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).

Figure DE102018213130A1_0000
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).
Figure DE102018213130A1_0000

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 EP 2 786 891 A1 ein Batteriesystem mit einer Vielzahl von Zellen sowie mit einer Lastschaltung bekannt, an welcher die Spannung der Zellen anliegt. Des Weiteren umfasst das Batteriesystem einen Stromsensor, welcher dazu eingerichtet ist, den in der Lastschaltung fließenden Strom zu erfassen, sowie eine der Lastschaltung zuschaltbare Vorladeschaltung, welche dazu eingerichtet ist, den durch die Lastschaltung fließenden Strom mittels eines Widerstands zu begrenzen. Weiterhin weist das Batteriesystem eine parallel zu der Vorladeschaltung geschaltete Trennvorrichtung auf, mittels welcher die Vorladeschaltung überbrückbar ist.So is from the EP 2 786 891 A1 a battery system with a plurality of cells and with a load circuit is known to which the voltage of the cells is applied. Furthermore, the battery system comprises a current sensor which is set up to detect the current flowing in the load circuit, and a precharge circuit which can be connected to the load circuit and which is set up to limit the current flowing through the load circuit by means of a resistor. Furthermore, the battery system has a disconnecting device connected in parallel with the precharge circuit, by means of which the precharge circuit can be bridged.

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 claim 10. Advantageous refinements and developments are the subject of the dependent claims. The explanations in connection with the electrical vehicle electrical system also apply analogously to the method and to the motor vehicle and vice versa.

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 der 1, wobei die Induktivität diejenige einer elektrischen Maschine ist, und
  • 4 in einem Flussdiagramm einen Verfahrensablauf zum Betrieb des Bordnetzes.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. In it show:
  • 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 the 1 , 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 1 ist schematisch ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 2 gezeigt. Dieses weist ein elektrisches Bordnetz 4 auf, welches wiederum zwei Teilnetze umfasst. Das erste Teilnetz 4a ist dabei ein Gleichspannungsnetz mit einem elektrischen oder elektronischen Verbraucher 6, welcher hier repräsentativ ein ohmscher Widerstand ist. Dabei ist das erste Teilnetz 4a zu dessen Betrieb an mit einer (Anwendungs-) Batterie 8 verbundenen Lastanschlüsse 10 angeschlossen. Des Weiteren ist eine als Betriebsmanagement-System bezeichnete Steuereinheit 12 an einen Schalter 14 der Batterie 8 angeschlossen, mittels welchem die Batterie 8 an die Lastanschlüsse 10 zugeschaltbar ist. die Batterie 10 stellt dabei beispielsweise eine Spannung von 24 V oder 48 V für die Verbraucher 6 bereit.In 1 is schematically an electrically powered motor vehicle 2 shown. This has an electrical system 4 , which in turn comprises two subnets. The first subnet 4a is a DC network with an electrical or electronic consumer 6 , which is representative of an ohmic resistance here. Here is the first subnet 4a for its operation with a (application) battery 8th connected load connections 10 connected. Furthermore, there is a control unit called an operational management system 12 to a switch 14 the battery 8th connected by means of which the battery 8th to the load connections 10 is connectable. the battery 10 provides a voltage of 24 V or 48 V for the consumer, for example 6 ready.

Ferner ist an die Lastanschlüsse 10 eine Vorladeschaltung angeschlossen, welche hier mittels einer auch als Antriebsstrang bezeichneten Schaltung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 2 gebildet ist. Der Antriebsstrang bildet also das zweite Teilnetz 4b des Bordnetzes 4. Das zweite Teilnetz 4b weist hierbei eine Gleichspannungsquelle 20 auf, welche beispielsweise eine Spannung mit einem Betrag von 12 V bereitstellt. Zum Vorladen des ersten Teilnetzes 4a ist dabei ein Gleichspannungswandler vorgesehen, welcher die von der Gleichspannungsquelle bereitgestellte Spannung an die zum Betrieb des ersten Teilnetzes 4a vorgesehene Spannung wandelt, hier also aufwärtswandelt (heraufsetzt).It is also connected to the load connections 10 connected to a precharge circuit, which here is also referred to as a drive train for driving the motor vehicle 2 is formed. The drive train thus forms the second subnet 4b of the electrical system 4 , The second subnet 4b has a DC voltage source 20 which, for example, provides a voltage of 12 V. For preloading the first subnet 4a a DC-DC converter is provided, which converts the voltage provided by the DC voltage source to that for operating the first sub-network 4a provided voltage changes, so here converts up (increases).

In 2 ist das Bordnetz 4 vergleichsweise detailliert gezeigt, wobei zum Zwecke einer verbesserten Übersicht lediglich die Batterie 10, sowie der Schalter 14 mit verbundener Steuereinheit 12 des ersten Teilnetzes 4a dargestellt ist. Zwischen den Lastanschlüssen 8 ist ein Wechselrichter 16 mit drei Brückenzweigen 18 geschaltet. Jeder der Brückenzweige 18 weist dabei zwei in Serie geschaltete Schalter 22 auf, welche in den Ausgestaltungen der 2 und 3 als selbstsperrende n-Kanal-MOSFET ausgebildete Halbleiterschalter sind. Zwischen den Schaltern 22 ist dabei jeweils ein Mittenabgriff 24 vorgesehen (geschaltet). Weiterhin sind die Brückenzweige 18 parallel zueinander zwischen die Lastanschlüsse 10 geschaltet, mit anderen Worten sind jeweils die Lastanschlüsse 10, die beiden Schalter 22 einer der Brückenzweige 18 sowie der zugeordnete Mittenabgriff 24 in Serie geschaltet. In einem Strompfad 26 zwischen einem der Mittenabgriffe 24 der Brückenzweige 18 und einem der Lastanschlüsse 10 ist dabei eine als Spule 28a ausgebildete Induktivität 28 sowie die Gleichspannungsquelle 20 in Serie geschaltet. Dabei ist der Phasenanschluss (Pluspol, (+)-Pol) der Gleichspannungsquelle 20 über die Spule 28a mit dem Wechselrichter 16 verbunden. Entsprechend ist der Masseanschluss (Minuspol, (-)-Pol) der Gleichspannungsquelle 20 mit dem entsprechenden Lastanschluss 10 verbunden.In 2 is the electrical system 4 shown comparatively in detail, only the battery for the purpose of an improved overview 10 , as well as the switch 14 with connected control unit 12 of the first subnet 4a is shown. Between the load connections 8th is an inverter 16 with three bridge branches 18 connected. Each of the bridge branches 18 has two switches connected in series 22 on which in the configurations of the 2 and 3 are designed as self-locking n-channel MOSFET semiconductor switches. Between the switches 22 is a center tap 24 provided (switched). Furthermore, the bridge branches 18 parallel to each other between the load connections 10 switched, in other words the load connections 10 , the two switches 22 one of the bridge branches 18 as well as the assigned center tap 24 connected in series. In a current path 26 between one of the center taps 24 the bridge branches 18 and one of the load connections 10 is one as a coil 28a trained inductance 28 as well as the DC voltage source 20 connected in series. The phase connection (positive pole, (+) - pole) is the DC voltage source 20 over the coil 28a with the inverter 16 connected. The ground connection (minus pole, (-) pole) of the DC voltage source is corresponding 20 with the corresponding load connection 10 connected.

Des Weiteren ist ein Schalter 32 in den Strompfad 26 geschaltet, mittels welchem die Gleichspannungsquelle 20 sowie die Spule 28a zuschaltbar oder abschaltbar sind. Weiterhin ist zwischen den Lastanschlüsse 10 parallel zu den Brückenzweigen 18 des Wechselrichters 16 ein Kondensator 30 geschaltet. Mittels diesem und mittels der als Spule 28a ausgebildeten Induktivitäten 28 sowie mittels desjenigen Brückenzweigs 18 des Wechselrichters 16, an dessen Mittenabgriff 24 der die Induktivität 28 aufweisende Strompfad 26 geschaltet ist, ist ein als Aufwärtswandler ausgebildeter induktiver Gleichspannungswandler gebildet. Mit anderen Worten wirken der Kondensator 30, die Induktivitäten 28 sowie die Schalter 22 des entsprechenden Brückenzweigs 18 als Aufwärtswandler für die Gleichspannungsquelle 20. So sind (Klemmen-)Anschlüsse 33 der Gleichspannungsquelle 20 an den Gleichspannungswandler angeschlossen. Dabei dient der Kondensator 30 als sogenannter Ladekondensator, wobei die Spannung des Kondensators über die Lastanschlüsse 10 als (Ausgangs-)Spannung U des zweiten Teilnetzes 4b am ersten Teilnetz 4a anliegt.There is also a switch 32 in the current path 26 switched, by means of which the DC voltage source 20 as well as the coil 28a can be switched on or off. Furthermore, there is between the load connections 10 parallel to the bridge branches 18 of the inverter 16 a capacitor 30 connected. By means of this and by means of as a coil 28a trained inductors 28 as well as by means of that bridge branch 18 of the inverter 16 , at its center tap 24 the the inductance 28 having current path 26 is connected, an inductive DC-DC converter designed as a step-up converter is formed. In other words, the capacitor works 30 , the inductors 28 as well as the switches 22 of the corresponding bridge branch 18 as a step-up converter for the DC voltage source 20 , So are (terminal) connections 33 the DC voltage source 20 connected to the DC converter. The capacitor is used 30 as a so-called charging capacitor, the voltage of the capacitor across the load connections 10 as (output) voltage U of the second subnet 4b on the first subnet 4a is applied.

Diejenigen als MOSFET ausgebildeten Schalter 22 der Brückenzweige 18, welche zwischen dem jeweiligen Mittenabgriff 24 und dem mit dem Massenanschluss der Gleichspannungsquelle 20 verbunden Lastanschluss 10 geschaltet sind, sind drain-seitig an den Mittenabgriff 24 und source-seitig an diesen Lastanschluss 10 angeschlossen. Die anderen Schalter 22 der Brückenzweige 18 sind source-seitig an den Mittenabgriff und drain-seitig an den anderen Lastanschluss 10 angeschlossen.Those designed as MOSFET switches 22 the bridge branches 18 between the respective center tap 24 and that with the ground connection of the DC voltage source 20 connected load connection 10 are connected to the center tap on the drain side 24 and source side to this load connection 10 connected. The other switches 22 the bridge branches 18 are on the source side to the center tap and on the drain side to the other load connection 10 connected.

Die Bodydioden 34 der als selbstsperrende n-Kanal-MOSFET ausgebildeten Schalter 22 verhindern dabei ein Entladen des Kondensators 30 über die Induktivität 28.The body diodes 34 the switch designed as a self-locking n-channel MOSFET 22 prevent the capacitor from being discharged 30 about the inductance 28 ,

Zum Ansteuern der Schalter 22 weist das elektrische Bordnetz 4 eine Steuereinheit 36 auf. Dabei ist diese mit Steuereingängen der Schalter 22 verbunden. Zum Zwecke einer verbesserten Übersicht ist hier lediglich die Verbindung der Steuereinheit 36 mit dem Steuereingang (Gate) der den Gleichspannungswandler bildenden Schalter 22 dargestellt. In nicht weiter dargestellter Weise sind auch die anderen Schalter 22 des Wechselrichters 16 sowie der Schalter 32 mit der Steuereinheit 36 verbunden. Die Steuereinheit 36 ist gemäß der Ausführungen der 2 und 3 eine zur Steuereinheit 12 separate Steuereinheit, in einer nicht weiter dargestellten Variante jedoch ist die Steuereinheit 36 in die Steuereinheit 12 integriert.To control the switches 22 shows the electrical system 4 a control unit 36 on. This is the switch with control inputs 22 connected. For the purpose of an improved overview, here is only the connection of the control unit 36 with the control input (gate) of the switches forming the DC-DC converter 22 shown. The other switches are also not shown 22 of the inverter 16 as well as the switch 32 with the control unit 36 connected. The control unit 36 is according to the statements of 2 and 3 one to the control unit 12 separate control unit, in a variant not shown, however, is the control unit 36 into the control unit 12 integrated.

Die Spannung U ist dabei abhängig von dem Schaltverhalten der Schalter 22. Dabei wird mittels der Steuereinheit 36 derjenige Schalter 22 des den Gleichspannungswandler bildenden Brückenzweigs 18, welcher Schalter 22 zwischen dem Mittenabgriff 24 und dem an den Masseanschluss (Minuspol) der Gleichspannungsquelle 20 angeschlossenen Lastausgang 10 geschaltet ist, derart angesteuert, dass die Spannung U, zumindest im zeitlichen Mittel, auf einen vorgegebenen Spannungswert USoll eingestellt ist. Zum Zwecke des Vorladens des ersten Teilnetzes 4a entspricht die Spannung U der zum Betrieb des ersten Teilnetzes 4a vorgesehenen Spannung. Hierzu ist eine Pulsweite dieses Schalters 22 entsprechend moduliert, insbesondere ein Tastgrad entsprechend eingestellt. Mittels des als Aufwärtswandler ausgebildeten Gleichspannungswandlers wird die Spannung U an den Lastausgängen 10 hier also auf einen Wert eingestellt, welcher größer als die von der Gleichspannungsquelle 20 bereitgestellte Spannung ist.The voltage U depends on the switching behavior of the switches 22 , This is done by means of the control unit 36 that switch 22 of the bridge branch forming the DC voltage converter 18 what switch 22 between the center tap 24 and that to the ground connection (negative pole) of the DC voltage source 20 connected load output 10 is switched in such a way that the voltage U , at least on average over time, to a predetermined voltage value U target is set. For the purpose of preloading the first subnet 4a corresponds to the tension U to operate the first subnet 4a provided voltage. For this is a pulse width of this switch 22 modulated accordingly, in particular a duty cycle set accordingly. By means of the DC-to-DC converter designed as step-up converter, the voltage U at the load outputs 10 here is set to a value greater than that of the DC voltage source 20 provided voltage is.

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 16 sowie mittels der Gleichspannungsquelle 20 gebildet, wobei diese bereits Bestandteil des Antriebsstrangs sind. Der Gleichspannungswandler ist somit vorteilhaft kein zusätzlich in das Kraftfahrzeug 2 einzubringendes Bauteil.In summary, the DC voltage migrates using the inverter 16 and by means of the DC voltage source 20 formed, which are already part of the drive train. The DC-DC converter is therefore advantageously not an additional one in the motor vehicle 2 component to be inserted.

3 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Bordnetzes 4. An den Mittenabgriff 24 jedes Brückenzweigs 18 ist dabei eine (Erregerwicklung) Phasenwicklung 38 einer als Drehstrommotor ausgebildeten elektrischen Maschine 40 angeschlossen. Schematisch vereinfacht dargestellt, sind die drei Phasenwicklungen 38 miteinander verbunden. Hierzu wird beispielsweise eine Dreiecksschaltung oder eine Sternschaltung verwendet. Zudem ist in jeder der Phasenwicklungen 38 jeweils mittels eines Kreises eine zeitliche Änderung eines Stroms repräsentiert, mittels welchem im Normalbetrieb des Drehstrommotors ein Drehmoment zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 2 erzeugt wird. 3 shows an alternative embodiment of the electrical system 4 , At the center tap 24 every bridge branch 18 is a (excitation winding) phase winding 38 an electrical machine designed as a three-phase motor 40 connected. The three phase windings are shown schematically simplified 38 connected with each other. For example, a delta connection or a star connection is used for this. In addition, is in each of the phase windings 38 each represents a change over time of a current by means of a circle, by means of which a torque for driving the motor vehicle during normal operation of the three-phase motor 2 is produced.

Die Gleichspannungsquelle 20 ist mit dessen Phasenanschluss mit einer der Phasenentwicklungen 35, hier der mittleren, verbunden. Die Induktivität 28 des als Aufwärtswandler ausgebildeten Gleichspannungswandler ist hierbei mittels der Induktivitäten 28b der Phasenwicklung 38, an welche der Phasenanschluss der Gleichspannungsquelle 20 angeschlossen ist, sowie mittels einer Induktivität 28b einer der beiden anderen Phasenwicklungen 38 entsprechend der Schaltung bzw. der Ansteuerung der Schalter 22 der diesen beiden Phasenwicklungen 38 zugeordneten Brückenzweige 18 gebildet. Zusammenfassend ist die Induktivität 28 des als Aufwärtswandler ausgebildeten Gleichspannungswandler mittels Induktivitäten 28b der elektrischen Maschine 40 gebildet. In analoger Weise ist der Schalter 32 zwischen der Gleichspannungsquelle 20 und der Induktivität 28b geschaltet.The DC voltage source 20 is with its phase connection with one of the phase developments 35 , here the middle one, connected. The inductance 28 the DC-DC converter designed as a step-up converter is by means of the inductors 28b the phase winding 38 to which the phase connection of the DC voltage source 20 is connected, and by means of an inductor 28b one of the other two phase windings 38 according to the circuit or the control of the switches 22 of these two phase windings 38 assigned bridge branches 18 educated. In summary, the inductance 28 the DC-DC converter designed as a step-up converter by means of inductors 28b of the electrical machine 40 educated. The switch is analogous 32 between the DC voltage source 20 and inductance 28b connected.

Die 4 zeigt in einem Flussdiagramm einen Verfahrensablauf eines Verfahrens zum Betrieb des Bordnetzes 4. Hierbei wird die Spannung U an den Lastanschlüssen 10 auf einen vorgegebenen Spannungswert USoll eingestellt (Schritt E). Hierzu wird von der Gleichspannungsquelle 20 eine Spannung bereitgestellt, was als Schritt B bezeichnet wird. Hierbei wird der Schalter 32 stromleitend geschaltet (geschlossen) und die Gleichspannungsquelle 20 somit zugeschaltet. Die Schalter 22 werden zudem derart angesteuert, dass diese zusammen mit dem Kondensator 30 und zusammen mit der Induktivität 28 als Aufwärtswandler für die Gleichspannungsquelle 20 wirken (Schritt A). Mittels des Aufwärtswandlers wird die von der Gleichspannungsquelle 20 bereitgestellte Spannung aufwärtsgewandelt (hochgesetzt), so dass die (Ausgangs-) Spannung U dem Sollwert USoll entspricht, was als Schritt W bezeichnet ist. Hierbei wird der Kondensator 30 aufgrund der induzierten Spannung und der Spannung der Gleichspannungsquelle 20 entsprechend geladen. Die eingestellte Spannung U wird zum Vorladen des ersten Teilnetzes 4a herangezogen (Schritt V).The 4 shows in a flowchart a process flow of a method for operation of the electrical system 4 , Here the tension U at the load connections 10 to a predetermined voltage value U target set (step e ). This is done by the DC voltage source 20 provided a tension what as a step B referred to as. Here the switch 32 switched on (closed) and the DC voltage source 20 thus switched on. The switches 22 are also controlled in such a way that these together with the capacitor 30 and together with the inductance 28 as a step-up converter for the DC voltage source 20 act (step A ). By means of the step-up converter that from the DC voltage source 20 provided voltage is converted up (raised) so that the (output) voltage U the setpoint U target corresponds to what as a step W is designated. This is the capacitor 30 due to the induced voltage and the voltage of the DC voltage source 20 loaded accordingly. The set voltage U becomes the preload of the first subnet 4a (step V ).

Der Schalter 32 wird zudem stromsperrend geschaltet (geöffnet). So ist eine Beeinflussung des (Normal-)Betriebs des Wechselrichters 16, insbesondere zur Erzeugung des Drehfelds der elektrischen Maschine 40, vermieden. Dies erfolgt entweder nach erfolgtem Hochsetzen der Spannung U auf den Sollwert USoll , also am Ende des Schritts W oder vorzugsweise nach dem Vorladen des ersten Teilnetzes 4a (Schritt V).The desk 32 is also switched off (open). This is how the (normal) operation of the inverter is influenced 16 , in particular for generating the rotating field of the electrical machine 40 , avoided. This takes place either after the voltage has been increased U to the setpoint U target at the end of the step W or preferably after precharging the first subnet 4a (Step V ).

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]

Claims (10)

Elektrisches Bordnetz (4) für ein Kraftfahrzeug (2), aufweisend - einen Wechselrichter (16) mit mindestens einem Brückenzweig (18), welcher zwei seriell geschaltete Schalter (22) und einen Mittenabgriff (24) zwischen den Schaltern (22) aufweist, - zwei Lastanschlüsse (10), wobei der Brückenzweig (18) des Wechselrichters (16) seriell zwischen diesen geschaltet ist, - 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 (USoll) in Serie geschaltet sind.Electrical vehicle electrical system (4) for a motor vehicle (2), comprising - an inverter (16) with at least one bridge branch (18), which has two series-connected switches (22) and a center tap (24) between the switches (22), two load connections (10), the bridge branch (18) of the inverter (16) being connected in series between them, - an inductance (28) and. in a current path (26) between the center tap (24) and one of the load connections (10) a DC voltage source (20) for setting a voltage (U) at the load connections (10) to a predetermined voltage value (U target ) are connected in series. Elektrisches Bordnetz (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (28) diejenige einer elektrischen Maschine (40) oder eine separate Spule (28a) ist.Electrical system (4) after Claim 1 , characterized in that the inductance (28) is that of an electrical machine (40) or a separate coil (28a). Elektrisches Bordnetz (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - dass der Wechselrichter (16) drei Brückenzweige (18) aufweist, wobei jeder der Brückenzweige (18) zwei seriell geschaltete Schalter (22) und einen Mittenabgriff (24) zwischen den Schaltern (22) umfasst, - wobei an den Mittenabgriffen (24) jeweils eine Phasenwicklung (38) der elektrischen Maschine (40) angeschlossen ist, und - wobei an einem der Mittenabgriffe (24) die Gleichspannungsquelle (20) angeschlossen ist.Electrical system (4) after Claim 2 , characterized in that - the inverter (16) has three bridge branches (18), each of the bridge branches (18) comprising two series-connected switches (22) and a center tap (24) between the switches (22), - at the Center taps (24) each have a phase winding (38) of the electrical machine (40) connected, and - the direct voltage source (20) being connected to one of the center taps (24). Elektrisches Bordnetz (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen parallel zum Brückenzweig (18) geschalteten Kondensator (30) als Ladekondensator zum Einstellen der Spannung (U) an den Lastanschlüssen (10).Electrical system (4) according to one of the Claims 1 to 3 , characterized by a capacitor (30) connected in parallel to the bridge branch (18) as a charging capacitor for setting the voltage (U) at the load connections (10). Elektrisches Bordnetz (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (22) des Brückenzweigs (18) als Halbleiterschalter, insbesondere als selbstsperrende n-Kanal-MOSFETs, ausgebildet sind.Electrical system (4) according to one of the Claims 1 to 4 , characterized in that the switches (22) of the bridge branch (18) are designed as semiconductor switches, in particular as self-locking n-channel MOSFETs. Elektrisches Bordnetz (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (36) zum Ansteuern der Schalter (22) des oder jedes Brückenzweigs (18).Electrical system (4) according to one of the Claims 1 to 5 , characterized by a control unit (36) for actuating the switches (22) of the or each bridge branch (18). Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Bordnetzes (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Spannung (U) an den Lastanschlüssen (10) des Bordnetzes (4) auf einen vorgegebenen Spannungswert (USoll) eingestellt wird.Method for operating an electrical system (4) according to one of the Claims 1 to 6 , wherein voltage (U) at the load connections (10) of the vehicle electrical system (4) is set to a predetermined voltage value (U target ). Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine von der Gleichspannungsquelle (20) bereitgestellte Spannung gewandelt, insbesondere aufwärtsgewandelt oder hochgesetzt, wird.Procedure according to Claim 7 , wherein a voltage provided by the DC voltage source (20) is converted, in particular up-converted or stepped up. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schalter (22) des Wechselrichters (16) derart angesteuert werden, dass diese und der Kondensator (30) sowie die Induktivität (28) als Gleichspannungswandler, insbesondere als Aufwärtswandler, für die Gleichspannungsquelle (20) wirken.Procedure according to Claim 7 or 8th The switches (22) of the inverter (16) are controlled in such a way that they and the capacitor (30) and the inductor (28) act as a DC voltage converter, in particular as a step-up converter, for the DC voltage source (20). Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (2) mit einem elektrischen Bordnetz (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.Electrically driven motor vehicle (2) with an electrical system (4) according to one of the Claims 1 to 6 ,
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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

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