[go: up one dir, main page]

DE102009030406A1 - Anbindung einer Energiequelle an ein Energienetz - Google Patents

Anbindung einer Energiequelle an ein Energienetz Download PDF

Info

Publication number
DE102009030406A1
DE102009030406A1 DE102009030406A DE102009030406A DE102009030406A1 DE 102009030406 A1 DE102009030406 A1 DE 102009030406A1 DE 102009030406 A DE102009030406 A DE 102009030406A DE 102009030406 A DE102009030406 A DE 102009030406A DE 102009030406 A1 DE102009030406 A1 DE 102009030406A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power
energy
circuit according
converter
energy source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102009030406A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomas Reiter
Robert Dietrich
Joachim Fröschl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102009030406A priority Critical patent/DE102009030406A1/de
Publication of DE102009030406A1 publication Critical patent/DE102009030406A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/10Parallel operation of DC sources
    • H02J2105/33
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Es wird eine Schaltung zur Anbindung einer Energiequelle an ein Energienetz angegeben, bei der in einem ersten Leistungsbereich die Energiequelle mittels eines ersten Elements geregelt mit dem Energienetz verbunden ist und bei der mindestens in einem zweiten Leistungsbereich die Energiequelle mittels eines zweiten Elements ungeregelt mit dem Energienetz verbunden ist. Ferner werden ein Fahrzeug mit einer derartigen Schaltung sowie ein entsprechendes Verfahren vorgeschlagen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zur Anbindung einer Energiequelle an ein Energienetz sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Schaltung.
  • In konventionellen Fahrzeugenergiebordnetzen ist ein Generator als Energiequelle vorgesehen, der durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird. Häufig ist der Generator die einzige Energiequelle in dem Fahrzeug. Mit zunehmendem Grad der Elektrifizierung steigt auch der elektrische Leistungsbedarf, so dass eine grundsätzliche Motivation besteht, weitere Energiequellen in dem Fahrzeug nutzbar zu machen.
  • Um die CO2-Emission des Fahrzeugs zu reduzieren, sind Maßnahmen bekannt, die die Energieerzeugung optimieren (z. B. in Form eines ”Mild-Hybrid”-Fahrzeugs und/oder einer optimierten Generatorregelung).
  • Zusätzlich zu dem genannten Generator können in dem Fahrzeug weitere elektrische Energiequellen eingesetzt werden. Diese zusätzlichen Energiequellen können die Energie aus der Umgebung (z. B. Sonneneinstrahlung, Temperatur, Vibration, Bewegung des Fahrzeugs, etc.) gewinnen und entnehmen nicht (wie der Generator) die Energie aus der Primärenergiequelle ”Kraftstoff” des Fahrzeugs. Beispiele für solche Energiequellen sind: Thermoelektrischer Generator (TEG), Photovoltaik-Module, piezoelektrische Kristalle.
  • Derartige Energiequellen haben die Eigenschaft, dass die Menge der Energieabgabe abhängig von der Ausgangsspannung ist. Da die Energie aus der Umgebung entnommen wird, ist es das Ziel, mit diesen Energiequellen möglichst viel elektrische Energie zu erzeugen, um den Generator bestmöglich zu entlasten und somit weniger Kraftstoff zum Betrieb des Generators zu benötigen. Diesbezüglich zeigen 1A und 1B Charakteristiken sogenannter MPP (”Maximum Power Point”) Energiequellen, also Energiequellen, die einen optimalen Betriebsmodus aufweisen. 1A zeigt eine Kennlinie 101 maximaler elektrischer Leistung abhängig von der Spannung und der Temperatur und 1B zeigt eine Kennlinie 102 maximaler elektrischer Leistung abhängig von der Spannung und der Energieeinstrahlung.
  • Da diese MPP Energiequellen starken Schwankungen hinsichtlich der von ihnen bereitgestellten Spannungen unterliegen können, werden sie oftmals über geregelte elektrische Wandler mit dem Energiebordnetz des Fahrzeugs verbunden. Dies ist vergleichbar z. B. mit Wechselrichtern, die zur Anbindung von Photovoltaik-Anlagen an das elektrische Versorgungsnetz eingesetzt werden oder mit geregelten DC/DC-Wandlern zum Laden von Batterien (z. B. in Wohnmobilen).
  • Zur optimierten Nutzung der MPP-Energiequellen werden häufig Spannungswandler verwendet, die mit überlappenden Spannungsbereichen arbeiten können. Ein solcher Spannungswandler kann mindestens einen Aufwärtswandler und/oder mindestens einen Abwärtswandler aufweisen.
  • Der Einsatz eines solchen Spannungswandlers erzeugt Verluste und liefert einen unerwünschten thermischen Beitrag in dem vorgesehenen Bauraum. Gegebenenfalls müssen gesonderte Maßnahmen zur Kühlung der Komponenten des Wandlers vorgesehen werden. Hierbei nehmen die Verluste des Wandlers mit zunehmender Leistungsfähigkeit zu, da entsprechend seine Komponenten für eine höhere Stromtragfähigkeit und höhere Sperrspannungen ausgelegt sein müssen.
  • Es ist auch bekannt, die MPP-Energiequelle über eine Diode mit dem Energiebordnetz zu verbinden und keine separate Regelung oder Anpassung (in Form des Spannungswandlers) vorzusehen. Allerdings ist diese Lösung in Teilen des möglichen Spannungsbereichs und Leistungsbereichs der MPP-Energiequelle deutlich schlechter als die Anbindung über den Spannungswandler.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine effiziente Lösung zur Anbindung von Energiequellen, z. B. von MPP-Energiequellen in einem Fahrzeug, anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schaltung zur Anbindung einer Energiequelle an ein Energienetz angegeben,
    • – bei der in einem ersten Leistungsbereich die Energiequelle mittels eines ersten Elements geregelt mit dem Energienetz verbunden ist und
    • – bei der mindestens in einem zweiten Leistungsbereich die Energiequelle mittels eines zweiten Elements ungeregelt mit dem Energienetz verbunden ist.
  • Hierbei ist es von Vorteil, dass in dem zweiten Leistungsbereich die Energiequelle über das zweite Element effizient und kostengünstig mit dem Energienetz verbunden werden bzw. verbunden sein kann. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass der zweite Leistungsbereich eine höhere Leistung der Energiequelle abdeckt als der erste Leistungsbereich. In diesem Fall kann das erste Element, das eine geregelte Verbindung der Energiequelle mit dem Energienetz ermöglicht, für den niedrigeren Leistungsbereich ausgelegt sein. Dies bringt im Hinblick auf die aufwändigere Regelung Kostenvorteile sowie Vorteile hinsichtlich Bauraum und Kühlungsbedarf.
  • Eine Weiterbildung ist es, dass das erste Element ein Wandler, insbesondere ein Spannungswandler ist.
  • Eine andere Weiterbildung ist es, dass der Wandler mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst:
    • – einen Hochsetzsteller;
    • – einen Tiefsetzsteller;
    • – einen Hochtiefsetzsteller.
  • Auch können spezielle Wandler eingesetzt werden, z. B. Boost, Buck, Sepic, Cuk, und daraus abgeleitete Topologien wie Sperrwandler, Push-Pull, Vorwärtswandler. Auch Kombinationen aus den genannten Wandlern sind einsetzbar.
  • Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass das zweite Element eine Diode, eine gesteuerte Diode bzw. Schaltelement (Relais) oder einen Leistungstransistor, z. B. einen MOSFET umfasst.
  • Auch ist es eine Weiterbildung, dass die Energiequelle in dem ersten Leistungsbereich und in dem zweiten Leistungsbereich über das zweite Element mit dem Energienetz verbunden ist.
  • Dadurch kann das zweite Element eine Ausfallsicherheit hinsichtlich eines möglichen Defekts des ersten Elements gewährleisten. So wird sichergestellt, dass auch im Fehlerfall des ersten Elements die Energiequelle (in dem ersten Leistungsbereich) mit dem Energienetz verbunden ist. Die Funktionalität ist somit auch in dem ersten Leistungsbereich gewährleistet, auch wenn das erste Element nicht funktioniert.
  • Ferner ist es eine Weiterbildung, dass das zweite Element parallel zu dem ersten Element angeordnet ist.
  • Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass der erste Leistungsbereich ein Bereich geringerer Leistung ist als der zweite Leistungsbereich.
  • Somit kann das zweite Element (z. B. die Diode) für einen hohen Leistungsbereich der Energiequelle ausgelegt sein, wohingegen das erste Element (z. B. der Spannungswandler) effizient und kostengünstig für einen niedrigen Leistungsbereich der Energiequelle ausgelegt ist.
  • Eine Ausgestaltung ist es, dass eine Regelung vorgesehen ist, anhand derer abhängig von mindestens einem Eingangssignal das erste Element und/oder das zweite Element ansteuerbar ist.
  • Die Regelung kann z. B. in Form eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors in Hardware, Firmware oder Software realisiert sein. Auch kann die Regelung in Digital- oder in Analogtechnik implementiert sein.
  • Hierbei kann abhängig von mindestens einem Eingangssignal der Regelung das erste Element, z. B. der Wandler, geeignet angesteuert, aktiviert und/oder deaktiviert werden. Auch ist es möglich, dass das zweite Element, z. B. die Diode, aktiviert bzw. deaktiviert wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Regelung den Strompfad der Diode leitend schaltet oder entsprechend sperrt.
  • Vorzugsweise wird mittels der Regelung das erste Element, z. B. der Wandler, getaktet angesteuert, so dass eine Anpassung des Energieniveaus der Energiequelle entsprechend einer vorgegebenen Größe erfolgt.
  • Insbesondere kann die Diode immer aktiv sein und nur der Wandler wird mittels der Regelung angesteuert oder inaktiv geschaltet.
  • Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass mindestens ein Eingangssignal der Regelung mindestens eines der folgenden Signale umfasst:
    • – eine Spannung der Energiequelle;
    • – einen Strom, der von der Energiequelle bereitgestellt wird.
  • Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass abhängig von dem mindestens einen Eingangssignal mittels der Regelung eine Diagnosefunktion durchführbar ist.
  • Somit kann die Regelung derart eingerichtet sein, dass mindestens eines der Eingangssignale geeignet ausgewertet wird und z. B. durch Detektion einer Veränderung um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert eine vorbestimmte Aktion ausgelöst wird. So könnte z. B. ein Defekt (z. B. über einen Spannungs- oder Leistungseinbruch) der Energiequelle detektiert werden. Auch kann mittels geeigneter Eingangssignale eine Funktion der Diode oder des Wandlers (allgemein des ersten Elements und/oder des zweiten Elements) geprüft werden. Gegebenenfalls kann die Regelung über eine Notfall-Deaktivierung der Schaltung verfügen und/oder eine Fehlermeldung generieren und geeignet anzeigen oder weiterleiten. Beispielsweise kann die Regelung eine solche Diagnose über ein Bussystem an eine zentrale Komponente eines Fahrzeugs weiterleiten, die abhängig von der Art der Diagnose eine vorgegebene Aktion einleitet oder durchführt.
  • Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die Regelung den ersten Leistungsbereich und den zweiten Leistungsbereich anhand des mindestens einen Eingangssignals detektiert und abhängig von dem detektierten Leistungsbereich das erste Element und/oder das zweite Element ansteuert, aktiviert oder deaktiviert.
  • Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Energiequelle mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst:
    • – einen thermoelektrischen Generator;
    • – ein Photovoltaik-Modul;
    • – piezoelektrische Kristalle.
  • Eine zusätzliche Ausgestaltung ist es, dass die Anbindung der Energiequelle an ein Energienetz, insbesondere an ein Energiebordnetz eines Fahrzeugs, erfolgt.
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Fahrzeug umfassend eine Schaltung wie hierin beschrieben.
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Anbindung einer Energiequelle an ein Energienetz
    • – bei dem in einem ersten Leistungsbereich die Energiequelle mittels eines ersten Elements geregelt mit dem Energienetz verbunden wird und
    • – bei dem mindestens in einem zweiten Leistungsbereich die Energiequelle mittels eines zweiten Elements ungeregelt mit dem Energienetz verbunden wird.
  • Das Verfahren ist mittels einer Regelung (oder jedweder Steuereinheit) durchführbar. Eine solche Regelung kann – wie hierin ausgeführt – in Hardware oder Software realisiert sein.
  • Eine Ausgestaltung ist es, dass mittels einer Regelung abhängig von mindestens einem Eingangssignal der Regelung das erste Element und/oder das zweite Element angesteuert, aktiviert oder deaktiviert wird.
  • Auch ist es eine Möglichkeit, dass mittels der Regelung eine Überwachung und/oder Diagnose des ersten Elements und/oder des zweiten Elements durchgeführt wird.
  • Die sonstigen beschriebenen Ansätze gelten für das Verfahren entsprechend.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.
  • Es zeigen:
  • 2 einen schematischen Verlauf eines Systemwirkungsgrads η bei Anbindung der MPP-Energiequelle (z. B. eines thermoelektrischen Generators) mittels einer Diode und bei Anbindung der MPP-Energiequelle mittels eines geregelten DC/DC-Wandlers in Abhängigkeit von der Leistung P des Systems;
  • 3 eine Schaltungsanordnung zur Anbindung einer MPP-Energiequelle an ein Energiebordnetz, z. B. eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Regelung einen Wandler in Abhängigkeit des Leistungsbereich der MPP-Energiequelle bzw. des optimierten Wirkungsgrads aktiviert bzw. deaktiviert; ist der Wandler inaktiv, so ist die MPP-Energiequelle über eine Diode an das Energiebordnetz gekoppelt;
  • 4 eine alternative Schaltungsanordnung zur Anbindung einer MPP-Energiequelle an ein Energiebordnetz, wobei die Diode zur Überbrückung des Wandlers angeordnet ist.
  • Der hier vorgeschlagene Ansatz kombiniert auf besonders effiziente Weise die Vorteile einer ungeregelten und einer geregelten Anbindung einer MPP-Energiequelle an ein Energiebordnetz z. B. eines Fahrzeugs.
  • So wird ein geregelter Wandler (z. B. ein Spannungswandler, Hochsetzsteller, Tiefsetzsteller, oder Kombinationen hiervon) für einen ersten Leistungsbereich der MPP-Energiequelle eingesetzt, so dass die Energie der MPP-Energiequelle über den Wandler in das Energiebordnetz gespeist wird.
  • Für einen zweiten Leistungsbereich der MPP-Energiequelle wird der Wandler abgeschaltet und die Einspeisung der Energie der MPP-Energiequelle in das Energiebordnetz erfolgt direkt, z. B. über einen gesteuerten Schalter oder über eine Diode.
  • Der erste Leistungsbereich der MPP-Energiequelle entspricht vorzugsweise einem Bereich geringer Leistung und der zweite Leistungsbereich der MPP-Energiequelle entspricht vorzugsweise einem Bereich hoher Leistung. Insbesondere können der erste Leistungsbereich und der zweite Leistungsbereich einen gesamten Leistungsbereich der MPP-Energiequelle abdecken.
  • Auch ist es möglich, dass entsprechend mehrere Leistungsbereiche vorgesehen sind, in denen eine unterschiedliche Anbindung der MPP-Energiequelle an das Energiebordnetz erfolgt. Beispielsweise können verschiedene Wandler für unterschiedliche Leistungsbereiche vorgesehen sein.
  • 2 zeigt einen schematischen Verlauf eines Systemwirkungsgrads η bei Anbindung der MPP-Energiequelle (z. B. eines thermoelektrischen Generators) mittels einer Diode (Graph 201) und bei Anbindung der MPP-Energiequelle mittels eines geregelten DC/DC-Wandlers (Graph 202) in Abhängigkeit von der Leistung P des Systems. In dem Leistungsbereich bis ca. 50 W ist die Anbindung an das Energiebordnetz über den Wandler deutlich effizienter und in dem Leistungsbereich ab ca. 50 W ist die Anbindung der MPP-Energiequelle über eine Diode eine wirkungsgradoptimierte Lösung.
  • 3 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Anbindung einer MPP-Energiequelle an ein Energiebordnetz, z. B. eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Regelung einen Wandler in Abhängigkeit des Leistungsbereich der MPP-Energiequelle bzw. des optimierten Wirkungsgrads aktiviert bzw. deaktiviert. Ist der Wandler inaktiv, so ist die MPP-Energiequelle über eine Diode an das Energiebordnetz gekoppelt.
  • 3 zeigt ein Energiebordnetz 301, bei dem ein Starter 302, ein Generator 303, eine Batterie 304 und ein Verbraucher 305 parallel geschaltet sind. Der positive Pol des Energiebordnetzes 301 ist mit einem Knoten 314 verbunden.
  • Eine MPP-Energiequelle 307 ist mit ihrem positiven Pol mit einem Knoten 315 verbunden, der negative Pol liegt an Masse. Eine Induktivität 312 liegt zwischen dem Knoten 315 und einem Knoten 316. Eine Diode 311 ist zwischen dem Knoten 316 und dem Knoten 314 angeordnet, wobei die Kathode der Diode 311 in Richtung des Knotens 314 zeigt. Ein Kondensator 308 (z. B. stellvertretend für ein EMV-Filter) ist einerseits mit dem Knoten 314 und andererseits mit Masse verbunden. Ein Kondensator 313 (z. B. stellvertretend für ein EMV-Filter) ist einerseits mit dem Knoten 315 und andererseits mit Masse verbunden. Die EMV-Filter können beispielsweise zwei Kondensatoren und eine Induktivität umfassen und/oder in einer PI-Topologie ausgeführt sein. Ein elektronischer Schalter 309 ist einerseits mit dem Knoten 316 und andererseits mit Masse verbunden. Der elektronische Schalter 309 kann z. B. als ein Transistor, ein MOSFET, ein IGBT oder als ein Triac ausgeführt sein. Der elektronische Schalter 309 wird über ein Signal 310 einer Regelung 306 angesteuert. Die Regelung 306 erhält eine Spannungsinformation U der Spannung der MPP-Energiequelle 307 sowie eine Strominformation I des von der MPP-Energiequelle 307 eingespeisten Stroms. Abhängig von der Spannungsinformation U und/oder der Strominformation I generiert die Regelung 306 ein entsprechendes Signal 310 zur Ansteuerung des elektronischen Schalters 309.
  • Somit wird die MPP-Energiequelle 307 über einen Hochsetzsteller an das Energiebordnetz 301 angebunden. Im niedrigen Leistungsbereich wird der DC/DC-Wandler getaktet betrieben und mit Hilfe der Regelung 306 eingestellt. Sobald die MPP-Energiequelle 307 so viel Energie erzeugt, dass eine Anbindung über die Diode 311 einen besseren Wirkungsgrad (als die Anbindung über den Wandler) erzielt, wird der DC/DC-Wandler mittels der Regelung 306 abgeschaltet. Die MPP-Energiequelle 307 speist dann ungeregelt über die Diode 311 Energie in das Energiebordnetz 301 ein.
  • Hierbei ist es von Vorteil, dass nur die Diode 311 und die Strombelastbarkeit der Induktivität 312 für den maximal auftretenden Stromfluss der MPP-Energiequelle 307 ausgelegt sein müssen. Der elektronische Schalter 309, die Kondensatoren 308 und 309 (EMV Filter) sowie das Kernmaterial für die Induktivität 312 müssen nur für den niedrigen Leistungsbereich (im Beispiel von 2 kleiner (oder gleich) 50 W) ausgelegt sein und können somit auf einem geringen Bauraum integriert werden.
  • Die Regelung 306 kann beispielsweise als ein Mikrokontroller realisiert sein.
  • 4 zeigt eine alternative Schaltungsanordnung zur Anbindung einer MPP-Energiequelle an ein Energiebordnetz, wobei die Diode jetzt zur Überbrückung des Wandlers und etwaig vorhandenen EMV-Filtern angeordnet ist.
  • 4 zeigt wieder das Energiebordnetz 301, das bereits im Zusammenhang mit 3 beschrieben ist. Der positive Pol des Energiebordnetzes 301 ist mit einem Knoten 414 verbunden.
  • Eine MPP-Energiequelle 407 ist mit ihrem positiven Pol mit einem Knoten 415 verbunden, der negative Pol liegt an Masse. Eine Induktivität 412 liegt zwischen dem Knoten 415 und einem Knoten 416. Eine Diode 411 ist zwischen dem Knoten 415 und dem Knoten 414 angeordnet, wobei die Kathode der Diode 411 in Richtung des Knotens 414 zeigt. Ein Kondensator 408 (z. B. stellvertretend für ein EMV-Filter) ist einerseits mit dem Knoten 414 und andererseits mit Masse verbunden. Ein Kondensator 413 (z. B. stellvertretend für ein EMV-Filter) ist einerseits mit dem Knoten 415 und andererseits mit Masse verbunden. Die EMV-Filter können beispielsweise zwei Kondensatoren und eine Induktivität umfassen und/oder in einer PI-Topologie ausgeführt sein. Ein elektronischer Schalter 409 ist einerseits mit dem Knoten 416 und andererseits mit Masse verbunden. Zwischen dem Knoten 414 und dem Knoten 416 ist ein Schalter 417, der insbesondere als ein elektronischer Schalter ausgeführt ist, angeordnet. Der elektronische Schalter 409 bzw. der elektronische Schalter 417 kann z. B. als ein Transistor, ein MOSFET, ein IGBT oder als ein Triac ausgeführt sein. Der elektronische Schalter 409 wird über ein Signal 410 einer Regelung 406 angesteuert. Die Regelung 406 erhält eine Spannungsinformation U der Spannung der MPP- Energiequelle 407 sowie eine Strominformation I des von der MPP-Energiequelle 407 eingespeisten Stroms. Abhängig von der Spannungsinformation U und/oder der Strominformation I generiert die Regelung 406 ein entsprechendes Signal 410 zur Ansteuerung des elektronischen Schalters 409.
  • Im Unterschied zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist insbesondere die Diode 411 in 4 den Wandler überbrückend angeordnet. Hierbei ist es von Vorteil, dass die Verluste der Induktivität 412, des Wandlers und etwaig vorhandenen EMV-Filtern reduziert werden.
  • Um die Verluste zusätzlich zu vermindern, kann die Diode 411 als eine gesteuerte Diode (z. B. mittels eines MOSFETs) ausgeführt sein. Die Ansteuerung der gesteuerten Diode kann mittels der Regelung 406 erfolgen.
  • Auch ist es von Vorteil, dass die Regelung 406 zur Diagnose z. B. der MPP-Energiequelle, der Dioden oder des Wandlers eingesetzt werden kann. So können Veränderungen in den Signalen U und I z. B. auf defekte Funktionen hinweisen, die Regelung 406 kann für diesen Fall z. B. über eine Funktion zur (z. B. galvanischen) Trennung der MPP-Energiequelle von dem Energiebordnetz verfügen.
  • Die Schaltung gemäß 4 hat weiterhin den Vorteil, dass auch bei Ausfall der Regelung 406 weiterhin eine ungeregelte Einspeisung elektrischer Energie von der MPP-Energiequelle in das Energiebordnetz möglich ist.
  • Weitere Vorteile:
  • Der Aufwand für einen Wandler, insbesondere einen DC/DC-Wandler, zur Anbindung einer MPP-Energiequelle wird mittels der hier vorgeschlagenen Lösung deutlich reduziert. So kann der Wandler sowie mögliche EMV-Filter für eine niedrige Stromtragfähigkeit ausgelegt werden, was sich positiv auf ein geringes Gewicht, geringe Anforderungen an den Bauraum sowie die reduzierte benötigte Kühlleistung auswirkt. Ein derartiger Wandler spart Kosten verglichen mit einem Wandler, der auch für die volle Stromtragfähigkeit ausgelegt sein müsste.
  • Somit ergibt sich eine vorteilhafte Steigerung des Systemwirkungsgrads. Auch kann in Kombination mit z. B. einer Diode eine Redundanz geschaffen werden, so dass auch bei Ausfall des Wandlers die Funktionalität des Einspeisens der Energie von der MPP-Energiequelle erhalten bleibt.
  • 101
    Kennlinie
    102
    Kennlinie
    201
    Wirkungsgrad der Diodenanbindung
    202
    Wirkungsgrad der DC/DC-Wandler-Anbindung
    301
    Energiebordnetz
    302
    Starter
    303
    Generator
    304
    Batterie
    305
    Verbraucher
    306
    Regelung
    307
    MPP-Energiequelle
    308
    Kondensator (bzw. EMV-Filter)
    309
    elektronischer Schalter
    310
    Signal (zur Ansteuerung des elektronischen Schalters 309)
    311
    Diode
    312
    Induktivität
    313
    Kondensator (bzw. EMV-Filter)
    314
    Knoten
    315
    Knoten
    316
    Knoten
    406
    Regelung
    407
    MPP-Energiequelle
    408
    Kondensator (bzw. EMV-Filter)
    409
    elektronischer Schalter
    410
    Signal (zur Ansteuerung des elektronischen Schalters 309)
    411
    Diode
    412
    Induktivität
    413
    Kondensator (bzw. EMV-Filter)
    414
    Knoten
    415
    Knoten
    416
    Knoten
    417
    Schalter

Claims (17)

  1. Schaltung zur Anbindung einer Energiequelle (307; 407) an ein Energienetz (301), – bei der in einem ersten Leistungsbereich die Energiequelle (307; 407) mittels eines ersten Elements (309, 312; 409, 412) geregelt mit dem Energienetz (301) verbunden ist und – bei der mindestens in einem zweiten Leistungsbereich die Energiequelle (307; 407) mittels eines zweiten Elements (311; 411) ungeregelt mit dem Energienetz verbunden ist.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der das erste Element (309, 312; 409, 412) ein Wandler, insbesondere ein Spannungswandler ist.
  3. Schaltung nach Anspruch 2, bei der der Wandler mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst – einen Hochsetzsteller; – einen Tiefsetzsteller; – einen Hochtiefsetzsteller.
  4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das zweite Element (311; 411) eine Diode, eine gesteuerte Diode oder einen MOSFET umfasst.
  5. Schaltung nach Anspruch 4, bei der die Energiequelle (307; 407) in dem ersten Leistungsbereich und in dem zweiten Leistungsbereich über das zweite Element (311; 411) mit dem Energienetz verbunden ist.
  6. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei der das zweite Element (311; 411) parallel zu dem ersten Element (309, 312; 409, 412) angeordnet ist.
  7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Leistungsbereich ein Bereich geringerer Leistung ist als der zweite Leistungsbereich.
  8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Regelung (306; 406) vorgesehen ist, anhand derer abhängig von mindestens einem Eingangssignal das erste Element (309, 312; 409, 412) und/oder das zweite Element (311; 411) ansteuerbar ist.
  9. Schaltung nach Anspruch 8, bei der das mindestens eine Eingangssignal (I, U) der Regelung (306; 406) mindestens eines der folgenden Signale umfasst: – eine Spannung der Energiequelle; – einen Strom, der von der Energiequelle bereitgestellt wird.
  10. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der abhängig von dem mindestens einen Eingangssignal (I, U) mittels der Regelung (306, 406) eine Diagnosefunktion durchführbar ist.
  11. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die Regelung (306; 406) den ersten Leistungsbereich und den zweiten Leistungsbereich anhand des mindestens einen Eingangssignals (I, U) detektiert und abhängig von dem detektierten Leistungsbereich das erste Element (309, 312; 409, 412) und/oder das zweite Element (311; 411) ansteuert, aktiviert oder deaktiviert.
  12. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Energiequelle (307; 407) mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst: – einen thermoelektrischen Generator; – ein Photovoltaik-Modul; – piezoelektrische Kristalle.
  13. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Anbindung der Energiequelle (307; 407) an ein Energienetz (301), insbesondere an ein Energiebordnetz eines Fahrzeugs, erfolgt.
  14. Fahrzeug mit einer Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  15. Verfahren zur Anbindung einer Energiequelle an ein Energienetz, – bei dem in einem ersten Leistungsbereich die Energiequelle mittels eines ersten Elements geregelt mit dem Energienetz verbunden wird und – bei dem mindestens in einem zweiten Leistungsbereich die Energiequelle mittels eines zweiten Elements ungeregelt mit dem Energienetz verbunden wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem mittels einer Regelung abhängig von mindestens einem Eingangssignal der Regelung das erste Element und/oder das zweite Element angesteuert, aktiviert oder deaktiviert wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem mittels der Regelung eine Überwachung und/oder Diagnose des ersten Elements und/oder des zweiten Elements durchgeführt wird.
DE102009030406A 2009-06-25 2009-06-25 Anbindung einer Energiequelle an ein Energienetz Ceased DE102009030406A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009030406A DE102009030406A1 (de) 2009-06-25 2009-06-25 Anbindung einer Energiequelle an ein Energienetz

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009030406A DE102009030406A1 (de) 2009-06-25 2009-06-25 Anbindung einer Energiequelle an ein Energienetz

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009030406A1 true DE102009030406A1 (de) 2010-12-30

Family

ID=43217837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009030406A Ceased DE102009030406A1 (de) 2009-06-25 2009-06-25 Anbindung einer Energiequelle an ein Energienetz

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009030406A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009057919A1 (de) 2009-12-11 2011-06-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug
DE102012207372A1 (de) * 2012-05-03 2013-11-07 Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh Schaltungsanordnung sowie Verfahren zur Einspeisung von Energie in einen Energiespeicher
DE102013000948A1 (de) * 2013-01-21 2014-07-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektrisches Netz und Verfahren zum Energiemanagement in einem elektrischen Netz
DE102015219590A1 (de) * 2015-10-09 2017-04-13 Continental Automotive Gmbh Fahrzeug-Bordnetz
DE102016004362A1 (de) * 2016-04-09 2017-10-12 Audi Ag Kraftfahrzeug und Solarwandlereinrichtung
DE102016220466A1 (de) * 2016-10-19 2018-04-19 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz mit einem ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweig

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009057919A1 (de) 2009-12-11 2011-06-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug
DE102009057919B4 (de) 2009-12-11 2022-11-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug
DE102012207372A1 (de) * 2012-05-03 2013-11-07 Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh Schaltungsanordnung sowie Verfahren zur Einspeisung von Energie in einen Energiespeicher
DE102012207372B4 (de) * 2012-05-03 2016-11-17 Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh Schaltungsanordnung sowie Verfahren zur Einspeisung von Energie in einen Energiespeicher
DE102013000948A1 (de) * 2013-01-21 2014-07-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektrisches Netz und Verfahren zum Energiemanagement in einem elektrischen Netz
DE102015219590A1 (de) * 2015-10-09 2017-04-13 Continental Automotive Gmbh Fahrzeug-Bordnetz
DE102015219590B4 (de) * 2015-10-09 2017-09-14 Continental Automotive Gmbh Fahrzeug-Bordnetz
DE102016004362A1 (de) * 2016-04-09 2017-10-12 Audi Ag Kraftfahrzeug und Solarwandlereinrichtung
DE102016220466A1 (de) * 2016-10-19 2018-04-19 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz mit einem ersten, zweiten und dritten Bordnetzzweig

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012200841B4 (de) Elektrisches system und verfahren
EP2721704B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur verbindung von mehrspannungsbordnetzen
EP3224075B1 (de) Batteriesystem mit einer hybriden batterie und einem eingangsseitig mit der batterie verbundenen npc-wechselrichter und verfahren zum betreiben eines eingangsseitig mit einer hybriden batterie verbundenen npc-wechselrichters
DE112016000426B4 (de) Energieumwandlungseinrichtung
DE102016122184A1 (de) Fahrzeugstromverteilung, die Relais mit integriertem Spannungswandler aufweist
EP1670663B1 (de) Schaltvorrichtung zum bidirektionalen ladungsausgleich zwischen energiespeichern und verfahren
DE102009028147A1 (de) Schaltungsanordnung für ein Bordnetz
DE102018108383A1 (de) In ein elektrisches fahrzeugsystem integrierter solarkollektor-power-point-tracker
DE112017006219B4 (de) Fahrzeugmontierte Energieversorgungsvorrichtung
EP3003787B1 (de) Bordnetz-anordnung für ein kraftfahrzeug
DE112006003033T5 (de) System und Verfahren zur allgemeinen Steuerung von Stromrichtern
DE102009000096A1 (de) Verfahren für die Steuerung einer Stromversorgungseinrichtung mit einem Wechselrichter
DE102008034357A1 (de) Spannungsverbindungssteuerung eines DC/AC-Aufwärts-Wandlersystems
DE102010021403A1 (de) Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes
DE102008054885A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Energieversorgung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs
EP2842214B1 (de) Verfahren zum laden von energiespeicherzellen einer energiespeichereinrichtung und aufladbare energiespeichereinrichtung
DE102010064325A1 (de) System mit einer elektrischen Maschine
DE102021119431A1 (de) System und Verfahren für eine verbesserte einstufige Bordladeeinrichtung mit integriertem Gleichrichter
DE102009030406A1 (de) Anbindung einer Energiequelle an ein Energienetz
DE102012209731A1 (de) Dämpfungsschaltung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen des Ausgangsstroms einer Energiespeichereinrichtung
WO2014056661A2 (de) Vorrichtung zur spannungswandlung sowie bordnetz mit einer genannten vorrichtung
WO2004006422A1 (de) Kraftfahrzeug-bordnetz
DE112007002731T5 (de) Elektroleistungsversorgungssystem
DE102014201440B4 (de) Kraftfahrzeugbordnetz mit optimierter Durchschaltfunktion
DE102021107958A1 (de) Kraftfahrzeug mit einer Antriebsbatterie zum solargestützten Laden sowie Verfahren zum solargestützten Laden einer Antriebsbatterie

Legal Events

Date Code Title Description
OR8 Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H02M0003155000

Ipc: G05F0001670000

R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H02M0003155000

Ipc: G05F0001670000

Effective date: 20130116

R163 Identified publications notified

Effective date: 20130124

R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R006 Appeal filed
R008 Case pending at federal patent court
R003 Refusal decision now final
R010 Appeal proceedings settled by withdrawal of appeal(s) or in some other way