DE102018213130A1 - Electrical vehicle electrical system and motor vehicle with such an electrical system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz (4) für ein Kraftfahrzeug (2) mit einem Wechselrichter (16) mit mindestens einem Brückenzweig (18), welcher Brückenzweig (18) zwei seriell geschaltete Schalter (22) und einen Mittenabgriff (24) zwischen den Schaltern (22) aufweist, sowie mit zwei Lastanschlüssen (10), wobei der Brückenzweig (18) des Wechselrichters (16) seriell zwischen die Lastanschlüsse (10) geschaltet ist, und wobei in einem Strompfad (26) zwischen dem Mittenabgriff (24) und einem der Lastanschlüsse (10) eine Induktivität (28) und eine Gleichspannungsquelle (20) zum Einstellen einer Spannung (U) an den Lastanschlüssen (10) auf einen vorgegebenen Spannungswert in Serie geschaltet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen elektrischen Bordnetzes (4) sowie ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (2) mit einem solchen elektrischen Bordnetz (4). The invention relates to an electrical system (4) for a motor vehicle (2) with an inverter (16) with at least one bridge branch (18), which bridge branch (18) has two series-connected switches (22) and a center tap (24) between the switches (22), and with two load connections (10), the bridge arm (18) of the inverter (16) being connected in series between the load connections (10), and wherein in a current path (26) between the center tap (24) and one the load connections (10), an inductor (28) and a DC voltage source (20) for setting a voltage (U) at the load connections (10) are connected in series to a predetermined voltage value. The invention further relates to a method for operating such an electrical system (4) and an electrically driven motor vehicle (2) with such an electrical system (4).
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug, mit einem Wechselrichter. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes sowie ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einem solchen Bordnetz.The invention relates to an electrical system for a motor vehicle, with an inverter. Furthermore, the invention relates to a method for operating an electrical vehicle electrical system and an electrically driven motor vehicle with such an electrical system.
Ein Kraftfahrzeug weist typischerweise ein Gleichspannungsnetz mit einem elektrischen Verbraucher (Fahrzeuganwendung) wie beispielsweise einem Scheinwerfer oder einer Klimaanlage auf, wobei das Gleichspannungsnetz zu dessen Betrieb an Lastanschlüssen (Klemmen) einer insbesondere als Batterie ausgebildeten Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Des Weiteren ist beispielsweise eine auch als Betriebsmanagement-System bezeichnete Steuereinheit vorgesehen, mittels welcher die Gleichspannungsquelle bei Erfüllung vorgegebener Voraussetzungen an die Lastanschlüsse und somit an das Gleichspannungsnetz zugeschaltet wird, so dass die Gleichspannungsquelle eine elektrische Spannung an deren Lastanschlüssen (Klemmen) für das Gleichspannungsnetz bereitstellt.A motor vehicle typically has a DC voltage network with an electrical consumer (vehicle application), such as a headlight or an air conditioning system, the DC voltage network for its operation being connected to load connections (terminals) of a DC voltage source, in particular in the form of a battery. Furthermore, for example, a control unit, also referred to as an operational management system, is provided, by means of which the DC voltage source is connected to the load connections and thus to the DC voltage network when predetermined conditions are met, so that the DC voltage source provides an electrical voltage at its load connections (terminals) for the DC voltage network ,
Eine Voraussetzung zum Zuschalten der Gleichspannungsquelle ist beispielsweise, dass an den Lastanschlüssen bereits eine elektrische Spannung anliegt, welche im Wesentlichen der von der Gleichspannungsquelle bereitgestellten Spannung entspricht. Mit anderen Worten muss ein vorgegebener Spannungswert an den Lastanschlüssen eingestellt sein. Auf diese Weise ist beim Zuschalten der Batterie an die Lastanschlüsse ein vergleichsweise großer (Zuschalt-)Strom durch das Gleichspannungsnetz und eine damit einhergehende mögliche Beschädigung von Komponenten des Gleichspannungsnetzes vermieden oder die Gefahr deren Beschädigung zumindest verringert. Mit anderen Worten ist eine Voraussetzung, dass das Gleichspannungsnetz vorgeladen ist.A prerequisite for switching on the DC voltage source is, for example, that an electrical voltage is already present at the load connections, which essentially corresponds to the voltage provided by the DC voltage source. In other words, a predetermined voltage value must be set on the load connections. In this way, when the battery is connected to the load connections, a comparatively large (connection) current through the DC voltage network and possible damage to components of the DC voltage network associated therewith are avoided or the risk of damaging them is at least reduced. In other words, a prerequisite is that the DC voltage network is precharged.
Beispielsweise wird zum Vorladen des Gleichspannungsnetzes ein sogenannter Vorladewiderstand verwendet. Hierbei wird der Vorladewiderstand zwischen die Gleichspannungsquelle und den Lastanschlüssen geschaltet, wobei der Vorladewiderstand eine Begrenzung und eine Verringerung des (Zuschalt-)Stroms bewirkt.For example, a so-called precharge resistor is used for precharging the DC voltage network. The precharge resistor is connected between the DC voltage source and the load connections, the precharge resistor causing a limitation and a reduction in the (connection) current.
So ist aus der
Ein solcher Vorladewiderstand ist ein zusätzliches Bauteil, welches Herstellungskosten erhöht und für welches zusätzlicher Bauraum notwendig ist. Insbesondere ist zudem ein ohmscher Verlust durch den Vorladewiderstand vergleichsweise groß. Ferner kann sich der Vorladewiderstand der Vorladung im Zuge der Strombegrenzung erwärmen.Such a precharge resistor is an additional component which increases manufacturing costs and for which additional installation space is required. In particular, an ohmic loss due to the precharge resistor is also comparatively large. Furthermore, the precharge resistance of the precharge can heat up in the course of the current limitation.
Alternativ hierzu wird das (erste) Gleichspannungsnetz beispielsweise mittels einer zweiten Gleichspannungsquelle oder mittels eines zweiten Gleichspannungsnetzes, insbesondere mit vergleichsweise niedriger Spannung, vorgeladen. Hierbei ist die zweite Gleichspannungsquelle bzw. das zweite Gleichspannungsnetz über einen Gleichspannungswandler an das erste Gleichspannungsnetz angeschlossen, sodass eine von der zweiten Gleichspannungsquelle bzw. vom zweiten Gleichspannungsnetz bereitgestellte Spannung mittels des Gleichspannungswandlers an den von der Steuervorrichtung vorgegebenen Spannungswert angepasst ist, also die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers entsprechend eingestellt ist.As an alternative to this, the (first) DC voltage network is precharged, for example by means of a second DC voltage source or by means of a second DC voltage network, in particular with a comparatively low voltage. Here, the second DC voltage source or the second DC voltage network is connected to the first DC voltage network via a DC voltage converter, so that a voltage provided by the second DC voltage source or by the second DC voltage network is adapted by means of the DC voltage converter to the voltage value specified by the control device, i.e. the output voltage of the DC voltage converter is set accordingly.
Sofern das Gleichspannungsnetz nicht bereits einen solchen Gleichspannungswandler aufweist, ist dieser ein zusätzliches Bauteil, weshalb Herstellungskosten erhöht sind und zusätzlicher Bauraum notwendig ist.If the DC voltage network does not already have such a DC voltage converter, this is an additional component, which is why manufacturing costs are increased and additional installation space is necessary.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes elektrisches Bordnetz zum Vorladen eines Gleichspannungsnetzes anzugeben. Des Weiteren soll ein Verfahren zum Betrieb des elektrischen Bordnetzes sowie ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einem solchen Bordnetz angegeben werden.The invention has for its object to provide a suitable electrical system for precharging a DC voltage network. Furthermore, a method for operating the electrical vehicle electrical system and an electrically driven motor vehicle with such an electrical system are to be specified.
Bezüglich des elektrischen Bordnetzes wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 7 und bezüglich des Kraftfahrzeugs durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem elektrischen Bordnetz sinngemäß auch für das Verfahren sowie für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.With regard to the electrical vehicle electrical system, the object is achieved according to the invention by the features of claim 1. With regard to the method, the object is achieved according to the invention by the features of claim 7 and with respect to the motor vehicle by the features of
Das elektrische Bordnetz ist für ein, insbesondere elektrisch angetriebenes, Kraftfahrzeug vorgesehen und eingerichtet. Das Bordnetz, welches auch als Versorgungsnetz bezeichnet wird, weist hierbei einen Wechselrichter mit mindestens einem Brückenzweig (Halbbrücke) auf, welcher wiederum zwei seriell geschaltete Schalter und einen Mittenabgriff zwischen den Schaltern umfasst. Des Weiteren weist das Bordnetz zwei Lastanschlüsse auf, wobei der Brückenzweig des Wechselrichters seriell zwischen diesen Lastanschlüssen geschaltet ist. Zusammenfassend sind die Lastanschlüsse, die beiden Schalter und der Mittenabgriff entsprechend in Serie geschaltet.The electrical vehicle electrical system is provided and set up for a motor vehicle, in particular an electrically driven motor vehicle. The vehicle electrical system, which is also referred to as the supply network, points here an inverter with at least one bridge branch (half bridge), which in turn comprises two series switches and a center tap between the switches. Furthermore, the vehicle electrical system has two load connections, the bridge arm of the inverter being connected in series between these load connections. In summary, the load connections, the two switches and the center tap are connected in series accordingly.
Des Weiteren sind in einem Strompfad zwischen dem Mittenabgriff und einem der Lastanschlüsse eine Induktivität und eine Gleichspannungsquelle zum Einstellen einer elektrischen Spannung an den Lastanschlüssen auf einen vorgegebenen Spannungswert in Serie geschaltet. Dabei ist insbesondere der Phasenanschluss (Pluspol, (+)-Pol) der Gleichspannungsquelle mit dem Wechselrichter verbunden.Furthermore, an inductance and a DC voltage source for setting an electrical voltage at the load connections to a predetermined voltage value are connected in series in a current path between the center tap and one of the load connections. In particular, the phase connection (positive pole, (+) pole) of the DC voltage source is connected to the inverter.
Die Gleichspannungsquelle, die Induktivität sowie die Schalter des Wechselrichters bilden dabei einen (induktiven) Gleichspannungswandler. So fließt bei entsprechender Schaltung der beiden Schalter ein Strom durch die Induktivität, infolgedessen ein Magnetfeld erzeugt wird. Eine dem Magnetfeld entsprechende Energie wird also mittels der Induktivität zwischengespeichert.The DC voltage source, the inductance and the switches of the inverter form an (inductive) DC voltage converter. If the two switches are switched accordingly, a current flows through the inductance, as a result of which a magnetic field is generated. An energy corresponding to the magnetic field is therefore temporarily stored by means of the inductance.
Hierzu ist insbesondere derjenige (erste) Schalter stromleitend geschaltet, welcher zwischen den Mittenabgriff und den mit dem Strompfad verbundenen Lastanschluss geschaltet ist. Mit anderen Worten wird hierzu der zum Strompfad parallel geschaltete erste Schalter geschlossen. Beim Öffnen dieses Schalters, also bei stromsperrender Schaltung des Schalters, wird mittels der Induktivität eine Spannung bzw. ein Strom induziert. Bei stromleitender Schaltung des anderen (zweiten) Schalters liegt dann eine entsprechende Spannung an den Lastanschlüssen an. Mittels einer geeigneten Schaltung des ersten Schalters, insbesondere mittels einer Pulsweiten-Modulation mit geeignetem Tastgrad (Puls-Pausen-Verhältnis, duty cycle), ist ein zeitlicher Mittelwert der Spannung an den Lastenanschlüssen einstellbar und zweckmäßigerweise auch eingestellt. Auf diese Weise ist es ermöglicht, dass die (Ausgangs-)Spannung an den Lastanschlüssen an einen vorgegebenen Spannungswert angepasst ist. Zum Ansteuern der Schalter weist das elektrische Bordnetz in zweckmäßiger Ausgestaltung eine Steuereinheit auf. Vorzugsweise ist diese dabei an Steuereingängen der Schalter angeschlossen.For this purpose, the (first) switch which is connected between the center tap and the load connection connected to the current path is in particular switched to be current-conducting. In other words, the first switch connected in parallel with the current path is closed for this purpose. When this switch is opened, that is, when the switch is switched off, a voltage or a current is induced by means of the inductance. When the other (second) switch is electrically conductive, a corresponding voltage is then applied to the load connections. By means of a suitable switching of the first switch, in particular by means of a pulse width modulation with a suitable duty cycle (pulse-pause ratio, duty cycle), a temporal mean value of the voltage at the load connections can be set and expediently also set. In this way, it is possible for the (output) voltage at the load connections to be adapted to a predetermined voltage value. In an expedient embodiment, the electrical vehicle electrical system has a control unit for controlling the switches. In this case, it is preferably connected to control inputs of the switches.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist zwischen den Lastanschlüssen und parallel zum Brückenzweig des Wechselrichters ein Kondensator als sogenannter Ladekondensator geschaltet. Der Kondensator wird dabei aufgrund der induzierten Spannung und der Spannung der Gleichspannungsquelle geladen, sodass am Kondensator eine größere Spannung anliegt, als die Gleichspannungsquelle bereitstellt. Somit ist ein Aufwärtswandler (Hochsetzsteller, Boost-Converter, Step-Up-Converter) gebildet. Mit anderen Worten ist der Gleichspannungswandler als Aufwärtswandler ausgestaltet. Auf diese Weise ist es ermöglicht, die Spannung an den Lastausgängen, also die Ausgangsspannung, auf einen Wert einzustellen, welcher größer als die der Gleichspannungsquelle ist. Zusammenfassend wird der der Kondensator im Zuge des Vorladens aufgeladen und dient anschließend insbesondere der Aufrechterhaltung der an den Lastanschlüssen anliegenden Spannung, beispielsweise auch während des Ladevorgangs der Induktivität, mit anderen Worten bei Stromfluss durch die Induktivität bei entsprechender Schaltung der beiden Schalter.In an advantageous embodiment, a capacitor is connected as a so-called charging capacitor between the load connections and parallel to the bridge arm of the inverter. The capacitor is charged based on the induced voltage and the voltage of the DC voltage source, so that a greater voltage is present at the capacitor than the DC voltage source provides. A step-up converter (step-up converter, boost converter, step-up converter) is thus formed. In other words, the DC-DC converter is designed as a step-up converter. In this way it is possible to set the voltage at the load outputs, that is to say the output voltage, to a value which is greater than that of the DC voltage source. In summary, the capacitor is charged in the course of precharging and then serves in particular to maintain the voltage present at the load connections, for example also during the charging process of the inductor, in other words when the inductor flows with appropriate switching of the two switches.
Zusammenfassend ist mittels des derart gebildeten Gleichspannungswandlers bzw. des mittels des derart gebildeten Aufwärtswandlers die Spannung an den Lastausgängen einstellbar. Insbesondere wird die Spannung entsprechend eines vorgegebenen Spannungswertes angepasst. Infolgedessen kann ein an den Lastanschlüssen angeschlossenes Gleichspannungsnetz vorgeladen werden. Beispielsweise ist die Gleichspannungsquelle eine 12V Batterie für eine Schaltung für den Antrieb des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, welche Schaltung im Folgenden auch als Antriebsstrang bezeichnet wird. Die Spannung dieser Gleichspannungsquelle wird dabei insbesondere mittels des als Aufwärtswandlers ausgebildeten Gleichspannungswandlers aufwärtsgewandelt (hochgesetzt), so dass ein beispielsweise für 24V oder für 48V ausgelegtes (Anwendungs- )Gleichspannungsnetz des Kraftfahrzeugs, welches beispielweise für Fahrzeuganwendungen wie einer Klimaanlage oder einem Scheinwerfer vorgesehen und eingerichtet ist, vorgeladen werden kann und vorteilhafterweise auch vorgeladen wird.In summary, the voltage at the load outputs can be adjusted by means of the direct voltage converter or the step-up converter formed in this way. In particular, the voltage is adjusted in accordance with a predetermined voltage value. As a result, a DC network connected to the load connections can be precharged. For example, the DC voltage source is a 12V battery for a circuit for driving the electrically driven motor vehicle, which circuit is also referred to below as the drive train. The voltage of this DC voltage source is in particular converted (boosted) by means of the DC voltage converter designed as a step-up converter, so that a (application) DC voltage network of the motor vehicle, for example designed for 24V or 48V, is provided and set up, for example, for vehicle applications such as air conditioning or a headlight , can be preloaded and advantageously also preloaded.
Besonders bevorzugt sind dabei der Wechselrichter sowie die Gleichspannungsquelle bereits Bestandteil einer im Kraftfahrzeug vorhandenen Schaltung, insbesondere des Antriebsstrangs. Der Wechselrichter sowie die Gleichspannungsquelle sind somit keine zusätzlich in das Kraftfahrzeug einzubringenden Komponenten. Vielmehr werden bereits vorhandene Mittel, also der Wechselrichter sowie die Gleichspannungsquelle verwendet, um eine Spannung an den Lastanschlüssen einzustellen und vorteilhafter Weise das (Anwendungs-) Gleichspannungsnetz vorzuladen.The inverter and the DC voltage source are particularly preferably already part of a circuit present in the motor vehicle, in particular the drive train. The inverter and the DC voltage source are therefore no additional components to be introduced into the motor vehicle. Rather, existing means, that is to say the inverter and the DC voltage source, are used to set a voltage at the load connections and advantageously precharge the (application) DC voltage network.
In vorteilhafter Weiterbildung ist gemäß einer ersten Variante die Induktivität diejenige einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Drehstrommotors zum Antrieb des Kraftfahrzeugs. Mit anderen Worten ist als Induktivität eine Phasenwicklung der elektrischen Maschine herangezogen. Infolgedessen ist in vorteilhafter Weise ebenfalls die Induktivität bereits Bestandteil des Antriebsstrangs und somit kein separat in das Kraftfahrzeug einzubringendes Bauteil. Hierbei muss jedoch beachtet werden, dass beim Stromfluss durch eine Phasenwicklung der als Drehstrommotor ausgebildeten elektrischen Maschine ein Drehmoment erzeugt wird. Zur Vermeidung eines solchen Drehmoments ist in alternativer Ausgestaltung, welche hier als zweite Variante bezeichnet wird, die Induktivität eine bezüglich der elektrischen Maschine separate Spule, welche in den Antriebsstrang als weiteres Bauteil integriert ist. Beispielsweise ist die Spule ein Bestandteil einer Fahrzeugkomponente oder wird als zusätzliches Bauteil in das Bordnetz geschaltet.In an advantageous development, according to a first variant, the inductance is that of an electrical machine, in particular a three-phase motor for driving the motor vehicle. With others A phase winding of the electrical machine is used as the inductance. As a result, the inductance is also advantageously already a component of the drive train and thus not a component which has to be introduced separately into the motor vehicle. However, it must be noted that a torque is generated when the current flows through a phase winding of the electrical machine designed as a three-phase motor. To avoid such a torque, in an alternative configuration, which is referred to here as the second variant, the inductance is a coil which is separate from the electrical machine and which is integrated in the drive train as a further component. For example, the coil is part of a vehicle component or is connected to the vehicle electrical system as an additional component.
Insbesondere dient der Kondensator des Weiteren der Glättung eines Stroms und/oder einer Spannung bei Betrieb des Wechselrichters zur Erzeugung des Drehstroms für die elektrische Maschine. Der Kondensator ist somit bereits im Bordnetz vorgesehen und bildet kein separates, lediglich zum Zwecke des Vorladens einzubringendes Bauteil.In particular, the capacitor also serves to smooth a current and / or a voltage when the inverter is operating in order to generate the three-phase current for the electrical machine. The capacitor is thus already provided in the vehicle electrical system and does not form a separate component that is only to be introduced for the purpose of precharging.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung der ersten Variante weist der Wechselrichter drei Brückenzweige auf, deren jeder zwei seriell geschaltete Schalter und einen Mittenabgriff zwischen den Schaltern umfasst. An den Mittenabgriffen ist dabei jeweils eine Phasenwicklung der elektrischen Maschine angeschlossen. Also dient der Wechselrichter der Erzeugung der drei Phasen(-ströme) für den Betrieb der insbesondere als Drehstrommotor ausgebildeten elektrischen Maschine. Die Gleichspannungsquelle ist dabei an einem der Mittenabgriffe angeschlossen, also mit einer der Phasenwicklungen unmittelbar verbunden.According to a suitable embodiment of the first variant, the inverter has three bridge branches, each of which comprises two switches connected in series and a center tap between the switches. A phase winding of the electrical machine is connected to the center taps. The inverter therefore serves to generate the three phases (currents) for the operation of the electrical machine, which is designed in particular as a three-phase motor. The DC voltage source is connected to one of the center taps, ie directly connected to one of the phase windings.
Die Phasenanschlüsse sind dabei miteinander verschaltet, beispielsweise mittels in Dreiecksschaltung oder in Sternschaltung. Infolgedessen sind auch zwei der Mittenabgriffe über die entsprechenden Phasenwicklungen miteinander verbunden (verschaltet). Die Induktivität des Gleichspannungswandlers bzw. des Aufwärtswandlers ist infolgedessen mittels der Induktivitäten dieser beiden Phasenwicklungen gebildet.The phase connections are interconnected, for example by means of a delta connection or a star connection. As a result, two of the center taps are also connected to one another via the corresponding phase windings. The inductance of the DC-DC converter or the step-up converter is consequently formed by means of the inductances of these two phase windings.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind die Schalter des oder jedes Brückenzweigs als Halbleiterschalter ausgebildet. Besonders bevorzugt sind diese jeweils selbstsperrende n-Kanal-MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren). Alternativ hierzu sind die Schalter beispielsweise Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), wobei jeweils eine Diode parallel zum zugeordneten Bipolartransistor geschaltet ist, deren Durchlassrichtung antiparallel (entgegengesetzt) zur Durchlassrichtung des Bipolartransistors ist. Folglich ist ein Entladen des Kondensators des Aufwärtswandlers über den die Induktivität aufweisenden Strompfad verhindert. Bei der Ausführung als MOSFET jedoch verhindert dies bereits die sogenannte Bodydiode des MOSFETS, es ist also keine zusätzliche Diode notwendig.In an advantageous embodiment, the switches of the or each bridge branch are designed as semiconductor switches. These are particularly preferably self-locking n-channel MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors). As an alternative to this, the switches are, for example, bipolar transistors with an insulated gate electrode (IGBT), in each case one diode being connected in parallel to the associated bipolar transistor, the forward direction of which is antiparallel (opposite) to the forward direction of the bipolar transistor. As a result, the capacitor of the step-up converter is prevented from being discharged via the current path having the inductance. In the case of the execution as a MOSFET, however, this already prevents the so-called body diode of the MOSFET, so no additional diode is necessary.
Geeigneter Weise ist dabei der Phasenanschluss der Gleichspannungsquelle an den Mittenabgriff geführt. Derjenige (erste) Schalter des den Gleichspannungswandler bzw. den Aufwärtswandler bildenden Brückenzweigs, welcher Schalter zwischen dem Mittenabgriff und dem mit dem Massenanschluss der Gleichspannungsquelle verbunden Lastanschluss geschaltet ist, ist drain-seitig an den Mittenabgriff angeschlossen. Der andere (zweite) Schalter dieses Brückenzweigs ist dabei source-seitig an den Mittenabgriff und drain-seitig an den anderen Lastanschluss angeschlossen.The phase connection of the DC voltage source is suitably guided to the center tap. The (first) switch of the bridge branch forming the DC voltage converter or step-up converter, which switch is connected between the center tap and the load connection connected to the ground connection of the DC voltage source, is connected to the center tap on the drain side. The other (second) switch of this bridge branch is connected on the source side to the center tap and on the drain side to the other load connection.
Vorzugsweise ist zusätzlich ein weiterer Schalter in den Strompfad, insbesondere zwischen der Gleichstromquelle und der Induktivität, geschaltet. Mittels diesem ist die Gleichspannungsquelle je nach Schalterstellung zum Vorladen zuschaltbar oder abschaltbar (wegschaltbar, trennbar). Ist der Schalter stromsperrend geschaltet, insbesondere nach erfolgtem Vorladen des Gleichspannungsnetzes, ist eine Beeinflussung des (Normal-)Betriebs des Wechselrichters, beispielsweise zur Erzeugung des Drehfelds der elektrischen Maschine, vorteilhaft vermieden.A further switch is preferably additionally connected in the current path, in particular between the direct current source and the inductor. Using this, the DC voltage source can be switched on or off (precharged, disconnectable) depending on the switch position for precharging. If the switch is switched off, in particular after the DC voltage network has been precharged, influencing the (normal) operation of the inverter, for example for generating the rotating field of the electrical machine, is advantageously avoided.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird in einem Verfahren zum Betrieb eines in einer der oben dargestellten Varianten ausgebildeten Bordnetzes eine Spannung an den Lastanschlüssen des elektrischen Bordnetzes auf einen vorgegebenen Spannungswert eingestellt. Auf diese Weise wird vorteilhaft mittels des elektrischen Bordnetzes eine Spannung zum Vorladen eines Gleichspannungsnetzes bereitgestellt.According to an advantageous development, a voltage at the load connections of the electrical vehicle electrical system is set to a predetermined voltage value in a method for operating an electrical system which is embodied in one of the variants shown above. In this way, a voltage for precharging a DC voltage network is advantageously provided by means of the on-board electrical system.
Hierbei wird gemäß einer geeigneten Ausgestaltung die von der Gleichspannungsquelle des elektrischen Bordnetzes bereitgestellte Spannung gewandelt. Sofern der vorgegebene Spannungswert größer ist als die von der Gleichspannungsquelle bereitgestellte Spannung, wird diese aufwärtsgewandelt.According to a suitable embodiment, the voltage provided by the DC voltage source of the electrical system is converted. If the specified voltage value is greater than the voltage provided by the DC voltage source, it is converted upwards.
Des Weiteren werden hierbei in vorteilhafter Weiterbildung die Schalter des Wechselrichters gemäß einer geeigneten Ausgestaltung derart angesteuert, dass die Schalter, der Kondensator und die Induktivitäten als Gleichspannungswandler, insbesondere als Aufwärtswandler, für die Gleichspannungsquelle wirken. Mit anderen Worten wird mittels der Schalter des Wechselrichters, des Kondensator und mittels der Induktivitäten bei geeigneter Ansteuerung der Schalter des Wechselrichters ein Gleichspannungswandler, insbesondere ein Aufwärtswandler, gebildet. Zudem wird dabei vorzugsweise als Induktivität die Induktivität einer Phasenwicklung einer elektrischen Maschine herangezogen.Furthermore, in an advantageous further development, the switches of the inverter are controlled in accordance with a suitable embodiment in such a way that the switches, the capacitor and the inductors act as direct voltage converters, in particular as step-up converters, for the direct voltage source. In other words, the switch of the inverter, the capacitor and by means of the inductors, with suitable activation of the switches of the inverter, a direct voltage converter, in particular an up converter, is formed. In addition, the inductance of a phase winding of an electrical machine is preferably used as the inductance.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ein elektrisches Bordnetz in einer der oben beschriebenen Varianten auf. Insbesondere werden hierbei bereits in dessen Antriebsstrang vorhandene Komponenten, nämlich zumindest der Wechselrichter sowie die Gleichspannungsquelle zum Bereitstellen einer auf einen vorgegebenen Spannungswert eingestellten Spannung herangezogen. Diese kann und zweckmäßigerweise wird zum Vorladen eines Gleichspannungsnetzes herangezogen.In a further advantageous embodiment, an electrically driven motor vehicle has an electrical system in one of the variants described above. In particular, components already present in its drive train, namely at least the inverter and the DC voltage source, are used to provide a voltage set to a predetermined voltage value. This can and is expediently used for precharging a DC voltage network.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 schematisch ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, wobei dessen Anwendungsbatterie über eine Steuervorrichtung einem Gleichspannungsnetz zuschaltbar ist, und wobei das Gleichspannungsnetz an eine Schaltung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist, -
2 in einem schematisierten Schaltbild das Bordnetz, welches eine Gleichspannungsquelle sowie einen Wechselrichter mit Brückenzweigen aufweist, wobei die Gleichspannungsquelle über eine als Spule ausgebildete Induktivität an einen Mittenabgriff zwischen zwei Schaltern einer der Brückenzweige angeschlossen ist, -
3 in einem schematisierten Schaltbild eine alternative Ausgestaltung des Bordnetzes der1 , wobei die Induktivität diejenige einer elektrischen Maschine ist, und -
4 in einem Flussdiagramm einen Verfahrensablauf zum Betrieb des Bordnetzes.
-
1 schematically an electrically driven motor vehicle with an electrical vehicle electrical system, the application battery of which can be connected to a DC voltage network via a control device, and the DC voltage network being connected to a circuit for driving the motor vehicle, -
2 In a schematic circuit diagram, the vehicle electrical system, which has a DC voltage source and an inverter with bridge branches, the DC voltage source being connected via an inductance designed as a coil to a center tap between two switches of one of the bridge branches, -
3 in a schematic circuit diagram an alternative embodiment of the electrical system of the1 , the inductance being that of an electrical machine, and -
4 in a flowchart a procedure for operating the vehicle electrical system.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference symbols in all figures.
In
Ferner ist an die Lastanschlüsse
In
Des Weiteren ist ein Schalter
Diejenigen als MOSFET ausgebildeten Schalter
Die Bodydioden
Zum Ansteuern der Schalter
Die Spannung
Zum Zwecke einer besseren Erkennbarkeit sind die Leiter (Verbindungen) zwischen den den Gleichspannungswandler bildenden Komponenten strichliniert dargestellt. Die Leiter zwischen den Komponenten sind also nicht unterbrochen, sondern verbinden die Komponenten miteinander elektrisch (galvanisch).For the purpose of better identification, the conductors (connections) between the components forming the DC-DC converter are shown in broken lines. The conductors between the components are therefore not interrupted, but rather connect the components to one another electrically (galvanically).
Zusammenfassend ist der Gleichspannungswander mittels des Wechselrichters
Die Gleichspannungsquelle
Die
Der Schalter
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described above. Rather, other variants of the invention can also be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 44
- Elektrisches BordnetzElectrical system
- 4a,b4a, b
- erstes bzw. zweites Teilnetzfirst or second subnet
- 66
- Verbraucherconsumer
- 88th
- Batteriebattery
- 1010
- Lastanschlussload connection
- 1212
- Steuereinheitcontrol unit
- 1414
- Schalterswitch
- 1616
- Wechselrichterinverter
- 1818
- Brückenzweigbridge branch
- 2020
- GleichspannungsquelleDC voltage source
- 2222
- (Halbleiter-)Schalter(Semiconductor) switch
- 2424
- Mittenabgriffcenter tap
- 2626
- Strom pfadCurrent path
- 2828
- Induktivitätinductance
- 28a28a
- SpuleKitchen sink
- 3030
- Kondensatorcapacitor
- 3232
- Schalterswitch
- 3333
- Anschlüsse der GleichspannungsquelleDC voltage source connections
- 3434
- Bodydiodebody diode
- 3636
- Steuereinheitcontrol unit
- 3838
- Phasenwicklungphase winding
- 4040
- elektrische Maschine electrical machine
- AA
- Ansteuern der SchalterActivate the switches
- BB
- Bereitstellen einer SpannungProvide a tension
- Ee
- EinstellenTo adjust
- UU
- Spannungtension
- USoll U target
- Spannungswertvoltage value
- VV
- Vorladensubpoena
- WW
- Aufwärtswandelnupconverting
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 2786891 A1 [0005]EP 2786891 A1 [0005]
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DE102018213130.9A DE102018213130A1 (en) | 2018-08-06 | 2018-08-06 | Electrical vehicle electrical system and motor vehicle with such an electrical system |
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DE (1) | DE102018213130A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020111244A1 (en) | 2020-04-24 | 2021-10-28 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Integrated energy supply system for a vehicle |
CN113844282A (en) * | 2020-06-25 | 2021-12-28 | 大众汽车股份公司 | High-voltage on-board electrical system of a vehicle and method for producing such a system |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9620974B2 (en) * | 2008-10-22 | 2017-04-11 | General Electric Company | Apparatus for transferring energy using power electronics and machine inductance and method of manufacturing same |
-
2018
- 2018-08-06 DE DE102018213130.9A patent/DE102018213130A1/en active Pending
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