DE102021109443B4 - Verfahren zum Durchführen eines Vorladevorgangs eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs und elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Durchführen eines Vorladevorgangs eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs und elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Durchführen eines Vorladevorgangs eines elektrischen Bordnetzes (3) eines Fahrzeugs (1) für einen unmittelbar an den Vorladevorgang nachfolgenden Ladevorgang einer Fahrzeugbatterie (2) des Fahrzeugs (1), wobei- die Fahrzeugbatterie (2) mittels eines ersten Schaltelements (S21) und eines zum ersten Schaltelement (S21) körperlich getrennten Wechselschalters (WS) mit einem ersten Teilbordnetz (9) des elektrischen Bordnetzes (3) galvanisch verbunden und mittels eines zum ersten Schaltelement (S21) und zum Wechselschalter (WS) körperlich getrennten zweiten Schaltelements (S22) von einem Ladepfad (14) des elektrischen Bordnetzes (3) galvanisch getrennt wird, und wobei das ersten Teilbordnetz (9) mittels des Wechselschalters (WS) von dem Ladepfad (14) galvanisch getrennt ist (S1),- zumindest eine Leitungskapazität (C1) des Ladepfades (14) des elektrischen Bordnetzes (3) mit einer mit dem Ladepfad (14) elektrisch verbundenen Stromquelle (4) auf einen ersten Spannungswert vorgeladen wird (S2),- zumindest ein Kondensator (C2) des ersten Teilbordnetzes (9) mit der Fahrzeugbatterie (2) auf einen zweiten Spannungswert vorgeladen wird (S3), wobei- in Abhängigkeit von einem jeweiligen Ladezustand der zumindest einen Leitungskapazität (C1) des Ladepfads (14) und des zumindest einen Kondensators (C2) des ersten Teilbordnetzes (9) die Fahrzeugbatterie (2) des Fahrzeugs (1) mit der Stromquelle (4) geladen wird (S4), dadurch gekennzeichnet, dass- für das Vorladen des zumindest einen Kondensators (C2) des ersten Teilbordnetzes (9) ein Schaltelement (12) einer Halbleitersicherung (HLS), welche mit zumindest einer Potentialleitung (HV+, HV-) zwischen dem ersten Teilbordnetz (9) und dem Wechselschalter (WS) verschaltet ist, geöffnet wird, und- für das Versorgen des ersten Teilbordnetzes (9) mit einer Ladespannung (UL) das Schaltelement (12) der Halbleitersicherung (HLS) geschlossen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines Vorladevorgangs eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs mit einem unmittelbar an den Vorladevorgang nachfolgenden Ladevorgang einer Fahrzeugbatterie des Fahrzeuges.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug mit einem ersten Teilbordnetz für von einer elektrischen Antriebseinheit verschiedene elektrische Komponenten des Fahrzeugs, einem zweiten Teilbordnetz für die elektrische Antriebseinheit des Fahrzeuges, einem dritten Teilbordnetz für eine Fahrzeugbatterie des Fahrzeuges und einem Ladeanschluss zum Verbinden des elektrischen Bordnetzes mit einer fahrzeugexternen Stromquelle.
  • Beispielsweise offenbart die DE 10 2019 008 835 A1 ein Fahrzeug mit einem elektrischen Hochvoltbordnetz. Dabei ist das elektrische Hochvoltbordnetz in zwei Teilbereiche unterteilt, wobei der erste Teilbereich in einem ersten Bauraum des Fahrzeugs angeordnet ist und der zweite Teilbereich in zumindest einem zweiten Bauraum des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei die Unterteilung des elektrischen Hochvoltbordnetzes in die beiden Teilbereiche derart ausgebildet ist, dass im ersten Bauraum des Fahrzeugs nur Arbeiten unter elektrischer Spannung des ersten Teilbereichs des elektrischen Hochvoltbordnetzes möglich sind und im zumindest einen zweiten Bauraum des Fahrzeugs Arbeiten in einem spannungsfreien Zustand des zweiten Teilbereichs des elektrischen Hochvoltbordnetzes möglich sind.
  • Die DE 10 2019 008 824 A1 offenbart ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug. Das elektrische Bordnetz weist zwei Potentialleitungen, welche mit einer Fahrzeugbatterie galvanisch verbindbar oder verbunden sind, auf. Insbesondere ist das elektrische Bordnetz in drei elektrische Teilbordnetze unterteilt.
  • Die nachveröffentliche DE 10 2019 007 347 A1 offenbart ein Fahrzeugbordnetz, welches mit einem Hochvoltverbraucher, einem Gleichspannungsladeanschluss, einem Akkumulator, einem Gleichrichter und einem Umschalter ausgestattet ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrischen Ladevorgang einer Fahrzeugbatterie eines Fahrzeuges zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein elektrisches Bordnetz gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines Vorladevorgangs eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs für einen unmittelbar an den Vorladevorgang nachfolgenden Ladevorgang einer Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass
    • - die Fahrzeugbatterie mittels eines ersten Schaltelements und eines zum ersten Schaltelement körperlich getrennten Wechselschalters mit einem ersten Teilbordnetz des elektrischen Bordnetzes galvanisch verbunden und mittels eines zum ersten Schaltelement und zum Wechselschalter körperlich getrennten zweiten Schaltelements von einem Ladepfad des elektrischen Bordnetzes galvanisch getrennt wird, und wobei das ersten Teilbordnetz mittels des Wechselschalters von dem Ladepfad galvanisch getrennt ist,
    • - zumindest einer Leitungskapazität des Ladepfades des elektrischen Bordnetzes mit einer mit dem Ladepfad elektrisch verbundenen Stromquelle auf einen ersten Spannungswert vorgeladen wird,
    • - zumindest ein Kondensator des ersten Teilbordnetzes mit der Fahrzeugbatterie auf einen zweiten Spannungswert vorgeladen wird, wobei
    • - in Abhängigkeit von einem jeweiligen Ladezustand der zumindest einen Leitungskapazität des Ladepfads und des zumindest einen Kondensators des ersten Teilbordnetzes die Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs mit der Stromquelle geladen wird
  • Insbesondere kann mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein elektrisches Bordnetz, insbesondere Hochvoltbordnetz, des Fahrzeuges effizient, sicher und verlustfreier vorgeladen werden. Durch das Vorladen kann insbesondere das elektrische Bordnetz des Fahrzeuges für den bevorstehenden Ladevorgang der Fahrzeugbatterie auf ein vorgegebenes Spannungsniveau gebracht werden. Somit können negative Eigenschaften eines Ladens der Fahrzeugbatterie ohne Vorladevorgang verhindert werden. Somit kann insbesondere die Lebensdauer des elektrischen Bordnetzes und der darin enthaltenen Komponenten deutlich erhöht werden. Insbesondere kann mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens erreicht werden, dass bei einem Gleichstromladevorgang der Fahrzeugbatterie DC-Ladewarnungen eingehalten werden können. Dies erfolgt insbesondere durch das Vorladen des Ladepfads mittels der Stromquelle.
  • Insbesondere erfolgt der Vorladevorgang beziehungsweise das Vorladen des elektrischen Bordnetzes zeitlich unmittelbar vor der Durchführung des Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie. Insbesondere wird die Fahrzeugbatterie des Fahrzeuges erst dann aufgeladen, wenn der Vorladevorgang abgeschlossen wurde.
  • Insbesondere schließen sich der Fahrbetrieb und der Ladebetrieb des Fahrzeuges dahingehend gegenseitig aus, indem die jeweils nicht benötigten Komponenten von dem restlichen elektrischen Bordnetz galvanisch getrennt werden. So übertragen diese getrennten Komponenten durch ihre Y-Kapazitäten nicht mehr zur Gesamtkapazität des elektrischen Bordnetzes bei. Folglich können daher große Y-Kapazitäten in den Komponenten verbaut werden, ohne den zulässigen Grenzwert zu überschreiten. Dies ermöglicht insbesondere die Einhaltung von Sicherheitsanforderungen bezüglich des Energieinhalts der Y-Kapazitäten und der EMV-Anforderungen.
  • Um dies erreichen zu können, kann beim elektrischen Ladebetrieb der Fahrzeugbatterie zumindest das Antriebsbordnetz gegenüber den zu ladenden Einheiten getrennt werden. Durch das erfindungsgemäße elektrische Bordnetz kann auf ein Bereitstellen mehrerer Batterieabgänge für jedes einzelne Teilbordnetz verzichtet werden. Ebenso können durch die Aufteilung der körperlich zueinander getrennten Schalter des erfindungsgemäßen elektrischen Bordnetzes auf überdimensionierte, kostenintensive und fehleranfällige Wechselschalter wie im Stand der Technik verzichtet werden. Durch den Verzicht mehrerer Batterieabgänge kann auf eine aufwendige Absicherung jedes dieser Abgänge verzichtet werden, wodurch eine Kostenreduzierung durchgeführt werden kann und sicherheitskritische Schwachstellen minimiert werden.
  • Das Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug, ist insbesondere als ein Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug ausgebildet. Insbesondere ist die Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, durch Anschluss des Fahrzeugs, insbesondere von dessen elektrischen Bordnetz, insbesondere einem Hochvoltbordnetz, an mindestens eine fahrzeugexterne elektrische Energiequelle als die Stromladequelle, insbesondere an eine Ladestation, elektrisch ladbar.
  • Insbesondere kann es sich bei dem elektrischen Bordnetz um ein Hochvoltbordnetz handeln.
  • 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.
  • Das elektrische Bordnetz kann in das erste elektrische Teilbordnetz, ein zweites elektrische Teilbordnetz und ein drittes elektrisches Teilbordnetz unterteilt werden. Damit das Fahrzeug und insbesondere das elektrische Bordnetz mit einer elektrischen Spannung versorgt werden kann, kann das elektrische Bordnetz über dessen Ladeanschluss, insbesondere Spannungsanschlüsse, mit der Ladequelle beziehungsweise Stromquelle elektrisch verbunden werden, sodass dem Fahrzeug, insbesondere dem elektrischen Bordnetz, die Ladespannung, insbesondere eine Gleichspannung, bereitgestellt werden kann.
  • Die elektrische Antriebseinheit ist insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs vorgesehen. Es handelt sich somit bei der zumindest eine elektrische Antriebseinheit, insbesondere um eine sogenannte elektrische Traktionsmaschine des Fahrzeugs. Das elektrische Bordnetz kann beispielsweise auch mehrere solcher elektrischer Antriebseinheiten aufweisen, insbesondere eine vordere elektrische Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb von Rädern einer Vorderachse des Fahrzeuges, und eine hintere elektrische Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb von Rädern einer Hinterachse des Fahrzeugs.
  • Das erste elektrische Teilbordnetz weist die elektrischen Komponenten auf. Bei den elektrischen Komponenten kann es sich beispielsweise um elektrische Nebenaggregate, wie beispielsweise einen elektrischen Kältemittelverdichter oder ein elektrisches Heizelement, handeln.
  • Elektrische Komponenten des elektrischen Bordnetzes verfügen üblicherweise zur Herstellung elektromagnetischer Verträglichkeit Y-Kondensatoren. Solche Y-Kondensatoren können auch ladestationsseitig, das heißt auch im Bereich der Gleichstromquelle, vorgesehen sein. 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 2014/30/EU, über die elektromagnetische Verträglichkeit, DIN/EN 61000 und weitere.
  • Aus Gründen der elektrischen Sicherheit soll eine in sämtlichen Y-Kondensatoren gespeicherte elektrische Energie einen vorgebbaren maximalen Wert nicht überschreiten. Ein solcher Wert beträgt zum Beispiel 0,2 J. Dies führt regelmäßig zu einer konstruktiven Auslegung derart, dass Kapazitätswerte der Y-Kondensatoren fahrzeugseitig in der Regel kleiner gewählt werden, als sie für eine ordnungsgemäße Herstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere in Bezug auf die elektrischen Komponenten, die an das elektrische Bordnetz angeschlossen sind, notwendig wären.
  • Als Problematisch hat sich unter anderem herausgestellt, wenn das Fahrzeug mittels einer Wechselspannung von einer Ladestation geladen werden soll. 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.
  • Darüber hinaus ist es insbesondere beim Aufladen mittels einer Gleichspannung 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.
  • Bei dem Ladepfad handelt es sich insbesondere um ein Teil des elektrischen Bordnetzes, mit welchem die Ladespannung der externen Stromquelle, insbesondere der Ladestation, bereitgestellt werden kann. Mithilfe des Ladepfads kann, mit anderen Worten ausgedrückt, die Ladespannung der externen Stromquelle an den unterschiedlichsten Komponenten des elektrischen Bordnetzes übertragen werden. Insbesondere erfolgt das Aufladen der Fahrzeugbatterie über die externe Stromquelle erst dann, wenn ein Spannungslevel in dem ersten Teilbordnetz und in dem Ladepfad ein vorgegebenes beziehungsweise vordefiniertes Spannungslevel beziehungsweise Spannungslage erreicht hat. Somit kann gefahrlos ohne negative Auswirkungen der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie gestartet werden.
  • Es ist vorgesehen, dass für das Vorladen des zumindest einen Kondensators des ersten Teilbordnetzes ein Schaltelement einer Halbleitersicherung, welche mit zumindest einer Potentialleitung zwischen dem ersten Teilbordnetz und dem Wechselschalter verschaltet ist, geöffnet wird, und für das Versorgen des ersten Teilbordnetzes mit der Ladespannung das Schaltelement der Halbleitersicherung geschlossen wird. Insbesondere dient die Halbleitersicherung als Schutzmechanismus beziehungsweise Schutzmaßnahme für das elektrische Bordnetz und insbesondere für das erste Teilbordnetz. Die Halbleitersicherung, welche Halbleiterelemente enthält, kann mit zumindest einer der beiden Potentialleitungen zwischen dem ersten Teilbordnetz und dem Wechselschalter verschaltet werden. Somit können beispielsweise die Halbleitersicherung und der Wechselschalter eine hybride Schaltvorrichtung bilden.
  • Insbesondere kann mithilfe der Halbleitersicherung der Wechselschalter je nach Fahrzeugzustand lastfrei geschaltet werden. Somit kann mithilfe der Halbleitersicherung der Wechselschalter kostengünstiger und bauraumoptimierter eingesetzt werden. Insbesondere kann die Halbleitersicherung eine Sperrfunktion aufweisen, mit welcher das lastfreie, verlustfreie Schalten des Wechselschalters erreicht werden kann. Insbesondere kann die Halbleitersicherung Halbleiterbauelemente aufweisen. Dazu zählen zum Beispiel eine Diode und das Schaltelement. Für das Vorladen des zumindest einen Kondensators des ersten Teilbordnetzes ist das zur Diode parallele Schaltelement geöffnet, sodass in diesem Zweig der Strompfad aufgetrennt ist.
  • Beispielsweise kann es sich bei der Halbleitersicherung um eine unidirektionale oder bidirektionale Sicherung handeln. Insbesondere wird mithilfe der Halbleitersicherung ein Leitungsschutz der elektrischen Komponenten des ersten Teilbordnetzes erreicht.
  • Wenn nun der Vorladevorgang abgeschlossen ist, so kann das Schaltelement der Halbleitersicherung geschlossen werden, sodass dieser Strompfad wieder voll funktionsfähig ist. In diesem Zustand kann nun der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie durchgeführt werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass, wenn die zumindest eine, insbesondere parasitäre, Leitungskapazität des Ladepfads auf den ersten Spannungswert und der zumindest eine Kondensator des ersten Teilbordnetzes auf den zweiten Spannungswert aufgeladen sind, die Fahrzeugbatterie mittels des zweiten Schaltelements mit dem Ladepfad galvanisch verbunden und mittels des ersten Schaltelements und des Wechselschalters von dem ersten Teilbordnetz galvanisch getrennt wird, wodurch die Fahrzeugbatterie mittels der Stromquelle geladen wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, werden erst dann, wenn die Kondensatoren beziehungsweise Kapazitäten den jeweils vorgegebenen Spannungswert erreicht haben, Schaltvorgänge durchgeführt, um die Fahrzeugbatterie entsprechend mit der Stromquelle zu verbinden. Insbesondere wird bei einem Ladevorgang der Fahrzeugbatterie mittels der Schaltelemente und des Wechselschalters ein Antriebsbordnetz, welches eine elektrische Antriebseinheit des Fahrzeugs aufweist, von der Fahrzeugbatterie und dem ersten Teilbordnetz abgetrennt.
  • Beispielsweise kann es sich bei den Kondensatoren um Y-Kondensatoren oder um Zwischenkreiskondensatoren handeln.
  • Beispielsweise kann das erste und/oder zweite Schaltelement als Trennelemente, beispielsweise als allpolige Schütze, ausgebildet sein.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass zusätzlich das erste Teilbordnetz mittels des Wechselschalters mit dem Ladepfad galvanisch verbunden wird, wodurch das erste Teilbordnetz mit der Stromquelle versorgt wird, insbesondere unmittelbar nach dem Vorladevorgang zumindest ein elektrischer Antrieb des elektrischen Bordnetzes entladen wird. Insbesondere wird nach oder parallel zum galvanischen Verbinden der Stromquelle mit der Fahrzeugbatterie das erste Teilbordnetz mit dem Ladepfad verbunden. Somit kann mithilfe der Stromquelle zum einen die Fahrzeugbatterie geladen werden und mittels der Stromquelle kann parallel dazu die elektrische Komponente beziehungsweise Nebenaggregate des ersten Teilbordnetzes elektrisch versorgt werden.
  • Beispielsweise kann unmittelbar nachdem die Fahrzeugbatterie mit der Stromquelle und das erste Teilbordnetz mit dem Ladepfad verbunden wurden, mittels einer Entladeschaltung der zumindest einen elektrische Antrieb, insbesondere ein elektrisches Teilbordnetz des elektrischen Antriebsstrangs, entladen werden. Somit kann insbesondere das Teilbordnetz des elektrischen Antriebs spannungsfrei vorbereitet werden. Erst nachdem der Ladevorgang abgeschlossen wurde und insbesondere ein Fahrbetrieb des Fahrzeuges durchgeführt werden soll, kann der elektrische Antrieb wieder über den Wechselschalter und die Schaltelemente mit der Fahrzeugbatterie und dem ersten Teilbordnetz elektrisch verbunden werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass mit der Halbleitersicherung bei einem Kurzschluss innerhalb des Bordnetzes ein Stromfluss von dem Wechselschalter zu dem ersten Teilbordnetz unterbunden wird. Dies kann optional mit dem Schaltelement durchgeführt werden. Anstatt oder Zusätzlich kann die Halbleitersicherung eine Diode aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei der Diode um eine Body-Diode der Halbleitersicherung. Mithilfe der Diode und/oder dem Schaltelement kann eine Sperrrichtung festgelegt werden. Insbesondere ist die Diode dann sperrend, wenn innerhalb des Bordnetzes ein Kurzschluss entsteht. Sollte dieser Fall eines Kurzschlusses oder einer anderweitigen negativ behafteten Situation eintreten, so kann der Stromfluss unterbrochen werden. Somit können die Komponenten des ersten Teilbordnetzes vor Schäden geschützt werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Kondensator des ersten Teilbordnetzes durch Umwandlung einer Batteriespannung der Fahrzeugbatterie mittels eines Gleichspannungswandlers des ersten Teilbordnetzes auf den zweiten Spannungswert vorgeladen wird. Beispielsweise kann das erste Teilbordnetz gegenüber der Fahrzeugbatterie eine niedrigere Spannungslage aufweisen. Folglich kann mittels des Gleichspannungswandlers die Batteriespannung für das Laden des Kondensators des ersten Teilbordnetzes umgewandelt werden. Insbesondere handelt es sich bei dem Gleichspannungswandler um einen DC/DC-Wandler. Somit kann mithilfe des Gleichspannungswandlers die Batteriespannung entsprechend angepasst werden, sodass ein effizienter Ladevorgang des Kondensators des ersten Teilbordnetzes durchgeführt werden kann. Insbesondere kann mithilfe des Gleichspannungswandlers bei dem Ladevorgang der Fahrzeugbatterie ebenfalls eine Spannungsumwandlung der Ladespannung der Stromquelle für das Versorgen der elektrischen Komponenten des ersten Teilbordnetzes durchgeführt werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Leitungskapazität des Ladepfads und der zumindest eine Kondensator des ersten Teilbordnetzes gleichzeitig aufgeladen werden. Alternativ dazu können zunächst die Leitungskapazität des Ladepfads und anschließend der Kondensator des ersten Teilbordnetzes geladen werden. Um das Vorladen des elektrischen Bordnetzes des Fahrzeuges effizienter und insbesondere schneller durchführen zu können, ist es von Vorteil, wenn die beiden Kondensatoren gleichzeitig, insbesondere parallel, aufgeladen werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass während des Vorladevorgangs des elektrischen Bordnetzes ein Isolationswiderstand des elektrischen Bordnetzes und/oder der Gleichstromladequelle mit einer Isolationsüberwachungseinheit der Gleichstromladequelle oder mit einer Isolationsüberwachungseinheit des elektrischen Bordnetzes überwacht werden. Die Verwendung der Isolationsüberwachungseinheit der Gleichstromladequelle oder des elektrischen Bordnetzes hängt davon ab, mit welchem Ladestandard beziehungsweise Ladesystem der Ladevorgang des Fahrzeuges durchgeführt wird. Dabei kann beispielsweise zwischen einem „Combined-Charging-System (CCS)“, einem „CHAdeMO-Standard“, einem Typ-2-Stecker-System oder einem GB/T-Standard unterschieden werden. Somit kann je nachdem, mittels welchem Ladesteckersystem beziehungsweise Ladesystem das Fahrzeug für den Vorladevorgang und den Ladevorgang mit der externen Ladestation verbunden ist, eine entsprechende Möglichkeit für die Überwachung der Isolationswiderstände durchgeführt werden. Insbesondere ist dies automatisch, je nachdem, welchen fahrzeugseitigen Ladeanschluss das Fahrzeug aufweist und je nach Art der Ladestation angepasst.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste und/oder zweite Spannungswert in Abhängigkeit von der Batteriespannung eingestellt werden, insbesondere mit der Batteriespannung ein Spannungswert von 800 Volt bereitgestellt wird. Insbesondere werden die Spannungswerte in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Zielspannung eingestellt. Die Zielspannung richtet sich beispielsweise an die jeweiligen Gegebenheiten des Fahrzeugs. Dabei können die Fahrzeugbatterie, das elektrische Bordnetz oder der fahrzeugseitige Ladeanschluss berücksichtigt werden. Insbesondere werden die beiden Spannungswerte in Abhängigkeit von der Batteriespannung der Fahrzeugbatterie eingestellt beziehungsweise vorgegeben. Insbesondere handelt es sich bei der Fahrzeugbatterie um eine Batterie mit einer Spannungslage von 800 Volt. Somit weist die Batteriespannung einen Spannungswert von 800 Volt auf. Insbesondere kann der erste Spannungswert ebenfalls 800 Volt aufweisen. Demgegenüber kann der zweite Spannungswert den Spannungswert der Fahrzeugbatterie minus einer vorgegebenen Spannungsdifferenz aufweisen. Dabei wird der zweite Spannungswert beispielsweise auf 770, insbesondere 780 oder auf 790 Volt festgelegt. Somit weist der zweite Spannungswert gegenüber dem ersten Spannungswert eine vorgegebene Spannungsdifferenz auf. Diese Spannungsdifferenz ist dadurch von Vorteil, da dadurch die Halbleitersicherung als unidirektional-sperrende Sicherung eingesetzt werden kann.
  • Beispielsweise kann es sich bei der externen Stromquelle um eine Ladestation mit einer Ladespannung von 400 Volt, insbesondere 500 Volt, handeln. Für das Laden der Fahrzeugbatterie kann diese Ladespannung entsprechend mit einem Bordlader hochtransformiert werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug mit einem ersten Teilbordnetz für von einer elektrischen Antriebseinheit verschiedenen elektrische Komponenten des Fahrzeugs, einem zweiten Teilbordnetz für die elektrische Antriebseinheit des Fahrzeugs, einem dritten Teilbordnetz für eine Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs und einem Ladeanschluss zum Verbinden des elektrischen Bordnetzes mit einer fahrzeugexternen Stromquelle, wobei das elektrische Bordnetz zum Durchführen eines Verfahren nach einem der vorherigen Aspekte ausgebildet ist.
  • Insbesondere kann bei dem soeben geschilderten elektrischen Bordnetz ein Verfahren nach einem der vorher geschilderten Aspekte oder Ausführungsbeispielen durchgeführt werden.
  • Ausführungsbeispiele einzelner Aspekte sind als vorteilhafte Ausführungsbeispiele der andere Aspekte und umgekehrt anzusehen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en).
  • Dabei zeigen die nachfolgenden Figuren in:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Bordnetz;
    • 2 eine schematische Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes aus 1;
    • 3 ein schematisches Ablaufdiagramm zum Vorladen des elektrischen Bordnetzes auf 2;
  • In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1. Das Fahrzeug 1, insbesondere Kraftfahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug, ist insbesondere als ein Elektrofahrzeug- oder als ein Hybridfahrzeug ausgebildet. Insbesondere ist eine Fahrzeugbatterie 2, insbesondere eine Hochvoltbatterie, durch Anschluss des Fahrzeugs 1, insbesondere ein elektrisches Bordnetz 3 des Fahrzeugs, an mindestens eine fahrzeugexterne elektrische Energiequelle, insbesondere eine Stromquelle 4, elektrisch ladbar. Insbesondere handelt es sich bei der Stromquelle 4 um eine Ladestation oder um eine Ladevorrichtung oder um ein Ladesystem. Insbesondere kann mithilfe der Stromquelle 4 ein Ladevorgang des Fahrzeugs 1 mittels eines Gleichstroms oder eines Wechselstroms durchgeführt werden. Bei dem elektrischen Bordnetz 3 kann es sich beispielsweise um ein Hochvoltbordnetz handeln.
  • Des Weiteren weist das Fahrzeug 1 zumindest eine elektrische Antriebseinheit 5 auf, welche mit der Fahrzeugbatterie 2 mit elektrischer Energie versorgt werden kann, um das Fahrzeug 1 in Bewegung versetzen zu können.
  • In der 2 ist eine schematische Darstellung des elektrischen Bordnetzes 3 dargestellt. Beispielsweise kann das elektrische Bordnetz 3 die Fahrzeugbatterie 2, mindestens die eine elektrische Antriebseinheit 5, aufweisen. Des Weiteren weist das elektrische Bordnetz einen Ladeanschluss 6 auf, mit welchem das elektrische Bordnetz 3 mit der Stromquelle 4 verbunden werden kann. Insbesondere handelt es sich bei dem Ladeanschluss 6 um einen fahrzeugseitigen Ladeanschluss des Fahrzeugs 1. Des Weiteren kann beispielsweise die zumindest eine elektrische Antriebseinheit 5 Bestandteil eines zweiten elektrischen Teilbordnetzes 7 des elektrischen Bordnetzes 3 sein. Die Fahrzeugbatterie 2 kann wiederum Bestandteil eines dritten elektrischen Teilbordnetzes 8 sein. Des Weiteren kann das elektrische Bordnetz 3 ein erstes Teilbordnetz 9 aufweisen. Das erste Teilbordnetz 9 kann insbesondere von der elektrischen Antriebseinheit 5 verschiedene elektrische Komponenten 10 aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei den elektrischen Komponenten 10 um Nebenaggregate des Fahrzeugs 1. Beispielsweise kann es sich bei den elektrischen Komponenten 10 um eine elektrische Kältemittelverdichtereinheit, eine elektrische Heizeinheit, eine Wärmepumpe oder um einen Gleichspannungswandler handeln.
  • Beispielsweise kann die Fahrzeugbatterie 2 eine Batteriespannung UBatt mit einem Spannungswert von beispielsweise 800 Volt DC aufweisen. Mit der Stromquelle 4 kann beispielsweise eine Ladespannung UL von beispielsweise 400 Volt, insbesondere 500 Volt DC, bereitgestellt werden. Somit muss für einen Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 mittels der Stromquelle 4 mittels einer Bordladeeinheit oder eines Bordladers die Ladespannung UL auf das Spannungsniveau der Batteriespannung UBatt hochtransformiert werden.
  • Damit das elektrische Bordnetz 3 möglichst effizient betrieben werden kann, kann beispielsweise entweder in einem ersten Zustand des elektrischen Bordnetzes 3 ein Ladebetrieb, insbesondere elektrischer Ladebetrieb, für die Fahrzeugbatterie 2 eingestellt werden. Für einen zweiten Zustand des elektrischen Bordnetzes 3 wird das elektrische Bordnetz 3 für einen Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 eingestellt. Beispielsweise weist das elektrische Bordnetz 3 einzelne Schaltelemente auf, mit welchen entweder der Zustand zum Laden der Fahrzeugbatterie 2 oder für den Fahrbetrieb des Fahrzeuges 1 versetzt werden kann. Beispielsweise ist ein Wechselschalter WS, ein erstes Schaltelement S21 und ein zweites Schaltelement S22 des elektrischen Bordnetzes 3 körperlich zueinander getrennt angeordnet. Insbesondere sind diese drei Schaltelemente WS, S21, S22 voneinander beziehungsweise zueinander getrennt innerhalb des elektrischen Bordnetzes 3 angeordnet beziehungsweise verschaltet. Beispielsweise kann das erste und zweite Schaltelement S21, S22 jeweils als ein Schütz oder als ein Halbleiterschalter oder als Relais ausgebildet sein.
  • Beispielsweise kann es sich bei dem ersten und zweiten Schaltelement S21, S22 um allpolige Trennelemente handeln.
  • Mithilfe des Wechselschalters WS kann das erste Teilbordnetz 9 entweder mit dem zweiten Teilbordnetz 7 oder mit dem Gleichspannungsladeanschluss 6 galvanisch verbunden werden. Somit dient der Wechselschalter WS zum wechselseitigen elektrischen Koppeln beziehungsweise elektrischen Verbinden des ersten Teilbordnetzes 9 entweder mit dem ersten Teilbordnetz 9 oder mit dem Ladeanschluss 6 oder einem Gleichspannungsladeanschluss. Somit können mithilfe des Wechselschalters WS die elektrischen Komponenten 10 des zweiten Teilbordnetzes 7 entweder mittels der Fahrzeugbatterie 2 oder mit der Stromquelle 4 mit Energie versorgt werden.
  • Im Folgenden wird nun erläutert, welche Schaltstellungen das elektrische Bordnetz 3 während eines elektrischen Ladebetriebs der Fahrzeugbatterie 2 aufweist. Für den elektrischen Ladebetrieb der Fahrzeugbatterie 2 kann der Ladeanschluss 6 mittels des ersten Schaltelements S21 mit dem dritten Teilbordnetz 8 galvanisch verbunden werden. Somit wird in diesem Fall das zweite Schaltelement S22 geschlossen, sodass eine direkte elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie 2 und der externen Stromquelle 4 vorliegt. Des Weiteren kann mittels des Wechselschalters WS der Ladeanschluss 6 mit dem ersten Teilbordnetz 9 galvanisch verbunden werden. Somit können die elektrischen Komponenten 10 mittels der Ladespannung UL versorgt werden. Während des elektrischen Ladebetriebs wird dahingehend das zweite Teilbordnetz 7 mittels des ersten Schaltelements S21 von dem dritten Teilbordnetz 8 galvanisch getrennt. Mit anderen Worten wird das erste Schaltelement S21 geöffnet, sodass insbesondere die elektrische Antriebseinheit 5 von der Fahrzeugbatterie 2 abgetrennt beziehungsweise getrennt ist.
  • Des Weiteren kann mittels des Wechselschalters WS das erste elektrische Teilbordnetz 9 von dem zweiten Teilbordnetz 7 galvanisch getrennt werden. Somit werden während des Ladebetriebs die Nebenaggregate des Nebenaggregatbordnetzes, insbesondere des erste Teilbordnetzes 9, nicht mehr mittels der Fahrzeugbatterie 2 und/oder der elektrischen Antriebseinheit 5 mit Energie versorgt. Somit liegt während des elektrischen Ladebetriebs der Fahrzeugbatterie 2 eine direkte elektrische Verbindung zwischen der Stromquelle 4 und der Fahrzeugbatterie 2 und dem ersten Teilbordnetz 9 vor.
  • Insbesondere sind die Komponenten des elektrischen Bordnetzes 3 mittels Potentialleitungen HV+, HV- elektrisch miteinander verbunden. Insbesondere handelt es sich hierbei um elektrische Leitungen, insbesondere um Hochvoltleitungen des elektrischen Bordnetzes 3.
  • Insbesondere kann zur Durchführung eines sicheren Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie 2 zwischen zumindest einer Potentialleitung HV+ zwischen dem Wechselschalter WS und dem Ladeanschluss 6 eine elektrische Sicherung S verschaltet sein. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Schmelzsicherung handeln. Diese dient als Schutzfunktion für einen Kurzschluss oder für Überströme.
  • Im Nachfolgenden wird der Fall geschildert, bei welchem sich das Fahrzeug 1 in einem Fahrbetrieb befindet. Für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 kann der Ladeanschluss 6 mittels des zweiten Schaltelements S22 von dem dritten Teilbordnetz 8 galvanisch getrennt werden. Somit wird das zweite Schaltelement S22 geöffnet, sodass zwischen der Fahrzeugbatterie 2 und der Stromquelle 4 keine elektrische Verbindung vorhanden ist. Zusätzlich kann mittels des Wechselschalters WS der Ladeanschluss 6 von dem ersten Teilbordnetz 9 galvanisch getrennt werden. Somit wird der Wechselschalter WS in diesem Fall auf die Spannungslage der Batteriespannung 2 gesetzt. Insbesondere wird für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 das zweite Teilbordnetz 7 mittels des ersten Schaltelements S21 mit dem dritten Teilbordnetz 8 galvanisch verbunden. Somit wird das erste Schaltelement S21 geschlossen, sodass eine elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie 2 und der zumindest einen elektrischen Antriebseinheit 5 vorliegt. Somit kann die elektrische Antriebseinheit 5 für eine Fortbewegungsfahrt des Fahrzeugs 1 mit elektrischer Energie, insbesondere der Batteriespannung UBatt, versorgt werden. Zusätzlich kann mittels des Wechselschalters WS das erste Teilbordnetz 9 mit dem zweiten Teilbordnetz 7 galvanisch verbunden werden. Somit können während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs 1 die elektrischen Komponenten 10 des ersten Teilbordnetzes 9 durch die Fahrzeugbatterie 2 und/oder die elektrische Antriebseinheit 5 mit elektrischer Energie versorgt werden.
  • Damit der Wechselschalter WS zwischen dem ersten Teilbordnetz 9 und dem Ladeanschluss 6 lastfrei wechselweise geschalten werden kann, zwischen zumindest einer der beiden Potentialleitungen HV+, HV- zwischen dem zweiten Teilbordnetz 7 und dem Wechselschalter WS eine Halbleitersicherung HLS verschaltet werden. Bei der Halbleitersicherung HS handelt es sich insbesondere um eine unidirektional sperrende Halbleitersicherung. Mithilfe dieser Halbleitersicherung HLS kann der Wechselschalter WS lastfrei geschalten werden. Die Halbleitersicherung HLS weist einen Halbleiterschalter 11 und optional eine Stromerfassungseinheit auf. Dieser Halbleiterschalter 11 kann je nachdem, ob sich das elektrische Bordnetz 3 in einem Ladebetrieb der Fahrzeugbatterie 2 oder in einem Fahrzustand des Fahrzeugs 1 befindet, entsprechend geschaltet werden. Im einfachsten Fall kann die Halbleitersicherung anstelle des Halbleiterschalters 11 ein einfaches Schaltelement 12 aufweisen. Insbesondere kann dann, wenn die Fahrzeugbatterie 2 mittels der Ladespannung UL geladen wird, ein Schaltelement 12 der Halbleitersicherung HLS geschlossen werden. Des Weiteren weist die Halbleitersicherung HLS anstatt oder zusätzlich zumindest eine Diode D auf. Diese ist insbesondere parallel zu dem Schaltelement 12 verschaltet. Bei der Diode D kann es sich insbesondere um eine Body-Diode, insbesondere um eine MOSFET-Bodydiode, des Halbleiterschalters 11 der Halbleitersicherung HLS handeln. Die Diode D weist insbesondere eine Sperrrichtung auf, sodass ein Stromfluss von dem Wechselschalter WS in Richtung des zweiten Teilbordnetzes 7 unterbunden beziehungsweise verhindert werden kann. Somit kann insbesondere im Falle eines Kurzschlusses ein Kurzschlussstrom nicht in das erste Teilbordnetz 9 fließen. Somit kann mithilfe der Diode D und/oder dem Schaltelement 12 im Falle eines Kurzschlusses ein Batteriestrom oder ein Ladestrom der Ladesäule als Stromquelle 4 unterbrochen werden. Des Weiteren kann die Diode D und/oder das Schaltelement 12 so verschaltet sein, dass ein Strom von dem ersten Teilbordnetz 9 in Richtung des Wechselschalters WS immer fließen kann. Die Halbleitersicherung HLS kann unidirektional-sperrend sein, wobei die Halbleitersicherung ein parasitäres/unerwünschtes Verhalten aufweisen kann. Um dies entgegenzuwirken ist die Diode D vorgesehen.
  • Insbesondere können die Halbleitersicherung HLS und der Wechselschalter WS zusammen eine hybride Schaltvorrichtung 13 bilden. Mithilfe der hybriden Schaltvorrichtung 13 kann auf besonders vorteilhafte Weise der Wechselschalter WS lastfrei geschalten werden. Infolgedessen muss der Wechselschalter WS nicht auf hohe Ströme und/oder Spannungen ausgelegt beziehungsweise dimensioniert werden.
  • Beispielsweise kann das zweite Teilbordnetz 7 als Antriebsbordnetz oder Traktionsbordnetz bezeichnet werden. Das erste Teilbordnetz 9 kann beispielsweise als Nebenaggregatebordnetz bezeichnet werden.
  • Beispielsweise kann das zweite Schaltelement S22 als DC-Ladeschütze ausgebildet sein. Das erste Schaltelement S21 kann als Traktionsschütze ausgebildet sein.
  • Um das elektrische Bordnetz 3 besonders effizient betreiben zu können, kann vorgesehen sein, dass für den Start des Ladevorgangs beziehungsweise für den Ladebetrieb der Fahrzeugbatterie 2 das elektrische Bordnetz 3 vor dem Zuschalten der Fahrzeugbatterie 2 vorgeladen wird. Somit kann das elektrische Bordnetz 3 auf ein vorgegebenes Spannungsniveau angehoben werden.
  • In der nachfolgenden 3 wird ein schematischer Ablauf eines Vorladevorgangs des elektrischen Bordnetzes 3 des Fahrzeugs 1 geschildert. Der Vorladevorgang wird insbesondere unmittelbar, also direkt zeitlich vor dem Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 durchgeführt. Insbesondere wird der Vorladevorgang unmittelbar vor dem nachfolgenden Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 durchgeführt. Somit erfolgt zeitlich gesehen der Vorladevorgang direkt bevor der Ladevorgang durchgeführt wird. Insbesondere kann der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 erst dann durchgeführt werden, wenn der Vorladevorgang des elektrischen Bordnetzes 3 durchgeführt wurde.
  • In einem optionalen ersten Schritt S1 kann die Fahrzeugbatterie 2, insbesondere das dritte Teilbordnetz 3, mittels des ersten Schaltelements S21 und des Wechselschalters WS mit dem ersten Teilbordnetz 9 des elektrischen Bordnetzes 3 galvanisch verbunden werden. Zusätzlich kann mittels des zweiten Schaltelements S22 die Fahrzeugbatterie 2 von einem Ladepfad 14 (vergleiche 2), welcher den Ladeanschluss 2 beinhaltet, galvanisch getrennt werden. Dabei können das zweite Teilbordnetz 9 und das erste Teilbordnetz 9 mittels des Wechselschalters WS von dem Ladepfad 14 und insbesondere von dem Ladeanschluss 6 galvanisch getrennt werden. Somit ist in diesem Zustand die Stromquelle 4 nur mit dem fahrzeugseitigen Ladeanschluss 6 und somit mit dem Ladepfad 14 verbunden. Mit anderen Worten wird in diesem ersten Schritt S1 der Ausgangszustand für das Vorladen des elektrischen Bordnetzes 3 erläutert. Beispielsweise kann während dieses Ausgangszustandes ein HV-Bordnetz des Fahrzeugs 1 entladen werden. Des Weiteren ist als Ausgangszustand, insbesondere während des Vorladevorgangs, das Schaltelement 12 der Halbleitersicherung HLS geöffnet.
  • In einem optionalen nachfolgenden zweiten Schritt S2 kann beispielsweise zumindest eine Leitungskapazität C1 des Ladepfads 14 des elektrischen Bordnetzes 3 mit der mit dem Ladepfad 14 verbundenen Stromquelle 4 auf einen ersten Spannungswert vorgeladen werden. Insbesondere wird in diesem Vorgang ein Zwischenkreis des Ladepfads 14 auf den ersten Spannungswert vorgeladen.
  • Beispielsweise kann der Vorladevorgang des elektrischen Bordnetzes 3 mit einer Isolationsüberwachungseinheit 16 (vergleiche 2) hinsichtlich eines Isolationswiderstandes des elektrischen Bordnetzes 3 und/oder der Stromquelle 4 überwacht werden. Somit kann bei der angeschlossenen Stromquelle an das Fahrzeug 1 die Isolationsfestigkeit beziehungsweise Isolationsbeständigkeit überprüft beziehungsweise überwacht werden. Dabei ist es wichtig, dass überprüft wird, um welchen Ladestandard es sich bei dem Ladeanschluss 6 und der Stromquelle 4 handelt. Dabei kann beispielsweise als Ladestandard der „GB/T-Standard“ verwendet werden oder vorhanden sein. Sollte dieser Standard vorliegen, kann mittels einer Isolationsüberwachung beziehungsweise der Isolationsüberwachungseinheit 16 zum einen die Isolation der Potentialleitungen HV+, HV- und/oder eines Ladekabels zwischen dem fahrzeugseitigen Ladeanschluss 6 und der Stromquelle 4 überprüft werden. Insbesondere wird bei dem „GB/T-Standard“ ein Isolationswächter der Stromquelle 4 deaktiviert und der Ladevorgang und/oder Vorladevorgang wird mittels der Isolationsüberwachungseinheit 16 des elektrischen Bordnetzes 3 beziehungsweise des Fahrzeugs 1 durchgeführt. Für den Vorladevorgang beziehungsweise Ladevorgang können ladesäulenseitige Schütze der Stromquelle 4 geschlossen sein.
  • Beispielsweise können das zweiten Teilbordnetz 7 und das erste Teilbordnetz 9 mittels einer Isolationsüberwachung der Fahrzeugbatterie 2 erfolgen.
  • Ein weiterer möglicher Ladestandard ist das „Combined-Charging-System“. Dieser CCS-Standard hat die Auswirkungen, dass während des Vorladevorgangs und/oder Ladevorgangs die Batterieisolationsüberwachung deaktiviert ist und diese Ladevorgänge mittels der Isolationsüberwachungseinheit 17 der Stromquelle 4 durchgeführt wird.
  • In einem nachfolgenden optionalen dritten Schritt S3 kann zumindest ein Kondensator C2 des ersten Teilbordnetzes 9 mit der Fahrzeugbatterie 2 auf einen zweiten Spannungswert vorgeladen werden. Dabei kann ebenfalls hierbei ein Zwischenkreis des ersten Teilbordnetzes 9 vorgeladen werden. Somit wird der Kondensator C2 mittels der Verbindung zwischen dem Wechselschalter WS zu der Fahrzeugbatterie 2 mittels der Batteriespannung UBatt auf den zweiten Spannungswert als Zielspannung vorgeladen. Dabei kann der zumindest eine Kondensator C2 des ersten Teilbordnetzes 9 durch Umwandlung der Batteriespannung UBatt der Fahrzeugbatterie 2 mittels eines Gleichspannungswandlers 15 (vergleiche 2) des ersten Teilbordnetzes 9 durchgeführt werden. Bei dem Gleichspannungswandler 15 kann es sich beispielsweise um einen DC/DC-Wandler handeln.
  • Insbesondere können der Schritt S2 und Schritt S3 gleichzeitig, also parallel, durchgeführt werden. Somit kann der Vorladevorgang des elektrischen Bordnetzes 3 effizienter durchgeführt werden. Optional kann der erste und/oder zweite Spannungswert in Abhängigkeit von der Batteriespannung UBatt eingestellt beziehungsweise definiert werden. Insbesondere kann die Batteriespannung UBatt einen Spannungswert von 800 Volt aufweisen. Dabei kann also der erste und/oder zweite Spannungswert insbesondere 800 Volt betragen. Um die Halbleitersicherung HS unidirektional sperrend einsetzen zu können, kann der zweite Spannungswert im Vergleich zu dem ersten Spannungswert eine Spannungsdifferenz von beispielsweise 10 Volt, insbesondere 20 Volt, vorteilhafterweise 30 Volt, aufweisen. Somit kann der Wechselschalter WS lastfrei geschaltet werden.
  • In einem nachfolgenden optionalen vierten Schritt S4 kann überprüft werden, welchen Ladezustand die beiden Kondensatoren beziehungsweise Kapazitäten C1, C2 aufweisen. Somit kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Ladezustand der Kondensatoren beziehungsweise Kapazitäten C1, C2 der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 des Fahrzeugs 1 mittels der Stromquelle 4 durchgeführt werden.
  • Insbesondere erfolgt der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 dann, wenn die Leitungskapazität C1 des Ladepfads 14 auf den ersten Spannungswert und der Kondensator C2 des ersten Teilbordnetzes 9 auf den zweiten Spannungswert aufgeladen wurden. Wenn dies der Fall ist, so kann beispielsweise mit einer Vorladeschaltvorrichtung des elektrischen Bordnetzes 3 die Fahrzeugbatterie 2 mittels des zweiten Schaltelements S22 mit dem Ladepfad 14 galvanisch verbunden und mittels des ersten Schaltelements S21 und des Wechselschalters WS von dem ersten Teilbordnetz 9 galvanisch getrennt werden. Somit kann die Fahrzeugbatterie 2 mittels der Ladespannung UL geladen werden. Somit erfolgt hier ein Schaltvorgang, insbesondere lastfrei, des Wechselschalters WS, sodass zum einen die Fahrzeugbatterie 2 mittels der Ladespannung UL geladen werden kann und die elektrischen Komponenten 10 des zweiten Teilbordnetzes 9 ebenfalls mittels der Ladespannung UL von der Stromquelle 4 versorgt werden.
  • In einem optionalen zusätzlichen beziehungsweise parallelen Schritt S5 kann während des Umschaltens auf den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 das zweiten Teilbordnetz 7, insbesondere die elektrische Antriebseinheit 5, entladen werden. Somit kann hier eine Spannungsfreiheit hergestellt werden.
  • In einem zusätzlichen optionalen sechsten Schritt S6 kann für den endgültigen Ladebetrieb beziehungsweise Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 zusätzlich das Schaltelement 12 der Halbleitersicherung HLS geschlossen werden. Dies kann eine endgültige Spannungsanpassung des zweiten Teilbordnetzes 9 an das Spannungsniveau der Stromquelle 4 erfolgen.
  • In einem abschließenden optionalen siebten Schritt S7 kann nun zum einen die Fahrzeugbatterie 2 mittels der Stromquelle 4 aufgeladen werden und währenddessen die elektrischen Komponenten 10 des ersten Teilbordnetzes 9 versorgt werden. Parallel dazu sind das zweiten Teilbordnetz 7 und insbesondere die elektrischen Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs spannungsfrei.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    2
    Fahrzeugbatterie
    3
    elektrisches Bodnetz
    4
    fahrzeugexterne Stromquelle
    5
    elektrische Antriebseinheit
    6
    Ladeanschluss
    7
    zweites Teilbordnetz
    8
    drittes Teilbordnetz
    9
    erstes Teilbordnetz
    10
    elektrische Komponenten
    11
    Halbleiterschalter
    12
    Schaltelement
    13
    hybride Schaltvorrichtung
    14
    Ladepfad
    15
    Gleichspannungswandler
    16, 17
    Isolationsüberwachungseinheiten
    C1
    Leitungskapazität
    C2
    Kondensatoren
    D
    Diode
    HLS
    Halbleitersicherung
    HV+, HV-
    Potentialleitungen
    UBatt
    Batteriespannung
    UL
    Ladespannung
    S
    Sicherung
    S21, S22
    erstes und zweites Schaltelement
    WS
    Wechselschalter
    S1 bis S7
    erster bis siebter Schritt

Claims (9)

  1. Verfahren zum Durchführen eines Vorladevorgangs eines elektrischen Bordnetzes (3) eines Fahrzeugs (1) für einen unmittelbar an den Vorladevorgang nachfolgenden Ladevorgang einer Fahrzeugbatterie (2) des Fahrzeugs (1), wobei - die Fahrzeugbatterie (2) mittels eines ersten Schaltelements (S21) und eines zum ersten Schaltelement (S21) körperlich getrennten Wechselschalters (WS) mit einem ersten Teilbordnetz (9) des elektrischen Bordnetzes (3) galvanisch verbunden und mittels eines zum ersten Schaltelement (S21) und zum Wechselschalter (WS) körperlich getrennten zweiten Schaltelements (S22) von einem Ladepfad (14) des elektrischen Bordnetzes (3) galvanisch getrennt wird, und wobei das ersten Teilbordnetz (9) mittels des Wechselschalters (WS) von dem Ladepfad (14) galvanisch getrennt ist (S1), - zumindest eine Leitungskapazität (C1) des Ladepfades (14) des elektrischen Bordnetzes (3) mit einer mit dem Ladepfad (14) elektrisch verbundenen Stromquelle (4) auf einen ersten Spannungswert vorgeladen wird (S2), - zumindest ein Kondensator (C2) des ersten Teilbordnetzes (9) mit der Fahrzeugbatterie (2) auf einen zweiten Spannungswert vorgeladen wird (S3), wobei - in Abhängigkeit von einem jeweiligen Ladezustand der zumindest einen Leitungskapazität (C1) des Ladepfads (14) und des zumindest einen Kondensators (C2) des ersten Teilbordnetzes (9) die Fahrzeugbatterie (2) des Fahrzeugs (1) mit der Stromquelle (4) geladen wird (S4), dadurch gekennzeichnet, dass - für das Vorladen des zumindest einen Kondensators (C2) des ersten Teilbordnetzes (9) ein Schaltelement (12) einer Halbleitersicherung (HLS), welche mit zumindest einer Potentialleitung (HV+, HV-) zwischen dem ersten Teilbordnetz (9) und dem Wechselschalter (WS) verschaltet ist, geöffnet wird, und - für das Versorgen des ersten Teilbordnetzes (9) mit einer Ladespannung (UL) das Schaltelement (12) der Halbleitersicherung (HLS) geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die zumindest eine Leitungskapazität (C1) des Ladepfads (14) auf den ersten Spannungswert und der zumindest eine Kondensator (C2) des ersten Teilbordnetzes (9) auf den zweiten Spannungswert aufgeladen sind, die Fahrzeugbatterie (2) mittels des zweiten Schaltelements (S22) mit dem Ladepfad (14) galvanisch verbunden und mittels des ersten Schaltelements (S21) und des Wechselschalters (WS) von dem ersten Teilbordnetz (9) galvanisch getrennt wird, wodurch die Fahrzeugbatterie (2) mittels der Stromquelle (4) geladen wird (S4).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich das erste Teilbordnetz (9) mittels des Wechselschalters (WS) mit dem Ladepfad (14) galvanisch verbunden wird (S4), wodurch das erste Teilbordnetz (9) mit der Stromquelle (4) versorgt wird, insbesondere unmittelbar nach dem Vorladevorgang zumindest ein elektrischer Antrieb (5) des elektrischen Bordnetzes (3) entladen wird (S5).
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Halbleitersicherung (HLS) bei einem Kurzschluss innerhalb des Bordnetzes (3) ein Stromfluss von dem Wechselschalter (WS) zu dem ersten Teilbordnetz (9) unterbunden wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kondensator (C2) des ersten Teilbordnetzes (9) durch Umwandlung einer Batteriespannung (UBatt) der Fahrzeugbatterie (2) mittels eines Gleichspannungswandlers (15) des ersten Teilbordnetzes (9) auf den zweiten Spannungswert vorgeladen wird (S3).
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Leitungskapazität (C1) des Ladepfads (14) und der zumindest eine Kondensator (C2) des ersten Teilbordnetzes (9) gleichzeitig aufgeladen werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Vorladevorgangs des elektrischen Bordnetzes (3) ein Isolationswiderstand des elektrischen Bordnetzes (3) und/oder der Stromquelle (4) mit einer Isolationsüberwachungseinheit (17) der Stromquelle oder mit einer Isolationsüberwachungseinheit (16) des elektrischen Bordnetzes (3) überwacht wird (S2).
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Spannungswert in Abhängigkeit von der Batteriespannung (UBatt) eingestellt werden, insbesondere mit der Batteriespannung (UBatt) ein Spannungswert von 800V bereitgestellt wird.
  9. Elektrisches Bordnetz (3) für ein Fahrzeug (1) mit einem ersten Teilbordnetz (9) für von einer elektrischen Antriebseinheit (5) verschiedenen elektrische Komponenten (10) des Fahrzeugs (1), einem zweiten Teilbordnetz (7) für die elektrische Antriebseinheit (5) des Fahrzeugs (1), einem dritten Teilbordnetz (8) für eine Fahrzeugbatterie (2) des Fahrzeugs (1) und einem Ladeanschluss (6) zum Verbinden des elektrischen Bordnetzes (3) mit einer fahrzeugexternen Stromquelle (4), wobei das elektrische Bordnetz (3) zum Durchführen eines Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
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