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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in einem Kraftfahrzeug.
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Auf dem Gebiet der Elektromobilität werden zunehmend auch Konzepte zur Elektrifizierung des Antriebsstrangs von Nutzfahrzeugen entwickelt. Hierbei ist eine zu geringe Energiedichte der verwendeten Energiespeicher jedoch ein Problem. Eine Lösung des Problems stellt das Bereitstellen von elektrischer Energie von außen über eine Oberleitung dar. Das Nutzfahrzeug kann dann über die Oberleitung betrieben werden und/oder der Energiespeicher kann während einer Fahrt geladen werden. Da eine Oberleitung in der Regel nicht flächendeckend bereitgestellt wird, ist das Ausbilden einer elektrischen Verbindung mit der Oberleitung regelmäßig notwendig. Hierbei hat die Oberleitung in den meisten Fällen jedoch eine andere Spannung als ein Hochvoltnetz in dem Nutzfahrzeug.
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Es ist bekannt, Gleichspannungen einer Oberleitung und eines Zwischenkreises mit Hilfe eines Vorladewiderstandes anzugleichen. Vor dem Ausbilden einer niederohmigen elektrischen Verbindung zwischen der Oberleitung und dem Zwischenkreis wird hierzu eine elektrische Verbindung über den Vorladewiderstand ausgebildet. Dies führt zu einer Strombegrenzung und zu einer kontinuierlichen Spannungsangleichung zwischen der Oberleitung und dem Zwischenkreis. Sind die Spannungen angeglichen, so wird die niederohmige elektrische Verbindung ausgebildet.
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Aus der
DE 10 2014 011 795 A1 ist eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer Hochvolt-Batterie zur Bereitstellung von Energie, welche einen Batterie-Stack und eine Koppelvorrichtung aufweist sowie einen Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis, welcher über die Koppelvorrichtung mit dem Batterie-Stack koppelbar ist. Vor dem Koppeln der Hochvolt-Batterie mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis erfolgt eine Vorladung des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises, indem mit Hilfe eines DC/DC-Wandlers Energie aus einer Bordnetzbatterie in den Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis übertragen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, mit denen eine elektrische Verlustleistung beim Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einer Oberleitung und einem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis verringert werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Insbesondere wird eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug geschaffen, wobei das Kraftfahrzeug zumindest zeitweise über eine Oberleitung mit einem Gleichstrom versorgt werden kann, umfassend eine Hochvolt-Batterie zum Bereitstellen von elektrischer Energie, einen Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis, eine Kopplungseinrichtung zum steuerbaren Koppeln des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises mit der Oberleitung, und einen Gleichspannungswandler (auch als DC/DC-Wandler bezeichnet) zwischen dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis und der Hochvolt-Batterie, wobei der Gleichspannungswandler derart ausgebildet ist, eine Spannung des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises vor einem Koppeln mit der Oberleitung über die Koppeleinrichtung mittels Energieübertragung aus der Hochvolt-Batterie auf eine Spannung der Oberleitung anzupassen.
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Ferner wird ein Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Bereitstellen von elektrischer Energie mittels einer Hochvolt-Batterie, Bereitstellen eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises, welcher über eine Koppeleinrichtung mit einer Gleichstrom führenden Oberleitung gekoppelt werden kann, und Anpassen einer Spannung des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises vor einem Koppeln mit der Oberleitung über die Koppeleinrichtung mittels Energieübertragung aus der Hochvolt-Batterie auf eine Spannung der Oberleitung, wobei das Anpassen mittels eines Gleichspannungswandlers erfolgt.
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Die Schaltungsanordnung und das Verfahren ermöglichen es, eine elektrische Verlustleistung beim Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einer Oberleitung und einem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis zu verringern, da eine Spannung im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis nicht mehr passiv über einen Vorladewiderstand angepasst wird, sondern aktiv mittels eines Gleichspannungswandlers. Hierzu stellt der Gleichspannungswandler auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises einen Strom bereit und bewirkt hierdurch ein Anpassen einer Spannung des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises, da eine Spannung in dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis durch den bereitgestellten Strom auf eine Spannung der Oberleitung gebracht werden kann. Sind die Spannungen angeglichen, so wird die Koppeleinrichtung derart angesteuert, dass eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung und dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis ausgebildet wird.
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Neben einer geringeren Verlustleistung ist ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung und des Verfahrens, dass ein Anpassen deutlich schneller erfolgen kann als bei Verwendung des Vorladewiderstandes. Nach einem mechanischen Verbinden eines Stromabnehmers mit einer Oberleitung kann eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung und dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis daher schneller ausgebildet werden, sodass eine Energieversorgung über die Oberleitung bereits zu einem früheren Zeitpunkt zur Verfügung steht.
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Die Schaltungsanordnung, insbesondere der Gleichspannungswandler, werden mittels einer Steuereinrichtung gesteuert bzw. geregelt. Die Steuereinrichtung kann als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
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Der Gleichspannungswandler kann insbesondere sowohl als Abwärtswandler bzw. Tiefsetzsteller als auch als Aufwärtswandler bzw. Hochsetzsteller arbeiten. Daher kann eine Spannung im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis sowohl auf eine höhere als auch eine niedrigere von der Oberleitung bereitgestellte Spannung angepasst werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine über den Gleichspannungswandler übertragene elektrische Leistung während des Anpassens in Abhängigkeit einer Kapazität und/oder sonstiger elektrischer Parameter des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises gewählt wird.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgebildet ist, wobei der Gleichspannungswandler ferner derart ausgebildet ist, eine von der Oberleitung bereitgestellte Gleichspannung bei Bedarf auf eine Ladespannung der Hochvolt-Batterie zu wandeln. In einem ersten Betriebszustand kann der Gleichspannungswandler eine Spannung im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis anpassen, in einem zweiten Betriebszustand, wenn die Oberleitung bereits mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist, kann der Gleichspannungswandler eine Spannung der Oberleitung auf eine Ladespannung der Hochvolt-Batterie wandeln, sodass die Hochvolt-Batterie über die Oberleitung geladen werden kann. Hierdurch können insgesamt Bauteile eingespart werden, da der Gleichspannungswandler in zwei Richtungen arbeiten kann.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage einer Spannungsregelung durchzuführen, wobei ein Strom bei Erreichen einer Zielspannung auf Null geregelt wird. Die geregelte Spannung ist insbesondere die von dem Gleichspannungswandler auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises bereitgestellte Spannung. Der Strom ist insbesondere ein auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in Richtung des Gleichspannungswandler oder von diesem weg fließender Strom.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage einer Stromregelung durchzuführen, wobei ein Strom bei Erreichen einer Zielspannung auf Null geregelt wird. Der geregelte Strom ist insbesondere ein auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in Richtung des Gleichspannungswandler oder von diesem weg fließender Strom. Die Spannung ist insbesondere die von dem Gleichspannungswandler auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises bereitgestellte Spannung.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler ferner derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage eines erfassten, empfangenen und/oder aus einem Speicher abgerufenen Spannungswerts einer Spannung der Oberleitung zu steuern, wobei die Schaltungsanordnung hierzu einen Spannungssensor, eine Kommunikationseinrichtung und/oder einen Speicher umfasst. Das Anpassen wird dann derart geregelt, dass der Spannungswert im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis erreicht wird. Hierbei kann der Spannungswert beispielsweise an einem bereits mit der Oberleitung verbundenen Stromabnehmer mittels des Spannungssensors erfasst und bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Spannungswert beispielsweise von einem Betreiber der Oberleitung bereitgestellt werden, beispielsweise über eine mittels der Kommunikationseinrichtung ausgebildete Kommunikationsverbindung. Alternativ oder zusätzlich kann der Spannungswert auch in dem Speicher hinterlegt sein. Der Spannungswert wird dann aus dem Speicher abgerufen. Beispielsweise kann eine Karte bereitgestellt werden, die in dem Speicher hinterlegt ist und in der für verschiedene Straßen bzw. Streckenabschnitte Oberleitungen mit zugehörigen Spannungswerten hinterlegt sind. Je nach Position des Kraftfahrzeugs wird dann der jeweils zur Oberleitung zugehörige Spannungswert aus der Karte bzw. dem Speicher abgerufen und einer Steuereinrichtung der Schaltungsanordnung zur Verfügung gestellt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Spannung im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis bereits vor einem Ausbilden einer mechanischen Verbindung eines Stromabnehmers zu einer Oberleitung angepasst wird. Dies kann insbesondere erfolgen, wenn eine Spannung der Oberleitung nicht mittels eines Spannungssensors erfasst werden muss, sondern bereits auf andere Weise ermittelt werden kann, beispielsweise wie oben beschrieben von einem Betreiber der Oberleitung übermittelt wird oder aus einem Speicher abgerufen wird. Das Ausbildern einer elektrischen Verbindung zur Oberleitung kann hierdurch weiter beschleunigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung mindestens eine weitere Koppeleinrichtung umfasst, wobei die mindestens eine weitere Koppeleinrichtung derart ausgebildet ist, mindestens einen elektrischen Hochvolt-Verbraucher vor dem Anpassen von der Hochvolt-Batterie zu trennen und mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis zu verbinden. Hochvolt-Verbraucher sind insbesondere eine elektrische Maschine und ein Antriebsumrichter, der eine Gleichspannung in eine, insbesondere dreiphasige, Wechselspannung umwandelt und hierdurch die elektrische Maschine antreibt.
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Merkmale zur Ausgestaltung des Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung. Die Vorteile des Verfahrens sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug;
- 2 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs von Spannungen, Strömen und Schaltzuständen in der Schaltungsanordnung während des Anpassens.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung 1 für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Das Kraftfahrzeug kann über eine Oberleitung 20 mit elektrischer Energie versorgt werden. Hierzu muss eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung 20 und einem Hochvoltnetz 3 des Kraftfahrzeugs ausgebildet werden. In der gezeigten Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung 1 teilweise in einem Stromabnehmer 2 des Kraftfahrzeugs ausgebildet.
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Die Schaltungsanordnung 1 umfasst eine Hochvolt-Batterie 4 zum Bereitstellen von elektrischer Energie, einen Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5, eine Kopplungseinrichtung 6 zum steuerbaren Koppeln des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises 5 mit der Oberleitung 20 und einen Gleichspannungswandler 7 zwischen dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 und der Hochvolt-Batterie 4. Die Schaltungsanordnung 1 wird mittels einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) gesteuert bzw. geregelt.
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Das Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Maschine 10, die über einen Antriebsumrichter 11 und eine weitere Koppeleinrichtung 12 sowohl mit der Hochvolt-Batterie 4 als auch mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 verbunden werden kann. Die weitere Koppeleinrichtung 12 umfasst hierzu beispielsweise Schalteinrichtungen 13, 14, mit denen die elektrische Maschine 10 über den Antriebsumrichter 11 mit der Hochvolt-Batterie 4 oder mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 verbunden werden kann. Ferner können weitere elektrische Hochvolt-Verbraucher 15 mit der Hochvolt-Batterie 4 verbunden sein.
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Die Schaltungsanordnung 1 umfasst weitere elektrische Komponenten, wie eine Drosselinduktivität 18 und eine elektrische Sicherung 19. Die Hochvolt-Batterie 4 umfasst eine elektrische Sicherung 41 und eine interne Schalteinrichtung 42 zum Trennen einer elektrischen Verbindung zum Hochvoltnetz 3 bei Überlastung.
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Soll das Hochvoltnetz 3 über den Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 mit der Oberleitung 20 verbunden werden, so muss eine Spannung UE des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises 5 an eine Spannung UF der Oberleitung 20 angepasst werden. Dies erfolgt nach einem Verbinden des Stromabnehmers 2 mit der Oberleitung 20, jedoch vor einem Koppeln, das heißt bevor die Koppeleinrichtung 6 eine elektrische Verbindung zwischen Oberleitung 20 und dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 herstellt. Zum Anpassen der Spannung UE stellt der Gleichspannungswandler 7 auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises 5 einen Strom ID bereit, welcher eine Spannung UD im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 hervorruft. Zum Bereitstellen der Spannung UD wird eine von der Hochvolt-Batterie 4 bereitgestellte Batteriespannung UB vom Gleichspannungswandler 7 entsprechend gewandelt. Durch den Strom ID verändert sich die Spannung UE in dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5. Die Spannung UD wird solange von dem Gleichspannungswandler 7 verändert (erhöht bzw. erniedrigt), bis die Spannungen UE, UF einander angepasst sind. Anschließend wird die Koppeleinrichtung 6 derart angesteuert, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 und der Oberleitung 20 ausgebildet wird. Die Spannung UD wird dann nicht mehr vom Gleichspannungswandler 7 bereitgestellt, sondern entspricht der Spannung UF der Oberleitung.
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Während des Anpassens der Spannung UE wird die elektrische Maschine 10 nicht aktiv betrieben, sondern läuft passiv.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Gleichspannungswandler 7 als bidirektionaler Gleichspannungswandler 17 ausgebildet ist. Der Gleichspannungswandler 7 kann dann eine von der Oberleitung 20 bereitgestellte Gleichspannung bei Bedarf auf eine Ladespannung der Hochvolt-Batterie 4 wandeln.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Gleichspannungswandler 7 derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage einer Spannungsregelung durchzuführen, wobei der Strom ID auf Null gestellt wird, wenn die Spannung UD eine Zielspannung (d.h. im vorliegenden Fall die Spannung UF) erreicht.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Gleichspannungswandler 7 derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage einer Stromregelung durchzuführen, wobei der Strom ID auf Null geregelt wird, wenn die Spannung UD eine Zielspannung erreicht.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Gleichspannungswandler 7 derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage eines erfassten, empfangenen und/oder aus einem Speicher abgerufenen Spannungswerts einer Spannung UF der Oberleitung 20 zu steuern. Hierzu umfasst die Steuereinrichtung beispielsweise eine Kommunikationsschnittstelle und/oder einen Speicher.
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In 2 ist eine schematische Darstellung eines Verlaufs von Spannungen 30 und Strömen 31 sowie von Schaltzuständen 32 über der Zeit 33 zur Verdeutlichung einer Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf die in der 1 gezeigte Ausführungsform der Schaltungsanordnung 1 gezeigt. Die einzelnen Spannungen 30 und Ströme 31 sind jeweils mit den in der 1 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet. Der Verlauf der Schaltzustände 32 ist zur Verdeutlichung jeweils mit den Bezugszeichen der Koppeleinrichtung 6 bzw. der Schalteinrichtungen 13, 14 bezeichnet.
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Die Ausgangssituation zum einem Zeitpunkt t0 ist, dass das Kraftfahrzeug mittels der Hochvolt-Batterie 4 betrieben wird. Es wurde jedoch bereits eine Verbindung des Stromabnehmers 2 mit der Oberleitung 20 hergestellt, sodass auf eine elektrische Energieversorgung über die Oberleitung 20 umgestellt werden soll. Hierzu muss die Spannung UE von einer Spannung UB der Hochvolt-Batterie 4 auf die Spannung UF der Oberleitung 20 gebracht werden. Die Koppeleinrichtung 6 ist geöffnet, sodass keine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung 20 und dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 besteht.
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Zu einem Zeitpunkt t1 wird die elektrische Maschine 10 (1) lastfrei gestellt. Hierdurch fällt der Strom IE auf Null. Gleichzeitig stellt der Gleichspannungswandler 7 einen Strom ID auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises 5 bereit, der eine Spannung UD hervorruft, mit dem Ziel, den Wert der Spannung UD an den Wert der Spannung UE anzugleichen.
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Nach dem Herstellen der Lastfreiheit der elektrischen Maschine 10 wird zu einem Zeitpunkt t2 die Schalteinrichtung 13 geöffnet und hierdurch eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 10 bzw. dem Antriebsumrichter 11 und der Hochvoltbatterie 4 getrennt, was dazu führt, dass die Spannung UE leicht abfällt, da die Zwischenkreiskapazität CE der elektrischen Maschine passiv über parasitäre Widerstände entladen wird.
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Wenn der Wert der Spannung UD dem Wert der Spannung UE entspricht, wird zu einem Zeitpunkt t3 mittels der Schalteinrichtung 14 eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 10 bzw. dem Antriebsumrichter 11 und dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 ausgebildet. Der Gleichspannungswandler stellt weiterhin einen Strom ID bereit, der die Spannung UE weiter erhöht.
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Zu einem Zeitpunkt t4 erreicht die Spannung UE im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 den Wert der Spannung UF der Oberleitung 20, das heißt die Spannungen UE und UF sind angeglichen und eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung 20 und dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 kann ausgebildet werden. Der Gleichspannungswandler 7 regelt den Strom ID daher auf Null. Zeitgleich wird die Kopplungseinrichtung 6 derart angesteuert, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 und der Oberleitung 20 ausgebildet wird. Ein über die Oberleitung 20 fließender Strom IP entspricht dann dem Strom IE.
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In 3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Schaltungsanordnung 1 für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Die Schaltungsanordnung 1 ist größtenteils wie die in der 1 dargestellte Ausführungsform aufgebaut. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale und Begriffe.
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Im Unterschied zu der in der 1 gezeigten Ausführungsform weist diese Ausführungsform jedoch keine weitere Koppeleinrichtung und keine weiteren Schalteinrichtungen auf. Die elektrische Maschine 10 bzw. der Antriebsumrichter 11 sind zu jederzeit mit der Hochvolt-Batterie 4 und dem Gleichspannungswandler 7 verbunden.
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In 4 ist eine schematische Darstellung eines Verlaufs von Spannungen 30 und Strömen 31 sowie eines Schaltzustandes 32 der Koppeleinrichtung 6 über der Zeit 33 zur Verdeutlichung einer Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf die in der 3 gezeigte Ausführungsform der Schaltungsanordnung 1 gezeigt. Die einzelnen Spannungen 30 und Ströme 31 sind jeweils mit den in der 3 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet. Der Verlauf des Schaltzustandes 32 der Koppeleinrichtung 6 ist zur Verdeutlichung mit den Bezugszeichen der Koppeleinrichtung 6 markiert.
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Die Ausgangssituation zum einem Zeitpunkt t0 ist, dass das Kraftfahrzeug mittels der Hochvolt-Batterie 4 betrieben wird. Es wurde jedoch bereits eine Verbindung des Stromabnehmers 2 mit der Oberleitung 20 hergestellt, sodass auf eine elektrische Energieversorgung über die Oberleitung 20 umgestellt werden soll. Die Koppeleinrichtung 6 ist geöffnet, sodass keine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung 20 und dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 besteht.
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Eine Spannung im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 muss vor dem Ausbilden der elektrischen Verbindung zur Oberleitung auf die Spannung UF der Oberleitung 20 gebracht werden.
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Der Gleichspannungswandler 7 stellt hierzu ab einem Zeitpunkt t1 einen Strom ID auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises 5 bereit, der eine Spannung UD hervorruft. Zu einem Zeitpunkt t2 erreicht die Spannung UD die Spannung UF der Oberleitung. Zu diesem Zeitpunkt t2 wird eine elektrische Verbindung mittels der Koppeleinrichtung 6 ausgebildet. Der Strom ID wird zeitgleich auf Null reduziert. Die Spannung UD wird dann nicht mehr vom Gleichspannungswandler 7 bereitgestellt, sondern entspricht der Spannung UF der Oberleitung.
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Während des Anpassens der Spannung UD kann die elektrische Maschine 10 mittels elektrischer Energie aus der Hochvolt-Batterie 4 aktiv betrieben werden.
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Ein Vorteil der Schaltungsanordnung und des Verfahrens ist, dass eine elektrische Verlustleistung gegenüber einem Anpassen mittels eines passiven Vorladewiderstandes reduziert werden kann. Neben einer geringeren Verlustleistung ist ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung und des Verfahrens, dass ein Anpassen deutlich schneller erfolgen kann als bei Verwendung des Vorladewiderstandes.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltungsanordnung
- 2
- Stromabnehmer
- 3
- Hochvoltnetz
- 4
- Hochvolt-Batterie
- 5
- Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis
- 6
- Koppeleinrichtung
- 7
- Gleichspannungswandler
- 10
- elektrische Maschine
- 11
- Antriebsumrichter
- 12
- weitere Koppeleinrichtung
- 13
- Schalteinrichtung
- 14
- Schalteinrichtung
- 15
- weitere elektrische Hochvolt-Verbraucher
- 17
- bidirektionaler Gleichspannungswandler
- 18
- Drosselinduktivität
- 19
- elektrische Sicherung
- 20
- Oberleitung
- 30
- Spannung
- 31
- Strom
- 32
- Schaltzustand
- 33
- Zeit
- 41
- elektrische Sicherung
- 42
- Schalteinrichtung
- t0-t4
- Zeitpunkte
- UD
- Spannung (Gleichspannungswandler)
- UF
- Spannung (Oberleitung)
- UE
- Spannung (Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis)
- ID
- Strom (Gleichspannungswandler)
- IP
- Strom (Oberleitung)
- IE
- Strom (Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis)
- CE
- Zwischenkreiskapazität
- CD
- Wandlerkapazität
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014011795 A1 [0004]
