DE102014011795A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Vorladung eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Schaltungsanordnung und Verfahren zur Vorladung eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in einem Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug mit einer Hochvolt-Batterie (12) zur Bereitstellung von Energie, welche einen Batterie-Stack (14) und eine Koppelvorrichtung (16) aufweist sowie einen Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (20), welcher über die Koppelvorrichtung (16) mit dem Batterie-Stack (14) koppelbar ist. Üblicherweise erfolgt vor dem Koppeln der Hochvolt-Batterie (12) mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (20) eine Vorladung des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises (20) über einen Ladewiderstand, welcher einen Teil der übertragenen Energie in Wärme umsetzt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Verlustenergie zu reduzieren und eine robustere Vorladung zu ermöglichen. Dazu wird mit Hilfe eines DC/DC-Wandlers (22) Energie aus der Bordnetzbatterie (34) in den Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (20) übertragen, bevor eine Verbindung der Hochvolt-Batterie mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (20) hergestellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Hochvolt-Batterie zur Bereitstellung von Energie, welche einen Batterie-Stack und eine Koppelvorrichtung aufweist, des Weiteren einen Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis, welcher über die Koppelvorrichtung mit dem Batterie-Stack koppelbar ist. Bei der Hochvolt-Batterie kann es sich beispielsweise um den Energiespeicher für den elektrischen Antrieb handeln. Bei dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis kann es sich um einen Teil des Antriebsstromrichters handeln. Die Koppelvorrichtung kann durch ein Schütz realisiert sein, wobei in der Praxis aus Sicherheitsgründen in beiden Batteriehauptleitungen ein Schütz eingesetzt wird, um im entkoppelten Zustand eine vollständige galvanische Trennung der Batterie zu erzielen. Der Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis umfasst typischerweise mehrere Hochvolt-Kondensatoren in Parallelschaltung.
  • Durch die nicht unerhebliche Gesamtkapazität des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises, welcher im Bereich von Millifarad liegen kann, tritt beim direkten Koppeln der Hochvolt-Batterie ein sehr hoher Strom auf, der zu Beginn des Koppelvorgangs einem Kurzschlussstrom entspricht. Dieser Strom stellt eine hohe Belastung für alle zu diesem Zeitpunkt sich in dem aktiven Stromkreis befindlichen Komponenten dar. Insbesondere können die Betriebsgrenzen der Komponenten überschritten sein. Zur Reduktion des Stroms beim Koppelvorgang kann daher der Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis vorgeladen werden, bevor der Koppelvorgang eingeleitet wird.
  • Aus dem Stand der Technik ist eine Schaltungsanordnung bekannt, wobei der Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis aus der Hochvolt-Batterie vorgeladen wird. Dabei sind zwischen die Batterie und den Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis ein Hochvolt-Relais und ein Widerstand in Reihe geschaltet, welcher den Ladestrom in die Zwischenkreiskapazität begrenzt. Mit Hilfe einer Ablaufsteuerung wird dann zunächst vor dem Koppeln der Hochvolt-Batterie über das Hauptschütz das Hochvolt-Relais für eine bestimmte Zeit geschlossen, um eine Vorladung über den Widerstand zu bewirken. Aus Sicherheitsgründen ist auch hier das Hochvolt-Relais in einer zweipoligen Ausführung einzusetzen, wenn zum Vorladen nicht das in dem anderen Zuleitungszweig angeordnete Hauptschütz benutzt wird. Nach der erfolgten Vorladung des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises können die noch offenen Hauptschütze geschlossen werden, welche eine direkte niederohmige Verbindung zwischen der Hochvolt-Batterie und dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis bereitstellen. Nach dem Schließen eines zu einem Vorladekreis parallelen Hauptschützes kann das in diesem Vorladekreis angeordnete Hochvolt-Relais, welches den Widerstand in den Ladekreis eingeschleift hat, geöffnet werden.
  • Dabei ist die entstehende Verlustenergie vor allem ein Kriterium für die Dimensionierung der Vorladewiderstände. Wenn mehrere Batteriekoppelvorgänge im kurzen zeitlichen Abstand hintereinander stattfinden, besteht die Gefahr einer Überhitzung der Ladewiderstände. Zur Vermeidung einer Schädigung kann es daher notwendig werden, erst nach Ablauf einer Wartezeit einen erneuten Koppelvorgang zuzulassen.
  • Es besteht daher der Wunsch nach einer robusteren Vorladeschaltung, welche insbesondere unabhängig von der Größe der Zwischenkreiskapazität oder der Anzahl der nacheinander auftretenden Startvorgänge ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, welche robuster im Hinblick auf die Überhitzung der Vorladeschaltung ist.
  • Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 sowie einem Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
  • Die Erfindung geht von einer eingangs beschriebenen Schaltungsanordnung mit einer Hochvolt-Batterie und einem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis für ein Kraftfahrzeug aus. Dabei weist die Hochvolt-Batterie einen Batterie-Stack und eine Koppelvorrichtung auf. Der Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis ist über diese Koppelvorrichtung mit dem Batterie-Stack koppelbar. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Bordnetzbatterie zur Bereitstellung einer Energiegrundversorgung des Kraftfahrzeugs und einen DC/DC-Wandler zur elektrischen Kopplung der Bordnetzbatterie mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis, wobei der DC/DC-Wandler dazu ausgelegt ist, den Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis vor einem Koppeln mit dem Batterie-Stack über die Koppelvorrichtung mittels Energieübertragung aus der Bordnetzbatterie vorzuladen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, die Vorladung des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises unter Vorgabe einer Strombegrenzung und/oder einer Leistungsbegrenzung zu bewirken. Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass die Vorladung nicht mehr unter Einbeziehung der Hochvolt-Batterie in den Stromkreis erfolgt. Dadurch können die Hochvolt-Relais, welche ebenso wie die Hauptschütze entsprechenden Sicherheitsanforderungen genügen müssen, entfallen. Somit lässt sich bei Fremdvorladung des Gleichspannungs-Zwischenkreises die Komplexität des Hochvolt-Batteriesystems reduzieren.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der DC/DC-Wandler dazu ausgelegt, eine Spannungsdifferenz zwischen dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis und dem Batterie-Stack so weit zu verringern, dass bei dem Koppeln des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises mit dem Batterie-Stack über die Koppelvorrichtung keine unzulässig hohen Ströme fließen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sowohl die Koppelvorrichtung in Form eines Hauptschützes beziehungsweise die Batteriezellen und auch die Kondensatorzellen nicht über ihre technischen Betriebsgrenzen hinaus beansprucht werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der DC/DC-Wandler dazu ausgelegt, eine Spannungsdifferenz zwischen dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis und dem Batterie-Stack so weit zu verringern, dass bei dem Koppeln des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises mit dem Batterie-Stack über die Koppelvorrichtung keine Funkenbildung an der Koppelvorrichtung auftritt. Damit lässt sich ein Verschleiß an den Kontakten der Koppelvorrichtung verringern.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem DC/DC-Wandler um einen Bordnetzwandler, welcher zur Ladung der Bordnetzbatterie aus dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis ausgelegt ist, wobei der Bordnetz-Wandler für bidirektionale Energieübertragung ausgelegt ist. Somit entfällt die Notwendigkeit eines separaten Gerätes, wobei der Bordnetzwandler ertüchtigt ist, um im Boost-Modus die Zwischenkreiskapazität ausgehend vom vollkommen entladenen Zustand auf eine bestimmte Spannung aufzuladen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Hochvolt-Batterie ein Batterie-Management-System, und der DC/DC-Wandler weist eine Steuervorrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, Daten mit dem Batterie-Management-System auszutauschen. Dadurch kann für den DC/DC-Wandler ein Spannungssollwert bereitgestellt werden, welcher von dem Batteriemanagementsystem beispielsweise anhand der Einzelzellenspannungen ermittelt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der DC/DC-Wandler eine Spannungsmessungsvorrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, einen Messwert für eine Spannung an dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis für die Steuervorrichtung bereitzustellen. Im Zusammenspiel mit der Datenverbindung zwischen dem Batteriemanagementsystem und dem DC/DC-Wandler ergibt sich damit der Vorteil, dass die beiden Spannungen verglichen werden können und daraus eine Differenz ermittelbar ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgelegt, in Abhängigkeit der Kapazität des verwendeten Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises eine variable Vorladeleistung einzustellen und/oder eine variable Vorladezeit zu bewirken. Durch diese Einstellbarkeit ist eine bessere Verblockung, das heißt eine gemeinsame Nutzung von gleichen Teilen, innerhalb einer Fahrzeugpalette möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der DC/DC-Wandler als galvanisch getrennter Boost-Converter ausgeführt. Beispielsweise wird dieser aus dem 12-Volt-Bordspannungssystem versorgt und erzeugt an dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis eine Spannung, welche bis auf den maximal zulässigen Wert des Zwischenkreises ansteigen kann.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Vorladen eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in ein Kraftfahrzeug weist die nachfolgend genannten Schritte auf. Durch eine Hochvolt-Batterie, welche einen Batterie-Stack und eine Koppelvorrichtung aufweist, wird Energie bereitgestellt, des Weiteren erfolgt eine Energieversorgung des Kraftfahrzeugs durch eine Bordnetzbatterie. Weiterhin wird ein Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellt, welcher über die Koppelvorrichtung mit dem Batterie-Stack koppelbar ist. Schließlich wird der Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis vor dem Koppeln mit dem Batterie-Stack über die Koppelvorrichtung mittels Energieübertragung aus der Bordnetzbatterie vorgeladen.
  • Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug kann eine der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnungen aufweisen.
  • Im Folgenden ist die Erfindung detailliert anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; und
  • 2 ein Schaltbild mit einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen DC/DC-Wandlers.
  • In 1 ist eine Schaltungsanordnung 10 gezeigt, die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, wie etwa einem Personenkraftwagen, eingebaut sein kann. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung eine Hochvolt-Batterie 12, welche ihrerseits einen Batterie-Stack 14 sowie eine Koppelvorrichtung 16 sowie des Weiteren ein Batterie-Management-System 18 beinhaltet. Ferner umfasst die Schaltungsanordnung 10 einen Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 20 sowie einen DC/DC-Wandler 22, welcher seinerseits einen Leistungsteil 26 sowie eine Steuervorrichtung 28 beinhaltet. Schließlich beinhaltet die Schaltungsanordnung 10 eine Bordnetzbatterie 34, welche beispielsweise durch eine 12-Volt-Batterie realisiert sein kann. Der Batterie-Stack 14 ist dabei verbunden über eine zweipolige Leitung mit der Koppelvorrichtung 16. Die Koppelvorrichtung 16 weist ihrerseits eine zweipolige Verbindung zu dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 20 auf. Eine weitere zweipolige Verbindung ist gegeben zwischen dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 20 und dem Leistungsteil 26 des DC/DC-Wandlers 22. Ein sekundärseitiger Anschluss des DC/DC-Wandlers ist gegeben durch eine zweipolige Verbindung zu der Bordnetzbatterie 34. Weiterhin besteht eine Kommunikationsleitung 30 zwischen dem Batterie-Management-System 18 und der Steuervorrichtung 28 des DC/DC-Wandlers 22.
  • Somit ergibt sich zusammenfassend eine Parallelschaltung zweier Schaltungszweige an dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 20, wobei der erste Zweig den Batterie-Stack 14 umfasst, welcher über die Koppelvorrichtung 16 an den Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 20 angekoppelt ist. Der zweite Zweig umfasst die Bordnetzbatterie 34, welche über den DC/DC-Wandler 22, insbesondere den Leistungsteil 26, mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 20 gekoppelt ist. Bestehende Kopplungen zwischen Batterie-Stack 14 und Batterie-Management-System 18 sind nicht explizit dargestellt, ebenso Kopplungen zwischen Leistungsteil 26 und Steuervorrichtung 28 des DC/DC-Wandlers 22.
  • In 2 ist die Topologie einer beispielhaften Ausführungsform des Leistungsteils 26 aufgezeigt.
  • Dabei weist die rechte Seite der Schaltung, welche zum Koppeln mit einer Bordnetzbatterie 34 ausgelegt ist, eine erste Vollbrückenschaltung auf, umfassend vier Transistoren Q11, Q12, Q13 und Q14, wobei jeweils zu jedem Transistor Q11, Q12, Q13 und Q14 eine Diode D11, D12, D13, D14 antiparallel geschaltet ist, sowie ein weiterer Kondensator C11, C12, C13, C14 jeweils zu jeder Parallelschaltung aus dem jeweiligen Transistor und der jeweiligen antiparallelen Diode zusätzlich parallel geschaltet ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Transistoren um n-Kanal-MOSFET, der Einfachheit halber werden daher im Folgenden für die Anschlussbezeichnungen die Begriffe Source und Drain verwendet. Bei Einsatz von Bipolartransistoren wären diese Begriffe durch Emitter und Kollektor zu ersetzen. Als Zweigpaar wird im Folgenden ein Paar von zwei in Serienschaltung angeordneten Transistoren bezeichnet, beispielsweise Q11/Q12, wobei der Source-Anschluss des Transistors Q11 mit dem Drain-Anschluss des Transistors Q12 elektrisch verbunden ist. Dieser Verbindungspunkt stellt den Mittelpunkt dieses Zweigpaares dar.
  • Zwischen dem Mittelpunkt eines ersten Zweigpaares Q11/Q12 und dem Mittelpunkt eines zweiten Zweigpaares Q13/Q14 ist eine Serienschaltung aus einer ersten Transformatorwicklung L12 und einer zweiten Transformatorwicklung L14 angeordnet. Die erste Transformatorwicklung L12 und die zweite Transformatorwicklung L14 sind derart auf einem gemeinsamen Kern K angeordnet, dass sich über den Kern K in der ersten Transformatorwicklung 12 und der zweiten Transformatorwicklung L14 induzierte Spannungen in der Serienschaltung gebildet aus L12 und L14 phasenrichtig addieren.
  • Ein Kondensator C10 ist parallel angeordnet zu der ersten Vollbrückenschaltung, welche die Transistoren Q11, Q12, Q13 und Q14, sowie die Dioden D11, D12, D13 und D14 und des Weiteren die Kondensatoren C11, C12, C13 und C14 aufweist.
  • Mit einem ersten Anschlusspunkt, welcher für eine Kopplung mit einem ersten Pol der Bordnetzbatterie 34 ausgelegt ist, ist ein erster Anschlusspunkt eines Kondensators C10a sowie ein erster Anschlusspunkt einer Drosselspule L10a verbunden. Ein zweiter Anschlusspunkt der Drosselspule L10a ist weiterhin verbunden mit einem ersten Anschlusspunkt eines Kondensators C10b sowie einem ersten Anschlusspunkt einer Drosselspule L10b. Ein zweiter Anschlusspunkt der Drosselspule L10b ist verbunden mit einem gemeinsamen Anschlusspunkt der ersten Transformatorwicklung L12 und der zweiten Transformatorwicklung L14, mit anderen Worten mit dem Mittelpunkt der Serienschaltung aus L12 und L14.
  • Ein zweiter Anschlusspunkt des Kondensators C10a sowie ein zweiter Anschlusspunkt des Kondensators C10b sind verbunden mit einem Source-Anschlusspunkt des Transistors Q12 sowie mit einem Source-Anschlusspunkt des Transistors Q14, des Weiteren mit einem Anoden-Anschlusspunkt der Diode D12 sowie mit einem Anoden-Anschlusspunkt der Diode D14 und jeweils einem Anschlusspunkt der beiden Kondensatoren C12 und C14. Dieser Anschlusspunkt ist weiterhin für eine Kopplung mit einem zweiten Pol der Bordnetzbatterie 34 ausgelegt.
  • Die linke Seite der Schaltung weist zwei Anschlusspunkte auf, welche zum Koppeln mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 20 ausgelegt ist. Zwischen diesen zwei Anschlusspunkten ist ein Kondensator C20 angeordnet. In einer Parallelschaltung zu dem Kondensator C20 ist eine zweite Vollbrückenschaltung angeordnet, umfassend vier Transistoren Q21, Q22, Q23 und Q24, wobei jeweils zu jedem Transistor Q21, Q22, Q23 und Q24 eine Diode D21, D22, D23, D24 antiparallel geschaltet ist, sowie ein weiterer Kondensator C21, C22, C23, C24 jeweils zu jeder Parallelschaltung aus dem jeweiligen Transistor und der jeweiligen antiparallelen Diode zusätzlich parallel geschaltet ist.
  • Zwischen dem Mittelpunkt eines dritten Zweigpaares Q21/Q22 und dem Mittelpunkt eines vierten Zweigpaares Q23/Q24 ist eine Serienschaltung aus einer Drosselspule L20 und einer dritten Transformatorwicklung L22 angeordnet. Die dritte Transformatorwicklung L22 ist ebenso wie die erste Transformatorwicklung L12 und die zweite Transformatorwicklung L14 auf dem gemeinsamen Kern K angeordnet. Eine galvanische Verbindung zwischen L12/L14 einerseits und L22 andererseits besteht nicht.
  • Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die dargestellte Topologie eines beispielhaften DC/DC-Wandlers. Insbesondere können auch zwei unidirektional arbeitende DC/DC-Wandler vorhanden sein, wobei jeweils nur einer von beiden zur gleichen Zeit aktiv ist.
  • Es können auch andere elektronische Schalter in der Schaltung eingesetzt sein, insbesondere MOSFET, IGBT oder Bipolartransistoren in beliebiger Kombination.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Schaltungsanordnung
    12
    Hochvolt-Batterie
    14
    Batterie-Stack
    16
    Koppelvorrichtung
    18
    Batterie-Management-System
    20
    Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis
    22
    DC/DC-Wandler
    26
    Leistungsteil
    28
    Steuervorrichtung
    30
    Kommunikationsleitung
    34
    Bordnetzbatterie
    C10, C10a, C10b, C11, C12, C13, C14, C20, C21, C22, C23, C24
    Kondensator
    D11, D12, D13, D14, D21, D22, D23, D24
    Diode
    K
    Kern
    L10a, L10b, L20
    Drosselspule
    L12, L14, L22
    Transformatorwicklung
    Q11, Q12, Q13, Q14, Q21, Q22, Q23, Q24
    Transistor (MOSFET)

Claims (10)

  1. Schaltungsanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug mit – einer Hochvolt-Batterie (12) zur Bereitstellung von Energie, welche einen Batterie-Stack (14) und eine Koppelvorrichtung (16) aufweist, – einem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (20), welcher über die Koppelvorrichtung (16) mit dem Batterie-Stack (14) koppelbar ist, – einer Bordnetzbatterie (34) zur Bereitstellung einer Energiegrundversorgung des Kraftfahrzeugs und – einem DC/DC-Wandler (22) zur elektrischen Kopplung der Bordnetzbatterie (34) mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (20), wobei der DC/DC-Wandler (22) dazu ausgelegt ist, den Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (20) vor einem Koppeln mit dem Batterie-Stack (14) über die Koppelvorrichtung (16) mittels Energieübertragung aus der Bordnetzbatterie (34) vorzuladen.
  2. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler (22) dazu ausgelegt ist, eine Spannungsdifferenz zwischen dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (20) und dem Batterie-Stack (14) soweit zu verringern, dass bei dem Koppeln des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises (20) mit dem Batterie-Stack (14) über die Koppelvorrichtung (16) keine unzulässig hohen Ströme fließen.
  3. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler (22) dazu ausgelegt ist, eine Spannungsdifferenz zwischen dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (20) und dem Batterie-Stack (14) soweit zu verringern, dass bei dem Koppeln des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises (20) mit dem Batterie-Stack (14) über die Koppelvorrichtung (16) keine Funkenbildung an der Koppelvorrichtung (16) auftritt.
  4. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem DC/DC-Wandler (22) um einen Bordnetzwandler handelt, welcher zur Ladung der Bordnetzbatterie (34) aus dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (20) ausgelegt ist, wobei der Bordnetzwandler für bidirektionale Energieübertragung ausgelegt ist.
  5. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvolt-Batterie (12) ein Batterie-Management-System umfasst und der DC/DC-Wandler (22) eine Steuervorrichtung (28) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, Daten mit dem Batterie-Management-System auszutauschen.
  6. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler (22) eine Spannungsmessungsvorrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, einen Messwert für eine Spannung an dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (20) für die Steuervorrichtung (28) bereitzustellen.
  7. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (28) dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit der Kapazität des verwendeten Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises (20), eine variable Vorladeleistung einzustellen und/oder eine variable Vorladezeit zu bewirken.
  8. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler (22) als galvanisch getrennter Boost-Converter ausgeführt ist.
  9. Verfahren zum Vorladen eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises (20) in einem Kraftfahrzeug, mit den Schritten: – Bereitstellen von Energie durch eine Hochvolt-Batterie (12), welche einen Batterie-Stack (14) und eine Koppelvorrichtung (16) aufweist, – Bereitstellen einer Energiegrundversorgung des Kraftfahrzeugs durch eine Bordnetzbatterie (34), – Bereitstellen eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises (20), welcher über die Koppelvorrichtung (16) mit dem Batterie-Stack (14) koppelbar ist, und – Vorladen des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises (20) vor einem Koppeln mit dem Batterie-Stack (14) über die Koppelvorrichtung (16) mittels Energieübertragung aus der Bordnetzbatterie (34).
  10. Kraftfahrzeug mit einer Schaltungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016005565A1 (de) 2016-05-04 2017-11-09 Man Truck & Bus Ag Schaltungsanordnung für eine Zwischenkreiskapazität
WO2020254470A1 (de) 2019-06-21 2020-12-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum anpassen einer spannung eines hochvolt-gleichspannungszwischenkreises in einem kraftfahrzeug
DE102021119236A1 (de) 2021-07-26 2023-01-26 Preh Gmbh Verfahren sowie Energieübertragungsschaltung zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016005565A1 (de) 2016-05-04 2017-11-09 Man Truck & Bus Ag Schaltungsanordnung für eine Zwischenkreiskapazität
WO2020254470A1 (de) 2019-06-21 2020-12-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum anpassen einer spannung eines hochvolt-gleichspannungszwischenkreises in einem kraftfahrzeug
DE102021119236A1 (de) 2021-07-26 2023-01-26 Preh Gmbh Verfahren sowie Energieübertragungsschaltung zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung
DE102021119236B4 (de) 2021-07-26 2023-06-29 Preh Gmbh Verfahren sowie Energieübertragungsschaltung zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung

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