DE102010062867A1 - Bordnetz für ein Fahrzeug mit wenigstens einem Antriebsaggregat - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Fahrzeug mit wenigstens einem Antriebsaggregat (1), umfassend wenigstens ein Niederspannungs-Bordteilnetz (10) mit einem Niederspannungs-Energiespeicher (11), wobei das Niederspannungs-Bordteilnetz (10) an wenigstens einen elektrischen Verbraucher (12) angeschlossen ist, und wenigstens ein Hochspannungs-Bordteilnetz (20) mit einem Hochspannungs-Energiespeicher (21), wobei das Hochspannungs-Bordteilnetz (20) an ein elektrisches Antriebsaggregat (1) angeschlossen ist sowie einen DC/DC-Wandler (30), der einen Energiefluss zwischen dem Niederspannungs- und Hochspannungs-Bordteilnetz (10, 20) erzeugt; erfindungsgemäß ist eine mit dem Niederspannungs-Bordteilnetz (10) verbindbare Ladeeinrichtung (40) zur Ladung des Hochspannungs-Energiespeichers (21) aus einem ortsfesten Energieversorgungsnetz (50) vorgesehen, welche ausgebildet ist zur Erzeugung einer der Bordnetzspannung des Niederspannungs-Bordteilnetzes (10) entsprechenden Ladespannung aus der Netzspannung des Energieversorgungsnetzes (50).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Fahrzeug mit wenigstens einem Antriebsaggregat und wenigstens einem Hochspannungs-Bordteilnetz und wenigstens einem Niederspannungs-Bordteilnetz gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Stand der Technik
  • Ein gattungsbildendes Bordnetz für ein Hybrid-Fahrzeug ist bspw. aus der DE 10 2009 000 051 A1 bekannt. Die in solchen Hybrid-Fahrzeugen eingesetzten Traktionsbatterien werden in der Regel nicht mittels eines Ladegerätes aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz geladen. Um zukünftige Anforderungen, nämlich nennenswerte Strecken ohne den Einsatz eines Verbrennungsmotors zurücklegen zu können, also bspw. ausschließlich mittels eines elektrischen Antriebs, wird die Hybridtechnik zu sogenannten Plug-In-Hybrid-Fahrzeugen weiterentwickelt, bei denen ein elektrischer Antriebsenergiespeicher, also die Traktionsbatterie nicht mehr ausschließlich durch einen Verbrennungsmotor geladen wird, sondern auch zusätzlich durch andere externe Energiequellen, wie z. Bsp. durch das öffentliche Energieversorgungsnetz, wie bspw. in der DE 10 2008 042 A1 beschrieben ist. Bei solchen Konzepten wird die Batteriekapazität vergrößert, um auch größere Strecken ohne schädliche Emissionen zurücklegen zu können, während der Verbrennungsmotor lediglich für Fernstrecken eingesetzt wird.
  • Um solche Traktionsbatterien mit erweiterter Kapazität aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz laden zu können, ist das Bordnetz eines Plug-In-Hybrid-Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer Ladeeinrichtung versehen, wobei eine solche Ladevorrichtung auf das Spannungsniveau der jeweiligen Traktionsbatterie abgestimmt ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Bordnetz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
  • Ein solches erfindungsgemäßes Bordnetz zeichnet sich dadurch aus, dass der in dem Bordnetz vorhandene DC-DC-Wandler während des Ladevorganges des Hochspannungs-Energiespeichers, also der Traktionsbatterie als Hochsetzsteller der Ladeeinrichtung verwendet werden kann, da die Ladeeinrichtung nicht in das Hochspannungs-Bordteilnetz Energie zur Ladung des Hochspannungs-Energiespeichers liefert, sondern in das Niederspannungs-Bordteilnetz, das bspw. üblicherweise standardmäßig als 12 V-Bordnetz ausgeführt ist. Aus diesem Niederspannungs-Bordteilnetz wird durch den DC/-DC-Wandler die Energie zur Ladung des Hochspannungs-Energiespeichers, also der Traktionsbatterie entnommen. Eine bisher im Stand der Technik erforderliche Anpassung der Ladeeinrichtung an das Spannungsniveau des Hochspannungs-Energiespeichers entfällt, wodurch eine solche Ladeeinrichtung eine Standardausführung darstellt, die dann für alle Fahrzeuge mit solchen in der Regel in allen Fahrzeugen verwendeten Niederspannungs-Bordteilnetzen verwendbar werden.
  • In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bordnetzes ist vorgesehen, dass ein nichtelektrisches Antriebsaggregat für den Antrieb des Fahrzeugs und/oder für den generatorischen Antrieb eines Elektromotors des elektrischen Antriebsaggregats vorgesehen ist. Mit dem nichtelektrischen Antriebsaggregat, bspw. mit einem Verbrennungsmotor kann ein Elektromotor des elektrischen Antriebsaggregats im Generatorbetrieb angetrieben werden, um mit dem damit erzeugten Strom den Hochspannungs-Energiespeicher, also die Traktionsbatterie aufzuladen.
  • Ferner ist es weiterbildungsgemäß von Vorteil, einen Wechselrichter zur Erzeugung einer mehrphasigen Versorgungsspannung eines Elektromotors des Antriebsaggregats zu verwenden, der an das Hochspannungs-Bordteilnetz angeschlossen ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige beigefügte 1 ausführlich beschrieben. Diese 1 zeigt ein Blockschaltbild als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bordnetzes in einem Fahrzeug.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Das in 1 schematisch dargestellte Fahrzeug mit einem ausführungsbeispielgemäßen Bordnetz umfasst einen Antriebsstrang, bestehend aus einem elektrischen Antriebsaggregat 1 mit einem Elektromotor 1a, einem nachfolgenden Getriebe 3, welches über eine Radachse 4 mit Rädern 5 des Fahrzeugs kraftübertragend verbunden ist. Ferner ist ein weiteres Antriebsaggregat 2 mit Verbrennungsmotor vorgesehen, welches mit dem Antriebsstrang verbindbar ist, wodurch das Fahrzeug als Plug-In-Hybrid-Fahrzeug verwendbar wird. Ein solches Fahrzeug kann dann rein elektrisch, nur mittels des Verbrennungsmotors 2 oder mittels beiden Antrieben betrieben werden.
  • Das nichtelektrische Antriebsaggregat 2 kann auch lediglich als Range-Extender eingesetzt werden, falls das Fahrzeug als Elektrofahrzeug rein elektrisch mittels des elektrischen Antriebsaggregats 1 betrieben wird.
  • Das Bordnetz dieses Fahrzeugs gemäß 1 besteht aus einem Niederspannungs-Bordteilnetz 10 und einem Hochspannungs-Bordteilnetz 20. Das Niederspannungs-Bordteilnetz 10 umfasst eine 12 V-Batterie 11 als Niederspannungs-Energiespeicher und versorgt entsprechende elektrische Niederspannungs-Verbraucher, hier also 12 V-Verbraucher 12 des Fahrzeugs. Das Hochspannungs-Bordteilnetz 20 besteht aus einer Traktionsbatterie 21 als Hochspannungs-Energiespeicher, die einen Wechselrichter 22 zur Erzeugung einer mehrphasigen Versorgungspannung für den Elektromotor 1a mit Hochspannung versorgt. Als Hochspannung wird eine DC-Spannung von mehr als 60 V angesehen, bei Verwendung einer Lithium-Ionen-Batterie als Hochspannungs-Energiespeicher beträgt diese Spannung ca. 300 V.
  • Die beiden Bordteilnetze 10 und 20 sind über einen als bidirektionalen DC/DC-Wandler 30 ausgebildeten Energiewandler verbunden, der bidirektional sowohl einen Energiefluss in Richtung des Hochspannungs-Bordteilnetzes 20 als auch in umgekehrter Richtung, also in Richtung des Niederspannungs-Bordteilnetzes 10 erzeugen kann.
  • Schließlich umfasst das Bordnetz des Fahrzeugs gemäß 1 eine Ladeeinrichtung 40, die in dem stationären Betriebszustand des Fahrzeugs an ein stationäres. Energieversorgungsnetz 50, bspw. an das öffentliche Energieversorgungsnetz zur Ladung der Traktionsbatterie 21 angeschlossen werden kann. Hierzu ist an dem Fahrzeug bspw. eine Ladesteckdose vorgesehen, die mit dem Ladekabel einer Tankstelle oder auch mit dem privaten Haushaltsnetz verbunden werden kann.
  • Der DC/DC-Wandler 30 dient nicht nur dazu, das Niederspannungs-Bordteilnetz 10 mit Energie aus dem Hochspannungs-Bordteilnetz 20 zu versorgen, indem die Hochspannung des Hochspannungs-Bordteilnetzes 20 auf das 12 V-Niveau umgesetzt wird, sondern auch dazu, die Traktionsbatterie 21 zu laden, wenn die Ladeeinrichtung 40 mit dem stationären Energieversorgungsnetz 50 verbunden ist. Dabei wandelt die Ladeeinrichtung 40 die Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes 50 in eine 12 V-Gleichspannung und liefert diese an das Niederspannungs-Bordteilnetz 10. Gleichzeitig entnimmt der DC/DC-Wandler 30 diese von der Ladeeinrichtung 40 in das Niederspannungs-Bordteil-netz 10 eingespeiste Energie zum Laden der Traktionsbatterie 21. Damit arbeitet dieser DC/DC-Wandler 30 während des Ladevorganges als Hochsetzsteller der Ladeeinrichtung 40. Die Ladeleistung der Ladeeinrichtung 40 wird an die Leistungsfähigkeit des DC/DC-Wandlers 30 und an den Bedarf des Fahrzeugs angepasst.
  • Dieser DC/DC-Wandler 30 sorgt nicht nur während des Ladevorganges der Traktionsbatterie 21 für einen Energiefluss aus dem Niederspannungs-Bordteilnetz 10 in Richtung des Hochspannungs-Bordteilnetzes 20, sondern auch dann, wenn bspw. die Traktionsbatterie so stark entladen ist, dass kein Starten des Verbrennungsmotors 2 möglich ist und auch keine Tankstelle zum Laden der Traktionsbatterie 21 über ein öffentliches Energieversorgungsnetz 50 bereitsteht. So kann in diesem Fall der Verbrennungsmotor 2 aus der 12 V-Batterie 11 oder über eine Fremdstarthilfe eines Pannendienstes gestartet werden. Anschließend kann über einen Generatorbetrieb des Elektromotors 1a die Traktionsbatterie 21 aufgeladen werden.
  • Schließlich übernimmt ein Batteriemanagement-Steuergerät 60 die Steuerung der Ladeeinrichtung 40, des DC/DC-Wandlers 30, des Wechselrichters 22 sowie ggf. auch der Traktionsbatterie 21 und weiteren nicht dargestellten Komponenten über Daten- und Steuerleitungen.
  • Da die Ladeeinrichtung 40 als 220 V/AC-12 V/DC-Ladegerät ausgebildet ist, kann es aufgrund dieser gängigen Spannungsniveaus als Standardausführung einfach und kostengünstig gebaut werden, da es dann für beliebige Fahrzeuge verwendbar wird. Eine solche standardisierte Ladeeinrichtung mit 12 V-Ausgang ist dann für alle Traktionsnetzspannungen bzw. Hochspannungs-Bordteilnetzspannungen geeignet. Die im Stand der Technik erforderliche Anpassung der Ladeeinrichtung entfällt, da in Bordnetzen von Hybrid-Fahrzeugen oder Plug-In-Fahrzeugen oder Elektrofahrzeugen mit Range-Extender bereits angepassten DC/DC-Wandler vorhanden sind.
  • In dem erläuterten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die Ladeeinrichtung 40 Bestandteil des Bordnetzes. Jedoch ist es auch möglich, diese Ladeeinrichtung mobil auszuführen, so dass sie zur Ladung der Traktionsbatterie lediglich an den Niederspannungs-Energiespeicher 11, also die 12 V-Batterie oder den DC/DC-Wandler anzuschließen ist. Darüber hinaus kann die Ladeeinrichtung 40 auch Bestandteil einer Ladestation sein, mit der Elektrofahrzeuge aufgetankt werden können.
  • Das Ausführungsbeispiel beschreibt ein Niederspannungs-Bordteilnetz mit 12 V. Die Erfindung ist natürlich auch für ist andere Gleichstrom-Kleinspannungswerte bis zu den Grenzen der Gleichstrom-Kleinspannung geeignet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009000051 A1 [0002]
    • DE 102008042 A1 [0002]

Claims (4)

  1. Bordnetz für ein Fahrzeug mit wenigstens einem Antriebsaggregat (1), umfassend. wenigstens ein Niederspannungs-Bordteilnetz (10) mit einem Niederspannungs-Energiespeicher (11), wobei das Niederspannungs-Bordteilnetz (10) an wenigstens einen elektrischen Verbraucher (12) angeschlossen ist und wenigstens ein Hochspannungs-Bordteilnetz (20) mit einem Hochspannungs-Energiespeicher (21), wobei das Hochspannungs-Bordteilnetz (20) an ein elektrisches Antriebsaggregat (1) angeschlossen ist sowie einen DC/DC-Wandler (30), der einen Energiefluss zwischen dem Niederspannungs- und Hochspannungs-Bordteilnetz (10, 20) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Niederspannungs-Bordteilnetz (10) verbindbare Ladeeinrichtung (40) zur Ladung des Hochspannungs-Energiespeichers (21) aus einem ortsfesten Energieversorgungsnetz (50) ausgebildet ist zur Erzeugung einer der Bordnetzspannung des Niederspannungs-Bordteilnetzes (10) entsprechenden Ladespannung aus der Netzspannung des Energieversorgungsnetzes (50).
  2. Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein nichtelektrisches Antriebsaggregat (2) für den Antrieb des Fahrzeugs und/oder für den generatorischen Antrieb eines Elektromotors (1a) des elektrischen Antriebsaggregats (1) vorgesehen ist.
  3. Bordnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein an das Hochspannungs-Bordteilnetz (20) angeschlossener Wechselrichter (22) vorgesehen ist, dem das elektrische Antriebsaggregat (1) nachgeschaltet ist.
  4. Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederspannungs-Bordteilnetz (10) als 12 V-Spannungsnetz ausgeführt ist oder als Spannungsnetz mit einem Gleichstrom-Kleinspannungswert bis zu den Grenzen der Gleichstrom-Kleinspannung.
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