-
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz.
-
Um beispielsweise ein Kraftfahrzeug mit einer 800V-Hochvolt-Batteriespannung über eine Gleichspannung zu laden, ist es notwendig, sich mit einer Ladesäule zu verbinden, die für die Spannungslage der Fahrzeugbatterie ausgelegt ist. Dies ist nicht flächendeckend gegeben. Folglich ist bei solchen Kraftfahrzeugen es vorteilhaft, eine entsprechende Ladefähigkeit an den Ladesäulen mit einer Spannung, welche insbesondere niedriger ist als 800 V, zu ermöglichen, die in größerer Anzahl verfügbar sind.
-
Die
DE 10 2015 117 744 A1 betrifft ein Batteriesystem mit einer Batterie mit mindestens einer ersten Teilbatterie, mindestens einer zweiten Teilbatterie und einem Mittelabgriff zwischen der mindestens einen ersten und der mindestens einen zweiten Teilbatterie, einem Leistungsumschalter mit einer Mehrzahl von Schaltelementen zum Umschalten zwischen der mindestens einen ersten Teilbatterie und der mindestens einen zweiten Teilbatterie, und mindestens einem Paar Ausgangsklemmen, das mit der Batterie elektrisch verbunden ist, wobei an dem Mittelabgriff ein erster kapazitiver Speicher angeordnet ist, der eine Speicherspannung aufweist, die sich über einen entsprechenden Zeitraum entsprechend einer von der ersten und/oder zweiten Teilbatterie bereitgestellten ersten und/oder zweiten Teilbatteriespannung einstellt, wobei während des Zeitraums des Einstellens der Speicherspannung ein Speicherstrom ausgehend von einem Maximalwert hin zu einem Wert null abnimmt, wobei eine Umschaltung mindestens eines der Mehrzahl von Schaltelementen zur Umschaltung von der mindestens einen ersten Teilbatterie auf die mindestens eine zweite Teilbatterie in dem Zeitpunkt vorzunehmen ist, in dem der Speicherstrom im Wesentlichen null ist beziehungsweise die Speicherspannung im Wesentlichen einen Maximalwert erreicht hat.
-
Die
DE 10 2015 106 773 A1 betrifft ein Batteriesystem zum Bereitstellen mehrerer Spannungsniveaus für eine entsprechende Mehrzahl an Lastabnehmern mit mindestens einer Batterie, die eine Mehrzahl von Teilbatterien aufweist, einer Regelbeziehungsweise Steuereinheit und einer Schalteinheit mit mindestens einem Schaltelement, wobei die Regel- beziehungsweise Steuereinheit dazu konfiguriert ist, die Schalteinheit anzuweisen, das mindestens eine Schaltelement zeitlich dynamisch so zu schalten, dass Teilbatterien aus mindestens einer entsprechend dynamisch wechselnden Untermenge der Mehrzahl von Teilbatterien verschaltet werden und dadurch für die Mehrzahl an Lastabnehmern ein jeweils bereitzustellendes Spannungsniveau bereitgestellt wird. Neben dem Bereitstellen mehrerer Spannungsniveaus werden die Teilbatterien gezielt belastet.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisches Bordnetz sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels welchen eine Abwärtskompatibilität zum Laden des elektrischen Energiespeichers ermöglicht ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Bordnetz sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, mit einem elektrischen Energiespeicher, der zumindest ein erstes Batteriemodul und ein zweites Batteriemodul aufweist, mit zumindest einer ersten Anschlussklemme und mit einer zweiten Anschlussklemme, welche zum elektrischen Koppeln mit einer bordnetzexternen Ladequelle ausgebildet ist, mit einem Mittelabgriff, welcher zwischen dem ersten Batteriemodul und dem zweiten Batteriemodul ausgebildet ist, mit einem ersten Teilbordnetz, welches mit dem elektrischen Energiespeicher elektrisch gekoppelt ist, und mit einem zum ersten Teilbordnetz parallel verschalteten zweiten Teilbordnetz.
-
Es ist vorgesehen, dass das elektrische Bordnetz einen Gleichspannungswandler aufweist, welcher mit einer Eingangsseite mit der ersten Anschlussklemme, der zweiten Anschlussklemme und dem Mittelabgriff verschaltet ist, und mit der Ausgangsseite mit dem zweiten Teilbordnetz elektrisch gekoppelt ist.
-
Insbesondere kann somit die Abwärtskompatibilität zum Laden des elektrischen Energiespeichers ermöglicht werden. Dabei kann es zur Vermeidung von Ausgleichsströmen kommen sowie einer Vermeidung von großen Zusatzkomponenten. Ebenfalls kann eine Vermeidung der Stromunterbrechung während des Ladevorgangs realisiert werden, sodass ein drohender Ladeabbruch verhindert ist. Ferner kann die Vermeidung der Stromumkehr in Teilen der Batterie während des Ladevorgangs verhindert werden.
-
Insbesondere wird beim so genannten Electrified Body Shell neben den Batteriemodulen auch ein Großteil der Fahrzeughochvolt-Elektronik in einem gemeinsamen Bauraum untergebracht. Dies wird auch als rohbauintegrierte Speicher bezeichnet. Erfindungsgemäß wird somit die Verwendung eines Batterie-Mittelabgriffs vorgeschlagen. Durch die Verwendung eines Gleichspannungswandlers, welcher auch als DC/DC-Wandler bezeichnet werden kann, beispielsweise als Subkomponente des Wechselstromladers, wird ein wechselweises Laden von Batteriehälften ermöglicht. Dabei erzeugt der DC/DC-Wandler einen Grundlast-DC-DC-Strom an der entsprechenden bordnetzexternen Ladequelle, welche auch als DC-Ladesäule bezeichnet werden kann, wodurch ein Abbruch des Ladevorgangs durch die DC-Ladesäule vermieden wird. Zudem wird über den DC/DC-Wandler das Hochvolt-Bordnetz versorgt, sodass in der Batteriehälfte, die nicht mit der DC-Ladesäule verbunden ist, eine Stromumkehr, also eine Entladung der Zellen, vermieden wird. Somit wird eine Batteriealterung durch die Stromumkehr vermieden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform werden zwischen dem Gleichspannungswandler und der ersten Anschlussklemme, der zweiten Anschlussklemme und dem Mittelabgriff eine EMV-Filtereinrichtung und eine Gleichrichtereinrichtung elektrisch gekoppelt.
-
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das elektrische Bordnetz eine Schalteinrichtung aufweist, welche zum Trennen eines jeweiligen Anschlusses des ersten Batteriemoduls, des zweiten Batteriemoduls und des Mittelabgriffs ausgebildet ist.
-
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Mittelabgriff mittels zweier Halbleiterschalter mit der ersten Anschlussklemme und der zweiten Anschlussklemme elektrisch koppelbar ist.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist zwischen der ersten Anschlussklemme und dem ersten Batteriemodul eine erste Diode geschaltet und zwischen der zweiten Anschlussklemme und dem zweiten Batteriemodul ist eine zweite Diode geschaltet.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet. Alternativ ist das Kraftfahrzeug vollelektrisch betrieben.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des elektrischen Bordnetzes sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Kraftfahrzeugs anzusehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigen:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines elektrischen Bordnetzes; und
- 2 ein weiteres schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines elektrischen Bordnetzes 10 für ein rein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug 12. Das Kraftfahrzeug 12 ist insbesondere zumindest teilweise elektrisch betrieben, insbesondere kann das Kraftfahrzeug 12 vollelektrisch betrieben sein. Das elektrische Bordnetz 10 weist zumindest einen elektrischen Energiespeicher 14 auf, wobei der elektrische Energiespeicher 14 zumindest ein erstes Batteriemodul 16 und ein zweites Batteriemodul 18 aufweist. Ferner weist das elektrische Bordnetz 10 zumindest eine erste Anschlussklemme 20 und eine zweite Anschlussklemme 22 auf, welche zum elektrischen Koppeln mit einer bordnetzexternen Ladequelle 24 ausgebildet ist. Die bordnetzexterne Ladequelle 24 kann auch als DC-Ladesäule bezeichnet werden. Ferner weist das elektrische Bordnetz 10 einen Mittelabgriff 26 auf, welcher zwischen dem ersten Batteriemodul 16 und dem zweiten Batteriemodul 18 ausgebildet ist. Das elektrische Bordnetz 10 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner ein erstes Teilbordnetz 28, welches mit dem elektrischen Energiespeicher 14 koppelbar ist, auf und ein zum ersten Teilbordnetz 28 parallel schaltbares zweites Teilbordnetz 30.
-
Es ist vorgesehen, dass das elektrische Bordnetz 10 einen Gleichspannungswandler 32 aufweist, welcher mit einer Eingangsseite 34 mit der ersten Anschlussklemme 20, der zweiten Anschlussklemme 22 und dem Mittelabgriff 26 verschaltet ist, und mit einer Ausgangsseite 36 mit dem zweiten Teilbordnetz 30 gekoppelt ist.
-
Es kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Gleichspannungswandler 32 und der ersten Anschlussklemme 20, der zweiten Anschlussklemme 22 und dem Mittelabgriff 26 eine EMV-Filtereinrichtung und eine Gleichrichtereinrichtung als Komponente 38 elektrisch gekoppelt ist. In der 1 ist insbesondere eine Vergrößerung der EMV-Filtereinrichtung und der Gleichrichtereinrichtung als Komponente 38 gezeigt. Insbesondere weist diese Komponente 38 ebenfalls eine Eingangsseite 40 sowie eine Ausgangsseite 42 auf. Die Eingangsseite 40 dieser Komponente 38 ist insbesondere mit der ersten Anschlussklemme 20, mit der zweiten Anschlussklemme 22 und mit dem Mittelabgriff 26 gekoppelt. Die Ausgangsseite 42 wiederum ist insbesondere mit der Eingangsseite 34 des Gleichspannungswandlers 32 gekoppelt.
-
Ferner zeigt 1, dass das elektrische Bordnetz 10 zusätzlich zum Laden mittels einer Wechselspannung eine Wechselspannungsfiltereinrichtung, welche auch AC-Filtereinrichtung 44 bezeichnete werden kann, sowie eine PFC (Power Factor Correction)-Einrichtung 46 aufweisen kann. Über eine Schalteinrichtung 48 ist der Gleichspannungswandler 32 zum einen mit der PFC-Einrichtung 46 und zum anderen mit der EMV-Filtereinrichtung und der Gleichrichtereinrichtung koppelbar.
-
Die Schalteinrichtung 48 ist insbesondere vorliegend durch einen achten Schalter S8 und einen neunten Schalter S9 gebildet. Das elektrische Bordnetz 10 weist ferner einen ersten Schalter S1 auf, welcher zwischen dem elektrischen Energiespeicher 14 und der ersten Anschlussklemme 20 ausgebildet ist, einen zweiten Schalter S2, welcher zwischen dem elektrischen Energiespeicher 14 und der zweiten Anschlussklemme 22 ausgebildet ist, sowie einen dritten Schalter S3, welcher zwischen dem Mittelabgriff 26 und den Anschlussklemmen 20, 22 ausgebildet ist. Insbesondere ist vorliegend gezeigt, dass der Mittelabgriff 26 mittels zweier Halbleiterschalter 50, 52 mit der ersten Anschlussklemme 20 und der zweiten Anschlussklemme 22 elektrisch koppelbar ist. Insbesondere ist der Mittelabgriff 26 mittels eines ersten Halbleiterschalters 50 mit der ersten Anschlussklemme 20 koppelbar und mittels eines zweiten Halbleiterschalters 52 mit der zweiten Anschlussklemme 22 koppelbar. Das erste Teilbordnetz 28 ist über einen vierten Schalter S4 und einen fünften Schalter S5 mit dem elektrischen Energiespeicher 14 koppelbar beziehungsweise entkoppelbar. Das zweite Teilbordnetz 30 ist über einen sechsten Schalter S6 und über einen siebten Schalter S7 mit dem elektrischen Energiespeicher 14 koppelbar beziehungsweise entkoppelbar.
-
Insbesondere zeigt 1, dass die Ladequelle 24 beispielsweise maximal 500 V bereitstellen kann, wobei der elektrische Energiespeicher 14 in die zumindest zwei Batteriemodule 16, 18 unterteilt ist und in der Summe über beispielsweise Spannung von größer 500 V und damit größer als die Gleichspannungs-Ladequelle 24 aufweist. Der Mittelabgriff 26 ist zugänglich. Das elektrische Bordnetz 10 weist vorliegend die zwei Teilbordnetze 28, 30 auf, die über die Schalter S4 bis S7, welche insbesondere als Schütze ausgebildet sind, bei Bedarf abtrennbar sind. Die beiden Teilbordnetze 28, 30 haben die Summenspannung beider Batteriemodule 16, 18 als Batteriespannung, zum Beispiel 800 V. In einem ersten senkrechten Strang parallel zur Ladequelle 24 sind die zwei Halbleiterschalter 50, 52 in Reihe angeordnet. Der Mittelabgriff 26 dieser Halbleiterschalter 50, 52 ist mit dem Mittelabgriff 26 der beiden Batteriemodule 16, 18 verbunden. In diesem befindet sich der dritte Schalter S3. Vom Pluspol des Ladeanschlusses zum Pluspol des ersten Batteriemoduls 16 befindet sich ebenfalls eine Verbindung mit dem ersten Schalter S1. Das Gleiche erfolgt mit dem Minuspol des zweiten Batteriemoduls 18 und dem Minuspol des DC-Ladeanschlusses mit dem zweiten Schalter S2. Über drei weitere Anschlüsse erfolgt ein Abgriff jeweils auf den ersten Schalter S1, den zweiten Schalter S2 und den dritten Schalter S3. Diese Abgriffe gelangen zu der gemeinsamen EMV-Filtereinrichtung und der Gleichrichtereinrichtung, woraus am Ende die Gleichspannung der Ladesäule am Eingang des Gleichspannungswandlers 32 zugeführt werden kann.
-
Über das Schließen des sechsten Schalters S6 und des siebten Schalters S7 kann mittels dieses Gleichspannungswandlers 32 das Hochvolt-Bordnetz, insbesondere das zweite Teilbordnetz 30, und beide Batteriemodule 16, 18 versorgt werden. Dadurch kann realisiert werden, dass beide Batteriemodule 16, 18 immer mit einem positiven Ladestrom versorgt werden. Zudem kann durch Schließen der Schalter S4 und S5 bei Bedarf auch das erste Teilbordnetz 28 gespeist werden. Über den ersten Schalter S1, den zweiten Schalter S2 und den dritten Schalter S3 und den achten Schalter S8 sowie den neunten Schalter S9 kann die Spannungsfreiheit der DC-Ladeanschlüsse hergestellt werden, zum Beispiel beim AC-Laden oder im Fahrzustand. Der Gleichspannungswandler 32 kann dabei wahlweise gekoppelt oder isoliert ausgeführt sein. Der Gleichspannungswandler 32 kann während der Fahrt, beim DC-Laden und beim AC-Laden zum Ladungsausgleich, einem so genannten Balancing, der beiden Batteriemodule 16, 18 verwendet werden. Beim Ausfall eines der Batteriemodule 16, 18 kann mit der Leistung des Gleichspannungswandlers 32 das Kraftfahrzeug 12 noch bewegt werden, zum Beispiel an den Straßenrand kriechen.
-
Durch die AC-Filtereinrichtung 44 und die PFC-Einrichtung 46 können insbesondere die weiteren notwendigen Bestandteile für die Funktion eines AC-Bordladers dargestellt werden, dessen Spannungswandler hier sowohl für die DC-Ladefunktion der Batteriemodule 16, 18 als auch zum AC-Laden verwendet wird.
-
Mit dem vorliegenden elektrischen Bordnetz 10 kann ein DC-Laden mit einer Spannung realisiert werden, die der Summe der beiden Batteriemodule 16, 18 entspricht. Der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 sind geschlossen, während der dritte Schalter S3 geöffnet ist. Die Versorgung durch den Gleichspannungswandler 32 ist nicht notwendig, kann aber bei Bedarf zur geringfügigen Ladeleistungssteigerung oder zum Balancing der Batteriemodule 16, 18 während des Ladevorgangs trotzdem erfolgen. Hierfür können dann der sechste Schalter S6 und der siebte Schalter S7 geschlossen werden und der achte Schalter S8 und der neunte Schalter S9 in die oberen Einrastpositionen versetzt werden. Beim DC-Laden mit einer Spannung unterhalb der Summenspannung der beiden Batteriemodule 16, 18 wird abwechselnd das erste Batteriemodul 16 und das zweite Batteriemodul 18 mit der halben DC-Spannung geladen.
-
Es kann ferner ein Laden des ersten Batteriemoduls 16 durchgeführt werden. Hierzu sind der erste Schalter S1 und der dritte Schalter S3 geschlossen. Der zweite Halbleiterschalter 52 ist leitend. Der sechste Schalter S6 und der siebte Schalter S7 sind ebenfalls geschlossen, während der achte Schalter S8 und der neunte Schalter S9 in der oberen Einrastposition sind. Das Hochvoltnetz und das zweite Batteriemodul 18 werden über den Gleichspannungswandler 32 versorgt beziehungsweise geladen. Beim Laden des zweiten Batteriemoduls 18 sind insbesondere der zweite Schalter S2 und der dritte Schalter S3 geschlossen und der erste Halbleiterschalter 50 ist leitend. Der sechste Schalter S6 und der siebte Schalter S7 sind ebenfalls geschlossen, die Schalter S8 und S9 sind in der oberen Einrastposition. Das Hochvoltnetz und das erste Batteriemodul 16 werden über den Gleichspannungswandler 32 versorgt beziehungsweise geladen.
-
Bei einem Wechsel vom Laden des ersten Batteriemoduls 16 auf das zweite Batteriemodul 18 werden der erste Schalter S1 und der zweite Halbleiterschalter 52 geöffnet. In diesem Zustand wird keines der beiden Batteriemodule 16, 18 geladen. Über den Gleichspannungswandler 32 wird das zweite Teilbordnetz 30 und gegebenenfalls auch das erste Teilbordnetz 28 versorgt, je nach Leistung werden auch beide Batteriemodule 16, 18 geringfügig geladen. Aus der DC-Ladesäule wird ununterbrochen ein Ladestrom entnommen. Anschließend wird der zweite Schalter S2 und der erste Halbleiterschalter 50 geschlossen und das zweite Batteriemodul 18 wird geladen. Der Wechsel vom Laden vom zweiten Batteriemodul 18 auf das erste Batteriemodul 16 erfolgt nach dem gleichen Verfahren, jedoch werden der zweite Schalter S2 und der erste Halbleiterschalter 50 zunächst geöffnet und der erste Schalter S1 und der zweite Halbleiterschalter 52 anschließend geschlossen.
-
Statt der Halbleiterschalter 50, 52 können auch Schütze oder andere Halbleiterschaltertypen, beispielsweise MOSFET, Bipolartransistoren oder Thyristoren, verwendet werden. Bei beispielsweise dem Einsatz von entsprechenden Schützen kann auf den dritten Schalter S3 verzichtet werden. Generell wäre auch ein Einspeisen des Gleichspannungswandlers 32 direkt an den Anschlussklemmen 20, 22 des elektrischen Energiespeichers 14 möglich. Dies hätte allerdings zur Folge, dass der Gleichspannungswandler 32 permanent unter Spannung stehen würde.
-
Insbesondere ist gemäß 1 vorgesehen, dass der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Ferner ist die Leistung des Gleichspannungswandlers 32 insbesondere größer, oder mindestens gleich, der Leistungsaufnahme vom zweiten Teilbordnetz 30 während des DC-Ladevorgangs bei weniger als 500 V. Die Teilbordnetze 28, 30 haben die Summenspannung beider Batteriemodule 16, 18 als Betriebsspannung.
-
Während des Umschaltvorgangs beim Laden vom ersten Batteriemodul 16 zum zweiten Batteriemodul 18 und umgekehrt wird an der DC-Ladesäule permanent somit ein minimaler Strom entnommen. Somit wird ein Ladeabbruch aufgrund der Unterbrechung der Stromentnahme vermieden. Es erfolgt keine Stromumkehr im unbenutzten Batteriemodul 16, 18 während des DC-Ladevorgangs, wodurch die Vermeidung eines Alterungseffekts in den Batteriemodulen 16, 18 realisiert ist. Ein Balancing der Batteriemodule 16, 18 während der Fahrt, dem DC-Laden und während des AC-Ladens ist ermöglicht. Die Nutzung des Gleichspannungswandlers 32 im Bordlader ist ebenfalls möglich, sofern ein Bordlader verbaut ist. Der Gleichspannungswandler 32 kann galvanisch gekoppelt oder galvanisch getrennt ausgeführt sein. Der Gleichspannungswandler 32 kann unidirektional ausgeführt sein. Ferner kann anstelle einer allpoligen galvanischen Trennung der Ladeanschlüsse ermöglicht werden, sofern diese nicht benutzt werden. Es sind ferner keine Halbleiter im Ladepfad beim Laden mit 800 V. Beim Ausfall eines der Batteriemodule 16, 18 kann mit der Leistung des Gleichspannungswandlers 32 das Kraftfahrzeug 12 noch weiter bewegt werden.
-
2 zeigt ein weiteres schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 10. Das elektrische Bordnetz 10 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere zwischen der ersten Anschlussklemme 20 eine erste Diode D1 und zwischen der zweiten Anschlussklemme 22 und dem elektrischen Energiespeicher 14 eine zweite Diode D2 auf.
-
Der Aufbau in 2 ist somit vergleichbar mit dem Aufbau der 1. Abweichend wird hier jedoch angenommen, dass der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 nur gemeinsam, insbesondere zeitgleich, ein- und ausgeschaltet werden können, wie es zum Beispiel bei 800V-Schützen im heutigen Stand der Technik verfügbare Produkte gibt. Um während des Ladevorgangs bei weniger als 500 V nur eines der Batteriemodule 16, 18 zu laden, sind nun Bauteile notwendig, die ein Kurzschließen des jeweiligen anderen Batteriemoduls 16, 18 verhindern. Dies wird über die zwei Dioden D1, D2 realisiert. Stattdessen können wahlweise auch Halbleiterschalter oder Schütze verwendet werden, oder es kann zur Reduzierung der Durchlassverluste ein besser leitfähiges Bauteil parallel verschaltet werden. Auf den Schalter im Mittelabgriff 26 kann verzichtet werden, sofern die Schalter S1 und S2 die Schnittstelle vom Batteriebauraum nach außen darstellen und zudem nach der Komponente 38 keine Hochvolt-Abgänge mit permanent anliegendem Hochvolt-Potential außerhalb des Batterieraums zugänglich sind. Letzteres wird über den achten Schalter S8 und den neunten Schalter S9 erreicht. Falls keine AC-Bordladefunktion dargestellt werden soll, so kann dies durch eine feste Verschaltung zwischen der Komponente 38 und dem Gleichspannungswandler 32 ersetzt werden. Die PFC-Einrichtung 46 und die AC-Filtereinrichtung 44 würden in diesem Fall entfallen.
-
Über den ersten Schalter S1 und den zweiten Schalter S2 kann die Spannungsfreiheit der DC-Ladeanschlüsse hergestellt werden, zum Beispiel beim AC-Laden oder im Fahrzustand. Der Gleichspannungswandler 32 kann dabei wahlweise gekoppelt oder isoliert ausgeführt sein. Der Gleichspannungswandler 32 kann während der Fahrt, beim DC-Laden und beim AC-Laden zum Balancing der beiden Batteriemodule 16, 18 verwendet werden. Ferner kann beim Ausfall eines jeweiligen Batteriemoduls 16, 18 mit der Leistung des Gleichspannungswandlers 32 das Kraftfahrzeug 12 noch bewegt werden.
-
Mittels der in 2 dargestellten Schaltung kann ein DC-Laden mit einer Spannung, die der Summe der beiden Batteriemodule 16, 18 entspricht, durchgeführt werden. Hierzu sind insbesondere der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 geschlossen sein, der erste Halbleiterschalter 50 und der zweite Halbleiterschalter 52 sind geöffnet. Der Strom der DC-Ladesäule lädt beide Batteriemodule 16, 18 mit dem gleichen Ladestrom. Der sechste Schalter S6 und der siebte Schalter S7 sind geschlossen, wodurch das elektrische Bordnetz 10 durch die Ladesäule versorgt wird. Die Versorgung durch den Gleichspannungswandler 32 ist nicht notwendig, kann aber bei Bedarf zur geringfügigen Ladeleistungssteigerung oder dem Balancing der Batteriemodule 16, 18 während des Ladevorgangs trotzdem erfolgen. Hierfür werden dann der sechste Schalter S6 und der siebte Schalter S7 geschlossen und die Schalter S8 und S9 in die oberen Einrastpositionen versetzt. Beim DC-Laden mit einer Spannung unterhalb der Summenspannung der beiden Batteriemodule 16, 18 wird abwechselnd das erste Batteriemodul 16 und das zweite Batteriemodul 18 mit der halben DC-Spannung geladen.
-
Beim Laden des ersten Batteriemoduls 16 sind der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 geschlossen und der zweite Halbleiterschalter 52 ist leitend. Das erste Batteriemodul 16 wird durch die Ladesäule geladen. Der sechste Schalter S6 und der siebte Schalter S7 sind ebenfalls geschlossen. Der achte Schalter S8 und der neunte Schalter S9 sind in der oberen Einrastposition. Das Hochvoltnetz und das zweite Batteriemodul 18 werden über den Gleichspannungswandler 32 versorgt beziehungsweise geladen.
-
Beim Laden des zweiten Batteriemoduls 18 sind der zweite Schalter S2 und der dritte Schalter S3 geschlossen, während der erste Halbleiterschalter 50 leitend ist. Das zweite Batteriemodul 18 wird durch die Ladesäule geladen. Der sechste Schalter S6 und der siebte Schalter S7 sind ebenfalls geschlossen, der achte Schalter S8 und der neunte Schalter S9 sind in der oberen Einrastposition. Das Hochvoltnetz und das erste Batteriemodul 16 werden über den Gleichspannungswandler 32 versorgt beziehungsweise geladen.
-
Beim Wechsel vom Laden des ersten Batteriemoduls 16 auf das zweite Batteriemodul 18 wird der zweite Halbleiterschalter 52 geöffnet. In diesem Zustand wird keines der beiden Batteriemodule 16, 18 geladen. Über den Gleichspannungswandler 32 wird das zweite Teilbordnetz 30 und gegebenenfalls auch das erste Teilbordnetz 28 versorgt, je nach Leistung werden auch beide Batteriemodule 16, 18 geringfügig geladen. Aus der DC-Ladesäule wird ununterbrochen ein Ladestrom entnommen. Anschließend wird der erste Halbleiterschalter 50 geschlossen und das zweite Batteriemodul 18 wird geladen. Der Wechsel vom Laden von dem zweiten Batteriemodul 18 auf das erste Batteriemodul 16 erfolgt nach dem gleichen Verfahren, jedoch wird der erste Halbleiterschalter 50 zunächst geöffnet und der zweite Halbleiterschalter 52 anschließend geschlossen.
-
Insbesondere hat das elektrische Bordnetz 10 gemäß 2 den Vorteil, dass der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 für den kompletten Ladevorgang nur einmal geschlossen werden müssen. Es kann ferner ein Herstellen einer allpoligen galvanischen Trennung der Ladeanschlüsse ermöglicht werden, was durch den ersten Schalter S1 und den zweiten Schalter S2 erfolgt, sofern diese nicht benutzt werden. Ferner kann der dritte Schalter S3, insbesondere ein Schütz, entfallen.
-
Insgesamt zeigen die Figuren eine Hochvolt-Architektur zum Laden bei halber Batteriespannung.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Elektrisches Bordnetz
- 12
- Kraftfahrzeug
- 14
- Elektrischer Energiespeicher
- 16
- Erstes Batteriemodul
- 18
- Zweites Batteriemodul
- 20
- Erste Anschlussklemme
- 22
- Zweite Anschlussklemme
- 24
- Ladequelle
- 26
- Mittelabgriff
- 28
- Erstes Teilbordnetz
- 30
- Zweites Teilbordnetz
- 32
- Gleichspannungswandler
- 34
- Eingangsseite
- 36
- Ausgangsseite
- 38
- Komponente
- 40
- Eingangsseite
- 42
- Ausgangsseite
- 44
- AC-Filtereinrichtung
- 46
- PFC-Einrichtung
- 48
- Schalteinrichtung
- 50
- Erster Halbleiterschalter
- 52
- Zweiter Halbleiterschalter
- D1
- Erste Diode
- D2
- Zweite Diode
- S1
- Erster Schalter
- S2
- Zweiter Schalter
- S3
- Dritter Schalter
- S4
- Vierter Schalter
- S5
- Fünfter Schalter
- S6
- Sechster Schalter
- S7
- Siebter Schalter
- S8
- Achter Schalter
- S9
- Neunter Schalter
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102015117744 A1 [0003]
- DE 102015106773 A1 [0004]
