DE102016213061A1

DE102016213061A1 - Fahrzeugbordnetz und Verfahren

Info

Publication number: DE102016213061A1
Application number: DE102016213061.7A
Authority: DE
Inventors: Franz Pfeilschifter; Philip Brockerhoff; Martin Brüll; Matthias Töns; Edmund Schirmer; Paul-Markus Schweizer-Berberich
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2036-07-19
Also published as: DE102016213061B4; WO2018015226A1

Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren und ein Fahrzeugbordnetz (FBN) – mit einem elektrischen Energiespeicher (ES), – mit einem Wechselrichter (WR), – mit einer elektrischen Maschine (EM) und – mit einem Gleichstrom-Übertragungsanschluss (DC), wobei der Wechselrichter (WR) eine erste Seite (S1) und eine zweite Seite (S2) aufweist und eingerichtet ist, Leistung zwischen diesen Seiten (S1, S2) zu übertragen, wobei auf der ersten Seite (S1) des Wechselrichters (WR) zwei Ausgangsanschlüsse (EA1, EA2) des Wechselrichters (WR) mit dem Energiespeicher (ES) verbunden oder verbindbar sind, wobei auf der zweiten Seite (S2) des Wechselrichters (WR) mindestens zwei Phasenstromanschlüsse (PS1, PS2, PS3) des Wechselrichters (WR) mit der elektrischen Maschine (EM) verbunden oder verbindbar sind, und wobei durch eine von einer Steuerung (Ctrl) gesteuerte Schalteinrichtung (SW2, SW3; SW-Box) zum Laden (AC, DC; DC, DC, U1, U2) des elektrischen Energiespeichers (ES) zwei Lade-Eingänge (DC+, DC–) des Gleichstrom-Übertragungsanschlusses (DC) des Fahrzeugbordnetzes (FBN) auf je eine innere Motorphase (V2, W2) der elektrischen Maschine (EM) schaltbar sind.

Description

Kraftfahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb, d.h. Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge, umfassen einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung des elektrischen Antriebs. Elektrofahrzeuge und Plug-In-Hybride sind mit einem Anschluss ausgestattet, mittels dem sich mit Gleichspannung und/oder Wechselspannung Energie von einem stationären, elektrischen Versorgungsnetz (lokal oder öffentlich) zum Aufladen des Energiespeichers an diesen übertragen lässt.
DE102015218416 und DE102016209905 (deren Inhalt hiermit Teil der Offenbarung dieser Anmeldung ist / incorporated by reference) gemäß 4 und 5 betreffen Fahrzeugbordnetze zum Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs. 3 zeigt eine zumindest intern bekannte Variante des DC-Ladens (DC = Gleichspannung, AC = Wechselspannung) eines Elektrofahrzeugs oder Plug-in-Fahrzeugs.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeugbordnetz bzw. Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers zu optimieren. Diese Aufgabe wird jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus dieser Beschreibung und den Fig., wobei auch beliebige Kombinationen von Merkmalen eines oder mehrerer der Ausführungsbeispiele miteinander eigenständige Weiterbildungen oder Erfindungen definieren können. Ein Vorteil von Ausgestaltungen der Erfindung kann darin liegen, die Ladesystemkosten (z.B. Einsparung von Lade-Elektronik, Schalter/Schütze und Leitungssatz) im Fahrzeug und/oder in der Infrastruktur zu reduzieren. Ein Vorteil von Ausgestaltungen der Erfindung kann auch darin liegen, durch die Einsparung einer zweiten Stufe der Ladeelektronik (DC/DC-Wandler) den Aufwand (Kosten, Volumen, Gewicht) weiter zu reduzieren, indem die Spannungslage aller HV-Bordnetzkomponenten (800V: Energiespeicher/Akku, Inverter, Elektro-Motor EM) so gewählt wird, dass diese über dem Niveau der gleichgerichteten Netzwechselspannung liegt. Somit kann gemäß Ausgestaltungen der Erfindung ein AC/DC-Wandler zusammen mit on-Board-Filter- und off-Board-Netz-Induktivitäten neben der Gleichrichtung auch die Spannungsanpassung mit erledigen. In der Zeichnung zeigt zur Veranschaulichung von einigen möglichen Ausgestaltungen der Erfindung, vereinfachend schematisch:
1 ein Fahrzeugbordnetz für ein Kraftfahrzeug oder in einem Kraftfahrzeug, um mit zwei unterschiedlichen Spannungen und/oder nacheinander zunächst einphasig mit AC und dann mehrphasig mit AC oder mit DC einen Energiespeicher zu laden,
2 ein weiteres Fahrzeugbordnetz für ein Kraftfahrzeug oder in einem Kraftfahrzeug, um mit zwei unterschiedlichen Spannungen und/oder nacheinander zunächst einphasig mit AC und dann mehrphasig mit AC oder mit DC einen Energiespeicher zu laden, mit einem zusätzlichen Buck-Boost-Converter zum Erhöhen einer Spannung,
3 ein zumindest intern bekanntes Laden eines Energiespeichers über ein Fahrzeugbordnetz mit wahlweise Gleichstrom oder Wechselstrom,
4 gemäß DE102015218416 Laden eines Energiespeichers über ein Fahrzeugbordnetz mit wahlweise Gleichstrom oder Wechselstrom,
5 gemäß DE102016209905 Laden eines Energiespeichers über ein Fahrzeugbordnetz mit wahlweise Gleichstrom oder Wechselstrom,
6 einen Ladestecker für ein CAS (combined charging system,
7 ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeugbordnetz.
1 zeigt schematisch und vereinfachend als eine Ausgestaltung der Erfindung zum Laden eines Energiespeichers ES (wie z.B. einer Hochvolt-/HV-Batterie eines PlugInHybrid-/Elektro-Kraftfahrzeugs Kfz) ein Fahrzeugbordnetz FBN, das von einer Ladestation Lad über einen Stecker Stk mit wahlweise Gleichstrom DC, einphasigem Wechselstrom AC oder dreiphasigem Wechselstrom (Drehstrom) AC ladbar ist, wobei z.B. über Schalter SW1, SW2, SW3, SW4; SP1, SP2 einer Schalteinrichtung SW-Box zum Laden mit erst einer ersten Spannung U1 und dann mit einer größeren Spannung U2 die Batteriespannung U_Akku des zu ladenden Energiespeichers ES vor dem Laden mit der höheren Spannung U2 auf einen hinreichenden Wert (z.B. ein Spannungswert oder z.B. x / 80% SOC/stateofcharge/Ladezustand des Lade-Maximums) angehoben wird, insbesondere wenn sie zumindest auf unter einen Schwellwert (z.B. 20% oder 25% SOC / stateofcharge / Ladezustand des Lade-Maximums) entladen ist. Das dargestellte Fahrzeugbordnetz FBN weist einen Stecker Stk (z.B. gemäß 1 und/oder 6) auf zum Laden des Energiespeichers ES aus einer Ladeeinrichtung Lad (an die der Stecker Stk ansteckbar ist) mit Gleichstrom DC oder (einphasigem) Wechselstrom AC oder (dreiphasigem) Drehstrom AC. Im Beispiel eines Steckers Stk in 1, 6 sind z.B. zwei Lade-Eingänge DC+, DC– eines Gleichstrom-Übertragungsanschlusses DC des Fahrzeugbordnetzes FBN zum Laden des Energiespeichers En mit Gleichstrom dargestellt, sowie Lade-Eingänge AC1, AC2, AC3, N, (LV-Gnd) (= in 6 bezeichnet als L1, L2, L3, L4, N) eines Wechselstrom-Übertragungsanschlusses AC des Fahrzeugbordnetzes FBN für einphasigen Wechselstrom AC oder dreiphasigen Drehstrom AC, z.B. jeweils für Spannungen z.B. nach einem chinesischen oder europäischen oder deutschen oder japanischen oder amerikanischen Stromnetz-Standard (z.B. EU/China: dreiphasig 400V oder EU/China einphasig 230V oder USA/Japan einphasig 220V), sowie z.B. ein N-Leiter (oder Nullleiter oder Masse) N, und ggf. Steuerungsanschlüsse und/oder Kommunikationsanschlüsse (P / CP). Mit dem Stecker Stk sind, z.B. über ein EMV-Filter EMV-F, mehrere (hier in einer Schaltbox SW-Box und/oder einem Gehäuse oder Modul angeordnete) von einer Steuerung Ctrl gesteuerte Schalteinrichtungen SW1–SW4 (sowie SP1, Sp2) verbunden. Hier drei Schalteinrichtungen SW1–SW3 sind zum Schalten wahlweise (durch Ctrl) einer oder zweier oder dreier Anschlüsse (z.B. AC1 oder AC2 oder AC3, oder AC1 und AC2 und AC3, oder DC+ und DC–) jeweils auf je einen der Lade-Eingänge U2, V2, W2 einer elektrische Maschine EM vorgesehen (wobei z.B. zwei weitere Schalteinrichtungen SP1, SP2 für eine Sterndreiecksschaltung und/oder zum Umschalten von einem Traktionsbetrieb auf einen Ladebetrieb verwendbar sein können). Eine Schalteinrichtung SW4 kann zum Schalten eines N-Leiters vorgesehen sein. In 1 ist die Schalteinrichtung SW4 näher am Stecker Stk als eine unb 1 dargestellte dazu serielle Induktivität geschaltet. In 1 ist die Schalteinrichtung SW4 ferner vom Stecker Stk als eine Schalteinrichtung SW1 für eine Phase AC1 geschaltet. In 1 sind außerdem die Schalteinrichtungen SW2 und SW3 näher am Stecker Stk als eine Induktivität (in 1 oberhalb jeweils einer Schalteinrichtung SW2, SW3) zwischen diesen und der elektrischen Maschine EM angeordnet. Die Schalteinrichtungen SW2 und SW3 können alternativ aber auch entfernter vom Stecker Stk als eine Induktivität (in 1 unterhalb jeweils einer dargestellten dazu seriellen Induktivität) oder zwischen der elektrischen Maschine EM und dem Inverter SW angeordnet sein.
Z.B. wird wie unten näher ausgeführt über eine der Wicklungen (U2 oder V2 oder W2) der elektrischen Maschine EM der Energiespeicher ES zunächst mit einphasigem Wechselstrom (aus einem Anschluss AC2 für Wechselstrom oder Drehstrom) oder mit Gleichspannung DC (aus mindestens einem oder beiden der Anschlüsse DC+, DC– für Gleichstrom) mit einer ersten Spannung U1 geladen, und danach (wenn der Energiespeicher ES hinreichend vorgeladen ist) wird er (ES) mit einer zweiten höheren Spannung U2 (entweder nun mit dreiphasigem Wechselstrom aus AC1 und AC2 und AC3 über U2 und V2 und W2, oder aus mindestens einem der Anschlüsse DC+, DC– für Gleichstrom, über Wicklungen U2, V2, W2 (des Stators und/oder Rotors und/oder mit Mittenabgriff) der elektrischen Maschine EM geladen.
Falls wie dargestellt ein N-Leiter-Anschluss N des Steckers Stk durch einen Schalteinrichtung SW6 schaltbar vorgesehen ist, kann während des Ladens mit der ersten Spannung U1 (mit Gleichspannung oder Wechselspannung) und/oder während des Ladens mit der zweiten Spannung U2 (mit Gleichspannung oder Wechselspannung) dieser N-Leiter-Anschluss N von der Ladestation Lad über den Stecker Stk und eine Schalteinrichtung SW6 an die elektrische Maschine EM und/oder den Inverter WR und/oder den Energiespeicher ES geschaltet sein. Mit (Ausgängen der Wicklungen) auf einer Seite der elektrischen Maschine EM sind drei Phasenstromanschlüsse PS1, PS2, PS3 auf einer Seite S2 eines Wechselrichters WR der elektrischen Maschine EM verbunden.
Ausgangsanschlüsse EA1, EA2 auf der weiteren Seite S1 des Wechselrichters WR des Energiespeichers ES sind mit Lade-Eingängen des Energiespeichers ES verbunden und legen also an diesen zum Vorladen zunächst eine erste Spannung U1 und (wenn Batteriespannung U_Akku und/oder Ladezustand des Energiespeichers ES einen vorgegebenen Wert erreicht haben) danach zum weiteren Laden des Energiespeichers ES eine (im Vergleich zur ersten Spannung) höhere Spannung U2.
Ein DC-Booster wie der in einer Ausgestaltung der Erfindung in 2 mit dem Bezugszeichen „Buck_Boost_Converter“ bezeichnete sind nach Ausgestaltungen der Erfindung wie in 1 nicht zwingend erforderlich (aber wären wie z.B. in 2 als Ausgestaltungen der Erfindung trotzdem möglich). Die elektrische Maschine (z.B. Elektromotor) EM kann insbesondere als Netzdrossel bei einer einphasigen oder dreiphasigen Wechselstrom-(AC)-Ladung arbeiten, eine Gleichrichtung von einphasigem (AC2 über SW2) und auch (z.B. danach) dreiphasigem (AC1, AC2, AC3 über SW1, SW2, SW3) Wechselstrom AC kann über einen Inverter (z.B. einen Traktionsinverter) WR erfolgen. Für die Spannungslage des Fahrzeugbordnetzes FBN kann z.B. durchgehend ein hoher/höherer Wert von z.B. 800V gewählt werden (z.B. für die HV-Bordnetz-Komponentenelektrische Maschine EM (Elektromotor), den Inverter (WR) und den Energiespeicher ES (Akkumulator)). Es können (z.B. anstatt einer in 4, 5 beschriebenen DC-Booster Spannungsanpassung) beim Laden mit Wechselstrom (AC) und/oder beim Laden des Energiespeichers ES mit Gleichstrom DC z.B. nach Ausgestaltungen der Erfindung folgende zwei Maßnahmen implementiert werden:
Es kann ein Energiespeicher (z.B. HV-Akkumulator) ES im Fahrzeugbordnetz FBN (z.B. eines Hybrid-PlugIn /PlugIn-Elektrofahrzeugs) EV vorgesehen sein, dessen SOC-Spannungsband (SOC: State of Charge, oder etwa Status des Ladens) teilweise, insbesondere „größtenteils“ (z.B. über die Hälfte) über dem Niveau der an ihn angelegten Spannung (gleichgerichteten Netzwechselspannung oder Gleichspannung) U1 und/oder U2 liegt.
Zweckmäßig sein kann, z.B. für eine Verwendung in China oder der EU oder Deutschland ein Energiespeicher (z.B. Akku) mit maximaler Batteriespannung und/oder Ladespannung 800V sein, und mit einem zulässigen und/oder vorgesehenen und/oder SOC und/oder typischen Spannungsbereich von (z.B. vollständig oder auf 20% des Maximums) leer bis nach (z.B. vollständig oder auf 80% des Maximums) voll von: 500 bis 800V. Zweckmäßig sein kann, z.B. für eine Verwendung in USA oder Japan ein Energiespeicher (z.B. Akku) mit maximaler Batteriespannung und/oder Ladespannung von 400V, und mit einem zulässigen und/oder vorgesehenen und/oder SOC- und oder typischen Spannungsbereich von (z.B. vollständig oder auf 20% des Maximums) leer bis nach (z.B. vollständig oder auf 80% des Maximums) voll von: 230V bis 450V. Wenn der Energiespeicher ES leer ist (also z.B. mit einem SOC und/oder Ladezustand unter einem Grenzwert von z.B. etwa 20%), erfolgt z.B. erst eine ein-phasige (durch Durchschalten von nur AC2 über die Schalteinrichtung SW2) langsame Wechselstrom-AC-Vorladung (z.B. in China/EU: mit min. 230V·1,42·1,1 ≈ 360V) bis die Batteriespannung U_Akku mindestens einer gleichgerichtete Netzwechselspannung U_Netz_AVR (von z.B. 400V·1,42·1,1 ≈ 600V) erreicht, die als zweite Spannung U2 ab dann angelegt werden soll für dann z.B. dreiphasiges Laden (durch Durchschalten von AC1 und AC2 und AC3 über Schalteinrichtungen SW1 und SW2 und SW3). Eine Ladesequenz nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann z.B. folgende sein:

– Die Steuerung Ctrl wählt beim Beginn des Ladens des Energiespeichers ES durch entsprechendes Schalten der Schalteinrichtungen SW1, SW2, SW3, SW4; SP1, SP2,; SW5, S6 (von denen SW1–SW4 hierbei AC-Netzverbindungsschalter sind) für eine langsame Energiespeicher(ES)-Vorladung die Konfiguration aus, bei welcher sich die geringste gleichgerichtete Netzwechselspannung als U1 am Energiespeicher ES (Batterie) ergibt. (Ginge man mit einem Inverter an das AC-Netz, bei welchem die Akku- bzw. DC-Link-Spannung niedriger ist als die gleichgerichtete Netzwechselspannung, könnte sich über die Rückwärts-Dioden der Inverter-Halbleiterschalter ein sehr hoher unkontrollierbarer Ladestrom ergeben, welcher einem Kurzschlussstrom gleichen kann und automatisch eine Schmelzsicherung aktivieren oder Bauteile angreifen könnte)
– Wenn dann der Energiespeicher ES ausreichend vorgeladen wurde, was (z.B. auch mit bekannten Kennlinien) feststellbar sein könnte aufgrund des Ladespannungs- und/oder Ladestrom-Verlaufs und/oder der Spannung U_Akku und/oder des Ladestroms in den Energiespeicher ES hinein etc.), z.B. weil der Energiespeicher ES das Spannungs-Niveau der kleinen oder insbesondere der großen gleichgerichteten Netzwechselspannung (also z.B. U2) erreicht hat, dann wird auf die schnelle Ladung (z.B. mit U2; und/oder: z.B. in EU/China: drei-phasig mit 400V, oder z.B. USA/Japan: ein-phasig mit 220V) umgeschaltet. Die Umschaltung findet z.B. durch die Schalteinrichtungen SW1–SW6 (also Netzverbindungs-Schalter) zwischen einem (z.B. an die Ladestation Lad angeschlossenen z.B. öffentlichen) Netz und den Phasenanschlüssen U2, V2, W2 der elektrischen Maschine EM (z.B. Elektromotor eines Kraftfahrzeugs) statt.

Z.B. nach Ausgestaltungen der Erfindung in Form eines Anschlusses einer Ladestation Lad an ein öffentliches Netz in den USA oder Japan kann der Energiespeicher ES erst relativ langsam mit z.B. mindestens 170V (110V·1,42·1,1 ≈ 170V) auf mindestens das Niveau der „großen“ (also z.B. D2, die verglichen mit U1 groß ist) gleichgerichteten Netzwechselspannung von ca. 340V vorgeladen (220V·1,42·1,1 ≈ 340V) werden (z.B. mit SW2 oder SW3). Dann werden die Lade-Schalter SW1–SW3 zwischen der elektrischen Maschine (Elektromotor) und dem (an z.B. Anschlüsse AC1 und/oder AC2 und/oder AC3 angeschlossenen) Wechselspannungsnetz AC auf die leistungsfähigere Konfiguration (z.B. in den USA oder /Japan von U1 = 110V einphasig auf U2 = 220V einphasig) umgeschaltet. Z.B. kann nach weiteren Ausgestaltungen der Erfindung in Form eines Anschlusses einer Ladestation Lad an ein öffentliches Netz in China oder der EU oder Deutschland von 230V ein-phasig (zum Laden mit zunächst nur der Spannung U1) auf 400V drei-phasig (zum Laden mit dann der verglichen mit U1 höheren Spannung U2) umgestellt werden. Z.B. der Spannungsbereich von 800V-Akkus kann dabei z.B. zu einem deutlich größeren Teil über dem Niveau der gleichgerichteten Netzwechselspannung (U1 und/oder U2) liegen als es bei einem 400V Akku und dem US-/Japan-Netz der Fall wäre.
Gebrauchssicherheit kann gewährleistet sein trotz des Merkmals von Ausgestaltungen der Erfindung, dass eine Gleichspannungs-(DC)-Ladespannung auf ein eigentlich zum Wechselspannungs-(AC)-Betrieb vorgesehenes Betriebsmittel (wie z.B. die elektrische Maschine ES und/oder den Wechselrichter WR) gegeben wird. Die durch das Ladesystem und/oder CCS gewährleistete konstruktive Abdeckung des Wechselspannungs-(AC)-Ladeteils beim Gleichspannungs-(DC)-Laden bzw. des Gleichspannungs-(DC)-Ladeteils beim Wechselspannungs-(AC)-Laden kann z.B. eventuell mögliche elektrische Fehlerfälle insoweit vermeiden, dass evtl. gleichzeitig vorhandene Wechselspannungs-(AC)- und Gleichspannungs-(DC)-Infrastrukturanschlüsse so nicht gleichzeitig Spannung in das Fahrzeugbordnetz eines Fahrzeugs Spannung schalten würden, sondern sinnvollerweise nur einer der beiden, jedoch wären auch zusätzliche Schutzeinrichtungen wie eigene Trennschalter für Wechselspannungs-(AC)- und Gleichspannungs-(DC)-Infrastrukturanschlüsse im Fahrzeugbordnetz vorstellbar. Über gemäß Ausgestaltungen der Erfindung zum Laden des Energiespeichers ES zeitlich nacheinander in zwei Stufen über Wicklungen der elektrischen Maschine EL zur Verfügung gestellte Spannungen können über einen dafür vorgesehenen DC-DC-Wandler (Bezugszeichen in 1 „DCDC_Wandler“) auch einem weiteren Bordnetz eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden (z.B. einem weiteren Bordnetz mit 12V (ein Fahrzeugbordnetz und/oder ein Elektromotor EM an der HV-Batterie und diese können dagegen beim Fahren z.B. mit 48V betrieben werden).
Nach Ausgestaltungen der Erfindung sind durch mindestens eine (hier zwei SW2, SW3) von einer Steuerung Ctrl gesteuerte Schalteinrichtung (insbesondere durch die zwei Schalteinrichtungen SW2, SW3; z.B. in der SW-Box) zum Laden (z.B. insbesondere: mit zunächst Wechselstrom AC und dann Gleichstrom DC mit nacheinander zwei verschiedenen Spannungen U1, U2 oder mit dabei gleicher Spannung; oder mit nur Gleichstrom DC mit einer Spannung U1; oder mit Gleichstrom DC mit nacheinander zwei verschiedenen Spannungen U1, U2) des elektrischen Energiespeichers ES zwei Lade-Eingänge DC+, DC– des Gleichstrom-Übertragungsanschlusses DC des Fahrzeugbordnetzes FBN auf je eine innere Motorphase V2, W2 der elektrischen Maschine EM schaltbar. Nach Ausgestaltungen der Erfindung ist mindestens ein Lade-Eingänge AC2 des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses AC auf eine innere Motorphase V2 der elektrischen Maschine EM schaltbar, auf welche innere Motorphase V2 durch eine oder diese Schalteinrichtung SW2 auch einer der Lade-Eingänge DC+ des Gleichstrom-Übertragungsanschlusses DC des Fahrzeugbordnetzes FBN schaltbar ist. Nach Ausgestaltungen der Erfindung ist auch ein weiterer der Lade-Eingänge AC3 des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses AC auf eine innere Motorphase W2 der elektrischen Maschine EM schaltbar, auf welche innere Motorphase W2 durch eine oder diese Schalteinrichtung SW§ auch einer der Lade-Eingänge DC– des Gleichstrom-Übertragungsanschlusses DC des Fahrzeugbordnetzes FBN schaltbar ist.
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 102015218416 [0002, 0007]
DE 102016209905 [0002, 0008]

Claims

Fahrzeugbordnetz (FBN) – mit einem elektrischen Energiespeicher (ES), – mit einem Wechselrichter (WR), – mit einer elektrischen Maschine (EM) und – mit einem Gleichstrom-Übertragungsanschluss (DC), wobei der Wechselrichter (WR) eine erste Seite (S1) und eine zweite Seite (S2) aufweist und eingerichtet ist, Leistung zwischen diesen Seiten (S1, S2) zu übertragen, wobei auf der ersten Seite (S1) des Wechselrichters (WR) zwei Ausgangsanschlüsse (EA1, EA2) des Wechselrichters (WR) mit dem Energiespeicher (ES) verbunden oder verbindbar sind, wobei auf der zweiten Seite (S2) des Wechselrichters (WR) mindestens zwei Phasenstromanschlüsse (PS1, PS2, PS3) des Wechselrichters (WR) mit der elektrischen Maschine (EM) verbunden oder verbindbar sind, und wobei durch eine von einer Steuerung (Ctrl) gesteuerte Schalteinrichtung (SW2, SW3; SW-Box) zum Laden (DC+, DC–) des elektrischen Energiespeichers (ES) zwei Lade-Eingänge (DC+, DC–) des Gleichstrom-Übertragungsanschlusses (DC) des Fahrzeugbordnetzes (FBN) auf je mindestens eine innere Motorphase (V2, W2) der elektrischen Maschine (EM) schaltbar sind.
Fahrzeugbordnetz (FBN) nach Anspruch 1, wobei die Ladeeinrichtung (Lad) die Spannung (U1; U2) die Spannung vorgibt, und der Wechselrichter (WS) passiv ist.
Fahrzeugbordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wechselrichter (WS) zum Erhöhen der an ihm anliegenden Spannung in eine höhere Spannung für den Energiespeicher vorgesehen ist, insbesondere für einen bidirektionalen Leistungsfluss.
Fahrzeugbordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und wobei durch eine von einer Steuerung (Ctrl) gesteuerte Schalteinrichtung (SW2, SW3; SW-Box) zum Laden (DC+, DC–) des elektrischen Energiespeichers (ES) von den zwei Lade-Eingängen (DC+, DC–) des Gleichstrom-Übertragungsanschlusses (DC) einer (DC+, DC–) auf genau eine innere Motorphase (V2, W2) der elektrischen Maschine (EM) schaltbar ist, während der andere der zwei Lade-Eingängen (DC+, DC–) des Gleichstrom-Übertragungsanschlusses (DC) auf zwei andere der innere Motorphasen (V2, W2) der elektrischen Maschine (EM) schaltbar ist, insbesondere mit zeitlichem Abwechseln, welche Motorphase (V2, W2) alleine mit einem der Lade-Eingängen (DC+, DC–) beschaltet ist.
Fahrzeugbordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine gesteuerte Schalteinrichtung (SW2, SW3; SW-Box) sowohl Lade-Eingängen (DC+, DC–) des Gleichstrom-Übertragungsanschlusses (DC) schaltet, wie auch Lade-Eingänge (AC1, AC2, AC3) des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses (DC) schaltet.
Fahrzeugbordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtungen (SW1, SW2, SW3; SW-Box, ...) mechanische Schalter, insbesondere Schütze, oder Halbleiterschalter, insbesondere Thyristoren oder GTOs, oder Hybridschalter sind.
Fahrzeugbordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch eine von einer Steuerung (Ctrl) gesteuerte Schalteinrichtung (SW2) mindestens einer der Lade-Eingänge (AC2) des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses (AC) auf eine innere Motorphase (V2) der elektrischen Maschine (EM) schaltbar ist, auf welche innere Motorphase (V2) durch eine weitere oder diese Schalteinrichtung (SW2) auch einer der Lade-Eingänge (DC+) des Gleichstrom-Übertragungsanschlusses (DC) des Fahrzeugbordnetzes (FBN) schaltbar ist.
Fahrzeugbordnetz nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei durch eine von einer Steuerung (Ctrl) gesteuerte Schalteinrichtung (SW3) mindestens ein weiterer der Lade-Eingänge (AC3) des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses (AC) auf eine innere Motorphase (W2) der elektrischen Maschine (EM) schaltbar ist, auf welche innere Motorphase (W2) durch eine weitere oder diese Schalteinrichtung (SW3) auch ein weiterer der Lade-Eingänge (DC–) des Gleichstrom-Übertragungsanschlusses (DC) des Fahrzeugbordnetzes (FBN) schaltbar ist.
Fahrzeugbordnetz einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (SW1, SW2, SW3, SW4; SP1, SP2,; SW5, S6; SW-Box) mit der elektrischen Maschine (EM) verbundene Schalteinrichtungen (SP1, SP2) aufweist für eine Stern-Dreiecksschaltung und/oder ein Kurzschließen von Phasen der elektrischen Maschine (EM) zum Umschalten von einem Traktionsbetrieb auf einen Ladebetrieb.
Fahrzeugbordnetz einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Schalter (SW1, SW2, SW3, SW4; SP1, SP2;) der Schalteinrichtung (SW1, SW2, SW3, SW4; SP1, SP2), insbesondere Schalter (SP1, SP2) für eine Stern-Dreiecksschaltung und/oder Schalter (S1, S2, S3, S4) für Lade-Eingänge (AC1, AC2, AC3, N; DC+, DC–), in einem gemeinsamen Gehäuse (SW-Box) und/oder Modul angeordnet sind, insbesondere entweder zwischen der elektrischen Maschine (EM) und einem EMV-Filter (EMV-F) im Fahrzeugbordnetz (FBN) und/oder einem Stecker (Stk) des Fahrzeugbordnetzes (FBN) oder zwischen der elektrischen Maschine (EM) und dem Wechselrichter (WR).
Fahrzeugbordnetz einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schalteinrichtungen (SW2) und (SW3) für je einen der Lade-Eingänge (AC2; AC3; N) des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses (AC) näher am oder ferner vom Stecker (Stk) als eine dazu (SW2, SW3) serielle Induktivität geschaltet sind.
Fahrzeugbordnetz einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Stecker (Stk) des Fahrzeugbordnetzes (FBN) die Lade-Eingänge (AC1, AC2, AC3) für einen Wechselstrom-Übertragungsanschluss (AC) des Fahrzeugbordnetzes (FBN) und die Lade-Eingänge (DC+, DC–) für einen Gleichstrom-Übertragungsanschluss (DC) des Fahrzeugbordnetzes (FBN) angeordnet sind, insbesondere in einem in eine Ladestation (Lad) einsteckbaren Stecker (Stk). (6)
Fahrzeugbordnetz einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei seine Steuerung (Ctrl) dazu ausgebildet ist, durch Schalten dreier Schalter (SW1, SW2, SW3) in der gesteuerten (Ctrl) Schalteinrichtung (SW1, SW2, SW3, SW4; SP1, SP2,; SW5, S6) automatisch die Konfiguration zu wählen, bei welcher sich die geringste für eine angeschlossene (AC) Wechselspannung mögliche, gleichgerichtete Netzwechselspannung (U1) ergibt.
Fahrzeugbordnetz einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrischen Energiespeicher (ES) ein (SOC-)Spannungsband für die zulässige Ladespannung (U_Akku; U1; U2) des elektrischen Energiespeichers (ES) aufweist, das (U_Akku) teilweise oder größtenteils über dem Niveau der kleineren (U1) und/oder der größeren (U2) zum Laden vorgesehenen gleichgerichteten Netzwechselspannung (U1; U2) beim Laden über den Wechselstrom-Übertragungsanschluss (AC) und/oder Gleichstrom-Übertragungsanschlusses (DC) des Fahrzeugbordnetzes liegt, insbesondere ein Spannungsbereich von bei entladenem oder auf maximal 20% teilentladenem Energiespeicher (ES) von 230V oder 500V bis zu bei vollem oder zumindest 80% vollem Energiespeicher (ES) von 450V oder 800V, also von 230V bis 450V oder von 500V bis 800V.
Fahrzeugbordnetz einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenn der elektrische Energiespeicher (ES) entladen ist, insbesondere auf einen relativen Grenzwerte von weniger als etwa 20% oder 25% des Maximums entladen ist, der elektrische Energiespeicher (ES) erst mit der ersten Spannung (U1) und/oder ein-phasig über eine Phase (U2) der elektrischen Maschine (EM) und/oder langsam geladen wird, insbesondere mit einer ersten Spannung (U1) die eine Wechselspannung (AC) von mindestens 360 V (230V·1,42·1,1) ist und/oder bis die Spannung (U_Akku) am Energiespeicher (ES) größer als die gleichgerichtete (EM, TP) erste (U1) oder zweite (U2) Netzwechselspannung (U_Netz_AVR; U1; 400V·1,42·1,1 ≈ 600V) ist.
Fahrzeugbordnetz einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Spannung (U1) am Energiespeicher (ES) 230V ist und die zweite Spannung (U2) am Energiespeicher (ES) 400V ist, oder die erste Spannung (U1) am Energiespeicher (ES) 170 ist und die zweite Spannung (U2) am Energiespeicher (ES) 340V ist.
Fahrzeugbordnetz einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wechselstrom-Übertragungsanschluss (AC) zum Laden ein einphasiger Wechselstrom-Übertragungsanschluss (AC) und/oder ein dreiphasiger Drehstrom-Übertragungsanschluss ist.
Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (ES), insbesondere mit einem Fahrzeugbordnetz (FBN) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch eine von einer Steuerung (Ctrl) gesteuerte Schalteinrichtung (SW2, SW3; SW-Box) des Fahrzeugbordnetzes (FBN) zum Laden (AC, DC; DC, DC, U1, U2) des elektrischen Energiespeichers (ES) zwei (DC+; DC–) Lade-Eingänge (DC+, DC–) des Gleichstrom-Übertragungsanschlusses (DC) des Fahrzeugbordnetzes (FBN) auf je eine innere Motorphase (U2, V2, W2) der elektrischen Maschine (EM) geschaltet werden.