DE102021115167A1 - Motor vehicle high-voltage electrical system - Google Patents

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Moritz Eitler
Eric Müller
Mario Schulte
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Ein Hochspannungsbordnetz (100) eines Fahrzeugs umfasst eine Hochvoltbatterie (102) und ein erstes Ladegerät (106), welches eine über einen Anschluss (108) an dessen Eingang angelegte ein- oder mehrphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt und an einen Hochspannungs-Zwischenkreis (110) anlegt. An den Hochspannungs-Zwischenkreis (110) sind zwei bidirektional betreibbare Gleichspannungswandler (112a, 112b angeschlossen, welche dazu eingerichtet sind, einzeln oder gemeinsam die Hochvoltbatterie (102) aus dem Hochspannungs-Zwischenkreis (110) zu laden oder den Hochspannungs-Zwischenkreis (110) aus der Hochvoltbatterie (102) mit einer Gleichspannung zu speisen. Bei einer Hochvoltbatterie (102) mit zwei Batteriebänken (102a, 102b) ist eine Schaltvorrichtung vorgesehen, mittels welcher die zwei Batteriebänke (102a, 102b) in Serie zueinander geschaltet oder voneinander getrennt werden können. Bei in Serie geschalteten Batteriebänken (102a, 102b) kann eine Ladespannung von einem zweiten Ladegerät direkt an die Batterie (102) angelegt werden, so dass die Batterie (102) schneller geladen wird.A high-voltage electrical system (100) of a vehicle comprises a high-voltage battery (102) and a first charger (106), which converts a single-phase or multi-phase AC voltage applied to its input via a connection (108) into a DC voltage and transmits it to a high-voltage intermediate circuit (110 ) creates. Two bidirectionally operable DC-DC converters (112a, 112b) are connected to the high-voltage intermediate circuit (110), which are set up individually or jointly to charge the high-voltage battery (102) from the high-voltage intermediate circuit (110) or to charge the high-voltage intermediate circuit (110) from the high-voltage battery (102) with a DC voltage. In the case of a high-voltage battery (102) with two battery banks (102a, 102b), a switching device is provided, by means of which the two battery banks (102a, 102b) can be connected in series with one another or separated from one another In the case of battery banks (102a, 102b) connected in series, a charging voltage can be applied directly to the battery (102) by a second charger, so that the battery (102) is charged more quickly.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Hochspannungs-Bordnetze von Kraftfahrzeugen, insbesondere von vollelektrisch angetriebenen und Hybrid-Kraftfahrzeugen, mit einem mindestens eine Batterie umfassenden elektrischen Energiespeicher und einem Hochvoltzwischenkreis. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Hochspannungs-Bordnetzes in unterschiedlichen Betriebsarten.The present invention relates to high-voltage vehicle electrical systems of motor vehicles, in particular of all-electrically driven and hybrid motor vehicles, with an electrical energy store comprising at least one battery and a high-voltage intermediate circuit. The present invention also relates to methods for operating a high-voltage vehicle electrical system according to the invention in different operating modes.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Elektrofahrzeuge, d. h. Hybridfahrzeuge (Hybrid Electric Vehicle, HEV), Plugin-Hybridfahrzeuge (Plugin Hybrid Electric Vehicle, PHEV) und reine Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle, EV), umfassen ein Hochvoltbordnetz, welches eine Hochvoltbatterie, eine an die Hochvoltbatterie angeschlossene Motorsteuerung und einen an die Motorsteuerung angeschlossenen elektrischen Antriebsmotor, sowie weitere auch von der Gattung und Ausstattung des Elektrofahrzeugs abhängige Hochvoltkomponenten aufweist, bspw. Klimakompressoren, Heizgeräte und dergleichen. Sofern kein Gleichstrommotor genutzt wird, kann ein Frequenzumrichter den von der Hochvoltbatterie bereitgestellten elektrischen Gleichstrom in zumeist drei Wechselstromphasen wandeln, welche einen für den Betrieb mit Wechselstrom ausgelegten Elektromotor antreiben.electric vehicles, i. H. Hybrid vehicles (Hybrid Electric Vehicle, HEV), plug-in hybrid vehicles (Plugin Hybrid Electric Vehicle, PHEV) and purely electric vehicles (Electric Vehicle, EV) include a high-voltage vehicle electrical system, which includes a high-voltage battery, a motor controller connected to the high-voltage battery and a motor controller connected to the motor controller electric drive motor, as well as other high-voltage components that also depend on the type and equipment of the electric vehicle, for example air conditioning compressors, heaters and the like. If no direct current motor is used, a frequency converter can convert the direct current provided by the high-voltage battery into mostly three alternating current phases, which drive an electric motor designed for operation with alternating current.

Das Hochvoltsystem der meisten, heute erhältlichen Elektroautos basiert auf einer Architektur mit ungefähr 400 Volt Systemspannung, wobei die Spannung der Batterie abhängig vom Ladezustand erheblich schwanken kann. Bei einer beispielhaft angenommenen Batterie auf Lithiumbasis mit einer Nennspannung von 3.6 V pro Zelle werden etwa 110 Zellen in Serie verschaltet, um die Nenn-Systemspannung zu erreichen. Die Entladeschlussspannung einer typischen Lithium-Batteriezelle liegt bei etwa 2.5 V, die Ladeschlussspannung bei etwa 4.2 V. Daraus ergibt sich ein ladezustandsabhängiger Spannungsbereich einer Batterie mit 110 in Serie geschalteten Zellen zwischen etwa 275 V und 460 V. Die von der in diesem Beispiel angenommenen Batterie versorgten Verbraucher müssen also mindestens für einen Eingangsspannungsbereich von etwa 185 V ausgelegt sein. In der Praxis wird man einen Eingangsspannungsbereich von 200 V annehmen, um Spannungsabfälle auf Leitungen zu berücksichtigen. Elektrische Verbraucher können in der Regel nur in einem engen Nenn-Versorgungsspannungsbereich mit einem guten Wirkungsgrad betrieben werden. Während die Auslegung elektrischer Verbraucher für einen Betrieb über einen weiten Eingangsspannungsbereich möglich ist, kann der Wirkungsgrad außerhalb des Nenn-Versorgungsspannungsbereichs schlechter sein. Gerade bei batteriebetriebenen Fahrzeugen ist aber ein effizienter Umgang mit der in der Batterie des Fahrzeugs gespeicherten Energie von großer Bedeutung. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hochspannungsbordnetz zu schaffen, welches einen effizienten Betrieb daran angeschlossener Komponenten ermöglicht.The high-voltage system of most electric cars available today is based on an architecture with around 400 volts system voltage, whereby the voltage of the battery can vary significantly depending on the state of charge. In a lithium-based battery assumed as an example with a nominal voltage of 3.6 V per cell, around 110 cells are connected in series in order to reach the nominal system voltage. The end-of-discharge voltage of a typical lithium battery cell is around 2.5 V, the end-of-charge voltage around 4.2 V. This results in a voltage range for a battery with 110 cells connected in series between around 275 V and 460 V, depending on the state of charge The consumers supplied must therefore be designed for at least an input voltage range of around 185 V. In practice, an input voltage range of 200 V will be assumed to allow for voltage drops on lines. As a rule, electrical loads can only be operated with good efficiency in a narrow nominal supply voltage range. While electrical loads can be designed to operate over a wide input voltage range, efficiency can be poor outside of the nominal supply voltage range. Efficient handling of the energy stored in the vehicle's battery is of great importance, particularly in the case of battery-operated vehicles. It is therefore an object of the present invention to create a high-voltage on-board electrical system which enables components connected to it to be operated efficiently.

Die für das hochautomatisierte Fahren benötigten Systeme, insbesondere die sicherheitsrelevanten Lenk- und Bremssysteme werden mit einer Spannung von 12 V betrieben. Dies hat unter anderem zulassungstechnische Gründe, da derartige Systemkomponenten bereits in großer Zahl für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor zugelassen sind, welche in der Regel ein 12 V-Bordnetz aufweisen, und die Neuentwicklung und Zulassung für höhere Versorgungsspannungen teuer und aufwendig ist. Da auch andere bewährte Systeme des Fahrzeugs mit einer Betriebsspannung von 12 V betrieben werden, bspw. Entertainmentsysteme und dergleichen, ist in Elektrofahrzeugen stets auch ein 12 V-Bordnetz vorhanden, welches eine eigene 12 V-Batterie aufweisen kann. Die zusätzliche 12 V-Batterie bringt jedoch zusätzliches Gewicht mit sich und benötigt zusätzlichen Bauraum. Zusätzliches Gewicht benötigt außerdem bei jedem Fahrzeug, nicht nur bei Elektrofahrzeugen, vor allem beim Beschleunigen zusätzliche Energie. Diese kann in Elektrofahrzeugen zwar beim Verzögern teilweise zurückgewonnen werden, jedoch geht ein geringeres Gewicht im Fahrzeugbau stets mit einer besseren Fahrdynamik und einem gerade bei Elektrofahrzeugen erwünschten geringeren Energieverbrauch im Betrieb einher. Da das 12 V-Bordnetz stets mit ausreichend Energie versorgt werden muss, um die sicherheitsrelevanten Systeme versorgen zu können, aus Gründen der Gewichtseinsparung, wenn überhaupt, aber nur eine 12 V-Batterie mit kleiner Kapazität verbaut wird, wird ein an die Hochvoltbatterie angeschlossener Gleichspannungswandler genutzt, welcher das 12 V-Bordnetz aus der Hochvoltbatterie speist und ggf. auch die 12 V-Batterie lädt. Es ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine sichere Versorgung des Gleichspannungswandler für das 12 V-Bordnetz aus dem Hochspannungsbordnetz bzw. der Hochvoltbatterie zu gewährleisten, welche die Verwendung einer 12 V-Batterie mit einer kleinen Kapazität und einem entsprechenden kleinen Gewicht und Platzbedarf oder sogar den Verzicht auf diese Batterie ermöglicht.The systems required for highly automated driving, in particular the safety-related steering and braking systems, are operated with a voltage of 12 V. Among other things, this has approval-related reasons, since such system components are already approved in large numbers for vehicles with internal combustion engines, which usually have a 12 V vehicle electrical system, and new development and approval for higher supply voltages is expensive and complex. Since other tried-and-tested vehicle systems are also operated with an operating voltage of 12 V, for example entertainment systems and the like, there is always a 12 V vehicle electrical system in electric vehicles, which can have its own 12 V battery. However, the additional 12 V battery involves additional weight and requires additional installation space. Additional weight also requires additional energy in every vehicle, not only in electric vehicles, especially when accelerating. Although this can be partially regained in electric vehicles when decelerating, a lower weight in vehicle construction always goes hand in hand with better driving dynamics and lower energy consumption during operation, which is particularly desirable for electric vehicles. Since the 12 V vehicle electrical system must always be supplied with sufficient energy in order to be able to supply the safety-relevant systems, for reasons of weight saving only a 12 V battery with a small capacity is installed, if at all, a DC converter connected to the high-voltage battery is used used, which feeds the 12 V vehicle electrical system from the high-voltage battery and, if necessary, also charges the 12 V battery. It is therefore a further object of the present invention to ensure a reliable supply of the DC voltage converter for the 12 V vehicle electrical system from the high-voltage vehicle electrical system or the high-voltage battery, which allows the use of a 12 V battery with a small capacity and a correspondingly small weight and space requirement or even allows you to do without this battery.

Bei Hochleistungsfahrzeugen mit leistungsstarken Antrieben müssen Batterien mit größerer Kapazität verbaut werden, um trotz der höheren zur Verfügung stehenden Leistung eine akzeptable Reichweite zu ermöglichen. Bei Hochleistungsfahrzeugen kommen zudem zunehmend höhere Systemspannungen für den Antrieb zum Einsatz, bspw. 800 V bei dem Porsche Taycan, wodurch eine höhere Leistung der Antriebsmotoren bei noch vertretbaren Querschnitten der elektrischen Leiter ermöglicht wird. Um Batterien mit großer Kapazität in einem vertretbaren Zeitrahmen zu laden werden vorzugsweise Schnell- oder Hochleistungslader genutzt, welche Gleichströme mit einer hohen Spannung an das Fahrzeug anlegen. Die Verwendung hoher Spannungen führt unter anderem dazu, dass die Ohm'schen Verluste in den Ladekabeln und Steckverbindungen geringgehalten werden, so dass auch bei einer hohen Ladeleistung weniger Energie verloren geht.In high-performance vehicles with powerful drives, batteries with a larger capacity must be installed in order to enable an acceptable range despite the higher power available. High-performance vehicles are also increasingly using higher system voltages for the drive, e.g. 800 V in the Porsche Taycan, which enables higher performance of the drive motors with still acceptable cross-sections of the electrical conductors. In order to charge batteries with a large capacity in a reasonable time frame, rapid or high-performance chargers are preferably used, which apply direct currents with a high voltage to the vehicle. The use of high voltages means, among other things, that the ohmic losses in the charging cables and plug connections are kept low, so that less energy is lost even with a high charging power.

Eine höhere Systemspannung in einem Fahrzeug bedeutet jedoch auch, dass sämtliche mit dieser Systemspannung betriebenen elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs wie bspw. Klimakompressoren, Gleichspannungswandler für das 12 V Bordnetz, Heizgeräte, Fahrwerkskomponenten und dergleichen für diese Systemspannung ausgelegt sein müssen. Da die Mehrzahl der elektrisch oder teilelektrisch betriebenen Fahrzeuge jedoch eine Systemspannung von 400 V nutzt bedeutet das, dass die Komponenten für die höheren Systemspannungen erheblich teurere Sonderentwicklungen sind.However, a higher system voltage in a vehicle also means that all electrical consumers of the vehicle operated with this system voltage, such as air conditioning compressors, DC voltage converters for the 12 V vehicle electrical system, heaters, chassis components and the like must be designed for this system voltage. However, since the majority of electrically or partially electrically operated vehicles use a system voltage of 400 V, this means that the components for the higher system voltages are significantly more expensive special developments.

Außerdem ist es wegen der zumindest derzeit geringeren Anzahl der verfügbaren Hochleistungslader wünschenswert, auch Fahrzeuge mit hohen Systemspannungen an den in erheblich größerer Zahl verfügbaren 400 V Ladepunkten laden zu können. In der Regel erfordert dies, dass für das Laden an einem 400 V Ladepunkt die Systemspannung des Fahrzeugs auf 400 V herabgesetzt wird. Da sowohl während des Ladens an einem 800 V Hochleistungslader als auch während des Ladens an einem 400 V Ladepunkt viele elektrisch betriebene Verbraucher voll funktionsfähig sein müssen, und zudem die Batteriespannung während des Ladens nicht konstant ist, so dass die Eingangsspannung an einem elektrischen Verbraucher, wie oben beschrieben, um bis zu 200 V bei einem 400 V-System bzw. um bis zu 400 V bei einem 800 V-System variieren kann, müssen diese elektrisch betriebenen Verbraucher für einen sehr großen Betriebsspannungsbereich von etwa 300 V bis 900 V ausgelegt sein, was nicht nur aufwendig und daher teuer ist, sondern auch mit einem im Vergleich zu einem kleineren Betriebsspannungsbereich verringerten Wirkungsgrad einhergeht. Es ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hochspannungsbordnetz zu schaffen, welches ein schnelles Laden der Hochvoltbatterie, ggf. mit zwei deutlich unterschiedlichen Ladespannungen, und zudem den effizienten Betrieb von elektrischen Hochvoltverbrauchern während des Ladens mit einer Spannung ermöglicht, welche im Bereich der niedrigeren der unterschiedlichen Ladespannungen liegt.In addition, due to the currently smaller number of high-performance chargers available, it is desirable to also be able to charge vehicles with high system voltages at the significantly larger number of 400 V charging points that are available. Typically, this requires that the vehicle's system voltage be stepped down to 400V for charging at a 400V charging point. Since many electrically operated consumers must be fully functional both during charging at an 800 V high-performance charger and at a 400 V charging point, and the battery voltage is not constant during charging, so that the input voltage at an electrical consumer such as described above, can vary by up to 200 V in a 400 V system or by up to 400 V in an 800 V system, these electrically operated consumers must be designed for a very large operating voltage range of around 300 V to 900 V, which is not only complex and therefore expensive, but is also associated with reduced efficiency compared to a smaller operating voltage range. It is therefore a further object of the present invention to create a high-voltage on-board electrical system which enables rapid charging of the high-voltage battery, if necessary with two significantly different charging voltages, and also the efficient operation of high-voltage electrical consumers during charging with a voltage which is in the range of lower of the different charging voltages.

Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetz in unterschiedlichen Betriebszuständen bereitzustellen.It is also an object of the present invention to provide a method for operating a high-voltage vehicle electrical system according to the invention in different operating states.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Eine oder mehrere der vorstehend genannten Aufgaben werden durch einen oder mehrere der Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.One or more of the above objects are solved by one or more of the patent claims. Advantageous developments and refinements are specified in the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Hochspannungsbordnetz eines Fahrzeugs umfasst eine Hochvoltbatterie und ein erstes Ladegerät, welches eine über einen Anschluss an dessen Eingang angelegte ein- oder mehrphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt und an einen Hochspannungs-Zwischenkreis anlegt. Erfindungsgemäß sind zwei bidirektional betreibbare Gleichspannungswandler an den Hochspannungs-Zwischenkreis angeschlossen. Die zwei bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler sind dazu eingerichtet, einzeln oder gemeinsam die Hochvoltbatterie aus dem Hochspannungs-Zwischenkreis zu laden oder den Hochspannungs-Zwischenkreis aus der Hochvoltbatterie mit einer Gleichspannung zu speisen.A high-voltage vehicle electrical system according to the invention includes a high-voltage battery and a first charger, which converts a single-phase or multi-phase AC voltage applied to its input via a connection into a DC voltage and applies it to a high-voltage intermediate circuit. According to the invention, two bidirectionally operable DC-DC converters are connected to the high-voltage intermediate circuit. The two bidirectionally operable DC-DC converters are set up to charge the high-voltage battery from the high-voltage intermediate circuit individually or together, or to feed the high-voltage intermediate circuit from the high-voltage battery with a DC voltage.

Das Hochspannungsbordnetz gemäß dieser Ausführung bietet durch die zwei Gleichspannungswandler, die einzeln oder parallel betrieben werden können, eine in einem engen Spannungsbereich geregelte Hochspannung in dem Hochspannungs-Zwischenkreis, wenn dieser aus der Hochvoltbatterie gespeist wird. Dadurch wird es möglich, die an den Hochspannungs-Zwischenkreis angeschlossenen elektrischen Verbraucher für einen kleineren Eingangsspannungsbereich auszulegen, und diese so effizient zu betreiben. Außerdem kann der Hochspannungs-Zwischenkreis je nach Leistungsbedarf der daran angeschlossenen elektrischen Verbraucher aus einem oder beiden Gleichspannungswandlern gespeist werden, so dass bei geringer Last der Hochspannungs-Zwischenkreis mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben bzw. gespeist werden kann. Zudem kann der Hochspannungs-Zwischenkreis auch bei einem Ausfall eines der Gleichspannungswandler weiter mit Energie versorgt werden, so dass insbesondere ein daran angeschlossener Gleichspannungswandler, welcher das 12 V-Bordnetz versorgt, aus welchem sicherheitsrelevante Systeme versorgt werden, sicher weiterbetrieben werden kann. Darüber hinaus kann das Laden einer Hochvoltbatterie mit nur einer Batteriebank aus dem Hochspannungs-Zwischenkreis durch zwei parallel betriebene Gleichspannungswandler schneller erfolgen, da der doppelte Ladestrom bereitgestellt werden kann, und in der Endphase des Ladens kann einer der Gleichspannungswandler abgeschaltet werden, so dass auch hier ein effizienter Betrieb ermöglicht wird. Beim Laden erzeugt das erste Ladegerät eine in einem engen Spannungsbereich geregelte Hochspannung in dem Hochspannungs-Zwischenkreis, so dass auch während des Ladens die an den Hochspannungs-Zwischenkreis angeschlossenen Verbraucher effizient betrieben werden können.The high-voltage vehicle electrical system according to this embodiment offers a high voltage regulated in a narrow voltage range in the high-voltage intermediate circuit when this is fed from the high-voltage battery due to the two DC-DC converters, which can be operated individually or in parallel. This makes it possible to design the electrical loads connected to the high-voltage intermediate circuit for a smaller input voltage range and thus operate them efficiently. Depending on the power requirements of the electrical loads connected to it, the high-voltage intermediate circuit can also be fed from one or both DC-DC converters, so that the high-voltage intermediate circuit can be operated or fed with better efficiency when the load is low. In addition, the high-voltage intermediate circuit can continue to be supplied with energy even if one of the DC-DC converters fails, so that in particular a DC-DC converter connected to it, which supplies the 12 V vehicle electrical system from which safety-relevant systems are supplied, can continue to be operated safely. In addition, a high-voltage battery can be charged more quickly with just one battery bank from the high-voltage intermediate circuit using two DC/DC converters operated in parallel, since twice the charging current can be provided, and one of the DC/DC converters can be switched off in the final phase of charging so that efficient operation is also possible here. During charging, the first charging device generates a high voltage regulated within a narrow voltage range in the high-voltage intermediate circuit, so that the consumers connected to the high-voltage intermediate circuit can also be operated efficiently during charging.

Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Hochvoltbatterie des Hochspannungsbordnetzes zwei Batteriebänke, welche mittels einer Schaltvorrichtung wahlweise zueinander in Serie geschaltet oder voneinander getrennt werden können. Dabei ist jeder der zwei Batteriebänke einer der zwei bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler zugeordnet.According to one embodiment, the high-voltage battery of the high-voltage vehicle electrical system includes two battery banks, which can be connected in series with one another or separated from one another by means of a switching device. In this case, each of the two battery banks is assigned to one of the two bidirectionally operable DC-DC converters.

Das Hochspannungsbordnetz dieser Ausgestaltung bietet bei durch die Schaltvorrichtung in Serie geschalteten Batteriebänken die Möglichkeit, die Hochvoltbatterie mit einer doppelten Ladespannung besonders schnell zu laden. Durch die Verdoppelung der Ladespannung kann die Batterie bei gleichem Ladestrom und gleichen Verlusten in der Zuleitung mit der doppelten Ladeleistung geladen werden, wodurch sich die Ladezeit in der Praxis fast halbiert. Eine solche Ladung mit doppelter Ladespannung erfolgt nicht mittels der bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler des Hochspannungsbordnetzes, sondern über ein zweites, in der Regel fahrzeugexternes Ladegerät, welches direkt mit den Anschlüssen der in Serie geschalteten Batteriebänke verbindbar ist. Auch die Steuerung der Ladung mit der doppelten Spannung ist in der Regel in dem zweiten Ladegerät integriert. Entsprechend kann das Hochspannungsbordnetz dazu eingerichtet sein, mit dem zweiten Ladegerät verbunden zu werden, bspw. über eine entsprechende Steckverbindung, so dass die zueinander in Serie geschalteten Batteriebänke durch das zweite Ladegerät aufladbar sind. Durch die zwei Gleichspannungswandler, die einzeln oder parallel betrieben werden können, bietet das Hochspannungsbordnetz dieser Ausgestaltung ebenfalls eine in einem engen Spannungsbereich geregelte Hochspannung in dem Hochspannungs-Zwischenkreis, wenn dieser bei mittels der Schaltvorrichtung in Serie geschalteten Batteriebänken aus der Hochvoltbatterie gespeist wird. Auch der Vorteil der höheren Ausfallsicherheit des Hochspannungs-Zwischenkreis bleibt erhalten, genauso wie die Möglichkeit, während des Ladens mittels des zweiten Ladegeräts an den Hochspannungs-Zwischenkreis angeschlossene elektrische Verbraucher effizient zu betreiben.In the case of battery banks connected in series by the switching device, the high-voltage vehicle electrical system of this refinement offers the possibility of charging the high-voltage battery particularly quickly with double the charging voltage. By doubling the charging voltage, the battery can be charged with twice the charging power with the same charging current and the same losses in the supply line, which in practice almost halves the charging time. Such charging with double the charging voltage does not take place using the bidirectionally operable DC converter of the high-voltage vehicle electrical system, but via a second charger, usually external to the vehicle, which can be connected directly to the terminals of the series-connected battery banks. The control of charging with twice the voltage is usually integrated in the second charger. Accordingly, the high-voltage vehicle electrical system can be set up to be connected to the second charger, for example via a corresponding plug connection, so that the battery banks connected in series with one another can be charged by the second charger. Due to the two DC-DC converters, which can be operated individually or in parallel, the high-voltage vehicle electrical system of this embodiment also offers a high voltage regulated in a narrow voltage range in the high-voltage intermediate circuit when this is fed from the high-voltage battery when the battery banks are connected in series by means of the switching device. The advantage of the higher fail-safety of the high-voltage intermediate circuit is also retained, as is the possibility of efficiently operating electrical consumers connected to the high-voltage intermediate circuit while charging using the second charger.

Bei durch die Schaltvorrichtung voneinander getrennten Batteriebänken liegen im Grunde genommen zwei Batterien vor, wobei jede einen ihr zugeordneten bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler aufweist. In dieser Konfiguration kann jede der Batteriebänke durch den ihr zugeordneten bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler aus dem von dem ersten Ladegerät gespeisten Hochspannungs-Zwischenkreis geladen werden. So können alle Vorteile des erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetz erzielt werden. Tatsächlich bietet diese Konfiguration sogar noch den Vorteil, dass bei Ausfall einer Batteriebank der Hochspannungs-Zwischenkreis aus der anderen Batteriebank gespeist werden kann, so dass der von dem Hochspannungs-Zwischenkreis gespeiste Gleichspannungswandler für das 12 V-Bordnetz auch bei einem Ausfall einer Batteriebank weiterbetrieben werden kann. Der dadurch erzielte Sicherheitsgewinn kann nicht hoch genug eingeschätzt werden, kann doch bereits der Ausfall einer einzigen Batteriezelle, von denen mehr als 100 in Serie geschaltet sein können, zu einem Totalausfall der Batteriebank führen. Dadurch können die hohen Anforderungen an die Ausfallsicherheit, die bei hochautomatisiertem Fahren an die Sicherheitssysteme gestellt werden, leichter erfüllt werden. Der nochmals größere Sicherheitsgewinn gegenüber einer Hochvoltbatterie mit einer einzigen Batteriebank mit der doppelten Spannung, bei der dann über 200 Zellen in Serie geschaltet sein können, ist leicht erkennbar.In the case of battery banks which are separated from one another by the switching device, there are basically two batteries, each having a DC-DC converter which can be operated bidirectionally and which is assigned to it. In this configuration, each of the battery banks can be charged from the high-voltage intermediate circuit fed by the first charging device by the direct-current converter that is assigned to it and can be operated bidirectionally. In this way, all the advantages of the high-voltage electrical system according to the invention can be achieved. In fact, this configuration offers the additional advantage that if one battery bank fails, the high-voltage intermediate circuit can be fed from the other battery bank, so that the DC-DC converter for the 12 V vehicle electrical system, which is fed by the high-voltage intermediate circuit, continues to operate even if one battery bank fails can. The resulting increase in safety cannot be overestimated, as the failure of a single battery cell, of which more than 100 can be connected in series, can lead to a total failure of the battery bank. This makes it easier to meet the high reliability requirements that are placed on the safety systems in highly automated driving. The even greater gain in safety compared to a high-voltage battery with a single battery bank with twice the voltage, in which more than 200 cells can then be connected in series, is easily recognizable.

Neben den vorstehend genannten Vorteilen beim Laden ermöglicht die Serienschaltung zweier Batteriebänke im Fahrbetrieb höhere Leistungen bei kleineren Verlusten in den Leitungen, wenn der Antriebsmotor direkt von der Batterie gespeist wird. Die über den Hochspannungs-Zwischenkreis mit elektrischer Energie versorgten elektrischen Verbraucher können dagegen effektiv mit der durch den oder die bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler bereitgestellten, innerhalb eines engen Spannungsbereichs geregelten Spannung betrieben werden. Entsprechend ist bei einer oder mehreren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetzes ein Antriebsmotor des Fahrzeugs direkt an die Batterie angeschlossen. Bei geringeren Leistungsanforderungen kann der Antriebsmotor auch an direkt an eine Batteriebank oder sogar an den Hochspannungs-Zwischenkreis angeschlossen sein.In addition to the above-mentioned advantages when charging, connecting two battery banks in series enables higher performance with lower losses in the lines when the drive motor is fed directly from the battery. In contrast, the electrical consumers supplied with electrical energy via the high-voltage intermediate circuit can be operated effectively with the voltage provided by the DC-DC converter(s) that can be operated bidirectionally and regulated within a narrow voltage range. Correspondingly, in one or more configurations of the high-voltage vehicle electrical system according to the invention, a drive motor of the vehicle is connected directly to the battery. In the case of lower performance requirements, the drive motor can also be connected directly to a battery bank or even to the high-voltage intermediate circuit.

Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetzes ist ein Gleichspannungswandler mit dem Hochspannungs-Zwischenkreis verbunden und setzt die Spannung des Hochspannungs-Zwischenkreis auf eine Spannung herab, welche die Grenzwerte für den Spannungsbereich I nach IEC 60449 nicht überschreitet, bspw. auf 12 V.In one or more configurations of the high-voltage vehicle electrical system according to the invention, a DC-DC converter is connected to the high-voltage intermediate circuit and reduces the voltage of the high-voltage intermediate circuit to a voltage which does not exceed the limit values for voltage range I according to IEC 60449, for example to 12 V.

Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetzes ist ein Hochspannungsverbraucher an den Hochspannungs-Zwischenkreis angeschlossen, bspw. ein Kompressor einer Klimaanlage oder eine Heizung.In one or more configurations of the high-voltage vehicle electrical system according to the invention, a high-voltage consumer is connected to the high voltage intermediate circuit connected, e.g. a compressor of an air conditioning system or a heater.

Ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetzes umfasst in einer ersten Betriebsart das Betreiben eines oder beider der bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler derart, dass eine Gleichspannung aus der Hochvoltbatterie in den Hochspannungs-Zwischenkreis eingespeist wird. Diese Betriebsart kann beispielsweise während des Fahrens gewählt sein. In einer zweiten Betriebsart umfasst das Verfahren das Einspeisen einer Gleichspannung in den Hochspannungs-Zwischenkreis mittels des ersten Ladegeräts, und das Laden der Hochvoltbatterie mittels eines oder beider der zwei bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler. Dabei können in der ersten und der zweiten Betriebsart an den Hochspannungs-Zwischenkreis angeschlossene elektrische Verbraucher mit Energie versorgt werden.In a first operating mode, a method for operating a high-voltage vehicle electrical system according to the invention comprises operating one or both of the bidirectionally operable DC-DC converters in such a way that a DC voltage from the high-voltage battery is fed into the high-voltage intermediate circuit. This operating mode can be selected while driving, for example. In a second operating mode, the method includes feeding a DC voltage into the high-voltage intermediate circuit using the first charging device, and charging the high-voltage battery using one or both of the two bidirectionally operable DC-DC converters. Electrical loads connected to the high-voltage intermediate circuit can be supplied with energy in the first and second operating modes.

Bei einem Hochspannungsbordnetz mit einer Hochvoltbatterie, deren zwei Batteriebänke mittels einer Schaltvorrichtung in Serie schaltbar oder voneinander trennbar sind, umfasst das Verfahren in einer dritten Betriebsart das Ansteuern der Schaltvorrichtung derart, dass die zwei Batteriebänke miteinander in Serie geschaltet sind, und das Einspeisen einer Lade-Gleichspannung in die Batterie mittels eines zweiten Ladegeräts. Dabei werden außerdem einer oder beide der bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler derart betrieben, dass eine Gleichspannung aus einer oder beiden der Batteriebänke der Hochvoltbatterie in den Hochspannungs-Zwischenkreis eingespeist wird. Dadurch können auch in der dritten Betriebsart an den Hochspannungs-Zwischenkreis angeschlossene elektrische Verbraucher mit Energie versorgt werden.In a high-voltage vehicle electrical system with a high-voltage battery, the two battery banks of which can be connected in series or separated from one another by means of a switching device, the method in a third operating mode includes activating the switching device in such a way that the two battery banks are connected in series with one another, and feeding in a charging DC voltage into the battery using a second charger. In addition, one or both of the bidirectionally operable DC-DC converters are operated in such a way that a DC voltage from one or both of the battery banks of the high-voltage battery is fed into the high-voltage intermediate circuit. As a result, electrical consumers connected to the high-voltage intermediate circuit can also be supplied with energy in the third operating mode.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem elektronischen Steuergerät ausgeführt werden, welches einen oder mehrere Mikroprozessoren, flüchtigen und nicht-flüchtigen Speicher sowie Sensoreingänge und Steuerausgänge aufweist, die mit Komponenten des Hochspannungsbordnetzes operativ verbunden sind.The method according to the invention can be carried out in an electronic control unit which has one or more microprocessors, volatile and non-volatile memories as well as sensor inputs and control outputs which are operatively connected to components of the high-voltage vehicle electrical system.

Ein das erfindungsgemäße Verfahren implementierendes Computerprogrammprodukt enthält Befehle, die bei der Ausführung durch einen Prozessor eines Steuergeräts dieses dazu veranlassen, ein mit Steuerausgängen und Signaleingängen des Steuergeräts verbundenes Hochspannungsbordnetz zur Durchführung einer oder mehrerer Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des oben beschriebenen Verfahrens anzusteuern.A computer program product implementing the method according to the invention contains instructions which, when executed by a processor of a control unit, cause the latter to control a high-voltage vehicle electrical system connected to control outputs and signal inputs of the control unit in order to carry out one or more refinements and further developments of the method described above.

Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Medium bzw. Datenträger gespeichert sein. Das Medium bzw. der Datenträger kann physisch verkörpert sein, bspw. als Festplatte, CD, DVD, Flash-Speicher oder dergleichen, das Medium bzw. der Datenträger kann aber auch ein moduliertes elektrisches, elektromagnetisches oder optisches Signal umfassen, das von einem Computer mittels eines entsprechenden Empfängers empfangen und in dem Speicher des Computers gespeichert werden kann.The computer program product can be stored on a computer-readable medium or data carrier. The medium or data carrier can be physically embodied, e.g. as a hard disk, CD, DVD, flash memory or the like, but the medium or data carrier can also comprise a modulated electrical, electromagnetic or optical signal which can be transmitted by a computer using of an appropriate receiver and can be stored in the memory of the computer.

Die bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler des erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetzes können sowohl im Fahrbetrieb als auch im Ladebetrieb, in welchem die zwei Batteriebänke miteinander in Serie geschaltet sind, eine stabile Spannung im Hochspannungs-Zwischenkreis sicherstellen. Diese kann unterhalb der Spannung über der Serienschaltung der Batteriebänke liegen, kann aber auch auf andere Werte eingestellt sein. Die Serienspannung der Batteriebänke kann direkt für den Antrieb genutzt werden, falls eine besonders große Antriebsleistung gefordert ist. Alternativ, insbesondere bei kleineren Antriebsleistungen, kann der Antrieb auch von dem Hochspannungs-Zwischenkreis gespeist werden, wobei die Gleichspannungswandler dann die benötigte Leistung liefern. Da mehrere Gleichspannungswandler in diesem Fall parallel arbeiten, kann die Antriebsleistung größer sein als die Dauerleistung eines einzelnen Gleichspannungswandlers. Dennoch kann die Hochvoltbatterie an Hochleistungsladegeräten mit 800 V geladen werden, so dass eine schnelle Ladung möglich ist.The bidirectionally operable DC-DC converters of the high-voltage vehicle electrical system according to the invention can ensure a stable voltage in the high-voltage intermediate circuit both when driving and when charging, in which the two battery banks are connected in series. This can be below the voltage across the series connection of the battery banks, but can also be set to other values. The series voltage of the battery banks can be used directly for the drive if a particularly high drive power is required. Alternatively, especially with lower drive power, the drive can also be fed from the high-voltage intermediate circuit, with the DC voltage converter then supplying the required power. Since several DC-DC converters work in parallel in this case, the drive power can be greater than the continuous output of a single DC-DC converter. Nevertheless, the high-voltage battery can be charged with 800 V on high-performance chargers, so that rapid charging is possible.

Durch die stabile Spannung im Hochspannungs-Zwischenkreis, welche vorzugsweise deutlich unterhalb der Systemspannung von Hochleistungsladegeräten liegt, bspw. 400 V bei einer Systemspannung des Hochleistungsladegeräts von 800 V, können in dem Fahrzeug elektrisch betriebene Verbraucher verbaut werden, welche für die nominelle Spannung einer einzelnen Batteriebank ausgelegt sind, insbesondere also elektrische Verbraucher, welche in einer Vielzahl von elektrisch oder teilelektrisch betriebenen Fahrzeugen mit einer Systemspannung von 400 V genutzt werden. Somit müssen keine elektrischen Verbraucher für einen sehr weiten Eingangsspannungsbereich und hohe Betriebsspannungen von 800 V und mehr ausgelegt werden, was den Einsatz günstigerer Bauteile ermöglicht. Tatsächlich ist es durch das erfindungsgemäße Hochspannungsbordnetz sogar möglich, wegen der dank der Regelung der bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler im Vergleich zu einer direkt an den Hochspannungs-Zwischenkreis angeschlossenen Batteriebank stabileren Spannung des Hochspannungs-Zwischenkreises den Eingangsspannungsbereich der elektrischen Verbraucher enger auszulegen, so dass diese stets in oder zumindest nahe bei einem Betriebspunkt mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden können.Due to the stable voltage in the high-voltage intermediate circuit, which is preferably well below the system voltage of high-performance chargers, e.g. 400 V with a system voltage of the high-performance charger of 800 V, electrically operated consumers can be installed in the vehicle, which for the nominal voltage of a single battery bank are designed, in particular electrical consumers, which are used in a variety of electrically or partially electrically operated vehicles with a system voltage of 400 V. This means that no electrical consumers have to be designed for a very wide input voltage range and high operating voltages of 800 V and more, which means that cheaper components can be used. In fact, thanks to the high-voltage vehicle electrical system according to the invention, it is even possible to design the input voltage range of the electrical consumers more narrowly, thanks to the control of the bidirectionally operable DC-DC converters compared to a battery bank connected directly to the high-voltage intermediate circuit, so that the input voltage range of the electrical consumers is more narrow or at least can be operated close to an operating point with optimum efficiency.

Die bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler können in die Hochvoltbatterie integriert sein, so dass an der Verbindung der Hochvoltbatterie mit dem Hochspannungs-Zwischenkreis nur eine innerhalb eines schmalen Schwankungsbereichs liegende Gleichspannung anliegt.The bidirectionally operable DC-DC converters can be integrated into the high-voltage battery, so that only a DC voltage within a narrow fluctuation range is present at the connection of the high-voltage battery to the high-voltage intermediate circuit.

Figurenlistecharacter list

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

  • 1 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausgestaltung eines exemplarischen erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetz und daran angeschlossener Komponenten,
  • 2 ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten Ausgestaltung eines exemplarischen erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetz und daran angeschlossener Komponenten,
  • 3 ein schematisches Blockschaltbild einer dritten Ausgestaltung eines exemplarischen erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetz und daran angeschlossener Komponenten,
  • 4 ein schematisches Blockschaltbild einer vierten Ausgestaltung eines exemplarischen erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetz und daran angeschlossener Komponenten,
  • 5 ein Flussdiagramm eines exemplarischen erfindungsgemäßen Verfahrens zum selektiven Betrieb eines Hochspannungsbordnetz in einer von mehreren unterschiedlichen Betriebsarten, und
  • 6 ein schematisches Blockschaltbild eines exemplarischen Steuergeräts zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
The invention is described below with reference to the drawing. In the drawing shows
  • 1 a schematic block diagram of a first embodiment of an exemplary high-voltage electrical system according to the invention and components connected to it,
  • 2 a schematic block diagram of a second embodiment of an exemplary high-voltage electrical system according to the invention and components connected to it,
  • 3 a schematic block diagram of a third embodiment of an exemplary high-voltage electrical system according to the invention and components connected to it,
  • 4 a schematic block diagram of a fourth embodiment of an exemplary high-voltage electrical system according to the invention and components connected to it,
  • 5 a flowchart of an exemplary method according to the invention for the selective operation of a high-voltage electrical system in one of several different operating modes, and
  • 6 a schematic block diagram of an exemplary control unit for carrying out the method according to the invention.

In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen referenziert.In the figures, identical or similar elements are referenced with the same reference symbols.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS

1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausgestaltung eines exemplarischen erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetz 100 und daran angeschlossener Komponenten. Ein erster und ein zweiter bidirektionaler Gleichspannungswandler 112a, 112b sind parallel an eine Hochvoltbatterie 102 und einen Hochspannungs-Zwischenkreis 110 angeschlossen. An die Hochvoltbatterie 102 ist außerdem ein Antriebsmotor 118 angeschlossen. Die bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler 112a, 112b können separat oder simultan betrieben werden. Sofern einer der bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler 112a, 112b nicht betrieben wird verhält sich der betreffende Gleichspannungswandler wie ein geöffneter Schalter, d.h., es fließt kein Strom von der Hochvoltbatterie 102 zu dem Hochspannungs-Zwischenkreis 110 oder umgekehrt. Auch eine vollständige Trennung der Zuleitungen von der Hochvoltbatterie 102 zu dem betreffenden Gleichspannungswandler und/oder von dem Gleichspannungswandler zu dem Hochspannungs-Zwischenkreis 110 kann bei nicht betriebenem Gleichspannungswandler erfolgen. An dem Hochspannungs-Zwischenkreis 110 sind ferner ein Gleichspannungswandler 114 angeschlossen, welcher die Spannung des Hochspannungs-Zwischenkreis 110 auf eine Spannung herabsetzt, die die Grenzwerte für den Spannungsbereich I nach IEC 60449 nicht überschreitet, bspw. 12 V, sowie ein direkt mit der Spannung des Hochspannungs-Zwischenkreis betriebener elektrischer Verbraucher, bspw. ein Klimakompressor oder eine Zusatzheizung. Mit dem Hochspannungs-Zwischenkreis 110 ist ferner ein erstes Ladegerät 106 verbunden, welches eine an einem Anschluss 108 anliegende ein- oder mehrphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt und in den Hochspannungs-Zwischenkreis 110 einspeist. 1 shows a schematic block diagram of a first embodiment of an exemplary high-voltage electrical system 100 according to the invention and components connected thereto. A first and a second bidirectional DC-DC converter 112a, 112b are connected in parallel to a high-voltage battery 102 and a high-voltage intermediate circuit 110. A drive motor 118 is also connected to the high-voltage battery 102 . The bidirectionally operable DC-DC converters 112a, 112b can be operated separately or simultaneously. If one of the bidirectionally operable DC-DC converters 112a, 112b is not being operated, the relevant DC-DC converter behaves like an open switch, ie no current flows from the high-voltage battery 102 to the high-voltage intermediate circuit 110 or vice versa. The supply lines from high-voltage battery 102 to the relevant DC-DC converter and/or from the DC-DC converter to high-voltage intermediate circuit 110 can also be completely disconnected when the DC-DC converter is not in operation. Also connected to the high-voltage intermediate circuit 110 is a DC-DC converter 114, which lowers the voltage of the high-voltage intermediate circuit 110 to a voltage that does not exceed the limit values for voltage range I according to IEC 60449, e.g. 12 V, and a direct voltage electrical consumers operated by the high-voltage intermediate circuit, e.g. an air conditioning compressor or an additional heater. Also connected to the high-voltage intermediate circuit 110 is a first charging device 106 which converts a single-phase or multi-phase AC voltage present at a connection 108 into a direct voltage and feeds it into the high-voltage intermediate circuit 110 .

Im Betrieb in einer ersten Betriebsart kann der in 1 gezeigte Hochspannungs-Zwischenkreis 110 über einen oder beide der bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler 112a, 112b aus der Hochvoltbatterie 102 mit elektrischer Energie versorgt werden. In einer zweiten Betriebsart kann der Hochspannungs-Zwischenkreis 110 über das Ladegerät 106 mit elektrischer Energie versorgt werden, und die Batterie kann in der zweiten Betriebsart über einen oder beide der bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler 112a, 112b geladen werden. In beiden Betriebsarten können der Gleichspannungswandler 114 sowie der elektrische Verbraucher 116 bestimmungsgemäß betrieben werden.When operating in a first operating mode, the in 1 The high-voltage intermediate circuit 110 shown can be supplied with electrical energy from the high-voltage battery 102 via one or both of the bidirectionally operable DC-DC converters 112a, 112b. In a second operating mode, the high-voltage intermediate circuit 110 can be supplied with electrical energy via the charging device 106, and the battery can be charged in the second operating mode via one or both of the bidirectionally operable DC-DC converters 112a, 112b. In both operating modes, the DC voltage converter 114 and the electrical load 116 can be operated as intended.

2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten Ausgestaltung eines exemplarischen erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetz 100 und daran angeschlossener Komponenten. Das in der 2 gezeigte Hochspannungsbordnetz 100 ist im Wesentlichen identisch zu dem in der 1 gezeigten, allerdings ist der Antriebsmotor 118 nicht direkt an die Hochvoltbatterie102 angeschlossen, sondern an den Hochspannungs-Zwischenkreis 110. Eine solche Konfiguration kann vorteilhaft sein, wenn der Antriebsmotor 118 keine sehr hohe Leistung aufnimmt, weil der in dem Hochspannungs-Zwischenkreis eine Gleichspannung mit einer vergleichsweise kleinen Schwankungsbreite anliegt. Dies kann für eine effizientere Auslegung des Antriebsmotors 118 genutzt werden, und stellt über alle Ladezustände der Hochvoltbatterie 102 gleiche Eigenschaften des Antriebs im Fahrbetrieb sicher. Die bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler 112a, 112b müssen entsprechend ausgelegt sein, dass allen im Fahrbetrieb notwendigerweise zu betreibenden, von dem Hochspannungs-Zwischenkreis 110 mit elektrischer Energie versorgten Komponenten ausreichend Leistung zur Verfügung steht. Um kurzfristige Spitzen im Leistungsbedarf des Antriebsmotors 118 zu kompensieren, können andere Komponenten kurzzeitig abgeschaltet werden, bspw. Klimakompressoren während des Beschleunigens. 2 shows a schematic block diagram of a second embodiment of an exemplary high-voltage electrical system 100 according to the invention and components connected thereto. That in the 2 High-voltage electrical system 100 shown is essentially identical to that in FIG 1 shown, but the drive motor 118 is not connected directly to the high-voltage battery 102, but to the high-voltage intermediate circuit 110. Such a configuration can be advantageous if the drive motor 118 does not consume very high power, because in the high-voltage intermediate circuit a DC voltage with a comparatively small range of fluctuation. This can be used for a more efficient design of the drive motor 118 and provides over all states of charge of the high-voltage battery 102 ensure the same properties of the drive when driving. The bidirectionally operable DC-DC converters 112a, 112b must be designed such that sufficient power is available to all components that must be operated during driving and are supplied with electrical energy by the high-voltage intermediate circuit 110. In order to compensate for short-term peaks in the power requirement of the drive motor 118, other components can be switched off for a short time, for example air conditioning compressors during acceleration.

Der Hochspannungs-Zwischenkreis 110 des in der 2 gezeigten Hochspannungsbordnetz 100 kann in beiden mit Bezug auf 1 erläuterten Betriebsarten betrieben werden.The high-voltage intermediate circuit 110 of the 2 High-voltage vehicle electrical system 100 shown can be used in both with reference to 1 explained operating modes are operated.

3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer dritten Ausgestaltung eines exemplarischen erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetz 100 und daran angeschlossener Komponenten. Das in der 3 gezeigte Hochspannungsbordnetz 100 ist im Wesentlichen identisch zu dem in der 1 gezeigten, allerdings weist die Hochvoltbatterie 102 zwei Batteriebänke 102a, 102b auf, welche mittels einer Schaltvorrichtung 104 wahlweise zueinander in Serie schaltbar oder voneinander trennbar sind. Außerdem ist jeder der zwei Batteriebänke 102a, 102b jeweils einer der zwei bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler 112a, 112b zugeordnet. Der Antriebsmotor 118 ist über die in Serie geschalteten Batteriebänke 102a, 102b angeschlossen und kann so mit einer doppelt so großen Spannung betrieben werden als der Antriebsmotor 118 des in der 1 gezeigten Hochspannungsbordnetz 100. Dadurch kann dem Antriebsmotor 118 bei einem gleichen Maximalstrom und damit gleichen maximalen Verlusten in den Zuleitungen eine höhere Leistung zur Verfügung gestellt werden, wodurch höhere Fahrleistungen möglich sind. 3 shows a schematic block diagram of a third embodiment of an exemplary high-voltage electrical system 100 according to the invention and components connected thereto. That in the 3 High-voltage electrical system 100 shown is essentially identical to that in FIG 1 However, the high-voltage battery 102 has two battery banks 102a, 102b, which can be connected in series with one another or separated from one another by means of a switching device 104. In addition, each of the two battery banks 102a, 102b is assigned one of the two bidirectionally operable DC-DC converters 112a, 112b. The drive motor 118 is connected via the series-connected battery banks 102a, 102b and can thus be operated with twice the voltage as the drive motor 118 in FIG 1 shown high-voltage vehicle electrical system 100. As a result, the drive motor 118 can be made available with the same maximum current and thus the same maximum losses in the supply lines, making higher driving performance possible.

Im Betrieb in einer ersten Betriebsart kann der in der 3 gezeigte Hochspannungs-Zwischenkreis 110 über einen oder beide der bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler 112a, 112b aus einer oder beiden der in dieser Betriebsart mittels der Schaltvorrichtung 104 in Serie geschalteten Batteriebänke 102a, 102b der Hochvoltbatterie 102 mit elektrischer Energie versorgt werden.In operation in a first mode of operation in the 3 high-voltage intermediate circuit 110 shown can be supplied with electrical energy via one or both of the bidirectionally operable DC-DC converters 112a, 112b from one or both of the battery banks 102a, 102b of the high-voltage battery 102, which are connected in series in this operating mode by means of the switching device 104.

In einer zweiten Betriebsart kann der in der 3 gezeigte Hochspannungs-Zwischenkreis 110 über das Ladegerät 106 mit elektrischer Energie versorgt werden, und jede der Batteriebänke 102a, 102b der Batterie 102 kann in der zweiten Betriebsart jeweils über den zugeordneten bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler 112a, 112b geladen werden, unabhängig davon, ob die Batteriebänke 102a und 102b mittels der Schaltvorrichtung 104 voneinander getrennt oder miteinander in Serie geschaltet sind. Alternativ können die Batteriebänke 102a, 102b jeweils abwechselnd von dem zugeordneten bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler 112a bzw. 112b geladen werden.In a second mode of operation in the 3 The high-voltage intermediate circuit 110 shown can be supplied with electrical energy via the charger 106, and each of the battery banks 102a, 102b of the battery 102 can be charged in the second operating mode via the associated bidirectionally operable DC-DC converter 112a, 112b, regardless of whether the battery banks 102a and 102b are separated from one another by means of the switching device 104 or are connected to one another in series. Alternatively, the battery banks 102a, 102b can each be charged alternately by the associated bidirectionally operable DC-DC converter 112a or 112b.

In einer dritten Betriebsart ist ein in der Figur nicht gezeigtes zweites Ladegerät mit in der Figur nicht gezeigten Anschlüssen am Pluspol der Batteriebank 102a und am Minuspol der Batteriebank 102b verbunden, und die Batteriebänke 102a, 102b sind mittels der Schaltvorrichtung 104 in Serie geschaltet, so dass die Batterie 102 mit einer Ladespannung geladen werden kann, welche etwa doppelt so hoch ist, wie die Spannung des Hochspannungs-Zwischenkreis 110. Die Batterie kann so mit einer höheren Leistung und dadurch schneller geladen werden, ohne dass wegen höherer Ströme die Ladeverluste ansteigen.In a third operating mode, a second charging device, not shown in the figure, is connected to connections not shown in the figure at the positive pole of battery bank 102a and at the negative pole of battery bank 102b, and battery banks 102a, 102b are connected in series by means of switching device 104, so that the battery 102 can be charged with a charging voltage which is approximately twice as high as the voltage of the high-voltage intermediate circuit 110. The battery can thus be charged with a higher power and thus more quickly, without the charging losses increasing due to higher currents.

In jeder der Betriebsarten können der Gleichspannungswandler 114 sowie der elektrische Verbraucher 116 bestimmungsgemäß betrieben werden.In each of the operating modes, the DC-DC converter 114 and the electrical load 116 can be operated as intended.

4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer vierten Ausgestaltung eines exemplarischen erfindungsgemäßen Hochspannungsbordnetz 100 und daran angeschlossener Komponenten. Im Unterschied zu dem in der 3 gezeigten Hochspannungsbordnetz 100 ist der Antriebsmotor 118 nicht direkt an die Batterie 102 angeschlossen, sondern an den Hochspannungs-Zwischenkreis 110. Zwar kann so kein Antriebsmotor mit einer höheren Leistung genutzt werden, wie es bei dem in der 3 gezeigten Hochspannungsbordnetz 100 möglich ist, jedoch bleibt der Vorteil des schnelleren Ladens. Alternativ zu der Versorgung des Antriebsmotors 118 aus dem Hochspannungs-Zwischenkreis 110 kann dieser natürlich auch mittels einer entsprechenden, in der Figur nicht gezeigten Schaltvorrichtung wahlweise mit jeweils einer der Batteriebänke 102a, 102b verbunden werden, wobei ein Umschalten zwischen den beiden Batteriebänken bspw. nach deren Ladezuständen erfolgen kann. 4 shows a schematic block diagram of a fourth embodiment of an exemplary high-voltage electrical system 100 according to the invention and components connected thereto. In contrast to the one in the 3 The high-voltage vehicle electrical system 100 shown is not connected directly to the drive motor 118 to the battery 102, but to the high-voltage intermediate circuit 110. It is true that a drive motor with a higher output cannot be used in this way, as is the case with the one shown in FIG 3 shown high-voltage electrical system 100 is possible, but the advantage of faster charging remains. As an alternative to the supply of the drive motor 118 from the high-voltage intermediate circuit 110, this can of course also be connected to one of the battery banks 102a, 102b by means of a corresponding switching device, not shown in the figure, with switching between the two battery banks being possible, for example, according to their States of charge can take place.

Der Hochspannungs-Zwischenkreis 110 des in der 4 gezeigten Hochspannungsbordnetz 100 kann in allen mit Bezug auf 3 erläuterten Betriebsarten betrieben werden.The high-voltage intermediate circuit 110 of the 4 High-voltage vehicle electrical system 100 shown can be used in all with reference to 3 explained operating modes are operated.

5 zeigt ein Flussdiagramm eines exemplarischen erfindungsgemäßen Verfahrens 200 zum selektiven Betrieb eines Hochspannungsbordnetzes 100 in einer von mehreren unterschiedlichen Betriebsarten. In Schritt 202 wird zunächst eine Betriebsart gewählt. Wenn die erste Betriebsart gewählt ist, zweigt das Verfahren zu Schritt 204 ab, in welchem der Hochspannungs-Zwischenkreis 110 durch einen oder beide bidirektionale Gleichspannungswandler 112a, 112b aus der Batterie 102 gespeist wird. Wenn die zweite Betriebsart gewählt ist, zweigt das Verfahren zu Schritt 206 ab, in welchem eine Ladespannung aus dem ersten Ladegerät 106 in den Hochspannungs-Zwischenkreis 110 eingespeist wird. In Schritt 208 wird dann die Hochvoltbatterie 102 über einen oder beide bidirektionale Gleichspannungswandler 112a, 112b aus dem Hochspannungs-Zwischenkreis 110 geladen. Sofern die Batterie 102 zwei über eine Schaltvorrichtung in Serie schaltbare oder voneinander trennbare Batteriebänke 102a, 102b aufweist, kann bei Bedarf in einem optionalen Schritt 207 die Schaltvorrichtung 104 dazu angesteuert werden, die beiden Batteriebänke 102a und 102b voneinander zu trennen. Wenn die dritte Betriebsart gewählt ist, zweigt das Verfahren zu Schritt 210 ab, in welchem die Schaltvorrichtung 104 angesteuert wird, die zwei Batteriebänke 102a, 102b der Hochvoltbatterie 102 in Serie zu schalten, und in Schritt 212 eine Ladespannung aus einem zweiten Ladegerät direkt an die Batterie 102 angelegt. Währenddessen wird der Hochspannungs-Zwischenkreis 110 von einem oder beiden der bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler 112a, 112b aus einer oder beiden Batteriebänken 102a, 102b mit elektrischer Energie versorgt, so dass daran angeschlossene elektrische Verbraucher auch während des Ladens betrieben werden können, in der Figur angedeutet durch den Pfeil von Schritt 210 zu Schritt 204. 5 shows a flow chart of an exemplary method 200 according to the invention for the selective operation of a high-voltage vehicle electrical system 100 in one of several different operating modes. In step 202, an operating mode is first selected. If the first operating mode is selected, the method branches off to step 204, in which the high-voltage intermediate circuit 110 is powered from the battery 102 by one or both of the bidirectional DC/DC converters 112a, 112b. If the second operating mode is selected, the method branches off to step 206 in which a charging voltage from the first charging device 106 is fed into the high-voltage intermediate circuit 110 . In step 208, high-voltage battery 102 is then charged from high-voltage intermediate circuit 110 via one or both bidirectional DC-DC converters 112a, 112b. If the battery 102 has two battery banks 102a, 102b that can be connected in series or separated from one another via a switching device, the switching device 104 can be activated in an optional step 207 to separate the two battery banks 102a and 102b from one another. If the third operating mode is selected, the method branches off to step 210, in which the switching device 104 is controlled to connect the two battery banks 102a, 102b of the high-voltage battery 102 in series, and in step 212 a charging voltage from a second charger directly to the Battery 102 applied. Meanwhile, the high-voltage intermediate circuit 110 is supplied with electrical energy from one or both of the bidirectionally operable DC-DC converters 112a, 112b from one or both battery banks 102a, 102b, so that electrical consumers connected to it can also be operated during charging, indicated in the figure by the arrow from step 210 to step 204.

6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines exemplarischen Steuergeräts 300 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 200. Ein Mikroprozessor 302, flüchtiger Speicher 304, nichtflüchtiger Speicher 306 und Steuerausgänge bzw. Sensoreingänge 308 sind über eine oder mehrere Datenleitungen bzw. -busse 310 kommunikativ miteinander verbunden. Der nichtflüchtige Speicher 306 enthält Computerprogramminstruktionen welche, wenn sie von dem Mikroprozessor 302 in dem flüchtigen Speicher 304 ausgeführt werden, das Steuergerät 300 dazu einrichten, ein Hochspannungsbordnetz 100 zur Ausführung einer oder mehrerer Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 auszuführen. 6 shows a schematic block diagram of an exemplary control device 300 for carrying out the method 200 according to the invention. The non-volatile memory 306 contains computer program instructions which, when they are executed by the microprocessor 302 in the volatile memory 304, set up the control unit 300 to execute a high-voltage vehicle electrical system 100 for executing one or more configurations of the method 200 according to the invention.

Claims (10)

Hochspannungsbordnetz (100) eines Fahrzeugs mit einer Hochvoltbatterie (102) und einem ersten Ladegerät (106), welches eine über einen Anschluss (108) an dessen Eingang angelegte ein- oder mehrphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt und an einen Hochspannungs-Zwischenkreis (110) anlegt, dadurch gekennzeichnet, dass an den Hochspannungs-Zwischenkreis (110) zwei bidirektional betreibbare Gleichspannungswandler (112a, 112b angeschlossen sind, welche dazu eingerichtet sind, einzeln oder gemeinsam die Hochvoltbatterie (102) aus dem Hochspannungs-Zwischenkreis (110) zu laden oder den Hochspannungs-Zwischenkreis (110) aus der Hochvoltbatterie (102) mit einer Gleichspannung zu speisen.High-voltage electrical system (100) of a vehicle with a high-voltage battery (102) and a first charger (106), which converts a single-phase or multi-phase AC voltage applied to its input via a connection (108) into a DC voltage and connects it to a high-voltage intermediate circuit (110) applies, characterized in that two bidirectionally operable DC-DC converters (112a, 112b) are connected to the high-voltage intermediate circuit (110), which are set up individually or jointly to charge the high-voltage battery (102) from the high-voltage intermediate circuit (110) or to charge the To feed high-voltage intermediate circuit (110) from the high-voltage battery (102) with a DC voltage. Hochspannungsbordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltbatterie (102) zwei Batteriebänke (102a, 102b) umfasst, wobei eine Schaltvorrichtung (104) vorgesehen ist, welche die zwei Batteriebänke (102a, 102b) wahlweise zueinander in Serie schaltet oder voneinander trennt, wobei jeder der zwei Batteriebänke (102a, 102b) einer der zwei bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler (112a, 112b) zugeordnet ist.high-voltage electrical system claim 1 , characterized in that the high-voltage battery (102) comprises two battery banks (102a, 102b), with a switching device (104) being provided which optionally switches the two battery banks (102a, 102b) in series with one another or separates them from one another, with each of the two Battery banks (102a, 102b) is associated with one of the two bidirectionally operable DC-DC converters (112a, 112b). Hochspannungsbordnetz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Ladegerät so mit den mittels der Schaltvorrichtung (104) zueinander in Serie geschalteten zwei Batteriebänken (102a, 102b) der Hochvoltbatterie (102) verbindbar ist, dass die zueinander in Serie geschalteten Batteriebänke (102a, 102b) durch das zweite Ladegerät aufladbar sind.high-voltage electrical system claim 2 , characterized in that a second charging device can be connected to the two battery banks (102a, 102b) of the high-voltage battery (102) connected in series with one another by means of the switching device (104) in such a way that the battery banks (102a, 102b) connected in series with one another can be second charger can be charged. Hochspannungsbordnetz (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleichspannungswandler (114) mit dem Hochspannungs-Zwischenkreis (110) verbunden ist, welcher die Spannung des Hochspannungs-Zwischenkreis (110) auf eine Spannung herabsetzt, die die Grenzwerte für den Spannungsbereich I nach IEC 60449 nicht überschreitet.High-voltage vehicle electrical system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a DC-DC converter (114) is connected to the high-voltage intermediate circuit (110), which reduces the voltage of the high-voltage intermediate circuit (110) to a voltage which exceeds the limit values for the Do not exceed voltage range I according to IEC 60449. Hochspannungsbordnetz (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochspannungsverbraucher (116) an den Hochspannungs-Zwischenkreis (110) angeschlossen ist.High-voltage vehicle electrical system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a high-voltage consumer (116) is connected to the high-voltage intermediate circuit (110). Hochspannungsbordnetz (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsmotor (118) des Fahrzeugs direkt an die Batterie (102) oder an den Hochspannungs-Zwischenkreis (110) angeschlossen ist.High-voltage vehicle electrical system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a drive motor (118) of the vehicle is connected directly to the battery (102) or to the high-voltage intermediate circuit (110). Verfahren (200) zum Betrieb eines Hochspannungsbordnetz (100) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren in einer ersten Betriebsart umfasst: - Betreiben (204) eines oder beider der bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler (112a, 112b) derart, dass eine Gleichspannung aus der Hochvoltbatterie (102) in den Hochspannungs-Zwischenkreis (110) eingespeist wird, wobei das Verfahren in einer zweiten Betriebsart umfasst: - Einspeisen (206) einer Gleichspannung in den Hochspannungs-Zwischenkreis (110) mittels des ersten Ladegeräts (106), und - Laden (208) der Hochvoltbatterie (102) mittels eines oder beider der zwei bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler (112a, 112b), wobei in der ersten und der zweiten Betriebsart an den Hochspannungs-Zwischenkreis (110) angeschlossene elektrische Verbraucher mit Energie versorgt werden.Method (200) for operating a high-voltage vehicle electrical system (100). claim 1 , wherein the method comprises in a first operating mode: - operating (204) one or both of the bidirectionally operable DC-DC converters (112a, 112b) in such a way that a DC voltage from the high-voltage battery (102) is fed into the high-voltage intermediate circuit (110), wherein the method in a second operating mode comprises: - feeding (206) a DC voltage into the high-voltage intermediate circuit (110) by means of the first charger (106), and - charging (208) the high-voltage battery (102) by means of one or both of the two bidirectionally operable DC-DC converters (112a, 112b), wherein in the first and the second mode of operation the high-voltage intermediate circuit (110) is connected to electrical Consumers are supplied with energy. Verfahren (200) nach Anspruch 7, wobei die Hochvoltbatterie (102) des Hochspannungsbordnetz (100) zwei über eine Schaltvorrichtung (104) in Serie schaltbare oder voneinander trennbare Batteriebänke (102a, 102b) umfasst, wobei das Verfahren in einer dritten Betriebsart umfasst: - Ansteuern (210) der Schaltvorrichtung (104) derart, dass die zwei Batteriebänke (102a, 102b) der Batterie (102) miteinander in Serie geschaltet sind, - Einspeisen (212) einer Lade-Gleichspannung in die Batterie (102) mittels eines zweiten Ladegeräts, und - Betreiben (204) eines oder beider der bidirektional betreibbaren Gleichspannungswandler (112a, 112b) derart, dass eine Gleichspannung aus einer oder beiden der Batteriebänke (102a, 102b) der Hochvoltbatterie (102) in den Hochspannungs-Zwischenkreis (110) eingespeist wird, wobei in der dritten Betriebsart an den Hochspannungs-Zwischenkreis (110) angeschlossene elektrische Verbraucher mit Energie versorgt werden.Method (200) according to claim 7 , wherein the high-voltage battery (102) of the high-voltage vehicle electrical system (100) comprises two battery banks (102a, 102b) which can be connected in series or separated from one another via a switching device (104), the method comprising in a third operating mode: - activating (210) the switching device ( 104) such that the two battery banks (102a, 102b) of the battery (102) are connected in series with one another, - feeding (212) a charging direct current into the battery (102) by means of a second charger, and - operating (204) one or both of the bidirectionally operable DC-DC converters (112a, 112b) in such a way that a DC voltage from one or both of the battery banks (102a, 102b) of the high-voltage battery (102) is fed into the high-voltage intermediate circuit (110), wherein in the third operating mode electrical consumers connected to the high-voltage intermediate circuit (110) are supplied with energy. Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Prozessor eines Steuergeräts dieses veranlassen, ein mit Steuerausgängen und Signaleingängen des Steuergeräts verbundenes Hochspannungsbordnetz (100) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7 oder 8 anzusteuern.Computer program product comprising instructions which, when the program is executed by a processor of a control device, cause the latter to use a high-voltage vehicle electrical system (100) connected to control outputs and signal inputs of the control device in order to carry out the method claim 7 or 8th head for. Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9 gespeichert ist.Computer-readable medium on which the computer program product claim 9 is saved.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012203612A1 (en) 2012-03-07 2013-09-12 Robert Bosch Gmbh Battery charger for charging high and low-voltage batteries in e.g. electric vehicle, provides first charging voltage to first battery at output terminals and second charging voltage to second battery at secondary-side rectifier output
DE102014109430A1 (en) 2014-07-07 2016-01-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Energy storage system and method for operating an energy storage system
DE102016008265A1 (en) 2016-07-08 2017-02-16 Daimler Ag Method for operating a motor vehicle with a switchable electrical energy storage and corresponding circuitry
DE102017010998A1 (en) 2017-11-28 2018-05-30 Daimler Ag Energy storage device and energy systems for a motor vehicle
DE102019200909A1 (en) 2019-01-24 2020-07-30 Vitesco Technologies GmbH Method for charging a configurable vehicle battery and vehicle electrical system
DE102019129785A1 (en) 2019-11-05 2021-05-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Integrated energy supply system for a vehicle
DE102020204336A1 (en) 2020-04-03 2021-10-07 Vitesco Technologies GmbH Vehicle-side high-voltage charging circuit and vehicle electrical system
DE102018221519B4 (en) 2018-12-12 2021-11-04 Vitesco Technologies GmbH Vehicle-side loading device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012203612A1 (en) 2012-03-07 2013-09-12 Robert Bosch Gmbh Battery charger for charging high and low-voltage batteries in e.g. electric vehicle, provides first charging voltage to first battery at output terminals and second charging voltage to second battery at secondary-side rectifier output
DE102014109430A1 (en) 2014-07-07 2016-01-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Energy storage system and method for operating an energy storage system
DE102016008265A1 (en) 2016-07-08 2017-02-16 Daimler Ag Method for operating a motor vehicle with a switchable electrical energy storage and corresponding circuitry
DE102017010998A1 (en) 2017-11-28 2018-05-30 Daimler Ag Energy storage device and energy systems for a motor vehicle
DE102018221519B4 (en) 2018-12-12 2021-11-04 Vitesco Technologies GmbH Vehicle-side loading device
DE102019200909A1 (en) 2019-01-24 2020-07-30 Vitesco Technologies GmbH Method for charging a configurable vehicle battery and vehicle electrical system
DE102019129785A1 (en) 2019-11-05 2021-05-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Integrated energy supply system for a vehicle
DE102020204336A1 (en) 2020-04-03 2021-10-07 Vitesco Technologies GmbH Vehicle-side high-voltage charging circuit and vehicle electrical system

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