DE102021003831A1 - On-board electrical system for a vehicle, vehicle with an on-board electrical system and method for operating an on-board electrical system for a vehicle - Google Patents

On-board electrical system for a vehicle, vehicle with an on-board electrical system and method for operating an on-board electrical system for a vehicle Download PDF

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Stefan Seiffert
Nathan Tröster
Norbert Chlouba
Hakan Simsek
Kranthi Kumar Kanike
Tobias Raithel
Benjamin Kies
Patrick Heber
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz (1) für ein Fahrzeug (2), umfassend eine Batterie (3) mit zwei elektrischen Batteriepotentialkontakten und einen fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss (4) mit zwei elektrischen Ladepotentialkontakten.Erfindungsgemäß ist ein Gleichspannungswandler (5) vorgesehen, wobei der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit einem ersten elektrischen Potentialkontakt einer Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers (5) elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, wobei der zweite elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem zweiten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, wobei der jeweilige elektrische Ladepotentialkontakt mit einem jeweiligen elektrischen Potentialkontakt einer Eingangsseite des Gleichspannungswandlers (5) elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, wobei ein zweiter elektrischer Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers (5) mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers (5) elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, wobei die elektrischen Potentialkontakte der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers (5) mit jeweils einem elektrischen Anschlusskontakt eines ersten Kondensators (C1) elektrisch gekoppelt sind, und die elektrischen Potentialkontakte der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers (5) mit jeweils einem elektrischen Anschlusskontakt eines zweiten Kondensators (C2) elektrisch koppelbar oder gekoppelt sind.The invention relates to an on-board electrical system (1) for a vehicle (2), comprising a battery (3) with two electrical battery potential contacts and a vehicle-side DC charging connection (4) with two electrical charging potential contacts. According to the invention, a DC-DC converter (5) is provided, the first electrical battery potential contact can be or is electrically coupled to a first electrical potential contact on an output side of the DC-DC converter (5), wherein the second electrical battery potential contact can be electrically coupled or is coupled to the second electrical charging potential contact, the respective electrical charging potential contact having a respective electrical potential contact on an input side of the DC-DC converter (5) can be electrically coupled or is coupled, a second electrical potential contact on the output side of the DC-DC converter (5) being connected to the first electrical potential contact of the egg input side of the DC-DC converter (5) can be electrically coupled or is coupled, with the electrical potential contacts on the input side of the DC-DC converter (5) being electrically coupled to one electrical connection contact of a first capacitor (C1), and the electrical potential contacts on the output side of the DC-DC converter (5) having are each electrically coupled or coupled to an electrical connection contact of a second capacitor (C2).

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz und ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes für ein Fahrzeug.The invention relates to an on-board electrical system for a vehicle according to the features of the preamble of claim 1, a vehicle with an on-board electrical system and a method for operating an on-board electrical system for a vehicle.

Aus dem Stand der Technik sind, wie in der DE 10 2017 213 682 A1 beschrieben, eine Akkuladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum Betreiben einer kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung, ein Hochvoltbordnetz und eine Verwendung einer Akkuladevorrichtung bekannt. Die Akkuladevorrichtung ist zur Anordnung im Kraftfahrzeug ausgebildet. Sie umfasst eine erste Stufe, welche ein Leistungskorrekturfilter aufweist, und eine zweite Stufe, welche einen Wechselrichter aufweist. Die erste Stufe ist mit der zweiten Stufe über einen Zwischenpunkt elektrisch verbunden. Der Zwischenpunkt ist direkt mit einem Einspeisungsanschluss für Gleichspannung elektrisch verbunden, welcher zur direkten elektrischen Kopplung mit einem Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist.Are from the prior art, as in the DE 10 2017 213 682 A1 described, a battery charging device for a motor vehicle, a method for operating a motor vehicle-side battery charging device, a high-voltage electrical system and a use of a battery charging device is known. The battery charging device is designed to be arranged in the motor vehicle. It comprises a first stage, which has a power correction filter, and a second stage, which has an inverter. The first stage is electrically connected to the second stage via an intermediate point. The intermediate point is electrically connected directly to a feed connection for DC voltage, which is set up for direct electrical coupling to a high-voltage vehicle electrical system of the motor vehicle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes für ein Fahrzeug anzugeben.The object of the invention is to provide an on-board electrical system for a vehicle that is improved compared to the prior art, a vehicle with an on-board electrical system that is improved compared to the prior art, and a method for operating an on-board electrical system for a vehicle that is improved compared to the prior art to specify.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10.The object is achieved according to the invention by an on-board electrical system for a vehicle having the features of claim 1, a vehicle with an on-board electrical system having the features of claim 9 and a method for operating an on-board electrical system for a vehicle having the features of claim 10.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Ein elektrisches Bordnetz, insbesondere Hochvoltbordnetz, für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, umfasst eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, mit zwei elektrischen Batteriepotentialkontakten und einen fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss mit zwei elektrischen Ladepotentialkontakten.An on-board electrical system, in particular a high-voltage on-board electrical system, for a vehicle, in particular for an electric vehicle or hybrid vehicle, includes a battery, in particular a high-voltage battery, with two electrical battery potential contacts and a vehicle-side DC charging connection with two electrical charging potential contacts.

Unter dem Begriff „Hochvolt“ ist insbesondere eine elektrische Gleichspannung zu verstehen, die insbesondere größer als etwa 60 Volt ist. Insbesondere ist der Begriff „Hochvolt“ konform zur Norm ECE R 100 auszulegen.The term "high voltage" is to be understood in particular as an electrical direct voltage which is in particular greater than approximately 60 volts. In particular, the term “high voltage” must be interpreted in accordance with the ECE R 100 standard.

Erfindungsgemäß ist ein Gleichspannungswandler, auch als DC-DC-Wandler bezeichnet, vorgesehen, wobei der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit einem ersten elektrischen Potentialkontakt einer Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, wobei der zweite elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem zweiten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, wobei der jeweilige elektrische Ladepotentialkontakt mit einem jeweiligen elektrischen Potentialkontakt einer Eingangsseite des Gleichspannungswandlers elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, wobei ein zweiter elektrischer Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, wobei die elektrischen Potentialkontakte der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers mit jeweils einem elektrischen Anschlusskontakt eines ersten Kondensators elektrisch gekoppelt sind, und die elektrischen Potentialkontakte der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers mit jeweils einem elektrischen Anschlusskontakt eines zweiten Kondensators elektrisch koppelbar oder gekoppelt sind.According to the invention, a DC-DC converter, also referred to as a DC-DC converter, is provided, the first electrical battery potential contact being electrically coupleable or coupled to a first electrical potential contact on an output side of the DC-DC converter, the second electrical battery potential contact being electrically coupleable or coupled to the second electrical charge potential contact is, wherein the respective electric charge potential contact can be electrically coupled or is coupled to a respective electric potential contact on an input side of the DC-DC converter, wherein a second electric potential contact on the output side of the DC-DC converter can be electrically coupled or is coupled to the first electric potential contact on the input side of the DC-DC converter, wherein the electric potential contacts the input side of the DC-DC converter, each with an electrical connection contact of a first Kond ensators are electrically coupled, and the electrical potential contacts of the output side of the DC-DC converter can be electrically coupled or are coupled to one electrical connection contact of a second capacitor.

Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst ein solches elektrisches Bordnetz.A vehicle according to the invention includes such an on-board electrical system.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht ein elektrisches Laden der Batterie mittels einer am fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss angeschlossenen fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, deren Ladespannung kleiner ist als eine Batterienennspannung der Batterie. Beispielsweise weist die Batterie eine Batterienennspannung von 800 V auf. Bisher ist es nicht oder nur mit aufwändigen zusätzlichen Maßnahmen möglich, eine solche Batterie mit einer hohen Batterienennspannung von beispielsweise 800 V an einer fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle mit einer niedrigeren Ladespannung von beispielsweise 400 V oder 500 V zu laden. Die bisher bekannten zusätzlichen Maßnahmen erfordern eine Vielzahl zusätzlicher Bauteile und sind daher kostenintensiv, erfordern einen größeren Bauraum und sind mit einem höheren Gewicht verbunden. Dieses Problem wird durch die erfindungsgemäße Lösung behoben, wobei vorteilhafterweise der Gleichspannungswandler und vorteilhafterweise auch mindestens einer der Kondensatoren bereits bei herkömmlichen elektrischen Bordnetzen vorgesehen sind, beispielsweise zum Wechselstromladen der Batterie an einer Wechselstromenergiequelle, und durch die beschriebene Verschaltung und, wenn erforderlich, eine andere Auslegung der Kapazität eines der Kondensatoren oder beider Kondensatoren nun zusätzlich auch für solche elektrischen Gleichstromladevorgänge, bei denen die Ladespannung niedriger ist als die Batterienennspannung, verwendbar sind.The solution according to the invention enables the battery to be electrically charged by means of a direct current energy source external to the vehicle, in particular a direct current charging station, which is connected to the direct current charging connection on the vehicle and whose charging voltage is lower than a nominal battery voltage. For example, the battery has a nominal battery voltage of 800V. So far it has not been possible, or only with complex additional measures, to charge such a battery with a high nominal battery voltage of, for example, 800 V at a vehicle-external direct current energy source with a lower charging voltage of, for example, 400 V or 500 V. The previously known additional measures require a large number of additional components and are therefore expensive, require a larger installation space and are associated with a higher weight. This problem is solved by the solution according to the invention, in which case the DC-DC converter and advantageously also at least one of the capacitors are already provided in conventional on-board electrical systems, for example for AC charging of the battery from an AC energy source, and by the circuitry described and, if necessary, a different design the capacity of one of the capacitors or both capacitors now also for such electric direct current charging gears where the charging voltage is lower than the nominal battery voltage.

Das elektrische Bordnetz, insbesondere Hochvoltbordnetz, weist somit vorteilhafterweise eine integrierte Ladeabwärtskompatibilität auf. Beim elektrischen Laden der Batterie mit einer hohen Batterienennspannung von beispielsweise 800 V an einer fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, mit einer niedrigeren Ladespannung von beispielsweise 400 V fließt somit die Hälfte der Ladeleistung direkt von der Gleichstromladestation in die Batterie. Die Gleichstromladestation stellt dabei genau die Hälfte der benötigten Ladespannung der Batterie bereit. Der restliche Teil der Ladeleistung wird über den Gleichspannungswandler der Batterie zugeführt. Die maximale Ladeleistung ist somit doppelt so hoch wie die Leistung des Gleichspannungswandlers. Der Gleichspannungswandler wandelt die Spannung mit dem Faktor 1, d. h. eine Eingangsspannung entspricht einer Ausgangsspannung, durch eine galvanische Trennung auf ein höheres Potentialniveau, so dass sich in Summe die Batterienennspannung ergibt.The on-board electrical system, in particular a high-voltage on-board electrical system, therefore advantageously has integrated downward charging compatibility. When electrically charging the battery with a high nominal battery voltage of 800 V, for example, at an external direct current energy source, in particular a direct current charging station, with a lower charging voltage of 400 V, for example, half of the charging power flows directly from the direct current charging station into the battery. The DC charging station provides exactly half of the charging voltage required for the battery. The remaining part of the charging power is supplied to the battery via the DC/DC converter. The maximum charging power is therefore twice as high as the power of the DC-DC converter. The DC-DC converter converts the voltage by a factor of 1, i. H. an input voltage corresponds to an output voltage due to galvanic isolation to a higher potential level, so that the total is the nominal battery voltage.

Der Spannungsteiler wird vorteilhafterweise mit Kapazitäten, d. h. mit Kondensatoren realisiert, die als Teil einer fahrzeugseitigen Ladevorrichtung zum elektrischen Laden der Batterie an einer Wechselstromenergiequelle, insbesondere Wechselstromladestation, bereits vorhanden sind und nur neu ausgelegt werden. Der zweite Kondensator ist beispielsweise ein Bestandteil eines EMV-Filters und speichert die Energie der „oberen Spannungshälfte“. Der erste Kondensator ist beispielweise ein Bestandteil eines Eingangszwischenkreises des ersten Gleichspannungswandlers und speichert die „untere Hälfte“ des Spannungsniveaus der Batterienennspannung von beispielsweise 800 V. Die beschriebene Lösung verwendet somit vorteilhafterweise schon vorhandene Cx-Kapazitäten der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung, insbesondere für den ersten Kondensator und/oder für den zweiten Kondensator, die beispielsweise lediglich neu ausgelegt werden.The voltage divider is advantageously connected to capacitances, i. H. realized with capacitors that already exist as part of an on-board charging device for electrically charging the battery at an AC energy source, in particular AC charging station, and are only newly designed. The second capacitor is part of an EMC filter, for example, and stores the energy of the "upper half of the voltage". The first capacitor is, for example, a component of an input intermediate circuit of the first DC-DC converter and stores the "lower half" of the voltage level of the nominal battery voltage of, for example, 800 V. The solution described thus advantageously uses already existing Cx capacitances of the on-board charging device, in particular for the first capacitor and/or or for the second capacitor, which are simply redesigned, for example.

In einer möglichen Ausführungsform ist der Gleichspannungswandler ein Bestandteil der bereits erwähnten fahrzeugseitigen Ladevorrichtung zum elektrischen Laden der Batterie mittels einer fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle. Diese fahrzeugseitige Ladevorrichtung, auch als Bordlader oder Onbordlader bezeichnet, ist somit insbesondere zum Wandeln eines Wechselstroms und/oder einer Wechselspannung einer solchen fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle in einen Gleichstrom bzw. in eine Gleichspannung vorgesehen. Wie bereits erwähnt, ist daher der Gleichspannungswandler vorteilhafterweise ohnehin ein Bestandteil des elektrischen Bordnetzes des Fahrzeugs, so dass diesbezüglich keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind. Um diesen Gleichspannungswandler auch zum elektrischen Laden der Batterie mittels einer Gleichstromenergiequelle zu verwenden, deren Ladespannung niedriger ist als die Batterienennspannung, wird die oben beschriebene Verschaltung verwendet.In one possible embodiment, the DC-DC converter is a component of the already mentioned on-board charging device for electrically charging the battery using an AC power source external to the vehicle. This vehicle-mounted charging device, also referred to as an on-board charger, is thus provided in particular for converting an alternating current and/or an alternating voltage from such an external vehicle alternating current energy source into a direct current or a direct voltage. As already mentioned, the DC-DC converter is therefore advantageously part of the vehicle's on-board electrical system anyway, so that no additional components are required in this regard. In order to also use this DC-DC converter for electrically charging the battery using a DC energy source whose charging voltage is lower than the nominal battery voltage, the circuitry described above is used.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind/ist der erste Kondensator und/oder der zweite Kondensator ein Bestandteil der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung zum elektrischen Laden der Batterie mittels einer fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle. Der zweite Kondensator ist beispielsweise ein Bestandteil eines EMV-Filters (EMV=Elektromagnetische Verträglichkeit). Dadurch sind auch diesbezüglich keine zusätzlichen Bauteile erforderlich. Gegebenenfalls ist lediglich eine andere Auslegung des ersten und/oder zweiten Kondensators bezüglich deren/dessen Kapazität erforderlich.In an advantageous embodiment, the first capacitor and/or the second capacitor is/are a component of the on-board charging device for electrically charging the battery using an AC power source external to the vehicle. The second capacitor is, for example, part of an EMC filter (EMC=Electromagnetic Compatibility). As a result, no additional components are required in this regard either. If necessary, only a different design of the first and/or second capacitor with regard to its/its capacity is required.

In einer möglichen Ausführungsform weisen der erste Kondensator und der zweite Kondensator die gleiche Kapazität auf. Dann liegt die Spannung der fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, beim Ladevorgang genau bei halber Batterienennspannung. Außerdem fließt die Hälfte der Ladeleistung über den Gleichspannungswandler. Somit kann die Ladeleistung doppelt so groß sein wie eine Komponentenleistung des Gleichspannungswandlers. Diese Variante eignet sich somit insbesondere zum Laden an einer fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, deren Ladespannung halb so groß ist wie die Batterienennspannung, bei einer Batterienennspannung von beispielsweise 800 V also 400 V oder mindestens 400 V beträgt.In one possible embodiment, the first capacitor and the second capacitor have the same capacitance. The voltage of the vehicle-external direct current energy source, in particular direct current charging station, is then exactly half the nominal battery voltage during the charging process. In addition, half of the charging power flows through the DC-DC converter. Thus, the charging power can be twice as large as a component power of the DC-DC converter. This variant is therefore particularly suitable for charging at a vehicle-external DC energy source whose charging voltage is half the nominal battery voltage, ie 400 V or at least 400 V for a nominal battery voltage of 800 V, for example.

In einer möglichen Ausführungsform weist der erste Kondensator eine größere Kapazität auf als der zweite Kondensator. Dadurch kann, je nach Spannungslage der Batterie und der fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, die Ladeleistung bei unverändertem ersten Gleichspannungswandler weiter erhöht werden. Diese Ausführungsform eignet sich somit insbesondere zum Laden an einer fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, deren Ladespannung größer ist als die Hälfte der Batterienennspannung und kleiner ist als die Batterienennspannung von beispielsweise 800 V.In one possible embodiment, the first capacitor has a larger capacitance than the second capacitor. As a result, depending on the voltage level of the battery and the vehicle-external direct current energy source, the charging power can be further increased with the first direct current converter remaining unchanged. This embodiment is therefore particularly suitable for charging at a vehicle-external direct current energy source, the charging voltage of which is greater than half the nominal battery voltage and less than the nominal battery voltage of 800 V, for example.

In einer möglichen Ausführungsform ist der Gleichspannungswandler als ein bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgebildet. Er weist auf seiner Sekundärseite vorteilhafterweise keine Dioden auf, sondern vorteilhafterweise Halbleiterschalter. Er ermöglicht daher ein einfacheres Vorladen beispielsweise mindestens eines Hochvoltzwischenkreises. Des Weiteren können dadurch ein bidirektionales Wechselstromladen mit einer Wechselspannung an einer Wechselstromenergiequelle, insbesondere Wechselstromladestation, und ein bidirektionales Gleichstromladen an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, mit einer niedrigen Ladespannung, insbesondere mit der Hälfte der Batterienennspannung, wobei beispielsweise die Batterienennspannung 800 V und die Ladespannung 400 V beträgt, realisiert werden.In one possible embodiment, the DC-DC converter is designed as a bidirectional DC-DC converter. It advantageously has no diodes on its secondary side, but advantageously semiconductor switches. It therefore enables simpler pre-charging, for example of at least one high-voltage intermediate circuit. Furthermore, can bidirectional AC charging with an AC voltage at an AC energy source, in particular an AC charging station, and bidirectional DC charging at a DC energy source, in particular a DC charging station, with a low charging voltage, in particular with half the nominal battery voltage, with the nominal battery voltage being 800 V and the charging voltage being 400 V, for example, will be realized.

In einer möglichen Ausführungsform ist der Gleichspannungswandler als ein Gleichspannungswandler mit Kurzschlussfunktion ausgebildet. Diese Variante des Gleichspannungswandlers ist kostengünstiger als der bidirektionale Gleichspannungswandler. Er umfasst Dioden auf seiner Sekundärseite.In one possible embodiment, the DC-DC converter is designed as a DC-DC converter with a short-circuit function. This variant of the DC-DC converter is cheaper than the bidirectional DC-DC converter. It includes diodes on its secondary side.

In einer möglichen Ausführungsform ist der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem ersten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch koppelbar oder gekoppelt. Dadurch wird zusätzlich auch ein elektrisches Laden der Batterie mittels einer am fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss angeschlossenen fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, ermöglicht, deren Ladespannung gleich groß oder größer ist als die Batterienennspannung der Batterie, beispielsweise an einer fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle mit einer Ladespannung von 800 V, wobei die Batterie, wie oben erwähnt, beispielsweise eine Batterienennspannung von 800 V aufweist.In one possible embodiment, the first electrical battery potential contact can be electrically coupled or is coupled to the first electrical charging potential contact. This also enables the battery to be electrically charged by means of an external direct current energy source connected to the vehicle's direct current charging connection, in particular a direct current charging station, whose charging voltage is equal to or greater than the battery's nominal voltage, for example at an external direct current energy source with a charging voltage of 800 V, the Battery, as mentioned above, for example, has a nominal battery voltage of 800 V.

In einer möglichen Ausführungsform ist der zweite elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers mit dem zweiten elektrischen Batteriepotentialkontakt elektrisch koppelbar oder gekoppelt. Dadurch wird zusätzlich auch ein elektrisches Laden der Batterie mittels einer fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle, insbesondere Wechselstromladestation, ermöglicht.In one possible embodiment, the second electrical potential contact on the output side of the DC-DC converter can be electrically coupled or is coupled to the second electrical battery potential contact. This also enables the battery to be electrically charged by means of an AC energy source external to the vehicle, in particular an AC charging station.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines solchen elektrischen Bordnetzes wird zum elektrischen Laden der Batterie mittels einer am fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss angeschlossenen fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, deren Ladespannung kleiner ist als eine Batterienennspannung der Batterie, der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers elektrisch gekoppelt, der zweite elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem zweiten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch gekoppelt, der jeweilige elektrische Ladepotentialkontakt mit dem jeweiligen elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers elektrisch gekoppelt und der zweite elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers elektrisch gekoppelt. Des Weiteren wird vorteilhafterweise der jeweilige elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers mit dem jeweiligen elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators elektrisch gekoppelt, wenn diese jeweilige Kopplung nicht ohnehin fest verbunden ist, d. h. wenn diese jeweilige Kopplung schaltbar ist.In a method according to the invention for operating such an on-board electrical system, the first electrical battery potential contact is electrically coupled to the first electrical potential contact on the output side of the DC-DC converter for electrically charging the battery using an on-board direct current charging connection connected to the vehicle-external direct current energy source, the charging voltage of which is lower than a nominal battery voltage of the battery , the second electrical battery potential contact is electrically coupled to the second electrical charging potential contact, the respective electrical charging potential contact is electrically coupled to the respective electrical potential contact on the input side of the DC-DC converter, and the second electrical potential contact on the output side of the DC-DC converter is electrically coupled to the first electrical potential contact on the input side of the DC-DC converter. Furthermore, the respective electrical potential contact on the output side of the DC-DC converter is advantageously electrically coupled to the respective electrical connection contact of the second capacitor if this respective coupling is not permanently connected anyway, i. H. if this respective coupling is switchable.

Alternativ oder zusätzlich wird zum elektrischen Laden der Batterie mittels einer am fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss angeschlossenen fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, deren Ladespannung gleich groß oder größer ist als die Batterienennspannung der Batterie, der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem ersten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch gekoppelt und der zweite elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem zweiten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch gekoppelt. Dabei kann vorgesehen sein, dass der jeweilige elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers mit dem jeweiligen elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators elektrisch gekoppelt wird, wenn diese jeweilige Kopplung nicht ohnehin fest verbunden ist, d. h. wenn diese jeweilige Kopplung schaltbar ist, oder es kann vorgesehen sein, dass dies nicht erfolgt.Alternatively or additionally, the first electrical battery potential contact is electrically coupled to the first electrical charging potential contact and the second electrical battery potential contact is electrically coupled to the second electrical charging potential contact for electrically charging the battery using an external vehicle direct current energy source connected to the vehicle-side direct current charging connection, the charging voltage of which is equal to or greater than the nominal battery voltage of the battery electrical charging potential contact electrically coupled. It can be provided that the respective electrical potential contact on the output side of the DC-DC converter is electrically coupled to the respective electrical connection contact of the second capacitor if this respective coupling is not permanently connected anyway, i. H. if this respective coupling can be switched, or it can be provided that this does not take place.

Alternativ oder zusätzlich wird zum elektrischen Laden der Batterie mittels einer fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers elektrisch gekoppelt und der zweite elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers mit dem zweiten elektrischen Batteriepotentialkontakt elektrisch gekoppelt. Dabei kann vorgesehen sein, dass der jeweilige elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers mit dem jeweiligen elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators elektrisch gekoppelt wird, wenn diese jeweilige Kopplung nicht ohnehin fest verbunden ist, d. h. wenn diese jeweilige Kopplung schaltbar ist, oder es kann vorgesehen sein, dass dies nicht erfolgt.Alternatively or additionally, the first electrical battery potential contact is electrically coupled to the first electrical potential contact on the output side of the DC-DC converter and the second electrical potential contact on the output side of the DC-DC converter is electrically coupled to the second electrical battery potential contact for electrically charging the battery using an AC power source external to the vehicle. It can be provided that the respective electrical potential contact on the output side of the DC-DC converter is electrically coupled to the respective electrical connection contact of the second capacitor if this respective coupling is not permanently connected anyway, i. H. if this respective coupling can be switched, or it can be provided that this does not take place.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit in Kombination mit dem oben beschriebenen elektrischen Bordnetz, zu dessen Betrieb es vorgesehen ist, vorteilhafterweise das elektrische Laden der Batterie an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, deren Ladespannung niedriger ist als die Batterienennspannung, das elektrische Laden der Batterie an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, deren Ladespannung der Batterienennspannung entspricht, und das elektrische Laden der Batterie an einer Wechselstromenergiequelle, insbesondere Wechselstromladestation. Dadurch wird eine sehr hohe Flexibilität bezüglich Lademöglichkeiten zum elektrischen Laden der Batterie erreicht.The method according to the invention, in combination with the above-described on-board electrical system, for whose operation it is intended, advantageously enables the battery to be electrically charged at a direct current energy source, in particular a direct current charging station whose charging voltage is lower than the nominal battery voltage, the battery is electrically charged at a direct current energy source , in particular DC charging station tion, the charging voltage of which corresponds to the nominal battery voltage, and the electrical charging of the battery at an AC power source, in particular an AC charging station. This achieves a very high level of flexibility with regard to charging options for charging the battery electrically.

Das elektrische Bordnetz umfasst zusätzlich beispielsweise mindestens eine elektrische Antriebseinheit oder mehrere solche elektrische Antriebseinheiten zum Antrieb des Fahrzeugs, beispielsweise mindestens eine vordere elektrische Antriebseinheit, insbesondere an oder im Bereich einer Vorderachse des Fahrzeugs, und/oder mindestens eine hintere elektrische Antriebseinheit, insbesondere an oder im Bereich einer Hinterachse des Fahrzeugs. Während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs wird die jeweilige elektrische Antriebseinheit von der Batterie mit elektrischer Energie versorgt.The on-board electrical system also includes, for example, at least one electric drive unit or several such electric drive units for driving the vehicle, for example at least one front electric drive unit, in particular on or in the area of a front axle of the vehicle, and/or at least one rear electric drive unit, in particular on or in Area of a rear axle of the vehicle. When the vehicle is being driven, the respective electric drive unit is supplied with electric energy by the battery.

Durch die beschriebene Ausgestaltung des elektrischen Bordnetzes wird es vorteilhafterweise ermöglicht, die elektrischen Antriebseinheiten während elektrischer Ladevorgänge, insbesondere während des elektrischen Ladens der Batterie an einer elektrischen Gleichstromenergiequelle mit einer hohen Ladespannung, welche insbesondere der Batterienennspannung von beispielsweise 800 V entspricht, von der elektrischen Energieversorgung, insbesondere von der Batterie und vorteilhafterweise auch von der jeweiligen zum Laden verwendeten Energiequelle, insbesondere Gleichstromenergiequelle, zu trennen, insbesondere galvanisch zu trennen. Dadurch bleiben auch als Cy-Kapazitäten oder Y-Kapazitäten bezeichnete Y-Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten entladen. Diese Y-Kondensatoren tragen somit nicht mehr zur Gesamtkapazität des elektrischen Bordnetzes bei. Folglich können daher Y-Kondensatoren mit großen Kapazitäten verbaut werden, ohne den zulässigen Grenzwert zu überschreiten. Dadurch können Sicherheitsgrenzwerte der Y-Kondensatoren beziehungsweise Y-Kapazitäten des Fahrzeugs bezüglich deren Energieinhalten eingehalten werden und es können insbesondere EMV-Anforderungen (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) des Fahrzeugs und insbesondere des elektrischen Bordnetzes eingehalten werden. Die Wirkung von Y-Kondensatoren im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere der Funkentstörung, ist dem Fachmann bekannt, sodass es diesbezüglich keiner gesonderten weiteren Erläuterungen 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.The configuration of the on-board electrical system described advantageously makes it possible to disconnect the electric drive units from the electric energy supply during electric charging processes, in particular during electric charging of the battery at an electric DC energy source with a high charging voltage, which corresponds in particular to the nominal battery voltage of, for example, 800 V. in particular from the battery and advantageously also from the respective energy source used for charging, in particular direct current energy source, to be separated, in particular to be galvanically separated. As a result, Y capacitors of the electric drive units, also referred to as Cy capacitors or Y capacitors, remain discharged. These Y-capacitors therefore no longer contribute to the overall capacitance of the on-board electrical system. As a result, Y-capacitors with large capacities can be installed without exceeding the permissible limit. As a result, safety limit values of the Y-capacitors or Y-capacitors of the vehicle with regard to their energy content can be complied with and, in particular, EMC requirements (EMC=electromagnetic compatibility) of the vehicle and in particular of the on-board electrical system can be complied with. The effect of Y-capacitors in the area of electromagnetic compatibility, in particular radio interference suppression, is known to the person skilled in the art, so that no further separate explanations are required in this regard. In addition, reference is made to the relevant standards, such as Directive 2013/30/EU on electromagnetic compatibility, EM 61000 and others.

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 Bordnetz angeschlossen sind, notwendig wären. Als problematisch hat sich unter anderem herausgestellt, wenn das Fahrzeug mittels einer Gleichspannung von einer Gleichstromladestation geladen werden soll, d. h. mittels einer Gleichstromenergiequelle. In einem solchen Fall
erweist sich die fahrzeugseitig vorgesehene Gesamtkapazität an Y-Kondensatoren als hinderlich, weil diese Y-Kondensatoren auch einen Ableitstrom verursachen können, der ladestationsseitig zu einer Störungsauslösung führen kann und/oder insgesamt einen zulässigen Wert der Ableitströme bei elektrischen Anlagen überschreiten kann, wie dies beispielsweise in der Norm auch angegeben ist, so zum Beispiel in der Norm DIN EN 61800 oder dergleichen. Dieser Problematik kann dem Grunde nach nur durch Reduktion der Kapazitätswerte der im Fahrzeug vorgesehenen Y-Kondensatoren gelöst werden, wobei jedoch zu beachten ist, dass dadurch der Aufwand der Filtereinheiten erheblich vergrößert sein kann.
For reasons of electrical safety, electrical energy stored in all of the Y capacitors should not exceed a predeterminable maximum value. Such a value is, for example, 0.2 J. This regularly leads to a constructive design such that the capacitance values of the Y capacitors on the vehicle side are generally selected to be smaller than is required for proper electromagnetic compatibility, in particular with regard to the electrical Components that are connected to the electrical system would be necessary. Among other things, it has turned out to be problematic if the vehicle is to be charged by means of a direct voltage from a direct current charging station, ie by means of a direct current energy source. In such a case
the total capacity of Y-capacitors provided on the vehicle proves to be a hindrance, because these Y-capacitors can also cause a leakage current, which can lead to a fault being triggered on the charging station side and/or can exceed a permissible value for the leakage currents in electrical systems overall, as is the case, for example, in the standard is also specified, for example in the standard DIN EN 61800 or the like. Basically, this problem can only be solved by reducing the capacitance values of the Y-capacitors provided in the vehicle, whereby it should be noted, however, that this can significantly increase the cost of the filter units.

Darüber hinaus ist es insbesondere beim Aufladen mittels einer Gleichspannung, d. h. mittels einer Gleichstromenergiequelle, 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 Anforderungen hinsichtlich des maximalen Energieinhalts in Bezug auf 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.In addition, it is particularly when charging by means of a DC voltage, i. H. by means of a DC power source, requires that an energy content of all effective Y-capacitors does not exceed a predetermined total energy content. A maximum value of 0.2 J is currently provided for this, which should not be exceeded. Due to the large number of electrical components in the vehicle and the increasing performance, for example in the case of high-voltage components, the total capacity of the existing Y-capacitors is increasing, which means that the energy content stored there also increases in accordance with the increasing total capacity. It should also be noted that the energy content of the Y-capacitors is particularly critical, particularly in the high-voltage range, especially since it should be noted that the electrical energy stored in the Y-capacitors is quadratically dependent on the electrical voltage of the Y-capacitors. This makes it particularly difficult to meet the requirements with regard to the maximum energy content in relation to the respective high-voltage potential, especially in the high-voltage area. Especially in the case of vehicles, it has proven to be problematic to meet both requirements with regard to electromagnetic compatibility and requirements with regard to electrical safety with regard to the energy of the Y capacitors at the same time.

Diese Probleme werden durch das hier beschriebene elektrische Bordnetz behoben, denn durch dieses elektrische Bordnetz lassen sich vorteilhafterweise verschiedene Betriebsmodi des Fahrzeugs auf relevante Anforderung hin optimieren. Dies ermöglicht eine Auslegung der Y-Kondensatoren der einzelnen Funktionen unter Berücksichtigung jeweils einzunehmender Fahrzeugzustände.These problems are eliminated by the on-board electrical system described here, because this on-board electrical system advantageously allows various operating modes of the vehicle to be optimized for relevant requirements. This enables the Y-capacitors of the individual functions to be designed taking into account the vehicle states to be assumed in each case.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

  • 1 schematisch ein Fahrzeug mit einer ersten Ausführungsform eines elektrischen Bordnetzes,
  • 2 schematisch einen Gleichspannungswandler mit Kurzschlussfunktion,
  • 3 schematisch einen bidirektionaler Gleichspannungswandler,
  • 4 schematisch die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes während eines Betriebszustands Fahren,
  • 5 schematisch die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes während eines Betriebszustands Laden an einer Gleichstromenergiequelle mit einer hohen Ladespannung,
  • 6 schematisch die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes während eines Betriebszustands Laden an einer Gleichstromenergiequelle mit einer niedrigen Ladespannung,
  • 7 schematisch die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes während eines Betriebszustands Laden an einer Wechselstromenergiequelle,
  • 8 schematisch die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes während eines Vorladens für den Betriebszustand Fahren,
  • 9 schematisch die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes während eines Vorladens für den Betriebszustand Laden an einer Gleichstromenergiequelle mit einer hohen Ladespannung,
  • 10 schematisch die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes während eines Vorladens für den Betriebszustand Laden an einer Gleichstromenergiequelle mit einer niedrigen Ladespannung bei Verwendung des Gleichspannungswandlers mit Kurzschlussfunktion,
  • 11 schematisch die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes während eines Vorladens für den Betriebszustand Laden an einer Gleichstromenergiequelle mit einer niedrigen Ladespannung bei Verwendung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers, und
  • 12 schematisch ein Fahrzeug mit einer zweiten Ausführungsform eines elektrischen Bordnetzes.
show:
  • 1 schematically a vehicle with a first embodiment of an electrical system,
  • 2 schematic of a DC-DC converter with short-circuit function,
  • 3 schematic of a bidirectional DC-DC converter,
  • 4 schematically the first embodiment of the electrical system during an operating state driving,
  • 5 Schematically the first embodiment of the on-board electrical system during an operating state of charging at a direct current energy source with a high charging voltage,
  • 6 Schematically the first embodiment of the on-board electrical system during an operating state of charging at a direct current energy source with a low charging voltage,
  • 7 Schematically the first embodiment of the on-board electrical system during an operating state of charging at an AC energy source,
  • 8th Schematically the first embodiment of the on-board electrical system during pre-charging for the driving operating state,
  • 9 Schematically the first embodiment of the on-board electrical system during pre-charging for the charging operating state at a direct current energy source with a high charging voltage,
  • 10 Schematically the first embodiment of the on-board electrical system during pre-charging for the charging operating state at a DC energy source with a low charging voltage when using the DC-DC converter with a short-circuit function,
  • 11 schematically shows the first embodiment of the on-board electrical system during pre-charging for the charging operating state at a DC energy source with a low charging voltage when using the bidirectional DC-DC converter, and
  • 12 schematically a vehicle with a second embodiment of an electrical system.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

Im Folgenden werden anhand der 1 bis 12 ein insbesondere als ein Hochvoltbordnetz ausgebildetes elektrisches Bordnetz 1 für ein insbesondere als ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 2 sowie ein Fahrzeug 2 mit einem solchen elektrischen Bordnetz 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen elektrischen Bordnetzes 1 beschrieben.The following are based on the 1 until 12 a vehicle electrical system 1 designed in particular as a high-voltage vehicle electrical system for a vehicle 2 designed in particular as an electric vehicle or hybrid vehicle and a vehicle 2 with such a vehicle electrical system 1 and a method for operating such a vehicle electrical system 1 are described.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist vom Fahrzeug 2 lediglich das insbesondere als Hochvoltbordnetz ausgebildete elektrische Bordnetz 1 mit seinen Komponenten dargestellt.For reasons of clarity, only the on-board electrical system 1, which is designed in particular as a high-voltage on-board electrical system, is shown with its components of the vehicle 2.

Um eine Batterie 3 des Fahrzeugs 2 mit einer hohen Batterienennspannung von beispielsweise 800 V mit Gleichstrom zu laden, ist es bisher notwendig, sie mit einer Gleichstromladestation zu verbinden, die für die Spannungslage der Batterie 3 ausgelegt ist. Dies ist nicht flächendeckend gegeben. Folglich ist es bei solchen Fahrzeugen 2 vorteilhaft, eine Gleichstromladefähigkeit an Gleichstromladestationen mit einer geringeren Ladespannung, beispielsweise bis maximal 500 V, zu ermöglichen, die in größerer Anzahl verfügbar sind. Insbesondere wenn eine Abwärtskompatibilität mit mittlerer Ladeleistung ausreichend ist oder die Funktionalität nicht flächendeckend benötigt wird, wird bisher beispielsweise eine zusätzliche Komponente in Form eines so genannten Boost-Wandlers verwendet. Dies ist jedoch teuer und schwer.In order to charge a battery 3 of the vehicle 2 with a high nominal battery voltage of 800 V, for example, with direct current, it has hitherto been necessary to connect it to a direct current charging station that is designed for the voltage level of the battery 3 . This is not the case across the board. Consequently, it is advantageous in such vehicles 2 to allow direct current charging capability at direct current charging stations with a lower charging voltage, for example up to a maximum of 500 V, which are available in larger numbers. An additional component in the form of a so-called boost converter, for example, has hitherto been used, particularly when downward compatibility with medium charging power is sufficient or the functionality is not required across the board. However, this is expensive and difficult.

Die im Folgenden beschriebene Lösung löst dieses Problem, indem vorteilhafterweise eine fahrzeugseitige Ladevorrichtung 6 mit Boostfunktionalität durch eine geringe Anzahl zusätzlicher Bauteile und mit höherer Ladeleistung die Funktionalität des Boost-Wandlers übernimmt, wobei gleichzeitig andere Vorteile, insbesondere eine Reduktion von Cy-Kapazitäten, im Gleichstromladefall bestehen bleiben. Des Weiteren werden im Folgenden Vorlademethoden für verschiedene Betriebszustände dargestellt und beschrieben.The solution described below solves this problem in that an on-board charging device 6 with boost functionality advantageously takes over the functionality of the boost converter with a small number of additional components and with higher charging power, while at the same time offering other advantages, in particular a reduction in Cy capacitances in the case of direct current charging remain. Furthermore, pre-charging methods for various operating states are presented and described below.

Das elektrische Bordnetz 1 ist ein Gleichstromnetz. Es weist daher ein elektrisches Pluspotential und ein elektrisches Minuspotential auf, im Folgenden als erstes elektrisches Potential P1 und zweites elektrisches Potential P2 bezeichnet. In den hier dargestellten Ausführungsformen ist beispielsweise das erste elektrische Potential P1 das elektrische Pluspotential und das zweite elektrische Potential P2 das elektrische Minuspotential. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das erste elektrische Potential P1 das elektrische Minuspotential und das zweite elektrische Potential P2 das elektrische Pluspotential ist.The electrical system 1 is a direct current network. It therefore has an electrical plus potential and an electrical minus potential, referred to below as the first electrical potential P1 and the second electrical potential P2. In the embodiments shown here, for example, the first electrical potential P1 is the electri cal plus potential and the second electric potential P2 the electric minus potential. However, it can also be provided that the first electrical potential P1 is the electrical minus potential and the second electrical potential P2 is the electrical plus potential.

Das elektrische Bordnetz 1 umfasst die Batterie 3, insbesondere eine Hochvoltbatterie, mit zwei elektrischen Batteriepotentialkontakten, d. h. mit einem ersten elektrischen Batteriepotentialkontakt für das erste elektrische Potential P1, beispielsweise das elektrische Pluspotential, und einem zweiten elektrischen Batteriepotentialkontakt für das zweite elektrische Potential P2, beispielsweise das elektrische Minuspotential. Die Batterie 3 weist beispielsweise eine Batterienennspannung von 800 V auf.The on-board electrical system 1 includes the battery 3, in particular a high-voltage battery, with two electrical battery potential contacts, d. H. with a first electrical battery potential contact for the first electrical potential P1, for example the electrical positive potential, and a second electrical battery potential contact for the second electrical potential P2, for example the electrical negative potential. The battery 3 has a nominal battery voltage of 800 V, for example.

Des Weiteren umfasst das elektrische Bordnetz 1 einen fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4. An diesem fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 ist zum elektrischen Laden der Batterie 3 eine fahrzeugexterne Gleichstromenergiequelle, insbesondere eine fahrzeugexterne Gleichstromladestation, anschließbar. Der fahrzeugexterne Gleichstromladeanschluss 4 umfasst zwei elektrische Ladepotentialkontakte, d. h. einen ersten elektrischen Ladepotentialkontakt für das erste elektrische Potential P1, beispielsweise das elektrische Pluspotential, und einen zweiten elektrischen Ladepotentialkontakt für das zweite elektrische Potential P2, beispielsweise das elektrische Minuspotential.Furthermore, the on-board electrical system 1 includes a vehicle-side DC charging connection 4. A vehicle-external DC energy source, in particular a vehicle-external DC charging station, can be connected to this vehicle-side DC charging connection 4 for electrically charging the battery 3. The off-vehicle DC charging port 4 includes two electrical charging potential contacts, i. H. a first electrical charge potential contact for the first electrical potential P1, for example the electrical plus potential, and a second electrical charge potential contact for the second electrical potential P2, for example the electrical minus potential.

Um ein elektrisches Laden der Batterie 3 mittels einer am fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 angeschlossenen fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, deren Ladespannung kleiner ist als eine Batterienennspannung der Batterie 3, zu ermöglichen, beispielsweise an einer fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle mit einer Ladespannung von 400 V oder 500 V, wobei die Batterie 3, wie oben erwähnt, beispielsweise eine Batterienennspannung von 800 V aufweist, ist vorgesehen, dass das elektrische Bordnetz 1 einen Gleichspannungswandler 5 aufweist, im Folgenden auch als erster Gleichspannungswandler 5 bezeichnet.In order to enable battery 3 to be electrically charged by means of an external direct current energy source connected to the vehicle's direct current charging connection 4, in particular a direct current charging station, the charging voltage of which is lower than the nominal battery voltage of the battery 3, for example at an external direct current energy source with a charging voltage of 400 V or 500 V the battery 3, as mentioned above, has a nominal battery voltage of 800 V, for example, it is provided that the on-board electrical system 1 has a DC-DC converter 5, also referred to below as the first DC-DC converter 5.

Dieser erste Gleichspannungswandler 5 umfasst eine Eingangsseite mit zwei elektrischen Potentialkontakten, d. h. mit einem ersten elektrischen Potentialkontakt für das erste elektrische Potential P1, beispielsweise das elektrische Pluspotential, und einem zweiten elektrischen Potentialkontakt für das zweite elektrische Potential P2, beispielsweise das elektrische Minuspotential, und eine Ausgangsseite mit zwei elektrischen Potentialkontakten, d. h. mit einem ersten elektrischen Potentialkontakt für das erste elektrische Potential P1, beispielsweise das elektrische Pluspotential, und einem zweiten elektrischen Potentialkontakt für das zweite elektrische Potential P2, beispielsweise das elektrische Minuspotential.This first DC-DC converter 5 comprises an input side with two electrical potential contacts, i. H. with a first electrical potential contact for the first electrical potential P1, for example the electrical plus potential, and a second electrical potential contact for the second electrical potential P2, for example the electrical minus potential, and an output side with two electrical potential contacts, d. H. with a first electrical potential contact for the first electrical potential P1, for example the electrical positive potential, and a second electrical potential contact for the second electrical potential P2, for example the electrical negative potential.

Der erste elektrische Batteriepotentialkontakt ist mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 elektrisch koppelbar oder gekoppelt, der zweite elektrische Batteriepotentialkontakt ist mit dem zweiten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch koppelbar oder gekoppelt, der jeweilige elektrische Ladepotentialkontakt ist mit dem jeweiligen elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 elektrisch koppelbar oder gekoppelt, der zweite elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 ist mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 elektrisch koppelbar oder gekoppelt, die elektrischen Potentialkontakte der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 sind mit jeweils einem elektrischen Anschlusskontakt eines ersten Kondensators C1 elektrisch gekoppelt und die elektrischen Potentialkontakte der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 sind mit jeweils einem elektrischen Anschlusskontakt eines zweiten Kondensators C2 elektrisch koppelbar oder gekoppelt. In der ersten Ausführungsform gemäß den 1 und 3 bis 11 sind beide elektrische Potentialkontakte der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 fest mit jeweils einem elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators C2 elektrisch gekoppelt. In der zweiten Ausführungsform gemäß 12 ist einer der elektrischen Potentialkontakte der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 mit einem der elektrischen Anschlusskontakte des zweiten Kondensators C2 fest elektrisch gekoppelt und der andere elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 ist mit dem anderen elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators C2 koppelbar, d. h. schaltbar entweder zu koppeln oder zu entkoppeln.The first electrical battery potential contact can be or is electrically coupled to the first electrical potential contact on the output side of the first DC-DC converter 5, the second electrical battery potential contact can be electrically coupled or is coupled to the second electrical charge potential contact, the respective electrical charge potential contact is connected to the respective electrical potential contact on the input side of the first DC-DC converter 5 can be electrically coupled or is coupled, the second electrical potential contact on the output side of the first DC-DC converter 5 can be electrically coupled or is coupled to the first electrical potential contact on the input side of the first DC-DC converter 5, the electrical potential contacts on the input side of the first DC-DC converter 5 are each equipped with an electrical connection contact first capacitor C1 electrically coupled and the electrical potential contacts of the output The sides of the first DC voltage converter 5 can each be electrically coupled or are coupled to an electrical connection contact of a second capacitor C2. In the first embodiment according to the 1 and 3 until 11 Both electrical potential contacts of the output side of the first DC voltage converter 5 are electrically coupled in each case to an electrical connection contact of the second capacitor C2. In the second embodiment according to 12 one of the electrical potential contacts on the output side of the first DC voltage converter 5 is permanently electrically coupled to one of the electrical connection contacts of the second capacitor C2 and the other electrical potential contact on the output side of the first DC voltage converter 5 can be coupled to the other electrical connection contact of the second capacitor C2, i.e. can be switched either to to couple or to decouple.

Dadurch wird es im Verfahren zum Betreiben des elektrischen Bordnetzes 1 ermöglicht, die Batterie 3 mittels einer am fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 angeschlossenen fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, deren Ladespannung kleiner ist als die Batterienennspannung der Batterie 3, elektrisch zu laden, indem, wie in 6 gezeigt, der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 elektrisch gekoppelt wird, der zweite elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem zweiten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch gekoppelt wird, der jeweilige elektrische Ladepotentialkontakt mit dem jeweiligen elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 elektrisch gekoppelt wird und der zweite elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 elektrisch gekoppelt wird. Des Weiteren wird vorteilhafterweise auch der jeweilige elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 mit dem jeweiligen elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators C2 elektrisch gekoppelt, wenn diese jeweilige Kopplung nicht, wie bei der ersten Ausführungsform gemäß den 1 und 3 bis 11, ohnehin fest verbunden ist, sondern, wie in der zweiten Ausführungsform gemäß 12 für einen der beiden elektrischen Potentialkontakte der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 und den entsprechenden elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators C2 vorgesehen, schaltbar ist. D. h. bei dieser zweiten Ausführungsform gemäß 12 wird vorteilhafterweise auch dieser elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 mit dem entsprechenden elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators C2 durch entsprechendes Schalten gekoppelt. Der andere elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 ist hier bereits mit dem entsprechenden elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators C2 fest verbunden.This makes it possible in the method for operating the on-board electrical system 1 to charge the battery 3 electrically using a vehicle-external direct current energy source which is connected to the direct current charging connection 4 on the vehicle and whose charging voltage is lower than the nominal battery voltage of the battery 3 by, as in 6 shown, the first electrical battery potential contact is electrically coupled to the first electrical potential contact of the output side of the first DC-DC converter 5, the second electrical battery potential contact is electrically coupled to the second electrical charging potential contact, the respective electrical charging potential contact to the respective electrical potential contact of the one output side of the first DC voltage converter 5 is electrically coupled and the second electrical potential contact of the output side of the first DC voltage converter 5 is electrically coupled to the first electrical potential contact of the input side of the first DC voltage converter 5 . Furthermore, the respective electrical potential contact on the output side of the first DC voltage converter 5 is advantageously also electrically coupled to the respective electrical connection contact of the second capacitor C2 if this respective coupling is not, as in the first embodiment according to FIGS 1 and 3 until 11 , Is already firmly connected, but as in the second embodiment according to 12 provided for one of the two electrical potential contacts on the output side of the first DC voltage converter 5 and the corresponding electrical connection contact of the second capacitor C2, can be switched. i.e. according to this second embodiment 12 this electrical potential contact on the output side of the first DC voltage converter 5 is advantageously also coupled to the corresponding electrical connection contact of the second capacitor C2 by appropriate switching. The other electrical potential contact on the output side of the first DC voltage converter 5 is already permanently connected here to the corresponding electrical connection contact of the second capacitor C2.

Der erste Kondensator C1 und der zweite Kondensator C2 weisen beispielsweise die gleiche Kapazität auf. Dann liegt die Spannung der fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle beim Ladevorgang genau bei halber Batterienennspannung. Außerdem fließt die Hälfte der Ladeleistung über den ersten Gleichspannungswandler 5. Somit kann die Ladeleistung doppelt so groß sein wie eine Komponentenleistung des ersten Gleichspannungswandlers 5. Diese Ausführungsform eignet sich somit insbesondere zum Laden an einer fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, deren Ladespannung halb so groß ist wie die Batterienennspannung, bei einer Batterienennspannung von beispielsweise 800 V also 400 V oder mindestens 400 V beträgt.The first capacitor C1 and the second capacitor C2 have the same capacitance, for example. The voltage of the vehicle-external DC energy source is then exactly half the nominal battery voltage during the charging process. In addition, half of the charging power flows via the first DC-DC converter 5. The charging power can thus be twice as high as a component power of the first DC-DC converter 5. This embodiment is therefore particularly suitable for charging at a DC power source external to the vehicle, the charging voltage of which is half the nominal battery voltage , with a nominal battery voltage of 800 V, for example, is 400 V or at least 400 V.

Alternativ kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der erste Kondensator C1 eine größere Kapazität aufweist als der zweite Kondensator C2. Dadurch kann, je nach Spannungslage der Batterie 3 und der fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, die Ladeleistung bei unverändertem ersten Gleichspannungswandler 5 weiter erhöht werden. Diese Variante eignet sich somit insbesondere zum Laden an einer fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, deren Ladespannung größer ist als die Hälfte der Batterienennspannung und kleiner ist als die Batterienennspannung von beispielsweise 800 V.Alternatively, it can be provided, for example, that the first capacitor C1 has a greater capacitance than the second capacitor C2. As a result, depending on the voltage level of the battery 3 and the vehicle-external direct current energy source, the charging power can be further increased with the first direct current converter 5 remaining unchanged. This variant is therefore particularly suitable for charging at a vehicle-external direct current energy source, the charging voltage of which is greater than half the nominal battery voltage and less than the nominal battery voltage of 800 V, for example.

Um zusätzlich auch ein elektrisches Laden der Batterie 3 mittels einer am fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 angeschlossenen fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, deren Ladespannung gleich groß oder größer ist als die Batterienennspannung der Batterie 3, zu ermöglichen, beispielsweise an einer fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle mit einer Ladespannung von 800 V, wobei die Batterie 3, wie oben erwähnt, beispielsweise eine Batterienennspannung von 800 V aufweist, ist zusätzlich vorgesehen, dass der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem ersten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist.In order to also enable electrical charging of the battery 3 by means of an external direct current energy source connected to the vehicle's direct current charging connection 4, in particular a direct current charging station, whose charging voltage is equal to or greater than the nominal battery voltage of the battery 3, for example at an external direct current energy source with a charging voltage of 800 V , wherein the battery 3, as mentioned above, has, for example, a nominal battery voltage of 800 V, it is additionally provided that the first electrical battery potential contact can be electrically coupled or is coupled to the first electrical charging potential contact.

Dadurch wird es im Verfahren zum Betreiben des elektrischen Bordnetzes 1 ermöglicht, die Batterie 3 mittels einer am fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 angeschlossenen fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, deren Ladespannung gleich groß oder größer ist als die Batterienennspannung der Batterie 3, elektrisch zu laden, indem, wie in 5 gezeigt, der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem ersten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch gekoppelt wird und der zweite elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem zweiten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch gekoppelt wird. Des Weiteren kann auch hier vorgesehen sein, dass auch der jeweilige elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 mit dem jeweiligen elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators C2 elektrisch gekoppelt wird, wenn diese jeweilige Kopplung nicht ohnehin fest verbunden ist, sondern, zumindest für einen der beiden elektrischen Potentialkontakte der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 und den entsprechenden elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators C2, schaltbar ist, oder es kann vorgesehen sein, dass dies nicht erfolgt.This makes it possible in the method for operating the on-board electrical system 1 to charge the battery 3 electrically by means of a vehicle-external direct current energy source which is connected to the direct current charging connection 4 on the vehicle and whose charging voltage is equal to or greater than the nominal battery voltage of the battery 3 by, as in 5 shown, the first battery electrical potential contact is electrically coupled to the first charging potential electrical contact and the second battery electrical potential contact is electrically coupled to the second charging potential electrical contact. Furthermore, it can also be provided here that the respective electrical potential contact on the output side of the first DC voltage converter 5 is also electrically coupled to the respective electrical connection contact of the second capacitor C2 if this respective coupling is not permanently connected anyway, but at least for one of the two electrical potential contacts of the output side of the first DC voltage converter 5 and the corresponding electrical connection contact of the second capacitor C2, can be switched, or it can be provided that this does not take place.

Um zusätzlich auch ein elektrisches Laden der Batterie 3 mittels einer fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle, insbesondere Wechselstromladestation, zu ermöglichen, umfasst das Fahrzeug 2, insbesondere dessen elektrisches Bordnetz 1, eine fahrzeugseitige Ladevorrichtung 6 zum elektrischen Laden der Batterie 3 mittels einer solchen fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle. Dabei ist der erste Gleichspannungswandler 5 in den dargestellten Ausführungsformen ein Bestandteil dieser fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6. Der erste Kondensator C1 und/oder der zweite Kondensator C2 können/kann ebenfalls ein Bestandteil dieser fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 sein. Der zweite Kondensator C2 ist beispielsweise ein Bestandteil eines ersten EMV-Filters 7, welches insbesondere ein Bestandteil dieser fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 ist, wie am Beispiel der ersten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß den 1 und 3 bis 11 gezeigt. Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 12 ist dieses erste EMV-Filter 7 kein Bestandteil der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6. Der zweite Kondensator C2 ist hier zusätzlich vorgesehen, d. h. er ist hier kein Bestandteil des ersten EMV-Filters 7, jedoch ebenfalls ein Bestandteil der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6.In order to also enable electrical charging of the battery 3 by means of an AC energy source external to the vehicle, in particular an AC charging station, the vehicle 2, in particular its electrical system 1, comprises an on-board charging device 6 for charging the battery 3 electrically by means of such an AC energy source external to the vehicle. The first DC-DC converter 5 in the illustrated embodiments is part of this charging device 6 in the vehicle. The first capacitor C1 and/or the second capacitor C2 can also be a part of this charging device 6 in the vehicle. The second capacitor C2 is, for example, a component of a first EMC filter 7, which is in particular a component of this vehicle-mounted charging device 6, as in the example of the first Embodiment of the electrical system 1 according to 1 and 3 until 11 shown. According to the second embodiment 12 this first EMC filter 7 is not part of the on-board charging device 6. The second capacitor C2 is additionally provided here, i.e. it is not part of the first EMC filter 7 here, but is also a part of the on-board charging device 6.

Um dieses elektrische Laden der Batterie 3 mittels einer fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der zweite elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 mit dem zweiten elektrischen Batteriepotentialkontakt elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist. Des Weiteren kann auch hier vorgesehen sein, dass auch der jeweilige elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 mit dem jeweiligen elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators C2 elektrisch gekoppelt wird, wenn diese jeweilige Kopplung nicht ohnehin fest verbunden ist, sondern, zumindest für einen der beiden elektrischen Potentialkontakte der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 und den entsprechenden elektrischen Anschlusskontakt des zweiten Kondensators C2 schaltbar ist, oder es kann vorgesehen sein, dass dies nicht erfolgt.In order to enable this electrical charging of the battery 3 by means of an AC energy source external to the vehicle, it is provided that the second electrical potential contact on the output side of the first DC voltage converter 5 can be electrically coupled or is coupled to the second electrical battery potential contact. Furthermore, it can also be provided here that the respective electrical potential contact on the output side of the first DC voltage converter 5 is also electrically coupled to the respective electrical connection contact of the second capacitor C2 if this respective coupling is not permanently connected anyway, but at least for one of the two electrical potential contacts of the output side of the first DC voltage converter 5 and the corresponding electrical connection contact of the second capacitor C2 can be switched, or it can be provided that this does not occur.

Dadurch wird es im Verfahren zum Betreiben des elektrischen Bordnetzes 1 ermöglicht, die Batterie 3 mittels einer fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle elektrisch zu laden, indem, wie in 7 gezeigt, der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 elektrisch gekoppelt wird und der zweite elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 mit dem zweiten elektrischen Batteriepotentialkontakt elektrisch gekoppelt wird.This makes it possible in the method for operating the on-board electrical system 1 to charge the battery 3 electrically using an AC power source external to the vehicle by, as in FIG 7 shown, the first electrical battery potential contact is electrically coupled to the first electrical potential contact of the output side of the first DC-DC converter 5 and the second electrical potential contact of the output side of the first DC-DC converter 5 is electrically coupled to the second electrical battery potential contact.

Zum Laden der Batterie 3 umfasst die fahrzeugseitige Ladevorrichtung 6 des Weiteren ein Leistungsfaktorkorrekturfilter 9 und in der ersten Ausführungsform gemäß den 1 und 3 bis 11 zudem ein Wechselstrom-EMV-Filter 10. Dabei ist das Leistungsfaktorkorrekturfilter 9 zwischen der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 und einem fahrzeugseitigen Wechselstromladeanschluss 11 zum Anschluss der fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle angeordnet und das Wechselstrom-EMV-Filter 10, wenn es vorhanden ist, ist zwischen dem Leistungsfaktorkorrekturfilter 9 und dem fahrzeugseitigen Wechselstromladeanschluss 11 angeordnet.For charging the battery 3, the on-vehicle charging device 6 further includes a power factor correction filter 9, and in the first embodiment according to FIGS 1 and 3 until 11 and an AC EMC filter 10. Here, the power factor correction filter 9 is disposed between the input side of the first DC-DC converter 5 and an on-vehicle AC charging port 11 for connecting the on-vehicle AC power source, and the AC EMC filter 10, if present, is between the power factor correction filter 9 and the vehicle-side AC charging connector 11 are arranged.

Wie bereits erwähnt, umfasst die fahrzeugseitige Ladevorrichtung 6 in der ersten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß den 1 und 3 bis 11 das erste EMV-Filter 7, welcher an der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 angeordnet ist. Auch in der zweiten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß 12 ist das erste EMV-Filter 7 vorgesehen, hier außerhalb der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, jedoch auch an einer Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5. Somit ist der jeweilige elektrische Batteriepotentialkontakt nicht direkt, sondern über das erste EMV-Filter 7 mit dem jeweiligen elektrischen Potentialkontakt der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 elektrisch koppelbar oder gekoppelt.As already mentioned, the on-board charging device 6 in the first embodiment of the on-board electrical system 1 according to FIG 1 and 3 until 11 the first EMC filter 7, which is arranged on the output side of the first DC-DC converter 5. Also in the second embodiment of the electrical system 1 according to 12 the first EMC filter 7 is provided, here outside of the vehicle-side charging device 6, but also on an output side of the first DC-DC converter 5. Thus, the respective electrical battery potential contact is not direct, but via the first EMC filter 7 with the respective electrical potential contact of the output side of the first DC-DC converter 5 can be electrically coupled or coupled.

Zusätzlich ist in den dargestellten Ausführungsformen jeweils ein zweites EMV-Filter 8 vorgesehen, welches vor der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 und insbesondere außerhalb der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 angeordnet ist, insbesondere zwischen dem fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 und der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5. Der jeweilige elektrische Ladepotentialkontakt ist oder wird somit über dieses zweite EMV-Filter 8 mit dem jeweiligen elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 elektrisch gekoppelt.In addition, in the illustrated embodiments, a second EMC filter 8 is provided in each case, which is arranged in front of the input side of the first DC-DC converter 5 and in particular outside of the vehicle-side charging device 6, in particular between the vehicle-side DC charging connection 4 and the input side of the first DC-DC converter 5. The respective electrical The charging potential contact is or will thus be electrically coupled via this second EMC filter 8 to the respective electrical potential contact on the input side of the first DC voltage converter 5 .

Der erste Gleichspannungswandler 5 ist beispielsweise als Gleichspannungswandler mit Kurzschlussfunktion ausgebildet, wie in 2 gezeigt, oder als ein bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgebildet, wie in 3 gezeigt. Der als Gleichspannungswandler mit Kurzschlussfunktion ausgebildete erste Gleichspannungswandler 5 ist kostengünstiger. Er umfasst Dioden D auf seiner Sekundärseite. Der als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgebildete erste Gleichspannungswandler 5 weist auf seiner Sekundärseite keine Dioden D auf. Die Dioden D des Gleichspannungswandlers mit Kurzschlussfunktion sind hier durch Halbleiterschalter HL ersetzt. Er ermöglicht daher ein einfacheres Vorladen, beispielsweise mindestens eines Hochvoltzwischenkreises.The first DC-DC converter 5 is designed, for example, as a DC-DC converter with a short-circuit function, as shown in FIG 2 shown, or formed as a bidirectional DC-DC converter, as in 3 shown. The first DC converter 5 designed as a DC converter with a short-circuit function is less expensive. It includes diodes D on its secondary side. The first DC-DC converter 5, designed as a bidirectional DC-DC converter, has no diodes D on its secondary side. The diodes D of the DC-DC converter with a short-circuit function are replaced here by semiconductor switches HL. It therefore enables simpler pre-charging, for example of at least one high-voltage intermediate circuit.

Das elektrische Bordnetz 1 weist zudem beispielsweise mindestens eine elektrische Antriebseinheit 12, 13 zum Antrieb des Fahrzeugs 2 auf, in den hier dargestellten Ausführungsformen zwei solche elektrische Antriebseinheiten 12, 13, beispielsweise eine vordere elektrische Antriebseinheit 12 und eine hintere elektrische Antriebseinheit 13. Die elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 sind mit der Batterie 3 koppelbar oder gekoppelt.The on-board electrical system 1 also has, for example, at least one electric drive unit 12, 13 for driving the vehicle 2, in the embodiments shown here two such electric drive units 12, 13, for example a front electric drive unit 12 and a rear electric drive unit 13. The electric drive units 12, 13 can be coupled to the battery 3 or are coupled.

Des Weiteren weist das elektrische Bordnetz 1 beispielsweise mindestens einen elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 auf, im hier dargestellten Beispiel zwei elektrische Nebenverbraucher 14, 15, beispielsweise einen elektrischen Kältemittelverdichter und eine elektrische Heizeinheit. Der jeweilige elektrische Nebenverbraucher 14, 15 ist mit der Batterie 3 koppelbar oder gekoppelt, im hier dargestellten Beispiel über eine Verteileinheit 16, auch als Y-Splice bezeichnet. Die elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 werden auch als elektrische Nebenaggregate bezeichnet.Furthermore, the on-board electrical system 1 has, for example, at least one secondary electrical consumer 14, 15, shown here Example two electrical auxiliary consumers 14, 15, for example an electric refrigerant compressor and an electric heating unit. The respective electrical auxiliary consumers 14, 15 can be coupled or coupled to the battery 3, in the example shown here via a distribution unit 16, also referred to as a Y-splice. The electrical auxiliary consumers 14, 15 are also referred to as electrical auxiliary units.

Zudem umfasst das insbesondere als Hochvoltbordnetz ausgebildete elektrische Bordnetz 1 einen zweiten Gleichspannungswandler 17 und einen Bordnetzanschluss 18 zur Verbindung mit einem hier nicht dargestellten weiteren elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs 2, insbesondere einem Niedervoltbordnetz, beispielsweise einem 12V-Bordnetz. Der zweite Gleichspannungswandler 17 und über diesen der Bordnetzanschluss 18 ist mit den elektrischen Batteriepotentialkontakten der Batterie 3 koppelbar oder gekoppelt, d. h. eine Eingangsseite des zweiten Gleichspannungswandlers 17 ist mit den elektrischen Batteriepotentialkontakten der Batterie 3 koppelbar oder gekoppelt, und eine Ausgangsseite des zweiten Gleichspannungswandlers 17 ist mit dem Bordnetzanschluss 18 gekoppelt. Die Kopplung der Eingangsseite des zweiten Gleichspannungswandlers 17 mit den elektrischen Batteriepotentialkontakten der Batterie 3 kann dabei direkt erfolgen, wie in der ersten Ausführungsform gemäß den 1 und 3 bis 11, oder über das erste EMV-Filter 7, wie in der zweiten Ausführungsform gemäß 12.In addition, the vehicle electrical system 1, which is designed in particular as a high-voltage vehicle electrical system, includes a second DC-DC converter 17 and a vehicle electrical system connection 18 for connection to a further electrical system of the vehicle 2, not shown here, in particular a low-voltage vehicle electrical system, for example a 12V vehicle electrical system. The second DC-DC converter 17 and via this the vehicle electrical system connection 18 can be or is coupled to the electrical battery potential contacts of the battery 3, ie an input side of the second DC-DC converter 17 can be or is coupled to the electrical battery potential contacts of the battery 3, and an output side of the second DC-DC converter 17 is connected to coupled to the vehicle electrical system connection 18 . The input side of the second DC-DC converter 17 can be coupled directly to the electrical battery potential contacts of the battery 3, as in the first embodiment according to FIGS 1 and 3 until 11 , or via the first EMI filter 7 as in the second embodiment according to FIG 12 .

Das elektrische Bordnetz 1 umfasst zudem zehn Schalteinheiten S1 bis S10, um insbesondere die oben beschriebenen Ladevarianten zum Laden der Batterie 3 und zudem einen Fahrbetrieb des Fahrzeugs 2 zu ermöglichen, für welchen die jeweilige elektrische Antriebseinheit 12, 13 durch die Batterie 3 mit elektrischer Energie versorgt wird, und beispielsweise auch ein im Folgenden näher beschriebenes Vorladen, insbesondere mindestens eines Hochvoltzwischenkreises, zu ermöglichen. Die im Folgenden näher beschriebenen Betriebszustände, insbesondere die verschiedenen Betriebszustände zum Laden, der Betriebszustand Fahren und die verschiedenen Varianten des Vorladens, gehören vorteilhafterweise zum Verfahren zum Betrieb des elektrischen Bordnetzes 1, d. h. sie werden mittels dieses Verfahrens durchgeführt.The on-board electrical system 1 also includes ten switching units S1 to S10, in particular to enable the charging variants described above for charging the battery 3 and also driving operation of the vehicle 2, for which the respective electric drive unit 12, 13 is supplied with electrical energy by the battery 3 and, for example, also to enable a pre-charging, which is described in more detail below, in particular of at least one high-voltage intermediate circuit. The operating states described in more detail below, in particular the different operating states for charging, the operating state driving and the different variants of pre-charging, advantageously belong to the method for operating the on-board electrical system 1, i. H. they are performed using this method.

Im Folgenden werden zunächst die Anordnung der zehn Schalteinheiten S1 bis S10 in der ersten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß den 1 und 3 bis 11 und die entsprechende Funktionsweise beschrieben. Anschließend werden die Anordnung dieser zehn Schalteinheiten S1 bis S10 in der zweiten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß 12 und die entsprechende Funktionsweise beschrieben.The arrangement of the ten switching units S1 to S10 in the first specific embodiment of the on-board electrical system 1 according to FIGS 1 and 3 until 11 and how it works is described. Then the arrangement of these ten switching units S1 to S10 in the second embodiment of the electrical system 1 according to FIG 12 and how it works is described.

Zunächst folgt die Anordnung der zehn Schalteinheiten S1 bis S10 in der ersten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß den 1 und 3 bis 11 und die entsprechende Funktionsweise:

  • Die Batterie 3 ist über ein erstes Potentialleitungspaar L1 mit den elektrischen Nebenverbrauchern 14, 15 verbunden, insbesondere über die Verteileinheit 16. Von diesem ersten Potentialleitungspaar L1 zweigt ein zweites Potentialleitungspaar L2 zum fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 ab, ein drittes Potentialleitungspaar L3 zur Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5, insbesondere zur Ausgangsseite der diesen ersten Gleichspannungswandler 5 umfassenden fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, ab, und ein drittes Potentialleitungspaar L3 zum zweiten Gleichspannungswandler 17 und somit zum Bordnetzanschluss 18 für das insbesondere als Niedervoltbordnetz ausgebildete weitere elektrische Bordnetz ab.
The first is the arrangement of the ten switching units S1 to S10 in the first embodiment of the electrical system 1 according to FIG 1 and 3 until 11 and how it works:
  • The battery 3 is connected to the electrical auxiliary consumers 14, 15 via a first pair of potential lines L1, in particular via the distribution unit 16. A second pair of potential lines L2 branches off from this first pair of potential lines L1 to the DC charging connection 4 on the vehicle side, and a third pair of potential lines L3 to the output side of the first DC-DC converter 5 , in particular to the output side of the vehicle-side charging device 6 comprising this first DC-DC converter 5, and a third potential line pair L3 to the second DC-DC converter 17 and thus to the vehicle electrical system connection 18 for the further electrical system, which is designed in particular as a low-voltage vehicle electrical system.

Vom zweiten Potentialleitungspaar L2 zweigt ein fünftes Potentialleitungspaar L5 zur Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 und somit zur diesen umfassenden fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 ab.A fifth potential line pair L5 branches off from the second potential line pair L2 to the input side of the first DC voltage converter 5 and thus to the charging device 6 on the vehicle side that includes it.

Die Batterie 3 ist über ein sechstes Potentialleitungspaar L6 mit den elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 verbundenThe battery 3 is connected to the electric drive units 12, 13 via a sixth potential line pair L6

Die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 sind in jeweils einer Potentialleitung zwischen dem jeweiligen elektrischen Batteriepotentialkontakt der Batterie 3 und dem jeweiligen elektrischen Ladepotentialkontakt des fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschlusses 4 angeordnet, im dargestellten Beispiel im zweiten Potentialleitungspaar L2 vom fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 aus gesehen vor dem Abzweig des fünften Potentialleitungspaars L5. Dabei sind die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 beispielsweise gemeinsam als eine zweipolige kombinierte Schalt- und Sicherungsvorrichtung ausgebildet.The first and second switching units S1, S2 are each arranged in a potential line between the respective electrical battery potential contact of the battery 3 and the respective electrical charging potential contact of the vehicle-side DC charging connection 4, in the example shown in the second potential line pair L2 seen from the vehicle-side DC charging connection 4 before the branch of the fifth potential line pair L5. In this case, the first and second switching units S1, S2 are designed together, for example, as a two-pole combined switching and safety device.

Die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 sind in jeweils einer Potentialleitung zwischen dem jeweiligen elektrischen Batteriepotentialkontakt und den elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 angeordnet. Hierfür sind bei der dargestellten ersten Ausführungsform gemäß den 1 und 3 bis 11 separate Anschlüsse an der Batterie 3 vorgesehen, welche jedoch ebenfalls jeweils einen der elektrischen Batteriepotentialkontakte der Batterie 3 bilden. Von diesen separaten Anschlüssen führt das separate sechste Potentialleitungspaar L6 zu den elektrischen Antriebseinheiten 12, 13. Auch die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 sind beispielsweise gemeinsam als eine zweipolige kombinierte Schalt- und Sicherungsvorrichtung ausgebildet.The third and fourth switching units S3, S4 are each arranged in a potential line between the respective electrical battery potential contact and the electrical drive units 12, 13. For this purpose, in the illustrated first embodiment according to the 1 and 3 until 11 separate connections are provided on the battery 3, which, however, each also form one of the electrical battery potential contacts of the battery 3. From these separate connections, the sepa rate sixth potential line pair L6 to the electric drive units 12, 13. The third and fourth switching units S3, S4 are also designed, for example, together as a two-pole combined switching and safety device.

Die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 sind jeweils als Wechselschalter ausgebildet. Sie sind in jeweils einer zum jeweiligen elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 führenden Potentialleitung angeordnet, insbesondere noch vor dem ersten Kondensator C1, d. h. der erste Kondensator C1 ist zwischen der fünften bzw. sechsten Schalteinheit S5, S6 und dem jeweiligen elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 zwischen diesen beiden Potentialleitungen angeordnet. Über die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 ist, je nach Schaltstellung dieser als Wechselschalter ausgebildeten Schalteinheiten S5, S6, entweder der fahrzeugseitige Gleichstromladeanschluss 4 oder der fahrzeugseitige Wechselstromladeanschluss 11 mit der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 elektrisch koppelbar. Die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 weisen hierfür jeweils einen mit einer zum fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 führenden Potentialleitung elektrisch gekoppelte Schaltkontakt und einen mit einer zum fahrzeugseitigen Wechselstromladeanschluss 11 führenden Potentialleitung elektrisch gekoppelte Schaltkontakt auf, zwischen denen mittels der jeweiligen als Wechselschalter ausgebildeten fünften und sechsten Schalteinheit S5, S6 umgeschaltet werden kann. Die mit der zum fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 führenden Potentialleitung elektrisch gekoppelten Schaltkontakte sind im dargestellten Beispiel mit den Potentialleitungen des fünften Potentialleitungspaars L5 gekoppelt, d. h. sie bilden deren Ende in Richtung der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5.The fifth and sixth switching units S5, S6 are each designed as changeover switches. They are each arranged in a potential line leading to the respective electrical potential contact on the input side of the first DC voltage converter 5, in particular before the first capacitor C1, i. H. the first capacitor C1 is arranged between the fifth or sixth switching unit S5, S6 and the respective electrical potential contact on the input side of the first DC voltage converter 5 between these two potential lines. Depending on the switching position of these switching units S5, S6, which are designed as changeover switches, either the vehicle-side DC charging connection 4 or the vehicle-side AC charging connection 11 can be electrically coupled to the input side of the first DC-DC converter 5 via the fifth and sixth switching unit S5, S6. For this purpose, the fifth and sixth switching units S5, S6 each have a switching contact electrically coupled to a potential line leading to the vehicle-side DC charging connection 4 and a switching contact electrically coupled to a potential line leading to the vehicle-side AC charging connection 11, between which by means of the respective fifth and sixth switching unit designed as a changeover switch S5, S6 can be switched. In the example shown, the switching contacts electrically coupled to the potential line leading to the DC charging connection 4 on the vehicle side are coupled to the potential lines of the fifth potential line pair L5; H. they form the end in the direction of the input side of the first DC-DC converter 5.

Die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 sind insbesondere in der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 angeordnet. Beispielsweise bilden das Leistungsfaktorkorrekturfilter 9 und, wenn vorhanden, das Wechselstrom-EMV-Filter 10 eine erste Stufe und der erste Gleichspannungswandler 5 und, wenn vorhanden, das erste EMV-Filter 7 eine zweite Stufe der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6. Die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 sind dann zwischen der ersten und zweiten Stufe der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 angeordnet. Mittels der als Wechselschalter ausgebildeten fünften und sechsten Schalteinheit S5, S6 ist dann, je nach Schaltstellung, entweder die erste Stufe der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, insbesondere deren Leistungsfaktorkorrekturfilter 9, mit der zweiten Stufe der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 elektrisch koppelbar, wenn die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des Leistungsfaktorkorrekturfilters 9 geschaltet sind, oder der fahrzeugseitige Gleichstromladeanschluss 4 ist mit der zweiten Stufe der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 elektrisch koppelbar, wenn die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschlusses 4 geschaltet sind.The fifth and sixth switching unit S5, S6 are arranged in particular in the charging device 6 on the vehicle. For example, the power factor correction filter 9 and, if present, the AC EMC filter 10 form a first stage and the first DC-DC converter 5 and, if present, the first EMC filter 7 form a second stage of the on-board charging device 6. The fifth and sixth switching unit S5 , S6 are then arranged between the first and second stages of the on-vehicle charging device 6 . By means of the fifth and sixth switching unit S5, S6 designed as a changeover switch, depending on the switching position, either the first stage of the on-board charging device 6, in particular its power factor correction filter 9, can be electrically coupled to the second stage of the on-board charging device 6 if the fifth and sixth switching unit S5, S6 are switched in the direction of the power factor correction filter 9, or the vehicle-side DC charging port 4 can be electrically coupled to the second stage of the vehicle-side charging device 6 when the fifth and sixth switching units S5, S6 are switched in the direction of the vehicle-side DC charging port 4.

Die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 sind in jeweils einer Potentialleitung angeordnet, welche vom jeweiligen elektrischen Batteriepotentialkontakt der Batterie 3 zu den elektrischen Nebenverbrauchern 14, 15, zur Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5, somit insbesondere zum Ausgang der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 und deren der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 nachgelagerten erstem EMV-Filter 7, sowie zum zweiten Gleichspannungswandler 17 und über diesen zum Bordnetzanschluss 18 für das weitere elektrische Bordnetz, insbesondere das Niedervoltbordnetz, führt. Sie sind somit im dargestellten Beispiel im ersten Potentialleitungspaar L1 angeordnet, insbesondere zwischen dem Abzweig des zweiten Potentialleitungspaars L2 und dem Abzweig des dritten Potentialleitungspaars L3. Dabei ist mindestens eine dieser beiden Schalteinheiten S7, S8, im dargestellten Beispiel die achte Schalteinheit S8 in der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung, beispielsweise, wie dargestellt, als eine bidirektionale Halbleitersicherung ausgebildet, insbesondere mit einer Freilaufdiode, oder beispielsweise als ein Schütz oder als ein Schütz mit einer Sicherung ausgebildet.The seventh and eighth switching units S7, S8 are each arranged in a potential line, which runs from the respective electrical battery potential contact of the battery 3 to the electrical auxiliary consumers 14, 15, to the output side of the first DC-DC converter 5, and thus in particular to the output of the on-board charging device 6 and its output side of the first DC-DC converter 5 downstream first EMC filter 7, and to the second DC-DC converter 17 and via this to the vehicle electrical system connection 18 for the other electrical vehicle electrical system, in particular the low-voltage vehicle electrical system. They are thus arranged in the example shown in the first pair of potential lines L1, in particular between the branch of the second pair of potential lines L2 and the branch of the third pair of potential lines L3. At least one of these two switching units S7, S8, in the example shown the eighth switching unit S8 in the potential line carrying the second electrical potential P2, is designed, for example, as shown, as a bidirectional semiconductor fuse, in particular with a freewheeling diode, or, for example, as a contactor or designed as a contactor with a fuse.

Die neunte Schalteinheit S9 ist als ein Wechselschalter ausgebildet. Sie ist in der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung ausgangsseitig des ersten Gleichspannungswandlers 5 nach dem zweiten Kondensator C2, im dargestellten Beispiel somit auch nach dem diesen zweiten Kondensator C2 umfassenden ersten EMV-Filter 7, und vor dem zur Batterie 3 führenden Potentialleitungsabzeig angeordnet. Sie ist somit in der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung des dritten Potentialleitungspaars L3 zwischen der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 nach dem zweiten Kondensator C2 und vor dem Abzweig zum ersten Potentialleitungspaar L1 angeordnet.The ninth switching unit S9 is designed as a changeover switch. It is arranged in the potential line carrying the second electrical potential P2 on the output side of the first DC-DC converter 5 after the second capacitor C2, in the example shown also after the first EMC filter 7 comprising this second capacitor C2, and before the potential line branch leading to the battery 3. It is thus arranged in the potential line of the third potential line pair L3 carrying the second electrical potential P2 between the output side of the first DC voltage converter 5 after the second capacitor C2 and before the branch to the first potential line pair L1.

Über diese als Wechselschalter ausgebildete neunte Schalteinheit S9 ist diese das zweite elektrische Potential P2 führende Potentialleitung an der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 nach dem zweiten Kondensator C2, im dargestellten Beispiel somit auch nach dem diesen zweiten Kondensator C2 umfassenden ersten EMV-Filter 7, je nach Schaltstellung der neunten Schalteinheit S9 entweder mit der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung zur Batterie 3 elektrisch koppelbar, im dargestellten Beispiel über den Abzweig zum ersten Potentialleitungspaar L1 und die das zweite elektrische Potential P2 führende Potentialleitung des ersten Potentialleitungspaars L1 zur Batterie 3, oder mit einer Bypassleitung BL elektrisch koppelbar, welche, bei entsprechender Schaltstellung der fünften Schalteinheit S5, zum elektrischen Potentialkontakt des ersten elektrischen Potentials P1 der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 führt.Via this ninth switching unit S9 designed as a changeover switch, this potential line carrying the second electrical potential P2 is on the output side of the first DC-DC converter 5 after the second capacitor C2, in the example shown also after the first EMC filter 7 comprising this second capacitor C2, depending on the Switching position of the ninth switching unit S9 either with the potential line carrying the second electrical potential P2 to the battery 3 electrically can be coupled, in the example shown via the branch to the first pair of potential lines L1 and the potential line of the first pair of potential lines L1 carrying the second electrical potential P2 to the battery 3, or can be electrically coupled to a bypass line BL which, with a corresponding switching position of the fifth switching unit S5, to the electrical potential contact of the first electrical potential P1 of the input side of the first DC voltage converter 5 leads.

Im dargestellten Beispiel ist diese Bypassleitung BL hierfür mit der das erste elektrische Potential P1 führenden Potentialleitung des zweiten Potentialleitungspaars L2 elektrisch gekoppelt, im dargestellten Beispiel zwischen dem Abzweig zum ersten Potentialleitungspaar L1 und dem Abzweig des fünften Potentialleitungspaars L5. Dadurch ist bei entsprechender Schaltstellung der neunten Schalteinheit S9 und der fünften Schalteinheit S5 über die Bypassleitung BL, die das erste elektrische Potential P1 führende Potentialleitung des zweiten Potentialleitungspaars L2 und die das erste elektrische Potential P1 führende Potentialleitung des fünften Potentialleitungspaars L5 der elektrische Kontakt zwischen der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung an der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 und der das erste elektrische Potential P1 führenden Potentialleitung an der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 herstellbar.In the example shown, this bypass line BL is electrically coupled to the potential line of the second potential line pair L2 carrying the first electrical potential P1, in the example shown between the branch to the first potential line pair L1 and the branch to the fifth potential line pair L5. As a result, when the ninth switching unit S9 and the fifth switching unit S5 are in the appropriate switching position, the electrical contact between the second electrical potential P2 carrying potential line on the output side of the first DC-DC converter 5 and the first electrical potential P1 potential line on the input side of the first DC-DC converter 5 can be produced.

Die zehnte Schalteinheit S10 ist in der vom fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 zur Batterie 3 führenden das erste elektrische Potential P1 führenden Potentialleitung angeordnet, hier somit in der entsprechenden Potentialleitung des zweiten Potentialleitungspaars L2, vom fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 aus gesehen nach dem Abzweig der Bypassleitung BL und vor dem Abzweig des ersten Potentialleitungspaars L1.The tenth switching unit S10 is arranged in the potential line leading from the vehicle-side direct current charging connection 4 to the battery 3 and carrying the first electrical potential P1, in this case therefore in the corresponding potential line of the second potential line pair L2, viewed from the vehicle-side direct current charging connection 4 after the branch of the bypass line BL and before the Branch of the first potential line pair L1.

Das elektrische Bordnetz 1 weist in der dargestellten Ausführungsform gemäß den 1 und 3 bis 11 zudem drei Sicherungen Si1 bis Si3 auf. Die erste Sicherung Si1 ist in einer der Potentialleitungen, hier in der das erste Potential P1 führenden Potentialleitung, des ersten Potentialleitungspaars L1, im dargestellten Beispiel zwischen dem Abzweig des zweiten Potentialleitungspaars L2 und der siebten Schalteinheit S7, angeordnet. Die zweite Sicherung Si2 ist in der Bypassleitung BL angeordnet, d. h. zwischen der neunten Schalteinheit S9 und der das erste elektrische Potential P1 führenden Potentialleitung des zweiten Potentialleitungspaars L2. Die dritte Sicherung Si3 ist in einer der Potentialleitungen, hier in der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung, des fünften Potentialleitungspaars L5 angeordnet, im dargestellten Beispiel zwischen dem Abzweig zum zweiten Potentialleitungspaar L2 und dem zweiten EMV-Filter 8.The electrical system 1 has in the illustrated embodiment according to 1 and 3 until 11 also three fuses Si1 to Si3. The first fuse Si1 is in one of the potential lines, here in the potential line carrying the first potential P1, of the first potential line pair L1, in the example shown between the branch of the second potential line pair L2 and the seventh switching unit S7. The second fuse Si2 is arranged in the bypass line BL, ie between the ninth switching unit S9 and the potential line of the second potential line pair L2 carrying the first electrical potential P1. The third fuse Si3 is arranged in one of the potential lines, here in the potential line carrying the second electrical potential P2, of the fifth potential line pair L5, in the example shown between the branch to the second potential line pair L2 and the second EMC filter 8.

4 zeigt die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 während eines Betriebszustands Fahren, d. h. während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs 2. Hierfür sind die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 geöffnet, die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 geschlossen, die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des Leistungsfaktorkorrekturfilters 9 geschaltet, die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 geschlossen, die neunte Schalteinheit S9 in Richtung der Bypassleitung BL geschaltet und die zehnte Schalteinheit S10 geöffnet. 4 shows the first embodiment of the electrical system 1 during a driving operating state, ie while the vehicle 2 is being driven. For this purpose, the first and second switching units S1, S2 are open, the third and fourth switching units S3, S4 are closed, the fifth and sixth switching unit S5, S6 switched in the direction of the power factor correction filter 9, the seventh and eighth switching unit S7, S8 closed, the ninth switching unit S9 switched in the direction of the bypass line BL and the tenth switching unit S10 opened.

5 zeigt die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 während eines Betriebszustands Laden an einer Gleichstromenergiequelle mit einer hohen Ladespannung, insbesondere mit einer der Nennspannung der Batterie 3 entsprechenden Ladespannung von beispielsweise 800 V. Hierfür sind die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 geschlossen, die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 geöffnet, die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des Leistungsfaktorkorrekturfilters 9 geschaltet, die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 geschlossen, die neunte Schalteinheit S9 in Richtung der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung des ersten Potentialleitungspaars L1 geschaltet und die zehnte Schalteinheit S10 geschlossen. 5 shows the first embodiment of the on-board electrical system 1 during an operating state of charging from a DC energy source with a high charging voltage, in particular with a charging voltage of 800 V, for example, corresponding to the nominal voltage of the battery 3. For this purpose, the first and second switching units S1, S2 are closed, the third and fourth switching unit S3, S4 opened, the fifth and sixth switching unit S5, S6 switched in the direction of the power factor correction filter 9, the seventh and eighth switching unit S7, S8 closed, the ninth switching unit S9 in the direction of the potential line of the first potential line pair L1 carrying the second electrical potential P2 switched and the tenth switching unit S10 closed.

Da die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 geöffnet sind, bleiben auch als Cy-Kapazitäten oder Y-Kapazitäten bezeichnete Y-Kondensatoren der elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 entladen. Diese Y-Kondensatoren tragen somit nicht mehr zur Gesamtkapazität des elektrischen Bordnetzes 1 bei. Folglich können daher Y-Kondensatoren mit großen Kapazitäten verbaut werden, ohne den zulässigen Grenzwert zu überschreiten. Dadurch können Sicherheitsgrenzwerte der Y-Kondensatoren beziehungsweise Y-Kapazitäten des Fahrzeugs 2 bezüglich deren Energieinhalten eingehalten werden und es können insbesondere EMV-Anforderungen (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) des Fahrzeugs 2 und insbesondere des elektrischen Bordnetzes 1 eingehalten werden. Die Wirkung von Y-Kondensatoren im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere der Funkentstörung, ist dem Fachmann bekannt, sodass es diesbezüglich keiner gesonderten weiteren Erläuterungen 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.Since the third and fourth switching units S3, S4 are open, Y capacitors, also referred to as Cy capacitors or Y capacitors, of the electric drive units 12, 13 remain discharged. These Y-capacitors therefore no longer contribute to the overall capacitance of the on-board electrical system 1 . As a result, Y-capacitors with large capacities can be installed without exceeding the permissible limit. As a result, safety limit values of the Y-capacitors or Y-capacitors of the vehicle 2 with regard to their energy content can be complied with and, in particular, EMC requirements (EMC=electromagnetic compatibility) of the vehicle 2 and in particular of the on-board electrical system 1 can be complied with. The effect of Y-capacitors in the area of electromagnetic compatibility, in particular radio interference suppression, is known to the person skilled in the art, so that no further separate explanations are required in this regard. In addition, reference is made to the relevant standards, such as Directive 2013/30/EU on electromagnetic compatibility, EM 61000 and others.

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 Bordnetz 1 angeschlossen sind, notwendig wären. Als problematisch hat sich unter anderem herausgestellt, wenn das Fahrzeug 2 mittels einer Wechselspannung von einer Wechselstromladestation geladen werden soll, d. h. mittels einer Wechselstromenergiequelle. In einem solchen Fall
erweist sich die fahrzeugseitig vorgesehene Gesamtkapazität an Y-Kondensatoren als hinderlich, weil diese Y-Kondensatoren auch einen Ableitstrom verursachen können, der ladestationsseitig zu einer Störungsauslösung führen kann und/oder insgesamt einen zulässigen Wert der Ableitströme bei elektrischen Anlagen überschreiten kann, wie dies beispielsweise in der Norm auch angegeben ist, so zum Beispiel in der Norm DIN EN 61800 oder dergleichen. Dieser Problematik kann dem Grunde nach nur durch Reduktion der Kapazitätswerte der im Fahrzeug 2 vorgesehenen Y-Kondensatoren gelöst werden, wobei jedoch zu beachten ist, dass dadurch der Aufwand der Filtereinheiten erheblich vergrößert sein kann.
For reasons of electrical safety, a stored in all Y-capacitors electrical energy does not exceed a specified maximum value. Such a value is, for example, 0.2 J. This regularly leads to a constructive design such that the capacitance values of the Y capacitors on the vehicle side are generally selected to be smaller than is required for proper electromagnetic compatibility, in particular with regard to the electrical Components that are connected to the electrical system 1 would be necessary. Among other things, it has proven to be problematic if the vehicle 2 is to be charged by means of an AC voltage from an AC charging station, ie by means of an AC energy source. In such a case
the total capacity of Y-capacitors provided on the vehicle proves to be a hindrance, because these Y-capacitors can also cause a leakage current, which can lead to a fault being triggered on the charging station side and/or can exceed a permissible value for the leakage currents in electrical systems overall, as is the case, for example, in the standard is also specified, for example in the standard DIN EN 61800 or the like. Basically, this problem can only be solved by reducing the capacitance values of the Y-capacitors provided in the vehicle 2, whereby it should be noted, however, that this can significantly increase the cost of the filter units.

Darüber hinaus ist es insbesondere beim Aufladen mittels einer Gleichspannung, d. h. mittels einer Gleichstromenergiequelle, 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 2, sowie einer elektrisch kontaktierten Ladestation beim Laden, 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 Anforderungen hinsichtlich des maximalen Energieinhalts in Bezug auf jeweiliges Hochvoltpotential besonders schwierig. Gerade bei Fahrzeugen 2 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.
In addition, it is necessary, particularly when charging by means of a DC voltage, ie by means of a DC energy source, that the energy content of all active Y capacitors does not exceed a predetermined total energy content. A maximum value of 0.2 J is currently provided for this, which should not be exceeded. Due to the large number of electrical components of the vehicle 2, as well as an electrically contacted charging station when charging, and the increasing performance, for example
high-voltage components, the total capacity of the existing Y-capacitors is increasing, which means that the energy content stored there also increases in accordance with the increasing total capacity. It should also be noted that the energy content of the Y-capacitors is particularly critical, particularly in the high-voltage range, especially since it should be noted that the electrical energy stored in the Y-capacitors is quadratically dependent on the electrical voltage of the Y-capacitors. This makes it particularly difficult to meet the requirements with regard to the maximum energy content in relation to the respective high-voltage potential, especially in the high-voltage area. Especially in the case of vehicles 2, it has proven to be problematic to meet both requirements with regard to electromagnetic compatibility and requirements with regard to electrical safety with regard to the energy of the Y capacitors at the same time.

Diese Probleme wird durch das hier beschriebene elektrische Bordnetz 1 behoben, denn durch dieses elektrische Bordnetz 1, insbesondere durch die verschiedenen Schaltungsmöglichkeiten, lassen sich verschiedene Betriebsmodi des Fahrzeugs 2 auf relevante Anforderung hin optimieren. Dies ermöglicht eine Auslegung der Y-Kondensatoren der einzelnen Funktionen unter Berücksichtigung jeweils einzunehmender Fahrzeugzustände.These problems are eliminated by the on-board electrical system 1 described here, because this on-board electrical system 1, in particular through the various switching options, allows various operating modes of the vehicle 2 to be optimized for relevant requirements. This enables the Y-capacitors of the individual functions to be designed taking into account the vehicle states to be assumed in each case.

6 zeigt die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 während eines Betriebszustands Laden an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, mit einer niedrigen Ladespannung, insbesondere mit der Hälfte der Batterienennspannung. Beispielsweise beträgt die Batterienennspannung 800 V und die Ladespannung 400 V. Hierfür sind die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 geschlossen, die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 geöffnet, die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschlusses 4 geschaltet, die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 geschlossen, die neunte Schalteinheit S9 in Richtung der Bypassleitung BL geschaltet und die zehnte Schalteinheit S10 geöffnet. Dadurch liegt zwischen den Potentialleitungen des zweiten Potentialleitungspaars L2 und somit auch zwischen den Potentialleitungen des fünften Potentialleitungspaars L5 die Ladespannung von beispielsweise 400 V und somit die halbe Batterienennspannung von beispielsweise 800 V vor, am Ausgang der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 liegt die halbe Batterienennspannung, also beispielsweise 400 V, vor zwischen dem das erste elektrische Potential P1 führenden Ausgang der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 und der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung des zweiten Potentialleitungspaars L2 liegt die Batterienennspannung von beispielsweise 800 V vor und zwischen den Potentialleitungen des ersten Potentialleitungspaars L1 liegt an den elektrischen Batteriepotentialkontakten die Batterienennspannung von beispielsweise 800 V vor. 6 shows the first embodiment of the on-board electrical system 1 during an operating state of charging at a direct current energy source, in particular a direct current charging station, with a low charging voltage, in particular with half the nominal battery voltage. For example, the nominal battery voltage is 800 V and the charging voltage is 400 V. For this purpose, the first and second switching units S1, S2 are closed, the third and fourth switching units S3, S4 are open, the fifth and sixth switching units S5, S6 are switched in the direction of the DC charging connection 4 on the vehicle side, the seventh and eighth switching unit S7, S8 closed, the ninth switching unit S9 switched in the direction of the bypass line BL and the tenth switching unit S10 opened. As a result, the charging voltage of 400 V, for example, and thus half the nominal battery voltage of 800 V, for example, is present between the potential lines of the second pair of potential lines L2 and thus also between the potential lines of the fifth pair of potential lines L5; V, the nominal battery voltage of 800 V, for example, is present between the output of the vehicle-side charging device 6 carrying the first electrical potential P1 and the potential line of the second potential line pair L2 carrying the second electrical potential P2, and between the potential lines of the first potential line pair L1 there is the electrical battery potential contacts the nominal battery voltage of 800 V, for example.

7 zeigt die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 während eines Betriebszustands Laden an einer Wechselstromenergiequelle. Hierfür sind die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 geöffnet, die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 geöffnet, die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des Leistungsfaktorkorrekturfilters 9 geschaltet, die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 geschlossen, die neunte Schalteinheit S9 in Richtung der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung des ersten Potentialleitungspaars L1 geschaltet und die zehnte Schalteinheit S10 geöffnet. 7 FIG. 1 shows the first embodiment of the on-board electrical system 1 during an operating state of charging at an AC energy source. For this purpose, the first and second switching unit S1, S2 are open, the third and fourth switching unit S3, S4 are open, the fifth and sixth switching unit S5, S6 are switched in the direction of the power factor correction filter 9, the seventh and eighth switching unit S7, S8 are closed, the ninth switching unit S9 in the direction of the potential line of the first potential line carrying the second electrical potential P2 tion pair L1 switched and opened the tenth switching unit S10.

Die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 können somit bei allen Ladevorgängen geöffnet bleiben. Dadurch wird ein reduzierter Energieverbrauch im insbesondere als Niedervoltbordnetz ausgebildeten weiteren elektrischen Bordnetz ermöglicht, da Controller, d. h. insbesondere Steuereinheiten der elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 nicht betrieben werden müssen. Dies ist besonders bei langen Ladevorgängen, wie beispielsweise beim Laden an einer Wechselstromenergiequelle, besonders vorteilhaft.The third and fourth switching unit S3, S4 can thus remain open during all charging processes. This enables reduced energy consumption in the additional on-board electrical system, which is designed in particular as a low-voltage on-board electrical system, since the controller, d. H. in particular control units of the electric drive units 12, 13 do not have to be operated. This is particularly advantageous for long charging operations, such as charging from an AC power source.

Im Folgenden werden anhand der 8 bis 11 Vorladevorgänge für verschiedene Betriebszustände der ersten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 und hierfür jeweils vorliegende Schaltstellungen der Schalteinheiten S1 bis S10 beschrieben. Der jeweilige Vorladevorgang wird insbesondere unmittelbar, also direkt zeitlich vor, dem Beginn des jeweiligen Betriebszustands durchgeführt. Er dient insbesondere einem Vorladen des insbesondere als Hochvoltbordnetz ausgebildeten elektrischen Bordnetzes 1 oder zumindest von Komponenten davon und/oder einem Vorladen mindestens eines Hochvoltzwischenkreises des elektrischen Bordnetzes 1 und/oder der jeweiligen Ladestation.The following are based on the 8th until 11 Pre-charging processes for various operating states of the first embodiment of the on-board electrical system 1 and the switching positions of the switching units S1 to S10 that are present for this are described. The respective pre-charging process is carried out in particular immediately, that is to say directly in time before the start of the respective operating state. It serves in particular to pre-charge the on-board electrical system 1 designed in particular as a high-voltage on-board electrical system or at least components thereof and/or to pre-charge at least one high-voltage intermediate circuit of the on-board electrical system 1 and/or the respective charging station.

8 zeigt die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 während eines Vorladens für den Betriebszustand Fahren. Mittels Vollstrichpfeilen VP ist ein dabei vorliegender Stromfluss dargestellt. Bei diesem Vorladevorgang für den Betriebszustand Fahren sind die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 geöffnet, die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 geöffnet, die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des Leistungsfaktorkorrekturfilters 9 geschaltet, die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 geöffnet, die neunte Schalteinheit S9 in Richtung der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung des ersten Potentialleitungspaars L1 oder, wie hier dargestellt, in Richtung der Bypassleitung BL geschaltet, und die zehnte Schalteinheit S10 ist geöffnet. Die Vorladung erfolgt hierbei über den zweiten Gleichspannungswandler 17, der als ein Niederspannungs-DC-DC-Wandler ausgeführt sein kann, so dass bei Erreichen der Batteriespannung die Schalteinheiten S7 und S8 geschalten werden können. Im Bereich der dritten und vierten Schalteinheit S3, S4 ist eine Vorladeschaltung 19 vorgesehen, um den Stromfluss zum Vorladen der elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 an der dritten und vierten Schalteinheit S3, S4 vorbei zu ermöglichen. Das Vorladen der elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 erfolgt hier somit mittels der insbesondere als Hochvoltbatterie ausgebildeten Batterie 3 und das Vorladen der elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 und der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 oder zumindest von einer oder mehreren ihrer Komponenten erfolgt mittels elektrischer Energie aus dem insbesondere als Niedervoltbordnetz ausgebildeten weiteren elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs 2, insbesondere mittels des zweiten Gleichspannungswandlers 17. 8th shows the first embodiment of the on-board electrical system 1 during pre-charging for the driving operating state. A current flow that is present in this case is shown by means of solid arrows VP. In this pre-charging process for the driving operating state, the first and second switching units S1, S2 are open, the third and fourth switching units S3, S4 are open, the fifth and sixth switching units S5, S6 are switched in the direction of the power factor correction filter 9, the seventh and eighth switching units S7, S8 is open, the ninth switching unit S9 is switched in the direction of the potential line of the first potential line pair L1 carrying the second electrical potential P2 or, as shown here, in the direction of the bypass line BL, and the tenth switching unit S10 is open. In this case, the pre-charging takes place via the second direct-current converter 17, which can be designed as a low-voltage DC-DC converter, so that the switching units S7 and S8 can be switched when the battery voltage is reached. A pre-charging circuit 19 is provided in the area of the third and fourth switching unit S3, S4 in order to allow the flow of current for pre-charging the electric drive units 12, 13 past the third and fourth switching unit S3, S4. The precharging of the electric drive units 12, 13 is therefore carried out here by means of the battery 3, in particular designed as a high-voltage battery, and the precharging of the electrical auxiliary consumers 14, 15 and the vehicle-side charging device 6 or at least one or more of their components is carried out by means of electrical energy from the low-voltage vehicle electrical system in particular trained further electrical system of the vehicle 2, in particular by means of the second DC voltage converter 17.

9 zeigt die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 während eines Vorladens für den Betriebszustand Laden an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere einer Gleichstromladestation, mit einer hohen Ladespannung, insbesondere mit einer der Nennspannung der Batterie 3 entsprechenden Ladespannung von beispielsweise 800 V. Mittels Vollstrichpfeilen VP ist der dabei vorliegende Stromfluss dargestellt. Bei diesem Vorladevorgang sind die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 geöffnet, die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 geöffnet, die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des Leistungsfaktorkorrekturfilters 9 geschaltet, die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 geöffnet, die neunte Schalteinheit S9 in Richtung der Bypassleitung BL geschaltet und die zehnte Schalteinheit S10 geöffnet. Das Vorladen der elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 und der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 oder zumindest von einer oder mehreren ihrer Komponenten erfolgt hier mittels elektrischer Energie aus dem insbesondere als Niedervoltbordnetz ausgebildeten weiteren elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs 2, insbesondere mittels des zweiten Gleichspannungswandlers 17. Erreicht das Nebenaggregatebordnetz das Batteriespannungsniveau, werden die Schütze S7 und S8 geschlossen.
Hierbei lädt die Ladesäule den Leitungssatz von der Ladesäule bis zur ersten und zweiten Schalteinheit S1, S2 auf. Ist das Batteriespannungsniveau erreicht, werden die Schalteinheiten S1, S2 und S10 geschlossen.
9 shows the first embodiment of the on-board electrical system 1 during pre-charging for the charging operating state at a direct current energy source, in particular a direct current charging station, with a high charging voltage, in particular with a charging voltage of 800 V, for example, corresponding to the nominal voltage of the battery 3. The present one is indicated by solid arrows VP Current flow shown. During this precharging process, the first and second switching units S1, S2 are open, the third and fourth switching units S3, S4 are open, the fifth and sixth switching units S5, S6 are switched in the direction of the power factor correction filter 9, the seventh and eighth switching units S7, S8 are open, the ninth switching unit S9 is switched in the direction of the bypass line BL and the tenth switching unit S10 is opened. The pre-charging of the electrical auxiliary consumers 14, 15 and the on-board charging device 6 or at least one or more of their components is carried out here by means of electrical energy from the additional on-board electrical system of the vehicle 2, which is designed in particular as a low-voltage on-board electrical system, in particular by means of the second DC-DC converter 17 battery voltage level, contactors S7 and S8 are closed.
In this case, the charging station charges the wiring harness from the charging station to the first and second switching unit S1, S2. If the battery voltage level is reached, the switching units S1, S2 and S10 are closed.

10 zeigt die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 bei Verwendung des in 2 dargestellten als Gleichspannungswandler mit Kurzschlussfunktion ausgebildeten ersten Gleichspannungswandlers 5 während eines Vorladens für den Betriebszustand Laden an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, mit einer niedrigen Ladespannung, insbesondere mit der Hälfte der Batterienennspannung. Beispielsweise beträgt die Batterienennspannung 800 V und die Ladespannung 400 V. Mittels Vollstrichpfeilen VP und gestrichelten Pfeilen GP ist der dabei vorliegende Stromfluss dargestellt. 10 shows the first embodiment of the on-board electrical system 1 when using the in 2 shown as a DC-DC converter with short-circuit function designed first DC-DC converter 5 during a pre-charging for the charging operating state at a DC energy source, in particular DC charging station, with a low charging voltage, in particular with half the nominal battery voltage. For example, the nominal battery voltage is 800 V and the charging voltage is 400 V. The current flow that is present is shown by means of solid arrows VP and dashed arrows GP.

Das Vorladen erfolgt hier mittels Kurzschließen der Sekundärseite des isolierten ersten Gleichspannungswandlers 5. Im Folgenden wird ein Ablauf beschrieben, um am Mittelabgriff des On-Board-Loaders eine Bulk-Kapazität 20 auf einen vorgegebenen Wert von beispielsweise 400 V vorzuladen. Der vorgegebene Wert entspricht dabei insbesondere der Ladespannung der Gleichstromladestation.The pre-charging is done here by short-circuiting the secondary side of the isolated first DC-DC converter 5. The following describes a procedure for setting a bulk capacitance 20 to a predetermined value at the center tap of the on-board loader Preload value of 400 V, for example. The specified value corresponds in particular to the charging voltage of the DC charging station.

Die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 sind zunächst geöffnet.
Die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 sind geöffnet und bleiben geöffnet.
Die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 sind in Richtung des fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschlusses 4 geschaltet und bleiben so geschaltet.
Die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 sind zunächst geöffnet.
Die zehnte Schalteinheit S10 ist geöffnet und bleibt geöffnet.
Die neunte Schalteinheit S9 am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers 5 wird in Richtung der Bypassleitung BL geschaltet.
Die fahrzeugseitige Ladevorrichtung 6 schaltet die Sekundärseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 zum Kurzschluss.
Insbesondere mittels elektrischer Energie aus dem insbesondere als Niedervoltbordnetz ausgebildeten weiteren elektrischen Bordnetz boostet der zweite Gleichspannungswandler 17 die Bulk-Kapazität 20 auf den vorgegebenen Wert von beispielsweise 400 V, d. h. lädt die Bulk-Kapazität 20 auf den vorgegebenen Wert von beispielsweise 400 V vor. Über die Freilaufdiode der achten Schalteinheit S8 wird, wie dargestellt, der erste Kondensator C1 an der Primärseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 geladen.
Der Kurzschluss in der Sekundärseite der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, insbesondere des ersten Gleichspannungswandlers 5, wird wieder geöffnet. Insbesondere mittels elektrischer Energie aus dem insbesondere als Niedervoltbordnetz ausgebildeten weiteren elektrischen Bordnetz lädt der zweite Gleichspannungswandler 17 die elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 auf die Batterienennspannung von beispielsweise 800 V vor.
Die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 werden geschlossen.
Die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 werden geschlossen und der Ladevorgang kann gestartet werden.
The first and second switching unit S1, S2 are initially open.
The third and fourth switching units S3, S4 are open and remain open.
The fifth and sixth switching units S5, S6 are switched in the direction of the DC charging connection 4 on the vehicle and remain switched in this way.
The seventh and eighth switching unit S7, S8 are initially open.
The tenth switching unit S10 is open and remains open.
The ninth switching unit S9 at the output of the first DC-DC converter 5 is switched in the direction of the bypass line BL.
The on-board charging device 6 short-circuits the secondary side of the first DC-DC converter 5 .
The second DC-DC converter 17 boosts the bulk capacitance 20 to the specified value of 400 V, for example, using electrical energy from the additional on-board electrical system designed in particular as a low-voltage vehicle electrical system, ie pre-charges the bulk capacitance 20 to the specified value of 400 V, for example. As shown, the first capacitor C1 on the primary side of the first DC voltage converter 5 is charged via the freewheeling diode of the eighth switching unit S8.
The short circuit in the secondary side of the on-board charging device 6, in particular the first DC-DC converter 5, is opened again. The second DC-DC converter 17 charges the auxiliary electrical consumers 14, 15 to the nominal battery voltage of, for example, 800 V, in particular by means of electrical energy from the additional on-board electrical system, which is designed in particular as a low-voltage vehicle electrical system.
The seventh and eighth switching unit S7, S8 are closed.
The first and second switching unit S1, S2 are closed and the charging process can be started.

11 zeigt die Alternative zu 10, d. h. die erste Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 bei Verwendung des in 3 dargestellten als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgebildeten ersten Gleichspannungswandlers 5 während des Vorladens für den Betriebszustand Laden an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, mit einer niedrigen Ladespannung, insbesondere mit der Hälfte der Batterienennspannung. Beispielsweise beträgt die Batterienennspannung 800 V und die Ladespannung 400 V. Mittels Vollstrichpfeilen VP und gestrichelten Pfeilen GP ist der dabei vorliegende Stromfluss dargestellt. 11 shows the alternative to 10, i.e . H. the first embodiment of the on-board electrical system 1 when using the in 3 shown as a bidirectional DC-DC converter designed first DC-DC converter 5 during pre-charging for the charging operating state at a DC energy source, in particular DC charging station, with a low charging voltage, in particular with half the nominal battery voltage. For example, the nominal battery voltage is 800 V and the charging voltage is 400 V. The current flow that is present is shown by means of solid arrows VP and dashed arrows GP.

Das Vorladen erfolgt hier mittels des als bidirektionaler isolierter Gleichspannungswandler ausgebildeten ersten Gleichspannungswandlers 5. Im Folgenden wird ein Ablauf beschrieben, um an der Gleichstromladestation die Bulk-Kapazität 20 auf einen vorgegebenen Wert von beispielsweise 400 V vorzuladen. Der vorgegebene Wert entspricht dabei insbesondere der Ladespannung der Gleichstromladestation.The pre-charging takes place here by means of the first DC-DC converter 5 designed as a bidirectional, isolated DC-DC converter. A sequence is described below for pre-charging the bulk capacitance 20 to a predetermined value of 400 V, for example, at the DC-charging station. The specified value corresponds in particular to the charging voltage of the DC charging station.

Die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 sind zunächst geöffnet.
Die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 sind geöffnet und bleiben geöffnet.
Die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 sind in Richtung des fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschlusses 4 geschaltet und bleiben so geschaltet.
Die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 sind zunächst geöffnet.
Die zehnte Schalteinheit S10 ist geöffnet und bleibt geöffnet.
Die neunte Schalteinheit S9 am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers 5 wird in Richtung der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung des ersten Potentialleitungspaars L1 geschaltet.
Insbesondere mittels elektrischer Energie aus dem insbesondere als Niedervoltbordnetz ausgebildeten weiteren elektrischen Bordnetz boostet der zweite Gleichspannungswandler 17 die Bulk-Kapazität 20 auf den vorgegebenen Wert von beispielsweise 400 V, d. h. lädt die Bulk-Kapazität 20 auf den vorgegebenen Wert von beispielsweise 400 V vor.
Der als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgebildeten erste Gleichspannungswandler 5 der fahrzeugseitigen Ladeeinheit 6 lädt die Primärseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 und die EMV-Filter 7, 8 vor.
Die neunte Schalteinheit S9 am Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers 5 wird in Richtung der Bypassleitung BL geschaltet. Dadurch werden die oben bereits erwähnten Cy-Kapazitäten umgeladen.
Insbesondere mittels elektrischer Energie aus dem insbesondere als Niedervoltbordnetz ausgebildeten weiteren elektrischen Bordnetz lädt der zweite Gleichspannungswandler 17 die elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 auf die Batterienennspannung von beispielsweise 800 V vor.
Die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 werden geschlossen.
The first and second switching unit S1, S2 are initially open.
The third and fourth switching units S3, S4 are open and remain open.
The fifth and sixth switching units S5, S6 are switched in the direction of the DC charging connection 4 on the vehicle and remain switched in this way.
The seventh and eighth switching unit S7, S8 are initially open.
The tenth switching unit S10 is open and remains open.
The ninth switching unit S9 at the output of the first DC voltage converter 5 is switched in the direction of the potential line of the first potential line pair L1 carrying the second electrical potential P2.
The second DC-DC converter 17 boosts the bulk capacitance 20 to the specified value of 400 V, for example, using electrical energy from the additional on-board electrical system designed in particular as a low-voltage vehicle electrical system, ie pre-charges the bulk capacitance 20 to the specified value of 400 V, for example.
The first DC-DC converter 5 of the on-board charging unit 6, designed as a bidirectional DC-DC converter, pre-charges the primary side of the first DC-DC converter 5 and the EMC filters 7, 8.
The ninth switching unit S9 at the output of the first DC-DC converter 5 is switched in the direction of the bypass line BL. As a result, the Cy capacitances already mentioned above are recharged.
The second DC-DC converter 17 charges the auxiliary electrical consumers 14, 15 to the nominal battery voltage of, for example, 800 V, in particular by means of electrical energy from the additional on-board electrical system, which is designed in particular as a low-voltage vehicle electrical system.
The seventh and eighth switching unit S7, S8 are closed.

Die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 werden geschlossen und der Ladevorgang kann gestartet werden.The first and second switching unit S1, S2 are closed and the charging process can be started.

Das elektrische Bordnetz 1, insbesondere Hochvoltbordnetz, der beschriebenen Lösung weist somit vorteilhafterweise eine integrierte Ladeabwärtskompatibilität auf, wobei der erste Gleichspannungswandler 5 vorteilhafterweise bidirektional ausgeführt ist. Die beschriebene Lösung ermöglicht somit das Laden eines Fahrzeugs 2, insbesondere der Batterie 3 des Fahrzeugs 2, welche eine hohe Batterienennspannung von beispielsweise 800 V aufweist, an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, mit einer niedrigen Ladespannung, insbesondere mit der Hälfte der Batterienennspannung, beispielsweise 400 V. Dies erfolgt vorteilhafterweise mittels der ohnehin vorhandenen fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, welche bisher nur für das Wechselstromladen vorgesehen war und nun vorteilhafterweise um eine Ladepumpenfunktion erweitert ist. Dabei fließt die Hälfte der Ladeleistung direkt von der Gleichstromladestation in die Batterie 3. Die Gleichstromladestation stellt dabei genau die Hälfte der benötigten Ladespannung der Batterie 3 bereit.The on-board electrical system 1, in particular the high-voltage on-board electrical system, of the solution described therefore advantageously has integrated downward charging compatibility, with the first DC voltage converter 5 advantageously being bidirectional is led. The solution described thus makes it possible to charge a vehicle 2, in particular the battery 3 of the vehicle 2, which has a high nominal battery voltage of 800 V, for example, at a direct current energy source, in particular a direct current charging station, with a low charging voltage, in particular with half the nominal battery voltage, for example 400 V. This is advantageously done by means of the charging device 6 on the vehicle that is present anyway, which was previously only provided for AC charging and is now advantageously expanded to include a charging pump function. In this case, half of the charging power flows directly from the DC charging station into the battery 3. The DC charging station provides exactly half of the required charging voltage of the battery 3.

Der restliche Teil der Ladeleistung wird über den ersten Gleichspannungswandler 5 der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 der Batterie 3 zugeführt. Die maximale Ladeleistung ist somit doppelt so hoch wie die Leistung des ersten Gleichspannungswandlers 5 in der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6.The remaining part of the charging power is supplied to the charging device 6 of the battery 3 on the vehicle side via the first DC voltage converter 5 . The maximum charging power is therefore twice as high as the power of the first DC-DC converter 5 in the on-board charging device 6.

Der erste Gleichspannungswandler 5 in der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 wandelt die Spannung mit dem Faktor 1, d. h. eine Eingangsspannung entspricht einer Ausgangsspannung, durch eine galvanische Trennung auf ein höheres Potentialniveau, so dass sich in Summe die Batterienennspannung ergibt.The first DC-DC converter 5 in the on-board charging device 6 converts the voltage by a factor of 1, i. H. an input voltage corresponds to an output voltage due to galvanic isolation to a higher potential level, so that the total is the nominal battery voltage.

Der Spannungsteiler wird vorteilhafterweise mit Kapazitäten, d. h. mit Kondensatoren C1, C2, realisiert, die als Teil der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 bereits vorhanden sind und nur neu ausgelegt werden. Der zweite Kondensator C2 ist beispielsweise ein Bestandteil des ersten EMV-Filters 7 und speichert die Energie der „oberen Spannungshälfte“. Der erste Kondensator C1 ist beispielweise ein Bestandteil eines Eingangszwischenkreises des ersten Gleichspannungswandlers 5 und speichert die „untere Hälfte“ des Spannungsniveaus der Batterienennspannung von beispielsweise 800 V.The voltage divider is advantageously connected to capacitances, i. H. realized with capacitors C1, C2, which are already present as part of the on-board charging device 6 and are only newly designed. The second capacitor C2 is, for example, part of the first EMC filter 7 and stores the energy of the “upper half of the voltage”. The first capacitor C1 is, for example, part of an input intermediate circuit of the first DC-DC converter 5 and stores the "lower half" of the voltage level of the nominal battery voltage of 800 V, for example.

Sind die Kapazitäten der beiden Kondensatoren C1, C2 gleich groß ausgelegt, liegt die Spannung der Gleichstromladestation bei diesem Gleichstromladevorgang genau bei halber Batterienennspannung. Außerdem fließt die Hälfte der Ladeleistung über den ersten Gleichspannungswandler 5. Somit kann die Ladeleistung doppelt so groß sein wie die Komponentenleistung des ersten Gleichspannungswandlers 5.If the capacitances of the two capacitors C1, C2 are designed to be the same, the voltage of the direct-current charging station is exactly half the nominal battery voltage during this direct-current charging process. In addition, half of the charging power flows via the first DC-DC converter 5. The charging power can therefore be twice the component power of the first DC-DC converter 5.

Je nach Spannungslage der Batterie 3 und der Ladestation kann die Ladeleistung bei gleichem ersten Gleichspannungswandler 5 weiter erhöht werden, indem die Kapazität des ersten Kondensators C1 größer ausgelegt wird als die Kapazität des zweiten Kondensators C2.Depending on the voltage level of the battery 3 and the charging station, the charging power can be further increased with the same first DC-DC converter 5 by designing the capacitance of the first capacitor C1 to be larger than the capacitance of the second capacitor C2.

Im Vergleich zu anderen Lösungen kann eine Anzahl zusätzlich benötigter Bauteile reduziert werden. Dies gelingt durch eine optimierte Integration in das elektrische Bordnetz 1.Compared to other solutions, a number of additionally required components can be reduced. This is achieved through optimized integration into the on-board electrical system 1.

Durch die beschriebene Lösung kann das Laden des Fahrzeugs 2, insbesondere der Batterie 3 des Fahrzeugs 2, an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, mit einer niedrigen Ladespannung, insbesondere mit der Hälfte der Batterienennspannung, wobei beispielsweise die Batterienennspannung 800 V und die Ladespannung 400 V beträgt, mit sehr geringem zusätzlichen Bauraumbedarf realisiert werden.The solution described enables the vehicle 2, in particular the battery 3 of the vehicle 2, to be charged at a direct current energy source, in particular a direct current charging station, with a low charging voltage, in particular with half the nominal battery voltage, with the nominal battery voltage being 800 V and the charging voltage being 400 V, for example , can be realized with very little additional installation space.

Die beschriebene Lösung verwendet vorteilhafterweise schon vorhandene Cx-Kapazitäten der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, insbesondere für den ersten Kondensator C1 und/oder für den zweiten Kondensator C2, die beispielsweise lediglich neu ausgelegt werden.The solution described advantageously uses already existing Cx capacitances of the charging device 6 on the vehicle side, in particular for the first capacitor C1 and/or for the second capacitor C2, which, for example, are merely redesigned.

Die beschriebene Lösung ermöglicht insbesondere eine Reduktion der Cy-Kapazitäten während des Gleichstromladens des Fahrzeugs 2, insbesondere der Batterie 3 des Fahrzeugs 2, mit einer hohen Ladespannung von beispielsweise 800 V, die insbesondere der Batterienennspannung entspricht, da vorteilhafterweise insbesondere die elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 und somit deren Cy-Kapazitäten während dieses Gleichstromladens abgeschaltet sind.The solution described enables, in particular, a reduction in the Cy capacities during DC charging of the vehicle 2, in particular the battery 3 of the vehicle 2, with a high charging voltage of, for example, 800 V, which corresponds in particular to the nominal battery voltage, since advantageously, in particular, the electric drive units 12, 13 and thus their Cy capacitances are switched off during this DC charging.

Durch die vorteilhafte bidirektionale Ausführung des ersten Gleichspannungswandlers 5 gemäß 3 können eine einfache Vorladung, ein bidirektionales Wechselstromladen mit einer Wechselspannung an einer Wechselstromenergiequelle, insbesondere Wechselstromladestation, und ein bidirektionales Gleichstromladen an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, mit einer niedrigen Ladespannung, insbesondere mit der Hälfte der Batterienennspannung, wobei beispielsweise die Batterienennspannung 800 V und die Ladespannung 400 V beträgt, realisiert werden.Due to the advantageous bidirectional design of the first DC-DC converter 5 according to 3 A simple pre-charge, bidirectional AC charging with an AC voltage at an AC energy source, in particular AC charging station, and bidirectional DC charging at a DC energy source, in particular DC charging station, with a low charging voltage, in particular with half the nominal battery voltage, for example with the nominal battery voltage being 800 V and the charging voltage 400 V can be realized.

Im Folgenden wird die Anordnung der zehn Schalteinheiten S1 bis S10 in der zweiten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß 12 beschrieben.The arrangement of the ten switching units S1 to S10 in the second specific embodiment of the on-board electrical system 1 is explained below 12 described.

In dieser zweiten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß 12 ist ein erstes Potentialleitungspaar L1 als Verbindung der verschiedenen Komponenten des elektrischen Bordnetzes 1 vorgesehen. Es erstreckt sich von den elektrischen Nebenverbrauchern 14, 15, insbesondere von deren Verteileinheit 16, bis zur fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, genauer gesagt bis zwischen deren erste und zweite Stufe, wobei die erste Stufe hier das Leistungsfaktorkorrekturfilter 9 und die zweite Stufe den ersten Gleichspannungswandler 5 umfasst.In this second embodiment of the electrical system 1 according to 12 A first pair of potential lines L1 is provided as a connection between the various components of the vehicle electrical system 1 . It extends from the electr technical auxiliary consumers 14, 15, in particular from their distribution unit 16, to the on-board charging device 6, more precisely to between its first and second stage, the first stage here comprising the power factor correction filter 9 and the second stage comprising the first DC-DC converter 5.

Von diesem ersten Potentialleitungspaar L1 zweigt ein zweites Potentialleitungspaar L2 zur Batterie 3 ab. Ein drittes Potentialleitungspaar L3 zweigt vom ersten Potentialleitungspaar L1 zum fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 ab. Ein viertes Potentialleitungspaar L4 zweigt vom ersten Potentialleitungspaar L1 zur Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5, insbesondere zur Ausgangsseite der diesen ersten Gleichspannungswandler 5 umfassenden fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, ab, wobei hier nach diesem Abzweig in Richtung der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 und noch vor der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, d. h. außerhalb der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, das erste EMV-Filter 7 angeordnet ist. Ein fünftes Potentialleitungspaar L5 zweigt vom ersten Potentialleitungspaar L1 zu den elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 ab.A second potential line pair L2 to the battery 3 branches off from this first potential line pair L1. A third potential line pair L3 branches off from the first potential line pair L1 to the DC charging connection 4 on the vehicle side. A fourth potential line pair L4 branches off from the first potential line pair L1 to the output side of the first DC-DC converter 5, in particular to the output side of the on-board charging device 6 comprising this first DC-DC converter 5, with here after this branch in the direction of the on-board charging device 6 and before the on-board charging device 6, i.e. H. outside of the on-board charging device 6, the first EMC filter 7 is arranged. A fifth potential line pair L5 branches off from the first potential line pair L1 to the electric drive units 12, 13.

Vom vierten Potentialleitungspaar L4 zweigt, im dargestellten Beispiel nach dem ersten EMV-Filter 7, d. h. zwischen diesem und der Ausgangsseite der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, ein sechstes Potentialleitungspaar L6 zum zweiten Gleichspannungswandler 17 und somit zum Bordnetzanschluss 18 für das insbesondere als Niedervoltbordnetz ausgebildete weitere elektrische Bordnetz ab.From the fourth potential line pair L4 branches, in the example shown after the first EMC filter 7, i. H. between this and the output side of the on-board charging device 6, a sixth potential line pair L6 to the second DC-DC converter 17 and thus to the on-board power supply connection 18 for the further electrical on-board power supply designed in particular as a low-voltage on-board power supply.

Die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 sind im ersten Potentialleitungspaar L1 zwischen dem Abzweig des zweiten Potentialleitungspaars L2 zur Batterie 3 und dem Abzweig des dritten Potentialleitungspaars L3 zum fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 angeordnet. Dabei sind die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 beispielsweise gemeinsam als eine zweipolige kombinierte Schalt- und Sicherungsvorrichtung ausgebildet.The first and second switching units S1, S2 are arranged in the first pair of potential lines L1 between the branch of the second pair of potential lines L2 to the battery 3 and the branch of the third pair of potential lines L3 to the DC charging connection 4 on the vehicle. In this case, the first and second switching units S1, S2 are designed together, for example, as a two-pole combined switching and safety device.

Die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 sind im ersten Potentialleitungspaar L1 zwischen dem Abzweig des zweiten Potentialleitungspaars L2 zur Batterie 3 und dem Abzweig des fünften Potentialleitungspaars L5 zu den elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 angeordnet. Auch die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 sind beispielsweise gemeinsam als eine zweipolige kombinierte Schalt- und Sicherungsvorrichtung ausgebildet.The third and fourth switching units S3, S4 are arranged in the first potential line pair L1 between the branch of the second potential line pair L2 to the battery 3 and the branch of the fifth potential line pair L5 to the electric drive units 12, 13. The third and fourth switching units S3, S4 are also designed together, for example, as a two-pole combined switching and safety device.

Die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 sind jeweils als Wechselschalter ausgebildet. Sie sind in jeweils einer zum jeweiligen elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 führenden Potentialleitung angeordnet, insbesondere noch vor dem ersten Kondensator C1, d. h. der erste Kondensator C1 ist zwischen der fünften bzw. sechsten Schalteinheit S5, S6 und dem jeweiligen elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 zwischen diesen beiden Potentialleitungen angeordnet. Über die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 ist, je nach Schaltstellung dieser als Wechselschalter ausgebildeten Schalteinheiten S5, S6, der fahrzeugseitige Gleichstromladeanschluss 4 oder der fahrzeugseitige Wechselstromladeanschluss 11 mit der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5 elektrisch koppelbar. Die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 weisen hierfür jeweils einen mit einer zum fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 führenden Potentialleitung elektrisch gekoppelte Schaltkontakt und einen mit einer zum fahrzeugseitigen Wechselstromladeanschluss 11 führenden Potentialleitung elektrisch gekoppelte Schaltkontakt auf, zwischen denen mittels der jeweiligen als Wechselschalter ausgebildeten fünften und sechsten Schalteinheit S5, S6 umgeschaltet werden kann. Die mit der zum fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 führenden Potentialleitung elektrisch gekoppelten Schaltkontakte sind im dargestellten Beispiel mit den Potentialleitungen des ersten Potentialleitungspaars L1 gekoppelt, d. h. sie bilden deren Ende in Richtung der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5.The fifth and sixth switching units S5, S6 are each designed as changeover switches. They are each arranged in a potential line leading to the respective electrical potential contact on the input side of the first DC voltage converter 5, in particular before the first capacitor C1, i. H. the first capacitor C1 is arranged between the fifth or sixth switching unit S5, S6 and the respective electrical potential contact on the input side of the first DC voltage converter 5 between these two potential lines. Depending on the switching position of these switching units S5, S6 designed as changeover switches, the vehicle-side DC charging connection 4 or the vehicle-side AC charging connection 11 can be electrically coupled to the input side of the first DC-DC converter 5 via the fifth and sixth switching unit S5, S6. For this purpose, the fifth and sixth switching units S5, S6 each have a switching contact electrically coupled to a potential line leading to the vehicle-side DC charging connection 4 and a switching contact electrically coupled to a potential line leading to the vehicle-side AC charging connection 11, between which by means of the respective fifth and sixth switching unit designed as a changeover switch S5, S6 can be switched. In the example shown, the switching contacts electrically coupled to the potential line leading to the DC charging connection 4 on the vehicle side are coupled to the potential lines of the first potential line pair L1; H. they form the end in the direction of the input side of the first DC-DC converter 5.

Die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 sind insbesondere in der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 angeordnet. Wie bereits erwähnt, bildet im dargestellten Beispiel gemäß 12 das Leistungsfaktorkorrekturfilter 9 die erste Stufe und der erste Gleichspannungswandler 5 die zweite Stufe der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6. Die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 sind dann zwischen der ersten und zweiten Stufe der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 angeordnet. Mittels der als Wechselschalter ausgebildeten fünften und sechsten Schalteinheit S5, S6 ist dann, je nach Schaltstellung, entweder die erste Stufe der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, insbesondere deren Leistungsfaktorkorrekturfilter 9, mit der zweiten Stufe der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 elektrisch koppelbar, wenn die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des Leistungsfaktorkorrekturfilters 9 geschaltet sind, oder der fahrzeugseitige Gleichstromladeanschluss 4 ist mit der zweiten Stufe der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 elektrisch koppelbar, wenn die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschlusses 4 geschaltet sind.The fifth and sixth switching unit S5, S6 are arranged in particular in the charging device 6 on the vehicle. As already mentioned, in the example shown, according to 12 the power factor correction filter 9 is the first stage and the first DC/DC converter 5 is the second stage of the on-vehicle charging device 6. The fifth and sixth switching units S5, S6 are then arranged between the first and second stages of the on-vehicle charging device 6. By means of the fifth and sixth switching unit S5, S6 designed as a changeover switch, depending on the switching position, either the first stage of the on-board charging device 6, in particular its power factor correction filter 9, can be electrically coupled to the second stage of the on-board charging device 6 if the fifth and sixth switching unit S5, S6 are switched in the direction of the power factor correction filter 9, or the vehicle-side DC charging port 4 can be electrically coupled to the second stage of the vehicle-side charging device 6 when the fifth and sixth switching units S5, S6 are switched in the direction of the vehicle-side DC charging port 4.

Die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 sind im ersten Potentialleitungspaar L1 zwischen dem Abzweig des dritten Potentialleitungspaars L3 zum fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 und der fünften und sechsten Schalteinheit S5, S6 angeordnet. Sie benötigen nur eine geringe Stromtragfähigkeit.The seventh and eighth switching units S7, S8 are in the first potential line pair L1 between the branch of the third potential line pair L3 arranged to the vehicle-side direct current charging connection 4 and the fifth and sixth switching unit S5, S6. You only need a low current carrying capacity.

Die neunte Schalteinheit S9 ist als ein Wechselschalter ausgebildet. Sie ist am das zweite elektrische Potential P2 führenden Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers 5, in der Ausführungsform gemäß 12 noch vor dem zweiten Kondensator C2, angeordnet. Je nach Schaltstellung wird diese neunte Schalteinheit S9 entweder auf einen Anschluss des zweiten Kondensators C2 geschaltet, welcher mit seinem anderen Anschluss mit dem das erste elektrische Potential P1 führenden anderen Ausgang des ersten Gleichspannungswandlers 5 verbunden ist, oder mit der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung des vierten Potentialleitungspaars L4 verbunden.The ninth switching unit S9 is designed as a changeover switch. In the embodiment according to FIG 12 before the second capacitor C2. Depending on the switching position, this ninth switching unit S9 is either switched to one terminal of the second capacitor C2, which is connected with its other terminal to the other output of the first DC-DC converter 5 carrying the first electrical potential P1, or to the potential line carrying the second electrical potential P2 of the fourth potential line pair L4.

Diese das zweite elektrische Potential P2 führende Potentialleitung des vierten Potentialleitungspaars L4 ist zudem mit der das zweite elektrische Potential P2 führenden Potentialleitung des ersten Potentialleitungspaars L1 verbunden.This potential line of the fourth potential line pair L4, which carries the second electrical potential P2, is also connected to the potential line of the first potential line pair L1, which carries the second electrical potential P2.

Wenn die neunte Schalteinheit S9 auf den Anschluss des zweiten Kondensators C2 geschaltet ist, ist zudem dieser zweite Kondensator C2 über diese neunte Schalteinheit S9 und die fünfte Schalteinheit S5, bei entsprechender Schaltstellung dieser fünften Schalteinheit S5, mit dem das erste Potential P1 führenden Eingang des ersten Gleichspannungswandlers 5 verbunden.If the ninth switching unit S9 is switched to the connection of the second capacitor C2, this second capacitor C2 is also connected via this ninth switching unit S9 and the fifth switching unit S5, with the corresponding switching position of this fifth switching unit S5, to the input of the first one carrying the first potential P1 DC converter 5 connected.

Die zehnte Schalteinheit S10 ist in einer der Potentialleitungen, im dargestellten Beispiel in der das erste Potential führenden Potentialleitung, des ersten Potentialleitungspaars L1 angeordnet, im dargestellten Beispiel zwischen dem Abzweig des vierten Potentialleitungspaars L4 und den elektrischen Nebenverbrauchern 14, 15, insbesondere deren Verteileinheit 16. Diese zehnte Schalteinheit S10 ist beispielsweise als eine bidirektionale Halbleitersicherung ausgebildet, insbesondere mit einer Freilaufdiode, oder beispielsweise als ein Schütz oder als ein Schütz mit einer Sicherung ausgebildet.The tenth switching unit S10 is arranged in one of the potential lines, in the example shown in the potential line carrying the first potential, of the first pair of potential lines L1, in the example shown between the branch of the fourth pair of potential lines L4 and the electrical auxiliary consumers 14, 15, in particular their distribution unit 16. This tenth switching unit S10 is designed, for example, as a bidirectional semiconductor fuse, in particular with a freewheeling diode, or, for example, as a contactor or as a contactor with a fuse.

Das elektrische Bordnetz 1 weist in der dargestellten zweiten Ausführungsform gemäß 12 zudem eine Sicherung Si1 auf. Diese Sicherung Si1 ist in einer der Potentialleitungen, hier in der das erste Potential P1 führenden Potentialleitung, des ersten Potentialleitungspaars L1, im dargestellten Beispiel zwischen der siebten und achten Schalteinheit S7, S8 und dem zweiten EMV-Filter 8 angeordnet.The on-board electrical system 1 has in the illustrated second embodiment according to 12 also a fuse Si1. This fuse Si1 is arranged in one of the potential lines, here in the potential line carrying the first potential P1, of the first potential line pair L1, in the example shown between the seventh and eighth switching units S7, S8 and the second EMC filter 8.

Diese zweite Ausführungsform vereinfacht die Batterieabsicherung, da keine zusätzliche Absicherung für den Betrieb der elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 benötigt wird.This second embodiment simplifies battery protection, since no additional protection is required for the operation of the secondary electrical consumers 14, 15.

Des Weiteren kann bei dieser zweiten Ausführungsform die zehnte Schalteinheit S10 der ersten Ausführungsform, welche dort zusätzlich in einer der Potentialleitungen zwischen dem fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss 4 und der Batterie 3 vorgesehen ist, entfallen.Furthermore, in this second embodiment, the tenth switching unit S10 of the first embodiment, which is additionally provided there in one of the potential lines between the vehicle-side DC charging connection 4 and the battery 3, can be omitted.

Bei dieser zweiten Ausführungsform wird des Weiteren nicht ein Kondensator des ersten EMV-Filters 7 als zweiter Kondensator C2 verwendet, sondern es ist ein zusätzlicher Kondensator als zweiter Kondensator C2 an der Ausgangsseite der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6, insbesondere an der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers 5, vorgesehen, um den Spannungsteiler zwischen dem ersten Kondensator C1, der insbesondere eine Zwischenkreiskapazität ist, und dem zweiten Kondensator C2 herzustellen.Furthermore, in this second embodiment, a capacitor of the first EMC filter 7 is not used as the second capacitor C2, but rather an additional capacitor is provided as the second capacitor C2 on the output side of the on-board charging device 6, in particular on the output side of the first DC-DC converter 5 to produce the voltage divider between the first capacitor C1, which is in particular an intermediate circuit capacitance, and the second capacitor C2.

Bei dieser zweiten Ausführungsform können durch den ersten Gleichspannungswandler 5 der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 die elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 während des Ladevorgangs an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, mit einer hohen Ladespannung, insbesondere mit einer der Nennspannung der Batterie 3 entsprechenden Ladespannung von beispielsweise 800 V, galvanisch getrennt von der Gleichstromladestation betrieben werden. Dadurch sind Cy-Kapazitäten der elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 und der elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 für den Ladepfad nicht zu berücksichtigen.In this second embodiment, the electrical auxiliary consumers 14, 15 can be charged with a high charging voltage, in particular with a charging voltage corresponding to the nominal voltage of the battery 3 of, for example, 800 V, be operated electrically isolated from the DC charging station. As a result, Cy capacitances of the electrical drive units 12, 13 and the secondary electrical consumers 14, 15 do not have to be taken into account for the charging path.

Da die elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 bei dieser zweiten Ausführungsform über die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 betrieben werden, kann eine Schütz-/Sicherungskombination, die den Batteriestrom trennen muss, eingespart werden.Since the secondary electrical consumers 14, 15 are operated via the third and fourth switching units S3, S4 in this second embodiment, a contactor/fuse combination that has to separate the battery current can be saved.

Während des Betriebszustands Fahren, d. h. während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs 2, sind bei dieser zweiten Ausführungsform die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 geöffnet und die dritte, vierte und zehnte Schalteinheit S3, S4, S10 geschlossen. Die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 sind beispielsweise geöffnet. Die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 sind beispielsweise in Richtung des fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschlusses 4 geschaltet. Die neunte Schalteinheit S9 ist beispielsweise auf den zweiten Kondensator C2, d. h. auf dessen Anschluss, geschaltet.During the driving mode, i. H. while the vehicle 2 is being driven, in this second embodiment the first and second switching units S1, S2 are open and the third, fourth and tenth switching units S3, S4, S10 are closed. The seventh and eighth switching unit S7, S8 are open, for example. The fifth and sixth switching units S5, S6 are connected, for example, in the direction of the DC charging connection 4 on the vehicle. The ninth switching unit S9 is, for example, connected to the second capacitor C2, i. H. on its connection.

Während des Betriebszustands Laden an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, mit einer hohen Ladespannung, insbesondere mit einer der Nennspannung der Batterie 3 entsprechenden Ladespannung von beispielsweise 800 V, sind die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 geschlossen. Die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 sind vorteilhafterweise geöffnet. Beispielsweise sind die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 geschlossen, die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschlusses 4 geschaltet, die neunte Schalteinheit S9 auf die das zweite elektrische Potential P2 führende Potentialleitung des vierten Potentialleitungspaars L4 geschaltet und die zehnte Schalteinheit S10 geschlossen. Dadurch können, wie oben bereits erwähnt, mittels des ersten Gleichspannungswandlers 5 der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 die elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 während dieses Ladevorgangs galvanisch getrennt von der Gleichstromladestation betrieben werden. Dadurch sind Cy-Kapazitäten der elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 und der elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 für den Ladepfad nicht zu berücksichtigen.During the charging operating state at a direct current energy source, in particular a direct current charging station, with a high charging voltage, in particular with one of the rated voltage the charging voltage corresponding to the battery 3 of, for example, 800 V, the first and second switching units S1, S2 are closed. The third and fourth switching unit S3, S4 are advantageously open. For example, the seventh and eighth switching unit S7, S8 are closed, the fifth and sixth switching unit S5, S6 are switched in the direction of the vehicle-side DC charging connection 4, the ninth switching unit S9 is connected to the potential line of the fourth potential line pair L4, which carries the second electrical potential P2, and the tenth switching unit S10 closed. As already mentioned above, the electrical auxiliary consumers 14, 15 can be operated electrically isolated from the DC charging station during this charging process by means of the first DC voltage converter 5 of the on-board charging device 6. As a result, Cy capacitances of the electrical drive units 12, 13 and the secondary electrical consumers 14, 15 do not have to be taken into account for the charging path.

Während des Betriebszustands Laden an einer Gleichstromenergiequelle, insbesondere Gleichstromladestation, mit einer niedrigen Ladespannung, insbesondere mit der Hälfte der Batterienennspannung, wobei beispielsweise die Batterienennspannung 800 V und die Ladespannung 400 V beträgt, sind die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 geöffnet, die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 geschlossen, die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschlusses 4 geschaltet, die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 geschlossen, die neunte Schalteinheit S9 auf den zweiten Kondensator C2, d. h. auf dessen Anschluss, geschaltet und die zehnte Schalteinheit S10 vorteilhafterweise geschlossen, um dadurch auch die elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 zu versorgen.During the operating state of charging at a direct current energy source, in particular a direct current charging station, with a low charging voltage, in particular with half the nominal battery voltage, with the nominal battery voltage being 800 V and the charging voltage being 400 V, for example, the first and second switching units S1, S2 are open, the third and fourth switching unit S3, S4 closed, the fifth and sixth switching unit S5, S6 switched in the direction of the vehicle-side DC charging connection 4, the seventh and eighth switching unit S7, S8 closed, the ninth switching unit S9 to the second capacitor C2, d. H. connected to its connection, and the tenth switching unit S10 is advantageously closed, in order thereby to also supply the secondary electrical consumers 14, 15.

Während des Betriebszustands Laden an einer Wechselstromenergiequelle, insbesondere Wechselstromladestation, sind die erste und zweite Schalteinheit S1, S2 geöffnet, die dritte und vierte Schalteinheit S3, S4 geschlossen, die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 in Richtung des Leistungsfaktorkorrekturfilters 9 und somit in Richtung des fahrzeugseitigen Wechselstromladeanschlusses 11 geschaltet, die siebte und achte Schalteinheit S7, S8 beispielsweise geöffnet, die neunte Schalteinheit S9 auf die das zweite elektrische Potential P2 führende Potentialleitung des vierten Potentialleitungspaars L4 geschaltet und die zehnte Schalteinheit S10 vorteilhafterweise geschlossen, um dadurch auch die elektrischen Nebenverbraucher 14, 15 zu versorgen.During the operating state of charging at an AC energy source, in particular an AC charging station, the first and second switching units S1, S2 are open, the third and fourth switching units S3, S4 are closed, the fifth and sixth switching units S5, S6 in the direction of the power factor correction filter 9 and thus in the direction of the AC charging connection 11 on the vehicle side is switched, the seventh and eighth switching unit S7, S8 is opened, for example, the ninth switching unit S9 is connected to the potential line of the fourth potential line pair L4 that carries the second electrical potential P2, and the tenth switching unit S10 is advantageously closed, in order to also switch the electrical auxiliary consumers 14, 15 to supply.

BezugszeichenlisteReference List

11
Bordnetzelectrical system
22
Fahrzeugvehicle
33
Batteriebattery
44
GleichstromladeanschlussDC charging port
55
erster Gleichspannungswandlerfirst DC converter
66
Ladevorrichtungloading device
77
erstes EMV-Filterfirst EMC filter
88th
zweites EMV-Filtersecond EMC filter
99
Leistungsfaktorkorrekturfilterpower factor correction filter
1010
Wechselstrom-EMV-FilterAC EMC Filter
1111
WechselstromladeanschlussAC charging port
12, 1312, 13
Antriebseinheitdrive unit
14, 1514, 15
Nebenverbrauchersecondary consumers
1616
Verteileinheitdistribution unit
1717
zweiter Gleichspannungswandlersecond DC converter
1818
Bordnetzanschlusson-board power supply
1919
Vorladeschaltungprecharge circuit
2020
Bulk-Kapazität bulk capacity
BLBL
Bypassleitungbypass line
C1C1
erster Kondensatorfirst capacitor
C2C2
zweiter Kondensatorsecond condenser
DD
Diodediode
GPgp
gestrichelter Pfeildashed arrow
HLHL
Halbleiterschaltersemiconductor switch
L1 bis L6L1 to L6
Potentialleitungspaarpotential wire pair
S1 bis S10S1 to S10
Schalteinheitswitching unit
Si1 bis Si3Si1 to Si3
Sicherungfuse
VPVP
Vollstrichpfeilsolid arrow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102017213682 A1 [0002]DE 102017213682 A1 [0002]

Claims (10)

Elektrisches Bordnetz (1) für ein Fahrzeug (2), umfassend eine Batterie (3) mit zwei elektrischen Batteriepotentialkontakten und einen fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss (4) mit zwei elektrischen Ladepotentialkontakten, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Gleichspannungswandler (5) vorgesehen ist, - der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit einem ersten elektrischen Potentialkontakt einer Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers (5) elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, - der zweite elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem zweiten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, - der jeweilige elektrische Ladepotentialkontakt mit einem jeweiligen elektrischen Potentialkontakt einer Eingangsseite des Gleichspannungswandlers (5) elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, - ein zweiter elektrischer Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers (5) mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers (5) elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, - die elektrischen Potentialkontakte der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers (5) mit jeweils einem elektrischen Anschlusskontakt eines ersten Kondensators (C1) elektrisch gekoppelt sind, und - die elektrischen Potentialkontakte der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers (5) mit jeweils einem elektrischen Anschlusskontakt eines zweiten Kondensators (C2) elektrisch koppelbar oder gekoppelt sind. On-board electrical system (1) for a vehicle (2), comprising a battery (3) with two electrical battery potential contacts and a vehicle-side DC charging connection (4) with two electrical charging potential contacts, characterized in that - a DC-DC converter (5) is provided, - the first electrical battery potential contact can be or is electrically coupled to a first electrical potential contact on an output side of the DC-DC converter (5), - the second electrical battery potential contact can be electrically coupled or is coupled to the second electrical charging potential contact, - the respective electrical charging potential contact has a respective electrical potential contact to an input side of the DC-DC converter (5) can be electrically coupled or is coupled, - a second electrical potential contact on the output side of the DC voltage converter (5) with the first electrical potential contact on the input side of the DC voltage voltage converter (5) can be or is electrically coupled, - the electrical potential contacts on the input side of the DC-DC converter (5) are each electrically coupled with an electrical connection contact of a first capacitor (C1), and - the electrical potential contacts on the output side of the DC-DC converter (5) each with an electrical connection contact of a second capacitor (C2) can be electrically coupled or are coupled. Elektrisches Bordnetz (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (5) ein Bestandteil einer fahrzeugseitigen Ladevorrichtung (6) zum elektrischen Laden der Batterie (3) mittels einer fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle ist.Electrical system (1) after claim 1 , characterized in that the DC-DC converter (5) is part of an on-board charging device (6) for electrically charging the battery (3) by means of an AC power source external to the vehicle. Elektrisches Bordnetz (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator (C1) und/oder der zweite Kondensator (C2) ein Bestandteil der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung (6) zum elektrischen Laden der Batterie (3) mittels einer fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle sind/ist.Electrical system (1) after claim 2 , characterized in that the first capacitor (C1) and / or the second capacitor (C2) is a component of the vehicle-side charging device (6) for electrically charging the battery (3) by means of an external vehicle AC power source are / is. Elektrisches Bordnetz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kondensator (C2) ein Bestandteil eines EMV-Filters (7) ist.Vehicle electrical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second capacitor (C2) is part of an EMC filter (7). Elektrisches Bordnetz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator (C1) und der zweite Kondensator (C2) die gleiche Kapazität aufweisen oder der erste Kondensator (C1) eine größere Kapazität aufweist als der zweite Kondensator (C2).Vehicle electrical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first capacitor (C1) and the second capacitor (C2) have the same capacitance or the first capacitor (C1) has a greater capacitance than the second capacitor (C2) . Elektrisches Bordnetz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (5) als ein bidirektionaler Gleichspannungswandler oder als ein Gleichspannungswandler mit Kurzschlussfunktion ausgebildet ist.Vehicle electrical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage converter (5) is designed as a bidirectional DC voltage converter or as a DC voltage converter with a short-circuit function. Elektrisches Bordnetz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem ersten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist.Vehicle electrical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first electrical battery potential contact can be or is electrically coupled to the first electrical charging potential contact. Elektrisches Bordnetz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers (5) mit dem zweiten elektrischen Batteriepotentialkontakt elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist.Vehicle electrical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second electrical potential contact on the output side of the DC voltage converter (5) can be or is electrically coupled to the second electrical battery potential contact. Fahrzeug (2), umfassend ein elektrisches Bordnetz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Vehicle (2) comprising an on-board electrical system (1) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass - zum elektrischen Laden der Batterie (3) mittels einer am fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss (4) angeschlossenen fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, deren Ladespannung kleiner ist als eine Batterienennspannung der Batterie (3), der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers (5) elektrisch gekoppelt wird, der zweite elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem zweiten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch gekoppelt wird, der jeweilige elektrische Ladepotentialkontakt mit dem jeweiligen elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers (5) elektrisch gekoppelt wird, und der zweite elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers (5) mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Eingangsseite des Gleichspannungswandlers (5) elektrisch gekoppelt wird, und/oder - zum elektrischen Laden der Batterie (3) mittels einer am fahrzeugseitigen Gleichstromladeanschluss (4) angeschlossenen fahrzeugexternen Gleichstromenergiequelle, deren Ladespannung gleich groß oder größer ist als die Batterienennspannung der Batterie (3), der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem ersten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch gekoppelt wird und der zweite elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem zweiten elektrischen Ladepotentialkontakt elektrisch gekoppelt wird, und/oder - zum elektrischen Laden der Batterie (3) mittels einer fahrzeugexternen Wechselstromenergiequelle der erste elektrische Batteriepotentialkontakt mit dem ersten elektrischen Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers (5) elektrisch gekoppelt wird und der zweite elektrische Potentialkontakt der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers (5) mit dem zweiten elektrischen Batteriepotentialkontakt elektrisch gekoppelt wird.Method for operating an on-board electrical system (1) according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that - for electrical charging of the battery (3) by means of an external vehicle direct current energy source connected to the vehicle-side direct current charging connection (4), the charging voltage of which is lower than a nominal battery voltage of the battery (3), the first electrical battery potential contact with the first electrical potential contact on the output side of the DC-DC converter (5) is electrically coupled, the second electric battery potential contact is electrically coupled to the second electric charging potential contact, the respective electric charging potential contact is electrically coupled to the respective electric potential contact on the input side of the DC-DC converter (5), and the second electric potential contact is connected to the output side of the DC-DC converter (5) is electrically coupled to the first electrical potential contact of the input side of the DC-DC converter (5), and / or - for electrically charging the Batt Series (3) by means of a vehicle-external direct current energy source connected to the direct current charging connection (4) on the vehicle, the charging voltage of which is equal to or greater than the nominal battery voltage of the battery (3), the first electrical battery potential contact is electrically coupled to the first electrical charging potential contact and the second electrical battery potential contact is electrically coupled to it is electrically coupled to the second electrical charge potential contact, and/or - for electrical charging of the battery (3) by means of an AC energy source external to the vehicle, the first electrical battery potential contact is electrically coupled to the first electrical potential contact on the output side of the DC-DC converter (5) and the second electrical potential contact is electrically coupled to the output side of the DC voltage converter (5) is electrically coupled to the second electrical battery potential contact.
DE102021003831.2A 2021-07-27 2021-07-27 On-board electrical system for a vehicle, vehicle with an on-board electrical system and method for operating an on-board electrical system for a vehicle Pending DE102021003831A1 (en)

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