DE102019007350A1 - Fahrzeugbordnetz - Google Patents

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Abstract

Ein Fahrzeugbordnetz (FB) ist mit einem Gleichspannungsladeanschluss (GA), einem Akkumulator (AK), und mindestens einer Hochvoltkomponente (I, K, W2) ausgerüstet. Der Gleichspannungsladeanschluss (GA) ist über eine erste Schalteinrichtung (S1, D) mit einem Verbindungspunkt (VP) verbunden ist. Die mindestens eine Hochvoltkomponente (I, K, W2) ist über eine zweite Schalteinrichtung (S2, S3) und mit dem Verbindungspunkt (VP) verbunden ist. Der Verbindungspunkt (VP) ist mit dem Akkumulator (AK) verbunden ist.

Description

  • Fahrzeuge mit Elektroantrieb weisen einen Akkumulator auf, der bei Plug-In-Fahrzeugen mittels eines Ladeanschlusses von außen geladen werden kann. Ferner bestehen innerhalb des Fahrzeugs Komponenten mit einer Nennspannung von beispielsweise 800 Volt (etwa der Hochvolt-Akkumulator), während abhängig von der Ladestation am Ladeeingang abweichende Spannung von 400 Volt vorgesehen sein kann. Es bestehen daher mehrere Abschnitte innerhalb des Bordnetzes, die verschiedene Nennspannungen haben, jedoch direkt oder indirekt mit dem Akkumulator verbunden sind.
  • Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich ein Fahrzeugbordnetz derart gestalten lässt, dass zum Einen verschiedene Nennspannungen innerhalb des Fahrzeugbordnetzes möglich sind und zum anderen trotz der verschiedenen Nennspannungen in Abschnitten des Fahrzeugbordnetzes das Fahrzeug sicher vor zu hohen Berührspannungen geladen und gefahren werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch das Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 1.
  • Weitere Ausführungsformen, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Figur.
  • Es wird ein Fahrzeugbordnetz mit einem Gleichspannungsladeanschluss, einem Akkumulator, und mindestens einer Hochvoltkomponente vorgeschlagen. Der Gleichspannungsladeanschluss ist über eine erste Schalteinrichtung mit einem Verbindungspunkt bzw. mit dem Akkumulator verbunden. Die mindestens eine Hochvoltkomponente ist über eine zweite Schalteinrichtung mit dem Verbindungspunkt verbunden. Der Verbindungspunkt ist direkt oder indirekt mit dem Akkumulator verbunden. Der Verbindungspunkt dient zur Ankopplung des Akkumulators. Der Akkumulator ist mit dem Verbindungspunkt verbunden (insbesondere über eine Trenneinrichtung und/oder über eine Sicherung). Der Gleichspannungsladeanschluss ist mit einer Seite der Schalteinrichtung verbunden, wobei diese Seite an die erste Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen ist. Mit anderen Worten ist der Gleichspannungsladeanschluss über die erste Schalteinrichtung mit dem Verbindungspunkt und somit mit dem Akkumulator verbunden. Ausgehend vom Akkumulator ergeben sich somit zwei verschiedene, zueinander parallel verlaufende Pfade, die durch den Verbindungspunkt zusammengeführt werden. In jedem Pfad ist eine der beiden Schalteinrichtungen vorgesehen. In dem (vom Verbindungspunkt ausgehenden und) zum Gleichspannungsladeanschluss führenden Pfad ist die erste Schalteinrichtung (in Reihe) vorgesehen. In dem (vom Verbindungspunkt ausgehenden und) zu der mindestens einen Hochvoltkomponente führenden Pfad ist die zweite Schalteinrichtung (in Reihe) vorgesehen. Die erste Schaltvorrichtung umfasst eine Diodenvorrichtung (insbesondere in Reihenschaltung vorgesehen).
  • Die mindestens eine Hochvoltkomponente umfasst insbesondere mindestens einen Hochvoltverbraucher. Die Hochvoltkomponente kann einen elektrischen Abtrieb, einen Zusatz-Gleichspannungswandler mit angeschlossenem Niedervolt-Bordnetzzweig und/oder einen Hochvoltverbraucher, etwa ein Heizelement (beispielweise einer Hochvoltkatalysatorheizung und/oder einer Klimaanlage) und/oder ein elektrischer Klimakompressor umfassen. Der elektrische Antrieb kann direkt mit der zweiten Schalteinheit verbunden sein. Mindestens ein ein weiterer Hochvoltverbraucher, etwa der Zusatz-Gleichspannungswandler mit angeschlossenem Niedervolt-Bordnetzzweig und/oder der Hochvoltverbraucher kann hingegen über eine Schaltvorrichtung mit der zweiten Schalteinheit verbunden sein.
    Das Fahrzeugbordnetz kann einen Wechselspannungsladeanschluss aufweisen. Dieser kann über einen Gleichspannungswandler (oder direkt) mit der mindestens einen Hochvoltkomponente verbunden sein. Der Gleichspannungswandler kann eine erste Seite und eine zweite Seite aufweisen. Die erste Seite kann über die erste Schalteinrichtung mit dem Verbindungspunkt verbunden sein. Eine zweite Seite des Gleichspannungswandlers kann mit der Hochvoltkomponente verbunden sein, insbesondere mit einer als elektrischer Antrieb ausgebildeten Hochvoltkomponente. Die zweite Seite des Gleichspannungswandlers kann über die zweite Schalteinrichtung mit dem Verbindungspunkt (bzw. dem Akkumulator) verbunden sein. Somit ist der Gleichspannungsladeanschluss mit der ersten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden und insbesondere (bezogen auf diesen) diesseits der Schalteinrichtung. Es bestehen zwei zueinander parallel verlaufende Pfade, die durch den Verbindungspunkt zusammengeführt werden, wobei die verschiedenen Pfade zu den verschiedenen Seiten des Gleichspannungswandlers führen. Der Gleichspannungsladeanschluss ist vorzugsweise mit dem Gleichrichter verbunden, insbesondere über eine Schaltvorrichtung und beispielsweise mit der Gleichspannungsseite des Gleichrichters. Diese Gleichspannungsseite des Gleichrichters kann mit dem Gleichspannungswandler (insbesondere mit der ersten Seite des Gleichspannungswandlers) verbunden sein.
  • Das Fahrzeugbordnetz macht es möglich, dass der Gleichspannungsladeanschluss von dem Akkumulator mittels der ersten Schalteinrichtung getrennt werden kann. Auch die Hochvoltkomponente kann mittels einer Schalteinrichtung (nämlich der zweiten Schalteinrichtung) von dem Akkumulator getrennt werden. Sowohl für das Fahren als auch für das Laden ergeben sich somit Möglichkeiten der Abtrennung des Akkumulators, um so hohe Berührspannungen vermeiden zu können. Insbesondere erlaubt die Vorgehensweise, dass eine hohe in dem elektrischen Antrieb gespeicherte Spannung (etwa die Spannung des Zwischenkreises) mittels der Schalteinrichtungen isoliert werden kann, um so hohe Berührspannungen vermeiden zu können.
  • Die erste Schalteinrichtung ist zweipolig und umfasst für das eine Potential des Fahrzeugbordnetzes eine Diodeneinrichtung und für das andere Potential des Fahrzeugbordnetzes ein Schaltelement. Sowohl die Diodenvorrichtung als auch das Schaltelement sind in Reihe geschaltet und ermöglichen eine Unterbrechung des Stromflusses. Das Schaltelement ist insbesondere ein elektromechanisches Schaltelement oder auch ein Halbleiterschalter. Die erste Schaltrichtung verbindet zwei Potentiale der ersten Seite des Gleichspannungswandlers mit zwei Potentialen des Verbindungspunkts. Die beiden Potentiale sind beispielsweise ein Minuspotential und ein Pluspotential oder ein Pluspotential und ein Massepotential.
  • Die Schalteinrichtung sieht für eines der Potentiale ein Schaltelement vor. Für das andere Potential sieht die Schalteinrichtung eine Diodenvorrichtung vor. Diese sind wie erwähnt in Reihe geschaltet. Die Durchlassrichtung der Diodenvorrichtung entspricht vorzugsweise der Stromflussrichtung eines Ladestroms, mittels dem elektrische Energie von dem Gleichspannungsladeanschluss an den Akkumulator geführt wird. Befindet sich die Diodenvorrichtung in dem Pluspotential, dann führt die Durchlassrichtung ausgehend von dem Gleichspannungsladeanschluss zu dem Verbindungspunkt bzw. dem Akkumulator. Befindet sich die Diodenvorrichtung in dem negativen Potential oder dem Massepotential, dann weist die Durchlassrichtung vom Verbindungspunkt bzw. vom Akkumulator weg und zum Gleichspannungsladeanschluss hin. Die Potentiale sind jeweils Gleichspannungspotentiale. Zwischen den Potentialen liegt eine Gleichspannung an. Insbesondere entspricht jedes Potential jeweils einer (Gleichspannungs-)Stromschiene, die auch als DC-Stromschiene oder Gleichspannungsleiter bezeichnet werden kann. Die Potentiale sind insbesonderre Gleichspannungspotentiale. Zwischen den Potentialen liegt eine Versorgungsspannung an, insbesondere eine Hochvolts-Versorgungsspannung. Die Potentiale sind insbesondere Hochvoltpotentiale.
  • Die Diodenvorrichtung ist vorzugsweise eine Leistungs-Diodenvorrichtung. Die Diodenvorrichtung weist die Funktion der Diode auf, muss jedoch nicht notwendigerweise durch eine einzige Diode realisiert sein, sondern kann weitere Dioden aufweisen oder kann andere Bauelemente aufweisen, die die Diodenfunktion realisieren.
  • Die Diodenvorrichtung ist vorzugsweise mit einem positiven Potential des Gleichspannungsladeanschlusses verbunden. Die der ersten Seite des Gleichspannungswandlers (bzw. die Gleichspannungsseite des Gleichrichters), falls vorhanden, kann direkt oder über eine Schaltvorrichtung der ersten Schalteinrichtung verbunden sein. Die Durchlassrichtung der Diodenvorrichtung weist von der ersten Seite des Gleichspannungswandlers (insbesondere von dem Gleichspannungsanschluss) zu dem Verbindungspunkt hin. Alternativ verbindet die Diodenvorrichtung ein negatives Potential der ersten Seite des Gleichspannungswandlers oder ein negatives Potential des Gleichspannungsanschlusses mit einem negativen Potential des Verbindungspunkts (oder des Akkumulators). Hierbei weist die Durchlassrichtung der Diodenvorrichtung von dem Verbindungspunkt (bzw. von dem Akkumulator) zu der ersten Seite des Gleichspannungswandlers bzw. zu dem Gleichspannungsanschluss hin.
  • Die Diodenvorrichtung ist vorzugsweise eine Halbleitervorrichtung. Die Diodenvorrichtung kann einer Diode entsprechen. Ferner kann die Diodenvorrichtung mindestens eine Diode aufweisen. Weist die Diodenvorrichtung mehrere Dioden auf, so können diese parallel oder seriell miteinander verbunden sein, weisen jedoch vorzugsweise alle dieselbe Durchlassrichtung auf. Die Diode der Diodenvorrichtung ist in Reihe geschaltet. Alternativ weist die Diodenvorrichtung einen Transistor oder ein anderes Halbleiterelement auf, wobei der Transistor bzw. das Halbleiterelement durch seine Verschaltung derart angesteuert wird, dass diese die Funktion einer Diode ausführt. Dies betrifft insbesondere Bauelemente, die durch äußere Schaltsignale gesteuert werden können, wobei diese durch entsprechende Ansteuerung und/oder Verschaltung die Funktion einer Diode realisieren. Auch diese werden als eine Diodenvorrichtung betrachtet.
  • Die zweite Schalteinrichtung verbindet zwei Potentiale der mindestens einen Hochvoltkomponente (oder der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers oder des Gleichrichters, falls vorhanden) mit zwei Potentialen des Verbindungspunkts. Hierbei verbindet die Schalteinrichtung mittels einer ersten schaltbaren Verbindung ein erstes Potential der Hochvoltkomponente (oder der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers der oder Gleichspannungsseite des Gleichrichters) mit einem ersten Potential des Verbindungspunkts und mittels einer zweiten schaltbaren Verbindung das zweite Potential der Hochvoltkomponente (oder der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers der oder Gleichspannungsseite des Gleichrichters) mit dem zweiten Potential des Verbindungspunkts. Die erste Verbindung umfasst die erste Schalteinrichtung. Die zweite Verbindung umfasst die zweite Schalteinrichtung. Die zweite Schalteinrichtung verbindet die Potentiale jeweils einzeln. Die zweite Schalteinrichtung weist für jedes Potential ein Schaltelement auf. Das Schaltelement kann als elektromechanisches Schaltelement ausgebildet sein oder als Halbleiterschaltelement, etwa als Transistor. Insbesondere werden die beiden Schaltelemente von den Kontakten eines Doppelrelais gebildet, wobei dies insbesondere für die zweite Schalteinrichtung gilt.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Verbindungspunkt über eine Pyrofuse-Sicherung mit dem Akkumulator verbunden ist. Eine Pyrofuse-Sicherung ist eine elektrische Verbindung, die mittels eines Sprengmittels geöffnet werden kann. Das Sprengmittel wird von einem elektrischen Zünder ausgelöst. Beim Auslösen trennt das Sprengmittel eine elektrische Verbindung in mechanischer Weise. Die Pyrofuse-Sicherung ist vorzugsweise in demselben Potential in Reihe geschaltet, in der sich auch die Diodenvorrichtung befindet.
  • Es kann eine Steuerung im Sinne einer Steuervorrichtung vorgesehen sein, die eingerichtet ist, die Schalteinrichtungen gemäß einem offenen Zustand anzusteuern bzw. diese zu öffnen. Die Steuerung ist ferner eingerichtet, die Pyrofuse-Sicherung nur dann auszulösen, wenn zumindest eine der Schalteinrichtungen trotz entsprechender Ansteuerung nicht öffnet bzw. wenn trotz entsprechender Ansteuerung noch ein hohes Potential bzw. eine hohe Spannung festgestellt wird. Hierzu ist die Steuerung ansteuernd mit den Schalteinrichtungen und der Pyrofuse-Sicherung verbunden. Insbesondere ist die Steuerung eingerichtet, zunächst die Schalteinrichtungen zu betätigen, und dann, nach Überprüfung der Wirkung des Öffnens der Schalteinrichtungen, die Pyrofuse-Sicherung dann auszulösen, wenn trotz Öffnens ein hohes Potential (auf einer dem Akkumulator abgewandten Seite der Pyrofuse-Sicherung) feststellbar ist.
  • Der Verbindungspunkt kann über eine Freischalteinrichtung mit dem Akkumulator verbunden sein. Die Freischalteinrichtung kann beispielsweise bei der Wartung dazu dienen, die Abschnitte des Fahrzeugbordnetzes spannungsfrei zu schalten. Die Freischalteinrichtung ist in demselben Potential in Reihe geschaltet, in dem sich auch die Diodenvorrichtung befindet. Insbesondere befindet sich die Freischalteinrichtung in demselben Potential (bzw. in der selben Stromschiene) wie die Pyrofuse-Sicherung. Die Freischalteinrichtung kann zwischen der Pyrofuse-Sicherung und dem Akkumulator vorliegen. Ferner kann die Pyrofuse-Sicherung zwischen der Freischalteinrichtung und dem Akkumulator vorliegen. Sowohl die Pyrofuse-Sicherung als auch die Freischalteinrichtung sind, falls vorhanden, vorzugsweise nur in einem der beiden Potentiale vorgesehen, (insbesondere in dem Potential, in dem sich auch die Diodenvorrichtung befindet), während das andere Potential durch eine direkte Verbindung zwischen Verbindungspunkt und Akkumulator übertragen wird.
  • Die Freischalteinrichtung kann einen Leistungsschalter mit Trennfunktion, ein Leistungsschutzschalter, eine Schmelzsicherung, ein Lasttrennschalter, ein Fehlerstromschalter oder eine Steckvorrichtung sein. Vorzugsweise ist die Freischalteinrichtung eine abnehmbare Steckbrücke. Wird diese abgezogen von einer Halterung, dann sind zwei Kontakte voneinander getrennt, während bei aufgesteckter Steckbrücke die beiden Kontakte von der Steckbrücke miteinander verbunden werden.
  • Die zweite Schalteinrichtung ist vorzugsweise als Doppelrelais ausgebildet. Die erste Schalteinrichtung kann neben der Diodenvorrichtung das Schaltelement umfassen, welches als einpoliges Relais ausgebildet sein kann.
  • Wie erwähnt kann ein Wechselspannungsladeanschluss vorgesehen sein, der über den Gleichrichter mit der ersten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden ist. Es kann eine Schaltvorrichtung vorgesehen sein, die zwischen der ersten Seite des Gleichspannungswandlers und der ersten Schalteinrichtung vorgesehen ist. Der Gleichspannungsladeanschluss kann direkt mit der ersten Schalteinrichtung verbunden sein, oder kann über die weitere Schalteinrichtung mit der ersten Schalteinrichtung verbunden sein. Der Gleichspannungsladeanschluss kann direkt mit der ersten Schalteinrichtung verbunden sein und/oder kann direkt mit der ersten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden sein.
  • Es kann ein weiterer Gleichspannungswandler (im Weiteren: Zusatzwandler) vorgesehen sein. Dieser kann eine erste Seite aufweisen, die direkt oder über eine Zusatz-Schaltvorrichtung mit der zweiten Schalteinheit verbunden ist. Falls ein Gleichspannungswandler vorgesehen ist, kann die erste Seite des Zusatzwandlers mit der ersten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden ist. Die erste Seite des Zusatzwandlers kann über die Schaltvorrichtung oder direkt mit der ersten Schalteinrichtung bzw. mit dem Gleichspannungsladeanschluss verbunden sein. Eine zweite Seite des Zusatzwandlers kann mit einem Niedervoltbordnetz verbunden sein, etwa einem Bordnetzabschnitt, der eine Endspannung von ca. 12, 13, 14, 24 oder 48 Volt aufweist.
  • Es können als Hochvoltkomponente weitere elektrische Komponenten vorgesehen sein, die an die zweite Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Heizeinrichtung handeln, insbesondere eine elektrische Heizeinrichtung eines Katalysators, oder um eine Klimatisierungsvorrichtung wie beispielsweise ein elektrischer Klimakompressor oder ein elektrisches Innenraum-Heizelement. Zwischen der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers bzw. der mindestens einen Hochvoltkomponente einerseits und dem elektrischen Antrieb andererseits kann ein weiterer Schalter (zweipolig oder einpolig ausgestaltet) vorgesehen sein. Die weiteren Komponenten können direkt mit der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden sein (und somit über den weiteren Schalter der zweiten Schalteinheit), während der elektrische Antrieb über diesen Schalter mit der zweiten Seite (und somit direkt mit der zweiten Schalteinheit) verbunden ist. Dieser weitere Schalter kann als Halbleitersicherung ausgebildet sein, insbesondere als IGBT, zu dem parallel eine Diode geschaltet ist. Die Halbleitersicherung wird im Fehlerfall per Steuersignal geöffnet. Die Durchflussrichtung der Diode weist vorzugsweise von der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers zu der zweiten Schalteinrichtung. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Schalter in dem positiven Potential vorgesehen ist; falls dieser im negativen Potential in Reihe geschaltet ist, weist die Diode die umgekehrte Durchflussrichtung auf.
  • Der Akkumulator und die Freischalteinrichtung, der Akkumulator und die Pyrofuse-Sicherung oder der Akkumulator, die Freischalteinrichtung und die Pyrofuse-Sicherung können in einem Gehäuse vorgesehen sein, während die verbleibenden Komponenten des Fahrzeugbordnetzes in mindestens einem weiteren Gehäuse vorgesehen sind.
  • Das Fahrzeugbordnetz ist vorzugsweise ein Hochvoltbordnetz mit einer Nennspannung von mindestens 60 Volt, 100 Volt, 200 Volt, 400 Volt oder 800 Volt (zumindest abschnittsweise). Der Akkumulator ist vorzugsweise ein Traktionsakkumulator, insbesondere ein Hochvoltakkumulator. Der Akkumulator kann ein Lithium-Akkumulator sein. Der Akkumulator weist eine Nennspannung von beispielsweise 400 Volt oder 800 Volt auf. Der Gleichrichter zwischen dem Wechselspannungsladeanschluss und der ersten Seite des Gleichspannungswandlers kann ein ungesteuerter Gleichrichter, ein gesteuerter Gleichrichter oder ein Leistungsfaktorkorrekturfilter sein. Zudem kann ein weiterer Spannungswandler zwischen dem Gleichrichter und dem Gleichspannungswandler vorgesehen sein. Ein Filter kann zwischen der ersten Seite des Gleichspannungswandlers und der ersten Schalteinrichtung vorgesehen sein.
  • Die 1 dient zur Erläuterung von Ausführungsformen des hier beschriebenen Fahrzeugbordnetzes.
  • Die 1 zeigt ein Fahrzeugbordnetz FB mit einem Gleichspannungsladeanschluss GA, einem Akkumulator AK, einem (optionalen) Gleichspannungswandler W1 und mindestens einer Hochvoltkomponente (insbesondere ein elektrischer Antrieb). Die Hochvoltkomponente bzw. der elektrische Antrieb umfasst den Inverter I und die elektrische Maschine M. Der Akkumulator weist einen Minuspol auf, der direkt mit einem Verbindungspunkt bzw. einem entsprechenden negativen Potential N des Verbindungspunkts VP verbunden ist. Der Pluspol des Akkumulators AK ist über eine Freischalteinrichtung FE und eine Pyrofuse-Sicherung mit einem positiven Potential P des Verbindungspunkts VP verbunden. Von dem Verbindungspunkt VP gehen zwei Pfade ab (in der 1 nach links abgehend dargestellt).
  • Ein erster Pfad, der von dem Verbindungspunkt VP abgeht, führt ausgehend vom Verbindungspunkt VP über eine erste Schalteinrichtung (umfassend Schalter S1 im negativen Strompfad und die Diode D im positiven Strompfad) sowie über einen Schalter SD (allpolig, d.h. im negativen und im positiven Strompfad) zu der mindestens einen Hochvoltkomponente bzw. zu einer ersten Seite 1S des optionalen Gleichspannungswandlers W1. Ein Gleichspannungsladeanschluss GA ist über die Schalteinrichtung S1 und der Diode (die in verschiedenen Potentialen als Reihenschaltelement vorgesehen sind) mit dem Verbindungspunkt VP verbunden. Der Schalter SD ist in Reihe mit der ersten Schalteinrichtung geschaltet und verbindet die ersten Schalteinrichtung S1, D mit der ersten Seite des Gleichspannungswandlers W1, insbesondere mit dessen erster Seite S1. Der Schalter SD ist in Reihe mit der ersten Schalteinrichtung geschaltet und verbindet die ersten Schalteinrichtung S1, D mit der Gleichspannungsseite des Gleichrichters GR, dessen Wechselspannungsseite wiederum mit dem (optionalen) Wechselspannungsanschluss verbunden ist.
  • Ein zweiter Pfad, der von dem Verbindungspunkt VP wegführt, führt über die zweite (allpolige) Schalteinrichtung S2, S3 und einen (allpoligen) Zusatzschalter SC (auch als Schaltvorrichtung bezeichnet) zu der mindestens einen Hochvoltkomponente K, W2, NV und somit auch zu einer zweiten Seite 2S des Gleichspannungswandlers W1. An dem Gleichspannungswandler W1 werden die beiden Pfade (auf die sich die beiden Schalteinheiten verteilen) zusammengeführt, die von dem Verbindungspunkt VP aus abgehen.
  • Der optionale Wechselspannungsladeanschluss WA ist über ein Trennschalter SW mit dem Gleichrichter GR verbunden, welcher wiederum mit der ersten Seite 1S des (optionalen) Gleichspannungswandlers W1 verbunden ist. Der Gleichspannungswandler GR ist direkt mit der ersten Seite 1S des Gleichspannungswandlers W1 verbunden. Der Zusatzschalter SD verbindet die erste Seite des Gleichspannungswandlers und somit auch die Gleichspannungsseite des Gleichrichters GR zum einen mit der ersten Schalteinrichtung S1, D und zum anderen mit dem Gleichspannungsladeanschluss GA.
  • Es ist eine alternative Position POS dargestellt, an die in einer alternativen Ausführungsform der Gleichspannungsladeanschluss GA angeschlossen ist. Dieser befindet sich zwischen dem Schalter SD und der ersten Seite 1S des Gleichspannungswandlers W1. Die alternative Position POS ist über den Zusatzschalter SD mit der ersten Schalteinheit (und/oder mit dem Gleichspannungsladeanschluss) verbunden. In dem dargestellten Beispiel befindet sich jedoch der Gleichspannungsladeanschluss GA und der Wechselspannungsladeanschluss WA bzw. dessen Gleichrichter GR auf unterschiedlichen Seiten des Schalters SD.
  • Die zweite Seite 2S des Gleichspannungswandlers W1 ist direkt mit der mindestens einen Hochvoltkomponente K, W2 verbunden. Die zweite Seite 2S des Gleichspannungswandlers W1 und somit die mindestens eine Hochvoltkomponente K, W2 ist über den Zusatzschalter SC mit dem elektrischen Antrieb (umfassend den Inverter I und die daran angeschlossene elektrische Maschine M) und/oder mit der zweiten Schalteinheit verbunden. Der elektrische Antrieb kann somit als eine Hochvolkomponente betrachtet werde. Die mindestens eine Hochvoltkomponente kann daher eine erste Komponente (K, W2) umfassen sowie eine zweite Komponente in Form des elektrischen Antriebs, die über den Zusatzschalter SC miteinander schaltbar verbunden sind. Der elektrische Antrieb ist auf der Seite der zweiten Schalteinheit S2, S3 mit dem Zusatzschalter SC verbunden; die erste Komponente (dargestellt durch Heizer/Klimakompressor K und/oder den Zusatzwandler W2) auf der entgegengesetzten Seite des Zusatzschalters SC.
  • Der Zusatzschalter SC verbindet die Komponenten K, W2 und somit auch die zweite Seite 2S des Wandlers W1 mit der zweiten Schaltvorrichtung S2, S3. Der elektrische Antrieb und insbesondere dessen Inverter I ist an die Seite des Zusatzschalters ST angeschlossen, die mit der zweiten Schalteinrichtung S2, S3 verbunden ist. Die Komponente K (beispielsweise eine 800 Volt-Komponente wie eine elektrische Heizung oder ein Klimakompressor), ist auf der Seite des Zusatzschalters SC angeschlossen, die mit der zweiten 2S des Gleichspannungswandlers W1 verbunden ist. Der mit SC bezeichnete Schalter kann die Funktion einer Halbleitersicherung aufweisen, das heißt die Funktion eines auf Halbleiter basierenden Trennschalters, der bei Überstrom öffnet.
  • Die erste Schaltvorrichtung umfasst ein erstes Schaltelement S1 (kurz: Schalter S1) und die Diode D. Der erste Schalter S1 ist in dem negativen Potential N vorgesehen, während die Diode D in Reihenschaltung in dem positiven Potential vorgesehen ist.
  • Somit verbindet die Diode D das positive Potential des Gleichspannungsanschlusses mit dem positiven Potential des Verbindungspunkts bzw. des Akkumulators. Der erste Schalter S1 verbindet das negative Potential des Gleichspannungsanschlusses GA mit dem negativen Potential des Verbindungspunkts VP bzw. des Akkumulators AK.
  • Die zweite Schaltvorrichtung umfasst ein zweites Schaltelement S2 (kurz: einen zweiten Schalter S2) und ein drittes Schaltelement S2 (kurz: einen dritten Schalter S3), wobei der dritte Schalter S2 in dem negativen Potential vorgesehen ist (in Reihenschaltung) und der dritte Schalter im positiven Potential vorgesehen ist. Mit anderen Worten befindet sich der Schalter S1 und der Schalter S2 in der negativen Stromschiene des Fahrzeugbordnetzes. Die Diode D befindet sich in der positiven Stromschiene des Verbindungsbordnetzes. Dies gilt auch für den dritten Schalter S3. Im Gegensatz zu der zweipoligen Schaltereinheit, die von den Schaltern S2, S3 gebildet wird, umfasst die erste Schaltvorrichtung neben dem Schaltelement S1 (erster Schalter) die Diode D, das heißt ein Bauteil mit einer Sperrrichtung und einer Durchlassrichtung, bei der der Stromfluss durch die Richtung des Stroms, nicht jedoch durch ein externes Steuersignal vorgegeben ist.
  • Auf der rechten Seite des dargestellten Fahrzeugbordnetzes sind die beiden Spannungsschienen bzw. Potentiale N, P einzeln dargestellt. Vom Akkumulator aus gesehen jenseits der zweiten Schaltvorrichtung bzw. jenseits des Schalters SD sind der Einfachheit halber nur die grundsätzlichen Verbindungen dargestellt, nicht jedoch die einzelnen Potentiale. Auch wenn somit auf der linken Seite der Figur die Verbindung lediglich durch einen einzelnen Strich dargestellt sind, umfassen die Verbindungen eine positive und eine negative Stromschiene bzw. zwei Potentiale (ein positives und ein negatives Potential P, N).
  • Eine Steuerung ST ist ansteuernd mit dem Schalter S1, S2 und S3 verbunden und kann ferner ansteuernd mit den Schaltern SC und SD verbunden sein, ggf. auch mit dem Schalter SW. Diese ansteuernde Verbindung ist mit dem Doppelpfeil symbolisch wiedergegeben. Die Steuerung ST ist ferner ansteuernd mit der Pyrofuse-Sicherung verbunden, um diese ggf. auszulösen. Die Steuerung ST ist eingerichtet, zunächst die Schalter S1, S2 und S3 und ggf. auch die Schalter SD, SC und SW zu öffnen nur dann die Pyrofuse-Sicherung auszulösen, wenn beispielsweise am Gleichspannungsladeanschluss GA oder am Wechselspannungsladeanschluss WA oder an einer anderen Stelle innerhalb des Fahrzeugbordnetzes eine hohe Spannung zu erfassen ist, obwohl dort gemäß Schalteransteuerung keine hohe Spannung zu erwarten wäre. Die Steuerung öffnet im Fehlerfall die entsprechenden Schalter bzw. Sicherungen.
  • Das Fahrzeugbordnetz umfasst die Anschlüsse WA und GA zum Laden, wobei diese die Ladeschnittstelle LS bilden. Externe Spannungsquellen WQ und GQ sind eingerichtet, mit diesen Anschlüssen WA, GA verbunden zu werden und können beispielsweise von einer Ladestation als externe Energiequelle vorgesehen werden.
  • Es kann ein DCDC-Wandler insbesondere in Form eines Boost-Wandlers (Aufwärtswandlers) vorgesehen sein mit einer Arbeitsinduktivität, einer daran seriell angeschlossenen Arbeitsdiode und mit einen (Arbeits)-schalter, der die Verbindung der Arbeitsinduktivität und der Diode mit dem gegenüberliegenden Potential verbindet, wobei die Arbeitsdiode realisiert wird durch die Diodenvorrichtung. Der DCDC-Wandler (der auch als DC-Ladewandler bezeichnet werden kann) ist dem Gleichspannungsladeanschluss nachgeschaltet und an/mit der ersten Schaltvorrichtung, wobei die Diodenvorrichtung der ersten Schaltvorrichtung dioe Arbeitsdiode des DCDC-Wandlers bildet.

Claims (12)

  1. Fahrzeugbordnetz (FB) mit einem Gleichspannungsladeanschluss (GA), einem Akkumulator (AK), und mindestens einer Hochvoltkomponente (I, K, W2) , wobei der Gleichspannungsladeanschluss (GA) über eine erste Schalteinrichtung (S1, D) mit einem Verbindungspunkt (VP) verbunden ist und die mindestens eine Hochvoltkomponente (I, K, W2) über eine zweite Schalteinrichtung (S2, S3) und mit dem Verbindungspunkt (VP) verbunden ist, wobei der Verbindungspunkt (VP) mit dem Akkumulator (AK) verbunden ist.
  2. Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 1, wobei die erste Schalteinrichtung zwei Potentiale (P, N) des Gleichspannungsladeanschlusses (GA) mit zwei Potentialen (P, N) des Verbindungspunkt (VP) schaltbar verbindet, wobei die Schalteinrichtung für eines der Potentiale ein Schaltelement (S1) vorsieht und für das andere Potential eine Diodenvorrichtung (D) vorsieht, deren Durchlassrichtung der Stromflussrichtung eines Ladestroms entspricht, mittels dem elektrische Energie von dem Gleichspannungsladeanschluss (GA) an den Akkumulator (AK) geführt wird.
  3. Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 2, wobei die Diodenvorrichtung (D) ein positives Potential (P) des Gleichspannungsladeanschlusses (GA) mit einem positiven Potential (P) des Verbindungspunkts (VP) verbindet und die Durchlassrichtung der Diodenvorrichtung (D) von dem Gleichspannungsladeanschluss (GA) zu dem Verbindungspunkt (VP) hin gerichtet ist oder wobei die Diodenvorrichtung (D) ein negatives Potential (P) des Gleichspannungsladeanschlusses (GA) mit einem negativen Potential (P) des Verbindungspunkts (VP) verbindet und die Durchlassrichtung der Diodenvorrichtung (D) von dem Verbindungspunkt (VP) zu dem Gleichspannungsladeanschluss (GA) hin gerichtet ist.
  4. Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Diodenvorrichtung (D) einer Diode entspricht, die in Reihe geschaltet ist, oder einen Transistor umfasst, der durch seine Verschaltung derart angesteuert wird, dass dieser die Funktion einer Diode ausführt.
  5. Fahrzeugbordnetz (FB) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Schalteinrichtung zwei Potentiale (P, N) des Gleichspannungsladeanschlusses (GA) mit zwei Potentialen (P, N) des Verbindungspunkts (VP) oder des Akkumulators) verbindet, wobei die Schalteinrichtung (S2, S3) für jedes Potential (N, P) ein Schaltelement vorsieht.
  6. Fahrzeugbordnetz (FB) nach einem Ansprüche 2-5, wobei der Verbindungspunkt (VP) über eine Pyrofuse-Sicherung (PF) mit dem Akkumulator (AK) verbunden ist, wobei die Pyrofuse-Sicherung (PF) in dem selben Potential (P) in Reihe geschaltet ist, in der sich auch die Diodenvorrichtung (D) befindet.
  7. Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 6, das ferner eine Steuerung (ST) aufweist, die eingerichtet ist, die Schalteinrichtungen (S1 - S3) gemäß einem offenen Zustand anzusteuern und ferner eingerichtet ist, die Pyrofuse-Sicherung (PF) nur dann auszulösen, wenn zumindest eine der Schalteinrichtungen (S1 - S3) trotz entsprechender Ansteuerung nicht öffnet.
  8. Fahrzeugbordnetz (FB) nach einem Ansprüche 2-7, wobei der Verbindungspunkt (VP) über eine Freischalteinrichtung (FE) mit dem Akkumulator (AK) verbunden ist, wobei die Freischalteinrichtung (FE) in dem selben Potential (P) in Reihe geschaltet ist, in der sich auch die Diodenvorrichtung (D) befindet.
  9. Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 8, wobei die Freischalteinrichtung ein Leistungsschalter mit Trennfunktion, ein Leistungsschutzschalter, eine Schmelzsicherung, ein Lasttrennschalter, ein Fehlerstromschalter oder eine Steckvorrichtung ist, insbesondere eine abnehmbare Steckbrücke.
  10. Fahrzeugbordnetz nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Schalteinrichtung (S2, S3) als ein Doppelrelais ausgestaltet ist.
  11. Fahrzeugbordnetz nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hochvoltkomponente einen elektrischen Abtrieb (I, M), einen Zusatz-Gleichspannungswandler (W2) mit angeschlossenem Niedervolt-Bordnetzzweig und/oder einen Hochvoltverbraucher, etwa ein Heizelement und/oder ein elektrischer Klimakompressor, umfasst.
  12. Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 11, wobei der elektrische Antrieb (I, M) direkt mit der zweiten Schalteinheit (S2, S3) verbunden ist und mindestens ein weiterer Hochvoltverbraucher, etwa der Zusatz-Gleichspannungswandler (W2) mit angeschlossenem Niedervolt-Bordnetzzweig und/oder der Hochvoltverbraucher über eine Schaltvorrichtung (SC) mit der zweiten Schalteinheit (S2, S3) verbunden ist.
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