DE102022120543A1

DE102022120543A1 - Stromrichter für ein Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs und Bordnetz für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug

Info

Publication number: DE102022120543A1
Application number: DE102022120543.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Bucher; Maximilian Gerner; Guido Rasek; Michael Löbel
Original assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2022-08-15
Filing date: 2022-08-15
Publication date: 2024-02-15
Also published as: WO2024037782A1

Abstract

Stromrichter (1, 1a, 1b) für ein Bordnetz (101) eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (100), aufweisend eine erste Leitung (2) für ein erstes Potential (3), eine zweite Leitung (4) für ein zweites Potential (5), eine dritte Leitung (6) für ein Bezugspotential (7) und eine Filtereinrichtung (8), aufweisend- erste bis dritte Anschlüsse (10-12), die an die erste bis dritte Leitung (2, 4, 6) angeschlossen sind,- einen ersten Kondensator (13), der in einen ersten Strompfad (14) vom ersten zum dritten Anschluss (10, 12) geschaltet ist und eine erste Impedanz beeinflusst,- einen zweiten Kondensator (15), der in einen zweiten Strompfad (16) vom zweiten zum dritten Anschluss (11, 12) geschaltet ist und eine zweite Impedanz beeinflusst,- wenigstens eine Widerstandsschaltung (17, 18, 27) mit einem ersten und einem zweiten Widerstandsbauelement (19, 20) und- eine Schalteinrichtung (21), die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer Steuerinformation (22) durch ein Verändern einer Verschaltung der Widerstandsbauelemente (19, 20) innerhalb der Filtereinrichtung (8) zwischen einem ersten Filtermodus, in welchem die erste und zweite Impedanz jeweils mit einem vorgegebenen Betrag bereitgestellt wird, und einem zweiten Filtermodus, in welchem die erste und zweite Impedanz jeweils mit einem gegenüber dem ersten Filtermodus erhöhten vorgegebenen Betrag bereitgestellt wird, zu schalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromrichter für ein Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, aufweisend eine erste Leitung für ein erstes Potential, eine zweite Leitung für ein zweites Potential, eine dritte Leitung für ein Bezugspotential und eine Filtereinrichtung, die einen ersten Anschluss, der an die erste Leitung angeschlossen ist, einen zweiten Anschluss, der an die zweite Leitung angeschlossen ist, einen dritten Anschluss, der an die dritte Leitung angeschlossen ist, einen ersten Kondensator, der in einen ersten Strompfad vom ersten Anschluss zum dritten Anschluss geschaltet ist und eine erste Impedanz entlang des ersten Strompfads zum Ableiten eines auf die erste und zweite Leitung bezogenen Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss hin beeinflusst, einen zweiten Kondensator, der in einen zweiten Strompfad vom zweiten Anschluss zum dritten Anschluss geschaltet ist und eine zweite Impedanz entlang des zweiten Strompfads zum Ableiten des Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss hin beeinflusst, und eine Schalteinrichtung, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer Steuerinformation zwischen einem ersten Filtermodus und einem zweiten Filtermodus zu schalten, aufweist.
Daneben betrifft die Erfindung ein Bordnetz für ein elektrisches antreibbares Fahrzeug.
Die DE 10 2017 220 982 A1 offenbart ein Traktionsnetz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Traktionsnetz umfasst eine Hochvoltbatterie, die über eine positive Hochvoltleitung und eine negative Hochvoltleitung mit einem Pulswechselrichter verbunden ist. An die positive und die negative Hochvoltleitung ist jeweils ein Y-Kondensator angeschlossen. Den Y-Kondensatoren ist ein Schaltelement zugeordnet, dass durch eine Steuereinheit in Abhängigkeit mindestens eines Betriebszustands ansteuerbar ist.
Die DE 10 2021 003 180 A1 offenbart ein elektrisches Bordnetz für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit einer ersten elektrischen Potentialleitung und einer zweiten elektrischen Potentialleitung, zwischen denen das Bordnetz mit einer elektrischen Gleichspannung beaufschlagt ist. Das Bordnetz weist zwei erste Entstörkondensatoren auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und jeweils mit einem Anschluss mit den Potentialleitungen elektrisch gekoppelt sind. Das Bordnetz weist ferner einen Schalter auf.
In elektrisch antreibbaren Fahrzeugen sind Bordnetze, insbesondere Hochvoltbordnetze, typischerweise als IT-System ausgebildet, bei denen ein erstes und zweites Potential einer Traktionsbatterie von einem Bezugspotential, insbesondere einem Fahrzeuggehäusepotential, isoliert sind. Stromrichter, die in solchen Bordnetzen eingesetzt werden und deren erste und zweite Leitung mit dem ersten und zweiten Potential der Traktionsbatterie verbindbar sind, können während ihres Betriebs hochfrequente Störsignale erzeugen, die aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit mittels einer Filtereinrichtung zu filtern sind. Typischerweise weist eine solche Filtereinrichtung zwei Kondensatoren auf, die insbesondere der Ableitung eines Gleichtaktstroms auf der ersten und der zweiten Leitung zu einer auf dem Bezugspotential liegenden dritten Leitung, dienen.
Mit steigender Bordnetzspannung, die der Differenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential entspricht, steigt auch die Energiemenge, die im ersten und zweiten Kondensator der Filtereinrichtung gespeichert wird, mit dem Quadrat der Bordnetzspannung. Einschlägige Normen, wie beispielsweise die ISO 6469-3, begrenzen diese Energiemenge auf einen vorgegebenen Wert. Dadurch können im Falle eines Isolationsfehlers, insbesondere während eines Ladevorgangs der Traktionsbatterie, in den Kondensatoren gespeicherte und über die dritte Leitung abfließende elektrische Ladungen unterhalb einer für den menschlichen Körper gefährlichen Grenze gehalten werden. Beim Entwurf von Stromrichtern ist daher ein durch die Auslegung des Bordnetzes vorgegebenes Energiebudget einzuhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit zum Betreiben eines Stromrichters in einem Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Stromrichter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Filtereinrichtung wenigstens eine Widerstandsschaltung mit einem ersten Widerstandsbauelement und mit einem zweiten Widerstandsbauelement aufweist und die Schalteinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, durch ein Verändern einer Verschaltung der Widerstandsbauelemente innerhalb der Filtereinrichtung im ersten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem vorgegebenen Betrag bereitzustellen und im zweiten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem gegenüber dem ersten Filtermodus erhöhten vorgegebenen Betrag bereitzustellen.
Der erfindungsgemäße Stromrichter für ein Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs weist eine erste Leitung für ein erstes Potential, eine zweite Leitung für ein zweites Potential und eine dritte Leitung für ein Bezugspotential auf. Der erfindungsgemäße Stromrichter weist ferner eine Filtereinrichtung auf. Die Filtereinrichtung weist einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss auf. Der erste Anschluss ist an die erste Leitung angeschlossen. Der zweite Anschluss ist an die zweite Leitung angeschlossen. Der dritte Anschluss ist an die dritte Leitung angeschlossen. Die Filtereinrichtung weist ferner einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator auf. Der erste Kondensator ist in einen ersten Strompfad vom ersten Anschluss zum dritten Anschluss geschaltet. Der erste Kondensator beeinflusst eine erste Impedanz entlang des ersten Strompfads zum Ableiten eines Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss hin. Der Gleichtaktstrom ist auf die erste Leitung und die zweite Leitung bezogen. Der zweite Kondensator ist in einen zweiten Strompfad vom zweiten Anschluss zum dritten Anschluss geschaltet. Der zweite Kondensator beeinflusst eine zweite Impedanz entlang des zweiten Strompfads zum Ableiten des Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss hin. Die Filtereinrichtung weist ferner wenigstens eine Widerstandsschaltung auf. Die wenigstens eine Widerstandsschaltung weist ein erstes Widerstandsbauelement und ein zweites Widerstandsbauelement auf. Die Filtereinrichtung weist ferner eine Schalteinrichtung auf. Die Schalteinrichtung ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit einer Steuerinformation zwischen einem ersten Filtermodus und einem zweiten Filtermodus zu schalten. Die Schalteinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, durch ein Verändern einer Verschaltung der Widerstandsbauelemente innerhalb der Filtereinrichtung im ersten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem vorgegebenen Betrag bereitzustellen. Die Schalteinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, durch das Verändern der Verschaltung im zweiten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem gegenüber dem ersten Filtermodus erhöhten vorgegebenen Betrag bereitzustellen.
Bei dem erfindungsgemäßen Stromrichter ist vorgesehen, im ersten und zweiten Filtermodus unterschiedliche Impedanzen entlang der Strompfade vorzugeben. Im Hinblick auf die elektrische Sicherheit kann so mit Vorteil der zeitliche Verlauf eines Körperstroms bei einem Isolationsfehler präziser eingegrenzt werden, da durch die unterschiedlichen Impedanzen eine Modifikation einer Entladezeit der im ersten und zweiten Kondensator gespeicherten Energie zum dritten Anschluss hin erfolgen kann. Dadurch kann insbesondere eine sich aus dem Körperwiderstand und den jeweiligen Impedanzen ergebende Entladezeitkonstante in einen Bereich ohne oder mit geringem Fibrillationsrisiko gelegt werden kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Stromrichters liegt darin, dass die Kapazitäten des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators auch im zweiten Filtermodus als Y-Kapazitäten wirken können und so auch im zweiten Filtermodus eine zumindest teilweise Unterdrückung von Gleichtaktstörungen ermöglichen.
Der erfindungsgemäße Stromrichter kann als Wechselrichter, als Gleichspannungswandler oder als aktiver Gleichrichter ausgebildet sein. Der erfindungsgemäße Stromrichter kann ferner ein Gehäuse aufweisen, in welchem zumindest die erste Leitung, die zweite Leitung, die dritte Leitung und die Filtereinrichtung aufgenommen sind. Die dritte Leitung kann elektrisch leitfähig mit dem Gehäuse verbunden sein. Das Bezugspotential kann insoweit auch als Gehäusepotential aufgefasst werden.
Typischerweise unterscheidet sich das erste Potential vom zweiten Potential. Bevorzugt ist das erste Potential größer als das zweite Potential. Das Bezugspotential liegt vorzugsweise zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential. Das Bezugspotential kann auch als Massepotential aufgefasst werden. In bevorzugter Ausgestaltung sind die erste Leitung und die zweite Leitung vollständig oder zumindest abschnittsweise jeweils als massive Stromschienen ausgebildet. Die erste und die zweite Leitung können an einen Gleichspannungsanschluss angeschlossen sein, an welchem insbesondere eine Anschlussvorrichtung zum elektrischen Kontaktieren des Stromrichters mit einer Gleichspannungsquelle ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Filtereinrichtung gleichspannungsanschlussseitig angeordnet.
Die dritte Leitung ist nicht notwendigerweise als Stromschiene ausgebildet. Die dritte Leitung kann durch ein Kabel, eine Massefläche oder durch ein Befestigungsmittel, durch welches die Filtereinrichtung im Stromrichter, insbesondere am Gehäuse, befestigt ist, ausgebildet sein.
Über den ersten Strompfad ist insbesondere ein entlang der ersten Leitung fließender Anteil des Gleichtaktstroms über die erste Impedanz ableitbar. Über den zweiten Strompfad ist insbesondere ein entlang der zweiten Leitung fließender Anteil des Gleichtaktstrom über die zweite Impedanz ableitbar.
Der erste Kondensator und der zweite Kondensator können jeweils einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, zwischen denen die Kapazität des Kondensators bereitgestellt ist, aufweisen. Der erste Anschluss des ersten Kondensators kann an den ersten Anschluss der Filtereinrichtung angeschlossen sein. Der erste Anschluss des zweiten Kondensators an den zweiten Anschluss der Filtereinrichtung angeschlossen sein. Der erste Kondensator und der zweite Kondensator können jeweils durch ein Kondensatorbauelement oder mehrere miteinander verschaltete Kondensatorbauelemente ausgebildet sein.
Es kann eine Widerstandsschaltung, die ein erstes Widerstandsbauelement und ein zweites Widerstandsbauelement aufweist, vorgesehen sein. Es können auch mehrere Widerstandsschaltungen, die jeweils ein erstes Widerstandsbauelement und ein zweites Widerstandsbauelement aufweisen, vorgesehen sein. Die oder eine jeweilige Widerstandsschaltung kann einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweisen. Das erste Widerstandsbauelement und das zweite Widerstandsbauelement können jeweils einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, zwischen denen der ohmsche Widerstand des Widerstandsbauelements bereitgestellt ist, aufweisen.
Die Schalteinrichtung ist vorzugsweise eine Halbleiter-Schalteinrichtung, die insbesondere eine oder mehrere Transistorstrukturen aufweist. Es ist alternativ auch möglich, dass die Schalteinrichtung eine elektromechanische Schalteinrichtung ist, die beispielsweise ein oder mehrere Relais aufweist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Filtereinrichtung des erfindungsgemäßen Stromrichters dazu eingerichtet ist, im zweiten Filtermodus entlang des ersten Strompfads und des zweiten Strompfads jeweils eine höhere Zeitkonstante eines aus den Kondensatoren und der wenigstens einen Widerstandsschaltung gebildeten Tiefpasses für die Filterung des Gleichtaktstroms als im ersten Filtermodus einzustellen. So kann das Fibrillationsrisiko im zweiten Filtermodus gezielt in einen Bereich gelegt werden, der den einschlägigen Normen entspricht.
Typischerweise weist die Filtereinrichtung des erfindungsgemäßen Stromrichters einen Mittelknoten, der zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator liegt, auf.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Widerstandsschaltung an dem dem Mittelknoten zugewandten Anschluss des ersten Kondensators oder des zweiten Kondensators angeschlossen. Insbesondere ist die wenigstens eine Widerstandsschaltung an den zweiten Anschluss des ersten Kondensators oder an den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators angeschlossen. Der dem Mittelknoten zugewandte Anschluss des ersten Kondensators kann dessen zweiter Anschluss sein. Der dem Mittelknoten zugewandte Anschluss des zweiten Kondensators kann dessen zweiter Anschluss sein.
Hinsichtlich der Verschaltung der wenigstens einen Widerstandsschaltung innerhalb der Filtereinrichtung bieten sich folgende bevorzugten Ausgestaltungen an:

Es kann vorgesehen sein, dass eine Widerstandsschaltung in einen Schaltungszweig zwischen dem Mittelknoten und dem dritten Anschluss geschaltet ist. Dann sind vorzugsweise der erste Anschluss der Widerstandsschaltung an den dritten Anschluss anschlossen und der zweite Anschluss der Widerstandsschaltung an den Mittelknoten angeschlossen.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine Widerstandsschaltung in Reihe mit dem ersten Kondensator in einen Schaltungszweig zwischen dem ersten Anschluss und dem Mittelknoten geschaltet ist. Der erste Anschluss der Widerstandsschaltung ist insbesondere an den zweiten Anschluss des ersten Kondensators angeschlossen. Der zweite Anschluss der Widerstandsschaltung ist insbesondere an den Mittelknoten anschlossen.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Widerstandsschaltung in Reihe mit dem zweiten Kondensator in einen Schaltungszweig zwischen dem zweiten Anschluss und dem Mittelknoten geschaltet sein. Der erste Anschluss der Widerstandsschaltung ist insbesondere an den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators angeschlossen. Der zweite Anschluss der Widerstandsschaltung ist insbesondere an den Mittelknoten anschlossen.
Die wenigstens eine Widerstandsschaltung kann mithin eine Widerstandsschaltung, zwei Widerstandsschaltungen oder drei Widerstandsschaltungen, die wie zuvor beschrieben verschaltet sind, aufweisen. Die Widerstandsschaltung können auch unterschiedlich ausgestaltet sein.
In bevorzugter Ausgestaltung ist bei dem erfindungsgemäßen Stromrichter vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung für die oder eine jeweilige Widerstandsschaltung einen Schalter aufweist. Der Schalter kann einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss sowie eine in Abhängigkeit der Steuerinformation ansteuerbare Schaltstrecke zwischen dem ersten Anschluss des Schalters und dem zweiten Anschluss des Schalters aufweisen.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltungsvariante bildet der Schalter eine Reihenschaltung mit dem ersten Widerstandsbauelement aus, wobei das zweite Widerstandsbauelement parallel zur Reihenschaltung geschaltet ist. So kann der Gesamtwiderstand der Widerstandsschaltung in Abhängigkeit des Schaltzustands des Schalters entweder dem Widerstandswert des zweiten Widerstandsbauelements oder dem Kehrwert der Summe der Kehrwerte der Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstandsbauelements entsprechen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der erste Anschluss der Widerstandsschaltung, der erste Anschluss des Schalters und der erste Anschluss des zweiten Widerstandsbauelements einen gemeinsamen Schaltungsknoten ausbilden. Der zweite Anschluss des Schalters kann an den ersten Anschluss des ersten Widerstandsbauelements angeschlossen sein. Der zweite Anschluss des ersten Widerstandsbauelements, der zweite Anschluss des zweiten Widerstandsbauelements und der zweite Anschluss der Widerstandsschaltung können einen gemeinsamen Schaltungsknoten ausbilden.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltungsvariante bildet der Schalter eine Parallelschaltung mit dem zweiten Widerstandsbauelement aus, wobei das erste Widerstandsbauelement in Reihe zur Parallelschaltung geschaltet ist. So kann der Gesamtwiderstand der Widerstandsschaltung in Abhängigkeit des Schaltzustands des Schalters entweder dem Widerstandswert des ersten Widerstandsbauelements oder der Summe der Widerstandswerte des ersten und zweiten Widerstandsbauelements entsprechen.
Dabei können der erste Anschluss des ersten Widerstandsbauelements, der erste Anschluss des Schalters und der erste Anschluss der Widerstandsschaltung einen gemeinsamen Schaltungsknoten bilden. Der zweite Anschluss des ersten Widerstandsbauelements, der zweite Anschluss des Schalters und der erste Anschluss des zweiten Widerstandsbauelements können einen gemeinsamen Schaltungsknoten ausbilden. Der zweite Anschluss des zweiten Widerstandsbauelements kann an den zweiten Anschluss der Widerstandsschaltung angeschlossen sein.
Unabhängig von den beiden zuvor beschriebenen Ausgestaltungsvarianten kann die Schalteinrichtung dazu eingerichtet sein, den Schalter zum Einnehmen des ersten Filtermodus leitend zu schalten und/oder zum Einnehmen des zweiten Filtermodus sperrend zu schalten.
Es wird bei dem erfindungsgemäßen Stromrichter ferner bevorzugt, wenn der Widerstandswert des ersten Widerstandsbauelements kleiner als der Widerstandswert des zweiten Widerstandsbauelements ist. So kann, insbesondere in Kombination mit der zuvor beschriebenen schaltungstechnischen Ausgestaltung, im ersten Filtermodus ein geringerer Gesamtwiderstand der Widerstandsschaltung als im zweiten Filtermodus vorgegeben werden.
Um im ersten Filtermodus besonders effizient Gleichtaktströme zu filtern, kann die Schalteinrichtung als bidirektional leitender und/oder sperrender Schalter ausgebildet sein.
Die Kapazitäten des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators können gleich sein. Dies ermöglicht eine besonders symmetrische Spannungsverteilung über dem ersten und zweiten Kondensator.
Um auch eine effiziente Unterdrückung von Gegentaktstörungen zu ermöglichen, kann die Filtereinrichtung ferner einen dritten Kondensator aufweisen, der parallel zum ersten Kondensator und zum zweiten Kondensator an den ersten Anschluss der Filtereinrichtung und an den zweiten Anschluss der Filtereinrichtung angeschlossen ist. Mit anderen Worten kann der dritte Kondensator eine feste X-Kapazität bereitstellen.
In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromrichters weist die Filtereinrichtung eine Leiterplatte auf. Auf der Leiterplatte können der erste Kondensator, der zweite Kondensator und die wenigstens eine Widerstandsschaltung angeordnet sein. Auf der Leiterplatte kann auch der dritte Kondensator angeordnet sein. Auf der Leiterplatte können die ersten bis dritten Anschlüsse der Filtereinrichtung angeordnet sein. Auf der Leiterplatte kann die Schalteinrichtung angeordnet sein.
Der erfindungsgemäße Stromrichter kann ferner einen Zwischenkreiskondensator aufweisen, der zwischen die erste Leitung und die zweite Leitung geschaltet ist.
Der erfindungsgemäße Stromrichter kann ferner eine Wandlerschaltung aufweisen, die zwischen die erste Leitung und die zweite Leitung geschaltet ist. Die Wandlerschaltung kann Leistungshalbleiterschalter, die insbesondere als Schaltzelle, Leistungsbrücke oder als B6-Brückenschaltung verschaltet sind, aufweisen, um die zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung anliegende Spannung in einem Schaltbetrieb zu wandeln. Vorzugsweise ist die Filtereinrichtung auf der der Wandlerschaltung abgewandten Seite des Zwischenkreiskondensators angeordnet.
Der erfindungsgemäße Stromrichter kann ferner induktive Filterelemente aufweisen, die als Längsinduktivitäten in der ersten Leitung und der zweiten Leitung wirken und zwischenkreiskondensatorseitig und/oder gleichspannungseingangsseitig, insbesondere räumlich nah, an der Filtereinrichtung angeordnet sind. Die Filterelemente können durch Ferritkerne, wie nanokristalline Kerne, Eisenpulverkerne oder andere Kerne aus magnetischem Material, um die Leitungen ausgebildet sein.
Bevorzugt sind parasitäre Induktivitäten entlang der ersten Leitung und der zweiten Leitungen zwischen dem Gleichspannungsanschluss einerseits und dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der Filtereinrichtung oder den gleichspannungsanschlussseitigen Filterelementen andererseits geringer als zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der Filtereinrichtung oder den zwischenkreiskondensatorseitigen Filterelementen einerseits und dem Zwischenkreiskondensator andererseits.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Bordnetz für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, aufweisend wenigstens einen zuvor beschriebenen Stromrichter, eine Traktionsbatterie, eine Ladeeinrichtung, die zum Aufladen oder Entladen der Traktionsbatterie an ein fahrzeugexternes elektrisches Netz anschließbar ist, und eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Steuerinformation zum Einnehmen des zweiten Filtermodus bereitzustellen, wenn und/oder solange die Ladeeinrichtung an das fahrzeugexterne elektrische Netz angeschlossen ist.
Somit können vorteilhafterweise in einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs bzw. des Bordnetzes der erste Filtermodus vorgegeben und in einem Ladebetrieb der zweite Filtermodus vorgegeben werden.
Die Traktionsbatterie weist bevorzugt eine Nennspannung von wenigstens 400 Volt, bevorzugt wenigstens 600 Volt, besonders bevorzugt wenigstens 800 Volt auf.
Ein Stromrichter des Bordnetzes kann als Wechselrichter ausgebildet sein, der dazu eingerichtet ist, eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanent oder elektrisch erregte, Synchronmaschine, ein Axialflussmotor oder eine Asynchronmaschine, zum Antreiben des Fahrzeugs elektrisch mit einer mehrphasigen Wechselspannung zu versorgen.
Ein Stromrichter des Bordnetzes kann einen Teil der Ladeeinrichtung ausbilden und dazu eingerichtet sein, eine vom fahrzeugexternen elektrischen Netz bereitgestellt Gleich- oder Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden der Traktionsbatterie zu wandeln.
Ein Stromrichter des Bordnetzes kann als Gleichspannungswandler ausgebildet sein, der zum Koppeln des Bordnetzes mit einem weiteren Bordnetz, insbesondere einem Niedervoltbordnetz, des Fahrzeugs eingerichtet ist. Ein Potential des Niedervoltbordnetzes kann dem Bezugspotential entsprechen.
Das Bordnetz kann ferner eine elektrische Leitung, beispielsweise eine elektrisch leitfähige Befestigung oder ein Masseband, aufweisen, mittels welcher die dritte Leitung des wenigstens einen Stromrichters mit einer Karossiere des Fahrzeugs elektrisch leitfähig verbunden ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stromrichters;
2 eine Prinzipskizze des Stromrichters gemäß dem Ausführungsbeispiel;
3 ein Schaltbild der Filtereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stromrichters;
4 ein Schaltbild der Filtereinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stromrichters; und
5 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bordnetzes in einem Fahrzeug.

1 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Stromrichters 1.
Der Stromrichter 1 weist eine erste Leitung 2 für ein erstes Potential 3, eine zweite Leitung 4 für ein zweites Potential 5, und eine dritte Leitung 6 für ein Bezugspotential 7, das auch als Massepotential erachtet werden kann, auf. Exemplarisch ist das erste Potential 3 höher als das zweite Potential 5 und der Stromrichter 1 dazu eingerichtet, mit einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential 3 und dem zweiten Potential 5 von 800 Volt betrieben zu werden. Das Bezugspotential 7 liegt exemplarisch zwischen dem ersten Potential 3 und dem zweiten Potential 5.
Der Stromrichter 1 weist ferner eine Filtereinrichtung 8 auf. Konkret dient die Filtereinrichtung 8 als Entstörfilter, also zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit des Stromrichters 1, und ist vorzugsweise nah an einem Gleichspannungsanschluss 9 angeordnet.
Die Filtereinrichtung 8 weist einen ersten Anschluss 10, der an die erste Leitung 2 angeschlossen ist, einen zweiten Anschluss 11, der an die zweite Leitung 4 angeschlossen ist und einen dritten Anschluss 12, der an die dritte Leitung 6 angeschlossen ist, auf. Außerdem weist die Filtereinrichtung 8 einen ersten Kondensator 13, der in einen ersten Strompfad 14 vom ersten Anschluss 10 zum dritten Anschluss 12 geschaltet ist und eine erste Impedanz entlang des ersten Strompfads 14 zum Ableiten eines Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss 12 hin beeinflusst, auf. Dabei ist der Gleichtaktstrom auf die erste und zweite Leitung 2, 4 bezogen. Die Filtereinrichtung 8 weist zudem einen zweiten Kondensator 15, der in einen zweiten Strompfad 16 vom zweiten Anschluss 11 zum dritten Anschluss 12 geschaltet ist und eine zweite Impedanz entlang des zweiten Strompfads 16 zum Ableiten des auf die erste und zweite Leitung 2, 4 bezogenen Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss 12 hin beeinflusst, auf. Insbesondere kann also über den ersten Strompfad 14 ein auf der ersten Leitung 2 fließender Anteil des Gleichtaktstroms vom ersten Anschluss 10 zum dritten Anschluss 12 abgeleitet werden. Entsprechend kann über den zweiten Strompfad 16 ein auf der zweiten Leitung 4 fließender Anteil des Gleichtaktstroms vom zweiten Anschluss 11 zum dritten Anschluss 12 abgeleitet werden. Die Strompfade 14, 16 sind in 1 rein schematisch durch gestrichelte Linien illustriert. Die Kondensatoren 13, 15 weisen jeweils einen ersten Anschluss 13a, 15a und einen zweiten Anschluss 13b, 15b auf.
Daneben weist die Filtereinrichtung 8 eine erste Widerstandsschaltung 17 und eine zweite Widerstandsschaltung 18 auf. Die Widerstandsschaltungen 17, 18 weisen jeweils ein erstes Widerstandsbauelement 19 und ein zweites Widerstandsbauelement 20 auf. Die Widerstandsschaltungen 17, 18 weisen jeweils einen ersten Anschluss 17a, 18a und einen zweiten Anschluss 17b, 18b auf. Die Widerstandsbauelemente 19, 20 weisen jeweils einen ersten Anschluss 19a, 20a und einen zweiten Anschluss 19b, 20b auf.
Darüber hinaus weist die Filtereinrichtung 8 eine Schalteinrichtung 21 auf. Die Schalteinrichtung 21 ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit einer Steuerinformation 22 zwischen einem ersten Filtermodus und einem zweiten Filtermodus zu schalten. Dazu verändert die Schalteinrichtung 21 eine Verschaltung der Widerstandsbauelemente 19, 20 innerhalb der Filtereinrichtung derart, dass im ersten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem vorgegebenen Betrag bereitzustellen und im zweiten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem gegenüber dem ersten Filtermodus erhöhten vorgegebenen Betrag bereitzustellen. Die Filtereinrichtung 8 ist entsprechend dazu eingerichtet, im zweiten Filtermodus entlang des ersten Strompfads 14 und des zweiten Strompfads 16 jeweils eine höhere Zeitkonstante eines aus den Kondensatoren 13, 15 und den Widerstandsschaltungen 17, 18 gebildeten Tiefpasses für die Filterung des Gleichtaktstroms als im ersten Filtermodus einzustellen.
Zwischen dem ersten Kondensator 13 und dem zweiten Kondensator weist die Filtereinrichtung 8 einen Mittelknoten 23 auf. Die erste Widerstandsschaltung 17 ist in Reihe mit dem ersten Kondensator 13 zwischen den ersten Anschluss 10 und dem Mittelknoten 23 geschaltet. Die zweite Widerstandsschaltung 18 ist in Reihe mit dem zweiten Kondensator 15 zwischen den zweiten Anschluss 11 und den Mittelknoten 23 geschaltet. Dabei ist die erste Widerstandsschaltung 17 an dem dem Mittelknoten 23 zugewandten zweiten Anschluss 13b des ersten Kondensators 13 angeschlossen. Die zweite Widerstandsschaltung 18 ist an dem dem Mittelknoten zugewandten zweiten Anschluss 15b des zweiten Kondensators 15 angeschlossen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Mittelknoten 23 unmittelbar an den dritten Anschluss 12 der Filtereinrichtung 8 angeschlossen. Der erste Strompfad 14 ist vom ersten Anschluss 10 über den ersten Kondensator 13, die erste Widerstandsschaltung 17 und den Mittelknoten 23 zum dritten Anschluss 12 geführt. Der zweite Strompfad ist vom zweiten Anschluss 11 über den zweiten Kondensator 15, die zweite Widerstandsschaltung 18 und den Mittelknoten zum dritten Anschluss 12 geführt.
Im Detail ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel ferner vorgesehen, dass der ersten Anschluss 13a des ersten Kondensators 13 an den ersten Anschluss 10 der Filtereinrichtung 8 angeschlossen ist. Der erste Anschluss 15a des zweiten Kondensators 15 ist an den zweiten Anschluss 11 der Filtereinrichtung 8 angeschlossen. Der erste Anschluss 17a der ersten Widerstandsschaltung 17 ist an den zweiten Anschluss 13b der ersten Kondensators 13 angeschlossen. Der zweite Anschluss 17b der ersten Widerstandsschaltung 17 ist an den Mittelknoten 23 angeschlossen. Der erste Anschluss 18a der zweiten Widerstandsschaltung 18 ist an den zweiten Anschluss 15b des zweiten Kondensators 15 angeschlossen. Der zweite Anschluss 18b der zweiten Widerstandsschaltung 18 ist an den Mittelknoten 23 angeschlossen.
Außerdem weist die Schalteinrichtung 21 für die erste Widerstandsschaltung 17 einen ersten Schalter 24 und für die zweite Widerstandsschaltung 18 einen zweiten Schalter 25 auf. Die Schalter 24, 25 weisen jeweils einen ersten Anschluss 24a, 25a und einen zweiten Anschluss 24b, 25b auf, zwischen denen eine in Abhängigkeit der Steuerinformation 22 ansteuerbare Schaltstrecke ausgebildet ist. Die Schalteinrichtung 21 ist dazu eingerichtet, den jeweiligen Schalter 24, 25 zum Einnehmen des ersten Filtermodus leitend und zum Einnehmen des zweiten Filtermodus sperrend zu schalten.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet ein jeweiliger Schalter 24, 25 eine Reihenschaltung mit dem ersten Widerstandsbauelement 19 aus. Das zweite Widerstandsbauelement 20 ist jeweils parallel zur Reihenschaltung aus dem Schalter 24, 25 und dem ersten Widerstandsbauelement 19 geschaltet.
Im Detail bilden bei der ersten Widerstandsschaltung 17 der erste Anschluss 24a des ersten Schalters 24, der erste Anschluss 20a des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 17a der ersten Widerstandsschaltung 17 einen gemeinsamen Schaltungsknoten. Der zweite Anschluss 24b des ersten Schalters 24 ist an den ersten Anschluss 19a des ersten Widerstandsbauelements 19 angeschlossen. Der zweite Anschluss 19b des ersten Widerstandsbauelements 19, der zweite Anschluss 20b des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der zweite Anschluss 17b der ersten Widerstandsschaltung 17 bilden einen gemeinsamen Schaltungsknoten.
Entsprechend bilden bei der zweiten Widerstandsschaltung 18 der erste Anschluss 25a des zweiten Schalters 25, der erste Anschluss 20a des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 18a der zweiten Widerstandsschaltung 18 einen gemeinsamen Schaltungsknoten. Der zweite Anschluss 25b des zweiten Schalters 25 ist an den ersten Anschluss 19a des ersten Widerstandsbauelements 19 angeschlossen. Der zweite Anschluss 19b des ersten Widerstandsbauelements 19, der zweite Anschluss 20b des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der zweite Anschluss 18b der zweiten Widerstandsschaltung 18 bilden einen gemeinsamen Schaltungsknoten.
Optional ist ein dritter Kondensator 26 mit einem ersten Anschluss 26a und einem zweiten Anschluss 26b der Filtereinrichtung 8 vorgesehen. Der dritte Kondensator 26 ist parallel zum ersten Kondensator 13 und zum zweiten Kondensator 15 und im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch zu den Widerstandsschaltungen 17, 18 an den ersten Anschluss 10 der Filtereinrichtung 8 und an den zweiten Anschluss 11 der Filtereinrichtung 8 angeschlossen. Der erste Anschluss 10 der Filtereinrichtung 8, der erste Anschluss 13a des ersten Kondensators 13 und der erste Anschluss 26a des dritten Kondensators 26 bilden dabei einen gemeinsamen Schaltungsknoten aus. Ferner bilden der zweite Anschluss 11 der Filtereinrichtung 8, der erste Anschluss 15b des zweiten Kondensators 15 und der zweite Anschluss 26b des dritten Kondensators 26 einen gemeinsamen Schaltungsknoten aus. Der dritte Kondensator 26 stellt eine feste X-Kapazität bereit.
Hinsichtlich der Dimensionierung der Komponenten der Filtereinrichtung 8 ist vorgesehenen, dass die Kapazität C₁ des ersten Kondensators 13 gleich der Kapazität C₂ des zweiten Kondensators 15. Die Kapazität C₃ des dritten Kondensators 26 ist typischerweise größer als die Kapazitäten C₁, C₂. Der Widerstandswert R₁ eines jeweiligen ersten Widerstandsbauelements 19 ist kleiner als der Widerstandswert R₂ eines jeweiligen zweiten Widerstandsbauelements 20.
1 zeigt ferner einen Zwischenkreiskondensator 40, der zwischen die erste Leitung 2 und die zweite Leitung 4 geschaltet ist, und eine Wandlerschaltung 41, die zwischen die erste Leitung 2 und die zweite Leitung 4 geschaltet ist. Ersichtlich ist die Filtereinrichtung 8 auf der der Wandlerschaltung 41 abgewandten Seite des Zwischenkreiskondensators 40 angeordnet.
Der Stromrichter 1 weist ferner vier induktive Filterelemente 42, 43, 44, 45 auf, die als Längsinduktivitäten in den Leitungen 2, 4 wirken und beispielsweise durch Ferritkerne, wie nanokristalline Kerne, Eisenpulverkerne oder andere Kerne aus magnetischem Material, um die Leitungen 2, 4 ausgebildet sind. Die Filterelemente 42 bis 45 sind nah an der Filtereinrichtung 8 angeordnet. Die Filterelemente 42, 44 sind bezüglich der Filtereinrichtung 8 gleichspannungseingangsseitig angeordnet. Die Filterelemente 43, 45 sind bezüglich der Filtereinrichtung 8 zwischenkreiskondensatorseitig angeordnet.
Außerdem sind in 1 schematisch parasitäre Induktivitäten L_1p, L_1n entlang der ersten Leitung 2 bzw. der zweiten Leitung 4 zwischen dem Gleichspannungsanschluss 9 und der Filtereinrichtung 8 bzw. den Filterelementen 42, 44 sowie parasitäre Induktivitäten L_2p, L_2n entlang der ersten Leitung 2 bzw. der zweiten Leitung 4 zwischen der Filtereinrichtung 8 bzw. den Filterelementen 43, 45 und dem Zwischenkreiskondensator 40 dargestellt. Die Anordnung der Filtereinrichtung 8 kann dabei so gewählt sein, dass L_1p und L_1n geringer als L_2p und L_2n sind, um eine möglichst effiziente Filterung zu ermöglichen.
2 ist eine Prinzipskizze des Stromrichters 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Die Filtereinrichtung 8 weist eine Leiterplatte 50 auf, auf welcher die Anschlüsse 10, 11, 12, die Kondensatoren 13, 15, 26, die Widerstandsschaltungen 18, 19 und die Schalteinrichtung 21 angeordnet sind. Die erste Leitung 2 und die zweite Leitung 4 sind jeweils durch massive Stromschienen 51, 52 ausgebildet, die mit den Anschlüssen 10, 11 auf der Leiterplatte 50 kontaktiert sind. An einem ersten Ende der Stromschienen 51, 52 ist der als Anschlussvorrichtung 53 ausgebildete Gleichspannungsanschluss 9 angeschlossen. An einem zweiten Ende der Stromschienen 51, 52 ist die Wandlerschaltung 41 angeschlossen. Der Zwischenkreiskondensator 40 ist ebenfalls mit den Stromschienen 51, 52 kontaktiert und befindet sich, bezogen auf die Länge der Stromschienen 51, näher an der Wandlerschaltung 41 als an der Filtereinrichtung 8.
Der dritte Anschluss 12 der Filtereinrichtung 8 ist nicht mit den Stromschienen 51, 52 kontaktiert, sondern mittels eins Befestigungsmittels 54, welches die dritte Leitung 6 ausbildet, an einem Gehäuse 55 des Stromrichters 1 angeschlossen. Das Bezugspotential 7 kann daher auch als Gehäusepotential aufgefasst werden. In dem Gehäuse 55 sind die Leitungen 2, 4 bzw. die Stromschienen 51, 52, die Filtereinrichtung 8, der Zwischenkreiskondensator 40 und die Wandlerschaltung 41 eingehaust.
Der Stromrichter 1 kann als Wechselrichter, Gleichspannungswandler oder als aktiver Gleichrichter ausgebildet sein. Die Wandlerschaltung 41 weist dazu geeignete Halbleiterschaltelemente auf.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele eines Stromrichters 1 beschrieben, auf die sich - soweit nichts Abweichendes beschrieben ist - die Angaben zum ersten Ausführungsbeispiel übertragen lassen. Dabei sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen.
3 ist ein Schaltbild der Filtereinrichtung 8 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Stromrichters 1.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel bilden die Schalter 24, 25 eine Parallelschaltung mit dem jeweiligen zweiten Widerstandsbauelement 20 aus. Das jeweilige erste Widerstandsbauelement 19 ist in Reihe zu dieser Parallelschaltung geschaltet.
Im Detail bilden bei der ersten Widerstandsschaltung 17 der erste Anschluss 24a des ersten Schalters 24, der erste Anschluss 20a des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 17a der ersten Widerstandsschaltung 17 einen gemeinsamen Schaltungsknoten. Der zweite Anschluss 24b des ersten Schalters 24, der zweite Anschluss 20b des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 19a des ersten Widerstandsbauelements 19 bilden einen gemeinsamen Schaltungsknoten aus. Der zweite Anschluss 19b des ersten Widerstandsbauelements 19 ist an den zweiten Anschluss 17b der ersten Widerstandsschaltung 17 angeschlossen.
Entsprechend bilden bei der zweiten Widerstandsschaltung 18 der erste Anschluss 25a des zweiten Schalters 25, der erste Anschluss 20a des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 18a der zweiten Widerstandsschaltung 18 einen gemeinsamen Schaltungsknoten. Der zweite Anschluss 25b des zweiten Schalters 25, der zweite Anschluss 20b des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 19a des ersten Widerstandsbauelements 19 bilden einen gemeinsamen Schaltungsknoten aus. Der zweite Anschluss 19b des ersten Widerstandsbauelements 19 ist an den zweiten Anschluss 18b der zweiten Widerstandsschaltung 18 angeschlossen.
Es sei nochmals erwähnt, dass - wie im ersten Ausführungsbeispiel - der Widerstandswert R₁ eines jeweiligen ersten Widerstandsbauelements 19 kleiner als der Widerstandswert R₂ eines jeweiligen zweiten Widerstandsbauelements 20 ist und die Schalteinrichtung 21 dazu eingerichtet ist, den jeweiligen Schalter 24, 25 zum Einnehmen des ersten Filtermodus leitend und zum Einnehmen des zweiten Filtermodus sperrend zu schalten.
4 ist ein Schaltbild der Filtereinrichtung 8 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel eines Stromrichters 1.
Beim dritten Ausführungsbeispiel sind lediglich eine Widerstandsschaltung 27 und ein Schalter 28 der Schalteinrichtung 21 vorgesehen. Die Widerstandsschaltung 27 ist in einen Schaltungszweig zwischen dem Mittelknoten 23 und dem dritten Anschluss 12 der Filtereinrichtung 8 geschaltet. Im Detail sind der erste Anschluss 27a der Widerstandsschaltung 27 an den dritten Anschluss 12 und der zweite Anschluss 27b der Widerstandsschaltung 27 an den Mittelknoten 23 angeschlossen. Insbesondere sind der erste Strompfad 14 ist vom ersten Anschluss 10 über den ersten Kondensator 13, den Mittelknoten 23 und die Widerstandsschaltung 27 zum dritten Anschluss 12 und der zweite Strompfad 16 vom zweiten Anschluss 11 über den Mittelknoten 23 und die Widerstandsschaltung 27 zum dritten Anschluss 12 geführt.
Die Widerstandsschaltung 27 ist analog zu einer der Widerstandsschaltung 17, 18 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Das heißt, dass im vorliegenden dritten Ausführungsbeispiel der Schalter 28 eine Reihenschaltung mit dem ersten Widerstandsbauelement 19 ausbildet und das zweite Widerstandsbauelement 20 parallel zur Reihenschaltung aus dem Schalter 28 und dem ersten Widerstandsbauelement 19 geschaltet ist.
Im Detail bilden bei der Widerstandsschaltung 27 der erste Anschluss 28a des Schalters 28, der erste Anschluss 20a des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 27a der Widerstandsschaltung 27 einen gemeinsamen Schaltungsknoten. Der zweite Anschluss 28b des Schalters 28 ist an den ersten Anschluss 19a des ersten Widerstandsbauelements 19 angeschlossen. Der zweite Anschluss 19b des ersten Widerstandsbauelements 19, der zweite Anschluss 20b des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der zweite Anschluss 27b der Widerstandsschaltung 27 bilden einen gemeinsamen Schaltungsknoten.
Beim dritten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die zweiten Anschlüsse 13b, 15b der Kondensatoren 13, 15 an den Mittelknoten 23 angeschlossen bzw. mit dem zweiten Anschluss 27b der Widerstandsschaltung 27 den Mittelknoten 23 ausbilden. Der erste Anschluss 13a des ersten Kondensators 13 ist an den ersten Anschluss 10 der Filtereinrichtung 8 angeschlossen. Der erste Anschluss 15a des zweiten Kondensators 15 ist an den zweiten Anschluss 11 der Filtereinrichtung 8 angeschlossen.
Auch für das dritte Ausführungsbeispiel gilt, dass der Widerstandswert R₁ des ersten Widerstandsbauelements 19 kleiner als der Widerstandswert R₂ des zweiten Widerstandsbauelements 20 ist und die Schalteinrichtung 21 dazu eingerichtet ist, den Schalter 27 zum Einnehmen des ersten Filtermodus leitend und zum Einnehmen des zweiten Filtermodus sperrend zu schalten.
Beim dritten Ausführungsbeispiel ist der dritte Kondensator 26 parallel zum ersten und zweiten Kondensator 13, 15 geschaltet.
Entsprechend 2 ist beim dritten Ausführungsbeispiel die Widerstandsschaltung 27 auf der Leiterplatte 50 angeordnet.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, das im Übrigen dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht, ist die Widerstandsschaltung 27 entsprechend der Widerstandsschaltung 17 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Das heißt, dass der Schalter 28 eine Parallelschaltung mit dem zweiten Widerstandsbauelement 20 ausbildet und das erste Widerstandsbauelement 19 in Reihe zu dieser Parallelschaltung geschaltet ist.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, die dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel entsprechen, ist zusätzlich eine dritte Widerstandsschaltung 27 gemäß dem dritten oder vierten Ausführungsbeispiel vorgesehen.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, die einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele entsprechen, können auch eine Widerstandsschaltung 17, 18 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zwischen einem der Kondensatoren 13, 15 und dem Mittelknoten 23 mit einer Widerstandsschaltung 17, 18 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zwischen dem anderen der Kondensatoren 13, 15 und dem Mittelknoten kombiniert sein.
5 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Bordnetzes 101 in einem Fahrzeug 100.
Das Bordnetz 101 weist eine Traktionsbatterie 102 mit einer Nennspannung von beispielsweise 800 Volt, eine Ladeeinrichtung 103, die die zum Aufladen oder Entladen der Traktionsbatterie 102 an ein fahrzeugexternes elektrisches Netz 104 anschließbar ist, sowie eine Steuereinrichtung 105, die zum Bereitstellen der Steuerinformation 22 eingerichtet ist, auf. Das Bordnetz 101 kann als Hochvoltbordnetz erachtet werden, da seine Betriebsspannung regelmäßig über 60 V liegt.
Das Bordnetz 101 weist einen Stromrichter 1 gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf, der als Wechselrichter ausgebildet ist. Der Stromrichter 1 ist dazu eingerichtet, eine elektrische Maschine 106 des Bordnetzes 101 zum Antreiben des Fahrzeugs 100 elektrisch mit einer mehrphasigen Wechselspannung zu versorgen. Die elektrische Maschine 106 ist beispielsweise eine permanent oder elektrisch erregte Synchronmaschine, eine Axialflussmaschine oder eine Asynchronmaschine.
Das Bordnetz 101 weist einen weiteren Stromrichter 1a gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf, der als aktiver Gleichrichter oder als Gleichspannungswandler ausgebildet ist und einen Teil der Ladeeinrichtung 103 ausbildet. Der Stromrichter 1a ist dazu eingerichtet, eine vom fahrzeugexternen elektrischen Netz 104 bereitgestellte Gleich- bzw. Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden der Traktionsbatterie 102 zu wandeln.
Das Bordnetz 101 weist einen weiteren Stromrichter 1b gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf, der als Gleichspannungswandler ausgebildet ist. Der Stromrichter 1b ist zum Koppeln des Bordnetzes 101 mit einem weiteren Bordnetz 107 des Fahrzeugs 100 eingerichtet. Das weitere Bordnetz 107 ist beispielsweise ein Niedervoltbordnetz mit einer Betriebsspannung von unter 60 Volt, beispielsweise 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt.
Die Steuereinrichtung 105 kommuniziert über eine durch einen Doppelpfeil symbolisierte Signalleitung mit der Ladeeinrichtung 103. Die Steuereinrichtung 105 ist dazu eingerichtet, den Stromrichtern 1, 1a, 1b die Steuerinformation 22 zum Einnehmen des zweiten Filtermodus bereitzustellen, wenn und solange die Ladeeinrichtung 103 an das fahrzeugexterne elektrische Netz 104 angeschlossen ist. Der zweite Filtermodus kann also insbesondere als Lademodus aufgefasst werden. Die Steuerinformation 22 wird hingegen insbesondere dann zum Einnehmen des ersten Filtermodus bereitgestellt, wenn die Ladeeinrichtung 103 vom fahrzeugexternen elektrischen Netz 104 getrennt ist und wenn das Fahrzeug 100 fährt. Der erste Filtermodus kann daher auch als Fahrmodus aufgefasst werden.
Das Bordnetz 101 kann ferner elektrische Leiter aufweisen, mittels welcher die dritte Leitung 6 (siehe 1) eines jeweiligen Stromrichters 1, 1a, 1b mit einer Karossiere 108 des Fahrzeugs 101 elektrisch leitfähig verbunden ist, sodass das Bezugspotential 7 auch als Karosseriepotential aufgefasst werden kann. Dieses ist gleichzeitig eines der Potentiale des weiteren Bordnetzes 107.
Das Fahrzeug 100 kann dementsprechend als batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) oder als Hybridfahrzeug ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017220982 A1 [0003]
DE 102021003180 A1 [0004]

Claims

Stromrichter (1, 1a, 1b) für ein Bordnetz (101) eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (100), aufweisend eine erste Leitung (2) für ein erstes Potential (3), eine zweite Leitung (4) für ein zweites Potential (5), eine dritte Leitung (6) für ein Bezugspotential (7) und eine Filtereinrichtung (8), die - einen ersten Anschluss (10), der an die erste Leitung (2) angeschlossen ist, - einen zweiten Anschluss (11), der an die zweite Leitung (4) angeschlossen ist, - einen dritten Anschluss (12), der an die dritte Leitung (6) angeschlossen ist, - einen ersten Kondensator (13), der in einen ersten Strompfad (14) vom ersten Anschluss (10) zum dritten Anschluss (12) geschaltet ist und eine erste Impedanz entlang des ersten Strompfads (14) zum Ableiten eines auf die erste und zweite Leitung (4, 5) bezogenen Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss (12) hin beeinflusst, - einen zweiten Kondensator (15), der in einen zweiten Strompfad (16) vom zweiten Anschluss (11) zum dritten Anschluss (12) geschaltet ist und eine zweite Impedanz entlang des zweiten Strompfads (16) zum Ableiten des Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss (12) hin beeinflusst, und - eine Schalteinrichtung (21), die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer Steuerinformation (22) zwischen einem ersten Filtermodus und einem zweiten Filtermodus zu schalten, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (8) wenigstens eine Widerstandsschaltung (17, 18, 27) mit einem ersten Widerstandsbauelement (19) und mit einem zweiten Widerstandsbauelement (20) aufweist und die Schalteinrichtung (21) ferner dazu eingerichtet ist, durch ein Verändern einer Verschaltung der Widerstandsbauelemente (19, 20) innerhalb der Filtereinrichtung (8) - im ersten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem vorgegebenen Betrag bereitzustellen und - im zweiten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem gegenüber dem ersten Filtermodus erhöhten vorgegebenen Betrag bereitzustellen.
Stromrichter nach Anspruch 1, wobei die Filtereinrichtung (8) dazu eingerichtet ist, im zweiten Filtermodus entlang des ersten Strompfads (14) und des zweiten Strompfads (16) jeweils eine höhere Zeitkonstante eines aus den Kondensatoren (13, 15) und der wenigstens einen Widerstandsschaltung (17, 18, 27) gebildeten Tiefpasses für die Filterung des Gleichtaktstroms als im ersten Filtermodus einzustellen.
Stromrichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Filtereinrichtung (8) einen Mittelknoten (23), der zwischen dem ersten Kondensator (13) und dem zweiten Kondensator (15) liegt, aufweist.
Stromrichter nach Anspruch 3, wobei eine Widerstandsschaltung (27) in einen Schaltungszweig zwischen dem Mittelknoten (23) und dem dritten Anschluss (12) geschaltet ist.
Stromrichter nach Anspruch 3 oder 4, wobei - eine Widerstandsschaltung (17) in Reihe mit dem ersten Kondensator (13) in einen Schaltungszweig zwischen dem ersten Anschluss (10) und dem Mittelknoten (23) geschaltet ist und/oder - eine Widerstandsschaltung (18) in Reihe mit dem zweiten Kondensator (15) in einen Schaltungszweig zwischen dem zweiten Anschluss (11) und dem Mittelknoten (23) geschaltet ist.
Stromrichter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die wenigstens eine Widerstandsschaltung (17, 18, 27) an dem dem Mittelknoten (23) zugewandten Anschluss (13b, 15b) des ersten Kondensators (13) oder des zweiten Kondensators (15b) angeschlossen ist.
Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltvorrichtung (21) für die oder eine jeweilige Widerstandsschaltung einen Schalter (24, 25, 28) aufweist.
Stromrichter nach Anspruch 7, wobei der Schalter (24, 25, 28) eine Reihenschaltung mit dem ersten Widerstandsbauelement (19) ausbildet, und das zweite Widerstandsbauelement (20) parallel zur Reihenschaltung geschaltet ist.
Stromrichter nach Anspruch 7, wobei der Schalter (24, 25) eine Parallelschaltung mit dem zweiten Widerstandsbauelement (20) ausbildet, und das erste Widerstandsbauelement (19) in Reihe zur Parallelschaltung geschaltet ist.
Stromrichter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Schalteinrichtung (21) dazu eingerichtet ist, den Schalter (24, 25, 28) zum Einnehmen des ersten Filtermodus leitend zu schalten und/oder zum Einnehmen des zweiten Filtermodus sperrend zu schalten.
Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Widerstandswert des ersten Widerstandsbauelements (19) kleiner als der Widerstandswert des zweiten Widerstandsbauelements (20) ist.
Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filtereinrichtung (21) ferner einen dritten Kondensator (26) aufweist, der parallel zu dem ersten und zweiten Kondensator (13, 15) an den ersten Anschluss (10) und an den zweiten Anschluss (11) angeschlossen ist.
Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filtereinrichtung (8) eine Leiterplatte (50) aufweist, wobei - der erste Kondensator (13), der zweite Kondensator (14) und die wenigstens eine Widerstandsschaltung (17, 18, 27) auf der Leiterplatte (50) angeordnet sind und/oder - die ersten bis dritten Anschlüsse (10, 11, 12) der Filtereinrichtung (8) auf der Leiterplatte (50) angeordnet sind und/oder - die Schalteinrichtung (21) auf der Leiterplatte (50) angeordnet ist.
Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Zwischenkreiskondensator (40), der zwischen die erste Leitung (2) und die zweite Leitung (4) geschaltet ist, und eine Wandlerschaltung (41), die zwischen die erste Leitung (2) und die zweite Leitung (4) geschaltet ist, wobei die Filtereinrichtung (8) auf der der Wandlerschaltung (41) abgewandten Seite des Zwischenkreiskondensators (40) angeordnet ist.
Bordnetz (101) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug (100), aufweisend wenigstens einen Stromrichter (1, 1a, 1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eine Traktionsbatterie (102), eine Ladeeinrichtung (103), die zum Aufladen oder Entladen der Traktionsbatterie (102) an ein fahrzeugexternes elektrische Netz (104) anschließbar ist, und eine Steuereinrichtung (105), die dazu eingerichtet ist, die Steuerinformation (22) zum Einnehmen des zweiten Filtermodus bereitzustellen, wenn und/oder solange die Ladeeinrichtung (103) an das fahrzeugexterne elektrische Netz (103) angeschlossen ist.