DE102018009840A1 - Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug - Google Patents

Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Hochvolt-Batterie (12) zum Speichern von elektrischer Energie, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (14) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, mit einem Stromrichter (16), mittels welchem von der Hochvolt-Batterie (12) bereitstellbare Hochvolt-Gleichspannung in Hochvolt-Wechselspannung zum Betreiben der elektrischen Maschine (14) umwandelbar ist, und mit einem Ladeanschluss (20) zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Laden der Hochvolt-Batterie (12), wobei der Stromrichter (16) als ein Drei-Stufen-Stromrichter ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Derartige Schaltungsanordnungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Die Schaltungsanordnung weist eine Hochvolt-Batterie zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom auf. Die Schaltungsanordnung weist außerdem wenigstens eine elektrische Maschine zum, insbesondere elektrischen, Antreiben des Kraftfahrzeugs auf. Außerdem ist ein Stromrichter vorgesehen, mittels welchem von der Hochvolt-Batterie bereitstellbare oder bereitgestellte Hochvolt-Gleichspannung in Hochvolt-Wechselspannung zum Betreiben der elektrischen Maschine umwandelbar ist. Mit anderen Worten ist die elektrische Maschine mit der Hochvolt-Wechselspannung betreibbar, die aus der Hochvolt-Gleichspannung dadurch resultiert, dass der Stromrichter die Hochvolt-Gleichspannung in die Hochvolt-Wechselspannung umwandelt. Des Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung einen Ladeanschluss zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Laden der Hochvolt-Batterie. Mit anderen Worten kann die Hochvolt-Batterie mit elektrischer Energie geladen werden, die von dem Ladeanschluss bereitgestellt wird.
  • Außerdem offenbart die DE 10 2015 008 175 A1 eine Schaltungsanordnung zum Laden einer Hochvolt-Batterie in einem Kraftfahrzeug, mit einem Hochvolt-Batteriestrang, welcher eine zwischen zwei Lastanschlusspole eines zweipoligen Lastanschlusses elektrisch gekoppelte Serienschaltung von Batteriezellen aufweist, wobei mittels des Hochvolt-Batteriestrangs eine erste Hochvolt-Gleichspannung an dem Lastanschluss bereitstellbar ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Hochvolt-Batterie besonders vorteilhaft geladen werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
  • Um eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Hochvolt-Batterie auf besonders vorteilhafte Weise geladen werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Stromrichter als ein Drei-Stufen-Stromrichter, insbesondere als ein Drei-Stufen-Inverter beziehungsweise als ein Drei-Stufen-Wechselrichter, ausgebildet ist. Außerdem weist der Stromrichter einen ersten Schaltzustand, einen zweiten Schaltzustand und einen dritten Schaltzustand auf, sodass der Stromrichter zwischen dem ersten Schaltzustand, dem zweiten Schaltzustand und dem dritten Schaltzustand umgeschaltet werden kann. Außerdem weist die einfach auch als Batterie bezeichnete Hochvolt-Batterie wenigstens ein erstes Batteriesegment und wenigstens ein zweites Batteriesegment auf, wobei die Batteriesegmente beispielsweise in Reihe zueinander geschaltet oder zu schalten sind. Mittels des ersten Batteriesegments kann beispielsweise eine erste Hochvolt-Gleichspannung bereitgestellt werden, wobei beispielsweise mittels des zweiten Batteriesegments eine zweite Hochvolt-Gleichspannung bereitgestellt werden kann.
  • In dem ersten Schaltzustand ist das erste Batteriesegment der Hochvolt-Batterie über den Drei-Stufen-Stromrichter mit dem Ladeanschluss elektrisch verbunden beziehungsweise gekoppelt, während das zweite Batteriesegment mittels des Stromrichters von dem Ladeanschluss entkoppelt ist. Dadurch ist das erste Batteriesegment über den Drei-Stufen-Stromrichter mit von dem Ladeanschluss bereitgestellter elektrischer Energie ladbar.
  • In dem zweiten Schaltzustand ist das zweite Batteriesegment der Hochvolt-Batterie über den Drei-Stufen-Stromrichter mit dem Ladeanschluss elektrisch verbunden beziehungsweise gekoppelt, während das zweite Batteriesegment der Hochvolt-Batterie mittels des Stromrichters von dem Ladeanschluss entkoppelt ist. Dadurch kann das zweite Batteriesegment über den Drei-Stufen-Stromrichter mit von dem Ladeanschluss bereitgestellter elektrischer Energie geladen werden. In dem dritten Schaltzustand schließlich sind sowohl das erste Batteriesegment als auch das zweite Batteriesegment der Hochvolt-Batterie über den Drei-Stufen-Stromrichter mit dem Ladeanschluss elektrisch verbunden, sodass sowohl das erste Batteriesegment als auch das zweite Batteriesegment über den Drei-Stufen-Stromrichter mit von dem Ladeanschluss bereitgestellter elektrischer Energie geladen werden können.
  • Der Ladeanschluss kann beispielsweise mit einer bezüglich des Kraftfahrzeugs externen Energiequelle wie beispielsweise mit einer sogenannten Ladesäule, insbesondere mit einer auch als DC-Ladesäule bezeichneten Gleichspannungs-Ladesäule, elektrisch verbunden werden. Hierdurch kann eine von der Energiequelle bereitgestellte und beispielsweise als Hochspannung ausgebildete elektrische Spannung, insbesondere elektrische Gleichspannung und vorzugsweise eine elektrisch Hochvolt-Gleichspannung, von der externen Energiequelle an den Ladeanschluss übertragen und in der Folge von dem Ladeanschluss bereitgestellt werden. Mit anderen Worten kann die Energiequelle elektrische Energie bereitstellen, welche auf den Ladeanschluss übertragen und somit von dem Ladeanschluss bereitgestellt werden kann. Dadurch kann die Hochvolt-Batterie über den Ladeanschluss mit der von der externen Energiequelle bereitgestellten elektrischen Energie geladen werden. Der erfindungsgemäß vorgesehene Drei-Stufen-Stromrichter ermöglicht es dabei, insbesondere in Abhängigkeit von der von der Energiequelle bereitgestellten elektrischen Spannung, wahlweise das erste Batteriesegment, das zweite Batteriesegment oder sowohl das erste Batteriesegment als auch das zweite Batteriesegment mit dem Ladeanschluss elektrisch zu verbinden und somit mit der von der Energiequelle bereitgestellten elektrischen Energie zu laden.
  • Beispielsweise dann, wenn die von der Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie eine elektrische Spannung aufweist, die der Hochvolt-Gleichspannung der Hochvolt-Batterie entspricht, wird der dritte Schaltzustand eingestellt. Dadurch sind das erste Batteriesegment und das zweite Batteriesegment, insbesondere die gesamte Hochvolt-Batterie, mit dem Ladeanschluss elektrisch verbunden, sodass das erste Batteriesegment und das zweite Batteriesegment, insbesondere die gesamte Hochvolt-Batterie, gleichzeitig mit der von dem Ladeanschluss beziehungsweise über den Ladeanschluss von der Energiequelle bereitgestellten elektrischen Energie geladen werden können.
  • Beispielsweise dann, wenn die von der Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie eine elektrische Spannung aufweist, die zwar eine elektrische Hochspannung, jedoch geringer als die Hochvolt-Gleichspannung der Hochvolt-Batterie, ist, wird der erste Schaltzustand oder der zweite Schaltzustand eingestellt. Dadurch kann das erste Batteriesegment beziehungsweise das zweite Batteriesegment über den Drei-Stufen-Stromrichter mit der über den Ladeanschluss von der Energiequelle bereitgestellten elektrischen Energie geladen werden. Dabei ist es vorzugsweise während eines Ladevorgangs, während welchem die Batteriesegmente beziehungsweise die Hochvolt-Batterie mit der über den Ladeanschluss von der Energiequelle bereitgestellten elektrischen Energie geladen werden, vorgesehen, dass beispielsweise zunächst während eines ersten Teils des Ladevorgangs der erste Schaltzustand eingestellt wird. Während eines sich beispielsweise zeitlich an den ersten Teil des Ladevorgangs anschließenden zweiten Ladevorgangs wird beispielsweise der zweite Schaltzustand eingestellt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich der erste Schaltzustand und der zweite Schaltzustand während des Ladevorgangs mehrmals abwechseln. Während des jeweiligen ersten Teils wird das erste Batteriesegment über den Drei-Stufen-Stromrichter geladen, und während des jeweiligen zweiten Teils wird über den Drei-Stufen-Stromrichter das zweite Batteriesegment geladen. Dadurch werden während des Ladevorgangs die Batteriesegmente sequentiell und dabei beispielsweise mehrmals abwechselnd geladen, sodass während des Ladevorgangs die Hochvolt-Batterie insgesamt geladen wird. Während beispielsweise das erste Batteriesegment geladen wird, unterbleibt ein Laden des zweiten Batteriesegments, und während beispielsweise das zweite Batteriesegment geladen wird, unterbleibt ein Laden des ersten Batteriesegments. Dadurch ist es möglich, die Hochvolt-Batterie insgesamt vorteilhaft laden zu können, obwohl die elektrische Spannung der von der Energiequelle bereitgestellten elektrischen Energie geringer als die Hochvolt-Gleichspannung der Hochvolt-Batterie ist.
  • Im Rahmen der Erfindung ist unter der Hochvolt-Gleichspannung, unter der Hochvolt-Wechselspannung sowie unter der zuvor genannten Hochspannung und unter einer Hochspannung im Allgemeinen eine elektrische Spannung zu verstehen, welche größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist. Vorzugsweise beträgt die Hochspannung, die Hochvolt-Gleichspannung beziehungsweise die Hochvolt-Wechselspannung mehrere hundert Volt. Die Hochvolt-Gleichspannungen der Batteriesegmente ergeben beispielsweise in Summe die Hochvolt-Gleichspannung der Hochvolt-Batterie insgesamt. Vorzugsweise beträgt beispielsweise die jeweilige Hochvolt-Gleichspannung des jeweiligen Batteriesegments 400 Volt, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Hochvolt-Gleichspannung der Batteriesegmente gleich ist. Somit beträgt vorzugsweise die Hochvolt-Gleichspannung der Hochvolt-Batterie 800 Volt.
  • Der erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Drei-Stufen-Stromrichter ermöglicht es dabei, die Hochvolt-Batterie sowohl mittels einer solchen Ladeinfrastruktur zu laden, welche elektrische Energie mit 800 Volt Gleichspannung bereitstellen kann, als auch mittels einer solchen Ladeinfrastruktur, welche eine elektrische Energie mit 400 Volt Gleichspannung bereitstellen kann.
  • Des Weiteren kommt dem Drei-Stufen-Wechselrichter eine Doppelfunktion zu. Eine erste Funktion des Drei-Stufen-Stromrichters umfasst, dass die Hochvolt-Batterie über den Drei-Stufen-Stromrichter auf die beschriebene Weise geladen werden kann. Dabei können beispielsweise die Batteriesegmente über einen zwischen diesen vorgesehenen Zwischenspannungsabgriff jeweils einzeln beziehungsweise separat voneinander geladen werden, insbesondere in dem ersten Schaltzustand und in dem zweiten Schaltzustand. In dem dritten Schaltzustand können die Batteriesegmente gleichzeitig beziehungsweise gemeinsam geladen werden. Eine zweite Funktion des Drei-Stufen-Stromrichters umfasst, dass die beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs betreibbare elektrische Maschine über den Drei-Stufen-Stromrichter mit Hochvolt-Wechselspannung versorgt und mittels der Hochvolt-Wechselspannung betrieben werden kann. Hierzu wandelt der Drei-Stufen-Stromrichter, beispielsweise in einem vierten Schaltzustand, die von der Hochvolt-Batterie bereitgestellte Hochvolt-Gleichspannung der Hochvolt-Batterie in die zuvor genannte Hochvolt-Wechselspannung um, welche von dem Drei-Stufen-Stromrichter, insbesondere in dem vierten Schaltzustand, bereitgestellt wird. Somit arbeitet beispielsweise der Drei-Stufen-Stromrichter in dem vierten Schaltzustand als ein Drei-Stufen-Inverter beziehungsweise als ein Drei-Stufen-Wechselrichter. Dabei ist beziehungsweise wird die elektrische Maschine, insbesondere im vierten Schaltzustand, mit der von dem Drei-Stufen-Stromrichter bereitgestellten Hochvolt-Wechselspannung versorgbar beziehungsweise versorgt, wodurch die elektrische Maschine, insbesondere als Elektromotor, betreibbar ist beziehungsweise betrieben wird. Durch diese Doppelfunktion des Drei-Stufen-Stromrichters können die Teileanzahl und das Gewicht und die Kosten der Schaltungsanordnung und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt besonders gering gehalten werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Zeichnung zeigt in:
    • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug;
    • 2 eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung in einem ersten Schaltzustand;
    • 3 eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung in einem zweiten Schaltzustand; und
    • 4 eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung in einem dritten Schaltzustand.
  • In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Schaltungsanordnung 10 für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Schaltungsanordnung 10 aufweist. Das Kraftfahrzeug ist dabei beispielsweise als Hybrid- oder vorzugsweise als Elektrofahrzeug, insbesondere als batterieelektrisches Fahrzeug, ausgebildet. Die Schaltungsanordnung 10 weist dabei eine in 1 besonders schematisch dargestellte und einfach auch als Batterie bezeichnete Hochvolt-Batterie 12 zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom auf. Außerdem umfasst die Schaltungsanordnung wenigstens eine elektrische Maschine 14, welche, insbesondere genau, drei Phasen u, v und w, aufweist, die elektrische Maschine 14 ist dabei beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar. Um die elektrische Maschine 14 in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine 14 über die Phasen u, v und w mit einer elektrischen Wechselspannung, insbesondere mit einer elektrischen Hochvolt-Wechselspannung, versorgt, insbesondere über den Phasen u, v und w zugeordnete Phasenleitungen beziehungsweise Phasenanschlüsse.
  • Die Schaltungsanordnung 10 umfasst darüber hinaus einen Stromrichter 16, mittels welchem von der Hochvolt-Batterie 12 bereitstellbare beziehungsweise bereitgestellte Hochvolt-Gleichspannung in Hochvolt-Wechselspannung zum Betreiben der elektrischen Maschine 14 umwandelbar ist. Mit anderen Worten, die Hochvolt-Batterie 12 weist eine Hochvolt-Gleichspannung auf, welche beispielsweise 800 Volt beträgt. Dies bedeutet, dass die Hochvolt-Batterie 12 die Hochvolt-Gleichspannung bereitstellen kann. In zumindest einem Schaltzustand des Stromrichters 16 wandelt der Stromrichter 16 die von der Hochvolt-Batterie 12 bereitgestellte Hochvolt-Gleichspannung in Hochvolt-Wechselspannung um, welche von dem Stromrichter 16 bereitgestellt wird. Die von dem Stromrichter 16 bereitgestellte Hochvolt-Wechselspannung kann der elektrischen Maschine 14, insbesondere über die Phasenleitungen, zugeführt werden, sodass die elektrische Maschine 14, insbesondere die Phasenleitungen, mit der von dem Stromrichter 16 bereitgestellten Hochvolt-Wechselspannung versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird. In der Folge wird die elektrische Maschine 14 mittels der von dem Stromrichter 16 bereitgestellten Hochvolt-Wechselspannung als ein Elektromotor und somit in dem Motorbetrieb betrieben. Dadurch kann das Kraftfahrzeug mittels des Elektromotors elektrisch angetrieben werden.
  • Die Schaltungsanordnung 10 weist dabei ein erstes Schütz 18 auf, welches zwischen wenigstens einem Offenzustand und wenigstens einem Schließzustand umschaltbar ist. In dem Schließzustand des Schützes 18 ist die elektrische Maschine 14, insbesondere die Phasenleitungen, mit dem Stromrichter 16 elektrisch verbunden, insbesondere über das Schütz 18. In dem Offenzustand des Schützes 18 ist die elektrische Maschine 14 von dem Stromrichter 16 entkoppelt beziehungsweise getrennt, insbesondere galvanisch getrennt.
  • Die Schaltungsanordnung 10 weist darüber hinaus einen Ladeanschluss 20 auf. Der Ladeanschluss 20 kann elektrische Energie, insbesondere mit einer Hochvolt-Gleichspannung, bereitstellen, wobei die Hochvolt-Batterie 12 mit der von dem Ladeanschluss 20 bereitgestellten elektrischen Energie geladen werden kann. Dies bedeutet, dass die von dem Ladeanschluss 20 bereitgestellte elektrische Energie in die Hochvolt-Batterie 12 eingespeist und somit in der Batterie gespeichert werden kann.
  • In 1 ist auch besonders schematisch eine bezüglich des Kraftfahrzeugs und somit bezüglich der Schaltungsanordnung 10 externe, zusätzlich dazu vorgesehene Energiequelle vorliegend in Form einer Ladesäule 22 gezeigt. Die Ladesäule 22 kann elektrische Energie bereitstellen, mit welcher die Hochvolt-Batterie 12 geladen werden kann. Hierzu kann die Ladesäule 22 mit dem Ladeanschluss 20 elektrisch verbunden werden. Dadurch kann die von der Ladesäule 22 bereitgestellte elektrische Energie auf den Ladeanschluss 20 übertragen und von dem Ladeanschluss 20 bereitgestellt werden, sodass die von der Ladesäule 22 bereitgestellte elektrische Energie über den Ladeanschluss 20 an die Hochvolt-Batterie 12 übertragen werden kann. Hierdurch kann die von der Ladesäule 22 bereitgestellte elektrische Energie in der Batterie gespeichert werden.
  • Die Schaltungsanordnung 10 umfasst darüber hinaus ein zweites Schütz 24, welches zwischen wenigstens einem Offenzustand und wenigstens einem Schließzustand umschaltbar ist. In dem Schließzustand ist der Ladeanschluss 20 über das Schütz 24 elektrisch mit dem Stromrichter 16, insbesondere mit den Phasenleitungen der Phasen u und v, verbunden. In dem Offenzustand des Schützes 24 ist der Ladeanschluss 20 von dem Stromrichter 16 und dabei von den Phasenleitungen der Phasen u und v entkoppelt. Das Schütz 24 ist optional vorgesehen und kann entfallen und ermöglicht jedoch einen besonders sicheren Betrieb. Zwischen dem Stromrichter 16 und der Batterie ist ein Zwischenkreis 26 der Schaltungsanordnung 10 angeordnet, wobei der Zwischenkreis 26 Kondensatoren umfasst.
  • Um nun die Batterie besonders vorteilhaft laden zu können, ist der Stromrichter 16 als ein Drei-Stufen-Stromrichter ausgebildet. Der Drei-Stufen-Stromrichter wird auch als Drei-Level-Inverter bezeichnet, welcher beispielsweise in das Kraftfahrzeug integriert ist. Der Stromrichter 16 umfasst dabei einzelne IGBTs T11, T12, T13, T14, T21, T22, T23, T24, T31, T32, T33 und T34 (IGBT - Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode - insulatedgate bipolar transistor). Wie im Folgenden noch erläutert wird, ermöglicht es die Verwendung des Drei-Stufen-Stromrichters, die Batterie, insbesondere über den Zwischenkreis 26, sowohl mittels solcher Ladesäulen zu laden, welche eine elektrische Energie mit einer Hochvolt-Gleichspannung von 800 Volt bereitstellen, als auch mittels solcher Ladesäulen, die eine elektrische Energie mit einer Hochvolt-Gleichspannung von 400 Volt bereitstellen. Mit anderen Worten ermöglicht es der Drei-Stufen-Stromrichter, eine Zwischenkreisspannung von 800 Volt mit 400-Volt-Ladesäulen und mit 800-Volt-Ladesäulen zu laden.
  • Üblicherweise kommen bislang bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei vollelektrischen Kraftfahrzeugen, Antriebssysteme mit einer Zwischenkreisspannung von 400 Volt insbesondere in Verbindung mit einem Zwei-Stufen-Stromrichter zum Einsatz. Eine Zwischenkreisspannung von 800 Volt, das heißt eine 800 Volt betragende Hochvolt-Gleichspannung der Hochvolt-Batterie 12, ist jedoch von besonderem Vorteil, da dadurch besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben realisiert werden können.
  • Um jedoch derartige Batterien mit 800 Volt Spannung, insbesondere Zwischenkreisspannung, mit einer vorhandenen Ladeinfrastruktur laden zu können, welche maximal 400 Volt Gleichspannung bereitstellen kann, ist ein zusätzlicher Spannungswandler in das Kraftfahrzeug zu integrieren oder aber es sind neue Ladesäulen erforderlich, welche 800 Volt Gleichspannung bereitstellen. Dies führt zu hohen Kostenaufwänden. Die Schaltungsanordnung 10 ermöglicht es nun, die Hochvolt-Batterie 12, deren Hochvolt-Gleichspannung beispielsweise 800 Volt beträgt, sowohl mittels Ladeinfrastrukturen zu laden, welche 800 Volt Gleichspannung bereitstellen können, als auch mittels Ladeinfrastrukturen, welche maximal 400 Volt Gleichspannung bereitstellen können.
  • Hierzu wird anstelle eines Zwei-Stufen-Stromrichter der als Drei-Stufen-Stromrichter ausgebildete Stromrichter 16 verwendet. Der Stromrichter 16 weist einen in 2 gezeigten ersten Schaltzustand auf beziehungsweise ist in dem in 2 gezeigten ersten Schaltzustand betreibbar. Die Hochvolt-Batterie 12 weist dabei wenigstens zwei Batteriesegmente 28 und 30 auf, welche beispielsweise in Reihe beziehungsweise Serie zueinander geschaltet sind. Bei dem in 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel stellt die Ladesäule 22 beispielsweise elektrische Energie mit einer Hochvolt-Gleichspannung U1 bereit, welche 400 Volt beträgt. Dabei ist in dem ersten Schaltzustand das Batteriesegment 28 über den Stromrichter 16 mit dem Ladeanschluss 20 elektrisch verbunden, während das Batteriesegment 30 von dem Ladeanschluss 20, insbesondere mittels des Stromrichters 16, entkoppelt ist. Dadurch wird das Batteriesegment 28 mit der von der Ladesäule 22 bereitgestellten elektrischen Energie geladen, während ein Laden des Batteriesegments 30 unterbleibt.
  • Der Stromrichter 16 weist darüber hinaus einen in 3 gezeigten zweiten Schaltzustand auf. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel stellt die Ladesäule 22 ebenfalls die elektrische Energie mit der Hochvolt-Gleichspannung U1 bereit, welche 400 Volt beträgt. In dem zweiten Schaltzustand jedoch ist das Batteriesegment 30 über den Stromrichter 16 mit dem Ladeanschluss 20 elektrisch verbunden, während das Batteriesegment 28, insbesondere mittels des Stromrichters 16, von dem Ladeanschluss 20 getrennt, insbesondere galvanisch getrennt, beziehungsweise entkoppelt ist. Dadurch wird das Batteriesegment 30 mit der von der Ladesäule 22 bereitgestellten elektrischen Energie geladen.
  • 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Ladesäule 22 elektrische Energie mit einer Hochvolt-Gleichspannung U2 bereitstellt. Dabei beträgt die Hochvolt-Gleichspannung U2 800 Volt. Somit entspricht die Hochvolt-Gleichspannung U2 der Hochvolt-Gleichspannung der Batterie. In dem dritten Schaltzustand sind sowohl das Batteriesegment 28 als auch das Batteriesegment 30 über den Stromrichter 16 mit dem Ladeanschluss 20 verbunden, sodass die Batteriesegmente 28 und 30 über den Stromrichter 16 gleichzeitig mit der von der Ladesäule 22 bereitgestellten elektrischen Energie geladen werden. In dem ersten Schaltzustand, in dem zweiten Schaltzustand und in dem dritten Schaltzustand ist das Schütz 18 geöffnet, sodass die elektrische Maschine 14 von dem Stromrichter 16 getrennt beziehungsweise entkoppelt ist. Außerdem ist in dem ersten Schaltzustand, in dem zweiten Schaltzustand und in dem dritten Schaltzustand das Schütz 24 geschlossen, sodass der Ladeanschluss 20 elektrisch mit dem Stromrichter 16 verbunden ist.
  • Der Ladeanschluss 20 ist beispielsweise eine Lade-Anschlussdose, an die sowohl Ladesäulen mit 400 Volt als auch Ladesäulen mit 800 Volt angeschlossen werden können. Die Batteriesegmente 28 und 30 werden auch als Blöcke bezeichnet, in welche die Batterie unterteilt ist. Der jeweilige Block weist eine jeweilige Hochvolt-Gleichspannung auf, welche beispielsweise 400 Volt beträgt. Somit ergeben die Hochvolt-Gleichspannungen der Blöcke in Summe die Hochvolt-Gleichspannung der Batterie insgesamt. Außerdem sind die Hochvolt-Gleichspannungen der Blöcke zumindest im Wesentlichen gleich. Um die Batterie in die Blöcke zu unterteilen beziehungsweise um die Blöcke unabhängig beziehungsweise separat voneinander laden zu können, ist ein auch als Zwischenspannungsabgriff bezeichneter Mittelabgriff 32 vorgesehen. Der Mittelabgriff 32 ist beispielsweise mit einem sogenannten Neutralpunkt des Drei-Stufen-Stromrichters elektrisch verbunden.
  • Die von der Ladesäule 22 bereitstellbare elektrische Energie beziehungsweise deren elektrische Spannung wird auch als Ladespannung bezeichnet. Aus den Fig. ist erkennbar, dass der Ladeanschluss 20 mit den Phasenleitungen der Phasen u und v elektrisch verbunden ist. Die Phasenleitung der Phase u wird auch als u-Zweig bezeichnet, wobei die Phasenleitung der Phase v auch als v-Zweig bezeichnet wird. Somit kann die Ladespannung an den u-Zweig und an den v-Zweig angeschlossen werden.
  • In dem ersten Schaltzustand ist beispielsweise der IGBT T22 geschaltet. Durch Schalten des IGBTs T22 wird die Ladespannung an das Batteriesegment 28 angelegt, wodurch das Batteriesegment 28 auf einem Spannungsniveau von 400 Volt Gleichspannung geladen, insbesondere aufgeladen, wird.
  • In dem zweiten Schaltzustand ist beispielsweise der IGBT T13 geschaltet und somit elektrisch leitend, wodurch das Batteriesegment 30 geladen wird. Insgesamt kann somit die gewünschte Zwischenkreisspannung von vorliegend 800 Volt erreicht werden. Mit anderen Worten können auf die beschriebene Weise beide Batteriesegmente 28 und 30 mittels elektrischer Energie geladen werden, welche lediglich 400 Volt Gleichspannung aufweist.
  • Wird anstelle einer 400-Volt-Ladesäule eine 800-Volt-Ladesäule verwendet, so wird der dritte Schaltzustand eingestellt. In dem dritten Schaltzustand werden beide Batteriesegmente 28 und 30 gleichzeitig geladen, und zwar auf einem Spannungsniveau von 800 Volt Gleichspannung. Ist die Batterie beispielsweise mehr als zwei kontaktierbare beziehungsweise elektrisch verbindbare Segmente, Module oder Blöcke unterteilt, kann beispielsweise bei der Verwendung eines Drei-Stufen-Stromrichters zwischen den mehreren Modulen umgeschaltet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Schaltungsanordnung
    12
    Hochvolt-Batterie
    14
    elektrische Maschine
    16
    Stromrichter
    18
    Schütz
    20
    Ladeanschluss
    22
    Ladesäule
    24
    Schütz
    26
    Zwischenkreis
    28
    Batteriesegment
    30
    Batteriesegment
    32
    Mittelabgriff
    T11
    IGBT
    T12
    IGBT
    T13
    IGBT
    T14
    IGBT
    T21
    IGBT
    T22
    IGBT
    T23
    IGBT
    T24
    IGBT
    T31
    IGBT
    T32
    IGBT
    T33
    IGBT
    T34
    IGBT
    u
    Phase
    U1
    Hochvolt-Gleichspannung
    U2
    Hochvolt-Gleichspannung
    v
    Phase
    w
    Phase
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015008175 A1 [0003]

Claims (5)

  1. Schaltungsanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Hochvolt-Batterie (12) zum Speichern von elektrischer Energie, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (14) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, mit einem Stromrichter (16), mittels welchem von der Hochvolt-Batterie (12) bereitstellbare Hochvolt-Gleichspannung in Hochvolt-Wechselspannung zum Betreiben der elektrischen Maschine (14) umwandelbar ist, und mit einem Ladeanschluss (20) zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Laden der Hochvolt-Batterie (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (16) als ein Drei-Stufen-Stromrichter ausgebildet ist und aufweist: - einen ersten Schaltzustand, in welchem wenigstens ein erstes Batteriesegment (28) der Hochvolt-Batterie (12) über den Drei-Stufen-Stromrichter mit dem Ladeanschluss (20) verbunden und wenigstens ein zweites Batteriesegment (30) der Hochvolt-Batterie (12) mittels des Stromrichters (16) von dem Ladeanschluss (20) entkoppelt ist, sodass das erste Batteriesegment (28) über den Drei-Stufen-Stromrichter mit von dem Ladeanschluss (20) bereitgestellter elektrischer Energie ladbar ist; - einen zweiten Schaltzustand, in welchem das zweite Batteriesegment (30) der Hochvolt-Batterie (12) über den Drei-Stufen-Stromrichter mit dem Ladeanschluss (20) verbunden und das zweite Batteriesegment (30) der Hochvolt-Batterie (12) mittels des Stromrichters (16) von dem Ladeanschluss (20) entkoppelt ist, sodass das zweite Batteriesegment (20) über den Drei-Stufen-Stromrichter mit von dem Ladeanschluss (20) bereitgestellter elektrischer Energie ladbar ist; und - einen dritten Schaltzustand, in welchem sowohl das erste Batteriesegment (28) als auch das zweite Batteriesegment (30) der Hochvolt-Batterie (12) über den Drei-Stufen-Stromrichter mit dem Ladeanschluss (20) verbunden, sodass das erste Batteriesegment (28) und das zweite Batteriesegment (30) über den Drei-Stufen-Stromrichter mit von dem Ladeanschluss (20) bereitgestellter elektrischer Energie ladbar sind.
  2. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Batteriesegment (28) eine erste Hochvolt-Gleichspannung und das zweite Batteriesegment (30) eine zweite Hochvolt-Gleichspannung aufweist, wobei die erste Hochvolt-Gleichspannung und die zweite Hochvolt-Gleichspannung in Summe die Hochvolt-Gleichspannung der Hochvolt-Batterie (12) bilden.
  3. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hochvolt-Gleichspannung und die zweite Hochvolt-Gleichspannung gleich sind.
  4. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hochvolt-Gleichspannung und die zweite Hochvolt-Gleichspannung jeweils 400 Volt betragen.
  5. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektronische Steuereinheit, welche dazu ausgebildet ist, den Drei-Stufen-Stromrichter in Abhängigkeit von einer elektrischen Spannung der von dem Ladeanschluss (20) bereitgestellten elektrischen Energie zwischen den Schaltzuständen, insbesondere automatisch, umzuschalten.
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