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Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbornetzanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Hochvoltbordnetzanordnung ein Hochvoltbordnetz mit einer ersten Hochvolt-Komponente und mit einer zweiten Hochvolt-Komponente aufweist, sowie eine Hochvoltbatterie, die zur Versorgung der ersten und zweiten Hochvolt-Komponente über zumindest eine Schalteinrichtung mit dem Hochvoltbordnetz koppelbar ist und von diesem entkoppelbar ist. Dabei weist zumindest die erste Hochvolt-Komponente einen Zwischenkreiskondensator auf. Zur Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Hochvoltbordnetzanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbordnetzanordnung.
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Viele Hochvolt-Komponenten im Kraftfahrzeug weisen einen Zwischenkreiskondensator auf, der zum Beispiel als Energiespeicher für schnelle Schaltvorgänge dient und die Spannung im Hochvoltsystem glättet. Als Speicher kann er aber auch das Hochvoltsystem bei abgeschalteter Hochvoltbatterie versorgen und muss daher aus Sicherheitsgründen entladen werden. Zu diesem Zweck ist es bekannt, zur aktiven Entladung der Zwischenkreiskondensatoren, welche in den Hochvolt-Komponenten der Elektro- und/oder Hybridfahrzeuge verbaut sind, zusätzliche Widerstände in bestimmten Hochvolt-Komponenten zu verbauen, insbesondere in solchen, die über einen Zwischenkreiskondensator mit sehr großer Kapazität verfügen. Solche verbauten Widerstände werden dann meist über einen Halbleiter bei Anforderung aktiv zugeschaltet.
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Der betreffende Zwischenkreiskondensator wird so über die aktiv geschalteten Widerstände entladen. Für die Realisierung einer solchen Entladeschaltung sind vielzählige zusätzliche Bauteile in Form von Widerständen, Halbleiterschaltern, und so weiter in den Hochvolt-Komponenten erforderlich.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
EP 2 639 916 A2 eine Schaltungsanordnung für einen Stromrichter mit Zwischenkreis, insbesondere eine Zusatzschaltung zur aktiven schnellen Entladung eines Zwischenkreises eines Stromrichters über einen PTC-Widerstand. Durch einen Halbleiterschalter zur Steuerung eines Leistungsschalters kann unter elektrischer Umgehung einer Zehnerdiode eine schnelle Entladung des Zwischenkreises für den normalen Betrieb des Stromrichters gezielt aktiviert oder deaktiviert werden.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2017 121 579 A1 eine aktive Entladeschaltung für einen Zwischenkreiskondensator unter Verwendung von Phasenzweigschaltern. Die in den Wechselrichterphasenzweigen verwendeten Schaltvorrichtungen weisen für den Ein-/Ausbetrieb einen Übergangsbereich auf, wenn sie aus einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand übergehen. Im Übergangsbereich weist die Vorrichtung eine bestimmte Impedanz auf, die zum Begrenzen einer Stromamplitude verwendet werden kann. Statt der Verwendung einer Schaltung zur aktiven Widerstandsentladung kann ein Verfahren zur schnellen Entladung verwendet werden, dass nur eine Wechselrichterbrücke verwendet.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2013 224 884 A1 ein Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators in einem Spannungsumrichter, wobei der Entladevorgang durch einen Entladeregler derart gesteuert wird, dass der Zwischenkreiskondensator über eine elektrische Last mit einem vorgegebenen Entladestrom entladen wird. Der Entladestrom ist dabei bevorzugt über den Entladezeitraum zumindest annähernd konstant um eine rasche und effiziente Entladung zu ermöglichen.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2011 003 764 A1 ein Verfahren zur Entladung eines Energiespeichers in einem Hochvoltnetz. Dabei soll eine Steuerschaltung eines Gleichspannungswandlers derart realisiert werden, dass sie auch dann aufrechterhalten bleibt, wenn das Niedervoltnetz in Folge eines Unfalls gestört ist. Die Steuerschaltung, die üblicherweise aus dem Niedervoltnetz versorgt wird, kann im Falle einer notwendigen Notschnellentladung aus einem zu entladenden Energiespeicher wie einem Zwischenkreiskondensator gespeist werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochvoltbordnetzanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbordnetzanordnung bereitzustellen, die eine möglichst effiziente Entladung eines Zwischenkreiskondensators ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hochvoltbordnetzanordnung, durch ein Kraftfahrzeug und durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Hochvoltbornetzanordnung für ein Kraftfahrzeug weist ein Hochvoltbordnetz mit einer ersten Hochvolt-Komponente und mit einer zweiten Hochvolt-Komponente auf, sowie eine Hochvoltbatterie, die zur Versorgung der ersten und der zweiten Hochvolt-Komponente über zumindest eine Schalteinrichtung mit dem Hochvoltbordnetz koppelbar ist und von diesem entkoppelbar ist. Dabei weist zumindest die erste Hochvolt-Komponente einen Zwischenkreiskondensator auf. Zudem weist die Hochvoltbordnetzanordnung eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, die zweiten Hochvolt-Komponente derart anzusteuern, dass deren Betrieb bei Entkopplung der Hochvoltbatterie vom Hochvoltbordnetz für eine begrenzte Zeitdauer aktiviert oder weitergeführt wird, so dass der Zwischenkreiskondensator durch den Betrieb zumindest zum Teil entladen wird.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es zur Entladung des Zwischenkreiskondensators einer Hochvolt-Komponente lediglich erforderlich ist, die Energie, die in diesem gespeichert ist, zu verbrauchen, wobei weiterhin das Hochvoltbordnetz ohnehin zahlreiche Hochvoltverbraucher, die genannten Hochvolt-Komponenten, aufweist, die dazu ausgelegt sind, im Betrieb Energie zu verbrauchen. Entsprechend müssen zur Entladung des einen oder auch mehrerer Zwischenkreiskondensatoren keine separaten Entladeschaltungen oder ähnliches, insbesondere keine zusätzlichen Komponenten bereitgestellt werden, sondern die Entladung, insbesondere aktive Entladung, der Zwischenkreiskondensatoren, insbesondere von allen Hochvolt-Komponenten, kann zum Beispiel durch eine zentrale Hochvolt-Komponente im System ohne zusätzliche Bauteile zur Erfüllung dieser Funktion dargestellt werden. Wird also zum Beispiel das Hochvoltsystem, das heißt das Hochvoltbordnetz herunter gefahren beziehungsweise abgeschaltet, und öffnen sich zu diesem Zweck die Hauptschütze der Hochvoltbatterie, die oben im Allgemeinen als Schalteinrichtung bezeichnet sind, so wird die aktive Entladung des einen oder der mehreren Zwischenkreiskondensatoren durchgeführt, indem eine der Hochvolt-Komponenten, die oben als zweite Hochvolt-Komponente bezeichnet wurde, aktiviert beziehungsweise eingeschaltet wird oder im Falle, dass diese vor dem Öffnen der Hauptschütze bereits aktiviert war, deren Betrieb weitergeführt wird. Dadurch lässt sich also eine aktive Entladung der Zwischenkreiskondensatoren ohne irgendwelche zusätzlichen Bauteile auf besonders einfache und kostengünstige Weise umsetzen.
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Unter einer Hochvolt-Komponente kann dabei zum Beispiel ein Hochvoltverbraucher des Hochvoltbordnetzes verstanden werden. Derartige Hochvolt-Komponenten erfüllen also neben dem bloßen Verbrauch von Energie eine Zusatzfunktion. Die Schalteinrichtung, über welche die Hochvoltbatterie mit dem Hochvoltbordnetz koppelbar ist und von diesem entkoppelbar ist, kann zum Beispiel durch zwei Hauptschütze bereitgestellt sein. Dabei befindet sich ein Hauptschütz zwischen einem Pluspol der Hochvoltbatterie und einem positiven Hochvoltanschluss des Hochvoltbordnetzes und ein weiterer Schütz zwischen einem negativen Pol der Hochvoltbatterie und einem negativen Hochvoltanschluss des Hochvoltbordnetzes.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite Hochvolt-Komponente eine Hochvolt-Heizeinrichtung zum Beheizen eines Kreislaufs eines Temperiermediums darstellt. Mit einer solchen Hochvolt-Heizeinrichtung, auch kurz Hochvolt-Heizer, genannt, werden üblicherweise der Luftkreislauf und/oder ein Wasserkreislauf im Kraftfahrzeug geheizt. Ein solcher Heizer kann zum Beispiel einen Hochvolt-PTC (Positive Temperature Coefficient)-Widerstand aufweisen. Dadurch ist eine solche Hochvolt-Heizeinrichtung besonders gut zur Entladung des zumindest einen Zwischenkreiskondensators geeignet, da die in diesem Kondensator gespeicherte Energie auf einfache und schnelle Weise durch einen solchen Widerstand in Wärme gewandelt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt die zweite Hochvolt-Komponente eine Wandlereinrichtung dar, insbesondere einen DC/DC-Wandler, die dazu ausgelegt ist, Energie aus dem Hochvoltbordnetz einem Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Eine solche Wandlereinrichtung versorgt also üblicherweise das Niedervoltbordnetz aus dem Hochvoltbordnetz, zumindest so lange die Hochvoltbatterie das Hochvoltbordnetz mit Energie versorgt. Im vorliegenden Fall kann nun vorteilhafterweise auch eine solche Wanderleinrichtung, selbst dann wenn die Hochvoltbatterie vom Hochvoltbordnetz entkoppelt wird, noch eine Zeit lang weiter Energie in das Niedervoltbordnetz einspeisen, insbesondere in eine dort vorhandene Niedervoltbatterie, wie zum Beispiel eine 12-Volt-Batterie, um den Zwischenkreiskondensator zu entladen. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass die im Zwischenkreiskondensator gespeicherte Energie nicht ungenutzt bleibt, sondern stattdessen dem Niedervoltbordnetz und dem diesen zugeordneten Niedervoltspeicher zugeführt werden kann, um dann zu einem späteren Zeitpunkt durch einen Niedervoltverbraucher verbraucht zu werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt die zweite Hochvolt-Komponente einen elektrischen Klimakompressor dar, der zur Kühlung eines Kreislaufs eines Temperiermediums ausgelegt ist. Der Klimakompressor kann also im normalen Betriebszustand, das heißt bei aktiver Hochvoltbatterie und bei aktivem Hochvoltbordnetz zur Kühlung, zum Beispiel des Luftkreislaufs oder auch wiederum eines Wasserkreislaufs oder eines anderen Temperiermediums genutzt werden, zum Beispiel auch zur Kühlung eines Kühlmittels zur Kühlung der Hochvoltbatterie, oder ähnliches. Auch ein solcher elektrischer Klimakompressor kann nun vorteilhafterweise beim Abkoppeln der Hochvoltbatterie vom Hochvoltbordnetz aktiviert werden oder weiter betrieben werden, um durch Ausführung der Kühlfunktion für die begrenzte Zeitdauer den Zwischenkreiskondensator zu entladen. Auch hier lässt sich die im Zwischenkreiskondensator gespeicherte Energie zu Kühlungszwecken weiter nutzen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt die zweite Hochvolt-Komponente eine Leistungselektronik zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine beziehungsweise E-Maschine des Kraftfahrzeugs dar. Die Leistungselektronik kann zum Beispiel als Pulswechselrichter ausgebildet sein. Diese wandelt typischerweise den durch die Hochvoltbatterie bereitgestellten Gleichstrom beziehungsweise die Gleichspannung in einen Dreiphasenwechselstrom beziehungsweise Dreiphasenwechselspannung zum Betrieb des Elektromotors. Auch diese Leistungselektronik kann vorteilhafterweise genutzt werden, um auch nach Abschalten der Hochvoltbatterie beziehungsweise deren Entkopplung vom Hochvoltbordnetz die im mindestens einen Zwischenkreiskondensator gespeicherte Energie zu verbrauchen. Zu diesem Zweck kann die Leistungselektronik während des begrenzten Zeitraums zum Beispiel die E-Maschine ansteuern, jedoch so, dass hierdurch kein Vortrieb des Kraftfahrzeugs erfolgt, zum Beispiel in einem Leerlauf. Auch hierdurch lässt sich vorteilhafterweise der Zwischenkreiskondensator entladen, zumindest bis auf ein vorgebbares Maß.
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Vorteilhaft ist es dabei vor allem, wenn nur eine der genannten Hochvolt-Komponenten zum Entladen des mindestens einen Zwischenkreiskondensators als zentrale Hochvolt-Komponente nach dem Abkoppeln der Hochvoltbatterie aktiviert wird oder aktiviert bleibt, um den Zwischenkreiskondensator zu entladen. Hierdurch lässt sich eine Entladung am effizientesten bereitstellen, da nur eine einzelne Hochvolt-Komponente zum Bereitstellen dieser Funktion, das heißt der aktiven Entladefunktion, ausgebildet sein muss beziehungsweise entsprechend angesteuert werden muss. Eine aktive Entladung lässt sich so mit minimalem Aufwand umsetzen.
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Es kann aber auch vorgesehen sein, dass mehrere der beschriebenen Hochvolt-Komponenten als zweite Hochvolt-Komponente gleichzeitig zur aktiven Entladung des Zwischenkreiskondensators nach Abkopplung der Hochvoltbatterie aktiviert werden oder aktiviert bleiben. Dadurch kann eine Entladung noch schneller durchgeführt werden. Auch können zeitlich sequentiell verschiedene der beschriebenen Hochvolt-Komponenten zur Darstellung der aktiven Entladung des Zwischenkreiskondensators genutzt werden. Beispielsweise kann diejenige der Hochvolt-Komponenten, durch welche beim Abkoppeln der Hochvoltbatterie in einer aktuellen Situation eine Entladung des Zwischenkreiskondensators durchgeführt werden soll, in Abhängigkeit von einem Situationsparameter gewählt werden. Dieser kann zum Beispiel die Temperatur oder einen vorangegangenen Betriebszustand der betreffenden Komponente darstellen. Ist es aktuell besonders heiß im Kraftfahrzeug, so kann zur Darstellung der aktiven Entladung des Zwischenkreiskondensators der Klimakompressor zur Kühlung des Kraftfahrzeugs verwendet werden, ist es umgekehrt sehr kalt, so kann stattdessen der Hochvolt-Heizer verwendet werden. Es kann auch einfach diejenige Komponente weiter betrieben werden, die beim Abkoppeln der Hochvoltbatterie im vorhergehenden Betriebszustand ohnehin in Betrieb war. Die Nutzung der Wandlereinrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators kann zum Beispiel auch vom aktuellen Ladezustand der Niedervoltbatterie im Niedervoltbordnetz abhängig gemacht werden. Dadurch können durch vielzählige der Hochvolt-Komponenten eine aktive Entladung des Zwischenkreiskondensators besonders situationsangepasst bereitgestellt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt die erste Hochvolt-Komponente mindestens eine der folgenden dar: eine Leistungselektronik zur Ansteuerung einer E-Maschine des Kraftfahrzeug, einen elektrischen Klimakompressor, der zur Kühlung eines Kreislaufs eines Temperiermediums ausgelegt ist, eine Wandlereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, Energie aus dem Hochvoltbordnetz einem Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs bereitzustellen, und/oder eine Hochvolt-Heizeinrichtung zum Beheizen eines Kreislaufs eines Temperiermediums. Mit anderen Worten kann die erste Hochvolt-Komponente ebenso jede der Hochvolt-Komponenten darstellen, die auch die zweite Hochvolt-Komponente darstellt. Üblicherweise weisen nämlich alle diese Hochvolt-Komponenten einen Zwischenkreiskondensator auf. Diese unterscheiden sich lediglich in ihrer Größe, weshalb es für zumindest manche dieser Zwischenkreiskondensatoren einer aktiven Entladung bedarf. Diese aktive Entladung kann nun vorteilhafterweise wie beschrieben durch eine der genannten Hochvolt-Komponenten zentral ausgeführt werden, ohne irgendwelche nötigen Zusatzkomponenten. Darüber hinaus kann die erste Hochvolt-Komponente auch beispielsweise ein Ladegerät bereitstellen. Auch dieses kann einen Zwischenkreiskondensator aufweisen, der vorteilhafterweise durch die zweite Hochvolt-Komponente entladen werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die zweite Hochvolt-Komponente solange nach Entkopplung der Hochvoltbatterie zu betreiben, bis eine Spannung des Hochvoltbornetzes einen vorgegebenen Spannungsgrenzwert unterschreitet. Wird dieser Spannungsgrenzwert unterschritten, so kann gewährleistet werden, dass die betreffenden Zwischenkreiskondensatoren nun ausreichend entladen sind. Dieser Spannungsgrenzwert beträgt vorzugsweise maximal 60 Volt, und kann entsprechend auch kleiner als 60 Volt, insbesondre auch deutlich kleiner als 60 Volt, gewählt sein. Die Zeitdauer, welche typischerweise benötigt wird, um einen Zwischenkreiskondensator, insbesondere auch mehrere der genannten Zwischenkreiskondensatoren in einem typischen Hochvoltbordnetz durch Aktivierung oder Weiterbetreiben der zweiten Hochvolt-Komponente zu entladen, kann zum Beispiel bei maximal einer Sekunde liegen. Vorgaben bezüglich maximal zulässiger Entladezeitdauern können jedoch von Land zu Land verschieden, sein, so dass auch Zeitdauern größer als eine Sekunde denkbar sind, zum Beispiel kleiner als 5 Sekunden. Dies bedeutet, dass eine Aktivierung des Betriebs oder eine Fortführung des Betriebs einer der genannten Hochvolt-Komponenten keinerlei negativen Einfluss auf den Komfort eines Benutzers haben kann, insbesondere wenn es sich bei der zweiten Komponente zum Beispiel um die Hochvolt-Heizeinrichtung oder den elektrischen Klimakompressor handelt, da eine derart kurzzeitige Aktivierung der betreffenden Komponente weder zu einer signifikanten Temperaturerhöhung noch zu einer signifikanten Temperaturerniedrigung führen kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Hochvolt-Komponente derart eingerichtet, das ein ihr zugeordneter minimaler Spannungsgrenzwert, den eine Betriebsspannung für den insbesondere ungehinderten Betrieb der zweiten Hochvolt-Komponente überschreiten muss, zumindest für die begrenzte Zeitdauer nach der Entkopplung der Hochvoltbatterie herabgesetzbar ist. Dadurch kann ein automatisches Abschalten der zweiten Hochvolt-Komponente auch bei abgekoppelter Hochvoltbatterie vorteilhafterweise verhindert werden und die betreffende zweite Komponente für die begrenzte Zeitdauer zur Entladung des Zwischenkreiskondensators betrieben werden. Nach erfolgreicher Entladung oder zumindest teilweiser Entladung bis der vorgegebene Höchstspannungsgrenzwert des Hochvoltbordnetzes unterschritten ist, kann dieser minimale Spannungsgrenzwert der zweiten Hochvolt-Komponente wieder entsprechend hoch gesetzt werden. Dies ist in vielerlei Hinsicht vorteilhaft, insbesondere gegenüber einer grundsätzlich bzw. dauerhaft niedrigen Festlegung dieses minimalen Spannungsgrenzwerts, da durch einen im regulären Betrieb höher gewählten minimalen Spannungsgrenzwert zum Beispiel auch ein automatisches Abschalten der betreffenden Hochvolt-Komponenten erreicht werden kann im Falle eines Kurzschlusses, der üblicherweise einen Spannungseinbruch der Hochvoltspannung nach sich zieht.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Hochvoltbordnetzanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Hochvoltbordnetzanordnung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten damit in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Das Kraftfahrzeug kann ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug darstellen, zum Beispiel ein rein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug oder ein sogenannter Plug-in-Hybrid, d.h. ein Hybridfahrzeug, welches einen batterielektrischen Antrieb mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb kombiniert, oder auch ein Elektrofahrzeug mit Brennstoffzelle.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieben einer Hochvoltbornetzanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Hochvoltbordnetzanordnung ein Hochvoltbordnetz mit einer ersten Hochvolt-Komponente und mit einer zweiten Hochvolt-Komponente aufweist, sowie eine Hochvoltbatterie, die zur Versorgung der ersten und der zweiten Hochvolt-Komponente über zumindest eine Schalteinrichtung mit dem Hochvoltbordnetz koppelbar ist und von diesem entkoppelbar ist, wobei die erste Hochvolt-Komponente einen Zwischenkreiskondensator aufweist. Dabei wird der Betrieb der zweiten Hochvolt-Komponente bei Entkopplung der Hochvoltbatterie vom Hochvoltbordnetz für eine begrenzte Zeitdauer aktiviert oder weitergeführt, so dass der Zwischenkreiskondensator durch den Betrieb zumindest zum Teil entladen wird.
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Auch hier gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochvoltbordnetzanordnung und ihren Ausführungen beschriebenen Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochvoltbordnetzanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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Hierzu zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einem Bordnetz 12 welches wiederum eine Hochvoltbordnetzanordnung 14 sowie auch ein Niedervoltbordnetz 17, zum Beispiel ein 12-Volt-Bordnetz, aufweist. Die Hochvoltbordnetzanordnung 14 umfasst wiederum ein Hochvoltbordnetz 14a, welches insbesondere zusammen mit einer Hochvoltbatterie 16 die Hochvoltbordnetzanordnung 14 bereitstellt.
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Das Hochvoltbordnetz 14a weist dabei mehrere Hochvoltverbraucher beziehungsweise Hochvolt-Komponenten auf. Solche Hochvolt-Komponenten sind zum Beispiel eine Leistungselektronik 18 zum Ansteuern einer E-Maschine beziehungsweise eines Elektromotors 19 des Kraftfahrzeugs 10, ein Hochvolt-Heizer 20, welcher zum Beheizen eines Luftkreislaufs oder Wasserkreislaufs oder eines Kreislaufs eines anderen Temperiermediums ausgelegt ist, ein elektrischer Klimakompressor 22, welcher entsprechend zur Kühlung eines Kreislaufs eines Temperiermediums ausgelegt ist, und eine Wandlereinrichtung 26, insbesondere ein DC/DC-Wandler, der dazu ausgelegt ist, das Niedervoltbordnetz 17 aus dem Hochvoltbordnetz 14a zu versorgen. Eine weitere Hochvolt-Komponente stellt auch eine Ladeeinrichtung 28, zum Beispiel ein Ladegerät, dar, über welches die Hochvoltbatterie 16 geladen werden kann. Das Niedervoltbordnetz 17 weist dabei einen Zusatzspeicher, insbesondere eine Niedervoltbatterie 24, wie zum Beispiel eine 12-Volt-Batterie, sowie weitere und hier nicht dargestellte Niedervoltverbraucher auf.
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Die Hochvoltbatterie 16 ist dabei über eine Schalteinrichtung, die in diesem Beispiel als zwei Hochvoltschütze 30 ausgebildet ist, mit dem Hochvoltbordnetz 14a koppelbar und von diesem durch Öffnen der Schütze 30 abkoppelbar beziehungsweise elektrisch trennbar. Diese Schütze 30 werden dabei sowohl in Notsituationen, zum Beispiel bei einem detektierten Defekt innerhalb des Hochvoltbordnetzes 14a oder der Hochvoltbatterie 16 geöffnet, sowie auch üblicherweise im inaktiven Zustand des Kraftfahrzeugs 10, zumindest dann, wenn das Kraftfahrzeug 10 aktuell nicht geladen wird oder die Standklimatisierung nicht aktiviert ist.
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In den genannten Hochvolt-Komponenten, nämlich der Leistungselektronik 18, dem Hochvolt-Heizer 20, dem elektrischen Klimakompressor 22, der Wandlereinrichtung 26, sowie der Ladeeinrichtung 28, sind üblicherweise auch Zwischenkreiskondensatoren 32 verbaut. Diese dienen als Energiespeicher für schnelle Schaltvorgänge und glätten die Spannung im Hochvoltsystem. Gerade große Kondensatoren 32 können entsprechend sehr viel Energie speichern, und müssen daher aus Sicherheitsgründen bei abgeschaltetem Hochvoltbordnetz 14a, das heißt, wenn die Schütze 30 geöffnet sind und die Hochvoltbatterie 16 nicht mit dem restlichen Bordnetz, das heißt dem Hochvoltbordnetz 14a gekoppelt ist, entladen werden. Diese Entladung kann nun vorteilhafterweise durch zumindest eine der genannten Hochvolt-Komponenten, insbesondere entweder der Leistungselektronik 18, dem Hochvolt-Heizer 20, dem elektrischen Klimakompressor 22 oder der Wandlereinrichtung 26, durchgeführt werden.
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Zu diesem Zweck ist eine Steuereinrichtung 34 vorgesehen, die hier lediglich schematisch dargestellt ist und beispielsweise auch ein Teil der Hochvolt-Komponenten 18, 20, 22, 26 selbst darstellen kann. Diese ist zur Ansteuerung der zumindest einen Hochvolt-Komponente 18, 20, 22, 26, die zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 32 beziehungsweise der Zwischenkreiskondensatoren 32 verwendet werden soll, ausgelegt. Wird das HV-System beziehungsweise das Hochvoltbordnetz 14a heruntergefahren beziehungsweise abgeschaltet, öffnen sich die Hauptschütze 30 der Hochvoltbatterie 16. Sind die Schütze 30 geöffnet, so wird die aktive Entladung der Zwischenkreiskondensatoren 32 durch die Steuereinrichtung 34 initiiert. Zu diesem Zweck erfolgt eine Aktivierung beziehungsweise Einschaltung zumindest einer der HV-Komponenten 18, 20, 22 oder 26. Wird zum Beispiel der Hochvolt-Heizer 20 beziehungsweise der Hochvolt-PTC-Widerstand des Hochvolt-Heizers 20 zum Entladen der Zwischenkreiskondensatoren 32 genutzt, so wird die Energie analog einer zusätzlichen Schaltung in anderen Hochvolt-Komponenten, in Wärme umgewandelt. Sind alle Zwischenkreiskondensatoren 32 hinreichend entladen, zum Beispiel wenn eine Spannung des Hochvoltbordnetzes 14a unter einen vorbestimmten Spannungsgrenzwert, zum Beispiel 60 Volt, fällt, so wird die betreffende Hochvolt-Komponente, also zum Beispiel der Hochvolt-Heizer 20 wider deaktiviert.
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Zur Bestimmung der Spannung im Hochvoltbordnetz 14a kann eine entsprechende Messeinrichtung vorgesehen sein, die das korrespondierende Messergebnis an die Steuereinrichtung 34 liefert. Alternativ zum Hochvolt-Heizer 20 oder auch zusätzlich könnte zum Beispiel auch der DC/DC-Wandler 26 zum Entladen der Zwischenkreiskondensatoren 32 verwendet und angesteuert werden. Dieser würde dann die Energie ins 12-Volt-Bordnetz 17 einspeisen und in der 12-Volt-Batterie 24 speichern. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die in den Zwischenkreiskondensatoren 32 gespeicherte Energie durch Aktivierung der Leistungselektronik 18 zu verbrauchen, welche entsprechend die E-Maschine 19 ansteuern kann. Analog kann die Steuereinrichtung 34 auch den elektrischen Klimakompressor 22 aktivieren oder aktiviert lassen, um die Zwischenkreiskondensatoren 32 zu entladen. Ebenfalls ist eine Kombination mehrerer der genannten Hochvolt-Komponenten 18, 20, 22, 26 zur Darstellung der Entladung der Zwischenkreiskondensatoren 32 möglich.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Darstellung der aktiven Entladung der Zwischenkreiskondensatoren, insbesondere von allen Hochvolt-Komponenten, durch zum Beispiel eine zentrale Hochvolt-Komponente im System ohne zusätzliche Bauteile zur Erfüllung der Funktion bereitgestellt werden kann, da es mehrere Hochvolt-Komponenten, meist Hochvoltnebenverbraucher genannt, gibt, welche die Funktion der aktiven Entladung zentral für alle Komponenten des Hochvoltsystems beziehungsweise des Hochvoltbordnetzes übernehmen können, weshalb also keine zusätzlichen Bauteile und/oder Schaltungen eingesetzt werden müssen. Dadurch lassen sich in Elektro- und Hybridfahrzeugen deutlich Kosten sowie auch Gewicht einsparen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2639916 A2 [0004]
- DE 102017121579 A1 [0005]
- DE 102013224884 A1 [0006]
- DE 102011003764 A1 [0007]
