Die gegenständliche Erfindung betrifft einen elektrischen Gleichspannungswandler zum Wandeln einer Eingangs-Gleichspannung in eine Ausgangs-Gleichspannung, sowie ein Verfahren zum Betrieb des Gleichspannungswandlers. Weiters betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Netzeinspeisung einer elektrischen Spannung, bestehend aus einem Spannungserzeuger zur Erzeugung der einzuspeisenden Spannung, einemerfindungsgemäßen Gleichspannungswandler und einem Netz-Wechselrichter.

Spannungswandler, wie Gleichspannungswandler („DC-DC-Wandler“), Wechselrichter („DC- AC-Wandler“), Gleichrichter („AC-DC-Wandler“), Transformatoren oder Umrichter („AC-AC- Wandler“), erlauben die Wandlung einer am Eingang des Spannungswandlers angelegten Eingangsspannung in eine am Ausgang des Spannungswandlers ausgegebene Ausgangsspannung. Dabei kann es sich sowohl bei der Eingangsspannung als auch bei der Ausgangsspannung um eine Gleichspannung oder um eine Wechselspannung handeln. Die Ausgangsspannung kann im Vergleich zur Eingangsspannung ein höheres, niedrigeres, invertiertes oder auch gleiches Spannungsniveau aufweisen, und auch die Frequenz einer Eingangsspannung kann im Zuge der Spannungswandlung gewandelt werden. Aufgrund der vielfältigen Einsatzgebiete von Spannungswandlern, z.B. in PC-Netzteilen, Haushaltsgeräten, Elektromotoren oder in Energiebordnetzen von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, sind Spannungswandler nach wie vor Gegenstand aktueller Forschungsfragen auf dem Gebiet der Leistungselektronik. Je nach Anwendungsfall kann ein Spannungswandler mehrere Sub-Spannungswandler umfassen. Als dahingehendes Beispiel sei ein aus einer Serienschaltung aus einem Wechselrichter und einem Gleichrichter aufgebauter Gleichspannungswandler genannt.

Auch in der Brennstoffzellentechnik und Photovoltaik werden Spannungswandler eingesetzt, insbesondere um von Brennstoffzellen oder Photovoltaikanlagen erzeugte Spannungen für die Netzeinspeisung aufzubereiten. Für derartige Anwendungsfälle gilt, dass zur Netzeinspeisung eingesetzte Spannungswandler (nachfolgend als Netz-Wechselrichter bezeichnet) oft nur bestimmte, vorgegebene Spannungshöhen verarbeiten können, wie insbesondere 700V. Demzufolge müssen von Brennstoffzellen oder Photovoltaikanlagen erzeugte Spannungen, wenn sie einer vorgegebenen Spannungshöhe nicht entsprechen, zuerst von einem ersten Spanungswandler auf diese Spannungshöhe gewandelt werden, bevor sie von einem nachgeschalteten Netz-Wechselrichter als zweitem Spannungswandler weiterverarbeitet werden können.

Bei Brennstoffzellen führen aktuelle Entwicklungen zu einer steten Zunahme der erzielbaren Wirkungsgrade, womit in vielen Fällen eine Erhöhung der von Spannungswandlern zu wandelnden Eingangsspannungen einhergeht. Dabei zeigt sich, dass hohe Eingangsspannungen hohe interne Spannungen im Inneren der eingesetzten Spannungswandler zur Folge haben können. Insbesondere in Kombination mit zum Teil nicht vermeidbaren parasitären Phänomenen, wie mit Spannungsüberhöhungen beim Zu- oder Wegschalten von Brennstoffzellen oder mit Schwingungen zwischen kapazitiven und induktiven Speicherelementen in einem Spannungswandler, können verschiedenste in Spannungswandlern verbaute Bauteile an ihre physikalischen Belastungsgrenzen gebracht werden.

Als wichtiges Beispiel sind in diesem Zusammenhang Gleichrichterdioden zu nennen, die zu den in Spannungswandlern typischerweise verbauten Bauteilen gehören. Konkret sind bei SiC-Gleichrichterdioden (Siliciumcarbid-Gleichrichterdioden) Sperrspannungsgrenzen von 1200V üblich, die aufgrund einer ansonsten drohenden Beschädigung nicht überschritten werden dürfen.

Ist nun vorgesehen, anhand eines Spannungswandlers mit SiC-Gleichrichterdioden eine von einer Brennstoffzelle erzeugte Eingangs-Gleichspannung in Höhe von 100V in eine Ausgangs-Gleichspannung in Höhe von 700V zu wandeln, können Szenarien wie das nachfolgend skizzierte eintreten:

Bevor der mit der Brennstoffzelle verbundene Spannungswandler gestartet wird, befindet sich die Brennstoffzelle im Leerlauf. Gemäß der bei Brennstoffzellen üblichen Polarisationskurven gibt die Brennstoffzelle im Leerlauf ihre größtmögliche Spannung aus, ihre Leerlauf-Spannung. Die Leerlauf-Spannung kann dabei um mehr als das Zweifache über der im Normalbetrieb zu erwartenden Spannung liegen. Bezogen auf die oben genannte Eingangs-Gleichspannung von 100V kann es damit im Zeitpunkt des Systemstarts zu einer doppelt so hohen am Eingang des Spannungswandlers anliegenden Eingangs- Gleichspannung kommen, konkret 200V und darüber, was auf sämtliche interne Spannungen des Spannungswandlers, aber natürlich auch auf die Ausgangs- Gleichspannung durchschlagen kann. Im gegenständlichen Beispiel kann die Ausgangs- Gleichspannung, die in vielen Ausführungsformen auch an den verbauten Gleichrichterdioden abfällt, folglich bei 1400V und darüber liegen, was die genannte Sperrspannungsgrenze von 1200V übersteigt und eine Beschädigung der SiC- Gleichrichterdioden nach sich ziehen kann.

Aus Gründen der Energieeffizienz, der erzielbaren Signalqualität, aber ebenso aufgrund einer verbesserten Bauteilbelastbarkeit finden auch in der Brennstoffzellentechnik und Photovoltaik zunehmend Mehrphasen-Spannungswandler Anwendung. Mehrphasen- Spannungswandler umfassen mehrere parallele Phasen, auf welche die im Zuge der Spannungswandlung zu übertragende Leistung bzw. der im Zuge der Spannungswandlung zu übertragende Strom aufgeteilt wird. „Phasen“ sind hierbei in ihrem in der Elektrotechnik üblichen Sinn zu verstehen, als spannungsführende elektrische Leiter.

Durch die Aufteilung der zu übertragenden Leistung auf mehrere parallele Phasen wird der je Phase fließende Phasenstrom im Vergleich zum in allen Phasen insgesamt fließenden Gesamtstrom reduziert. Bekanntermaßen ist die in einer Phase auftretende (ohmsche) Verlustleistung proportional zum Quadrat des in der Phase fließenden Phasenstromes.

Durch eine Aufteilung eines großen Gesamtstromes auf mehrere, kleinere Phasenströme können die in einem Spannungswandler auftretende Verlustleistung folglich reduziert und der erreichbare Wirkungsgrad des Spannungswandlers erhöht werden. Obwohl die Reduktion von individuellen Phasenströmen die Strombelastung von in den Phasen verbauten Komponenten verringert, können auch bei Mehrphasen-Spannungswandlern hohe Spannungsbelastungen auftreten, weswegen die genannten Sperrspannungsgrenzen von Gleichrichterdioden auch bei Mehrphasen-Spannungswandlern eine kritische Systemgrenze darstellen können.

Im Stand der Technik sind Spannungswandler hinlänglich bekannt, z.B. in Form von Gleichspannungswandlern, Wechselrichtern, Transformatoren, ebenso aber auch als Mehrphasen-Spannungswandler. Beispielgebend sei dafür die EP 1 589648 A2 genannt, die einen Mehrphasen-Spannungswandler zur Reduktion der harmonischen Verzerrung der erzeugten Ausgangsgrößen offenbart.

In ähnlicher Weise lehrt die CN 101873067 A einen Mehrphasen-Spannungswandler mit einem Hochfrequenztransformator, um den Einsatz hochfrequenter interner Ströme und Spannungen bei der Spannungswandlung zu ermöglichen.

Die KR 10-2009-0011604 A offenbart demgegenüber den Einsatz eines bidirektionalen Mehrphasen-Spannungswandlers für ein Wasserstoff-Fahrzeug, wobei unter anderem auf die Reduktion der Größe von Ausgangsfiltern abgestellt wird.

Die KR 10-2010-0006785 beschreibt darüber hinaus den Einsatz eines Mehrphasen- Spannungswandlers für die Netzeinspeisung bei einem Brennstoffzellen- oder Photovoltaiksystem, wobei eine möglichst große Spannungsverstärkung angestrebt wird.

Die Schriften US 2,999,970, JP 2016-123196 A und US 2013/329463 A1 zeigen Spannungswandler, in denen aus zu wandelnden Eingangsspannungen jeweils mehrere Zwischenspannungen erzeugt werden, die zu einer Ausgangsspannung kombiniert werden. Verschleiß und mögliche Beschädigungen der dazu eingesetzten Bauteile werden in diesen Schriften allerdings nicht aufgegriffen.

Bei Spannungswandlern wichtige Themen wie die Bauteilbelastbarkeit oder das Erreichen/Verletzen von physikalischen Belastungsgrenzen werden im zitierten Stand der Technik allerdings nur unzureichend aufgegriffen. Vor allem die Frage der Einhaltung von Sperrspannungsgrenzen bei Gleichrichterdioden, bei Spannungswandlern im Allgemeinen sowie bei Mehrphasen-Spannungswandlern im Speziellen, wird in den zitierten Schriften nicht thematisiert.

Es ist demnach eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, einen Spannungswandler anzugeben, der auch bei hohen und sich mitunter sprungartig ändernden Eingangsspannungen einen sicheren Betrieb ohne Beschädigung der im Spannungswandler verbauten Komponenten erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Konkret sehen die unabhängigen Ansprüche einen elektrischen Gleichspannungswandler zum Wandeln einer elektrischen Eingangs-Gleichspannung in eine elektrische Ausgangs-Gleichspannung vor, welcher einen Spannungswandler mit drei Spannungsteilereinheit sowie einer Mehrzahl von Gleichrichtern, d.h. mit zumindest zwei Gleichrichtern, aufweist. Die Spannungsteilereinheiten sind dabei ausgestaltet, eine aus der Eingangs-Gleichspannung erzeugte Eingangsspannung jeweils in zumindest zwei Teiler- Wechselspannungen zu wandeln und damit aufzuteilen, vorteilhafterweise in gleich große Teile, und die Gleichrichter erlauben es, jeweils zumindest eine Teiler- Wechselspannung in eine Gleichrichter- Ausgangsspannung zu wandeln. Erfindungsgemäß sind die Ausgänge der zumindest zwei Gleichrichter in Reihe geschaltet, um zumindest zwei Gleichrichter-Ausgangsspannungen zur genannten Ausgangs-Gleichspannung zu summieren.

Mittels des erfindungsgemäßen Spannungswandlers werden eine aus der Eingangs- Gleichspannung erzeugte Eingangsspannung in eine Mehrzahl von, im Vergleich zur erzeugten Ausgangs-Gleichspannung vorzugsweise kleinen, Teiler- Wechselspannungen aufgeteilt, die Teiler- Wechselspannungen in Gleichrichter-Ausgangsspannungen gewandelt und die erzeugten Gleichrichter-Ausgangsspannungen zur Ausgangs-Gleichspannung summiert. Die zur Verarbeitung der Teiler-Wechselspannungen eingesetzten Gleichrichter müssen damit im Vergleich zu Spannungswandlern, in denen keine Spannungsaufteilung stattfindet, geringere Spannungen verarbeiten. Auf diese Weise wird die Spannungsbelastung der Gleichrichter reduziert, was in direkter Konsequenz die Belastung und den Verschleiß der in den Gleichrichtern verbauten Komponenten mindert.

Insbesondere die eingangs genannten Gleichrichterdioden werden auf diese Weise geschont.

Zur Implementierung der erfindungsgemäß vorgesehenen Spannungsteilereinheiten sowie zur Implementierung der erfindungsgemäß vorgesehenen Gleichrichter steht eine Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung, auf die an späterer Stelle detailliert eingegangen wird. Unter anderem können die Spannungsteilereinheiten in Form eines elektrischen Transformators mit einer Primärseite und einer Sekundärseite ausgeführt sein, wobei die Eingangsspannung an die Primärseite des Transformators in Form einer elektrischen Wechselspannung anlegbar ist und der Transformator die Eingangsspannung in zumindest zwei auf der Sekundärseite des Transformators ausgegebene Teiler- Wechselspannungen wandelt. Vorteilhafterweise weist die Primärseite eines derartigen Transformators zumindest eine Primärwicklung auf, an welche zumindest ein Teil der elektrischen Eingangsspannung anlegbar ist. Es sind aber auch andere Umsetzungen einer Spannungsteilereinheit denkbar, wie z.B. serielle, ohmsche Spannungsteiler.

In einer vorteilhaften Ausführung weist die Sekundärseite einer als Transformator ausgeführten Spannungsteilereinheit eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen auf, wobei die Sekundärwicklungen ausgestaltet sind, jeweils zumindest eine Teiler- Wechselspannung auszugeben. Vorteilhafterweise können die Primär- und Sekundärwicklungen dabei um einen gemeinsamen Eisenkern gewickelt sein, wodurch es möglich wird, verschiedenste Transformatoren zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Spannungsteilereinheit einzusetzen. Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler kann damit flexibel auf unterschiedliche Anwendungsfälle angepasst werden.

Durch die Erfindung wird es möglich, anhand des im Gleichspannungswandler vorgesehenen Wechselrichters eine vorgegebene Eingangs-Gleichspannung in eine Eingangsspannung für den erfindungsgemäßen Spannungswandler in Form einer Wechselspannung zu wandeln. Die vom Wechselrichter erzeugte Eingangsspannung kann in weiterer Folge mittels der zumindest einen Spannungsteilereinheit des erfindungsgemäßen Spannungswandlers in zumindest zwei Teiler- Wechselspannungen gewandelt werden, welche, wie beschrieben, von zumindest zwei Gleichrichtern in Teil-Ausgangsspannungen gewandelt werden, die letztlich zur vom Gleichspannungswandler ausgegebenen Ausgangs- Gleichspannung addiert werden.

Im Rahmen der Erfindung ist weiters vorgesehen, die im beschriebenen Gleichspannungswandler eingesetzten Komponenten als dreiphasige Komponenten auszuführen. Konkret ist der Wechselrichter dazu als Dreiphasen-Wechselrichter ausgeführt, welcher die Eingangs-Gleichspannung in drei Eingangsspannungen in Form einer Wechselspannung wandelt. Erfindungsgemäß ist der Spannungswandler in diesem Fall mit drei Spannungsteilereinheiten ausgestattet, welche jeweils eine der vom Dreiphasen- Wechselrichter erzeugten Eingangsspannungen in je zumindest zwei Teiler- Wechselspannung wandeln.

Es ist anzumerken, dass Dreiphasensysteme in die Kategorie der eingangs diskutierten Mehrphasensysteme fallen. Ein als dreiphasiger Spannungswandler ausgeführter erfindungsgemäßer Spannungswandler kombiniert dadurch die Vorteile der erfindungsgemäßen Aufteilung einer hohen Ausgangsspannung auf mehrere, kleinere, interne Spannungen mit den eingangs diskutierten Vorteilen von Mehrphasen- Spannungswandlern (Aufteilung der zu übertragenden Ströme auf mehrere Phasen, geringere Strombelastung der in den jeweiligen Phasen verbauten Bauteilen, ...).

Die Ausführung der genannten Komponenten (Wechselrichter, Spannungsteilereinheit, Gleichrichter) als dreiphasige Komponenten bietet überdies die Möglichkeit, die Spannungsteilereinheiten innerhalb des erfindungsgemäßen Spannungswandlers primärseitig sowie sekundärseitig in Sternschaltung oder in Dreieckschaltung zu verschalten. Die Option, je nach Anwendungsfall eine geeignete primärseitige oder eine geeignete sekundärseitige Verschaltung zu wählen, stellt einen weiteren Designparameter dar, der die bereits angesprochene Flexibilität des erfindungsgemäßen Spannungswandlers zusätzlich erhöht.

Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler kann in einer Vielzahl von Anwendungsfällen eingesetzt werden. Hervorzuheben ist hierbei der Einsatz als Teil einer Anordnung aus einem Spannungserzeuger, einem Netz-Wechselrichter und einem beschriebenen Gleichspannungswandler zum Einspeisen einer Eingangs-Gleichspannung in ein Energieübertragungsnetz. Vorteilhafterweise ist der Netz-Wechselrichter hierbei mit dem Energieübertragungsnetz verbunden und sorgt für die Einspeisung in das Energieübertragungsnetz. Der Gleichspannungswandler sorgt demgegenüber für die eingangs beschriebene Aufbereitung der einzuspeisenden Eingangs-Gleichspannung.

Beim genannten Spannungserzeuger kann es sich um eine Brennstoffzelle oder eine PV- Anlage handeln. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Spannungswandler dazu herangezogen werden, das eingangs angeführte Problem zu lösen, eine von einer Brennstoffzelle oder Photovoltaikanlage erzeugte Spannung auf eine für einen Netz- Wechselrichter geeignete Spannungshöhe zu wandeln.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigen

Fig.1 einen Spannungswandler,

Fig.2a, Fig.2b, Fig.2c mögliche Ausführungsformen einer Spannungsteilereinheit,

Fig.3a, Fig.3b, Fig.3c, Fig.3d mögliche Ausführungsformen von Gleichrichtern,

Fig.4 eine mögliche Ausgestaltung eines Wechselrichters zum Aufbau eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers,

Fig.5 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers, umfassend einen Wechselrichter und einen erfindungsgemäßen Spannungswandler mit drei Spannungsteilereinheiten und zwei Gleichrichtern,

Fig.6 eine Anordnung aus einem Spannungserzeuger, einem erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler und einem Netz-Wechselrichter zur Netzeinspeisung.

Fig.1 zeigt schematisch einen Spannungswandler 100 zum Wandeln einer elektrischen Eingangsspannung u _e in eine elektrische Ausgangs-Gleichspannung UDC, wie er in einem erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler 200 zum Einsatz kommt. Der in Fig.1 dargestellte Spannungswandler 100 weist eine Spannungsteilereinheit T auf, welche die Eingangsspannung u _e in zumindest zwei, im Vergleich zur Eingangsspannung u _e vorzugsweise größere, Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2 wandelt. Die Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2 werden in der in Fig.1 dargestellten Ausführung von zwei Gleichrichtern Gi, G2 in zwei Gleichrichter-Ausgangsspannung UGI , UG2 gewandelt. Die Gleichrichter-Ausgangsspannungen UGI , UG2 werden zur Erzeugung der gewünschten Ausgangs-Gleichspannung UDC summiert.

Zur Summation der vorliegenden Gleichrichter-Ausgangsspannung UGI , UG2 sind die Ausgänge der Gleichrichter G1, G2 miteinander verschaltet. Im gegenständlichen Fall ist dafür jener Ausgang des ersten Gleichrichters G1, der von den Ausgängen des ersten Gleichrichters G1 das niedrigere Potential aufweist (konkret der Gleichrichter-Minuspol G1-), mit jenem Ausgang des zweiten Gleichrichters G2 verbunden, der von den Ausgängen des zweiten Gleichrichters G2 das höhere Potential aufweist (konkret der Gleichrichter-Pluspol G2+). Die Ausgänge der Gleichrichter G1, G2 sind damit zueinander in Reihe geschaltet. Die im gegenständlichen Ausführungsbeispiel verbleibenden Ausgänge der Gleichrichter G1, G2 (konkret die Ausgänge G1+ und G2-) bilden den Ausgang des in Fig.1 dargestellten Spannungswandlers 100, sodass letztlich zwischen den Ausgängen G1+ und G2- die vom Spannungswandler 100 erzeugte Ausgangs-Gleichspannung UDC abfällt.

Es sei angemerkt, dass der Ausgang des Spannungswandlers 100 nicht zwingend durch die Ausgänge eines oder mehrerer Gleichrichter G1, G2 gebildet werden muss. In der praktischen Umsetzung kann es von Vorteil sein, nach die Ausgänge der Gleichrichter G1, G2 noch weitere elektrische Elemente zu schalten, wie Glättungskondensatoren oder Dämpfungselemente, z.B. in Form von Drosseln oder Filtern.

Durch die in Fig.1 gezeigte Topologie wird es möglich, hohe Eingangsspannungen u _e in mehrere, vor allem kleinere, interne Teilspannungen aufzuteilen. Die in Fig.1 gezeigte Topologie erlaubt aber ebenso, hohe Ausgangs-Gleichspannungen UDC durch die Summation geringerer Teilspannungen zu erzeugen, im gegenständlichen Beispiel durch die Summation der Gleichrichter-Ausgangsspannungen UGI , UG2. Auf diese Weise wird die Spannungsbelastung der einzelnen Gleichrichter G1, G2 reduziert, was in direkter Konsequenz auch die Belastung und den Verschleiß der in den Gleichrichtern Gi, G2 verbauten Komponenten mindert.

Ebenso sei angemerkt, dass die in Fig.1 gezeigte Ausführungsform nur beispielhaft zu verstehen ist. Wie nachfolgend ausführlich gezeigt wird, kann in einem Spannungswandler 100 auch eine Mehrzahl von Spannungsteilereinheiten T vorgesehen sein, die die Eingangsspannung u _e je in mehr als zwei Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2 wandeln. Auch die Anzahl an Gleichrichtern G1, G2 ist in keiner Weise auf zwei Gleichrichter beschränkt. Die Gleichrichter G1, G2 können dabei auch eine unterschiedliche oder gleiche Mehrzahl von Eingängen aufweisen, um mehr als nur eine Teiler- Wechselspannung aufzunehmen. Folglich sind sowohl hinsichtlich der Mehrzahl von Spannungsteilereinheiten T als auch hinsichtlich der Mehrzahl von Gleichrichtern G1, G2 beliebige Kombinationen denkbar, solange eine Aufteilung der zu erzeugenden Ausgangs-Gleichspannung UDC auf mehrere, kleinere, interne Teilspannungen sichergestellt wird.

Das heißt, es kann jede beliebe Mehrzahl von Spannungsteilereinheiten T mit jeder beliebigen Mehrzahl von Gleichrichtern G1, G2 kombiniert werden. Wie nachfolgend ausgeführt, können in einer besonders vorteilhaften Weise drei Spannungsteilereinheiten T, die jeweils zwei Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2 erzeugen, und zwei Gleichrichter G1, G2, die diese Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2 in entsprechende Gleichrichter- Ausgangsspannungen UGI , UG2 wandeln, vorgesehen sein.

Im Detail weist die in Fig.1 gezeigte Spannungsteilereinheit T einen ersten Teiler- Eingangspol TA und einen zweiten Teiler-Eingangspol TB zum Anlegen der Eingangsspannung u _e auf. Wie bereits an früherer Stelle ausgeführt, ist die in Fig.1 gezeigte Spannungsteilereinheit T derart ausgestaltet, dass die Eingangsspannung u _e in eine erste, zwischen einem ersten Teiler-Ausgangspol Tc und einem zweiten Teiler-Ausgangspol TD abfallende Teiler- Wechselspannung uzi sowie in eine zweite, zwischen einem dritten Teiler- Ausgangspol TE und einem vierten Teiler-Ausgangspol TF abfallende Teiler- Wechselspannung uz2 aufgeteilt wird.

Um dem ersten Gleichrichter G1 die erste Teiler- Wechselspannung uzi zuzuführen, weist der erste Gleichrichter G1 einen mit dem ersten Teiler-Ausgangspol Tc elektrisch leitend verbundenen ersten Gleichrichter-Eingangspol GIA und einen mit dem zweiten Teiler- Ausgangspol TD elektrisch leitend verbundenen zweiten Gleichrichter-Eingangspol GIB auf. In gleicher Weise weist der zweite Gleichrichter G2 einen mit dem dritten Teiler-Ausgangspol TE elektrisch leitend verbundenen ersten Gleichrichter-Eingangspol G2A und einen mit dem vierten Teiler-Ausgangspol TF elektrisch leitend verbundenen zweiten Gleichrichter- Eingangspol G2B auf. In der gegenständlichen Ausführungsform wandelt der erste Gleichrichter Gi die erste Teiler- Wechselspannung uzi in eine zwischen seinem Gleichrichter-Pluspol Gi+ und seinem Gleichrichter-Minuspol Gi- abfallende erste Gleichrichterspannung UGI . Der zweite Gleichrichter G2 wandelt die zweite Teiler- Wechselspannung uz2 in eine zwischen seinem Gleichrichter-Pluspol G2+ und seinem Gleichrichter-Minuspol G2- abfallende zweite Gleichrichterspannung UG2. Um letztlich zwischen dem Gleichrichter-Pluspol G1+ des ersten Gleichrichters Gi und dem Gleichrichter-Minuspol G2- des zweiten Gleichrichters G2 die vom Spannungswandler 100 erzeugte Ausgangs-Gleichspannung UDC ausgeben zu können, ist der Gleichrichter-Minuspol Gi- des ersten Gleichrichters Gi elektrisch leitend mit dem Gleichrichter-Pluspol G2+ des zweiten Gleichrichters G2 verbunden. Wird wie erwähnt eine höhere Anzahl an Gleichrichtern eingesetzt, kann die beschriebene Art der Verschaltung sinngemäß auf die höhere Anzahl an Gleichrichtern übertragen werden.

In den Figuren 2a, 2b und 2c sind mehrere mögliche Ausführungsformen der im Spannungsteiler 100 eingesetzten Spannungsteilereinheit T dargestellt.

Konkret ist den Figuren 2a, 2b, 2c eine Ausführung der Spannungsteilereinheit T in Form eines elektrischen Transformators mit einer Primärseite I und einer Sekundärseite II zu entnehmen. Die Eingangsspannung u _e ist in diesem Fall in Form einer elektrischen Wechselspannung an die Primärseite I des Transformators anzulegen, sodass der Transformator die Eingangsspannung u _e in zumindest zwei auf der Sekundärseite II ausgebbare Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2 wandeln kann.

Obwohl es sich bei der Wandlung der angelegten Eingangsspannung u _e in zwei Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2 um eine bevorzugte Ausgestaltung handelt, sei angemerkt, dass eine Spannungsteilereinheit T auch ausgestaltet werden kann, eine Eingangsspannung u _e in mehr als zwei Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2 zu wandeln. Bevorzugt wird die Anzahl an Gleichrichtern Gi, G2 und/oder die Anzahl an Gleichrichter-Eingangspolen an die Anzahl an erzeugten Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2 angepasst. In einer besonders vorteilhaften Weise können drei Spannungsteilereinheiten T vorgesehen sein, die ausgestaltet sind, jeweils zwei Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2 bereitzustellen, und es können zwei Gleichrichter vorgesehen sein, die diese insgesamt sechs Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2 in Gleichrichter-Ausgangsspannung UGI , UG2 wandeln.

Die in Fig.2a dargestellte Ausgestaltung der Spannungsteilereinheit T weist auf der Primärseite I lediglich eine Primärwicklung Li auf, an der zumindest einen Teil der elektrischen Eingangsspannung u _e anzulegen ist. In einer vorteilhaften Weise kann auch die gesamte Eingangsspannung u _e an die Primärwicklung Li angelegt werden. Wie Fig.2a ebenso zu entnehmen ist, sind die Anschlüsse der Primärwicklung Li zu diesem Zweck elektrisch leitend mit den Teiler-Eingangspolen TA und TB verbunden. Die Sekundärseite II weist demgegenüber zwei Sekundärwicklungen L21, L22 auf. Die Anschlüsse der ersten Sekundärwicklung L21 sind elektrisch leitend mit den Teiler- Ausgangspolen Tc, TD verbunden, die Anschlüsse der zweiten Sekundärwicklung L22 demgegenüber mit den Teiler-Ausgangspolen TE, TF.

In den in den Figuren 2a, 2b, 2c gezeigten Ausführungsformen der Spannungsteilereinheit T sind zumindest eine Primärwicklung Li und zumindest eine Sekundärwicklung L2 des Transformators um einen gemeinsamen Eisenkern FE gewickelt, um diese wie bei Transformatoren üblich magnetisch zu koppeln. Im Rahmen der gegenständlichen Erfindung ist es aber keineswegs erforderlich, dass sämtliche Wicklungen, so wie in Fig.2a, um einen einzelnen gemeinsamen Eisenkern FE gewickelt sind. Genauso können, wie in Fig.2c dargestellt, auch mehrere Eisenkerne FE1, FE2 zur magnetischen Kopplung von primär- und sekundärseitigen Wicklungen vorgesehen sein.

Wie eine Spannungsteilereinheit T neben der in Fig.2a gezeigten Variante noch in Form eines Transformators ausgeführt werden kann, ist den Figuren 2b und 2c beispielhaft zu entnehmen. Darin sind auf der Primärseite I jeweils zwei in Serie geschaltete Primärwicklungen Lu, L12 vorgesehen. Im Unterscheid zu Fig.2b weist Fig.2c zwei separate Eisenkerne FEI , FE2 auf, sodass in Fig.2c zwei separate, voneinander magnetisch entkoppelte Wicklungspaare entstehen.

Auf Transformatoren basierende Ausführungen der Spannungsteilereinheit T ermöglichen es, eine anliegende Eingangsspannung u _e durch geeignete Wahl der Windungszahlen der gegebenen Wicklungen nahezu beliebig aufzuteilen. In vorteilhafter weise können die Windungszahlen derart gewählt werden, dass sich an den Sekundärwicklungen L21, L22 Spannungen uzi, uz2 gleicher Höhe ausbilden. Ebenso können auch unterschiedliche Windungszahlen vorgesehen werden, sodass an den Sekundärwicklungen L21, L22 Spannungen uzi, uz2 unterschiedlicher Höhe abfallen. Andererseits können aber auch unterschiedliche Windungszahlen vorgesehen werden, und dennoch Spannungen gleicher Höhe an den Sekundärwicklungen L21, L22 realisiert werden. Diese Möglichkeit besteht insbesondere bei Varianten gemäß oder ähnlich Fig.2c, wo durch eine Wahl der Relation der Windungszahlen der Sekundärwicklungen L21, L22 invers zur Relation der Windungszahlen der Primärwicklungen Lu, Liz eine ungleiche Spannungsaufteilung auf der Primärseite I durch entsprechende Übersetzungsverhältnisse in den jeweiligen Wicklungspaaren ausgeglichen werden kann.

In den bisher gezeigten und auf Transformatoren basierenden Ausführungen der Spannungsteilereinheit T können die Sekundärwicklungen L21, L22 in einer vorteilhaften Weise als voneinander galvanisch getrennte Sekundärwicklungen L21 , L22 angeordnet werden. Zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Idee der Aufteilung einer vorliegenden Eingangsspannung u _e in einer anderen Spannungsteilereinheit T sind jedoch auch andere Schaltungstopologien denkbar, wie ein aus der Elektrotechnik hinlänglich bekannter, serieller Spannungsteiler. Ein derartiger Spannungsteiler kann aus seriellen Impedanzelementen aufgebaut sein, welche aus ohmschen Widerständen oder aus Blindwiderständen oder aus Kombinationen von ohmschen Widerständen und Blindwiderständen gebildet sein können. Eine Spannungsteilereinheit T ergibt sich in einem solchen Fall als eine Serienschaltung aus ohmschen Impedanzelementen und/oder ohmsch-induktiven Impedanzelementen und/oder ohmsch-kapazitiven Impedanzelementen. Beispielsweise können zwei oder mehrere Impedanzelemente in Serie geschaltet werden. An diese Serienschaltung kann wie an eine Primärwicklung eines Transformators zumindest ein Teil der Eingangsspannung u _e angelegt werden. Die nachfolgend von den Gleichrichtern zu verarbeitenden Teiler- Wechselspannung uzi, uz2 fallen dann an den jeweiligen Impedanzelementen ab. Zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Aufteilung einer vorliegenden Eingangsspannung u _e in einer Spannungsteilereinheit T sind aber auch andere Schaltungstopologien denkbar.

Fig.3a, Fig.3b, Fig.3c, Fig.3d zeigen mögliche Ausführungsformen von im Spannungswandler einsetzbaren Gleichrichtern Gi, G2. Da Gleichrichter auf dem Gebiet der Leistungselektronik hinlänglich bekannt sind, wird an dieser Stelle nicht im Detail auf deren Funktionsweise eingegangen. Es sei jedoch angemerkt, dass zur Umsetzung der gegenständlichen Erfindung verschiedene Gleichrichter-Topologien eingesetzt werden können, wie Einweggleichrichter (Fig.3a), Brückengleichrichter (Fig.3b, Fig.3c, Fig.3d), oder auch Mittelpunktgleichrichter oder steuerbare Gleichrichter. Die in Fig.3b, Fig.3c, Fig.3d gezeigten Brückengleichrichter unterscheiden sich in der Anzahl an Eingangspolen, wobei Fig.3c den wichtigen Fall eines Dreiphasen-Gleichrichters zeigt, Fig.3d demgegenüber in allgemeiner Weise einen Gleichrichter mit x Eingangspolen zur Aufnahme von x-1 Teiler- Wechselspannungen.

Für die nachfolgenden Ausführungen ist insbesondere der in Fig.3c gezeigte Dreiphasengleichrichter Gi, 2 von Bedeutung. Ein Dreiphasengleichrichter, auch Drehstromgleichrichter oder B6 Brücke genannt, dient bekanntermaßen der Wandlung von Dreiphasenwechselstrom in Gleichstrom. Typische Dreiphasengleichrichter nehmen drei phasenverschobene Wechselspannungen als Eingangsspannungen auf, wofür in der in Fig.3c gezeigten Ausführungsform die Eingangspole GIA, GIB, GIC vorgesehen sind. Es sei angemerkt, dass die Eingangspole GIA, GIB, GIC selbst nur ein elektrisches Potential führen, und dass sich die vom Gleichrichter Gi gewandelten Spannungen uzi, uz2, uzs in diesem Fall bekanntermaßen aus den Differenzen zwischen diesen Potentialen ergeben. Im Rahmen der gegenständlichen Erfindung können Dreiphasengleichrichter auf unterschiedliche Weise vorteilhaft eingesetzt werden, worauf an späterer Stelle gesondert eingegangen wird. In den in Fig.3a, Fig.3b, Fig.3c beispielhaft gezeigten Gleichrichtern sind weiters jeweils ein Glättungskondensator C _a und eine Glättungsdrossel L _m zur Glättung der erzeugten Ausgangsspannung UGI vorgesehen. Für die Funktionsweise der jeweiligen Gleichrichter stellen der Glättungskondensator C _a und die Glättungsdrossel L _m allerdings keine zwingende Voraussetzung dar.

Erfindungsgemäß kann ein den bisherigen Ausführungen entsprechender Spannungswandler 100 mit einem Wechselrichter WR verbunden werden, um einen erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler 200 zum Wandeln einer Eingangs- Gleichspannung Ue.Dc in eine Ausgangs-Gleichspannung UDC ZU bilden.

Ein auf diese Weise gebildeter Gleichspannungswandler 200 kann insbesondere dazu herangezogen werden, eine von einer Brennstoffzelle oder von einem anderem Spannungserzeuger SE erzeugte Eingangs-Gleichspannung U _e ,Dc auf eine vorgegebene Spannungshöhe zu wandeln. Die eingangs erwähnte, wichtige Aufgabe der Spannungsanpassung bei der Netz-Einspeisung von Brennstoffzellen kann folglich mit dem gezeigten Gleichspannungswandler 200 gelöst werden.

Da es sich auch bei Wechselrichtern WR um aus der Leistungselektronik hinlänglich bekannte Komponenten handelt, sei anhand des in Fig.4 gezeigten Einphasen- Wechselrichters WR nur kurz auf das Grundprinzip eines Wechselrichters WR eingegangen.

Bekanntermaßen sind in einem Wechselrichter WR Schalter Si, S2 vorgesehenen, üblicherweise Halbleiterschalter wie Bipolartransistoren, IGBTs („Insulated-Gate-Bipolar- Transistoren“) oder Feldeffekttransistoren (MOSFETs, JFETs, IGFETs), die fortlaufend geöffnet und geschlossen werden. Zur Ansteuerung der Halbleiterschalter können bekannte Methoden wie die Pulsweitenmodulation PWM oder die Pulsfrequenzmodulation PFM oder eine andere Modulationsmethode herangezogen werden, um abschnittsweise eine an den Wechselrichter WR angelegte Gleichspannung an den Ausgang des Wechselrichters WR durchzuschalten. Im in Fig.4 dargestellten Einphasen-Wechselrichter WR liegt zwischen den Wechselrichter-Eingangspolen WA und WB eine Eingangsgleichspannung U _e ,Dc an, welche durch wechselweises Öffnen und Schließen der Schalter S1 und S2 abwechselnd an die Ausgangspole Wc und WD durchgeschaltet wird oder nicht.

Von Wechselrichtern existieren verschiedenste Umsetzungsformen, wie Mehrphasen- Wechselrichter oder Mulit-Level-Wechselrichter oder Strangwechselrichter oder Modulwechselrichter oder Zentralwechselrichter oder andere Wechselrichter. Wie erwähnt kann ein Wechselrichter WR, dessen konkrete Ausgestaltung dabei nicht wesentlich ist, in vorteilhafter Weise mit einem Spannungswandler 100 kombiniert und damit zum Aufbau eines Gleichspannungswandlers 200 zum Wandeln einer Eingangs-Gleichspannung U _e ,Dc in eine Ausgangs-Gleichspannung UDC herangezogen werden. Diese Vorgehensweise wird nachfolgend im Detail betrachtet.

Der in Fig.5 dargestellte Gleichspannungswandler 200 umfasst als Sub-Spannungswandler einen Spannungswandler 100 und einen Wechselrichter WR, wobei der Wechselrichter WR neben der in Fig.5 dargestellten Ausgestaltung in sämtlichen der oben genannten und anderen Umsetzungsformen ausgeführt sein kann. Auch für den Spannungswandler 100 können sämtliche der bisher dargestellten Ausführungsformen eingesetzt werden. Im Gleichspannungswandler 200 wird mithilfe des Wechselrichters WR zunächst eine am Eingang des Wechselrichters WR angelegte Eingangs-Gleichspannung U _e ,oc in zumindest eine Eingangsspannung u _e in Form einer Wechselspannung gewandelt. Diese zumindest eine Eingangsspannung u _e wird in weiterer Folge durch den Spannungswandler 100 zur Ausgangs-Gleichspannung UDC gewandelt.

Konkret ist der Wechselrichter WR des in Fig.5 dargestellten Gleichspannungswandlers 200 in Form eines Dreiphasen-Wechselrichters ausgeführt. Der Wechselrichter WR weist die Wechselrichter-Eingangspole WA und WB, sowie die Wechselrichter-Ausgangspole Wc, WD und Ws auf. Wie Fig.5 entnommen werden kann, liegt an den Wechselrichter-Eingangspolen WA, WB die Eingangs-Gleichspannung U _e ,Dc an. Die Wechselrichter-Eingangspole WA und WB stellen damit den Eingang des Gleichspannungswandlers 200 dar. Zwischen den Wechselrichter-Ausgangspolen Wc, WD und WE fallen die vom Wechselrichter WR erzeugten Eingangsspannungen U _e i, U _e 2, U _e 3 ab.

Mittels des Dreiphasen-Wechselrichters WR wird die Eingangs-Gleichspannung U _e ,Dc in drei Eingangsspannungen U _e i, U _e 2, U _e 3 in Form einer Wechselspannung gewandelt, welche im in Fig.5 gezeigten Fall von drei Spannungsteilereinheiten Ti , T2, T3 aufgenommen werden. Auch die Spannungsteilereinheiten Ti, T2, T3 können neben der gezeigten Ausführung in sämtlichen der anhand der Figuren 2a-c beschriebenen Ausgestaltungen umgesetzt werden. Bei den Spannungsteilereinheiten Ti , T2, T3 handelt es sich insbesondere um voneinander separate, das heißt voneinander räumlich getrennte und/oder elektromagnetisch entkoppelte Spannungsteilereinheiten Ti, T2, T3.

Entsprechend den Ausführungen zu Fig.2a-c weist jede der Spannungsteilereinheiten Ti , T2, T3 einen ersten Teiler-Eingangspol TIA, T2A, T3A, einen zweiten Teiler-Eingangspol TIB, T2B, T3B, einen ersten Teiler-Ausgangspol Tic, T2C, T ₃ c, einen zweiten Teiler-Ausgangspol T , T2D, T3D, einen dritten Teiler-Ausgangspol TIE, T2E, TSE und einen vierten Teiler-Ausgangspol TIF, T2F, TSF auf, wobei die jeweils ersten Teiler-Eingangspole TIA, T2A, TSA jeweils mit einem der Wechselrichter-Ausgangspole Wc, WD und WE verbunden sind. Jede der Spannungsteilereinheiten Ti, T2, T3 wandelt so je eine der Eingangsspannungen u _ei , u _e 2, u _e 3 in jeweils zwei Teiler- Wechselspannung uzi, uz2, was letztlich zu sechs Teiler- Wechselspannung uzi, uz2, uz3, uz4, uz5, uze führt.

Um in weiterer Folge eine effiziente, schwingungsarme und bauteilschonende Gleichrichtung der vom Wechselrichter WR erzeugten Teiler- Wechselspannung uzi, uz2, uz3, uz4, uzs, uze in geeignete Gleichrichter-Ausgangsspannungen UGI , UG2 ZU ermöglichen, ist im Rahmen der in Fig.5 gezeigten Ausgestaltung vorgesehen, die Spannungsteilereinheiten Ti , T2, T3 sekundärseitig, also auf der Seite der Gleichrichter G1, G2, untereinander zu verschalten. In der in Fig.5 gezeigten Ausführungsform wird dazu auf eine Dreieckschaltung zurückgegriffen.

Zur Umsetzung einer Dreieckschaltung auf der Sekundärseite der Spannungsteilereinheiten Ti, T2, T3 ist der erste Teiler-Ausgangspol Tic der ersten Spannungsteilereinheit Ti elektrisch leitend mit dem zweiten Teiler-Ausgangspol T3D der dritten Spannungsteilereinheit T3 verbunden, der zweite Teiler-Ausgangspol T der ersten Spannungsteilereinheit Ti elektrisch leitend mit dem ersten Teiler-Ausgangspol Tzc der zweiten Spannungsteilereinheit T2 verbunden, der dritte Teiler-Ausgangspol TIE der ersten Spannungsteilereinheit Ti elektrisch leitend mit dem vierten Teiler-Ausgangspol TSE der zweiten Spannungsteilereinheit T2 verbunden, der vierte Teiler-Ausgangspol TIF der ersten Spannungsteilereinheit Ti elektrisch leitend mit dem dritten Teiler-Ausgangspol T2E der zweiten Spannungsteilereinheit T2 verbunden, der zweite Teiler-Ausgangspol T2D der zweiten Spannungsteilereinheit T2 elektrisch leitend mit dem ersten Teiler-Ausgangspol T ₃ c der dritten Spannungsteilereinheit T3 verbunden, und der vierte Teiler-Ausgangspol T2F der zweiten Spannungsteilereinheit T2 elektrisch leitend mit dem dritten Teiler-Ausgangspol TSE der dritten Spannungsteilereinheit T3 verbunden, wie in Fig.5 gezeigt.

In einer vorteilhaften Weise können die Spannungsteilereinheiten Ti, T2, T3 auch primärseitig in Sternschaltung oder in Dreieckschaltung verschaltet sein, in der in Fig.5 gezeigten Ausführung wird hier auf eine Sternschaltung zurückgegriffen. Die Implementierung einer primärseitigen Sternschaltung der Spannungsteilereinheiten Ti, T2, T3 kann hierbei sichergestellt werden, indem die jeweils zweiten Teiler-Eingangspole TB der Spannungsteilereinheiten Ti, T2, T3 elektrisch leitend miteinander verbunden werden.

Ebenso ist denkbar, auf der Primärseite der Spannungsteilereinheiten Ti, T2, T3 eine Dreieckschaltung vorzusehen und auf der Sekundärseite eine Sternschaltung, oder auf beiden Seiten eine Dreieckschaltung vorzusehen, oder auf beiden Seiten eine Sternschaltung vorzusehen.

Im Rahmen der Erfindung wurde in diesem Zusammenhang erkannt, dass die Strombelastung der Spannungsteilereinheiten Ti , T2, T3 am geringsten ausfällt, wenn eine Stern/Dreieck-Schaltung gewählt wird, also die Primärseiten der Spannungsteilereinheiten Ti, T2, T3 in Sternschaltung verschaltet werden und die Sekundärseiten der Spannungsteilereinheiten Ti, T2, T3 in Dreieckschaltung verschaltet werden. Aufgrund der geringeren Strombelastung kann in diesem Fall die Baugröße der Spannungsteilereinheiten Ti, T2, T3 reduziert werden, was es in vielen Anwendungsfällen erlaubt, Bauraum und Kosten zu senken.

Es sei angemerkt, dass auch andere Verschaltungsvarianten der Spannungsteilereinheiten Ti , T2, T3 denkbar sind, und dass die Spannungsteilereinheiten Ti , T2, Ts nicht zwingend miteinander verbunden sein müssen. Beispielsweise kann eine Spannungsteilereinheit Ti, T2, Ts auch direkt einem Gleichrichter G1, G2 zugeordnet sein kann.

Die Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2, uz3, uz4, uzs, uze werden in weiterer Folge gemäß den vorstehenden Ausführungen von zwei Gleichrichtern G1, G2 zu Gleichrichter- Ausgangsspannungen UGI , UG2 gewandelt, welche gemäß den vorstehenden Ausführungen zur Ausgangs-Gleichspannung UDC summiert werden. Die in Fig.5 gezeigten Gleichrichter G1, G2 sind dabei jeweils in Form eines Dreiphasengleichrichters ausgeführt. Um den in Fig.5 gezeigten Gleichrichtern G1, G2 die Teiler- Wechselspannungen uzi, uz2, uzs, uz4, uzs, uze zuzuführen, sind je Gleichrichter G1, G2 drei Gleichrichter-Eingangspole GIA, GIB, Gic bzw. G2A, G2B, G2C vorgesehen. Die Gleichrichter-Eingangspole GIA, GIB, GIG des ersten Gleichrichters G1 sind in der in Fig.5 gezeigten Ausgestaltung der Reihe nach mit dem jeweils ersten Teiler-Ausgangspol der Spannungsteilereinheiten Ti, T2, T3 verbunden, und die Gleichrichter-Eingangspole G2A, G2B, G2C des zweiten Gleichrichters G2 sind in der in Fig.5 gezeigten Ausgestaltung der Reihe nach mit dem jeweils dritten Teiler-Ausgangspol der Spannungsteilereinheiten Ti , T2, T3 verbunden.

Im in Fig.5 gezeigten Fall ist in den Gleichrichtern G1, Gz in einer vorteilhaften Weise überdies je eine Klemmschaltung Mi, M2 vorgesehen. Wie erwähnt, können auch sämtlich der in den Figuren 3a-3c gezeigten Gleichrichter zur Umsetzung eines Gleichspannungswandlers 200 eingesetzt werden, sodass die Klemmschaltungen Mi, M2 keinen zwingenden Bestandteil der eingesetzten Gleichrichter und damit des Gleichspannungswandlers 200 insgesamt darstellen. Wie nachfolgend ausgeführt, kann anhand der Klemmschaltungen Mi, M2 insbesondere eine Reduktion der Schwingneigung von sich im Gleichspannungswandler 200 ausbildenden Resonanzkreisen erreicht werden (die von den Gleichrichtern G1 , G2 erzeugten Gleichrichter-Ausgangsspannungen UGI , UG2 werden „geklemmt“).

Die Klemmschaltungen Mi, M2 sind in der gezeigten Ausführungsvariante durch eine Serienschaltung einer Klemmdiode DM und eines Klemmkondensators CM, welche parallel zu den Zweigen der jeweiligen Gleichrichter G1, G2 geschaltet ist, und eine Parallelschaltung einer Ausgangsdrossel l_M und eines Klemmwiderstandes RM aufgebaut. Einerseits wird durch die Ausgangsdrossel LM die letztlich vom Gleichspannungswandler 200 erzeugte Ausgangs-Gleichspannung UDC geglättet und damit deren Restwelligkeit gedämpft. Um nun andererseits Resonanzkreisen entgegenzuwirken, die sich zwischen Ausgangsdrossel LM und insbesondere parasitären Kapazitäten, wie durch die Dioden in den Gleichrichter Gi, G2 eingebrachte parasitäre Kapazitäten, und damit einhergehenden Schwingungen entgegenzuwirken, sind die Klemmdiode DM und der Klemmkondensator CM vorgesehen. Sobald sich eine Schwingung zwischen der Ausgangsdrossel LM und einer der genannten parasitären Kapazitäten beginnt auszubilden, wird jeweils bei einer positiven über der Klemmdiode DM abfallenden Spannung (Wellenberg) der Klemmkondensator CM geladen. Bei einer negativen über der Klemmdiode DM abfallenden Spannung (Wellental) wird der Klemmkondensator CM wiederum über den Klemmwiderstand R _m entladen, was die Ausbildung von Schwingungen zwischen Ausgangsdrossel LM und parasitären Kapazitäten unterbindet.

In einer besonders vorteilhaften Weise können die Komponenten der Klemmschaltungen Mi, M2 auf die restlichen im Gleichspannungswandlers 200 verbauten Komponenten abgestimmt werden, um eine möglichst gute Klemmung der Gleichrichter-Ausgangsspannungen UGI , UG2 an eine vorgegebene Soll-Gleichrichter-Ausgangsspannung, sowie eine möglichst gute Unterdrückung von Schwingungen in den Gleichrichter-Ausgangsspannungen UGI , UG2 ZU erreichen. Hierbei zeigt sich, dass insbesondere eine Kombination aus einer Sternschaltung der Primärseiten der Spannungsteilereinheiten T, einer Dreieckschaltung der Sekundärseiten der Spannungsteilereinheiten T und darauf abgestimmter Klemmschaltungen Mi, M2 vorteilhaft ist. In diesem Fall kann einerseits eine weitgehende Reduktion von Schwingungen in den Gleichrichter-Ausgangsspannungen UGI , UG2, andererseits eine im Vergleich zu anderen Ausführungen besonders geringe Strombelastung erzielt werden.

Die in Fig.5 gezeigte Verschaltung der Gleichrichter G1, G2 entspricht einer Reihenschaltung, sodass die erzeugten Gleichrichter-Ausgangsspannungen UGI , UG2 ZU einer gesamten Ausgangs-Gleichspannung UDC summiert werden und die erfindungsgemäße Spannungsaufteilung ermöglicht wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des in Fig.5 gezeigten Gleichspannungswandlers sind die von den jeweiligen Gleichrichtern G1, G2 erzeugten Gleichrichter-Ausgangsspannung UGI , UG2 gleich hoch, wodurch es am Ausgang des Spannungswandlers 100 und damit am Ausgang des Gleichspannungswandlers 200 zu einer Spannungsverdopplung kommt.

Es ist anzumerken, dass die in Fig.5 gezeigte Ausgestaltung einem Mehrphasen- Spannungswandler entspricht und insbesondere deshalb eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der gegenständlichen Erfindung darstellt. Durch die Ausführung als Mehrphasen-Spannungswandler werden die Vorteile der erfindungsgemäßen Aufteilung einer hohen Ausgangsspannung auf mehrere, kleinere, interne Spannungen mit den genannten Vorteilen von Mehrphasen-Spannungswandlern (Aufteilung der zu übertragenden Ströme auf mehrere Phasen, geringere Strombelastung der in den jeweiligen Phasen verbauten Bauteilen, ...) kombiniert. Bei der Erzeugung besonders hoher Ausgangsspannungen wird im Rahmen dieser Ausgestaltung ein im Vergleich zu anderen Ansätzen besonders schonender Betreib für die eingesetzten Komponenten bzw. Bauteile (insbesondere der Dioden Du, D12, D13, D14, D15, Die) möglich. Die eingesetzten Komponenten bzw. Bauteile werden dadurch vor Überspannungen und somit vor physischer Beschädigung oder Zerstörung geschützt.

Zu Ansteuerung der im Wechselrichter WR vorgesehenen Schalter Si , S2, S3, S4, S5, Se kann im Gleichspannungswandler 200 eine Steuereinheit (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die die bereits genannten Modulationsverfahren wie PWM, PFM usw. umsetzt. Eine derartige Steuereinheit kann in einer auf dem Gebiet der Leistungselektronik hinlänglich bekannten Weise Zündimpulse bzw. Ansteuersignale ermitteln, und diese den Schaltern Si, S2, S3, S4, S5, Se zu deren Ansteuerung zuführen. Eine Steuereinheit kann aber auch separat von einem Gleichspannungswandler 200 ausgeführt sein, und lediglich mit den Schaltern Si, S2, S3, S4, S5, Se verkabelt sein, um diese anzusteuern. Mögliche Realisierungen einer derartigen Steuereinheit sind hierbei unter anderem durch mikroprozessorbasierte Hardware gegeben, wie beispielsweise Mikrocontroller und integrierte Schaltungen (ASIC, FPGA).

Bei der Ansteuerung von Mehrphasen-Spannungswandlern, wie dem in Fig.5 gezeigten, wird typischerweise darauf geachtet, dass sich in den jeweiligen Phasen zeitversetzte (auch als „phasenversetzt“ bezeichnete) Phasenströme und damit einhergehend zeitversetzte Phasenspannungen einstellen. Durch eine Überlagerung mehrerer phasenverschobener Teil-Ausgangsspannungen (konkret die von den Gleichrichtern G1, G2 erzeugten Gleichrichter-Ausgangsspannungen UGI , UG2) können Ripple in der resultierenden Ausgangsspannung, aber auch Ripple im resultierenden Ausgangs-Strom signifikant verringert werden. In vielen Fällen können so im Vergleich zu herkömmlichen Spannungswandlern kostengünstigere und hinsichtlich ihrer Baugröße kleinere Ausgangsfilter zur Unterdrückung der noch verbleibenden Rest-Ripple eingesetzt werden.

Wie erwähnt ist ein wesentlicher Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers 200 die Anpassung von Spannungen, die insbesondere von Brennstoffzellen oder Photovoltaikanlagen oder anderen Spannungserzeugern erzeugt werden, auf vorgegebene Spannungsniveaus, sodass mittels eines Netz-Wechselrichter N - WR eine Netzeinspeisung der erzeugten Spannung vorgenommen werden kann. Es sei angemerkt, dass auch auf andere Weise ausgeführte elektrische Energiespeicher als Spannungserzeuger eingesetzt werden können (z.B. Heimspeicher-Batterien, Intralogistik- Batterien, Staplerbatterien, etc.). Wie eine Anordnung, in der ein erfindungsgemäßer Gleichspannungswandlers 200 zur Erfüllung dieser Aufgabe eingesetzt ist, ausgestaltet sein kann, ist abschließend anhand Fig.6 gezeigt.

Fig. 6 zeigt zu diesem Zweck eine Anordnung 300 aus einem erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler 200, einem Spannungserzeuger SE und einem Netz- Wechselrichter N-WR. Beim Spannungserzeuger SE kann es sich wie erwähnt insbesondere um eine Brennstoffzelle oder Photovoltaikanlagen handeln. Entscheidend ist, dass der Spannungserzeuger SE ausgestaltet ist, eine Eingangs-Gleichspannung U _e ,Dc zu erzeugen und diese dem Gleichspannungswandler 200 zum Wandeln in eine Ausgangs- Gleichspannung UDC zuzuführen. Gemäß den vorhergehenden Ausführungen ist der Gleichspannungswandler 200 ausgestaltet, die Eingangs-Gleichspannung U _e ,Dc in die Ausgangs-Gleichspannung UDC ZU wandeln und diese weiters dem Netz-Wechselrichter N- WR zum Einspeisen in ein Energieübertragungsnetz 301 zuzuführen.

Der Ausgang des Netz-Wechselrichters N-WR kann mit einem Energieübertragungsnetz 301 verbunden sein, wie einem öffentlichen oder privaten Wechselspannungsnetz oder einem Mehr-Phasennetz, um in dieses eine Netz-Einspeisewechselspannung einzuspeisen, und/oder aber auch mit zumindest einem elektrischen Verbraucher 302, welcher eine Last darstellt. Beispielsweise wird ein Verbraucher 302 durch einen Motor, Kühlschrank, Funkgerät usw. gebildet. Ebenso kann der Verbraucher 302 auch eine Hausversorgung darstellen. Bevorzugt dient ein Netz-Wechselrichter N-WR als sogenannter netzgekoppelter Wechselrichter, dessen Energiemanagement daraufhin optimiert ist, möglichst viel Energie in das Energieübertragungsnetz 301 einzuspeisen.

Um in einer wie in Fig.6 beispielhaft gezeigten Anordnung 300 eine Abweichung der vom Gleichspannungswandler 200 ausgegebenen Ausgangs-Gleichspannung UDC von der vorgegebenen Spannungshöhe zu verringern und die Ausgangs-Gleichspannung UDC damit an die vorgegebene Spannungshöhe anzugleichen, kann im Betrieb der Anordnung 300 insbesondere die Ansteuerung des zumindest einen im Wechselrichter WR vorgesehenen Halbleiterschalters im Betrieb angepasst / verändert werden.

Zu diesem Zweck können unter anderem verschiedene aus der Regelungstechnik bekannte Konzepte (z.B. Sliding-Mode-Control, Model-Predictive-Control, flachheitsbasierte Regelstrategien, klassische Konzepte wie PI-Regelung, usw.) eingesetzt werden. Konkret kann dabei mittels eines Vergleichs, insbesondere einer Differenzbildung, der Ausgangs- Gleichspannung UDC als Istwert und der vorgegebenen Spannungshöhe als Sollwert ein Regelfehler ermittelt werden, und anhand des Regelfehlers entsprechend der eingesetzten Regelstrategie die Ansteuerung des Wechselrichters angepasst werden.

Beispielsweise kann die Dauer der im Rahmen einer Pulsweitenmodulation PWM vorgegebenen Ansteuerpulse vergrößert werden, wenn die Ausgangs-Gleichspannung UDC zu klein ist, oder die Dauer der im Rahmen einer Pulsweitenmodulation PWM vorgegebenen Ansteuerpulse kann verkleinert werden, wenn die Ausgangs-Gleichspannung UDC ZU groß ist. Ein derartige Regelstrategie / ein derartiger Regler kann in einer besonders vorteilhaften Weise in der zuvor genannten Steuereinheit im Gleichspannungswandler 200 implementiert werden.