschalter der Halbbrücken bzw. der H-Schaltbrücke aber auch durch gezieltes dauerhaftes Zuschalten entsprechender Auswahlschalter bzw. entsprechender Halbleiterschalter, wie z . B . im Falle eines Entladevorgangs eines Energiespeichers in einem Bordnetzzweig (Hochvolt-Bordnetzzweig) .

Kurze Beschreibung der Zeichnung:

Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Er- findung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines ersten Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines zweiten Bordnetzes eines

Kraftfahrzeugs (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem Gleichspannungswandler gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; Figur 3 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines dritten Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem in Figur 2 dargestellten Gleichspannungswandler; Figur 4 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines vierten Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 5 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines fünften Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler gemäß einer vierten Ausfüh- rungsform der Erfindung;

Figur 6 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines sechsten Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem in Figur 5 dargestellten Gleichspannungswandler;

Figur 7 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines siebten Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung; Figur 8 in einer schematischen Darstellung eine Schal- tungstopologie eines achten Bordnetzes (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler gemäß einer sechsten Aus- führungsform der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung:

Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Schaltungs- topologie eines ersten Bordnetzes BN1 (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler GWl gemäß einer ersten Ausführungsform.

Das erste Bordnetz BN1 umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Bordnetzzweig BZl, BZ2, BZ3.

Der erste Bordnetzzweig BZl umfasst sensitive Stromverbraucher, wie z. B. Fahrzeuginnenraumbeleuchtung, und weist eine erste Bordnetzspannung Ul in Höhe von beispielsweise 12 Volt auf.

Der zweite Bordnetzzweig BZ2 umfasst Hochleistungsstromverbraucher, wie z. B. einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, und weist eine zweite Bordnetzspannung U2 in Höhe von beispielsweise 48 Volt auf.

Der dritte Bordnetzzweig BZ3 umfasst beispielsweise einen weite ^¬ ren Hochleistungsgleichstromverbraucher, wie zum Beispiel eine Gleichstromheizung LD, welcher vom zweiten Bordnetzzweig BZ2 mit Strom versorgt wird.

Das Bordnetz BN1 umfasst ferner einen Gleichspannungswandler GWl, welcher zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Bordnetzzweig BZl, BZ2, BZ3 elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler GWl umfasst zwei erste Stromanschlüsse All, A12, über die der Gleichspannungswandler GWl an dem ersten Bordnetzzweig BZl und somit an der ersten Bordnetzspannung Ul elektrisch angeschlossen ist.

Der Gleichspannungswandler GWl umfasst ferner zwei zweite Strom- anschlüsse A21, A22, über die der Gleichspannungswandler GWl an dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 und somit an der zweiten Bord ^¬ netzspannung U2 elektrisch angeschlossen ist.

Der Gleichspannungswandler GWl umfasst ferner einen dritten Stromanschluss A3, über den der Gleichspannungswandler GWl mit dem dritten Bordnetzzweig BZ3 bzw. an der Gleichstromheizung LD elektrisch verbunden ist.

Der Gleichspannungswandler GWl umfasst ferner drei Halbbrücken HB1, HB2, HB3, welche jeweils zwischen den beiden zweiten Stromanschlüssen A21, A22 und zueinander parallel geschaltet sind.

Die drei Halbbrücken HB1, HB2, HB3 weisen jeweils zwei steuerbare Leistungshalbleiterschalter Sl, S2; S3, S4; S5, S6 auf, welche jeweils paarweise zwischen den beiden zweiten Stromanschlüssen A21, A22 und über Mittelabgriff Ml, M2, M3 der jeweiligen Halbbrücken HB1, HB2, HB3 zueinander in Reihe geschaltet sind.

Die Mittelabgriffe Ml, M2, M3 der drei Halbbrücken HB1, HB2, HB3 sich jeweils über nachfolgend zu beschreibenden Schaltungs ^¬ komponenten an einem ersten (positivspannungsseitigen) der zwei ersten Stromanschlüsse All elektrisch angeschlossen.

Die drei Halbbrücken HB1, HB2, HB3 sind ferner über jeweiligen negativspannungsseitigen Anschluss NA an einem zweiten (negativ- spannungsseitigen) der zwei ersten Stromanschlüsse A12 und einem zweiten (negativspannungsseitigen) der zwei zweiten Stromanschlüsse A22 elektrisch angeschlossen. Über jeweiligen positivspannungsseitigen Anschluss PA sind die drei Halbbrücken HB1, HB2, HB3 ferner an einem ersten (positivspannungsseitigen) der zwei zweiten Stromanschlüsse A21 elektrisch angeschlossen.

Zwischen dem ersten der zwei ersten Stromanschlüsse All und den Mittelabgriffen Ml, M2, M3 der jeweiligen Halbbrücken HB1, HB2, HB3 weist der Gleichspannungswandler GW1 jeweils eine Spule LI, L2, L3 (Speicherdrossel) auf, welche jeweils zwischen dem ersten der zwei ersten Stromanschlüsse All und den jeweiligen Mit ^¬ telabgriffen Ml, M2, M3 seriell elektrisch angeschlossen sind.

Die jeweiligen Halbbrücken HB1, HB2, HB3 und die korrespondierenden jeweiligen Spulen LI, L2, L3 sowie dazugehörige elek- frische Verbindungen, welche die jeweiligen Halbbrücken HB1, HB2, HB3 mit den jeweiligen korrespondierenden Spulen LI, L2, L3 sowie mit den zwei ersten und den zwei zweiten Stromanschlüssen All, AI2; A21, A22 elektrisch verbinden, bilden jeweils einen ersten, einen zweiten bzw. einen dritten Spannungswandlerpfad SP1, SP2, SP3 zur uni-/bidirektionalen Spannungsumwandlung zwischen der ersten und der zweiten Bordnetzspannung Ul, U2. Dabei sind diese drei Spannungswandlerpfade SP1, SP2, SP3 voneinander unabhängig steuerbar bzw. regelbar. Der Gleichspannungswandler GW1 umfasst ferner einen ersten steuerbaren (Leistungs- ) Auswahlschalter AS1 (oder (Leis- tungs- ) Umschalter) , welcher in dem ersten Spannungswandlerpfad SP1 zwischen einer ersten Spule LI und dem Mittelabgriff Ml einer ersten Halbbrücke HB1 elektrisch angeschlossen ist und einen ersten, einen zweiten und einen dritten Schaltanschluss El, E2, E3 aufweist.

Über den ersten Schaltanschluss El ist der erste Auswahlschalter AS1 mit der ersten Spule LI elektrisch verbunden. Über den zweiten Schaltanschluss E2 ist der erste Auswahlschalter AS1 an dem Mittelabgriff Ml der ersten Halbbrücke Hl elektrisch angeschlossen. Damit sind die erste Spule LI und der erste Aus ^¬ wahlschalter AS1 zwischen dem ersten der beiden ersten Strom- anschlüsse All und dem Mittelabgriff Ml der ersten Halbbrücke Hl zueinander seriell elektrisch angeschlossen.

Über den dritten Schaltanschluss E3 ist der erste Auswahlschalter AS1 ferner mit dem dritten Stromanschluss A3 elektrisch ver- bunden.

Der erste Auswahlschalter AS1 umfasst einen oder mehrere Schütze, Relais, Leistungshalbleiterschalter und/oder sonstige Leistungsschaltelemente, welche in einer dem Fachmann bekannten Weise derart zueinander verschaltet und steuerbar ausgeführt sind, dass der erste Auswahlschalter AS1 von einem extern Steuersignal angesteuert jeweils zwei oder alle der drei Schaltan ^¬ schlüsse El, E2, E3 miteinander elektrisch zu verbinden. Der Gleichspannungswandler GW1 umfasst ferner einen zweiten steuerbaren (Leistungs- ) Auswahlschalter AS2 (oder Leistungsumschalter) , welcher in dem dritten Spannungswandlerpfad SP3 zwischen einer dritten Spule L3 und dem Mittelabgriff Ml einer dritten Halbbrücke HB3 elektrisch angeschlossen ist und einen vierten, einen fünften und einen sechsten Schaltanschluss E4 , E5, E6 aufweist.

Über den vierten Schaltanschluss E4 ist der zweite Auswahlschalter AS2 mit der dritten Spule L3 elektrisch verbunden. Über den fünften Schaltanschluss E5 ist der zweite Auswahlschalter AS2 an dem Mittelabgriff M3 der dritten Halbbrücke H3 elektrisch angeschlossen. Damit sind die dritte Spule L3 und der zweite Auswahlschalter AS2 zwischen dem ersten der beiden ersten Stromanschlüsse All und dem Mittelabgriff M3 der dritten Halbbrücke H3 zueinander seriell elektrisch angeschlossen.

Über den sechsten Schaltanschluss E6 ist der zweite Auswahl- Schalter AS2 ferner mit dem dritten Stromanschluss A3 elektrisch verbunden .

Der zweite Auswahlschalter AS2 umfasst ebenfalls einen oder mehrere Schütze, Relais, Leistungshalbleiterschalter und/oder sonstige Leistungsschaltelemente, welche in der dem Fachmann bekannten Weise derart zueinander verschaltet und steuerbar ausgeführt sind, dass der zweite Auswahlschalter AS2 von einem weiteren extern Steuersignal angesteuert jeweils zwei oder alle der drei Schaltanschlüsse E4, E5, E6 miteinander elektrisch zu verbinden.

Der Gleichspannungswandler GW1 umfasst ferner eine Energiemanagementeinheit EM, welche signalausgangsseitig mit den An ^¬ steueranschlüssen der jeweiligen Leistungshalbleiterschalter Sl, S2; S3, S4; S5, S6 der drei Halbbrücken Hl, H2, H3 sowie der jeweiligen Auswahlschalter AS1, AS2 signaltechnisch verbunden ist und eingerichtet ist, in Abhängigkeit von ausgewählten Betriebsmodi des Bordnetzes BN1 die jeweiligen Leistungshalb ^¬ leiterschalter Sl, S2; S3, S4; S5, S6 sowie die jeweiligen Aus- wahlschalter AS1, AS2 gesteuert zu schalten.

Nachdem die Topologie des Bordnetzes BN1 bzw. des Gleich ^¬ spannungswandlers GW1 anhand Figur 1 detailliert beschrieben wurde, wird nachfolgend dessen Funktion näher beschrieben:

Der Gleichspannungswandler GW1 ist eingerichtet, unter anderem drei nachfolgend zu beschreibenden Betriebsmodi, auszuführen. In einem ersten Betriebsmodus wandelt der Gleichspannungswandler GWl die erste Bordnetzspannung Ul in die zweite Bordnetzspannung U2 oder umgekehrt um. Zum Betreiben des Gleichspannungswandlers GWl in dem ersten Betriebsmodus schaltet die Energiemanagementeinheit EM die beiden Auswahlschalter AS1, AS2 aus, sodass die drei Schalt ^¬ anschlüsse El, E2, E3; E4, E5, E6 der jeweiligen Auswahlschalter AS1, AS2 voneinander elektrisch getrennt sind. In diesem ersten Betriebsmodus ist somit nur der zweite Strompfad SP2 mit der zweiten Spule L2 und der zweiten Halbbrücke H2 aktiv. Die Energiemanagementeinheit EM schaltet die beiden Leistungshalb ^¬ leiterschalter S3, S4 der zweiten Halbbrücke H2 in einer dem Fachmann bekannten Weise ein-/ aus und wandelt somit die erste Bordnetzspannung Ul und in die zweite Bordnetzspannung U2 oder umgekehrt um (einfacher DCDC-Wandler-Betrieb) .

Wird während der Spannungsumwandlung zwischen den beiden Bordnetzspannungen Ul, U2 ein höherer Leistungsfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Bordnetzzweig BZl, BZ2 gewünscht, so schaltet die Energiemanagementeinheit EM wahlweise den ersten und/oder den zweiten Auswahlschalter AS1, AS2 in einen Schaltzustand, in dem der erste Schaltanschluss El des ersten Aus ^¬ wahlschalters AS1 mit dem zweiten Schaltanschluss E2 des ent- sprechenden Auswahlschalters AS1 bzw . der vierte Schaltanschluss E4 des zweiten Auswahlschalters AS2 mit dem fünften Schalt ^¬ anschluss E5 des entsprechenden Auswahlschalters AS2 elektrisch verbunden sind. Dadurch werden der erste und der dritte Strompfad SP1, SP3 zur Spannungsumwandlung aktiviert. Durch entsprechende Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter Sl, S2; S5, S6 der ersten und der dritten Halbbrücke Hl, H3 werden mehr Strom und somit auch mehr elektrische Leistung aus dem ersten Bordnetz zweig BZl in den zweiten Bordnetz zweig BZ2 oder umgekehrt verschiebt („Boost"-Betrieb des Gleichspannungswandlers GWl). In einem zweiten Betriebsmodus versorgt der Gleichspannungs ^¬ wandler GWl die Gleichstromheizung LD in dem dritten Bordnetzzweig BZ3 mit Strom aus dem zweiten Bordnetzzweig BZ2.

Zum Betreiben des Gleichspannungswandlers GWl im zweiten Be ^¬ triebsmodus schaltet die Energiemanagementeinheit EM den ersten und/oder den zweiten Auswahlschalter ASl, AS2 derart, dass der zweite Schaltanschluss E2 des ersten Auswahlschalters ASl mit dem dritten Schaltanschluss E3 desselben Auswahlschalters ASl bzw. der fünfte Schaltanschluss E5 mit dem sechsten Schaltanschluss E6 des zweiten Auswahlschalters AS2 elektrisch verbunden sind. Dadurch wird ein Leistungsfluss von dem zweiten Bordnetzzweig BZ1, BZ2 zu dem dritten Bordnetzzweig BZ3 und somit zu der elektrischen Gleichstromheizung LD hergestellt

(„DC-Chopper"-Betrieb des Gleichspannungswandlers GWl).

In einem dritten Betriebsmodus wandelt der Gleichspannungs ^¬ wandler GWl zwischen der ersten und der zweiten Bordnetzspannung Ul, U2 um und versorgt zeitgleich die Gleichstromheizung LD in dem dritten Bordnetzzweig BZ3 mit Strom aus dem zweiten

Bordnetzzweig BZ2.

Zum Betreiben des Gleichspannungswandlers GWl im dritten Be- triebsmodus schaltet die Energiemanagementeinheit EM den ersten und/oder den zweiten Auswahlschalter ASl, AS2 derart, dass die alle drei Schaltanschlüsse El, E2 und E3; E4, E5 und E6 der jeweiligen Auswahlschalter ASl, AS2 miteinander elektrisch verbunden sind. Dadurch werden alle drei Bordnetzzweige BZ1, BZ2, BZ3 miteinander elektrisch verbunden und fließen Ströme von dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 in den ersten und den dritten Bordnetzzweig BZ1 , BZ3. Die Mengen an elektrischer Leistungen, welche von dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 in den ersten zu bzw. den dritten Bordnetzzweig BZ1, BZ3 fließen sollen, werden von der Energiemanagementeinheit EM durch Steuern der drei Halbbrücken Hl, H2, H3 bzw. deren Leistungshalbleiterschalter Sl , S2; S3, S4; S5, S6 in einer dem Fachmann bekannten Weise geregelt (kombinierter „Boost"- und „DC-Chopper"-Betrieb des Gleichspan- nungswandlers GW1) .

Figur 2 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung eine Schaltungstopologie eines zweiten Bordnetzes BN2 (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem Gleichspannungswandler GW2 gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Das zweite Bordnetz BN2 unterscheidet sich von dem ersten Bord ^¬ netz BN1 in Figur 1 dadurch, dass der dritte Bordnetzzweig BZ3 anstelle eines Hochleistungsgleichstromverbrauchers einen ein- phasigen Hochleistungswechselstromverbraucher LD, wie zum Beispiel eine einphasige Wechselstromheizung, umfasst.

Der Gleichspannungswandler GW2 in Figur 2 unterscheidet sich von dem Gleichspannungswandler GW1 in Figur 1 dadurch, dass dieser einen vierten Stromanschluss A4 aufweist, welcher mit dem sechs ^¬ ten Schaltanschluss E6 des zweiten Auswahlschalters AS2 elek ^¬ trisch verbunden ist.

Der Wechselstromverbraucher LD in dem dritten Bordnetzzweig BZ3 ist zwischen dem dritten und dem vierten Stromanschluss A3, A4 des Gleichspannungswandlers GW2 elektrisch angeschlossen.

Mit dem in Figur 2 dargestellten Gleichspannungswandler GW2 kann in dem zweiten oder dem dritten Betriebsmodus anstelle eines bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel

„DC-Chopper"-Betriebs ein so genannter „AC-Chopper"-Betrieb realisiert werden, in dem der einphasige Hochleistungswechsel ^¬ stromverbraucher LD mit von dem Gleichspannungswandler GW2 generierten Wechselstrom gespeist wird. _ ,

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Figur 3 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung ein drittes Bordnetz BN3 (bzw. eines Abschnitts davon) eines Kraft ^¬ fahrzeugs mit einem in Figur 2 dargestellten Gleichspannungs- wandler GW2.

Das dritte Bordnetz BN3 unterscheidet sich von dem zweiten Bord ^¬ netz BN2 in Figur 2 dadurch, dass der dritte Bordnetzzweig BZ3 anstelle eines einphasigen Wechselstromverbrauchers ein Wech ^¬ selstromladekabel LD umfasst, über das das Bordnetz BN3 bord- netzinterne Energiespeicher mit Wechselstrom aufladen kann. Zum Aufladen der bordnetzinternen Energiespeicher wird das Bordnetz BZ über das Wechselstromladekabel LD an einem fahrzeugexternen Wechselstromnetz elektrisch angeschlossen.

Der Gleichspannungswandler GW3 in Figur 3 unterscheidet sich von dem Gleichspannungswandler GW2 in Figur 2 dadurch, dass die erste und die dritte Spule LI, L3 jeweils zwischen dem ersten Strom- anschluss All und der ersten bzw. der dritten Halbbrücke Hl, H2 (bzw. deren jeweiligen Mittelabgriff Ml, M3) elektrisch angeschlossen sind.

In diesem Ausführungsbeispiel kann mit dem Gleichspannungs ^¬ wandler GW2 ein „AC-Lade"-Betriebs realisiert werden, in dem ein oder mehrere in der Figur nicht dargestellte elektrische Energie ^¬ speicher im Bordnetz BN3 mit Wechselstrom aus dem fahrzeugexternen Wechselstromnetz aufgeladen werden können, wobei der Gleichspannungswandler GW2 mittels des ersten und des dritten Spannungswanderpfades SP1, SP3 (bzw. mindestens zwei Strompfade) den Wechselstrom in Gleichströme umwandelt. Damit kann das

Kraftfahrzeug mittels einer fahrzeugeigenen Steckdose an einem 230 Volt Wechselstromnetz aufgeladen werden. Figur 4 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung ein viertes Bordnetz BN4 (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem Gleichspannungswandler GW3 gemäß einer dritten Ausführungsform. Das vierte Bordnetz BN4 unterscheidet sich von dem dritten Bord ^¬ netz BN3 in Figur 2 dadurch, dass der dritte Bordnetzzweig BZ3 anstelle eines einphasigen Wechselstromverbrauchers einen drei ^¬ phasigen Wechselstromverbraucher LD, wie zum Beispiel einen dreiphasigen Elektromotor, oder einen dreiphasigen Wechsel- Stromquelle, wie zum Beispiel einen Generator, umfasst.

Der dreiphasige Wechselstromverbraucher LD im dritten Bordnetzzweig BZ3 umfasst drei Stromphasen, über welche der Wechsel ^¬ stromverbraucher LD mit dem Gleichspannungswandler GW3 elek- trisch verbunden ist.

Der Gleichspannungswandler GW3 in Figur 4 unterscheidet sich von dem Gleichspannungswandler in Figur 2 dadurch, dass dieser zusätzlich einen fünften Stromanschluss A5 umfasst und über den dritten, den vierten und den fünften Stromanschluss A3, A4 und A5 mit den jeweiligen der drei Stromphasen des Wechselstromverbrauchers LD elektrisch verbunden ist.

Ferner umfasst der Gleichspannungswandler GW3 einen vierten Spannungswandlerpfad SP4 mit einer vierten Halbbrücke H4 mit zwei in Reihe geschalteten Leistungshalbleiterschaltern S7, S8 sowie einer vierten Spule L4. Ferner umfasst der Gleichspannungs ^¬ wandler GW3 einen dritten (Leistungs- ) Auswahlschalter AS3 (oder (Leistungs- ) Umschalter) , welcher in dem vierten Spannungswand- lerpfad SP4 seriell zu der vierten Spule L4 elektrisch ange ^¬ schlossen ist.

Die vierte Halbbrücke H4 ist mit ihren beiden in Reihe ge ^¬ schalteten Leistungshalbleiterschaltern S7, S8 zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen A21, A22 des Gleichspannungswandlers GW3 parallel zu den oben beschriebenen drei Halbbrücken Hl, H2 , H3 elektrisch angeschlossen. Die vierte Halbbrücke H4 weist einen vierten Mittelanschluss M4, über den die beiden Leistungshalb- leiterschalter S7, S8 zueinander in Reihe geschaltet sind.

Die vierte Halbbrücke H4 ist über den Mittelanschluss H4 mit dem dritten Auswahlschalter AS3, der vierten Spule L4 und ferner mit dem ersten der zwei ersten Stromanschlüsse All des Gleichspan- nungswandlers GW3 elektrisch verbunden.

Der dritte Auswahlschalter AS3 umfasst einen siebten, einen achten sowie einen neunten Schaltanschluss E7, E8, E9. Über den siebten Schaltanschluss E7 ist der dritte Auswahlschalter AS3 mit der vierten Spule L4 und somit mit dem ersten der zwei ersten Stromanschlüsse All des Gleichspannungswandlers GW3 elektrisch verbunden. Über den achten Schaltanschluss E8 ist der dritte Auswahlschalter AS3 mit dem Mittelanschluss M4 der vierten Halbbrücke H4 und über den neunten Schaltanschluss E9 mit dem fünften Stromanschluss A5 des Gleichspannungswandlers GW3 elektrisch verbunden .

Figur 5 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung ein fünftes Bordnetz BN5 (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem Gleichspannungswandler GW4 gemäß einer vierten Ausführungsform.

Das Bordnetz BN5 umfasst einen ersten Bordnetzzweig BZ1, in dem eine erste Bordnetzspannung Ul vorliegt, einen zweiten Bordnetzzweig BZ2, in dem eine zweite Bordnetzspannung U2 vorliegt, sowie einen dritten Bordnetzzweig BZ3, welche eine Wechsel ^¬ stromladeeinheit LD bzw. ein Wechselstromladekabel zum An ^¬ schließen des Bordnetzes BN5 an ein externes Wechselstromnetz umfasst . Das Bordnetz BN5 umfasst ferner den Gleichspannungswandler GW4, welcher zwischen dem ersten, dem zweiten sowie dem dritten Bordnetzzweig BZ1, BZ2, BZ3 elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler GW4 umfasst zwei erste Stromanschlüsse All, A12, über welche der Gleichspannungswandler GW4 an dem ersten Bordnetzzweig BZ1 und somit an der ersten Bord ^¬ netzspannung Ul elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler GW4 umfasst ferner zwei zweite Stromanschlüsse A21, A22, über welche der Gleichspannungswandler GW4 an dem zweiten Bordnetzzweig BZ2 und somit an der zweiten Bordnetzspannung U2 elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler GW4 umfasst ferner einen dritten und einen vierten Stromanschluss A3, A4, über welche der Gleichspannungswandler GW4 mit dem dritten Bordnetzzweig BZ3 bzw. mit dem Wechselstromladekabel LD elektrisch verbunden ist. Der Gleichspannungswandler GW4 umfasst ferner einen Spannungswandlerpfad SP5, welcher zwischen den zwei ersten Stromanschlüs ^¬ sen All, A12 einerseits und den zwei zweiten Stromanschlüssen A21, A22 andererseits elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, die erste Bordnetzspannung Ul in die zweite Bord- netzspannung U2 und/oder umgekehrt umzuwandeln.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Spannungswandlerpfad SP5 des Gleichspannungswandlers GW4 in Form eines phasenverschobenen Nullspannungübergangs-Wandlers (auf Englisch „Phase-Shift ZVT (Zero Voltage Transition) Converter") ausgebildet.

Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst somit eine H-Schaltbrücke HS, welche ihrerseits zwei Halbbrücken H6, H7 umfasst, welche zueinander parallel zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen All, A12 elektrisch angeschlossen sind. Die beiden Halbbrücken H6, H7 weisen jeweils zwei steuerbare Leistungshalbleiterschalter Sil, S12; S13, S14, welche jeweils paarweise über je- weils einen Mittelanschluss M6, M7 in den jeweiligen Halbbrücken H6, H7 zueinander seriell elektrisch angeschlossen sind.

Die H-Schaltbrücke HS umfasst ferner einen Brückenzweig BZ, welcher zwischen den Mittelanschlüssen M6, M7 der beiden Halbbrücken H6, H7 elektrisch angeschlossen ist.

Zwischen den zwei ersten Stromanschlüssen All, A12 weist der Spannungswandlerpfad SP5 ferner einen Kondensator Cl auf, welcher parallel zu der H-Schaltbrücke HS bzw. zu den beiden H-Brücken H6, H7 elektrisch angeschlossen ist.

Der Gleichspannungswandler GW4 umfasst ferner einen (Leis- tungs- ) Auswahlschalter AS1 (oder (Leistungs- ) Umschalter) mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Schaltanschluss El , E2, E3, welcher über den ersten und den zweiten Schaltanschluss El, E2 seriell in dem Brückenzweig BZ der H-Schaltbrücke HS des Spannungswandlerpfades SP5 elektrisch angeschlossen. Über den dritten Schaltanschluss E3 ist der Auswahlschalter AS1 mit dem dritten Stromanschluss A3 des Gleichspannungswandlers GW4 elektrisch verbunden.

Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst ferner einen Transformator TF1 mit einer Primärspule PS und einer Sekundärspule SS, wobei die Primärspule PS in dem Brückenzweig BZ der H-Schaltbrücke HS seriell zu dem Auswahlschalter AS1 elektrisch angeschlossen ist .

Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst ferner einen zweiten Kon ^¬ densator C2, welcher in dem Brückenzweig BZ seriell zu dem Aus- wahlschalter AS1 und der Primärspule PS des Transformators TF1 elektrisch angeschlossen ist. Hierbei verbindet die Primärspule PS den Auswahlschalter AS1 und den zweiten Kondensator C2 miteinander elektrisch. Mit anderen Worten: die Primärspule PS befindet sich in dem Brückenzweig BZ zwischen dem Auswahlschalter AS1 und dem zweiten Kondensator C2.

Der Mittelanschluss M7 einer der beiden Halbbrücken H7 der H-Schaltbrücke HS, welcher unmittelbar mit dem zweiten Kon- densator C2 elektrisch verbunden ist, ist zudem mit dem vierten Stromanschluss A4 des Gleichspannungswandlers GW4 elektrisch verbunden . Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst ferner eine weitere Halb ^¬ brücke H5, welche ihrerseits zwei Stromanschlüsse HAI, HA2 und zwei zwischen den zwei Stromanschlüssen HAI, HA2 über einen Mittelanschluss M5 zueinander seriell geschaltete steuerbare Leistungshalbleiterschalter S9, S10 umfasst.

Über die zwei Stromanschlüsse HAI, HA2 ist die Halbbrücke H5 mit der Sekundärspule SS (bzw. an deren beiden Enden) des Transformators TF1 und mit einem ersten der zwei zweiten Stromanschlüsse A21 des Gleichspannungswandlers GW4 elektrisch ver- bunden.

Über den Mittelanschluss M5 ist die Halbbrücke H5 ferner mit einem zweiten der zwei zweiten Stromanschlüsse A22 des Gleichspannungswandlers GW4 elektrisch verbunden.

Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst ferner zwei Spulen L5, L6, welche jeweils zwischen dem ersten der zwei zweiten Stromanschlüsse A21 des Gleichspannungswandlers GW4 und jeweils einem der zwei Stromanschlüsse HAI, HA2 der Halbbrücke H5 elektrisch angeschlossen sind.

Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst ferner einen Filter FT, welcher zwischen den beiden Spulen L5, L6 einerseits und dem ersten der zwei zweiten Stromanschlüsse A21 des Gleichspan- nungswandlers GW4 andererseits elektrisch angeschlossen ist.

Der Spannungswandlerpfad SP5 umfasst ferner einen dritten Kon ^¬ densator C3, welcher zwischen den zwei zweiten Stromanschlüssen A21, A22 des Gleichspannungswandlers GW4 und somit parallel zu dem Filter FT, den beiden Spulen L5, L6 sowie der Halbbrücke H5 elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler GW4 umfasst ferner eine Energiemanagementeinheit EM, welche über jeweils einen Signalausgang mit den Steueranschlüssen der jeweiligen Leistungshalbleiterschalter Sil, S12, S13, S14; S9, S10 der H-Schaltbrücke HS sowie der Halbbrücke H5 und mit dem Steueranschluss des Auswahl ^¬ schalters AS1 signaltechnisch verbunden ist.

Die Funktionsweise des Gleichspannungswandlers GW4 ähnelt der des in Figur 1 dargestellten des Gleichspannungswandlers GW1.

In dem ersten Betriebsmodus werden der erste und der zweite Schaltanschlüsse El, E2 des Auswahlschalters AS1 von der Ener ^¬ giemanagementeinheit EM gesteuert miteinander elektrisch kon ^¬ taktiert, wodurch der Gleichspannungswandler GW4 in dem ein- fachen DCDC-Wandler-Betrieb betrieben wird.

In dem zweiten Betriebsmodus werden der erste und der dritte Schaltanschlüsse El, E3 des Auswahlschalters AS1 von der Ener ^¬ giemanagementeinheit EM gesteuert miteinander elektrisch kon- taktiert, wodurch der Gleichspannungswandler GW4 in dem genannten „DC-Chopper"-Betrieb betrieben wird.

Werden alle drei Schaltanschlüsse El, E2, E3 des Auswahlschalters AS1 von der Energiemanagementeinheit EM gesteuert miteinander elektrisch kontaktiert, so wird der Gleichspannungswandler GW4 in dem kombinierten DCDC-Wandler- und „DC-Chopper"-Betrieb betrieben .

Figur 6 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung eine Schaltungstopologie eines sechsten Bordnetzes BN6 (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem in Figur 5 dargestellten Gleichspannungswandler GW4.

Das sechste Bordnetz BN6 unterscheidet sich von dem zuvor be- schriebenen fünften Bordnetz BN5 dadurch, dass der dritte Bordnetzzweig BZ3 einen weiteren Transformator TF2 umfasst, dessen Primärspule zwischen dem dritten und dem vierten Stromanschluss A3, A4 des Gleichspannungswandlers GW4 seriell elektrisch an- geschlossen ist. Über diesen zweiten Transformator TF2 ist der Gleichspannungswandler GW4 von dem dritten Bordnetzzweig BZ3 galvanisch getrennt. Figur 7 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung eine Schaltungstopologie eines siebten Bordnetzes BN7 (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem Gleichspannungswandler GW5 gemäß einer fünften Ausführungsform. Das siebte Bordnetz BN7 unterscheidet sich von dem zuvor be ^¬ schriebenen sechsten Bordnetz BN6 dadurch, dass der dritte Bordnetzzweig BZ3 anstelle eines Wechselstromladekabels einen Gleichstromverbraucher LD aufweist, welcher über den dritten Stromanschluss A3 an dem Gleichspannungswandler GW5 elektrisch angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler GW5 in diesem siebten Bordnetz BN7 weist keinen vierten Stromanschluss auf.

Figur 8 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung einer Schaltungstopologie eines achten Bordnetzes BN8 (bzw. eines Abschnitts davon) mit einem Gleichspannungswandler GW6 gemäß einer sechsten Ausführungsform.

Der Gleichspannungswandler GW6 in Figur 8 unterscheidet sich von dem in Figur 5 oder 6 dargestellten Gleichspannungswandler GW5 dadurch, dass diese anstelle des zweiten Kondensators C2 einen weiteren (Leistungs- ) Auswahlschalter AS2 (oder (Leistungs- ) Umschalter) aufweist, welcher einen vierten, einen fünften sowie einen sechsten Schalteranschluss E4, E5, E6 aufweist und über den vierten und fünften Schalteranschluss E4, E5 zwischen demMittel- anschluss M7 einer der beiden Halbbrücken H7 der H-Schaltbrücke HS und der Primärspule PS des Transformators TF1 elektrisch angeschlossen ist. Damit weist der Gleichspannungswandler GW6 zwei Auswahlschalter AS1, AS2, welche jeweils in einer der beiden elektrischen Verbindungen von der Primärspule PS des Trans- formators TF1 zu jeweils einem der beiden Mittelanschlüsse M6, M7 der H-Schaltbrücke HS verteilt elektrisch angeschlossen sind. Über den sechsten Schaltanschluss E6 ist der zweite Auswahl ^¬ schalter AS2 mit dem vierten Stromanschluss A4 des Gleichspannungswandlers GW6 elektrisch verbunden. Der dritte Bordnetzzweig BZ3 weist einen Gleichstromverbraucher LD auf, welcher zwischen dem dritten und dem vierten Stromanschluss A3, A4 des Gleichspannungswandlers GW6 elektrisch angeschlossen ist.