-
Die Erfindung betrifft ein Bordnetzsystem eines Fahrzeugs, das eine Batterie, eine erste Schalteinheit, eine zweite Schalteinheit, einen Wechselrichter, einen Elektromotor und ein Ladegerät zum Laden der Batterie. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug.
-
Stand der Technik
-
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft vermehrt elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge zum Einsatz kommen werden. Solche elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuge, wie z.B. Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge, umfassen jeweils ein elektrisches Energieversorgungssystem, das mindestens eine Batterie aufweist.
-
Es zeichnet sich ebenfalls ab, dass die Kapazität der Batterie immer größer tendiert, um die Reichweite und den Komfort des Fahrzeugs zu verbessern. Die immer größer werdende Kapazität der Batterie erfordert jedoch strengere Schutzmaßnahmen, um Sicherheit beim Fahren des Fahrzeugs und insbesondere beim Laden der Batterie zu gewährleisten.
-
Das Dokument
JP 2019-161744 A beschreibt eine Entladesteuerungsvorrichtung und ein Entladesteuerungsverfahren zur Steuerung der Entladung von elektrischer Energie, die ein einem Kondensator eines Wechselrichters geladen ist.
-
Aus dem Dokument
KR 2016-0052134 A sind eine Batterieladevorrichtung zur Durchführung eines fahrzeugübergreifenden Ladens sowie ein fahrzeugübergreifendes Ladeverfahren unter Verwendung der Batterieladevorrichtung bekannt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es wird ein Bordnetzsystem eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Dabei umfasst das Bordnetzsystem eine Batterie, eine erste Schalteinheit, eine zweite Schalteinheit, einen Wechselrichter, einen Elektromotor und ein Ladegerät zum Laden der Batterie. Für die Batterie kann ein Batteriemanagementsystem zur Überwachung und Steuerung der Batterie vorgesehen sein. Unter einem Ladegerät wird eine Vorrichtung verstanden, die dazu eingerichtet ist, eine Batterie zu laden. Im einfachsten Fall kann diese als eine Steckdose ausgebildet sein, wenn externe Energiequelle mit Steuergerät bzw. Elektronik zur Überwachung und Steuerung des Ladens vorhanden ist. Das Ladegerät kann aber auch mit Steuergerät bzw. Elektronik zur Überwachung und/oder Steuerung der Batterie bzw. des Ladens der Batterie versehen sein, das als Onboard-Ladegerät (On-Board Charger, OBC) bezeichnet wird.
-
Dabei ist die Batterie mit der ersten Schalteinheit verbunden, die dazu eingerichtet ist, die Batterie mit dem Bordnetzsystem zu verbinden und von dem Bordnetzsystem zu trennen. Die erste Schalteinheit wird auch als batterieseitige Schalteinheit bezeichnet. Die Batterie kann dabei eine oder mehrere Batteriezellen, die bevorzugt als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet sind, umfassen. Dabei können die mehreren Batteriezellen seriell und/oder parallel verschaltet sein.
-
Der Wechselrichter ist dabei eingangsseitig mit der zweiten Schalteinheit, die dazu eingerichtet ist, den Wechselrichter mit dem Bordnetzsystem zu verbinden und von dem Bordnetzsystem zu trennen, und ausgangsseitig mit dem Elektromotor verbunden. Die zweite Schalteinheit wird auch als wechselrichterseitige Schalteinheit bezeichnet. Der Elektromotor kann dabei zum Antreiben des Fahrzeugs dienen und auch als ein Generator betrieben werden, um elektrische Energie, z. B. beim Bremsen des Fahrzeugs, zu erzeugen und zurück an die Batterie zu speisen. Der Wechselrichter dient dabei dann als ein Gleichrichter.
-
Die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit sind dabei miteinander in Reihe geschaltet. In anderen Worten, die Batterie ist über die erste und die zweite Schalteinheit mit dem Wechselrichter verbindbar.
-
Erfindungsgemäß ist das Ladegerät zwischen der ersten und der zweiten Schalteinheit geschaltet. In anderen Worten, das Ladegerät ist über die erste Schalteinheit mit der Batterie verbindbar und über die zweite Schalteinheit mit dem Wechselrichter verbindbar. Dabei ist die zweite Schalteinheit dazu eingerichtet, den Wechselrichter von dem Bordnetzsystem zu trennen, wenn das Ladegerät zum Laden der Batterie mit einer externen Energiequelle verbunden ist. Dadurch können die aufwendigen, kosten- und raumintensiven Schutzmaßnahmen vermieden werden.
-
Vorzugsweise weisen die erste und/oder die zweite Schalteinheit jeweils mindestens einen Hauptschalter auf. Die Hauptschalter können in einem positiven und/oder in einem negativen Strompfad der Batterie eingesetzt werden. Ein Strompfad der Batterie ist positiv, wenn dieser mit einem positiven Pol elektrisch verbunden ist, während ein Strompfad negativ ist, wenn dieser mit einem negativen Pol elektrisch verbunden ist.
-
Die erste und die zweite Schalteinheit können jeweils mehrere Hauptschalter aufweisen, die in dem gleichen Strompfad und in unterschiedlichen Strompfaden geschaltet sind. Um eine allpolige Abschaltung der Batterie bzw. des Wechselrichters zu erreichen, sind die Hauptschalter jedoch bevorzugt in unterschiedlichen Strompfaden geschaltet. Vorzugsweise umfassen die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit jeweils genau einen Hauptschalter. Dabei können der Hauptschalter der ersten Schalteinheit und der Hauptschalter der zweiten Schalteinheit in einem gleichen Strompfad der Batterie, wie beispielsweise dem positiven Strompfad der Batterie, eingesetzt sein. Bevorzugt ist jedoch, dass der Hauptschalter der ersten Schalteinheit und der Hauptschalter der zweiten Schalteinheit in unterschiedlichen Strompfaden eingesetzt sind. Dadurch kann eine allpolige Abschaltung der Batterie bzw. des Wechselrichters im Fehlerfall ebenfalls erreicht werden. Beispielsweise kann der Hauptschalter der ersten Schalteinheit in dem positiven Strompfad der Batterie geschaltet sein, während der Hauptschalter der zweiten Schalteinheit in dem negativen Strompfad der Batterie geschaltet ist. Denkbar ist aber auch, dass der Hauptschalter der ersten Schalteinheit in einem negativen Strompfad der Batterie geschaltet ist und der Hauptschalter der zweiten Schalteinheit in einem positiven Strompfad der Batterie geschaltet ist.
-
Vorzugsweise weisen die erste Schalteinheit und/oder die zweite Schalteinheit einen Vorladeschalter auf.
-
Vorzugsweise sind die Hauptschalter und/oder die Vorladeschalter jeweils als Halbleiterschalter, z. B. MOSFET oder IGBT, ausgebildet. Denkbar ist auch, dass die Hauptschalter und/oder die Vorladeschalter jeweils als klassische, mechanische Hochspannungsschütze bzw. Relais ausgebildet sind.
-
Vorzugsweise sind die Hauptschalter und/oder die Vorladeschalter jeweils als bidirektionaler Schalter ausgebildet sind. Unter einem bidirektionalen Schalter wird verstanden, dass ein Strom in beide Richtungen durch diesen Schalter fließen darf. Beispielsweise kann ein bidirektionaler Schalter zwei anti-seriell geschaltete MOSFETs aufweisen, die jeweils über eine Body-Diode verfügen oder jeweils eine zusätzliche Inversdiode aufweisen.
-
Vorzugsweise weisen die Hauptschalter und/oder die Vorladeschalter jeweils mehrere parallel verschaltete Schaltelemente auf. Dadurch kann ein großer Strom abgeschaltet werden. Beispielsweise können mehrere MOSFETs parallel zueinander geschaltet sein, um einen großen Strom abzuschalten.
-
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäß vorgeschlagene Bordnetzsystem einen Gleichspannungswandler, der dazu eingerichtet ist, die Spannung der Batterie in eine Spannung mit einem anderen Spannungsniveau, wie beispielsweise auf 12 V, umzuwandeln und andere elektrische Verbraucher zu speisen. Eingangsseitig kann der Gleichspannungswandler zur Verbindung mit dem Bordnetzsystem zwischen der ersten und der zweiten Schalteinheit oder zwischen der zweiten Schalteinheit und dem Wechselrichter geschaltet sein. Ausgangsseitig kann der Gleichspannungswandler mit einem elektrischen Verbraucher elektrisch verbunden sein.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung eines Fahrzeugs, das das erfindungsgemäß vorgeschlagene Bordnetzsystem umfasst. Unter dem Begriff „Fahrzeug“ werden mobile Verkehrs- und Transportmittel verstanden, die dem Transport von Personen und/oder Güter dienen. Darunter fallen alle Verkehrs- und Transportmittel aller Arten wie z. B. Wasser-, Land- sowie Luftverkehr.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung stellt ein Bordnetzsystem bereit, bei dem der gesamte Sicherheits-Stress, der durch Erfüllen der Sicherheits-Auflagen an den Wechselrichter beim Laden entsteht, verhindert werden kann. Dabei wird der Wechselrichter beim Laden abgetrennt und somit müssen keine Sicherheits-Auflagen erfüllt werden, die nur beim Laden entstehen. Beispielsweise sind keine erhöhten Luftstrecken wegen Blitzeinschlägen und keine doppelte Isolierung zwischen Hochspannungs- und Niederspannungsanteil des Bordnetzsystems wegen der Y-Kondensatoren erforderlich. Dadurch ist eine sichere, kompakte und kostengünstigere Bauweise des Bordnetzsystems möglich.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des Bordnetzsystems,
- 2 eine schematische Darstellung des Bordnetzsystems gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 3 eine schematische Darstellung des Bordnetzsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform und
- 4 eine schematische Darstellung des Bordnetzsystems gemäß einer dritten Ausführungsform.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bordnetzsystems 100.
-
1 ist zu entnehmen, dass das Bordnetzsystem 100 eine Batterie 10, eine erste Schalteinheit 20, die mit der Batterie 10 verbunden ist, eine zweite Schalteinheit 30, einen Wechselrichter 40 und einen Elektromotor 50 umfasst. Der Wechselrichter 40 umfasst eingangsseitig einen Gleichspannungsanschluss 42, der mit der zweiten Schalteinheit 30 verbunden ist, und ausgangsseitig einen Wechselspannungsanschluss 44, der mit dem Elektromotor 50 verbunden ist.
-
Die Batterie 10 kann dabei mehrere Batteriezellen (nicht dargestellt) umfassen, die seriell und/oder parallel verschaltet sind. Für die Batterie 10 kann auch ein Batteriemanagementsystem (nicht dargestellt) zur Überwachung und Steuerung der Batterie 10 vorgesehen sein.
-
Die erste und die zweite Schalteinheit 20, 30 sind dabei in Reihe geschaltet und können jeweils mehrere Hauptschalter 22, 24, 26, 32, 34, 36 (siehe 2 und 3) aufweisen, die in einem positiven Strompfad 16 und/oder einem negativen Strompfad 18 der Batterie 10 eingesetzt werden. Ein Strompfad der Batterie 10 ist positiv, wenn dieser mit einem positiven Pol 12 der Batterie 10 elektrisch verbunden ist. Ein Strompfad ist negativ, wenn dieser mit einem negativen Pol 14 der Batterie 10 elektrisch verbunden ist.
-
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Bordnetzsystem 100 umfasst ferner ein Ladegerät 60 zum Laden der Batterie 10. Das Ladegerät 60 ist dabei über die ersten Schalteinheit 20 mit der Batterie 10 verbindbar und über die zweite Schalteinheit 30 mit dem Wechselrichter 40 verbindbar.
-
Im einfachsten Fall kann das Ladegerät 60 als eine Steckdose zur Verbindung mit einer externen Energiequelle ausgebildet sein. Dabei kann die externe Energiequelle mit einem Steuergerät bzw. einer Elektronik zur Überwachung und Steuerung der Batterie 10 bzw. des Ladens der Batterie 10 versehen sein. Das Laden der Batterie 10 kann aber auch von dem für die Batterie 10 vorgesehenen Batteriemanagementsystem überwacht und gesteuert werden. Das Ladegerät 60 kann aber auch als ein sogenannte Onboard-Ladegerät, das Steuergerät bzw. Elektronik zur Überwachung und Steuerung der Batterie 10 bzw. des Ladens der Batterie 10 aufweist, ausgebildet sein.
-
Die zweite Schalteinheit 30 ist dazu eingerichtet, den Wechselrichter 40 von dem Bordnetzsystem 100 zu trennen, wenn das Ladegerät 60 mit einer externen Energiequelle zum Laden der Batterie 10 verbunden ist.
-
Ferner kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Bordnetzsystem 100 einen Gleichspannungswandler 70 (siehe 2) aufweisen, der die Spannung der Batterie 10 je nach Bedarf in eine Spannung mit einem anderen Spannungsniveau umwandelt, um einen oder mehrere elektrische Verbraucher 80 (siehe 2) zu speisen.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bordnetzsystems 100 gemäß einer ersten Ausführungsform, während in 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bordnetzsystems 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt wird.
-
Aus 2 geht hervor, dass die erste Schalteinheit 20 einen ersten Hauptschalter 22 und einen zweiten Hauptschalter 24 aufweist. Dabei ist der erste Hauptschalter 22 der ersten Schalteinheit 20 in dem positiven Strompfad 16 der Batterie 10 eingesetzt bzw. geschaltet, während der zweite Hauptschalter 24 der ersten Schalteinheit 20 in dem negativen Strompfad 18 der Batterie 10 eingesetzt bzw. geschaltet ist.
-
Aus 2 geht ferner hervor, dass die zweite Schalteinheit 30 einen ersten Hauptschalter 32 und einen zweiten Hauptschalter 34 aufweist. Dabei ist der erste Hauptschalter 32 der zweiten Schalteinheit 30 in dem positiven Strompfad 16 der Batterie 10 eingesetzt bzw. geschaltet, während der zweite Hauptschalter 34 der zweiten Schalteinheit 30 in dem negativen Strompfad 18 der Batterie 10 eingesetzt bzw. geschaltet ist.
-
Mittels des ersten und des zweiten Hauptschalters 22, 24 der ersten Schalteinheit 20 kann eine allpolige Abschaltung der Batterie 10 erreicht werden. Mittels des ersten und des zweiten Hauptschalters 32, 34 der zweiten Schalteinheit 30 kann eine allpolige Abschaltung des Wechselrichters 40 erreicht werden.
-
2 ist ferner zu entnehmen, dass das erfindungsgemäß vorgeschlagene Bordnetzsystem 100 einen Gleichspannungswandler 70 zum Umwandeln der Spannung der Batterie 10 in eine Spannung mit einem anderen Spannungsniveau umfasst, um einen oder mehrere elektrische Verbraucher 80 zu speisen. Zur Verbindung mit dem Bordnetzsystem 100 ist der Gleichspannungswandler 70 eingangsseitig zwischen der ersten und der zweiten Schalteinheit 20, 30 geschaltet. Ausgangsseitig ist der Gleichspannungswandler 70 mit dem elektrischen Verbraucher 80 elektrisch verbunden.
-
Das in 3 dargestellte Bordnetzsystem 100 unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten Bordnetzsystem 100 dadurch, dass zur Verbindung mit dem Bordnetzsystem 100 der Gleichspannungswandler 70 eingangsseitig zwischen der zweiten Schalteinheit 30 und dem Wechselrichter 40 geschaltet ist.
-
4 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bordnetzsystems 100 gemäß einer dritten Ausführungsform.
-
4 ist zu entnehmen, dass die erste Schalteinheit 20 genau einen Schalter - einen dritten Hauptschalter 26 - aufweist, der dem ersten Hauptschalter 22 der ersten Schalteinheit 20 in 2 entspricht und in dem positiven Strompfad 16 der Batterie 10 eingesetzt bzw. geschaltet ist, während die zweite Schalteinheit 30 ebenfalls genau einen Schalter - einen dritten Hauptschalter 36 - aufweist, der dem zweiten Hauptschalter 34 der zweiten Schalteinheit 30 in 2 entspricht und in dem negativen Strompfad 18 eingesetzt bzw. geschaltet ist. Dadurch kann eine allpolige Abschaltung der Batterie 10 bzw. des Wechselrichters 40 im Fehlerfall ebenfalls erreicht werden.
-
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
-
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
-
- JP 2019161744 A [0004]
- KR 20160052134 A [0005]
