DE102020006443A1

DE102020006443A1 - Elektrisches Hochvoltbordnetz für ein Fahrzeug, Fahrzeug mit einem elektrischen Hochvoltbordnetz und Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Hochvoltsbordnetzes für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020006443A1
Application number: DE102020006443.4A
Authority: DE
Inventors: Urs Boehme; Markus Orner; Andreas Maier; Clemens Balke; Patrick Heber; Waldemar Hinz; Franz Maier; Stefan Lutz; Thomas Weber; Frank Imrecke; Hans Hofele; Jan Drechsel; Leif Eckle; Jan-Mark Opelka; Calixte Rolland
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2022-04-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Hochvoltbordnetz (3) für ein Fahrzeug (1).Erfindungsgemäß umfasst das elektrische Hochvoltbordnetz (3) eine Hochvoltbatterie (2), mindestens eine elektrische Antriebseinheit (4, 5), mindestens ein elektrisches Nebenaggregat (6, 7) und einen bidirektionalen Niedervoltgleichspannungswandler (8), wobei zur elektrischen Verbindung der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit (4, 5) mit der Hochvoltbatterie (2) ein Antriebspotentialleitungspaar (10) mit einer Antriebstrennanordnung (11) vorgesehen ist, wobei zur elektrischen Verbindung des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats (6, 7) und des Niedervoltgleichspannungswandlers (8) mit der Hochvoltbatterie (2) ein Nebenaggregatpotentialleitungspaar (12) mit einer Nebenaggregattrennanordnung (13) vorgesehen ist, und wobei eine Vor- und Entladeschaltung (24) vorgesehen ist, welche eine Vor- und Entladetrennanordnung (25) in einem mit dem Nebenaggregatpotentialleitungspaar (12) und dem Antriebspotentialleitungspaar (10) gekoppelten Verbindungspotentialleitungspaar (26) umfasst.Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug (1) mit einem elektrischen Hochvoltbordnetz (3) und ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Hochvoltbordnetzes (3) für ein Fahrzeug (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Hochvoltbordnetz für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug mit einem elektrischen Hochvoltbordnetz und ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Hochvoltbordnetzes für ein Fahrzeug.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge mit einem elektrischen Hochvoltbordnetz allgemein bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes elektrisches Hochvoltbordnetz für ein Fahrzeug, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Fahrzeug mit einem elektrischen Hochvoltbordnetz und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Hochvoltbordnetzes für ein Fahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektrisches Hochvoltbordnetz für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Fahrzeug mit einem elektrischen Hochvoltbordnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Hochvoltbordnetzes für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes elektrisches Hochvoltbordnetz für ein Fahrzeug umfasst eine Hochvoltbatterie, mindestens eine elektrische Antriebseinheit, mindestens ein elektrisches Nebenaggregat und einen bidirektionalen Niedervoltgleichspannungswandler, wobei zur elektrischen Verbindung der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit mit der Hochvoltbatterie ein Antriebspotentialleitungspaar mit einer Antriebstrennanordnung vorgesehen ist, wobei zur elektrischen Verbindung des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats und des Niedervoltgleichspannungswandlers mit der Hochvoltbatterie ein Nebenaggregatpotentialleitungspaar mit einer Nebenaggregattrennanordnung vorgesehen ist, und wobei eine Vor- und Entladeschaltung vorgesehen ist, welche eine Vor- und Entladetrennanordnung in einem mit dem Nebenaggregatpotentialleitungspaar und dem Antriebspotentialleitungspaar gekoppelten Verbindungspotentialleitungspaar umfasst. Eine Verbindungsstelle der Vor- und Entladeschaltung, insbesondere des Verbindungspotentialleitungspaars, mit dem Nebenaggregatpotentialleitungspaar liegt dabei nach der Nebenaggregattrennanordnung, d. h. zwischen der Nebenaggregattrennanordnung und dem mindestens einen elektrischen Nebenaggregat, und eine Verbindungsstelle der Vor- und Entladeschaltung, insbesondere des Verbindungspotentialleitungspaars, mit dem Antriebspotentialleitungspaar liegt nach der Antriebstrennanordnung, d. h. zwischen der Antriebstrennanordnung und der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit.
Das Antriebspotentialleitungspaar und das Nebenaggregatpotentialleitungspaar sind somit elektrisch parallel geschaltet, wenn die Antriebstrennanordnung und die Nebenaggregattrennanordnung geschlossen sind. Mittels der Vor- und Entladeschaltung insbesondere mittels ihrer Vor- und Entladetrennanordnung, sind das Antriebspotentialleitungspaar und das Nebenaggregatpotentialleitungspaar, d. h. deren jeweilige Pluspotentialleitung und deren jeweilige Minuspotentialleitung, durch Schließen der Vor- und Entladetrennanordnung elektrisch miteinander verbindbar. Dies erfolgt zweckmäßigerweise nur dann, wenn zumindest die Antriebstrennanordnung und beispielsweise zusätzlich auch die Nebenaggregattrennanordnung geöffnet ist.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst ein solches elektrisches Hochvoltbordnetz.
Die elektrische Antriebseinheit ist insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs vorgesehen. Es handelt sich somit bei der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit insbesondere um eine so genannte elektrische Traktionsmaschine des Fahrzeugs. Das elektrische Hochvoltbordnetz kann beispielsweise auch mehrere solche elektrische Antriebseinheiten umfassen, insbesondere eine vordere elektrische Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb von Rädern einer Vorderachse des Fahrzeugs, und eine hintere elektrische Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb von Rädern einer Hinterachse des Fahrzeugs. Das mindestens eine elektrische Nebenaggregat ist beispielsweise als ein elektrischer Kältemittelverdichter oder als eine elektrische Heizeinheit ausgebildet. Das elektrische Hochvoltbordnetz kann beispielsweise auch mehrere solche elektrischen Nebenaggregate umfassen, beispielsweise sowohl den elektrischen Kältemittelverdichter als auch die elektrische Heizeinheit.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht insbesondere eine Vorladung mindestens eines Kondensators der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit über einen elektrischen Versorgungspfad des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats oder der mehreren elektrischen Nebenaggregate, d. h. über das Nebenaggregatpotentialleitungspaar. Das elektrische Hochvoltbordnetz ist insbesondere derart aufgebaut, dass das mindestens eine Nebenaggregat oder die mehreren Nebenaggregate und die mindestens eine elektrische Antriebseinheit oder die mehreren elektrischen Antriebseinheiten über getrennte Trennanordnungen, d. h. über die Nebenaggregattrennanordnung bzw. die Antriebstrennanordnung, mit der Hochvoltbatterie verbindbar oder verbunden sind und dadurch unabhängig voneinander betrieben werden können. Für einen jeweiligen Einschaltvorgang müssen Kondensatoren in diesen Komponenten, d. h. mindestens ein Kondensator der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit bzw. mindestens ein Kondensator des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats, zuerst über einen definierten Strom vorgeladen werden, bevor diese Komponenten durch Schließen der jeweiligen Trennanordnung direkt mit der Hochvoltbatterie verbunden werden.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist, insbesondere zum Vorladen, beispielsweise nur ein einziger Niedervoltgleichspannungswandler, insbesondere mit nur zwei Hochvoltpotentialleitungsanschlüssen zum Anschluss nur eines Hochvoltpotentialleitungspaars, erforderlich, so dass höhere Querkapazitäten bei der Verwendung von zwei Niedervoltgleichspannungswandlern oder bei der Verwendung eines Niedervoltgleichspannungswandlers mit mehr Hochvoltpotentialleitungsanschlüssen zum Anschluss mehrerer Hochvoltpotentialleitungspaare vermieden werden. Die Vorladung für zwei unterschiedliche Batterieabgänge der Hochvoltbatterie zu dem mindestens einen elektrischen Nebenaggregat oder den mehreren elektrischen Nebenaggregaten und zur mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder den mehreren elektrischen Antriebseinheiten erfolgt somit über diesen einzigen Niedervoltgleichspannungswandler.
Zudem ist beispielsweise kein Vorladewiderstand oder nur ein Vorladewiderstand erforderlich, wodurch die Anzahl der Vorladewiderstände im Vergleich zu anderen Lösungen reduziert ist. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Vor- und Entladeschaltung und insbesondere deren erfindungsgemäße Anordnung im Verbindungspotentialleitungspaar zwischen dem Nebenaggregatpotentialleitungspaar und dem Antriebspotentialleitungspaar eine dezentrale Lösung im Vergleich zu anderen Vorladeschaltungen, die direkt an der Antriebstrennanordnung angeordnet sein müssen. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit eine Reduzierung eines erforderlichen Bauraums und eine bessere Anpassung des so genannten Packagings, d. h. der Anordnung der Komponenten des elektrischen Hochvoltbordnetzes, an Gegebenheiten des Fahrzeugs. D. h. durch diese dezentrale Lösung wird eine wesentlich variablere räumliche Anordnung der Komponenten des elektrischen Hochvoltbordnetzes ermöglicht, so dass sie besonders gut an den vorhandenen Bauraum angepasst werden können und keine feste räumliche Anordnung benötigen. Beispielsweise kann diese dezentrale Vor- und Entladeschaltung in einem vorderen Bauraum oder in einem hinteren Bauraum des Fahrzeugs angeordnet werden, je nach vorhandenen Bauraumgegebenheiten, welche die Anordnung der Vor- und Entladeschaltung ermöglichen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es insbesondere ermöglicht, die mindestens eine elektrische Antriebseinheit oder die mehreren elektrischen Antriebseinheiten abzuschalten, wenn sie nicht benötigt wird/werden, insbesondere unabhängig von dem mindestens einen elektrischen Nebenaggregat oder den mehreren elektrischen Nebenaggregaten, beispielsweise bei einem Gleichstromladevorgang. Dadurch kann eine Auslegung von Y-Kondensatoren im Hochvoltbordnetz optimiert werden.
Der mindestens eine Kondensator der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit und/oder der mindestens eine Kondensator des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats ist insbesondere ein Y-Kondensator, insbesondere zur Herstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit. Die Wirkung von Y-Kondensatoren im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere der Funkentstörung, ist dem Fachmann bekannt, sodass es diesbezüglich keiner gesonderten weiteren Erläuterung bedarf. Im Übrigen wird auf die diesbezügliche Normung verwiesen, so zum Beispiel die Richtlinie 2013/30/EU über die elektromagnetische Verträglichkeit, EM 61000 und weitere.
Aus Gründen der elektrischen Sicherheit soll eine in sämtlichen Y-Kondensatoren gespeicherte elektrische Energie einen vorgebbaren maximalen Wert nicht überschreiten. Ein solcher Wert beträgt zum Beispiel 0,2 J. Dies führt regelmäßig zu einer konstruktiven Auslegung derart, dass Kapazitätswerte der Y-Kondensatoren fahrzeugseitig in der Regel kleiner gewählt werden, als sie für eine ordnungsgemäße Herstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere in Bezug auf die elektrischen Komponenten, die an das elektrische Hochvoltbordnetz angeschlossen sind, notwendig wären.
Insbesondere während des Gleichstromladevorgangs, d. h. zum Aufladen mittels einer Gleichspannung, ist es erforderlich, dass ein Energieinhalt von sämtlichen wirksamen Y-Kondensatoren einen vorgegebenen Gesamtenergieinhalt nicht überschreitet. Aktuell ist hierfür ein maximaler Wert von 0,2 J vorgesehen, der nicht überschritten werden soll. Durch die Vielzahl der elektrischen Komponenten des Fahrzeugs und die steigende Leistung, beispielsweise bei Hochvolt-Komponenten, wird die Gesamtkapazität der vorhandenen Y-Kondensatoren immer größer, wodurch auch der dort gespeicherte Energieinhalt entsprechend der zunehmenden Gesamtkapazität zunimmt. Darüber hinaus ist zu beachten, dass insbesondere im Bereich Hochvolt der Energieinhalt der Y-Kondensatoren besonders kritisch ist, zumal zu beachten ist, dass die in den Y-Kondensatoren gespeicherte elektrische Energie quadratisch von der elektrischen Spannung der Y-Kondensatoren abhängig ist. Dadurch wird gerade im Bereich Hochvolt das Einhalten der Anforderung hinsichtlich des maximalen Energieinhalts in Bezug auf ein jeweiliges Hochvoltpotential besonders schwierig. Gerade bei Fahrzeugen erweist es sich als problematisch, sowohl Anforderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit als auch Anforderungen hinsichtlich der elektrischen Sicherheit in Bezug auf die Energie der Y-Kondensatoren zugleich zu erfüllen.
Dieses Problem wird, wie oben bereits erwähnt, durch die erfindungsgemäße Lösung behoben, denn durch die erfindungsgemäße Lösung wird es beispielsweise ermöglicht, die mindestens eine elektrische Antriebseinheit oder die mehreren elektrischen Antriebseinheiten während des Gleichstromladens abzuschalten, insbesondere unabhängig von dem mindestens einen elektrischen Nebenaggregat oder den mehreren elektrischen Nebenaggregaten, so dass eine andere Auslegung der Y-Kondensatoren der Komponenten des elektrischen Hochvoltbordnetzes ermöglicht wird.
Die Vor- und Entladeschaltung ist des Weiteren auch zum Entladen des mindestens einen Kondensators der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder der Kondensatoren der mehreren elektrischen Antriebseinheiten und des mindestens einen Kondensators des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats oder der Kondensatoren der elektrischen Nebenaggregate verwendbar.
Die Antriebstrennanordnung ist insbesondere als ein allpoliges Trennelement, beispielsweise als ein allpoliges Schütz, ausgebildet, welches beide Potentialleitungen des Antriebspotentialleitungspaars nur gleichzeitig schließen und öffnen kann.
Insbesondere dann ist die oben beschriebene Lösung besonders vorteilhaft, denn durch diese Lösung wird es ermöglicht, nur einen einzigen Niedervoltgleichspannungswandler, insbesondere mit nur zwei Hochvoltpotentialleitungsanschlüssen zum Anschluss nur eines Hochvoltpotentialleitungspaars, verwenden zu können. Des Weiteren sind andere Lösungen der Vorladeschaltung nicht mit einem solchen allpoligen Trennelement kombinierbar.
Bei Verwendung des allpoligen Trennelements als Antriebstrennanordnung für die mindestens eine elektrische Antriebseinheit oder die mehreren elektrischen Antriebseinheiten kann somit im Vergleich zu einer anderen Lösung der Vorladung mit zwei Vorladewiderständen mindestens ein Widerstand oder können beide Widerstände eingespart werden.
In einer möglichen Ausführungsform umfasst die Vor- und Entladeschaltung einen Vorladewiderstand, welcher insbesondere in einer Pluspotentialleitung des Verbindungspotentialleitungspaars angeordnet ist. Dadurch wird es insbesondere ermöglicht, den mindestens einen Kondensator der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder die Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten auch mittels der Hochvoltbatterie vorzuladen, alternativ oder zusätzlich zur Möglichkeit des Vorladens mittels des bidirektionalen Niedervoltgleichspannungswandlers und eines Niedervoltbordnetzes des Fahrzeugs. Weist die Vor- und Entladeschaltung keinen Vorladewiderstand auf, so ist die Vor- und Entladeschaltung kostengünstiger und die Bauraumausnutzung ist verbessert, jedoch ist dann nicht möglich, den mindestens einen Kondensator der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder die Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten auch mittels der Hochvoltbatterie vorzuladen.
Die Vor- und Entladetrennanordnung umfasst insbesondere ein als Relais oder beispielsweise als Schalter oder Schütz ausgebildetes Trennelement in jeder Potentialleitung des Verbindungspotentialleitungspaars, welche insbesondere unabhängig voneinander schaltbar sind. Dadurch wird es ermöglicht, insbesondere zum Vorladen und/oder Entladen des mindestens einen Kondensators der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder der Kondensatoren der mehreren elektrischen Antriebseinheiten und/oder des mindestens einen Kondensators des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats oder der Kondensatoren der elektrischen Nebenaggregate die beiden Trennelemente nacheinander zu öffnen bzw. zu schließen, insbesondere zum Vorladen zuerst das Trennelement in der Minuspotentialleitung und danach das Trennelement in der Pluspotentialleitung zu schließen.
Die Vor- und Entladeschaltung ist beispielsweise in einem vorderen Bauraum oder in einem hinteren Bauraum des Fahrzeugs angeordnet. Durch die dezentrale Lösung der Vor- und Entladeschaltung kann dies an vorhandene Bauraumgegebenheiten am Fahrzeug angepasst ausgewählt werden.
Beispielsweise sind im vorderen Bauraum der Niedervoltgleichspannungswandler und/oder das mindestens eine elektrische Nebenaggregat, insbesondere die elektrische Heizeinheit und/oder der elektrische Kältemittelverdichter, und/oder die vordere elektrische Antriebseinheit angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können im vorderen Bauraum beispielsweise eine Wechselstromladedose, eine Gleichstromladedose, eine induktive Ladeeinheit, eine elektrische Bordladereinheit und/oder das Niedervoltbordnetz oder Komponenten davon angeordnet sein.
Beispielsweise sind im hinteren Bauraum die Nebenaggregattrennanordnung und/oder die Antriebstrennanordnung und/oder die hintere elektrische Antriebseinheit angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können im hinteren Bauraum beispielsweise die Wechselstromladedose, die Gleichstromladedose, die induktive Ladeeinheit, die elektrische Bordladereinheit, ein Stromsensor, die Nebenaggregattrennanordnung, die Antriebstrennanordnung, eine Gleichstromladedosentrennanordnung, eine Sicherung, eine Filtereinheit für schnelle Störimpulse und energiereiche Störimpulse (Surge & Burst Filter) und/oder das Niedervoltbordnetz oder Komponenten davon angeordnet sein.
Die Hochvoltbatterie ist beispielsweise außerhalb dieser beiden Bauräume angeordnet, insbesondere in einem eigenen Batteriebauraum, insbesondere in einem in Längsrichtung des Fahrzeugs mittleren Bauraum und somit insbesondere in einem zwischen dem vorderen und hinteren Bauraum angeordneten Bauraum.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Hochvoltbordnetzes wird zum Vorladen des mindestens einen Kondensators der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder der Kondensatoren der mehreren elektrischen Antriebseinheiten und des mindestens einen Kondensators des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats oder der Kondensatoren der mehreren elektrischen Nebenaggregate bei geöffneter Nebenaggregattrennanordnung und geöffneter Antriebstrennanordnung die Vor- und Entladetrennanordnung der Vor- und Entladeschaltung geschlossen, insbesondere indem zuerst das Trennelement in der Minuspotentialleitung und danach das Trennelement in der Pluspotentialleitung geschlossen wird, und mittels des mit einem Niedervoltbordnetz des Fahrzeugs gekoppelten Niedervoltgleichspannungswandlers wird der mindestens eine Kondensator der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder werden die Kondensatoren der mehreren elektrischen Antriebseinheiten und wird der mindestens eine Kondensator des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats oder die Kondensatoren der mehreren elektrischen Nebenaggregate vorgeladen. Anschließend werden zweckmäßigerweise die Antriebstrennanordnung und die Nebenaggregattrennanordnung geschlossen und zweckmäßigerweise danach die Vor- und Entladetrennanordnung geöffnet. Besonders vorteilhaft ist, dass hierfür kein Vorladewiderstand in der Vor- und Entladeschaltung erforderlich ist, d. h. dies funktioniert auch mit Ausführungsform des elektrischen Hochvoltbordnetzes, in welcher die Vor- und Entladeschaltung keinen Vorladewiderstand aufweist.
Alternativ oder zusätzlich wird in diesem Verfahren zum Vorladen des mindestens einen Kondensators der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder der Kondensatoren der mehreren elektrischen Antriebseinheiten bei bereits geladenem mindestens einem Kondensator des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats oder bereits geladenen Kondensatoren der mehreren elektrischen Nebenaggregate, beispielsweise nach einem Gleichstromladevorgang, bei geschlossener Nebenaggregattrennanordnung und geöffneter Antriebstrennanordnung die Vor- und Entladetrennanordnung der Vor- und Entladeschaltung, die zweckmäßigerweise den Vorladewiderstand umfasst, geschlossen, insbesondere indem zuerst das Trennelement in der Minuspotentialleitung und danach das Trennelement in der Pluspotentialleitung geschlossen wird, und mittels der Hochvoltbatterie wird der mindestens eine Kondensator der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder werden die Kondensatoren der mehreren elektrischen Antriebseinheiten vorgeladen. Anschließend wird zweckmäßigerweise die Antriebstrennanordnung geschlossen und zweckmäßigerweise danach die Vor- und Entladetrennanordnung geöffnet. Dadurch wird ein Vorladen des mindestens einen Kondensators der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder der Kondensatoren der mehreren elektrischen Antriebseinheiten auch mittels der Hochvoltbatterie ermöglicht.
Alternativ oder zusätzlich werden in diesem Verfahren zum Entladen des mindestens einen Kondensators der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder der Kondensatoren der mehreren elektrischen Antriebseinheiten und des mindestens einen Kondensators des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats oder der Kondensatoren der mehreren elektrischen Nebenaggregate die Nebenaggregattrennanordnung und die Antriebstrennanordnung geöffnet, die Vor- und Entladetrennanordnung der Vor- und Entladeschaltung wird geschlossen und der mindestens eine Kondensator der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder die Kondensatoren der mehreren elektrischen Antriebseinheiten und der mindestens eine Kondensator des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats oder die Kondensatoren der mehreren elektrischen Nebenaggregate werden mittels des Niedervoltgleichspannungswandlers entladen. Anschließend wird zweckmäßigerweise die Vor- und Entladetrennanordnung geöffnet. Die Vor- und Entladeschaltung kann somit auch zum Entladen des mindestens einen Kondensators der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit oder der Kondensatoren der mehreren elektrischen Antriebseinheiten und des mindestens einen Kondensators des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats oder der Kondensatoren der mehreren elektrischen Nebenaggregate verwendet werden. Bei Bedarf, beispielsweise während des Ladevorgangs der Hochvoltbatterie, kann die Nebenaggregattrennanordnung nun wieder geschlossen werden. Ein kurzzeitiges Abschalten stellt kein Problem dar, da dies von einem Nutzer des Fahrzeugs nicht wahrgenommen wird.
Aus dem Verfahren resultieren insbesondere die oben zum elektrischen Hochvoltbordnetz und zum Fahrzeug bereits geschilderten Vorteile.
Das Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug, ist insbesondere als ein Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug ausgebildet. Insbesondere ist eine Hochvoltbatterie durch Anschluss des Fahrzeugs, insbesondere von dessen Hochvoltbordnetz, an mindestens eine fahrzeugexterne elektrische Energiequelle, d. h. insbesondere eine Ladestation, elektrisch ladbar.
Unter dem Begriff „Hochvolt“ ist insbesondere eine elektrische Gleichspannung zu verstehen, die insbesondere größer als etwa 60 V ist. Insbesondere ist der Begriff „Hochvolt“ konform zur Norm ECE R 100 auszulegen. Unter dem Begriff „Niedervolt“ ist entsprechend insbesondere eine im Vergleich dazu niedrigere elektrische Gleichspannung zu verstehen, insbesondere eine elektrische Gleichspannung von maximal 30 V, insbesondere maximal 28 V, insbesondere maximal 24 V, insbesondere maximal 14 V, insbesondere maximal 12 V, insbesondere eine Nennspannung des elektrischen Niedervoltbordnetzes des Fahrzeugs, welches somit das elektrische Hochvoltbordnetz und das elektrische Niedervoltbordnetz umfasst, wobei die elektrische Gleichspannung, insbesondere Nennspannung, des Hochvoltbordnetzes größer ist als die elektrische Gleichspannung, insbesondere Nennspannung, des Niedervoltbordnetzes.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 schematisch ein Fahrzeug,
2 schematisch eine Ausführungsform eines elektrischen Hochvoltbordnetzes für ein Fahrzeug,
3 schematisch ein Laden von Kondensatoren von elektrischen Antriebseinheiten und elektrischen Nebenaggregaten,
4 schematisch ein Laden von Kondensatoren von elektrischen Antriebseinheiten,
5 schematisch ein Entladen von Kondensatoren von elektrischen Antriebseinheiten und elektrischen Nebenaggregaten,
6 schematisch eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Hochvoltbordnetzes für ein Fahrzeug und ein Laden von Kondensatoren von elektrischen Antriebseinheiten und elektrischen Nebenaggregaten, und
7 schematisch eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Hochvoltbordnetzes für ein Fahrzeug.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1. Das Fahrzeug 1, insbesondere Kraftfahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug, ist insbesondere als ein Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug ausgebildet. Insbesondere ist eine Hochvoltbatterie 2 durch Anschluss des Fahrzeugs 1, insbesondere eines elektrischen Hochvoltbordnetzes 3 des Fahrzeugs 1, an mindestens eine fahrzeugexterne elektrische Energiequelle, d. h. insbesondere eine Ladestation, elektrisch ladbar.
Die 2 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen des elektrischen Hochvoltbordnetzes 3. Das elektrische Hochvoltbordnetz 3 umfasst in allen Ausführungsformen die Hochvoltbatterie 2, mindestens eine elektrische Antriebseinheit 4, 5, mindestens ein elektrisches Nebenaggregat 6, 7 und einen bidirektionalen Niedervoltgleichspannungswandler 8, welcher mit einem Niedervoltbordnetz 9, insbesondere mit einem 12 V Niedervoltbordnetz, des Fahrzeugs 1 gekoppelt ist. In den hier dargestellten Beispielen umfasst das elektrische Hochvoltbordnetz 3 eine vordere elektrische Antriebseinheit 4 und eine hintere elektrische Antriebseinheit 5. Des Weiteren umfasst das elektrische Hochvoltbordnetz 3 in den hier dargestellten Ausführungsbeispielen ein als elektrische Heizeinheit ausgebildetes elektrisches Nebenaggregat 6 und ein als elektrischer Kältemittelverdichter ausgebildetes elektrisches Nebenaggregat 7.
In den hier dargestellten Beispielen sind der bidirektionale Niedervoltgleichspannungswandler 8 und die vordere elektrische Antriebseinheit 4 sowie das als elektrische Heizeinheit ausgebildete elektrische Nebenaggregat 6 und das als elektrischer Kältemittelverdichter ausgebildete elektrische Nebenaggregat 7 und ebenso das Niedervoltbordnetz 9 oder zumindest Komponenten davon in einem vorderen Bauraum VB des Fahrzeugs 1 angeordnet und die hintere elektrische Antriebseinheit 5 ist in einem hinteren Bauraum HB des Fahrzeugs 1 angeordnet. Die Hochvoltbatterie 2 oder zumindest Zellmodule der Hochvoltbatterie 2 ist/sind außerhalb dieser beiden Bauräume VB, HB angeordnet, insbesondere in einem in Längsrichtung des Fahrzeugs 1 mittleren Bauraum MB zwischen dem vorderen Bauraum VB und dem hinteren Bauraum HB.
Zur elektrischen Verbindung der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 mit der Hochvoltbatterie 2 ist ein Antriebspotentialleitungspaar 10 mit einer Antriebstrennanordnung 11 vorgesehen, so dass die elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 in Abhängigkeit von einer Schaltstellung der Antriebstrennanordnung 11 mit der Hochvoltbatterie 2 elektrisch verbunden oder von ihr elektrisch getrennt sind. Die Antriebstrennanordnung 11 ist in den hier dargestellten Beispielen im hinteren Bauraum HB des Fahrzeugs 1 angeordnet. Sie ist in den hier dargestellten Ausführungsformen des Hochvoltbordnetzes 3 als ein allpoliges Trennelement, beispielsweise als ein allpoliges Schütz, ausgebildet, welches beide Potentialleitungen HV+, HV- des Antriebspotentialleitungspaars 10 nur gleichzeitig schließen und öffnen kann. Dadurch wird insbesondere ein Verbinden der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 mit der Hochvoltbatterie 2 und ebenso ein Trennen von der Hochvoltbatterie 2 durch jeweils einen einzigen Schaltvorgang ermöglicht.
Zur elektrischen Verbindung der elektrischen Nebenaggregate 6, 7 und des Niedervoltgleichspannungswandlers 8 mit der Hochvoltbatterie 2 ist ein Nebenaggregatpotentialleitungspaar 12 mit einer Nebenaggregattrennanordnung 13 vorgesehen, so dass der Niedervoltgleichspannungswandler 8 und die elektrischen Nebenaggregate 6, 7 in Abhängigkeit von einer Schaltstellung der Nebenaggregattrennanordnung 13 mit der Hochvoltbatterie 2 elektrisch verbunden oder von ihr elektrisch getrennt sind. Die Nebenaggregattrennanordnung 13 ist in den hier dargestellten Beispielen im hinteren Bauraum HB des Fahrzeugs 1 angeordnet. Sie umfasst beispielsweise zwei jeweils als ein Schütz ausgebildete Trennelemente 14, 15.
In den hier dargestellten Beispielen umfasst das elektrische Hochvoltbordnetz 3 des Weiteren eine Gleichstromladedose 16, wobei zur elektrischen Verbindung der Gleichstromladedose 16 mit der Hochvoltbatterie 2 ein Gleichstromladepotentialleitungspaar 17 mit einer Gleichstromladetrennanordnung 18 vorgesehen ist, so dass die Gleichstromladedose 16 in Abhängigkeit von einer Schaltstellung der Gleichstromladetrennanordnung 18 mit der Hochvoltbatterie 2 elektrisch verbunden oder von ihr elektrisch getrennt ist. Dabei ist in den hier dargestellten Beispielen im Gleichstromladepotentialleitungspaar 17 zwischen der Gleichstromladetrennanordnung 18 und der Gleichstromladedose 16 eine Filtereinheit 19 für schnelle Störimpulse und energiereiche Störimpulse (Surge & Burst Filter) angeordnet. in den hier dargestellten Beispielen sind sowohl die Gleichstromladedose 16 als auch die Filtereinheit 19 für schnelle Störimpulse und energiereiche Störimpulse und die Gleichstromladetrennanordnung 18 im hinteren Bauraum HB des Fahrzeugs 1 angeordnet. Die Gleichstromladetrennanordnung 18 ist in den hier dargestellten Ausführungsformen des Hochvoltbordnetzes 3 als ein allpoliges Trennelement, beispielsweise als ein allpoliges Schütz, ausgebildet, welches beide Potentialleitungen HV+, HV- des Gleichstromladepotentialleitungspaars 17 nur gleichzeitig schließen und öffnen kann.
Zwischen den Trennanordnungen 11, 13, 18 und der Hochvoltbatterie 2 ist in den dargestellten Beispielen des Weiteren in der Pluspotentialleitung HV+ ein Stromsensor 20 angeordnet, welcher in den dargestellten Beispielen im hinteren Bauraum HB des Fahrzeugs 1 angeordnet ist.
In den hier dargestellten Beispielen umfasst das elektrische Hochvoltbordnetz 3 des Weiteren eine elektrische Bordladereinheit 21, welche mit einer Wechselstromladedose 22 des Fahrzeugs 1 und mit dem Nebenaggregatpotentialleitungspaar 12 gekoppelt ist. Die elektrische Bordladereinheit 21 ist in den hier dargestellten Beispielen im vorderen Bauraum VB des Fahrzeugs 1 angeordnet und die Wechselstromladedose 22 ist in den hier dargestellten Beispielen im hinteren Bauraum HB des Fahrzeugs 1 angeordnet.
In der Pluspotentialleitung HV+ des Nebenaggregatleitungspaars 12 ist in den hier dargestellten Beispielen nach der Nebenaggregattrennanordnung 13, d. h. ausgehend von dieser in Richtung der Nebenaggregate 6, 7, des Niedervoltgleichspannungswandlers 8 und der elektrischen Bordladereinheit 21, eine Sicherung 23 angeordnet, welche in den hier dargestellten Beispielen im hinteren Bauraum HB des Fahrzeugs 1 angeordnet ist.
Die beiden elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 sind in den dargestellten Beispielen elektrisch parallel zueinander geschaltet. Des Weiteren sind in den dargestellten Beispielen die beiden elektrischen Nebenaggregate 6, 7 elektrisch parallel zueinander geschaltet.
Bei den hier dargestellten Ausführungsformen des elektrischen Hochvoltbordnetzes 3 sind somit das Nebenaggregatpotentialleitungspaar 12 und das Antriebspotentialleitungspaar 10 über getrennte und voneinander unabhängig schaltbare Trennanordnungen 13, 11 mit der Hochvoltbatterie 2 verbindbar, so dass die elektrischen Nebenaggregate 6, 7 und die elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 unabhängig voneinander betrieben werden können. Sind sowohl die Antriebstrennanordnung 11 als auch die Nebenaggregattrennanordnung 13 geschlossen, sind das Antriebspotentialleitungspaar 10 und das Nebenaggregatpotentialleitungspaar 12 elektrisch parallel geschaltet.
Zumindest in einigen der Komponenten des elektrischen Bordnetzes 3, insbesondere in den elektrischen Nebenaggregaten 6, 7 und den elektrischen Antriebseinheiten 4, 5, sind Kondensatoren, insbesondere Y-Kondensatoren, vorhanden, die für einen jeweiligen Einschaltvorgang zunächst über einen definierten Strom vorgeladen werden müssen, bevor diese Komponenten durch Schließen der jeweiligen Trennanordnung 13, 11, insbesondere der Antriebstrennanordnung 11 und der Nebenaggregattrennanordnung 13, direkt mit der Hochvoltbatterie 2 verbunden werden. Um dies bei den hier dargestellten Ausführungsformen des elektrischen Hochvoltbordnetzes 3 mit der als allpoliges Trennelement, insbesondere als allpoliges Schütz, ausgebildeten Antriebstrennanordnung 11 und nur einem einzigen Niedervoltgleichspannungswandler 8, insbesondere mit nur zwei Hochvoltpotentialleitungsanschlüssen zum Anschluss nur eines Hochvoltpotentialleitungspaars am Niedervoltgleichspannungswandler 8, zu ermöglichen, ist eine Vor- und Entladeschaltung 24 vorgesehen, welche eine Vor- und Entladetrennanordnung 25 in einem mit dem Nebenaggregatpotentialleitungspaar 12 und dem Antriebspotentialleitungspaar 10 gekoppelten Verbindungspotentialleitungspaar 26 umfasst.
Eine Verbindungsstelle der Vor- und Entladeschaltung 24, insbesondere des Verbindungspotentialleitungspaars 26, mit dem Nebenaggregatpotentialleitungspaar 12 liegt dabei nach der Nebenaggregattrennanordnung 13, d. h. zwischen der Nebenaggregattrennanordnung 13 und den elektrischen Nebenaggregaten 6, 7, und eine Verbindungsstelle der Vor- und Entladeschaltung 24, insbesondere des Verbindungspotentialleitungspaars 26, mit dem Antriebspotentialleitungspaar 10 liegt nach der Antriebstrennanordnung 11, d. h. zwischen der Antriebstrennanordnung 11 und den elektrischen Antriebseinheiten 4, 5.
Die Vor- und Entladetrennanordnung 25 umfasst vorteilhafterweise ein beispielsweise als Relais, insbesondere als Hochvoltrelais, oder beispielsweise als Schalter oder Schütz ausgebildetes Trennelement 27, 28 in jeder Potentialleitung HV+, HV- des Verbindungspotentialleitungspaars 26, welche vorteilhafterweise unabhängig voneinander schaltbar sind.
Mittels der Vor- und Entladeschaltung 24, insbesondere mittels ihrer Vor- und Entladetrennanordnung 25, sind somit das Antriebspotentialleitungspaar 10 und das Nebenaggregatpotentialleitungspaar 12, d. h. deren jeweilige Pluspotentialleitung HV+ und deren jeweilige Minuspotentialleitung HV-, durch Schließen der Vor- und Entladetrennanordnung 25 elektrisch miteinander verbindbar, d. h. miteinander elektrisch in Reihe schaltbar. Dies erfolgt zweckmäßigerweise nur dann, wenn zumindest die Antriebstrennanordnung 11 und beispielsweise zusätzlich auch die Nebenaggregattrennanordnung 13 geöffnet ist.
Die Vor- und Entladeschaltung 24 ist somit als eine dezentrale Vor- und Entladeschaltung 24 ausgebildet, da sie zwar zwischen dem Versorgungspfad der elektrischen Nebenaggregate 6, 7 und der Zuleitung zu den elektrischen Antriebseinheiten 4, 5, d. h. zwischen dem Nebenaggregatpotentialleitungspaar 12 und dem Antriebspotentialleitungspaar 10, angeordnet sein muss, jedoch ihre Positionierung im Fahrzeug 1 frei oder zumindest relativ frei wählbar ist, da sie insbesondere nicht direkt an der Antriebstrennanordnung 11 angeordnet sein muss. Daher kann sie beispielsweise, wie in den 2 bis 6 gezeigt, im vorderen Bauraum VB des Fahrzeugs 1 angeordnet sein, oder, wie in 7 gezeigt, im hinteren Bauraum HB des Fahrzeugs 1 angeordnet sein. Die Positionierung der Vor- und Entladeschaltung 24 kann somit frei nach vorhandenen Bauraumgegebenheiten des jeweiligen Fahrzeugs 1, insbesondere eines jeweiligen Fahrzeugtyps und/oder einer jeweiligen Fahrzeugbaureihe, erfolgen.
Mittels der Vor- und Entladeschaltung 24 wird, wie oben bereits erwähnt, das Vorladen der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 ermöglicht, wie in den 3, 4 und 6 gezeigt ist und im Folgenden noch näher beschrieben wird, und beispielsweise zusätzlich auch das Vorladen der Kondensatoren der elektrischen Nebenaggregate 6, 7 ermöglicht, wie in den 3 und 6 gezeigt ist und im Folgenden noch näher beschrieben wird. Des Weiteren wird mittels der Vor- und Entladeschaltung 24 auch ein Entladen der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 und der elektrischen Nebenaggregate 6, 7 ermöglicht, wie in 5 gezeigt ist und im Folgenden noch näher beschrieben wird.
In den Ausführungsformen gemäß den 2 bis 5 und 7 umfasst die Vor- und Entladeschaltung 24 zusätzlich einen Vorladewiderstand 29. Dieser Vorladewiderstand 29 ist zweckmäßigerweise in der Pluspotentialleitung HV+ des Verbindungspotentialleitungspaars 26 angeordnet, in den dargestellten Ausführungsformen jeweils vor dem Trennelement 27 in der Pluspotentialleitung HV+ des Verbindungspotentialleitungspaars 26, d. h. zwischen dem Nebenaggregatpotentialleitungspaar 12 und der Vor- und Entladetrennanordnung 25. Dadurch werden zwei verschiedene Varianten des Vorladens der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 ermöglicht, welche im Folgenden noch näher beschrieben werden.
6 zeigt eine Ausführungsform, in welcher die Vor- und Entladeschaltung 24 keinen Vorladewiderstand 29 aufweist, somit zweckmäßigerweise ausschließlich die Vor- und Entladetrennanordnung 25 aufweist. Dadurch kann nur eine der beiden Varianten des Vorladens der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 durchgeführt werden, wie ebenfalls im Folgenden noch näher beschrieben wird.
Die 2 bis 5 zeigen Ausführungsformen des elektrischen Hochvoltbordnetzes 3, bei welchen die den Vorladewiderstand 29 umfassende Vor- und Entladeschaltung 24 im vorderen Bauraum VB des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. 7 zeigt eine Ausführungsform des elektrischen Hochvoltbordnetzes 3, bei welcher die den Vorladewiderstand 29 umfassende Vor- und Entladeschaltung im hinteren Bauraum HB des Fahrzeugs 1 angeordnet ist.
6 zeigt eine Ausführungsform des elektrischen Hochvoltbordnetzes 3, bei welcher die Vor- und Entladeschaltung 24, die keinen Vorladewiderstand 29 aufweist, im vorderen Bauraum VB des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Alternativ kann auch diese Vor- und Entladeschaltung 24, die keinen Vorladewiderstand 29 aufweist, in weiteren hier nicht dargestellten Ausführungsformen des elektrischen Hochvoltbordnetzes 3 im hinteren Bauraum HB des Fahrzeugs 1 angeordnet sein. Der Vorteil dieser Ausführungsform ohne Vorwiderstand 29 ist die Einsparung des Vorladewiderstands 29, wodurch Kosten reduziert sind und die Bauraumausnutzung verbessert ist.
3 zeigt eine Variante des Vorladens der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 und der elektrischen Nebenaggregate 6, 7. Hierfür wird bei geöffneter Nebenaggregattrennanordnung 13 und geöffneter Antriebstrennanordnung 11 die Vor- und Entladetrennanordnung 25 der Vor- und Entladeschaltung 24 geschlossen, wobei vorteilhafterweise zuerst das Trennelement 28 in der Minuspotentialleitung HV- und danach das Trennelement 27 in der Pluspotentialleitung HV+ geschlossen wird. Mittels des mit dem Niedervoltbordnetz 9 des Fahrzeugs 1 gekoppelten Niedervoltgleichspannungswandlers 8 werden nun die Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 und der elektrischen Nebenaggregate 6, 7 vorgeladen, wie mittels Vorladepfeilen VP schematisch gezeigt, wobei hier nur das Vorladen der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 mittels dieser Vorladepfeile VP schematisch gezeigt ist. Anschließend werden die Antriebstrennanordnung 11 und die Nebenaggregattrennanordnung 13 geschlossen. Danach wird die Vor- und Entladetrennanordnung 25 geöffnet.
3 zeigt diese Variante des Vorladens der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 und der elektrischen Nebenaggregate 6, 7 mittels der Ausführungsform der Vor- und Entladeschaltung 24, die den Vorladewiderstand 29 aufweist. Diese Variante des Vorladens der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 und der elektrischen Nebenaggregate 6, 7 funktioniert jedoch auf gleiche Weise auch mittels der Ausführungsform der Vor- und Entladeschaltung 24, die keinen Vorladewiderstand 29 aufweist, wie in 6 gezeigt. Falls die Nebenaggregattrennanordnung 13 noch nicht geöffnet ist, wird sie zunächst geöffnet. Bei geöffneter Nebenaggregattrennanordnung 13 und geöffneter Antriebstrennanordnung 11 wird dann die Vor- und Entladetrennanordnung 25 der Vor- und Entladeschaltung 24 geschlossen, wobei vorteilhafterweise zuerst das Trennelement 28 in der Minuspotentialleitung HV- und danach das Trennelement 27 in der Pluspotentialleitung HV+ geschlossen wird. Mittels des mit dem Niedervoltbordnetz 9 des Fahrzeugs 1 gekoppelten Niedervoltgleichspannungswandlers 8 werden nun die Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 und der elektrischen Nebenaggregate 6, 7 vorgeladen, wie mittels der Vorladepfeile VP schematisch gezeigt, wobei hier nur das Vorladen der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 mittels dieser Vorladepfeile VP schematisch gezeigt ist. Anschließend werden die Antriebstrennanordnung 11 und die Nebenaggregattrennanordnung 13 geschlossen. Danach wird die Vor- und Entladetrennanordnung 25 geöffnet.
4 zeigt eine weitere Variante, bei welcher jedoch nur die Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 vorgeladen werden können und welche nur mit der Ausführungsform der Vor- und Entladeschaltung durchgeführt werden kann, die den Vorladewiderstand 29 umfasst. Diese Variante kann insbesondere dann verwendet werden, wenn die Kondensatoren der elektrischen Nebenaggregate 6, 7 bereits geladen sind, beispielsweise nach einem Gleichstromladevorgang. Die Nebenaggregattrennanordnung 13 ist dann geschlossen und die Antriebstrennanordnung 11 ist geöffnet. Die Vor- und Entladetrennanordnung 25 der Vor- und Entladeschaltung 24 wird geschlossen, wobei vorteilhafterweise zuerst das Trennelement 28 in der Minuspotentialleitung HV- und danach das Trennelement 27 in der Pluspotentialleitung HV+ geschlossen wird. Mittels der Hochvoltbatterie 2 werden nun die Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 vorgeladen, wie mittels der Vorladepfeile VP schematisch gezeigt. Dies erfolgt über das Nebenaggregatpotentialleitungspaar 12 und das Verbindungspotentialleitungspaar 26 mit der geschlossenen Vor- und Entladetrennanordnung 25. Anschließend wird die Antriebstrennanordnung 11 geschlossen. Danach wird die Vor- und Entladetrennanordnung 25 geöffnet.
Bei dieser Variante wird somit ein Vorladen der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 auch mittels der Hochvoltbatterie 2 ermöglicht. Allerdings ist diese Variante nur mittels der Ausführungsform der Vor- und Entladeschaltung 24 möglich, die den Vorladewiderstand 29 umfasst.
Wie bereits erwähnt, kann die Vor- und Entladeschaltung 24 auch zum Entladen der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 und der elektrischen Nebenaggregate 6, 7 verwendet werden. Dies ist in 5 für die Ausführungsform des elektrischen Hochvoltbordnetzes 3 gezeigt, in welcher die Vor- und Entladeschaltung 24 den Vorladewiderstand 29 umfasst. Dies funktioniert jedoch auf die gleiche im Folgenden näher beschriebene Weise auch bei der Ausführungsform des elektrischen Hochvoltbordnetzes 3, in welcher die Vor- und Entladeschaltung 24 keinen Vorladewiderstand 29 umfasst.
Zum Entladen der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 und der Kondensatoren der elektrischen Nebenaggregate 6, 7 werden, wie in 5 gezeigt, die Nebenaggregattrennanordnung 13 und die Antriebstrennanordnung 11 geöffnet. Anschließend wird die Vor- und Entladetrennanordnung 25 der Vor- und Entladeschaltung 24 geschlossen, beispielsweise indem zuerst das Trennelement 28 in der Minuspotentialleitung HV- und danach das Trennelement 27 in der Pluspotentialleitung HV+ geschlossen wird. Nun werden die Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 und der elektrischen Nebenaggregate 6, 7 mittels des Niedervoltgleichspannungswandlers 8 entladen, wie mittels Entladepfeilen EP schematisch gezeigt, wobei hier nur das Entladen der Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 4, 5 mittels dieser Entladepfeile EP schematisch gezeigt ist. Anschließend wird die Vor- und Entladetrennanordnung 25 geöffnet. Bei Bedarf, beispielsweise während des Ladevorgangs der Hochvoltbatterie 2, kann die Nebenaggregattrennanordnung 13 nun wieder geschlossen werden. Ein kurzzeitiges Abschalten stellt kein Problem dar, da dies von einem Nutzer des Fahrzeugs 1 nicht wahrgenommen wird.
Das Vorladen und Entladen wurde hier jeweils anhand der im vorderen Bauraum VB des Fahrzeugs 1 angeordneten Vor- und Entladeschaltung 24 beschrieben. Die Position der Vor- und Entladeschaltung 24 im Fahrzeug 1 hat darauf jedoch keinen Einfluss, d. h. das Vorladen und Entladen funktioniert auf gleiche Weise, wenn die jeweilige Vor- und Entladeschaltung 24, insbesondere die jeweilige Ausführungsform der Vor- und Entladeschaltung 24 mit oder ohne Vorwiderstand 29, im hinteren Bauraum HB des Fahrzeugs 1 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Hochvoltbatterie
3: Hochvoltbordnetz
4: vordere elektrische Antriebseinheit
5: hintere elektrische Antriebseinheit
6, 7: elektrisches Nebenaggregat
8: Niedervoltgleichspannungswandler
9: Niedervoltbordnetz
10: Antriebspotentialleitungspaar
11: Antriebstrennanordnung
12: Nebenaggregatpotentialleitungspaar
13: Nebenaggregattrennanordnung
14, 15: Trennelement der Nebenaggregattrennanordnung
16: Gleichstromladedose
17: Gleichstromladepotentialleitungspaar
18: Gleichstromladetrennanordnung
19: Filtereinheit
20: Stromsensor
21: Bordladereinheit
22: Wechselstromladedose
23: Sicherung
24: Vor- und Entladeschaltung
25: Vor- und Entladetrennanordnung
26: Verbindungspotentialleitungspaar
27, 28: Trennelement der Vor- und Entladetrennanordnung
29: Vorladewiderstand
EP: Entladepfeil
VP: Vorladepfeil
HV+: Pluspotentialleitung
HV-: Minuspotentialleitung
HB: hinterer Bauraum
MB: mittlerer Bauraum
VB: vorderer Bauraum

Claims

Elektrisches Hochvoltbordnetz (3) für ein Fahrzeug (1), gekennzeichnet durch eine Hochvoltbatterie (2), mindestens eine elektrische Antriebseinheit (4, 5), mindestens ein elektrisches Nebenaggregat (6, 7) und einen bidirektionalen Niedervoltgleichspannungswandler (8), - wobei zur elektrischen Verbindung der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit (4, 5) mit der Hochvoltbatterie (2) ein Antriebspotentialleitungspaar (10) mit einer Antriebstrennanordnung (11) vorgesehen ist, - wobei zur elektrischen Verbindung des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats (6, 7) und des Niedervoltgleichspannungswandlers (8) mit der Hochvoltbatterie (2) ein Nebenaggregatpotentialleitungspaar (12) mit einer Nebenaggregattrennanordnung (13) vorgesehen ist, und - wobei eine Vor- und Entladeschaltung (24) vorgesehen ist, welche eine Vor- und Entladetrennanordnung (25) in einem mit dem Nebenaggregatpotentialleitungspaar (12) und dem Antriebspotentialleitungspaar (10) gekoppelten Verbindungspotentialleitungspaar (26) umfasst.
Elektrisches Hochvoltbordnetz (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebstrennanordnung (11) als ein allpoliges Trennelement ausgebildet ist.
Elektrisches Hochvoltbordnetz (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- und Entladeschaltung (24) einen Vorladewiderstand (29) umfasst.
Elektrisches Hochvoltbordnetz (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorladewiderstand (29) in einer Pluspotentialleitung (HV+) des Verbindungspotentialleitungspaars (26) angeordnet ist.
Elektrisches Hochvoltbordnetz (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- und Entladetrennanordnung (25) ein als Relais, Schalter oder Schütz ausgebildetes Trennelement (27, 28) in jeder Potentialleitung (HV+, HV-) des Verbindungspotentialleitungspaars (26) umfasst, welche unabhängig voneinander schaltbar sind.
Elektrisches Hochvoltbordnetz (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektrische Nebenaggregat (7, 6) als ein elektrischer Kältemittelverdichter oder als eine elektrische Heizeinheit ausgebildet ist.
Fahrzeug (1) mit einem elektrischen Hochvoltbordnetz (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- und Entladeschaltung (24) in einem vorderen Bauraum (VB) oder in einem hinteren Bauraum (HB) des Fahrzeugs (1) angeordnet ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass - im vorderen Bauraum (VB) der Niedervoltgleichspannungswandler (8) und/oder das mindestens eine elektrische Nebenaggregat (6, 7) und/oder eine vordere elektrische Antriebseinheit (4) angeordnet ist, und/oder - im hinteren Bauraum (HB) die Nebenaggregattrennanordnung (13) und/oder die Antriebstrennanordnung (11) und/oder eine hintere elektrische Antriebseinheit (5) angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Hochvoltbordnetzes (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei - zum Vorladen mindestens eines Kondensators der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit (4, 5) und mindestens eines Kondensators des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats (6, 7) bei geöffneter Nebenaggregattrennanordnung (13) und geöffneter Antriebstrennanordnung (11) die Vor- und Entladetrennanordnung (25) der Vor- und Entladeschaltung (24) geschlossen wird und mittels des mit einem Niedervoltbordnetz (9) gekoppelten Niedervoltgleichspannungswandlers (8) der mindestens eine Kondensator der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit (4, 5) und der mindestens eine Kondensator des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats (6, 7) vorgeladen wird, und/oder - zum Vorladen des mindestens einen Kondensators der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit (4, 5) bei bereits geladenem mindestens einem Kondensator des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats (6, 7) bei geschlossener Nebenaggregattrennanordnung (13) und geöffneter Antriebstrennanordnung (11) die Vor- und Entladetrennanordnung (25) der Vor- und Entladeschaltung (24) geschlossen wird und mittels der Hochvoltbatterie (2) der mindestens eine Kondensator der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit (4, 5) vorgeladen wird, und/oder - zum Entladen des mindestens einen Kondensators der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit (4, 5) und des mindestens einen Kondensators des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats (6, 7) die Nebenaggregattrennanordnung (13) und die Antriebstrennanordnung (11) geöffnet werden, die Vor- und Entladetrennanordnung (25) der Vor- und Entladeschaltung (24) geschlossen wird und der mindestens eine Kondensator der mindestens einen elektrischen Antriebseinheit (4, 5) und der mindestens eine Kondensator des mindestens einen elektrischen Nebenaggregats (6, 7) mittels des Niedervoltgleichspannungswandlers (8) entladen wird.