EP3079941A1 - Vorladen eines elektrischen zwischenkreisspeichers - Google Patents

Vorladen eines elektrischen zwischenkreisspeichers

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Publication number
EP3079941A1
EP3079941A1 EP14766427.0A EP14766427A EP3079941A1 EP 3079941 A1 EP3079941 A1 EP 3079941A1 EP 14766427 A EP14766427 A EP 14766427A EP 3079941 A1 EP3079941 A1 EP 3079941A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
intermediate circuit
energy storage
circuit memory
energy
Prior art date
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Ceased
Application number
EP14766427.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Bellin
Vitali DICK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP3079941A1 publication Critical patent/EP3079941A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/003—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to inverters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/20—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having different nominal voltages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2270/00—Problem solutions or means not otherwise provided for
    • B60L2270/20—Inrush current reduction, i.e. avoiding high currents when connecting the battery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electrical system of a vehicle
  • Motor vehicle with a DC link memory in particular a pre-charging an electric DC link memory and a corresponding motor vehicle, in particular a corresponding hybrid vehicle.
  • traction batteries are usually used with high voltage.
  • the maximum voltage of a traction battery is limited only by the upper voltage limit of the power electronics used in the motor vehicle. This voltage upper limit of
  • Power electronics is about 400 to 450 volts.
  • the electric energy from the traction battery is transmitted in hybrid vehicles via a DC link to the drive train.
  • the intermediate circuit serves as an energy store, which electrically couples various subnetworks of the motor vehicle electrical system to a common current or voltage level via converters.
  • German Offenlegungsschrift DE 10 1010 064 325 A1 discloses a system having an electrical machine which is controlled by means of a controllable first energy store and supplied with electrical energy, as well as a method for operating this system.
  • the voltages at the power supply branches are each increased or decreased to a value that is above or below a current voltage required for the power supply of the electric machine voltage value.
  • DC-DC converter can be configured as a boost converter, which increases the voltage level of the DC link, whereby consumers with higher voltage level can be supplied from the DC link. If the second DC-DC converter is bidirectional, it can be used in the reverse direction as a buck converter for charging the controllable first energy store. A pre-charging of the DC link is also not described in this publication.
  • German patent application DE 101 02 243 A1 discloses a device for generating and distributing electrical energy in a vehicle with an electric
  • the Drive motor which is connected via a converter to a fuel cell unit.
  • the fuel cell unit is connected to three voltage networks, each voltage network being assigned an electrical load and / or an energy store. The first
  • Voltage network is connected via a bidirectional DC-DC converter to the second voltage network and the second voltage network is connected via a second
  • Bidirectional DC-DC converter connected to the third voltage network. A pre-charging of the DC link is not described in this publication.
  • the object of the present invention is to provide a method for operating an electrical vehicle electrical system and a corresponding motor vehicle which at least partially overcomes the above-mentioned disadvantages.
  • Motor vehicle with an intermediate circuit memory coupled to the intermediate circuit memory high-voltage energy storage and coupled to the intermediate circuit memory via a voltage transformer low-energy storage includes pre-charging the
  • the electrical vehicle electrical system can be any vehicle electrical system of a motor vehicle with an intermediate circuit memory.
  • the motor vehicle may for example be based on any vehicle technology in which a high-voltage electrical energy storage is connected via an intermediate circuit to an electrical consumer. This is the case, for example, in vehicles with an electric motor (in the following: electric machine), in particular in hybrid vehicles, which are driven by an electric machine and an additional drive source, eg an internal combustion engine.
  • the described method can also be used for other types of vehicles, for example for scooters, motorcycles,
  • Electric boats, planes, trains or other types of vehicles are Electric boats, planes, trains or other types of vehicles.
  • the intermediate circuit memory can be configured, for example, as an electrical device which, as an energy store, couples two electrical sub-electrical systems to one another via a converter on a common current or voltage level.
  • the one-part on-board network can be, for example, a sub-board network comprising an electric machine and associated power electronics.
  • the so coupled further sub-board network may include a high-voltage energy storage, which is provided for feeding the electric machine or its power electronics with electrical energy.
  • the intermediate circuit memory can be designed, for example, as an electrical intermediate circuit capacitor, for example as a film capacitor.
  • the high-voltage energy storage device may be, for example, a lithium-ion battery, a battery of nickel-metal hydride cells or any other type of battery.
  • the high-voltage energy storage could also be supercapacitors or the like.
  • the high-voltage energy storage supplies for example
  • the high-voltage energy storage device may be designed, for example, as a traction battery with a voltage close to a limit voltage of a power electronics of the hybrid vehicle.
  • An exemplary high-voltage energy storage device may include a battery module string of several
  • Each battery module may comprise at least one battery cell, for example lithium ion cells in the case of a lithium-ion battery.
  • a battery module may have twelve series-connected lithium-ion cells.
  • An exemplary high-voltage battery may have a plurality, for example nine such battery modules, which are connected in series to For example, to form a battery in which 108 battery cells are connected in series.
  • a battery module according to the invention can also have two or more battery strings connected in parallel. If, for example, a lithium-ion cell in the charged state has a voltage of 4.2 V, the result is a corresponding one
  • the high-voltage storage could also be designed with a lower maximum voltage. There may be less than the above exemplary nine battery modules in series, battery modules with fewer cells connected in series could be used, or the individual cells could have a lower cell voltage.
  • connection of the high-voltage energy storage device to the intermediate circuit memory can take place via a bidirectional DC-DC converter, which compensates for possible voltage differences between the high-voltage energy storage device and the power electronics of the electric drive.
  • the high-voltage energy storage can also be coupled directly to the DC link memory.
  • the low-energy energy storage which is used in the method described here for pre-charging the intermediate circuit memory, may be formed, for example, as a battery of a low-voltage electrical system of a hybrid vehicle. It may, for example, be a conventional 12V lead-acid battery, a 24V battery, or even a battery of a 48V vehicle electrical system. Such a low-energy storage device can also be used to supply low-voltage consumers in the motor vehicle. For example, as
  • the intermediate circuit memory is precharged by means of electrical energy from the low-voltage energy storage to a voltage of the high-voltage energy storage.
  • electrical energy from a 12V lead-acid battery could be used to drive the intermediate circuit memory to the voltage level of one
  • the voltage level of the high-voltage energy storage for example, from a
  • Battery management system can be determined.
  • the precharging of the intermediate circuit memory comprises driving a voltage converter such that it has a voltage of
  • Low-voltage energy storage converts to a voltage of the high-voltage energy storage and transfers electrical energy from the low-voltage energy storage in the intermediate circuit memory.
  • the driving of the voltage converter for example, by an electric
  • This electrical control unit can be provided in the power electronics of the electrical machine of the motor vehicle.
  • the control can, however, also take place, for example, via a microelectronic controller integrated in the voltage converter.
  • the controller or the control unit can also be distributed over several units.
  • the method can be initiated, for example, by a control unit in power electronics of the motor vehicle, which optionally receives information from a battery management system and determines therefrom corresponding specifications such as, for example, a setpoint voltage for a DC link.
  • a nominal voltage can be transmitted to a voltage converter.
  • An integrated in the voltage converter electronic control can then from such a desired voltage corresponding control signals for setting
  • Voltage transformers are used, which is already provided in a motor vehicle to a Low-voltage on-board electrical system to be connected to a DC link. This has the advantage that no additional voltage converter must be installed for the described method.
  • the voltage converter can be designed, for example, as a bidirectional voltage converter, with at least one first operating mode, in which electrical energy from the
  • Low-energy storage is transferred to the intermediate circuit memory, and a second mode of operation in which electrical energy from the intermediate circuit memory for
  • Such a bi-directional voltage converter allows switching between the first mode of operation, in which electrical energy is transferred from the low-energy storage into the intermediate circuit memory, and the second mode of operation, in which electrical energy is transferred from the intermediate circuit memory to the low-energy storage.
  • the pre-charging can for example be done by the control unit the
  • Voltage converter controls such that the voltage of the intermediate circuit memory is gradually increased. This can be done, for example, by the control unit the
  • Voltage transformer transmitted a time-varying voltage value as the target value for the voltage in the DC bus.
  • the control unit could also only one
  • target voltage value e.g. a voltage value obtained from a battery management system indicating the current voltage of the high voltage energy storage.
  • a control logic in the voltage converter could ensure that the voltage in the DC link is ramped up to the desired target voltage.
  • Corresponding controllable voltage transformers are available to the person skilled in the art. Corresponding techniques for the control of voltage transformers are those skilled in his general
  • a voltage converter is used, which makes it possible to control the charging current controlled.
  • the charging current during the pre-charging of the intermediate circuit memory for example, be kept constant. This can advantageously help to avoid unwanted voltage spikes.
  • the electrical system can also have a between the DC bus memory and the
  • the circuit breaker can then be closed again to the Highvoltenergy Eat to couple to the intermediate circuit memory and the
  • the circuit breaker may be, for example, one or more electrical contactors. Because the DC link voltage is at the level of
  • High-voltage energy storage e.g., a traction battery
  • a traction battery High-voltage energy storage
  • Precharge circuit with precharge resistor and Vorladeflexen be avoided, which can reduce costs, complexity and weight of the drive train.
  • DC link memory one coupled to the DC bus memory
  • High Voltenergy Grande having a coupled to the intermediate circuit memory via a voltage transformer low-energy storage, and a control unit.
  • the control unit may be configured to carry out the method described above for operating the electrical system.
  • Fig. 1 shows schematically an embodiment of a motor vehicle for carrying out the method according to the invention
  • Fig. 2 shows schematically an electrical system of a motor vehicle for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 3 shows schematically a control unit communicatively coupled to a bidirectional voltage converter; and FIGS. 4a and 4b schematically show an exemplary embodiment of the voltage or current profile during precharging of an intermediate circuit memory by means of electrical energy from one
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a motor vehicle for carrying out the method according to the invention is shown schematically in FIG.
  • the motor vehicle 1 is constructed here by way of example according to the principle of parallel hybrid. When parallel hybrid are both a
  • the output from the engine 2 mechanical energy is converted by means of the electric machine 3 into electrical energy and with the aid of a converter 6 in a DC bus memory 7, here in a
  • a high-voltage energy storage 8 here one
  • Traction battery is via a bidirectional voltage converter 9 with the
  • the high-voltage energy storage 8 can provide electrical energy via the intermediate circuit memory 7 to the electric machine 3.
  • mechanical energy emitted by the internal combustion engine 2 or mechanical energy recovered recuperatively from the drive axle 4) can be supplied to the high-voltage energy storage device 8.
  • the intermediate circuit memory 7 is via another bidirectional
  • Voltage converter 10 also a low-energy storage 1 1 coupled, which is exemplified here as a lead acid battery.
  • the low-voltage energy storage 1 1 is used for
  • Pre-charging the intermediate circuit memory 7 and can also be used to supply
  • the voltage converter 9 for coupling the high-voltage energy storage 8 could also be omitted.
  • Fig. 2 shows schematically an exemplary electrical system of a motor vehicle for carrying out the method according to the invention.
  • a high-voltage energy storage device 8 is coupled via an intermediate circuit memory 7, here designed as an intermediate circuit capacitor of, for example, 60 microfarads capacity (or, for example, an energy content of 80 watt seconds) to power electronics 13 of an electrical machine (not shown in FIG. 2).
  • the DC link capacitor 7 can with electrical energy from a
  • Niedervoltenergy Eat 1 1 are preloaded via a bidirectional voltage converter 10.
  • Two contactors 12 make it possible to decouple the high-voltage energy store 8 from the intermediate circuit memory 7 during precharging. After pre-charging, the contactors 12 can be closed to supply electrical energy from the high-voltage energy storage 8 in the DC link memory 7 feed and thus the power electronics 13 and an associated electrical machine (not shown in Fig. 2) to provide electrical energy. If the contactors 12 are closed, then, conversely, electrical energy can also be transmitted from the high-voltage energy store 8 via the voltage converter 10 to the low-energy energy storage device 11. For example, low-voltage consumers of a
  • Low energy storage 1 1 The voltage 16 of the low-voltage energy storage device 1 1 is converted by the bidirectional voltage converter 10 to a voltage 15 of the intermediate circuit memory 7. In the process of precharging the intermediate circuit memory 7, the voltage of the intermediate circuit memory 7 is in particular raised to the voltage 14 of the high voltage energy storage 8.
  • the power electronics 13 of FIG. 2 may include, for example, the inverter 6 of FIG.
  • the power electronics 13 of FIG. 2 may further comprise a control unit (17 in FIG. 3) which is set up to control the bidirectional voltage converter 10 in such a way that the precharging of the intermediate circuit memory 7 according to the invention takes place.
  • Fig. 3 shows schematically a control unit 17, with a bidirectional
  • Voltage converter 10 is communicatively coupled.
  • the communicative coupling between the control unit 17 and the bidirectional voltage converter 10 is shown in FIG. 3 only schematically as a logical connection. Physically, this coupling can be realized in a variety of ways known to those skilled in the art. The coupling can take place, for example, via a vehicle bus or a comparable communication connection.
  • the control unit 17 controls the voltage converter 10 so that it, for example, in response to transmitted from the control unit electrical signals, the voltage of an intermediate circuit memory (7 in Figs. 1 and 2) according to the received electrical signals.
  • the control unit 17 can also control the bidirectional voltage converter 10 by means of suitable electrical signals such that it is transmitted between a first operating mode in which electrical energy is transferred from a low-energy energy storage device 1 1 into an intermediate circuit memory 7, and a second operating mode in which electrical energy is generated from a DC link memory 7 to the low-voltage energy storage 1 1 is transferred, changes.
  • FIGS. 4a and 4b schematically show an exemplary voltage and current profile during precharging of an intermediate circuit memory (7 in FIGS. 1 and 2) by means of electrical energy from a low energy energy storage (1 1 in Figs. 1 and 2).
  • the diagram of FIG. 4a shows the intermediate circuit voltage over time.
  • the curve 18 represents an exemplary profile of the voltage (15 in FIG. 2) of the intermediate circuit memory 7 during the process of precharging.
  • pre-charging begins. Until the time t1, the voltage 18 is raised in the intermediate circuit.
  • the voltage 18 in the intermediate circuit has reached a desired value 19.
  • This setpoint value preferably corresponds to the voltage (14 in FIG. 2) of the high-voltage energy storage device (8 in FIG. 2).
  • contactors (12 in Fig. 2) are closed to couple a high-voltage energy storage (8 in Fig. 2) to the intermediate circuit memory 7.
  • the diagram of Fig. 4b shows the charging current over time.
  • the curve 20 represents an exemplary course of the charging current of the intermediate circuit memory 7 during the process of precharging.
  • a control unit 17 is driven so that the precharge begins.
  • the charging current 20 soon reaches a predetermined desired value 21, on which the
  • Charging current 20 is held during pre-charging. At time t1, the voltage 18 in the intermediate circuit has reached its desired value and the pre-charging process ends. The charging current 20 goes back to zero. At a time t2, which is after the completion of the precharge process, contactors (12 in FIG. 2) are closed to couple a high voltage energy storage (8 in FIG. 2) to the intermediate circuit memory (7 in FIG. 2).

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mit einem Zwischenkreisspeicher (7), einem mit dem Zwischenkreisspeicher (7) gekoppelten Hochvoltenergiespeicher (8) und einem mit dem Zwischenkreisspeicher (7) über einen Spannungswandler (10) gekoppelten Niedervoltenergiespeicher (11), wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch ein Vorladen des Zwischenkreisspeichers (7) über den Spannungswandler (10) mittels elektrischer Energie aus dem Niedervoltenergiespeicher (11).

Description

Beschreibung
Vorladen eines elektrischen Zwischenkreisspeichers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines
Kraftfahrzeuges mit einem Zwischenkreisspeicher, insbesondere ein Vorladen eines elektrischen Zwischenkreisspeichers und ein entsprechendes Kraftfahrzeug, insbesondere ein entsprechendes Hybridfahrzeug.
Bei Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antriebsmotor, beispielsweise Hybridfahrzeugen, werden üblicher Weise Traktionsbatterien mit hoher Spannung eingesetzt. Denn je höher die Spannung einer Traktionsbatterie ist, desto größer ist auch ihr Energiegehalt. Die maximale Spannung einer Traktionsbatterie wird nur durch die Spannungsobergrenze der im Kraftfahrzeug verwendeten Leistungselektronik begrenzt. Diese Spannungsobergrenze der
Leistungselektronik liegt bei etwa 400 bis 450 Volt.
Die elektrische Energie aus der Traktionsbatterie wird bei Hybridfahrzeugen über einen Zwischenkreis an den Antriebsstrang übertragen. Der Zwischenkreis dient als Energiespeicher, der verschiedene Teilnetze des Kraftfahrzeugbordnetzes auf einer gemeinsamen Strom- oder Spannungsebene über Umrichter elektrisch koppelt.
Um hohe Ströme und Lichtbogenbildung beim Elektrifizieren eines Antriebsstranges zu vermeiden, insbesondere bei der Ankopplung einer Traktionsbatterie mit hohen Spannungen im Bereich der Obergrenze der Leistungselektronik, ist es bekannt, Vorladeschütze vorzusehen und mittels Vorladewiderständen das Spannungsniveau im Zwischenkreis auf das
Spannungsniveau der Traktionsbatterie zu heben, bevor die Traktionsbatterie an den
Zwischenkreis angekoppelt wird. Dies erfordert allerdings zusätzliche Komponenten, was Kosten, Komplexität und Gewicht erhöht.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 1010 064 325 A1 ist ein System mit einer elektrischen Maschine bekannt, die mit Hilfe eines steuerbaren ersten Energiespeichers gesteuert und mit elektrischer Energie versorgt wird, sowie ein Verfahren zum Betrieb dieses Systems. Zur Energieversorgung von mittelbar oder unmittelbar an einen Zwischenkreis angeschlossenen elektrischen Verbrauchern, die über einen Gleichspannungswandler mit einer Gleichspannung versorgt werden, werden die Spannungen an den Energieversorgungszweigen jeweils auf einen Wert erhöht oder erniedrigt, der oberhalb oder unterhalb eines aktuell zur Energieversorgung der elektrischen Maschine benötigten Spann ungswerts liegt. Der
Gleichspannungswandler kann als Hochsetzsteller ausgebildet sein, der das Spannungsniveau des Zwischenkreises erhöht, wodurch auch Verbraucher mit höherem Spannungsniveau aus dem Zwischenkreis versorgt werden können. Ist der zweite Gleichspannungswandler bidirektional ausgeführt, kann dieser in umgekehrter Richtung als Tiefsetzer zum Laden des steuerbaren ersten Energiespeichers mit genutzt werden. Ein Vorladen des Zwischenkreises ist in dieser Offenlegungsschrift ebenfalls nicht beschrieben.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 101 02 243 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung und Verteilung von elektrischer Energie in einem Fahrzeug mit einem elektrischen
Antriebsmotor, der über einen Umrichter mit einer Brennstoffzelleneinheit verbunden ist. Die Brennstoffzelleneinheit ist mit drei Spannungsnetzen verbunden, wobei jedem Spannungsnetz ein elektrischer Verbraucher und/oder ein Energiespeicher zugeordnet ist. Das erste
Spannungsnetz ist über einen bidirektionalen Gleichspannungswandler mit dem zweiten Spannungsnetz verbunden und das zweite Spannungsnetz ist über einen zweiten
bidirektionalen Gleichspannungswandler mit dem dritten Spannungsnetz verbunden. Ein Vorladen des Zwischenkreises ist auch in dieser Offenlegungsschrift nicht beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes und ein entsprechendes Kraftfahrzeug bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwindet.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes nach Anspruch 1 und das entsprechende Kraftfahrzeug nach Anspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Ein hier offenbartes Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines
Kraftfahrzeugs mit einem Zwischenkreisspeicher, einem mit dem Zwischenkreisspeicher gekoppelten Hochvoltenergiespeicher und einem mit dem Zwischenkreisspeicher über einen Spannungswandler gekoppelten Niedervoltenergiespeicher umfasst ein Vorladen des
Zwischenkreisspeichers über den Spannungswandler mittels elektrischer Energie aus dem Niedervoltenergiespeicher. Bei dem elektrischen Bordnetz kann es sich um ein beliebiges Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit einem Zwischenkreisspeicher handeln. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise auf jeglicher Fahrzeugtechnologie beruhen, in der ein elektrischer Hochvoltenergiespeicher über einen Zwischenkreis mit einem elektrischen Verbraucher verbunden ist. Dies ist beispielsweise bei Fahrzeugen mit Elektromotor (im Folgenden: elektrische Maschine) der Fall, insbesondere bei Hybridfahrzeugen, die von einer elektrischen Maschine und einer zusätzlichen Antriebsquelle, z.B. einem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Das beschriebe Verfahren kann aber auch für andere Fahrzeugtypen benutzt werden, beispielsweise für Motorroller, Motorräder,
Elektroboote, Flugzeuge, Züge oder andere Fahrzeugtypen.
Der Zwischenkreisspeicher kann beispielsweise als eine elektrische Einrichtung ausgebildet sein, die als Energiespeicher zwei elektrische Teilbordnetze auf einer gemeinsamen Stromoder Spannungsebene über Umrichter mit einander koppelt. Bei dem einen Teilbordnetz kann es sich beispielsweise um ein Teilbordnetz handeln, das eine elektrische Maschine und zugehörige Leistungselektronik umfasst. Das damit gekoppelte weitere Teilbordnetz kann einen Hochvoltenergiespeicher umfassen, der zur Speisung der elektrischen Maschine bzw. deren Leistungselektronik mit elektrischer Energie vorgesehen ist.
Der Zwischenkreisspeicher kann beispielsweise als elektrischer Zwischenkreiskondensator, beispielsweise als Folienkondensator ausgebildet sein.
Bei dem Hochvoltenergiespeicher kann es sich beispielsweise um eine Lithiumionen-Batterie, eine Batterie aus Nickel-Metallhydrid-Zellen oder beliebige andere Batterietypen handeln.
Alternativ könnte es sich bei dem Hochvoltenergiespeicher auch um Superkondensatoren oder dergleichen handeln. Der Hochvoltenergiespeicher versorgt beispielsweise einen
Traktionsantrieb eines Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie.
Der Hochvoltenergiespeicher kann beispielsweise als Traktionsbatterie mit einer Spannung nahe einer Grenzspannung einer Leistungselektronik des Hybridfahrzeugs ausgebildet sein. Ein beispielhafter Hochvoltenergiespeicher kann einen Batteriemodulstrang aus mehreren
Batteriemodulen aufweisen. Jedes Batteriemodul kann wenigstens eine Batteriezelle umfassen, im Falle einer Lithiumionen-Batterie beispielsweise Lithiumionenzellen. In einem Batteriemodul können mehrere Batteriezellen gepackt sein. Ein Batteriemodul kann beispielsweise zwölf in Reihe geschaltete Lithiumionenzellen aufweisen. Eine beispielhafte Hochvoltbatterie kann mehrere, z.B. neun solcher Batteriemodule aufweisen, die in Reihe geschaltet sind, um beispielsweise eine Batterie zu bilden, bei der 108 Batteriezellen in Reihe geschaltet sind. Alternativ kann ein erfindungsgemäßes Batteriemodul auch zwei oder mehrere parallel geschaltete Batteriestränge aufweisen. Weist eine Lithiumionenzelle im aufgeladenen Zustand beispielsweise eine Spannung von 4,2 V auf, so ergibt sich für ein entsprechendes
Batteriemodul mit zwölf Lithiumionenzellen eine Modulspannung von 50,4 V. Eine beispielhafte Batterie mit neun solchen Batteriemodulen, d.h. 108 in Reihe geschalteten Batteriezellen, würde im geladenen Zustand eine maximale Batteriespannung von ungefähr 453,6 V aufweisen. Eine solche Spannung liegt nahe an der typischen Grenzspannung einer
Leistungselektronik.
Der Hochvoltenergiespeicher könnte aber auch mit einer niedrigeren Maximalspannung ausgelegt sein. Es können weniger als die oben genannten beispielhaften neun Batteriemodule in Reihe geschaltet werden, es könnten Batteriemodule mit weniger in Reihe geschalteter Zellen verwendet werden, oder die einzelnen Zellen könnten eine niedrigere Zellenspannung aufweisen.
Die Anbindung des Hochvoltenergiespeichers an den Zwischenkreisspeicher kann über einen bidirektionalen Gleichspannungswandler erfolgen, der mögliche Spannungsunterschiede zwischen des Hochvoltenergiespeichers und der Leistungselektronik des elektrischen Antriebs ausgleicht. Der Hochvoltenergiespeicher kann aber auch direkt mit dem Zwischenkreisspeicher gekoppelt werden.
Der Niedervoltenergiespeicher, der in dem hier beschriebenen Verfahren zum Vorladen des Zwischenkreisspeichers genutzt wird, kann beispielsweise als eine Batterie eines Niedervolt- Bordnetzes eins Hybridfahrzeugs ausgebildet sein. Es kann sich beispielsweise um eine konventionelle 12V-Bleibatterie, eine 24V-Batterie, oder aber auch um Batterie eines 48V- Bordnetzes handeln. Ein solcher Niedervoltenergiespeicher kann auch zur Versorgung von Niedervoltverbrauchern im Kraftfahrzeug genutzt werden. Beispielsweise kann als
Niedervoltenergiespeicher eine bereits vorhandene Niedervoltbatterie verwendet werden, die bereits zur Versorgung von Niedervoltverbrauchern im Kraftfahrzeug genutzt wird. Dies hat den Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, einen zusätzlichen Niedervoltenergiespeicher für das Vorladen des Zwischenkreisspeichers zu verbauen. Alternativ ist aber auch möglich, für den Zweck des Vorladens eine spezielle Batterie vorzusehen.
Die Begriffe Niedervoltenergiespeicher und Hochvoltenergiespeicher sind in diesem Sinne nicht so zu verstehen, dass der Niedervoltenergiespeicher eine besonders niedrige Spannung aufweisen muss und der Hochvoltenergiespeicher eine besonders hohe Spannung aufweisen muss. Es ist für das hier beschriebene Verfahren ausreichend, dass der
Niedervoltenergiespeicher unter Verwendung eines Spannungswandlers dazu geeignet ist, den Zwischenkreis vorzuladen.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels wird der Zwischenkreisspeicher mittels elektrischer Energie aus dem Niedervoltenergiespeicher auf eine Spannung des Hochvoltenergiespeichers vorgeladen. Beispielsweise könnte die elektrische Energie aus einer 12V-Bleibatterie dazu genutzt werden, den Zwischenkreisspeicher auf das Spannungsniveau einer mit dem
Zwischenkreisspeicher gekoppelten Hochvolt-Antriebsbatterie vorzuladen.
Das Spannungsniveau des Hochvoltenergiespeichers kann beispielsweise von einem
Batteriemanagementsystem ermittelt werden.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels umfasst das Vorladen des Zwischenkreisspeichers ein Ansteuern eines Spannungswandlers derart, dass dieser eine Spannung des
Niedervoltenergiespeichers auf eine Spannung des Hochvoltenergiespeichers wandelt und elektrische Energie aus dem Niedervoltenergiespeicher in den Zwischenkreisspeicher überträgt. Das Ansteuern des Spannungswandlers kann beispielsweise durch eine elektrische
Steuereinheit erfolgen. Diese elektrische Steuereinheit kann in der Leistungselektronik der elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs vorgesehen werden. Die Ansteuerung kann aber beispielsweise auch über eine im Spannungswandler integrierte mikroelektronische Steuerung erfolgen. Die Steuerung bzw. die Steuereinheit kann auch über mehrere Einheiten verteilt sein. So kann das Verfahren beispielsweise von einer Steuereinheit in einer Leistungselektronik des Kraftfahrzeugs initiiert werden, die ggf. Informationen von einem Batteriemanagementsystem erhält und daraus entsprechende Vorgaben wie beispielsweise eine Sollspannung für einen Zwischenkreis ermittelt. Eine solche Sollspannung kann an einen Spannungswandler übertragen werden. Eine im Spannungswandler integrierte elektronische Steuerung kann dann aus einer solchen Sollspannung entsprechende Steuersignale zur Einstellung von
Tastverhältnissen im Spannungswandler erzeugen und entsprechende Steuerverfahren wie z.B. Pulsbreitenmodulation oder dergleichen ausführen, um eine gegebene Quellenspannung (hier die Spannung eines Niedervoltenergiespeichers) in eine gewünschte Ausgangsspannung (hier die Spannung eines Zwischenkreisspeichers) überzuführen.
Für das hier beschriebene Verfahren kann insbesondere auch ein bidirektionaler
Spannungswandler genutzt werden, der bereits in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, um ein Niedervolt-Bordnetz an einen Zwischenkreis anzuschließen. Dies hat den Vorteil, dass für das beschriebene Verfahren kein zusätzlicher Spannungswandler verbaut werden muss.
Der Spannungswandler kann beispielsweise als bidirektionaler Spannungswandler ausgebildet sein, mit wenigstens einem ersten Betriebsmodus, in dem elektrische Energie aus dem
Niedervoltenergiespeicher in den Zwischenkreisspeicher übertragen wird, und einem zweiten Betriebsmodus, in dem elektrische Energie aus dem Zwischenkreisspeicher zum
Niedervoltenergiespeicher übertragen wird. Solch ein bidirektionaler Spannungswandler ermöglicht das Umschalten zwischen dem ersten Betriebsmodus, in dem elektrische Energie aus dem Niedervoltenergiespeicher in den Zwischenkreisspeicher übertragen wird, und dem zweiten Betriebsmodus, in dem elektrische Energie aus dem Zwischenkreisspeicher zum Niedervoltenergiespeicher übertragen wird.
Das Vorladen kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Steuereinheit den
Spannungswandler derart ansteuert, dass die Spannung des Zwischenkreisspeichers nach und nach erhöht wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Steuereinheit dem
Spannungswandler einen zeitlich veränderlichen Spannungswert als Zielwert für die Spannung im Zwischenkreis übermittelt. Die Steuereinheit könnte aber auch lediglich einen
Zielspannungswert vorgeben, z.B. einen von einem Batteriemanagementsystem erhaltenen Spannungswert, der die aktuelle Spannung des Hochvoltenergiespeichers angibt. In diesem Fall könnte eine Steuerlogik im Spannungswandler dafür sorgen, dass die Spannung im Zwischenkreis auf die gewünschte Zielspannung hochgefahren wird. Entsprechende steuerbare Spannungswandler stehen dem Fachmann zur Verfügung. Entsprechende Techniken zur Ansteuerung von Spannungswandlern sind dem Fachmann aus seinem allgemeinen
Fachwissen bekannt.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Spannungswandler eingesetzt, der es ermöglicht, den Ladestrom kontrolliert zu regeln. Damit kann der Ladestrom während des Vorladens des Zwischenkreisspeichers beispielsweise konstant gehalten werden. Dies kann vorteilhaft dazu beitragen, unerwünschte Spannungsspitzen zu vermeiden.
Das Bordnetz kann ferner einen zwischen den Zwischenkreisspeicher und den
Hochvoltenergiespeicher gekoppelten Schutzschalter aufweisen. Vor dem Vorladen des Zwischenkreisspeichers kann der Schutzschalter geöffnet werden, um den
Hochvoltenergiespeicher vom Zwischenkreisspeicher zu trennen. Nach dem Vorladen des Zwischenkreisspeichers kann der Schutzschalter dann wieder geschlossen werden, um den Hochvoltenergiespeicher an den Zwischenkreisspeicher zu koppeln und den
Zwischenkreisspeicher und eine an den Zwischenkreisspeicher gekoppelte elektrische
Maschine mit elektrischer Energie aus dem Hochvoltenergiespeicher zu versorgen.
Bei dem Schutzschalter kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere elektrische Schütze handeln. Dadurch, dass die Zwischenkreisspannung auf das Niveau des
Hochvoltenergiespeichers (z.B. einer Traktionsbatterie) gehoben wird, bevor dieser mit dem Zwischenkreis gekoppelt wird, können hohe Ströme und somit Lichtbogenbildung beim
Schließen der Schütze vermieden werden. Würde bei elektrifiziertem Antrieb dagegen ein nicht vorgeladener Zwischenkreis mittels Schließen von Schützen mit einer Antriebsbatterie verbunden werden, könnte dies zu hohen Strömen und somit Lichtbogenbildung führen. Durch das Vorladen des Zwischenkreises mittels Niedervoltenergiespeicher und Spannungswandler kann auf andere Schutzmechanismen wie die Zuschaltung von Vorladewiderständen über Vorladeschütze verzichtet werden. Damit können zusätzliche Bauteile wie eine
Vorladeschaltung mit Vorladewiderstand und Vorladeschützen vermieden werden, was Kosten, Komplexität und Gewicht des Antriebsstranges verringern kann.
Die oben beschriebenen Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugbordnetzes können in einem Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz verwendet werden, das einen
Zwischenkreisspeicher, einen mit dem Zwischenkreisspeicher gekoppelten
Hochvoltenergiespeicher, einen mit dem Zwischenkreisspeicher über einen Spannungswandler gekoppelten Niedervoltenergiespeicher, und eine Steuereinheit aufweist. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die oben beschriebenen Verfahren zum Betrieb des elektrischen Bordnetzes auszuführen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschreiben, in denen:
Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;
Fig. 2 schematisch ein elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeugs für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;
Fig. 3 schematisch eine Steuereinheit zeigt, die mit einem bidirektionalen Spannungswandler kommunikativ gekoppelt ist; und Fig. 4a und Fig. 4b schematisch ein Ausführungsbeispiel für Spannungs- bzw. Stromverlauf beim Vorladen eines Zwischenkreisspeichers mittels elektrischer Energie aus einem
Niedervoltenergiespeicher zeigen.
Ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 ist hier beispielhaft nach dem Prinzip des Parallel-Hybrid aufgebaut. Beim Parallel-Hybrid sind sowohl ein
Verbrennungsmotor 2 als auch eine elektrische Maschine 3 über ein Getriebe 4 mechanisch an eine Antriebsachse 5 gekoppelt. Die vom Verbrennungsmotor 2 abgegebene mechanische Energie wird mittels der elektrischen Maschine 3 in elektrische Energie umgewandelt und mit Hilfe eines Umsetzers 6 in einen Zwischenkreisspeicher 7, hier in einen
Gleichspannungszwischenkreis, eingespeist. Ein Hochvoltenergiespeicher 8, hier eine
Traktionsbatterie, ist über einen bidirektionalen Spannungswandler 9 mit dem
Zwischenkreisspeicher 7 gekoppelt. So kann der Hochvoltenergiespeicher 8 elektrische Energie über den Zwischenkreisspeicher 7 an die elektrische Maschine 3 bereitstellen. Umgekehrt kann vom Verbrennungsmotor 2 abgegebene mechanische Energie (oder auch rekuperativ aus der Antriebsachse 4 gewonnene mechanische Energie) dem Hochvoltenergiespeicher 8 zugeführt werden. Mit dem Zwischenkreisspeicher 7 ist über einen weiteren bidirektionalen
Spannungswandler 10 ferner auch ein Niedervoltenergiespeicher 1 1 gekoppelt, der hier beispielhaft als Bleibatterie ausgeführt ist. Der Niedervoltenergiespeicher 1 1 dient zum
Vorladen des Zwischenkreisspeichers 7 und kann zudem auch zur Versorgung von
Verbrauchern eines Niedervoltbordnetzes (in Fig. 1 nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs 1 verwendet werden. In einer alternativen Ausführungsform könnte der Spannungswandler 9 zur Ankopplung des Hochvoltenergiespeichers 8 auch entfallen.
Fig. 2 zeigt schematisch ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeugs für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Hochvoltenergiespeicher 8 ist über einen Zwischenkreisspeicher 7, hier ausgebildet als Zwischenkreiskondensator von beispielsweise 60 Mikrofarad Kapazität (oder beispielsweise einem Energiegehalt von 80 Wattsekunden), mit einer Leistungselektronik 13 einer elektrischen Maschine (in Fig. 2 nicht gezeigt) gekoppelt. Der Zwischenkreiskondensator 7 kann mit elektrischer Energie aus einem
Niedervoltenergiespeicher 1 1 über einen bidirektionalen Spannungswandler 10 vorgeladen werden. Zwei Schütze 12 ermöglichen ein Abkoppeln des Hochvoltenergiespeichers 8 vom Zwischenkreisspeicher 7 während des Vorladens. Nach dem Vorladen können die Schütze 12 geschlossen werden, um elektrische Energie aus dem Hochvoltenergiespeicher 8 in den Zwischenkreisspeicher 7 einzuspeisen und damit die Leistungselektronik 13 und eine zugehörige elektrische Maschine (in Fig. 2 nicht gezeigt) mit elektrischer Energie zu versorgen. Sind die Schütze 12 geschlossen, so kann umgekehrt auch elektrische Energie aus dem Hochvoltenergiespeicher 8 über den Spannungswandler 10 an den Niedervoltenergiespeicher 1 1 übertragen werden. So könnten beispielsweise auch Niedervoltverbraucher eines
Niedervoltbordnetzes eines Kraftfahrzeuges mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Doppelpfeile 14, 15 und 16 in Fig. 3 symbolisieren elektrische Spannungen des
Hochvoltenergiespeichers 8, des Zwischenkreisspeicher 7, bzw. des
Niedervoltenergiespeichers 1 1 . Die Spannung 16 des Niedervoltenergiespeichers 1 1 wird durch den bidirektionalen Spannungswandler 10 auf eine Spannung 15 des Zwischenkreisspeichers 7 gewandelt. Beim Prozess des Vorladens des Zwischenkreisspeichers 7 wird die Spannung des Zwischenkreisspeichers 7 insbesondere auf die Spannung 14 des Hochvoltenergiespeichers 8 hochgefahren.
Die Leistungselektronik 13 der Fig. 2 kann beispielsweise den Umrichter 6 aus Fig. 1 umfassen. Die Leistungselektronik 13 der Fig. 2 kann ferner eine Steuereinheit (17 in Fig. 3) umfassen, welche dazu eingerichtet ist, den bidirektionalen Spannungswandler 10 derart anzusteuern, dass das erfindungsgemäße Vorladen des Zwischenkreisspeichers 7 erfolgt.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Steuereinheit 17, die mit einem bidirektionalen
Spannungswandler 10 kommunikativ gekoppelt ist. Die kommunikative Kopplung zwischen Steuereinheit 17 und bidirektionalem Spannungswandler 10 ist in Fig. 3 lediglich schematisch als eine logische Verbindung dargestellt. Physikalisch kann diese Kopplung auf vielfältige, dem Fachmann bekannte Weise realisiert werden. Die Kopplung kann beispielsweise über einen Fahrzeugbus oder eine vergleichbare Kommunikationsverbindung erfolgen. Die Steuereinheit 17 steuert den Spannungswandler 10 derart an, dass dieser beispielsweise in Reaktion auf von der Steuereinheit übertragene elektrische Signale die Spannung eines Zwischenkreisspeichers (7 in den Fig. 1 und 2) entsprechend der empfangenen elektrischen Signale hochfährt. Die Steuereinheit 17 kann den bidirektionalen Spannungswandler 10 mittels geeigneter elektrischer Signale auch so ansteuern, dass dieser zwischen einem ersten Betriebsmodus, in dem elektrische Energie aus einem Niedervoltenergiespeicher 1 1 in einen Zwischenkreisspeicher 7 übertragen wird, und einem zweiten Betriebsmodus, in dem elektrische Energie aus einem Zwischenkreisspeicher 7 zum Niedervoltenergiespeicher 1 1 übertragen wird, wechselt.
Die Fig. 4a und Fig. 4b zeigen schematisch einen beispielhaften Spannungs- und Stromverlauf beim Vorladen eines Zwischenkreisspeichers (7 in den Fig. 1 und 2) mittels elektrischer Energie aus einem Niedervoltenergiespeicher (1 1 in den Fig. 1 und 2). Das Diagramm der Fig. 4a zeigt die Zwischenkreisspannung über der Zeit. Die Kurve 18 repräsentiert einen beispielhaften Verlauf der Spannung (15 in Fig. 2) des Zwischenkreisspeichers 7 während des Prozesses des Vorladens. Zu einer Zeit tO beginnt das Vorladen. Bis zum Zeitpunkt t1 wird die Spannung 18 im Zwischenkreis hochgefahren. Zum Zeitpunkt t1 hat die Spannung 18 im Zwischenkreis einen Sollwert 19 erreicht. Dieser Sollwert entspricht vorzugsweise der Spannung (14 in Fig. 2) des Hochvoltenergiespeichers (8 in Fig. 2). Zu einem Zeitpunkt t2, der nach dem Beenden des Vorladens des Zwischenkreisspeichers (7 in Fig. 2) liegt, werden Schütze (12 in Fig. 2) geschlossen, um einen Hochvoltenergiespeicher (8 in Fig. 2) an den Zwischenkreisspeicher 7 zu koppeln.
Das Diagramm der Fig. 4b zeigt den Ladestrom über der Zeit. Die Kurve 20 repräsentiert einen beispielhaften Verlauf des Ladestromes des Zwischenkreisspeichers 7 während des Prozesses des Vorladens. Zu einer Zeit tO wird eine Steuereinheit 17 so angesteuert, dass das Vorladen beginnt. Der Ladestrom 20 erreicht bald einen vorgegebenen Sollwert 21 , auf dem der
Ladestrom 20 während des Vorladens gehalten wird. Zum Zeitpunkt t1 hat die Spannung 18 im Zwischenkreis ihren Sollwert erreicht und der Vorladeprozess endet. Der Ladestrom 20 geht wieder auf Null zurück. Zu einem Zeitpunkt t2, der nach dem Beenden des Vorladeprozesses liegt, werden Schütze (12 in Fig. 2) geschlossen, um einen Hochvoltenergiespeicher (8 in Fig. 2) an den Zwischenkreisspeicher (7 in Fig. 2) zu koppeln.
In weiteren Ausführungsbeispielen sind alternativ zu den Spannungs- und Stromverläufen 18 und 20 der Fig. 4a bzw. 4b auch abgewandelte Spannungs- und Stromverläufe während des Vorladeprozesses denkbar. Der Ladestrom muss insbesondere während des Prozesses des Vorladens nicht unbedingt konstant gehalten werden. Auch muss die Spannung im
Zwischenkreis nicht notwendiger Weise genau auf die Spannung 14 des
Hochvoltenergiespeichers 8 hochgefahren werden. Auch kleiner Sollspannungen sind denkbar. Es genügt, dass die Spannung im Zwischenkreis so angehoben wird, das hohe Ströme beim Schließen der Schütze 12 und damit eine Lichtbogenbildung vermieden werden, oder zumindest die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Lichtbögen reduziert wird. Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeug
2 Verbrennungsmotor
3 elektrische Maschine
4 Getriebe
5 Antriebsachse
6 Umrichter
7 Zwischenkreisspeicher
8 Hochvoltenergiespeicher
9 bidirektionaler Spannungswandler
10 bidirektionaler Spannungswandler
1 1 Niedervoltenergiespeicher
12 Schütze
13 Leistungselektronik
14 Spannung des Hochvoltenergiespeichers
15 Spannung des Zwischenkreisspeichers
16 Spannung des Niedervoltenergiespeicher
17 Steuereinheit
18 Verlauf der Zwischenkreisspannung
19 Sollwert der Zwischenkreisspannung
20 Verlauf des Zwischenkreisladestromes
21 Sollwert des Zwischenkreisladestromes
tO Beginn des Vorladeprozesses
t1 Ende des Vorladeprozesses
t2 Schließen der Schütze

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mit einem Zwischenkreisspeicher (7), einem mit dem Zwischenkreisspeicher (7) gekoppelten Hochvoltenergiespeicher (8) und einem mit dem Zwischenkreisspeicher (7) über einen Spannungswandler (10) gekoppelten Niedervoltenergiespeicher (1 1 ), wobei das
Verfahren gekennzeichnet ist durch ein Vorladen des Zwischenkreisspeichers (7) über den Spannungswandler (10) mittels elektrischer Energie aus dem
Niedervoltenergiespeicher (1 1 ).
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Zwischenkreisspeicher (7) mittels elektrischer Energie aus dem Niedervoltenergiespeicher (1 1 ) auf eine Spannung (14) des
Hochvoltenergiespeichers (8) vorgeladen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Vorladen des
Zwischenkreisspeichers (7) ein Ansteuern des Spannungswandlers (10) derart umfasst, dass dieser eine Spannung (16) des Niedervoltenergiespeichers (1 1 ) auf eine Spannung (14) des Hochvoltenergiespeichers (8) wandelt und elektrische Energie aus dem
Niedervoltenergiespeicher (1 1 ) in den Zwischenkreisspeicher (7) überträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Spannungswandler (10) als bidirektionaler Spannungswandler ausgebildet ist mit wenigstens einem ersten Betriebsmodus, in dem elektrische Energie aus dem Niedervoltenergiespeicher (1 1 ) in den Zwischenkreisspeicher (7) übertragen wird, und einem zweiten Betriebsmodus, in dem elektrische Energie aus dem Zwischenkreisspeicher (7) zum
Niedervoltenergiespeicher (1 1 ) übertragen wird, und das Verfahren ein Umschalten zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Ladestrom während des Vorladens des Zwischenkreisspeichers (3) vorzugsweise konstant ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Hochvoltenergiespeicher (8) als Traktionsbatterie mit einer Spannung nahe der Grenzspannung einer Leistungselektronik (13) des Hybridfahrzeugs ausgebildet ist und der
Niedervoltenergiespeicher (1 1 ) als eine Batterie eines Niedervolt-Bordnetzes des Hybridfahrzeugs ausgebildet ist, das zur Versorgung von Niedervoltverbrauchern im Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Zwischenkreisspeicher (1 1 ) als Zwischenkreiskondensator ausgebildet ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Bordnetz einen
zwischen den Zwischenkreisspeichers (7) und den Hochvoltenergiespeicher (8) gekoppelten Schutzschalter (12) aufweist und bei dem Verfahren vor dem Vorladen des Zwischenkreisspeichers (7) der Schutzschalter (12) geöffnet wird, um den
Hochvoltenergiespeicher (1 1 ) vom Zwischenkreisspeicher (7) zu trennen, und nach dem Vorladen des Zwischenkreisspeichers (7) der Schutzschalter (12) geschlossen wird, um den Hochvoltenergiespeicher (8) an den Zwischenkreisspeicher (7) zu koppeln und den Zwischenkreisspeicher (7) mit elektrischer Energie aus dem Hochvoltenergiespeicher (8) zu versorgen.
9. Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, das einen Zwischenkreisspeicher (7), einen mit dem Zwischenkreisspeicher (7) gekoppelten Hochvoltenergiespeicher (8), einen mit dem Zwischenkreisspeicher (7) über einen Spannungswandler (10) gekoppelten Niedervoltenergiespeicher (1 1 ), und eine Steuereinheit (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) dazu eingerichtet ist, das
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
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