DE102020108926A1 - Method for the electrical supply of a vehicle component of an on-board network with a galvanically coupled voltage converter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Versorgen einer Fahrzeugkomponente (2) eines Bordnetzes (1), wobei- mit einer Gleichspannungsquelle (4) eine erste Gleichspannung (U1) bereitgestellt wird,- die erste Gleichspannung (U2) in eine zweite Gleichspannung (U2) umgewandelt wird, und- die Fahrzeugkomponente (2) mit der zweiten Gleichspannung (U2) versorgt wird, wobei- ein minimaler Spannungswert einer Betriebsspannung (6) der Fahrzeugkomponente (2), mit welchem die Fahrzeugkomponente (2) noch betreibbar ist, ermittelt wird,- ein maximaler Spannungswert der ersten Gleichspannung (U1) der Gleichspannungsquelle (4) ermittelt wird, wobei- ein Spannungswert der zweiten Gleichspannung (U2) kleiner als der maximale Spannungswert der ersten Gleichspannung (U1) und größer als der minimale Spannungswert der Betriebsspannung (6) ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bordnetz (1).The invention relates to a method for the electrical supply of a vehicle component (2) of an on-board network (1), a first direct voltage (U1) being provided with a direct voltage source (4), the first direct voltage (U2) being converted into a second direct voltage (U2) is converted, and - the vehicle component (2) is supplied with the second direct voltage (U2), wherein - a minimum voltage value of an operating voltage (6) of the vehicle component (2) with which the vehicle component (2) can still be operated is determined, - A maximum voltage value of the first direct voltage (U1) of the direct voltage source (4) is determined, wherein - a voltage value of the second direct voltage (U2) is less than the maximum voltage value of the first direct voltage (U1) and greater than the minimum voltage value of the operating voltage (6) is. The invention also relates to an on-board network (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Versorgen einer Fahrzeugkomponente eines Bordnetzes, wobei mit einer Gleichspannungsquelle eine erste Gleichspannung bereitgestellt wird, und die erste Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung umgewandelt wird, wobei die Fahrzeugkomponente mit der zweiten Gleichspannung versorgt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bordnetz zum elektrischen Versorgen einer Fahrzeugkomponente. Das Bordnetz weist eine Gleichspannungsquelle zum Bereitstellen einer ersten Gleichspannung und einen Spannungswandler zum Umwandeln der ersten Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung, um die Fahrzeugkomponente mit der zweiten Gleichspannung zu versorgen, auf.The invention relates to a method for the electrical supply of a vehicle component of an on-board network, a first direct voltage being provided with a direct voltage source and the first direct voltage being converted into a second direct voltage, the vehicle component being supplied with the second direct voltage. The invention also relates to an on-board network for the electrical supply of a vehicle component. The vehicle electrical system has a DC voltage source for providing a first DC voltage and a voltage converter for converting the first DC voltage into a second DC voltage in order to supply the vehicle component with the second DC voltage.

Elektrisch betriebene Fahrzeuge weisen meist eine Batteriespannung von 800 Volt und höher auf. Dabei kann es sich bei dem elektrisch betriebenen Fahrzeug um 800-Volt-Fahrzeuge handeln, welche beispielsweise der Spannungsklasse B 850 oder B 750 nach der Norm ISO 19295 entsprechen. Diese 800-Volt-Fahrzeuge können meist nur an den herkömmlichen und zahlreich vorhandenen Ladesäulen mit einer maximalen Spannung von 500 Volt geladen werden. Um dies realisieren zu können, kann eine Umschaltbatterie verwendet werden, wobei diese Batterie aus zwei seriell geschalteten Teilbatterien besteht. Diese Teilbatterien werden für das entsprechende Laden jeweils parallel geschaltet. Hierbei muss aber die Versorgung von Nebenaggregaten des elektrisch betriebenen Fahrzeugs gewährleistet sein, insbesondere von elektrischen Kältemittelverdichtern zum Kühlen einer HV-Batterie und des DC-DC-Wandlers zur Versorgung des 12-Volt-Bordnetzes des elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Dies geschieht insbesondere im Stand der Technik mit einem galvanisch getrennten DC-DC-Wandler, um sicherzustellen, dass die höheren Spannungen der Nebenaggregate auch im Fehlerfall nicht auf die Ladesäule durchschlagen und diese beschädigen kann.Electrically operated vehicles usually have a battery voltage of 800 volts and higher. The electrically operated vehicle can be 800-volt vehicles, for example of voltage class B 850 or B 750 according to the standard ISO 19295 correspond. These 800-volt vehicles can usually only be charged at the conventional and numerous existing charging stations with a maximum voltage of 500 volts. In order to be able to realize this, a switch-over battery can be used, this battery consisting of two partial batteries connected in series. These partial batteries are connected in parallel for the corresponding charging. In this case, however, the supply of auxiliary units of the electrically operated vehicle must be guaranteed, in particular of electric refrigerant compressors for cooling an HV battery and the DC-DC converter for supplying the 12-volt electrical system of the electrically operated vehicle. In the prior art, in particular, this is done with a galvanically isolated DC-DC converter to ensure that the higher voltages of the auxiliary units cannot penetrate the charging station and damage it even in the event of a fault.

Die DE 10 2016 008 052 A1 offenbart eine Energiespeichereinrichtung für einen Kraftwagen mit einem ersten und einem zweiten Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie.The DE 10 2016 008 052 A1 discloses an energy storage device for a motor vehicle with a first and a second energy storage device for storing electrical energy.

Ein Nachteil von den im Stand der Technik verwendeten galvanisch getrennten DC-DC-Wandlern ist der, dass diese hohe Bauteilkosten aufrufen und einen erhöhten Bauraumbedarf durch Mehrfachenergiewandlung und magnetische Energieübertragung (Trafo) aufweisen.A disadvantage of the galvanically isolated DC-DC converters used in the prior art is that they result in high component costs and require more installation space due to multiple energy conversion and magnetic energy transmission (transformer).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, Fahrzeugkomponenten eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, welche für Spannungen von beispielsweise 800 Volt ausgelegt sind, auf einfache und effiziente Weise mit einer 500-Volt-Ladesäule beziehungsweise einer Energiequelle versorgen zu können.The object of the present invention is thus to be able to supply vehicle components of an electrically operated vehicle which are designed for voltages of, for example, 800 volts, in a simple and efficient manner with a 500-volt charging station or an energy source.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Bordnetz gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by a method and an on-board network according to the independent patent claims. Useful further developments result from the subclaims.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Versorgen einer Fahrzeugkomponente eines Bordnetzes, wobei mit einer Gleichspannungsquelle eine erste Gleichspannung bereitgestellt wird. Die erste Gleichspannung wird in eine zweite Gleichspannung umgewandelt, und die Fahrzeugkomponente wird mit der zweiten Gleichspannung versorgt. Ein minimaler Spannungswert einer Betriebsspannung der Fahrzeugkomponente, mit welchem die Fahrzeugkomponente noch betreibbar ist, wird ermittelt, und ein maximaler Spannungswert der ersten Gleichspannung der Gleichspannungsquelle wird ebenfalls ermittelt. Ein Spannungswert der zweiten Gleichspannung ist kleiner als der maximale Spannungswert der ersten Gleichspannung und größer als der Minimalspannungswert der Betriebsspannung.One aspect of the invention relates to a method for electrically supplying a vehicle component of an on-board network, a first DC voltage being provided with a DC voltage source. The first DC voltage is converted into a second DC voltage, and the vehicle component is supplied with the second DC voltage. A minimum voltage value of an operating voltage of the vehicle component, with which the vehicle component can still be operated, is determined, and a maximum voltage value of the first DC voltage of the DC voltage source is also determined. A voltage value of the second direct voltage is less than the maximum voltage value of the first direct voltage and greater than the minimum voltage value of the operating voltage.

Dadurch kann insbesondere auf kostenintensive und aufwendigere und umfangreiche Schaltungen und Bauelemente für eine galvanische Trennung zwischen der Gleichspannungsquelle und den Fahrzeugkomponenten eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs verzichtet werden. Insbesondere kann auf den Einsatz von komplexen und kostenintensiven galvanisch getrennten Spannungswandler verzichtet werden.As a result, cost-intensive and more complex and extensive circuits and components for galvanic separation between the DC voltage source and the vehicle components of an electrically operated vehicle can be dispensed with. In particular, it is possible to dispense with the use of complex and cost-intensive galvanically isolated voltage converters.

Das vorgeschlagene Verfahren nutzt insbesondere eine Überschneidung zwischen den Betriebsbereichen der Gleichspannungsquelle und der Fahrzeugkomponente. Insbesondere wird mithilfe des ermittelten minimalen Spannungswerts der Betriebsspannung der Bereich der Fahrzeugkomponente ermittelt, welcher noch ausreichend ist, um gefahrlos die Fahrzeugkomponente dauerhaft betreiben zu können. Mit dem maximalen Spannungswert der Gleichspannungsquelle, welche ermittelt wurde, kann ebenfalls der Bereich, insbesondere der Betriebs- beziehungsweise Arbeitsbereich, der Gleichspannungsquelle verwendet werden, um den Überlappungsbereich beziehungsweise die Überschneidung der beiden Betriebsbereiche der Gleichspannungsquelle und der Fahrzeugkomponente zu vergleichen. Dadurch kann die Fahrzeugkomponente mit der zweiten Gleichspannung, insbesondere mit dem Spannungswert der zweiten Gleichspannung, so versorgt werden, dass diese Spannungsversorgung in dem Überschneidungsbereich der Gleichspannungsquelle und des Betriebsbereichs der Fahrzeugkomponente liegt. Dadurch kann auf einfache Weise die Fahrzeugkomponente mit der Gleichspannungsquelle versorgt werden, ohne dass diese galvanisch getrennt aufgebaut werden müssen. Insbesondere kann dadurch auf eine galvanische Trennung eines Eingangs- und Ausgangspotentials bei der Umwandlung der ersten Gleichspannung in die zweite Gleichspannung verzichtet werden.The proposed method uses in particular an overlap between the operating ranges of the DC voltage source and the vehicle component. In particular, with the aid of the determined minimum voltage value of the operating voltage, the range of the vehicle component is determined which is still sufficient to be able to continuously operate the vehicle component safely. With the maximum voltage value of the DC voltage source that was determined, the area, in particular the operating or working range, of the DC voltage source can also be used to compare the overlap area or the overlap of the two operating areas of the DC voltage source and the vehicle component. As a result, the vehicle component can be supplied with the second direct voltage, in particular with the voltage value of the second direct voltage, in such a way that this voltage supply lies in the overlap area of the direct voltage source and the operating range of the vehicle component. This allows easy Way the vehicle components can be supplied with the DC voltage source without these having to be set up galvanically isolated. In particular, galvanic separation of an input and output potential during the conversion of the first direct voltage into the second direct voltage can thereby be dispensed with.

Da der Spannungswert der zweiten Gleichspannung kleiner als der minimale Spannungswert der ersten Gleichspannung und größer als der minimale Spannungswert der Betriebsspannung ist, kann im Fehlerfall bei beispielsweise der Umwandlung der ersten Gleichspannung in die zweite Gleichspannung die Fahrzeugkomponente und/oder die Gleichspannungsquelle und/oder das Bordnetz des elektrisch betriebenen Fahrzeugs nicht beschädigt werden, da keine gefährliche Überspannung vorliegt.Since the voltage value of the second direct voltage is less than the minimum voltage value of the first direct voltage and greater than the minimum voltage value of the operating voltage, the vehicle component and / or the direct voltage source and / or the on-board electrical system can, in the event of a fault, for example when converting the first direct voltage into the second direct voltage of the electrically powered vehicle are not damaged, as there is no dangerous overvoltage.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bordnetz zum elektrischen Versorgen einer Fahrzeugkomponente. Das Bordnetz weist eine Gleichspannungsquelle zum Bereitstellen einer ersten Gleichspannung und einen Spannungswandler zum Umwandeln der ersten Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung, um die Fahrzeugkomponente mit der zweiten Gleichspannung zu versorgen, auf. Das Bordnetz weist eine Auswerteeinheit zum Ermitteln eines minimalen Spannungswerts einer Betriebsspannung der Fahrzeugkomponente, mit welchem die Fahrzeugkomponente noch betreibbar ist, und eines maximalen Spannungswertes der ersten Gleichspannung der Gleichspannungsquelle auf. Der Spannungswandler ist derart ausgebildet, die erste Gleichspannung so in die zweite Gleichspannung umzuwandeln, dass ein Spannungswert der zweiten Gleichspannung kleiner als der maximale Spannungswert der ersten Gleichspannung und größer als der minimale Spannungswert der Betriebsspannung ist. Insbesondere kann mit dem soeben geschilderten Bordnetz das Verfahren nach dem vorherigen Aspekt oder einer Weiterbildung davon durchgeführt werden.Another aspect of the invention relates to an on-board network for supplying electrical power to a vehicle component. The vehicle electrical system has a DC voltage source for providing a first DC voltage and a voltage converter for converting the first DC voltage into a second DC voltage in order to supply the vehicle component with the second DC voltage. The vehicle electrical system has an evaluation unit for determining a minimum voltage value of an operating voltage of the vehicle component, with which the vehicle component can still be operated, and a maximum voltage value of the first direct voltage of the direct voltage source. The voltage converter is designed to convert the first direct voltage into the second direct voltage in such a way that a voltage value of the second direct voltage is less than the maximum voltage value of the first direct voltage and greater than the minimum voltage value of the operating voltage. In particular, the on-board network just described can be used to carry out the method according to the previous aspect or a development thereof.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). 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.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments and on the basis of the drawing (s). The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without the scope of the Invention to leave.

Dabei zeigen die nachfolgenden Figuren in:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Bordnetzes;
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bordnetzes; und
  • 3 eine schematische Darstellung von Betriebsbereiche einer Fahrzeugkomponente und einer Gleichspannungsquelle des Bordnetzes auf 1 oder 2.
The following figures show in:
  • 1 an embodiment of an on-board network;
  • 2 a further embodiment of an on-board network; and
  • 3 a schematic representation of operating areas of a vehicle component and a DC voltage source of the electrical system 1 or 2 .

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, functionally identical elements are provided with the same reference symbols.

Die 1 zeigt beispielsweise ein Bordnetz 1 eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs oder eines Plug-in-Fahrzeuges oder eines Elektrofahrzeuges. Das Bordnetz 1 kann insbesondere zum elektrischen Versorgen einer Fahrzeugkomponente 2 verwendet werden. Bei der Fahrzeugkomponente 2 handelt es sich insbesondere um eine Fahrzeugkomponente 2 aus einer Vielzahl von Komponenten eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs oder eines Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges. Bei der Fahrzeugkomponente 2 kann es sich beispielsweise um einen elektrischen Kältemittelverdichter zur Kühlung einer Batterie 3 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs handeln. Insbesondere kann es sich bei der Fahrzeugkomponente 2 um ein Nebenaggregat des elektrisch betriebenen Fahrzeugs handeln. Ebenso ist es denkbar, dass es sich bei der Fahrzeugkomponente 2 um einen DC-DC-Wandler zur Versorgung eines 12-Volt-Bordnetzes des elektrisch betriebenen Fahrzeugs handeln.The 1 shows, for example, an on-board network 1 an electrically powered vehicle or a plug-in vehicle or an electric vehicle. The electrical system 1 can in particular for the electrical supply of a vehicle component 2 be used. With the vehicle component 2 it is in particular a vehicle component 2 from a large number of components of an electrically operated vehicle or an on-board network of an electrically operated vehicle. With the vehicle component 2 For example, it can be an electric refrigerant compressor for cooling a battery 3 of the electrically powered vehicle. In particular, it can be with the vehicle component 2 be an auxiliary unit of the electrically powered vehicle. It is also conceivable that it is the vehicle component 2 be a DC-DC converter to supply a 12-volt electrical system of the electrically operated vehicle.

Insbesondere weist das Bordnetz 1 eine Gleichspannungsquelle 4 auf. Bei der Gleichspannungsquelle 4 kann es sich insbesondere um eine Ladesäule oder um einen Ladeanschluss oder um eine Ladevorrichtung zum Versorgen des elektrisch betriebenen Fahrzeugs und dessen Komponenten handeln. Ebenso ist es denkbar, dass es sich bei der Gleichspannungsquelle 4 um einen elektrischen Energiespeicher handelt. Mit der Gleichspannungsquelle 4 kann insbesondere eine erste Gleichspannung U1 bereitgestellt werden, sodass die Batterie 3 und/oder die Fahrzeugkomponente 2 mit elektrischer Energie versorgt werden können.In particular, the electrical system 1 a DC voltage source 4th on. At the DC voltage source 4th it can in particular be a charging station or a charging connection or a charging device for supplying the electrically operated vehicle and its components. It is also conceivable that this is the DC voltage source 4th is an electrical energy storage device. With the DC voltage source 4th can in particular a first direct voltage U1 provided so that the battery 3 and / or the vehicle component 2 can be supplied with electrical energy.

Das Bordnetz 1 weist des Weiteren einen Spannungswandler 5 auf. Bei dem Spannungswandler 5 kann es sich beispielsweise um einen galvanisch gekoppelten Spannungswandler und um einen galvanisch gekoppelten DC-DC-Wandler handeln. Mit dem Spannungswandler 5 kann insbesondere die erste Gleichspannung U1 in eine zweite Gleichspannung U2 umgewandelt werden. Mit der zweiten Gleichspannung U2 wird insbesondere die Fahrzeugkomponente 2 versorgt. Mit der ersten Gleichspannung U1 der Gleichspannungsquelle 4 kann insbesondere die Batterie 3 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs versorgt beziehungsweise geladen werden.The electrical system 1 also has a voltage converter 5 on. At the voltage converter 5 For example, it can be a galvanically coupled voltage converter and a galvanically coupled DC-DC converter. With the voltage converter 5 can in particular the first DC voltage U1 into a second DC voltage U2 being transformed. With the second DC voltage U2 is especially the vehicle component 2 provided. With the first DC voltage U1 the DC voltage source 4th can in particular the battery 3 of the electrically powered vehicle can be supplied or charged.

Insbesondere kann die Fahrzeugkomponente 2 in die Spannungsklasse B 850 oder B 750 eingeteilt werden. Bei diesen Spannungsklassen muss die Fahrzeugkomponente 2 auf eine minimale Betriebsspannung ausgelegt werden. Beispielsweise kann es sich bei den Fahrzeugkomponenten 2 um 800-Volt-Komponenten handeln. Dadurch muss die Fahrzeugkomponente 2 auf eine Spannung unterhalb 500 Volt ausgelegt werden.In particular, the vehicle component 2 be divided into voltage class B 850 or B 750. With these voltage classes, the vehicle component must 2 be designed for a minimum operating voltage. For example, it can be with the vehicle components 2 be 800 volt components. This means that the vehicle component must 2 designed for a voltage below 500 volts.

Da es sich bei dem Spannungswandler 5 um einen galvanisch gekoppelten Spannungswandler handelt, muss sichergestellt werden, dass es im Fehlerfall zu keinen schädlichen Überschlägen beziehungsweise zu einem Überstrom kommt. Dieser könnte die Fahrzeugkomponenten 2 und insbesondere die Gleichspannungsquelle 4 erheblich beschädigen.Since the voltage converter 5 If it is a galvanically coupled voltage converter, it must be ensured that no harmful flashovers or overcurrent occur in the event of a fault. This could be the vehicle components 2 and in particular the DC voltage source 4th damage considerably.

Dies wird dadurch erreicht, dass ein minimaler Spannungswert einer Betriebsspannung der Fahrzeugkomponente 2 ermittelt wird. Der minimale Spannungswert der Betriebsspannung 6 ist so definiert, dass dabei die Fahrzeugkomponente noch betrieben werden kann. Zudem wird ein maximaler Spannungswert der ersten Gleichspannung U1 ermittelt. Insbesondere ist die Betriebsspannung 6 (siehe 3) der Spannungsbereich, in welchem die Fahrzeugkomponente 12 noch betrieben werden kann. Durch Berücksichtigung des minimalen Spannungswerts der Betriebsspannung und des maximalen Spannungswerts der ersten Gleichspannung kann daraus ein Spannungswert der zweiten Gleichspannung U2 vorgegeben beziehungsweise definiert werden. Insbesondere wird mithilfe des Spannungswandlers 5 die erste Gleichspannung U1 und die zweite Gleichspannung U2 so umgewandelt, dass der Spannungswert der zweiten Gleichspannung U1 kleiner als der maximale Spannungswert der ersten Gleichspannung U1 und größer als der minimale Spannungswert der Betriebsspannung 6 ist. Dadurch ergibt sich insbesondere für den Spannungswert der zweiten Gleichspannung U1 ein Spannungsbereich 7 (vergleiche 3), in welchem gefahrlos die Fahrzeugkomponenten 2 mithilfe der Gleichspannungsquelle 4 ohne den Einsatz eines galvanisch getrennten Spannungswandlers versorgt werden können. Insbesondere ist der Spannungsbereich 7 die Überschneidung der Betriebsbereiche der Fahrzeugkomponente 2 und der Gleichspannungsquelle 4.This is achieved in that a minimum voltage value of an operating voltage of the vehicle component 2 is determined. The minimum voltage value of the operating voltage 6th is defined in such a way that the vehicle component can still be operated. In addition, the first DC voltage becomes a maximum voltage value U1 determined. In particular, the operating voltage 6th (please refer 3 ) the voltage range in which the vehicle component 12 can still be operated. By taking into account the minimum voltage value of the operating voltage and the maximum voltage value of the first direct voltage, a voltage value of the second direct voltage can be derived therefrom U2 be specified or defined. In particular, using the voltage converter 5 the first DC voltage U1 and the second DC voltage U2 converted so that the voltage value of the second DC voltage U1 less than the maximum voltage value of the first direct voltage U1 and greater than the minimum voltage value of the operating voltage 6th is. This results in particular for the voltage value of the second direct voltage U1 a voltage range 7th (compare 3 ), in which safely the vehicle components 2 using the DC voltage source 4th can be supplied without the use of a galvanically isolated voltage converter. In particular, the voltage range 7th the overlap of the operational areas of the vehicle component 2 and the DC voltage source 4th .

Beispielsweise kann der Spannungswert der zweiten Gleichspannung 1 zwischen 450 Volt und 500 Volt liegen, wenn der maximale Spannungswert der ersten Gleichspannung U1 500 Volt und der minimale Spannungswert der Betriebsspannung 450 Volt beträgt.For example, the voltage value of the second direct voltage 1 between 450 volts and 500 volts when the maximum voltage value of the first direct voltage U1 500 volts and the minimum voltage value of the operating voltage is 450 volts.

Die 2 zeigt ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel des Bordnetzes 1. Dabei ist hier eine ähnliche Anwendung wie in der 1 dargestellt, nur ist das Bordnetz 1 mit Komponenten der Spannungsklasse B 850 oder B 750 als auch der Spannungsklasse B 420 oder B 470 ausgestattet. Die Komponenten 8 der Spannungsklasse B 420 oder B 470 werden mit einer maximal zulässigen Spannung von 500 Volt versorgt. Diese Komponenten können direkt über die Gleichspannungsquelle 4, welche maximal 500 Volt liefert, versorgt werden ohne einen Spannungswandler. In diesem Beispiel kann es sich bei der Spannungsquelle 4 um eine HV-Batterie der Spannungsklasse B 420 oder B 470 handeln. Ebenso kann in diesem Beispiel mithilfe der Gleichspannungsquelle 4 ein elektrischer Antrieb 9 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs direkt mit der ersten Gleichspannung U1 versorgt werden.The 2 shows another possible embodiment of the electrical system 1 . The application here is similar to that in 1 shown, only is the electrical system 1 equipped with components of voltage class B 850 or B 750 as well as voltage class B 420 or B 470. The components 8th of voltage class B 420 or B 470 are supplied with a maximum permissible voltage of 500 volts. These components can be connected directly to the DC voltage source 4th , which delivers a maximum of 500 volts, can be supplied without a voltage converter. In this example it can be the voltage source 4th a HV battery of voltage class B 420 or B 470. In this example, you can also use the DC voltage source 4th an electric drive 9 of the electrically powered vehicle directly with the first DC voltage U1 are supplied.

Ebenfalls wie bereits in 1 geschildert, kann hier mithilfe eines galvanisch gekoppelten Spannungswandlers 5 die Fahrzeugkomponente 2 mit der Gleichspannungsquelle 4 versorgt werden, indem die erste Gleichspannung U1 in die zweite Gleichspannung U2 gemäß den definierten Spannungswerten umgewandelt wird. In diesem Beispiel kann es sich bei der Fahrzeugkomponente 2 um Nebenaggregate der Spannungsklasse B 850 handeln. Die Betriebsspannung 6 der Fahrzeugkomponente 2 hat einen minimalen Spannungswert von zirka 450 Volt. Dadurch kann die erste Gleichspannung U1 in die zweite Gleichspannung U2 so umgewandelt werden, dass der Spannungswert der gleichen Spannung U2 kleiner als der maximale Spannungswert der ersten Gleichspannung und größer als der minimale Spannungswert der Betriebsspannung 6 ist. Somit kann auf den Einsatz eines teuren und bauraumintensiven galvanisch getrennten Spannungswandlers verzichtet werden.As in 1 can be done here with the help of a galvanically coupled voltage converter 5 the vehicle component 2 with the DC voltage source 4th be supplied by the first DC voltage U1 into the second DC voltage U2 is converted according to the defined voltage values. In this example, it can be the vehicle component 2 ancillary units of voltage class B 850. The operating voltage 6th the vehicle component 2 has a minimum voltage value of around 450 volts. This allows the first DC voltage U1 into the second DC voltage U2 be converted so that the voltage value is the same voltage U2 less than the maximum voltage value of the first direct voltage and greater than the minimum voltage value of the operating voltage 6th is. This means that there is no need to use an expensive and space-intensive galvanically isolated voltage converter.

Die 3 zeigt nochmal den jeweiligen Betriebsbereich der Betriebsspannungen der Fahrzeugkomponente 2 und der Gleichspannungsquelle 4.The 3 shows again the respective operating range of the operating voltages of the vehicle components 2 and the DC voltage source 4th .

Im Folgenden wird als Anschauungsbeispiel angenommen, dass es sich bei der Fahrzeugkomponente 2 um eine HV-Batterie handelt.In the following, it is assumed as an illustrative example that the vehicle component 2 is an HV battery.

Die Spannung der HV-Batterie ist in der Regel nicht konstant, sondern ist abhängig von verschiedenen Faktoren wir Last, Ladezustand, Temperatur und Alterung. Bei einer Lithium-Ionen-Batterie als HV-liegt die Spannung jeder einzelnen Zelle im Bereich von 2,5 Volt bis 4,3 Volt. Wird nun angenommen, dass es sich bei der HV-Batterie um eine 800-Voltbatterie beispielsweise nach der Spannungsklasse B 850 aus der Norm ISO 19205 handelt, dann weist diese eine maximale Betriebsspannung von 850 Volt auf. Dies ist im ersten Balkendiagramm zu sehen. Dadurch kann folglich die HV-Batterie maximal 197 Zellen besitzen (850 Volt geteilt durch 4,3 Volt). In der Regel wird diese Zahl unterschritten. Dies heißt wiederum, dass die minimale Spannung einer solchen Batterie höchstens 492,5 Volt (197 Zellen mal 2,5 Volt) beträgt. In der Regel wird dies weniger sein, wie beispielsweise 450 Volt. Dies ist ebenfalls in dem ersten Balkendiagramm zu sehen.The voltage of the HV battery is usually not constant, but depends on various factors such as load, state of charge, temperature and aging. With a lithium-ion battery as HV, the voltage of each individual cell is in the range from 2.5 volts to 4.3 volts. It is now assumed that the HV battery is an 800-volt battery, for example according to voltage class B 850 from the standard ISO 19205 then it has a maximum operating voltage of 850 volts. This can be seen in the first bar chart. As a result, the HV battery Have a maximum of 197 cells (850 volts divided by 4.3 volts). Usually this figure is not reached. This in turn means that the minimum voltage of such a battery is no more than 492.5 volts (197 cells times 2.5 volts). Typically this will be less, such as 450 volts. This can also be seen in the first bar chart.

Daraus folgt, dass sich der Spannungsbereich der HV-Batterie zwischen 450 Volt und 850 Volt beläuft. In dem zweiten Balken des Diagramms ist der Betriebsbereich der Gleichspannungsquelle 4 zu sehen. Dieser ist beispielsweise als 400-Volt-Ladesäule veranschaulicht. Dieser hat hier einen Betriebsbereich von 200 Volt bis 500 Volt.It follows that the voltage range of the HV battery is between 450 volts and 850 volts. The second bar of the diagram shows the operating range of the DC voltage source 4th to see. This is illustrated, for example, as a 400-volt charging station. This has an operating range of 200 volts to 500 volts.

Dadurch ergibt sich der Spannungsbereich 7, welcher die Überschneidung der beiden Betriebsbereiche der Fahrzeugkomponente 2, hier als HV-Batterie dargestellt, und der Gleichspannungsquelle 4, hier als 500-Volt-Ladesäule dargestellt.This results in the voltage range 7th which is the overlap between the two operational areas of the vehicle component 2 , shown here as an HV battery, and the DC voltage source 4th , shown here as a 500-volt charging station.

Daraus ergibt sich eine optimale Spannungsversorgung der Fahrzeugkomponente 2 mit einem Spannungswert der zweiten Spannung U2 innerhalb des Spannungsbereichs 7.This results in an optimal power supply for the vehicle components 2 with a voltage value of the second voltage U2 within the voltage range 7th .

Insbesondere können somit beispielsweise 800-Volt-Komponenten eines Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs an einer 500-Volt-Ladesäule mittels eines galvanisch gekoppelten DC-DC-Wandlers versorgt werden.In particular, for example, 800-volt components of an on-board network of an electrically operated vehicle can be supplied at a 500-volt charging station by means of a galvanically coupled DC-DC converter.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BordnetzElectrical system
22
FahrzeugkomponenteVehicle component
33
Batteriebattery
44th
GleichspannungsquelleDC voltage source
55
SpannungswandlerVoltage converter
66th
Betriebsspannung der FahrzeugkomponenteOperating voltage of the vehicle component
77th
SpannungsbereichVoltage range
88th
weitere Komponentenother components
99
elektrischer Antriebelectric drive
U1U1
erste Gleichspannungfirst DC voltage
U2U2
zweite Gleichspannungsecond DC voltage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016008052 A1 [0003]DE 102016008052 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • ISO 19295 [0002]ISO 19295 [0002]
  • ISO 19205 [0026]ISO 19205 [0026]

Claims (4)

Verfahren zum elektrischen Versorgen einer Fahrzeugkomponente (2) eines Bordnetzes (1), wobei - mit einer Gleichspannungsquelle (4) eine erste Gleichspannung (U1) bereitgestellt wird, - die erste Gleichspannung (U1) in eine zweite Gleichspannung (U2) umgewandelt wird, und - die Fahrzeugkomponente (2) mit der zweiten Gleichspannung (U2) versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - ein minimaler Spannungswert einer Betriebsspannung (6) der Fahrzeugkomponente (2), mit welchem die Fahrzeugkomponente (2) noch betreibbar ist, ermittelt wird, - ein maximaler Spannungswert der ersten Gleichspannung (U1) der Gleichspannungsquelle (4) ermittelt wird, wobei - ein Spannungswert der zweiten Gleichspannung (U2) kleiner als der maximale Spannungswert der ersten Gleichspannung (U1) und größer als der minimale Spannungswert der Betriebsspannung (6) ist.A method for the electrical supply of a vehicle component (2) of an on-board network (1), wherein - a first direct voltage (U1) is provided with a direct voltage source (4), - the first direct voltage (U1) is converted into a second direct voltage (U2), and - the vehicle component (2) is supplied with the second direct voltage (U2), characterized in that - a minimum voltage value of an operating voltage (6) of the vehicle component (2) with which the vehicle component (2) can still be operated is determined, - a maximum voltage value of the first direct voltage (U1) of the direct voltage source (4) is determined, wherein - a voltage value of the second direct voltage (U2) is less than the maximum voltage value of the first direct voltage (U1) and greater than the minimum voltage value of the operating voltage (6) . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem galvanisch gekoppelten Spannungswandler (5) die erste Gleichspannung (U1) in die zweite Gleichspannung (U2) umgewandelt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the first direct voltage (U1) is converted into the second direct voltage (U2) with a galvanically coupled voltage converter (5). Bordnetz (1) zum elektrischen Versorgen einer Fahrzeugkomponente (2), mit - einer Gleichspannungsquelle (4) zum Bereitstellen einer erste Gleichspannung (U1), - einem Spannungswandler (5) zum Umwandeln der ersten Gleichspannung (U1) in eine zweite Gleichspannung (U2), um die Fahrzeugkomponente (2) mit der zweiten Gleichspannung (U2) zu versorgen, gekennzeichnet, durch - den Spannungswandler zum Ermitteln eines minimalen Spannungswerts einer Betriebsspannung (6) der Fahrzeugkomponente (2), mit welchem die Fahrzeugkomponente (2) noch betreibbar ist, und eines maximalen Spannungswerts der ersten Gleichspannung (U1) der Gleichspannungsquelle (4), wobei - der Spannungswandler (5) derart ausgebildet ist, die erste Gleichspannung (U1) so in die zweite Gleichspannung (U2) umzuwandeln, dass ein Spannungswert der zweiten Gleichspannung (U2) kleiner als der maximale Spannungswert der ersten Gleichspannung (U1) und größer als der minimale Spannungswert der Betriebsspannung (6) ist.On-board network (1) for the electrical supply of a vehicle component (2), with - A direct voltage source (4) for providing a first direct voltage (U1), - A voltage converter (5) for converting the first direct voltage (U1) into a second direct voltage (U2) in order to supply the vehicle component (2) with the second direct voltage (U2), marked by - The voltage converter for determining a minimum voltage value of an operating voltage (6) of the vehicle component (2) with which the vehicle component (2) can still be operated, and a maximum voltage value of the first direct voltage (U1) of the direct voltage source (4), wherein - The voltage converter (5) is designed to convert the first direct voltage (U1) into the second direct voltage (U2) so that a voltage value of the second direct voltage (U2) is less than the maximum voltage value of the first direct voltage (U1) and greater than the is the minimum voltage value of the operating voltage (6). Bordnetz (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (5) als galvanisch gekoppelter Gleichspannungswandler ausgebildet ist.On-board network (1) Claim 3 , characterized in that the voltage converter (5) is designed as a galvanically coupled DC voltage converter.
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