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
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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
Aus dem Stand der Technik sind, wie in der
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
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:
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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.
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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
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
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
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-
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
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
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
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
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-
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
Zum Laden der Batterie 3 umfasst die fahrzeugseitige Ladevorrichtung 6 des Weiteren ein Leistungsfaktorkorrekturfilter 9 und in der ersten Ausführungsform gemäß den
Wie bereits erwähnt, umfasst die fahrzeugseitige Ladevorrichtung 6 in der ersten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß den
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
Der erste Gleichspannungswandler 5 ist beispielsweise als Gleichspannungswandler mit Kurzschlussfunktion ausgebildet, wie in
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
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
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
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
Im Folgenden werden zunächst die Anordnung der zehn Schalteinheiten S1 bis S10 in der ersten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß den
Zunächst folgt die Anordnung der zehn Schalteinheiten S1 bis S10 in der ersten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß den
Die Batterie 3 ist über ein erstes Potentialleitungspaar L1 mit 14, 15 verbunden, insbesondere über dieden elektrischen Nebenverbrauchern 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
battery 3 is connected to the electrical 14, 15 via a first pair of potential lines L1, in particular via theauxiliary consumers distribution unit 16. A second pair of potential lines L2 branches off from this first pair of potential lines L1 to theDC 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 vehicleelectrical 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
Die Batterie 3 ist über ein sechstes Potentialleitungspaar L6 mit den elektrischen Antriebseinheiten 12, 13 verbundenThe
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
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
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
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
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
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-
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-
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-
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
Das elektrische Bordnetz 1 weist in der dargestellten Ausführungsform gemäß den
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
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
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
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
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
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
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
Im Folgenden werden anhand der
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.
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.
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-
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
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-
The on-
The second DC-
The short circuit in the secondary side of the on-
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.
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-
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
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
The second DC-
The first DC-
The ninth switching unit S9 at the output of the first DC-
The second DC-
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
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
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-
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-
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-
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
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
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
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
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
Durch die vorteilhafte bidirektionale Ausführung des ersten Gleichspannungswandlers 5 gemäß
Im Folgenden wird die Anordnung der zehn Schalteinheiten S1 bis S10 in der zweiten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß
In dieser zweiten Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes 1 gemäß
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
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
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
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
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
Die fünfte und sechste Schalteinheit S5, S6 sind insbesondere in der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung 6 angeordnet. Wie bereits erwähnt, bildet im dargestellten Beispiel gemäß
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
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
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
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
Das elektrische Bordnetz 1 weist in der dargestellten zweiten Ausführungsform gemäß
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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]
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-
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- 2021-07-27 DE DE102021003831.2A patent/DE102021003831A1/en active Pending
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