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Es ist bekannt, Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb sowie mit einem Akkumulator auszustatten, der den Antrieb speist. Sogenannte Plug-In Fahrzeuge haben einen Ladeanschluss, um diesen Akkumulator mittels einer externen Energiequelle elektrisch zu laden.
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In einem elektrischen Antrieb wird aus der Gleichspannung des Akkumulators von einem Inverter durch pulswellenmoduliertes Zerhacken der Gleichspannung ein geeignetes, üblicherweise mehrphasiges Leistungssignal erzeugt, das in der angeschlossenen elektrischen Maschine ein Drehfeld erzeugen kann. Aufgrund der hohen erforderlichen Leistung fließen hohe Ströme, die gemäß der Pulswellenmodulation geschaltet werden, wobei dieses Schalten aufgrund der höheren Ströme zu signifikanten Störsignalen führen kann. Derartige Störungen werden üblicherweise mittels eines Cy-Filters stark reduziert, wobei ein derartiger Filter das Störsignal kapazitiv ankoppelt und mit einem Bezugspotential wie Masse verbindet, um so das Störsignal (beziehungsweise dessen Wechselkomponenten) zu dem Bezugspotential abzuleiten. Das Bezugspotential, zu dem die Störsignale abgeleitet werden, ist üblicherweise ein Massepotential beziehungsweise ein Chassis-Potential des Fahrzeugs.
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Bei einem Ladevorgang, der nicht über eine vollständige galvanische Trennung verfügt oder allgemein bei fehlerhafter Isolierung beziehungsweise Erdung beim Ladevorgang, können jedoch diese Cy-Filter dazu führen, dass zwischen dem Masse- beziehungsweise Chassis-Potential des Fahrzeugs einerseits und einem Erdungspotential der Ladestromquelle eine Spannung anliegt, die für einen Menschen gefährlich sein kann. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit dem sich ein Fahrzeug laden und betreiben lässt, ohne dass substantielle Gefahren im Hinblick auf derartige Berührspannungen und Berührströme bestehen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den Gegenständen der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figur.
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Es wird vorgeschlagen, beide Gleichspannungspotentiale eines Hochvolt-Bordnetzes jeweils mit einem Cy-Kondensator zu verbinden und diese Kondensatoren ferner mit einem Massepotential zu verbinden. Hierzu werden die Cy-Kondensatoren schaltbar zusammengeführt. Ferner ist eine schaltbare Verbindung zu einem Massepotential vorgesehen. Durch diese schaltbare Ausführung lässt sich zum einen eine volle Filterwirkung für beide Gleichspannungspotentiale erreichen, und zum anderen lässt sich die Verbindung zum Massepotential trennen, um so den Fluss einer Berührspannung zu unterdrücken. Es lässt sich ferner unterbinden, dass beide Kondensatoren in Seriellschaltung an den Gleichspannungspotential angeschlossen sind und so in einigen Fällen eine gegebenenfalls problematische Cx-Kapazität bilden, d.h. eine Kapazität zwischen den Gleichspannungspotentialen des Bordnetzes.
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Cy-Kondensatoren sind hierbei Kondensatoren, die ein Störsignal eines Gleichspannungspotentials an ein Bezugspotential wie Masse ableiten, wobei das Gleichspannungspotential elektrisch von dem Massepotential isoliert ist. Cx-Kondensatoren sind hierbei Kondensatoren, die zwischen den beiden Gleichspannungspotentialen liegen, um so den Zwischenkreis zu schützen beziehungsweise eine Glättung der Spannung zwischen den beiden Potentialen zu ermöglichen.
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Es wird daher vorgeschlagen, zwei Cy-Kondensatoren in einer Reihenschaltung über einen Verbindungspunkt miteinander zu verbinden, wobei die beiden Enden dieser Reihenschaltung mit den Gleichspannungspotentialen verbunden sind. Dadurch kann sich durch die beiden Cy-Kondensatoren eine Filterwirkung für beide Potentiale ergeben. Es ist ein Seriellschalter in dieser Reihenschaltung der Cy-Kondensatoren vorgesehen. Dies erlaubt die erwähnte Trennung der Kondensatoren, um so bei Bedarf eine Wirkung wie ein Cx-Kondensator zu unterbinden bzw. zu unterbinden, dass die Cy-Kondensatoren an den Gleichspannungspotentialen wegen ihrer Seriellschaltung eine Cx-Kapazität bilden.
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Zudem ist der Verbindungspunkt (der Punkt zwischen den beiden Cy-Kondensatoren) über einen Ableitungsschalter mit dem Massepotential verbunden. Durch den Ableitungsschalter kann gezielt durch Schließen des Schalters eine Ableitung des Störpotentials vorgesehen werden, etwa beim Fahren. Es kann gezielt der Verbindungspunkt von dem Massepotential getrennt werden, etwa beim Laden, um so bei fehlerhafter Isolation beziehungsweise Erdung der Ladestromquelle einen gefährlichen Berührstrom zu vermeiden. Mit anderen Worten können dadurch die über den Verbindungspunkt verbundenen Cy-Kondensatoren von der Erdung getrennt werden. Der Verwendungspunkt ist über den Ableitungsschalter mit dem Massepotential verbunden. Dadurch dient der Ableitungsschalter für beide Cy-Kondensatoren als (ein gemeinsamer) Schalter zur schaltbaren Verbindung mit dem Massepotential. Das Massepotential, an das Ableitungsschalter angeschlossen ist, ist das Massepotential des Fahrzeugs, in dem das Hochvolt-Bordnetz vorgesehen ist. Das Massepotential ist hierbei insbesondere das Chassis. Mit anderen Worten ist das Massepotential, das geschaltet mit dem Verbindungspunkt verbunden ist, das Massepotential des Fahrzeugs beziehungsweise das Chassis-Potential.
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Es ergibt sich eine Reihenschaltung der zwei Cy-Kondensatoren, wobei der Verbindungspunkt zwischen diesen Kondensatoren vorgesehen ist und deren (inneren) Enden miteinander verbindet. Die äußeren Enden dieser Kondensatoren entsprechen insbesondere den Enden der Reihenschaltung. Die äußeren Enden der Kondensatoren sind mit den Gleichspannungspotentialen verbunden. Die Verbindung zwischen den Kondensatoren beziehungsweise der Kondensatoren mit den Potentialen kann eine Sicherung, ein Filterelement und/oder einen Widerstand zum Begrenzen des fließenden Stroms aufweisen. Es kann sich jedoch auch um eine direkte Verbindung handeln, die kein weiteres Bauelement umfasst. Der Ableitungsschalter bildet eine geschaltete Verbindung zwischen dem Verbindungspunkt und dem Massepotential (des Fahrzeugs). Auch diese Verbindung kann mit einem Filterelement, einer Sicherung oder einem Strombegrenzungswiderstand vorgesehen werden oder kann als direkte (schaltbare) Verbindung vorgesehen werden. Die zwei Cy-Kondensatoren sind jeweils vorzugsweise dezidierte Filterbauelemente, können jedoch auch als parasitäre Kapazitäten ausgebildet sein. Die Cy-Kondensatoren können jeweils als ein Kondensatorbauelement ausgebildet sein oder als Kondensatorschaltung.
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Die hier beschriebene Vorgehensweise kann auch ausgeführt werden mittels eines schaltbaren Cy-Filters, der für ein Fahrzeug-Hochvoltnetz geeignet ist. Im Rahmen des schaltbaren Filters tritt an die Stelle des ersten Gleichspannungspotentials ein entsprechender Anschluss. Gleiches gilt auch für das zweite Gleichspannungspotential. Ferner tritt an die Stelle des Massepotentials ein Massepotentialanschluss. Ein derartiger Filter lässt sich in ein Fahrzeug-Hochvoltbordnetz integrieren. Hierzu werden die Gleichspannungspotentialanschlüsse an die entsprechenden Gleichspannungspotentiale angeschlossen und der Massepotentialanschluss wird an das Massepotential des Hochvoltbordnetzes angeschlossen.
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In dem Fahrzeug-Hochvoltbordnetz beziehungsweise einem Hochvoltbordnetz, in dem der schaltbare Cy-Filter vorgesehen ist, ist zwischen den Gleichspannungspotentialen beziehungsweise den entsprechenden Anschlüssen eine Hochvolt-Nennspannung vorgesehen. Diese Spannung beträgt vorzugsweise mehr als 60 Volt und vorzugsweise mindestens 200 Volt, 400 Volt oder 800 Volt. Ferner ist innerhalb des betreffenden Bordnetzes eine Isolation zwischen den beiden Gleichspannungspotentialen einerseits und dem Massepotentialanschluss andererseits vorgesehen. Das vorangehend genannte Bordnetz kann ferner einen Erdungsanschluss zum Anschluss an ein Erdungspotential oder selbst ein Erdungspotential vorsehen. Das Erdungspotential gehört insbesondere einer externe Ladestromquelle an, beispielsweise das Erdungspotential eines lokalen oder öffentlichen Stromnetzes. Das hier beschriebene Bordnetz kann einen Ladeanschluss mit zwei Gleichspannungskontakten aufweisen sowie eine Ladeschaltung. Diese Ladeschaltung ist insbesondere nicht galvanisch trennend oder kann auch galvanisch trennend vorgesehen sein. Der Ladeanschluss ist ein Gleichspannungsladeanschluss und ist insbesondere geeignet für Ladeleistungen von mehr als 20 kW, 50 kW oder von mindestens 100 kW oder 150 kW. Der Ladeanschluss beziehungsweise die zugehörige Ladeschaltung ist für Ladespannungen von mehr als 60 Volt ausgelegt, insbesondere von mindestens 100, 200, 400 oder 800 Volt.
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Das hier beschriebene Fahrzeug-Hochvolt-Bordnetz sowie der schaltbare Cy-Filter für ein Fahrzeug-Hochvolt-Bordnetz ermöglichen zum einen bei verbundenen Schaltern eine Cy-Filterung beider Gleichspannungspotentiale, wobei die störenden Signale zum Massepotential beziehungsweise dem entsprechenden Anschluss hierfür abgeleitet werden können. Zum anderen kann bei offenen Schaltern vermieden werden, dass die beiden Cy-Kondensatoren, die beide aufgrund der Verbindung mit dem Massepotential und den beiden Gleichspannungspotentialen in Reihe geschaltet sind, als Cx-Kondensator wirken. Ein Cx-Kondensator würde eine ggf. schädlich hohe Energie speichern, die bei Isolations- bzw. Erdungsfehlern auf einen Nutzer wirken könnte.
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Bei offenem Seriellschalter ist diese Verbindung zwischen den Cy-Kondensatoren unterbrochen und es ergibt sich keine Wirkung der beiden (seriellen) Cy-Kondensatoren als Cx-Kondensator. Ist zudem der Ableitungsschalter offen, dann kann beispielsweise beim Laden vermieden werden, dass durch das Laden erzeugte Störsignale an das Massepotential abgeführt werden, wobei dies bei fehlerhafter Isolation beziehungsweise fehlerhafter Erdung diese Störsignale bei Ableitung zum Massepotential zu einer gefährlichen Berührspannung für eine Person führen könnten, die sowohl mit dem Massepotential als auch mit dem Erdungspotential verbunden ist. Da bei geschlossenem Ableitungsschalter Störsignale zum Massepotential des Fahrzeugs abgeleitet werden, das heißt zum Chassis, während andererseits beim Laden eine Verbindung zu einem externen Erdungspotential vorgesehen ist, können derartige Spannungen entstehen, die bei fehlerhafter Isolation beziehungsweise Erdung über den Nutzer fließen können. Gleichzeitig werden nur zwei Schalter benötigt, um beide beim Laden problematischen Wirkungen der Cy-Kondensatoren, wie vorangehend bemerkt, zu unterbinden.
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Der Seriellschalter kann an beliebiger Position in der Reihenschaltung vorgesehen sein. Er kann sich zwischen dem Gleichspannungspotential und dem ersten Cy-Kondensator befinden, zwischen dem Cy-Kondensator und dem Verbindungspunkt, zwischen dem Verbindungspunkt und dem zweiten Cy-Kondensator oder zwischen dem zweiten Cy-Kondensator und dem zweiten Gleichspannungspotential. Hierbei ist der erste Cy-Kondensator dem ersten Gleichspannungspotential zugeordnet beziehungsweise hiermit verbunden (direkt oder über den Seriellschalter), und der zweite Cy-Kondensator ist dem zweiten Gleichspannungspotential zugeordnet, das heißt direkt mit diesem verbunden oder über den Seriellschalter mit diesem verbunden. Anstatt einer direkten Verbindung kann auch eine Verbindung über einen Begrenzungswiderstand, eine Sicherung oder ein Filterelement vorgesehen sein. Dies gilt auch für den schaltbaren Cy-Filter, wobei hierbei wie erwähnt die Gleichspannungspotential an die jeweiligen Anschlüsse treten, beziehungsweise an die Stelle des Massepotentials der Massepotentialanschluss tritt. Der Seriellschalter kann zwischen einem der Cy-Kondensatoren und dem Verbindungspunkt liegen (das heißt zwischen dem ersten und dem zweiten Cy-Kondensator einerseits und dem Verbindungspunkt andererseits). Alternativ kann der Seriellschalter zwischen einem der Cy-Kondensatoren und einem der Gleichspannungspotentiale vorgesehen sein, beispielsweise zwischen dem ersten Cy-Kondensator und dem ersten Gleichspannungspotential oder zwischen dem zweiten Cy-Kondensator und dem zweiten Gleichspannungspotential. Mit anderen Worten kann der Seriellschalter zwischen einem inneren Ende der Cy-Kondensatoren (d.h. dem Ende des Kondensators, der dem Verbindungspunkt zugewandt ist) und dem Verbindungspunkt vorgesehen sein. Alternativ kann dieser zwischen einem äußeren Ende dieser Kondensatoren und einem der Gleichspannungspotentiale angeordnet sein. Das erste Gleichspannungspotential ist vorzugsweise das positive Gleichspannungspotential. Das zweite Gleichspannungspotential ist vorzugsweise das negative Gleichspannungspotential.
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Die Schalter sind vorzugsweise als Halbleiterschalter ausgebildet, insbesondere als Transistorschalter. Hierbei kann der Seriellschalter mittels eines einzigen Halbleiterschalters ausgebildet sein, oder mittels zwei serieller (oder antiserieller) Halbleiterschalter. Gleiches gilt auch für den Ableitungsschalter. Vorzugsweise ist der Seriellschalter als unidirektional sperrender Halbleiterschalter ausgebildet. Der Seriellschalter kann somit als MOSFET-Schalter ausgebildet sein. Hierbei weist der Halbleiterschalter beziehungsweise der Transistorschalter insbesondere eine Inversdiode auf. Die Sperrrichtung der Inversdiode ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass ein Stromfluss von dem Massepotential beziehungsweise Verbindungspunkt zu dem daran angeschlossenen Gleichspannungspotential unterdrückt wird. Weist somit der Seriellschalter als Halbleiterschalter eine Inversdiode auf, dann zeigt deren Sperrrichtung insbesondere vom Verbindungspunkt weg. Ist der Seriellschalter zwischen dem ersten Gleichspannungspotential beziehungsweise dem ersten Cy-Kondensator und dem Verbindungspunkt vorgesehen, dann weist die Sperrrichtung vom ersten Potential zum Verbindungspunkt hin.
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Ist der Seriellschalter zwischen dem Verbindungspunkt und dem zweiten Gleichspannungspotential vorgesehen, dann weist auch hier vorzugsweise die Sperrrichtung zum Massepotential beziehungsweise zum Verbindungspunkt hin. Insbesondere ist der Halbleiterschalter ausgebildet, in allen Zuständen (leitend, nichtleitend) keinen Strom zu leiten, der zum Verbindungspunkt hinführen würde beziehungsweise zum Massepotential oder zum Massepotentialanschluss hinführen würde. Beispielsweise ist der Seriellschaltung als unidirektional sperrender Halbleiterschalter ausgebildet, der als MOSFET realisiert ist. Ist der Seriellschalter zwischen dem Verbindungspunkt und dem ersten Versorgungspotential angeschlossen, dann ist die Source des MOSFETs insbesondere mit dem Verbindungspunkt verbunden. Der Drain-Anschluss ist insbesondere mit dem sich daran anschließenden ersten Cy-Kondensator verbunden. Alternativ ist der Drain-Anschluss mit dem ersten Gleichspannungspotential verbunden und der Source-Anschluss mit dem Cy-Kondensator. Dies kann auch für Ausführungsformen vorgesehen sein, bei denen der Seriellschalter zwischen dem zweiten Hochvoltpotential und dem Verbindungspunkt vorgesehen ist, wobei sich hierbei die Drain-Source-Anschlüsse komplementär verhalten. Der Seriellschalter kann zudem als bidirektional sperrender Halbleiterschalter ausgebildet sein. Andere Ausführungsformen sehen vor, dass der Seriellschalter elektromechanisch ausgebildet ist.
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Der Ableitungsschalter ist vorzugsweise als Halbleiterschalter ausgebildet. Der Ableitungsschalter ist insbesondere als bidirektional sperrender Halbleiterschalter ausgebildet. Hierbei kann entweder ein bidirektional sperrendes Transistorelement verwendet werden, oder es können zwei antiseriell verbundene Transistorelemente verwendet werden. Antiseriell bedeutet hierbei, dass die Durchlassrichtungen der beiden Transistorelemente zueinander entgegengesetzt sind und die beiden Transistorelemente in Reihe geschaltet sind. Der Halbleiterschalter kann somit zwei Transistorelemente aufweisen, die zueinander seriell verbunden sind und insbesondere als MOSFETs ausgebildet sind. Die Transistorelemente sind hierbei entgegengesetzt zueinander ausgerichtet. Die zwei seriell verbundenen Transistorelemente weisen insbesondere jeweils eine Inversdiode auf. Die Durchlassrichtungen der Inversdioden sind zueinander entgegengesetzt. Auf diese Weise sperrt bei offenen Transistorelementen immer eines der Transistorelemente den Stromfluss über den gesamten Halbleiterschalter. Die hier im Rahmen des Fahrzeug-Hochvoltbordnetzes beschriebenen Schalter können insbesondere auch in dem schaltbaren Cy-Filter eingesetzt werden.
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Zudem besteht die Möglichkeit, eine Steuerung vorzusehen. Dieser ist ansteuernd mit dem Ableitungsschalter und ansteuernd mit dem Seriellschalter verbunden. Die Steuerung ist als Schaltung beziehungsweise als Vorrichtung ausgeführt. Die Steuerung ist insbesondere Teil des Fahrzeug-Hochvolt-Bordnetzes, insbesondere des schaltbaren Cy-Filters. Die Steuerung weist insbesondere zwei Zustände auf, nämlich einen Filter-Zustand und einen Trenn-Zustand. Im Filter-Zustand sind die beiden Schalter geschlossen beziehungsweise in einem Ein-Zustand. Sind die beiden Schalter geschlossen, dann sind die beiden Cy-Kondensatoren in Reihe geschaltet und der Verbindungspunkt ist mit dem Massepotential beziehungsweise dem betreffenden Anschluss verbunden. Es ergibt sich eine Filterwirkung, bei der Störsignale von zumindest einem der Gleichspannungspotentiale über den betreffenden Cy-Kondensator zum Massepotential abgeleitet wird (beziehungsweise zum Massepotentialanschluss).
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Vorzugsweise ist die Steuerung zudem für einen Trenn-Zustand ausgebildet. In diesen sind beide Schalter in einem Aus-Zustand. Die Steuerung ist ansteuernd mit dem Schalter verbunden und daher eingerichtet, beide in einen Ein-Zustand oder beide in einem Aus-Zustand vorzusehen. Die Steuerung ist eingerichtet, für beide Schalter den gleichen Zustand vorzusehen.
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Die Steuerung ist eingerichtet, den Filterzustand vorzusehen, wenn das Fahrzeug-Hochvoltbordnetz in dem Fahrzustand ist, beziehungsweise das Bordnetz, in dem sich das Cy-Filter befindet, in einem Fahrzustand ist. Wenn somit über die Gleichspannungspotentiale eine Spannung zum Antrieb des Fahrzeugs übertragen wird oder Rekuperationsleistung übertragen wird, dann wird der Filterzustand vorgesehen. Die Steuerung ist entsprechend eingerichtet.
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Insbesondere kann die Steuerung erfassen, ob der Fahrzustand besteht oder nicht. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuerung den Trenn-Zustand vorsieht, wenn der Fahrzustand nicht besteht. Insbesondere wenn ein Ladezustand besteht, dann ist die Steuerung eingerichtet, den Trenn-Zustand vorzusehen. Die Steuerung ist eingerichtet, zu erfassen, ob ein Ladezustand besteht, das heißt ob, ob über die Gleichspannungspotentiale eine Ladespannung übertragen wird. Die Steuerung kann hierzu einen Eingang aufweisen, an dem ein Signal empfangen werden kann, welches den aktuellen Zustand (des Hochvolt-Bordnetzes) empfangen wird. Alternativ oder in Kombination hierzu hat die Steuerung einen Eingang, um die Spannung zwischen den Gleichspannungspotentialen beziehungsweise den betreffenden Anschlüssen zu messen, und um daraus zu schließen, ob ein Fahrzustand besteht oder nicht, beziehungsweise ob ein Fahrzustand besteht oder ein Ladezustand besteht.
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Die Steuerung ist vorzugsweise eingerichtet, zumindest eine der Spannungen über den Cy-Kondensatoren zu messen, vorzugsweise beide. Insbesondere ist die Steuerung eingerichtet, nur dann Ladetrennschalter zu schließen, wenn die gemessene Spannung unter einer vorgegebenen Schwelle liegt. Hierzu kann die Steuerung einen Spannungseingang aufweisen sowie einen Vergleicher, der eingerichtet ist, die gemessene Spannung beziehungsweise die am Eingang eingegebene Spannung mit der Schwelle zu vergleichen und ein entsprechendes Vergleichssignal auszugeben. Die Ladetrennschalter verbinden eine Gleichspannungs-Ladequelle mit den Gleichspannungspotentialen. Insbesondere sind die Ladetrennschalter zwischen einem Ladeeingang und den Gleichspannungspotentialen vorgesehen. Der Ladeeingang ist insbesondere ein Gleichspannungs-Ladeeingang mit zwei Gleichspannungskontakten. Es kann ein erster Ladetrennschalter zwischen dem ersten Kontakt und dem ersten Gleichspannungspotential vorgesehen sein, und ein zweiter Ladetrennschalter zwischen dem zweiten Kontakt und dem zweiten Gleichspannungspotential. Insbesondere kann der erste Ladetrennschalter zwischen dem ersten Kontakt und dem ersten Gleichspannungspotentialanschluss vorgesehen, und der zweite Ladetrennschalter kann zwischen dem zweiten Kontakt und dem zweiten Gleichspannungspotentialanschluss vorgesehen sein. Mit anderen Worten kann der Ladetrennschalter allpolig vorgesehen sein. Der Ladetrennschalter ist insbesondere eingerichtet, einen Stromfluss zwischen einem Ladeanschluss und den Gleichspannungspotentialen beziehungsweise den betreffenden Anschlüssen zu trennen, vorzugsweise allpolig. Dadurch wird vermieden, dass Energie, die noch in den Cy-Kondensatoren gespeichert ist, über die Ladetrennschalter übertragen wird. Alternativ kann die Steuerung eingerichtet sein, die Cy-Kondensatoren auf eine Spannung zu laden, die (bis auf eine optionale Toleranzmarge) einer Ladegleichspannung entspricht, um so einen hohen Einschaltstrom zu vermeiden. Jedoch kann die betreffende Vorladung auch nach dem sicheren Schließen der Ladetrennschalter ausgeführt werden, insbesondere nachdem, wie vorangehend bemerkt, die Cy-Kondensatoren nachweislich entladen sind.
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Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass mindestens ein Entladewiderstand vorgesehen ist, der parallel zu einem der Cy-Kondensatoren angeschlossen ist, vorzugsweise schalterfrei angeschlossen. Insbesondere sind jeweils parallel zu den beiden Cy-Kondensatoren Entladewiderstände angeschlossen, vorzugsweise schalterfrei. Ein erster Entladewiderstand ist parallel an den ersten Cy-Kondensator angeschlossen. Ein zweiter Entladewiderstand ist parallel zu dem zweiten Cy-Kondensator angeschlossen. Jeder Entladewiderstand ist vorzugsweise ausgebildet, den damit verbundenen (das heißt den daran parallel angeschlossenen) Cy-Kondensator von einer Nennspannung des Fahrzeug-Hochvoltbordnetzes auf eine Spannung von weniger als 60 Volt zu entladen. Dieses Entladen findet beispielsweise in weniger als 5 s, 2 s oder 1 s statt.
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Die Nennspannung kann insbesondere mindestens 200, 400 oder 800 Volt betragen, beispielsweise 400 bis 430 Volt oder 790 bis 840 Volt. Weiterhin kann eine Nennspannung von circa 1000 Volt vorgesehen sein. Der konkrete Widerstandswert des jeweiligen Entladewiderstands ergibt sich aus der Nennspannung, der Kapazität des betreffenden Cy-Kondensators und der gewünschten Entladezeitspanne von weniger als 5 s, 2 s oder 1 s. Die Berechnung der Entladekurve ist dem Fachmann bekannt, der hierbei auch den Zusammenhang zwischen Zeitkonstante und Produkt aus Widerstandswert und Kapazität zurückgreift unter Berücksichtigung des Startspannungswerts (Nennspannung) sowie des Spannungswerts nach Entladung (Spannungswert von weniger als 60 Volt). Dadurch wird gewährleistet, dass nach der Entladezeitdauer keine gefährliche Spannung in den Cy-Kondensatoren verbleibt, insbesondere eine Spannung von weniger als 60 Volt, die für den Menschen weniger schädlich ist.
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Es kann zudem ein Spannungsteiler vorgesehen werden, der der Reihenschaltung von zwei Entladewiderständen entspricht (wie vorangehend ausgebildet), wobei deren Verbindungspunkt mit dem Verbindungspunkt der Cy-Kondensatoren verbunden wird, und dessen Enden mit den Gleichspanungspotentialen beziehungsweise den zugehörigen Anschlüssen verbunden wird.
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Schließlich wird ein schaltbarer Cy-Filter für ein Fahrzeug-Hochvoltbordnetz beschrieben. Dieser Filter hat einen ersten und zweiten Gleichspannungsanschluss sowie einen Massepotentialanschluss. Er weist darüber hinaus zwei schaltbare Cy-Kondensatoren auf. Diese sind in einer Reihenschaltung über einen Verbindungspunkt miteinander seriell verbunden. Die Enden der Reihenschaltung sind mit den Gleichspannungspotentialanschlüssen verbunden. Ein Seriellschalter ist in der Reihenschaltung vorgesehen. Der Verbindungspunkt ist über einen Ableitungsschalter mit dem Massepotentialanschluss verbunden.
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Der so beschriebene Filter entspricht damit in einigen Merkmalen dem eingangs beschriebenen Hochvoltbordnetz, das mit den Cy-Kondensatoren und den entsprechenden Schaltern ausgestattet ist. Der Filter lässt sich insbesondere in einem Hochvoltbordnetz eines Fahrzeugs einsetzen, das nicht wie das hier beschriebene Fahrzeug-Hochvoltbordnetz ausgebildet ist, wobei sich dann durch die Implementierung des Filters in ein derartiges Bordnetz das hier beschriebene Fahrzeug-Hochvoltbordnetz ergibt. Hierbei entsprechen die beiden Gleichspannungspotentiale den Gleichspannungspotentialanschlüssen, und das Massepotential des Fahrzeug-Hochvoltbordnetzes entspricht dem Massepotentialanschluss des Filters.
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Spezifische Ausführungsformen sehen Cy-Kondensatoren von 50 nF, 100 nF, 150 nF oder 200 nF vor. Entsprechende Entladewiderstände können einen Widerstandswert von jeweils 1, 2, 5 oder 10 MΩ aufweisen. Zudem lässt sich der hier beschriebene Filter auch in jeder elektrischen Anlage einsetzen, die Gleichspannungspotentiale hat.
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Die 1 dient zur beispielhaften Erläuterung von erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Die 1 zeigt ein beispielhaftes Fahrzeug-Hochvoltbordnetz BN mit einer Fahrzeugmasse M, einem ersten beziehungsweise positiven Gleichspannungspotential HV+ und einem negativen beziehungsweise zweiten Gleichspannungspotential HV-. Ein erster und ein zweiter Cy-Kondensator Cy1, Cy2 sind in Reihe geschaltet über einen Verbindungspunkt VP. Eine erste Ausführungsform sieht vor, dass ein Seriellschalter SS den Cy-Kondensator Cy1 mit dem Verbindungspunkt VP verbindet. In dieser Ausführungsform kann der zweite Cy-Kondensator den Verbindungspunkt VP mit dem zweiten Gleichspannungspotential HV- beziehungsweise dem dazugehörigen Gleichspannungspotentialanschluss 2 verbinden. Andere Ausführungsformen sehen vor, dass ein Seriellschalter SS` zwischen dem zweiten Gleichspannungspotential HV- (beziehungsweise dem betreffenden Anschluss 2) und dem Cy-Kondensator Cy2 vorgesehen ist. In diesem Fall kann der Verbindungspunkt über den ersten Cy-Kondensator Cy1 direkt mit dem ersten Gleichspannungspotentialanschluss 1 beziehungsweise dem betreffenden Potential HV+ verbunden sein.
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Während der Seriellschalter SS zwischen dem zugehörigen Cy-Kondensator Cy1 und dem Verbindungspunkt VP angeschlossen ist, dient der Seriellschalter SS' zur Darstellung von Ausführungsformen, bei denen der Seriellschalter zwischen dem Cy-Kondensator (hier: Cy2) und dem zugehörigen Gleichspannungspotential HVbeziehungsweise dem entsprechenden Anschluss 2 angeschlossen ist. Mit anderen Worten zeigt der Seriellschalter SS Ausführungsformen, bei denen der Verbindungspunkt mit einem inneren Ende eines Cy-Kondensators verbunden ist, während der Seriellschalter SS' zur Erläuterung von Ausführungsformen dient, bei denen das äußere Ende des Cy-Kondensators mit dem zugehörigen Gleichspannungspotential HV- beziehungsweise dem betreffenden Anschluss 2 verbunden ist.
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Die beiden dargestellten Seriellschalter SS, SS` sind Alternativen zueinander, können jedoch auch in Kombination verwendet werden. Sie dienen zur Darstellung von verschiedenen Positionen des Seriellschalters. Bei kostengünstigen Ausführungsformen ist nur ein Seriellschalter SS oder SS` vorgesehen. Es kann auch ein Seriellschalter vorgesehen sein zwischen dem Kondensator Cy1 und dem Anschluss 1 beziehungsweise dem betreffenden Potential HV+. In gleicher Weise kann ein Seriellschalter auch vorgesehen sein zwischen dem zweiten Kondensator Cy2 und dem Verbindungspunkt VP. Das Fahrzeug-Hochvoltbordnetz beziehungsweise der hier beschriebene schaltbare Cy-Filter kann nur einen der dargestellten beziehungsweise beschriebenen Seriellschalter aufweisen. Andere Ausführungsformen haben mehrere Seriellschalter.
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Ein Ableitungsschalter AS verbindet den Verbindungspunkt VP mit einem Massepotential M beziehungsweise einem entsprechenden Massepotentialanschluss 3. Der Ableitungsschalter AS ist vorzugsweise unidirektional sperrend ausgebildet, das heißt beispielsweise als elektromechanischer Schalter oder vorzugsweise als Ableitungsschalter mit zwei antiseriell zueinander verbundenen MOSFETs. In diesem Fall weist der Ableitungsschalter zwei Transistoren auf, deren Inversdioden in entgegengesetzte Richtungen weisen, entweder beide in Sperrrichtung zueinander oder entgegengesetzt hierzu. Der Seriellschalter kann als Halbleiterschalter vorgesehen sein, beispielsweise als MOSFET oder als ein anderes Transistorelement. Der Seriellschalter kann insbesondere nur unidirektional sperrend ausgebildet sein, das heißt mit einer Inversdiode, die den Strom unabhängig vom angesteuerten Schaltzustand des Transistors (in eine Richtung) leitet.
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Es ist zudem eine symbolhaft dargestellte Steuerung C vorgesehen, die ansteuernd mit den Schaltern SS beziehungsweise SS- und dem Schalter AS verbunden ist. Wie beschrieben steuert die Steuerung C die Schalter SS beziehungsweise SS` und den Schalter AS in geschlossenem Zustand an, wenn ein Fahrzustand oder Rekuperierzustand des Fahrzeugs vorliegt. In diesem Fall werden dann Störsignale über die dargestellten Kondensatoren sowie über die dargestellten Schalter zu dem Massepotential M geleitet. Das Massepotential M ist das Massepotential des Fahrzeugbordnetzes und ist insbesondere isoliert von dem Hochvoltbordnetz BN. Besteht kein Fahrzustand, dann steuert die Steuerung C die Schalter SS beziehungsweise SS` und AS in offenem Zustand an. Insbesondere in einem Ladezustand, bei dem über die Hochvoltpotentiale HV+, HV- ein Gleichspannungsladestrom fließt, steuert die Steuerung C die Schalter SS beziehungsweise SS` und AS in offenem Zustand an. Dadurch ist gewährleistet, dass insbesondere die Schalter SS, SS- keine Reihenschaltung zwischen den Kondensatoren Cy1, 2 erzeugen und so ein Cy-Kondensator entsteht. Insbesondere trennt dann der Schalter AS das Massepotential im Ladevorgang von den Cy-Kondensatoren Cy1, 2, um zu vermeiden, dass Wechselspannungssignale, die beim Laden entstehen, zum Massepotential M übertragen werden, wodurch sich gegebenenfalls eine gefährliche Berührspannung gegenüber einem Erdungspotential der Ladespannungsquelle ergeben kann.
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Ferner sind zwei Trennschalter T1, T2 dargestellt, die zusammen eine allpoligen Trennschalter bilden. Eine Ladespannungsquelle Q kann so über diese Trennschalter T1, T2 mit den Gleichspannungspotentialen HV+, HV- verbunden sein. Die Steuerung ist ausgebildet, die Trennschalter T1, T2 zu öffnen, wenn die Spannung über den Kondensatoren Cy1, 2 über einem Schwellenwert liegt. Hierzu kann die Steuerung einen Spannungseingang (nicht dargestellt) aufweisen, über den die Spannung dieser Kondensatoren an die Steuerung abgegeben werden kann.
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Schließlich sind ein erster und ein zweiter Entladewiderstand R1, R2 dargestellt. Der Widerstand R1 ist direkt parallel zu dem Cy-Kondensator Cy1 angeschlossen. Gleiches gilt für die Verbindung zwischen dem zweiten Entladewiderstand R2 und dem zweiten Cy-Kondensator Cy2. R1 und Cy1 sowie R2 und Cy2 bilden ein RC-Glied. Dies ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass die jeweiligen Kondensatoren Cy1, 2 innerhalb von weniger als 5, 2 oder 1 s ausgehend von einer Ladenennspannung entladen sind auf eine Spannung von weniger als 60 Volt, vorzugsweise von weniger als 30 oder 20 Volt. Dadurch ist gewährleistet, dass bei Öffnen der Schalter SS, SS' sowie AS keine gefährliche elektrische Energie in den Cy-Kondensatoren Cy1, 2 verbleibt.
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Die 1 dient ferner zur Darstellung eines schaltbaren Cy-Filters. Dieser wird gebildet von den Potentialanschlüssen 1, 2 und 3 sowie von den Cy-Kondensatoren Cy1, 2. Ferner können die dargestellten Schalter AS und SS beziehungsweise SSvorgesehen sein. Insbesondere weist ein derartiges Filter auch eine Steuerung C auf, wie sie vorangehend beschrieben ist. Die Kondensatoren sind wie dargestellt vorzugsweise über den Verbindungspunkt VP miteinander verbunden, der ebenso Teil des schaltbaren Cy-Filters ist. Wie dargestellt, lässt sich mittels der Anschlüsse 1, 2 und 3 der betreffende Cy-Filter in ein Bordnetz an die dort vorliegenden Gleichspannungspotentiale HV+, HV- anschließen. Es ergeben sich die vorangehend genannten Vorteile.
