WO2020254470A1 - Schaltungsanordnung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum anpassen einer spannung eines hochvolt-gleichspannungszwischenkreises in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Schaltungsanordnung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum anpassen einer spannung eines hochvolt-gleichspannungszwischenkreises in einem kraftfahrzeug Download PDF

Info

Publication number
WO2020254470A1
WO2020254470A1 PCT/EP2020/066889 EP2020066889W WO2020254470A1 WO 2020254470 A1 WO2020254470 A1 WO 2020254470A1 EP 2020066889 W EP2020066889 W EP 2020066889W WO 2020254470 A1 WO2020254470 A1 WO 2020254470A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
overhead line
converter
intermediate circuit
motor vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/066889
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hardy Naumann
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen Aktiengesellschaft filed Critical Volkswagen Aktiengesellschaft
Publication of WO2020254470A1 publication Critical patent/WO2020254470A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/18—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from dc supply lines
    • 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
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/42—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles for collecting current from individual contact pieces connected to the power supply line
    • 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
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/53—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells in combination with an external power supply, e.g. from overhead contact lines
    • 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
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/32—Constructional details of charging stations by charging in short intervals along the itinerary, e.g. during short stops
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/36—Single contact pieces along the line for power supply
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M7/00—Power lines or rails specially adapted for electrically-propelled vehicles of special types, e.g. suspension tramway, ropeway, underground railway
    • B60M7/003—Power lines or rails specially adapted for electrically-propelled vehicles of special types, e.g. suspension tramway, ropeway, underground railway for vehicles using stored power (e.g. charging stations)
    • 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
    • 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
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • 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
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for a motor vehicle and a method for adapting a voltage of a high-voltage direct voltage intermediate circuit in one
  • the establishment of an electrical connection with the overhead line is regularly necessary. In most cases, however, the overhead line has a different voltage than a high-voltage network in the commercial vehicle.
  • a circuit arrangement for a motor vehicle is known, with a high-voltage battery for providing energy, which has a battery stack and a coupling device, and a high-voltage DC voltage intermediate circuit which is connected to the battery stack via the coupling device can be coupled.
  • the high-voltage DC link is precharged by using a DC / DC converter to transfer energy from an on-board network battery to the high-voltage DC link.
  • the invention is based on the object of creating a circuit arrangement for a motor vehicle and a method for adapting a voltage of a high-voltage DC voltage intermediate circuit in a motor vehicle, with which an electrical power loss when forming an electrical connection between an overhead line and a high-voltage DC voltage intermediate circuit can be reduced can.
  • the object is achieved by a circuit arrangement with the features of claim 1 and a method with the features of claim 9.
  • a circuit arrangement for a motor vehicle wherein the motor vehicle can be supplied with a direct current at least temporarily via an overhead line, comprising a high-voltage battery for providing electrical energy, a high-voltage direct voltage intermediate circuit, a coupling device for the controllable coupling of the high-voltage direct voltage intermediate circuit the overhead line, and a DC / DC converter (also referred to as DC / DC converter) between the high-voltage DC voltage intermediate circuit and the high-voltage battery, wherein the DC voltage converter is designed in such a way that a voltage of the high-voltage DC voltage intermediate circuit before coupling to the overhead line via the coupling device by means of Adapt energy transfer from the high-voltage battery to a voltage of the overhead line.
  • DC / DC converter also referred to as DC / DC converter
  • a method for adapting a voltage of a high-voltage DC voltage intermediate circuit in a motor vehicle comprising the steps of: providing electrical energy by means of a high-voltage battery, providing a high-voltage DC voltage intermediate circuit, which is coupled to a direct-current overhead line via a coupling device can, and customize one
  • the circuit arrangement and the method make it possible to reduce an electrical power loss when forming an electrical connection between an overhead contact line and a high-voltage DC voltage intermediate circuit, since a voltage in the high-voltage DC voltage intermediate circuit is no longer passively adapted via a precharge resistor becomes, but active by means of a DC voltage converter.
  • the high-voltage DC voltage intermediate circuit is no longer passively adapted via a precharge resistor becomes, but active by means of a DC voltage converter.
  • DC voltage converter on the side of the high-voltage DC voltage intermediate circuit provides a current and thereby adjusts a voltage of the high-voltage DC voltage intermediate circuit, since a voltage in the high-voltage DC voltage intermediate circuit can be brought to a voltage of the overhead line by the current provided. If the tensions are equalized, the
  • Coupling device controlled such that an electrical connection between the
  • Overhead line and the high-voltage DC voltage intermediate circuit is formed.
  • a further advantage of the circuit arrangement and the method is that adaptation can take place significantly faster than when using the precharge resistor. After a mechanical connection of a pantograph to an overhead line, an electrical connection between the overhead line and the high-voltage DC voltage intermediate circuit can therefore be established more quickly, so that a
  • the circuit arrangement in particular the DC voltage converter, is controlled or regulated by means of a control device.
  • the control device can be designed as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor.
  • the DC-DC converter can in particular be used both as a step-down converter or
  • Step-down converter and also work as a step-up converter or step-up converter. Therefore, a voltage in the high-voltage DC voltage intermediate circuit can be adapted to both a higher and a lower voltage provided by the overhead line.
  • an electrical power transmitted via the DC voltage converter is selected during the adaptation as a function of a capacitance and / or other electrical parameters of the high-voltage DC voltage intermediate circuit.
  • the DC-DC converter is designed as a bidirectional DC-DC converter, the DC-DC converter also being designed to convert a DC voltage provided by the overhead line to a charging voltage of the high-voltage battery if required.
  • the DC voltage converter can apply a voltage in the high-voltage DC voltage intermediate circuit adapt, in a second operating state, when the overhead line is already connected to the high-voltage DC voltage intermediate circuit, the DC voltage converter can a
  • the DC-DC converter is designed in such a way that the adaptation is carried out on the basis of a voltage regulation, a current being regulated to zero when a target voltage is reached.
  • the regulated voltage is in particular that from the DC voltage converter on the side of the high-voltage
  • the current is in particular one on the side of the high-voltage DC voltage intermediate circuit in the direction of the
  • the DC voltage converter is designed in such a way that the adaptation is carried out on the basis of a current regulation, with a current being regulated to zero when a target voltage is reached.
  • the regulated current is in particular one on the side of the high-voltage DC voltage intermediate circuit in the direction of the
  • the DC / DC converter is further designed to control the adaptation based on a detected, received and / or retrieved from a memory voltage value of a voltage of the overhead line, the circuit arrangement for this purpose a voltage sensor, a
  • Communication device and / or a memory comprises.
  • the adaptation is then regulated in such a way that the voltage value in the high-voltage DC voltage intermediate circuit is reached.
  • the voltage value can be detected and provided by means of the voltage sensor, for example at a pantograph already connected to the overhead line.
  • the voltage value can be provided, for example, by an operator of the overhead line, for example by means of the
  • the voltage value can also be stored in the memory.
  • the voltage value is then retrieved from memory.
  • a map can be provided which is stored in the memory and in which for different roads or route sections Overhead lines with associated voltage values are stored. Depending on the position of the
  • the voltage value associated with the overhead line is then called up from the card or the memory and made available to a control device of the circuit arrangement.
  • the circuit arrangement comprises at least one further coupling device, the at least one further coupling device being designed to disconnect at least one electrical high-voltage consumer from the high-voltage battery and to connect it to the high-voltage DC voltage intermediate circuit before the adaptation .
  • High-voltage consumers are in particular an electrical machine and a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the circuit arrangement for a motor vehicle
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a time profile of voltages, currents and switching states in the circuit arrangement during the adaptation.
  • the circuit arrangement 1 shows a schematic representation of an embodiment of the circuit arrangement 1 for a motor vehicle.
  • the motor vehicle can over an overhead line 20 with electrical Energy are supplied. To this end, an electrical connection must be established between the overhead line 20 and a high-voltage network 3 of the motor vehicle.
  • the circuit arrangement 1 is partially formed in a current collector 2 of the motor vehicle.
  • the circuit arrangement 1 comprises a high-voltage battery 4 for providing electrical energy, a high-voltage DC voltage intermediate circuit 5, a coupling device 6 for controllably coupling the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5 to the overhead line 20 and a DC voltage converter 7 between the high-voltage
  • the circuit arrangement 1 is controlled or regulated by means of a control device (not shown).
  • the motor vehicle includes an electrical machine 10, which can be connected to both the high-voltage battery 4 and to the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5 via a drive converter 11 and a further coupling device 12.
  • an electrical machine 10 which can be connected to both the high-voltage battery 4 and to the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5 via a drive converter 11 and a further coupling device 12.
  • Coupling device 12 includes, for example, switching devices 13, 14 with which electrical machine 10 can be connected to high-voltage battery 4 or to high-voltage DC voltage intermediate circuit 5 via drive converter 11. Furthermore, further electrical high-voltage loads 15 can be connected to the high-voltage battery 4.
  • the circuit arrangement 1 includes further electrical components, such as a
  • the high-voltage battery 4 comprises an electrical fuse 41 and an internal switching device 42 for disconnecting an electrical connection to the high-voltage network 3 in the event of overload.
  • a voltage UE of the high-voltage direct voltage intermediate circuit 5 must be adapted to a voltage UF of the overhead line 20. This takes place after the current collector 2 has been connected to the overhead line 20, but before coupling, that is to say before the coupling device 6 establishes an electrical connection between the overhead line 20 and the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5.
  • the DC voltage converter 7 provides a current ID on the side of the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5, which current ID produces a voltage UD in the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5.
  • a battery voltage UB provided by the high-voltage battery 4 is from
  • the current ID changes the Voltage UE in the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5.
  • the voltage UD is changed (increased or decreased) by the DC voltage converter 7 until the
  • Voltages UE, UF are adapted to one another.
  • the coupling device 6 is then controlled in such a way that an electrical connection is established between the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5 and the overhead line 20.
  • the voltage UD is then no longer made available by the DC voltage converter 7, but corresponds to the voltage UF of the overhead line.
  • the electrical machine 10 While the voltage UE is being adjusted, the electrical machine 10 is not operated actively, but rather runs passively.
  • the DC voltage converter 7 as a bidirectional
  • the DC voltage converter 17 is formed.
  • the DC voltage converter 7 can then convert a DC voltage provided by the overhead line 20 to a charging voltage of the high-voltage battery 4, if required.
  • the DC voltage converter 7 is designed in such a way that the adaptation is carried out on the basis of a voltage regulation, the current ID being set to zero when the voltage UD reaches a target voltage (i.e. in the present case the voltage UF).
  • the DC voltage converter 7 is designed in such a way that the adaptation is carried out on the basis of a current regulation, the current ID being regulated to zero when the voltage UD reaches a target voltage.
  • the DC voltage converter 7 is designed in such a way that the adaptation is controlled on the basis of a detected, received and / or retrieved from a memory voltage value of a voltage UF of the overhead line 20.
  • the control device comprises, for example, a communication interface and / or a memory.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a profile of voltages 30 and currents 31 and of switching states 32 over time 33 to illustrate an embodiment of the method with reference to the embodiment shown in FIG. 1
  • Circuit arrangement 1 is shown.
  • the individual voltages 30 and currents 31 are each designated with the reference symbols used in FIG. 1.
  • the course of the switching states 32 is denoted by the reference numerals of the coupling device 6 or the switching devices 13, 14 for clarity.
  • the initial situation at a point in time t0 is that the motor vehicle is being operated by means of the high-voltage battery 4.
  • a connection between the pantograph 2 and the overhead line 20 has already been established, so that a switch is made to an electrical power supply via the overhead line 20.
  • the voltage UE must be brought from a voltage UB of the high-voltage battery 4 to the voltage UF of the overhead line 20.
  • Coupling device 6 is open so that no electrical connection between the
  • Overhead line 20 and the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5 consists.
  • the electrical machine 10 (FIG. 1) is made load-free. This causes the current IE to drop to zero.
  • the DC voltage converter 7 provides a current ID on the side of the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5, which creates a voltage UD with the aim of bringing the value of the voltage UD to the value of the voltage UE
  • the switching device 13 is opened at a point in time t2 and an electrical connection between the electrical machine 10 or the drive converter 11 and the high-voltage battery 4 is thereby disconnected, which means that the voltage UE drops slightly, since the intermediate circuit capacitance CE of the electrical machine is passively discharged via parasitic resistances.
  • the value of the voltage UD corresponds to the value of the voltage UE
  • an electrical connection between the electrical machine 10 or the drive converter 11 and the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5 is established at a point in time t3 by means of the switching device 14.
  • the DC / DC converter also provides a current ID, which further increases the voltage UE.
  • the voltage UE in the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5 reaches the value of the voltage UF of the overhead line 20, that is, the voltages UE and UF are matched and an electrical connection between the overhead line 20 and the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5 can be established.
  • the DC voltage converter 7 therefore regulates the current ID to zero.
  • the coupling device 6 is controlled in such a way that an electrical connection between the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5 and the overhead line 20 is formed.
  • a current IP flowing via the overhead line 20 then corresponds to the current IE.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a further embodiment of the
  • Circuit arrangement 1 for a motor vehicle is shown.
  • the circuit arrangement 1 is largely constructed like the embodiment shown in FIG. 1. Same
  • this embodiment has no further coupling device and no further switching devices.
  • the electrical machine 10 or the drive converter 11 are connected to the high-voltage battery 4 and the DC voltage converter 7 at all times.
  • FIG. 4 is a schematic representation of a profile of voltages 30 and currents 31 and a switching state 32 of the coupling device 6 over time 33 to illustrate an embodiment of the method with reference to that shown in FIG. 3
  • the individual voltages 30 and currents 31 are each designated with the reference symbols used in FIG. 3.
  • the course of the switching state 32 of the coupling device 6 is for clarity with the
  • the initial situation at a point in time t0 is that the motor vehicle is being operated by means of the high-voltage battery 4. However, a connection between the pantograph 2 and the overhead line 20 has already been established, so that a switch is to be made to an electrical power supply via the overhead line 20.
  • the coupling device 6 is open so that there is no electrical connection between the overhead line 20 and the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5.
  • a voltage in the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5 must be brought to the voltage UF of the overhead line 20 before the electrical connection to the overhead line is established.
  • the DC voltage converter 7 provides a current ID on the side of the high-voltage DC voltage intermediate circuit 5 from a point in time t1, which current causes a voltage UD.
  • the voltage UD reaches the voltage UF of the overhead line. At this point in time t2, an electrical connection is established by means of the coupling device 6. The Current ID is reduced to zero at the same time. The voltage UD is then no longer from
  • DC voltage converter 7 provided, but corresponds to the voltage UF of the overhead line.
  • the electrical machine 10 can be actively operated by means of electrical energy from the high-voltage battery 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug zumindest zeitweise über eine Oberleitung (20) mit einem Gleichstrom versorgt werden kann, umfassend: eine Hochvolt-Batterie (4) zum Bereitstellen von elektrischer Energie, einen Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (5), eine Kopplungseinrichtung (6) zum steuerbaren Koppeln des Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreises (5) mit der Oberleitung (20), und einen Gleichspannungswandler (7) zwischen dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (5) und der Hochvolt-Batterie (4), wobei der Gleichspannungswandler (7) derart ausgebildet ist, eine Spannung (UE) des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises (5) vor einem Koppeln mit der Oberleitung (20) über die Koppeleinrichtung (6) mittels Energieübertragung aus der Hochvolt-Batterie (4) auf eine Spannung (UF) der Oberleitung (20) anzupassen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreises (5) in einem Kraftfahrzeug.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in einem Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in einem
Kraftfahrzeug.
Auf dem Gebiet der Elektromobilität werden zunehmend auch Konzepte zur Elektrifizierung des Antriebsstrangs von Nutzfahrzeugen entwickelt. Hierbei ist eine zu geringe Energiedichte der verwendeten Energiespeicher jedoch ein Problem. Eine Lösung des Problems stellt das Bereitstellen von elektrischer Energie von außen über eine Oberleitung dar. Das Nutzfahrzeug kann dann über die Oberleitung betrieben werden und/oder der Energiespeicher kann während einer Fahrt geladen werden. Da eine Oberleitung in der Regel nicht flächendeckend
bereitgestellt wird, ist das Ausbilden einer elektrischen Verbindung mit der Oberleitung regelmäßig notwendig. Hierbei hat die Oberleitung in den meisten Fällen jedoch eine andere Spannung als ein Hochvoltnetz in dem Nutzfahrzeug.
Es ist bekannt, Gleichspannungen einer Oberleitung und eines Zwischenkreises mit Hilfe eines Vorladewiderstandes anzugleichen. Vor dem Ausbilden einer niederohmigen elektrischen Verbindung zwischen der Oberleitung und dem Zwischenkreis wird hierzu eine elektrische Verbindung über den Vorladewiderstand ausgebildet. Dies führt zu einer Strombegrenzung und zu einer kontinuierlichen Spannungsangleichung zwischen der Oberleitung und dem
Zwischenkreis. Sind die Spannungen angeglichen, so wird die niederohmige elektrische Verbindung ausgebildet.
Aus der DE 10 2014 011 795 A1 ist eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer Hochvolt-Batterie zur Bereitstellung von Energie, welche einen Batterie-Stack und eine Koppelvorrichtung aufweist sowie einen Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis, welcher über die Koppelvorrichtung mit dem Batterie-Stack koppelbar ist. Vor dem Koppeln der Hochvolt- Batterie mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis erfolgt eine Vorladung des Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreises, indem mit Hilfe eines DC/DC- Wandlers Energie aus einer Bordnetzbatterie in den Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis übertragen wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreises in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, mit denen eine elektrische Verlustleistung beim Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einer Oberleitung und einem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis verringert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere wird eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug geschaffen, wobei das Kraftfahrzeug zumindest zeitweise über eine Oberleitung mit einem Gleichstrom versorgt werden kann, umfassend eine Hochvolt-Batterie zum Bereitstellen von elektrischer Energie, einen Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis, eine Kopplungseinrichtung zum steuerbaren Koppeln des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises mit der Oberleitung, und einen Gleichspannungswandler (auch als DC/DC-Wandler bezeichnet) zwischen dem Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreis und der Hochvolt-Batterie, wobei der Gleichspannungswandler derart ausgebildet ist, eine Spannung des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises vor einem Koppeln mit der Oberleitung über die Koppeleinrichtung mittels Energieübertragung aus der Hochvolt-Batterie auf eine Spannung der Oberleitung anzupassen.
Ferner wird ein Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreises in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Bereitstellen von elektrischer Energie mittels einer Hochvolt-Batterie, Bereitstellen eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises, welcher über eine Koppeleinrichtung mit einer Gleichstrom führenden Oberleitung gekoppelt werden kann, und Anpassen einer
Spannung des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises vor einem Koppeln mit der
Oberleitung über die Koppeleinrichtung mittels Energieübertragung aus der Hochvolt-Batterie auf eine Spannung der Oberleitung, wobei das Anpassen mittels eines
Gleichspannungswandlers erfolgt.
Die Schaltungsanordnung und das Verfahren ermöglichen es, eine elektrische Verlustleistung beim Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einer Oberleitung und einem Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreis zu verringern, da eine Spannung im Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreis nicht mehr passiv über einen Vorladewiderstand angepasst wird, sondern aktiv mittels eines Gleichspannungswandlers. Hierzu stellt der
Gleichspannungswandler auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises einen Strom bereit und bewirkt hierdurch ein Anpassen einer Spannung des Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreises, da eine Spannung in dem Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreis durch den bereitgestellten Strom auf eine Spannung der Oberleitung gebracht werden kann. Sind die Spannungen angeglichen, so wird die
Koppeleinrichtung derart angesteuert, dass eine elektrische Verbindung zwischen der
Oberleitung und dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis ausgebildet wird.
Neben einer geringeren Verlustleistung ist ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung und des Verfahrens, dass ein Anpassen deutlich schneller erfolgen kann als bei Verwendung des Vorladewiderstandes. Nach einem mechanischen Verbinden eines Stromabnehmers mit einer Oberleitung kann eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung und dem Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreis daher schneller ausgebildet werden, sodass eine
Energieversorgung über die Oberleitung bereits zu einem früheren Zeitpunkt zur Verfügung steht.
Die Schaltungsanordnung, insbesondere der Gleichspannungswandler, werden mittels einer Steuereinrichtung gesteuert bzw. geregelt. Die Steuereinrichtung kann als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
Der Gleichspannungswandler kann insbesondere sowohl als Abwärtswandler bzw.
Tiefsetzsteller als auch als Aufwärtswandler bzw. Hochsetzsteller arbeiten. Daher kann eine Spannung im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis sowohl auf eine höhere als auch eine niedrigere von der Oberleitung bereitgestellte Spannung angepasst werden.
Es kann vorgesehen sein, dass eine über den Gleichspannungswandler übertragene elektrische Leistung während des Anpassens in Abhängigkeit einer Kapazität und/oder sonstiger elektrischer Parameter des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises gewählt wird.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler als bidirektionaler Gleichspannungswandler ausgebildet ist, wobei der Gleichspannungswandler ferner derart ausgebildet ist, eine von der Oberleitung bereitgestellte Gleichspannung bei Bedarf auf eine Ladespannung der Hochvolt-Batterie zu wandeln. In einem ersten Betriebszustand kann der Gleichspannungswandler eine Spannung im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis anpassen, in einem zweiten Betriebszustand, wenn die Oberleitung bereits mit dem Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist, kann der Gleichspannungswandler eine
Spannung der Oberleitung auf eine Ladespannung der Hochvolt-Batterie wandeln, sodass die Hochvolt-Batterie über die Oberleitung geladen werden kann. Hierdurch können insgesamt Bauteile eingespart werden, da der Gleichspannungswandler in zwei Richtungen arbeiten kann.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage einer Spannungsregelung durchzuführen, wobei ein Strom bei Erreichen einer Zielspannung auf Null geregelt wird. Die geregelte Spannung ist insbesondere die von dem Gleichspannungswandler auf der Seite des Hochvolt-
Gleichspannungszwischenkreises bereitgestellte Spannung. Der Strom ist insbesondere ein auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in Richtung des
Gleichspannungswandler oder von diesem weg fließender Strom.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage einer Stromregelung durchzuführen, wobei ein Strom bei Erreichen einer Zielspannung auf Null geregelt wird. Der geregelte Strom ist insbesondere ein auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in Richtung des
Gleichspannungswandler oder von diesem weg fließender Strom. Die Spannung ist
insbesondere die von dem Gleichspannungswandler auf der Seite des Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreises bereitgestellte Spannung.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler ferner derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage eines erfassten, empfangenen und/oder aus einem Speicher abgerufenen Spannungswerts einer Spannung der Oberleitung zu steuern, wobei die Schaltungsanordnung hierzu einen Spannungssensor, eine
Kommunikationseinrichtung und/oder einen Speicher umfasst. Das Anpassen wird dann derart geregelt, dass der Spannungswert im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis erreicht wird. Hierbei kann der Spannungswert beispielsweise an einem bereits mit der Oberleitung verbundenen Stromabnehmer mittels des Spannungssensors erfasst und bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Spannungswert beispielsweise von einem Betreiber der Oberleitung bereitgestellt werden, beispielsweise über eine mittels der
Kommunikationseinrichtung ausgebildete Kommunikationsverbindung. Alternativ oder zusätzlich kann der Spannungswert auch in dem Speicher hinterlegt sein. Der Spannungswert wird dann aus dem Speicher abgerufen. Beispielsweise kann eine Karte bereitgestellt werden, die in dem Speicher hinterlegt ist und in der für verschiedene Straßen bzw. Streckenabschnitte Oberleitungen mit zugehörigen Spannungswerten hinterlegt sind. Je nach Position des
Kraftfahrzeugs wird dann der jeweils zur Oberleitung zugehörige Spannungswert aus der Karte bzw. dem Speicher abgerufen und einer Steuereinrichtung der Schaltungsanordnung zur Verfügung gestellt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Spannung im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis bereits vor einem Ausbilden einer mechanischen Verbindung eines Stromabnehmers zu einer Oberleitung angepasst wird. Dies kann insbesondere erfolgen, wenn eine Spannung der Oberleitung nicht mittels eines Spannungssensors erfasst werden muss, sondern bereits auf andere Weise ermittelt werden kann, beispielsweise wie oben beschrieben von einem Betreiber der Oberleitung übermittelt wird oder aus einem Speicher abgerufen wird. Das Ausbildern einer elektrischen Verbindung zur Oberleitung kann hierdurch weiter beschleunigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung mindestens eine weitere Koppeleinrichtung umfasst, wobei die mindestens eine weitere Koppeleinrichtung derart ausgebildet ist, mindestens einen elektrischen Hochvolt-Verbraucher vor dem Anpassen von der Hochvolt-Batterie zu trennen und mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis zu verbinden. Hochvolt-Verbraucher sind insbesondere eine elektrische Maschine und ein
Antriebsumrichter, der eine Gleichspannung in eine, insbesondere dreiphasige,
Wechselspannung umwandelt und hierdurch die elektrische Maschine antreibt.
Merkmale zur Ausgestaltung des Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung von
Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung. Die Vorteile des Verfahrens sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs von Spannungen, Strömen und Schaltzuständen in der Schaltungsanordnung während des Anpassens.
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung 1 für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Das Kraftfahrzeug kann über eine Oberleitung 20 mit elektrischer Energie versorgt werden. Hierzu muss eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung 20 und einem Hochvoltnetz 3 des Kraftfahrzeugs ausgebildet werden. In der gezeigten Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung 1 teilweise in einem Stromabnehmer 2 des Kraftfahrzeugs ausgebildet.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst eine Hochvolt-Batterie 4 zum Bereitstellen von elektrischer Energie, einen Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5, eine Kopplungseinrichtung 6 zum steuerbaren Koppeln des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises 5 mit der Oberleitung 20 und einen Gleichspannungswandler 7 zwischen dem Hochvolt-
Gleichspannungszwischenkreis 5 und der Hochvolt-Batterie 4. Die Schaltungsanordnung 1 wird mittels einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) gesteuert bzw. geregelt.
Das Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Maschine 10, die über einen Antriebsumrichter 11 und eine weitere Koppeleinrichtung 12 sowohl mit der Hochvolt-Batterie 4 als auch mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 verbunden werden kann. Die weitere
Koppeleinrichtung 12 umfasst hierzu beispielsweise Schalteinrichtungen 13, 14, mit denen die elektrische Maschine 10 über den Antriebsumrichter 11 mit der H och volt- Batterie 4 oder mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 verbunden werden kann. Ferner können weitere elektrische Hochvolt-Verbraucher 15 mit der Hochvolt-Batterie 4 verbunden sein.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst weitere elektrische Komponenten, wie eine
Drosselinduktivität 18 und eine elektrische Sicherung 19. Die Hochvolt-Batterie 4 umfasst eine elektrische Sicherung 41 und eine interne Schalteinrichtung 42 zum Trennen einer elektrischen Verbindung zum Hochvoltnetz 3 bei Überlastung.
Soll das Hochvoltnetz 3 über den Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 mit der
Oberleitung 20 verbunden werden, so muss eine Spannung UE des Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreises 5 an eine Spannung UF der Oberleitung 20 angepasst werden. Dies erfolgt nach einem Verbinden des Stromabnehmers 2 mit der Oberleitung 20, jedoch vor einem Koppeln, das heißt bevor die Koppeleinrichtung 6 eine elektrische Verbindung zwischen Oberleitung 20 und dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 herstellt. Zum Anpassen der Spannung UE stellt der Gleichspannungswandler 7 auf der Seite des Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreises 5 einen Strom ID bereit, welcher eine Spannung UD im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 hervorruft. Zum Bereitstellen der Spannung UD wird eine von der Hochvolt-Batterie 4 bereitgestellte Batteriespannung UB vom
Gleichspannungswandler 7 entsprechend gewandelt. Durch den Strom ID verändert sich die Spannung UE in dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5. Die Spannung UD wird solange von dem Gleichspannungswandler 7 verändert (erhöht bzw. erniedrigt), bis die
Spannungen UE, UF einander angepasst sind. Anschließend wird die Koppeleinrichtung 6 derart angesteuert, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreis 5 und der Oberleitung 20 ausgebildet wird. Die Spannung UD wird dann nicht mehr vom Gleichspannungswandler 7 bereitgestellt, sondern entspricht der Spannung UF der Oberleitung.
Während des Anpassens der Spannung UE wird die elektrische Maschine 10 nicht aktiv betrieben, sondern läuft passiv.
Es kann vorgesehen sein, dass der Gleichspannungswandler 7 als bidirektionaler
Gleichspannungswandler 17 ausgebildet ist. Der Gleichspannungswandler 7 kann dann eine von der Oberleitung 20 bereitgestellte Gleichspannung bei Bedarf auf eine Ladespannung der Hochvolt-Batterie 4 wandeln.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Gleichspannungswandler 7 derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage einer Spannungsregelung durchzuführen, wobei der Strom ID auf Null gestellt wird, wenn die Spannung UD eine Zielspannung (d.h. im vorliegenden Fall die Spannung UF) erreicht.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Gleichspannungswandler 7 derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage einer Stromregelung durchzuführen, wobei der Strom ID auf Null geregelt wird, wenn die Spannung UD eine Zielspannung erreicht.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Gleichspannungswandler 7 derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage eines erfassten, empfangenen und/oder aus einem Speicher abgerufenen Spannungswerts einer Spannung UF der Oberleitung 20 zu steuern. Hierzu umfasst die Steuereinrichtung beispielsweise eine Kommunikationsschnittstelle und/oder einen Speicher.
In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Verlaufs von Spannungen 30 und Strömen 31 sowie von Schaltzuständen 32 über der Zeit 33 zur Verdeutlichung einer Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der
Schaltungsanordnung 1 gezeigt. Die einzelnen Spannungen 30 und Ströme 31 sind jeweils mit den in der Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet. Der Verlauf der Schaltzustände 32 ist zur Verdeutlichung jeweils mit den Bezugszeichen der Koppeleinrichtung 6 bzw. der Schalteinrichtungen 13, 14 bezeichnet.
Die Ausgangssituation zum einem Zeitpunkt tO ist, dass das Kraftfahrzeug mittels der Hochvolt- Batterie 4 betrieben wird. Es wurde jedoch bereits eine Verbindung des Stromabnehmers 2 mit der Oberleitung 20 hergestellt, sodass auf eine elektrische Energieversorgung über die Oberleitung 20 umgestellt werden soll. Hierzu muss die Spannung UE von einer Spannung UB der Hochvolt-Batterie 4 auf die Spannung UF der Oberleitung 20 gebracht werden. Die
Koppeleinrichtung 6 ist geöffnet, sodass keine elektrische Verbindung zwischen der
Oberleitung 20 und dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 besteht.
Zu einem Zeitpunkt t1 wird die elektrische Maschine 10 (Fig. 1) lastfrei gestellt. Hierdurch fällt der Strom IE auf Null. Gleichzeitig stellt der Gleichspannungswandler 7 einen Strom ID auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises 5 bereit, der eine Spannung UD hervorruft, mit dem Ziel, den Wert der Spannung UD an den Wert der Spannung UE
anzugleichen.
Nach dem Herstellen der Lastfreiheit der elektrischen Maschine 10 wird zu einem Zeitpunkt t2 die Schalteinrichtung 13 geöffnet und hierdurch eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 10 bzw. dem Antriebsumrichter 11 und der Hochvoltbatterie 4 getrennt, was dazu führt, dass die Spannung UE leicht abfällt, da die Zwischenkreiskapazität CE der elektrischen Maschine passiv über parasitäre Widerstände entladen wird.
Wenn der Wert der Spannung UD dem Wert der Spannung UE entspricht, wird zu einem Zeitpunkt t3 mittels der Schalteinrichtung 14 eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 10 bzw. dem Antriebsumrichter 11 und dem Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreis 5 ausgebildet. Der Gleichspannungswandler stellt weiterhin einen Strom ID bereit, der die Spannung UE weiter erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t4 erreicht die Spannung UE im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 den Wert der Spannung UF der Oberleitung 20, das heißt die Spannungen UE und UF sind angeglichen und eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung 20 und dem Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreis 5 kann ausgebildet werden. Der Gleichspannungswandler 7 regelt den Strom ID daher auf Null. Zeitgleich wird die Kopplungseinrichtung 6 derart angesteuert, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreis 5 und der Oberleitung 20 ausgebildet wird. Ein über die Oberleitung 20 fließender Strom IP entspricht dann dem Strom IE.
In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der
Schaltungsanordnung 1 für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Die Schaltungsanordnung 1 ist größtenteils wie die in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsform aufgebaut. Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale und Begriffe.
Im Unterschied zu der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform weist diese Ausführungsform jedoch keine weitere Koppeleinrichtung und keine weiteren Schalteinrichtungen auf. Die elektrische Maschine 10 bzw. der Antriebsumrichter 11 sind zu jederzeit mit der Hochvolt- Batterie 4 und dem Gleichspannungswandler 7 verbunden.
In Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Verlaufs von Spannungen 30 und Strömen 31 sowie eines Schaltzustandes 32 der Koppeleinrichtung 6 über der Zeit 33 zur Verdeutlichung einer Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf die in der Fig. 3 gezeigte
Ausführungsform der Schaltungsanordnung 1 gezeigt. Die einzelnen Spannungen 30 und Ströme 31 sind jeweils mit den in der Fig. 3 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet. Der Verlauf des Schaltzustandes 32 der Koppeleinrichtung 6 ist zur Verdeutlichung mit den
Bezugszeichen der Koppeleinrichtung 6 markiert.
Die Ausgangssituation zum einem Zeitpunkt tO ist, dass das Kraftfahrzeug mittels der Hochvolt- Batterie 4 betrieben wird. Es wurde jedoch bereits eine Verbindung des Stromabnehmers 2 mit der Oberleitung 20 hergestellt, sodass auf eine elektrische Energieversorgung über die Oberleitung 20 umgestellt werden soll. Die Koppeleinrichtung 6 ist geöffnet, sodass keine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung 20 und dem Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreis 5 besteht.
Eine Spannung im Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis 5 muss vor dem Ausbilden der elektrischen Verbindung zur Oberleitung auf die Spannung UF der Oberleitung 20 gebracht werden.
Der Gleichspannungswandler 7 stellt hierzu ab einem Zeitpunkt t1 einen Strom ID auf der Seite des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises 5 bereit, der eine Spannung UD hervorruft.
Zu einem Zeitpunkt t2 erreicht die Spannung UD die Spannung UF der Oberleitung. Zu diesem Zeitpunkt t2 wird eine elektrische Verbindung mittels der Koppeleinrichtung 6 ausgebildet. Der Strom ID wird zeitgleich auf Null reduziert. Die Spannung UD wird dann nicht mehr vom
Gleichspannungswandler 7 bereitgestellt, sondern entspricht der Spannung UF der Oberleitung.
Während des Anpassens der Spannung UD kann die elektrische Maschine 10 mittels elektrischer Energie aus der Hochvolt-Batterie 4 aktiv betrieben werden.
Ein Vorteil der Schaltungsanordnung und des Verfahrens ist, dass eine elektrische
Verlustleistung gegenüber einem Anpassen mittels eines passiven Vorladewiderstandes reduziert werden kann. Neben einer geringeren Verlustleistung ist ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung und des Verfahrens, dass ein Anpassen deutlich schneller erfolgen kann als bei Verwendung des Vorladewiderstandes.
Bezugszeichenliste
1 Schaltungsanordnung
2 Stromabnehmer
3 Hochvoltnetz
4 Hochvolt-Batterie
5 Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis
6 Koppeleinrichtung
7 Gleichspannungswandler
10 elektrische Maschine
11 Antriebsumrichter
12 weitere Koppeleinrichtung
13 Schalteinrichtung
14 Schalteinrichtung
15 weitere elektrische Hochvolt-Verbraucher
17 bidirektionaler Gleichspannungswandler
18 Drosselinduktivität
19 elektrische Sicherung
20 Oberleitung
30 Spannung
31 Strom
32 Schaltzustand
33 Zeit
41 elektrische Sicherung
42 Schalteinrichtung
to Zeitpunkte
ll C Spannung (Gleichspannungswandler)
UF Spannung (Oberleitung)
UE Spannung (Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis)
ID Strom (Gleichspannungswandler)
IP Strom (Oberleitung)
IE Strom (Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis)
Zwischenkreiskapazität
Wandlerkapazität

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug zumindest
zeitweise über eine Oberleitung (20) mit einem Gleichstrom versorgt werden kann, umfassend:
eine Hochvolt-Batterie (4) zum Bereitstellen von elektrischer Energie,
einen Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (5),
eine Kopplungseinrichtung (6) zum steuerbaren Koppeln des Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreises (5) mit der Oberleitung (20), und
einen Gleichspannungswandler (7) zwischen dem Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreis (5) und der Hochvolt-Batterie (4), wobei der
Gleichspannungswandler (7) derart ausgebildet ist, eine Spannung (UE) des Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreises (5) vor einem Koppeln mit der Oberleitung (20) über die Koppeleinrichtung (6) mittels Energieübertragung aus der Hochvolt-Batterie (4) auf eine Spannung (UF) der Oberleitung (20) anzupassen.
2. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Gleichspannungswandler (7) als bidirektionaler Gleichspannungswandler (17) ausgebildet ist, wobei der Gleichspannungswandler (7) ferner derart ausgebildet ist, eine von der Oberleitung (20) bereitgestellte Gleichspannung (UF) bei Bedarf auf eine Ladespannung der Hochvolt-Batterie (4) zu wandeln.
3. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (7) derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage einer Spannungsregelung durchzuführen, wobei ein Strom (ID) bei Erreichen einer
Zielspannung auf Null geregelt wird.
4. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (7) derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage einer Stromregelung durchzuführen, wobei ein Strom (ID) bei Erreichen einer Zielspannung auf Null geregelt wird.
5. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (7) ferner derart ausgebildet ist, das Anpassen auf Grundlage eines erfassten, empfangenen und/oder aus einem Speicher abgerufenen Spannungswerts einer Spannung (UF) der Oberleitung (20) zu steuern, wobei die Schaltungsanordnung hierzu einen Spannungssensor, eine
Kommunikationseinrichtung und/oder einen Speicher umfasst.
6. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine weitere Koppeleinrichtung (12), wobei die mindestens eine weitere Koppeleinrichtung (12) derart ausgebildet ist, mindestens einen elektrischen Hochvolt- Verbraucher vor dem Anpassen von der Hochvolt-Batterie (4) zu trennen und mit dem Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreis (5) zu verbinden.
7. Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug ein Nutzfahrzeug ist.
9. Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvolt- Gleichspannungszwischenkreises (5) in einem Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte: Bereitstellen von elektrischer Energie mittels einer Hochvolt-Batterie (4),
Bereitstellen eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises (5), welcher über eine Koppeleinrichtung (6) mit einer Gleichstrom führenden Oberleitung (20) gekoppelt werden kann, und
Anpassen einer Spannung (UE) des Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises (5) vor einem Koppeln mit der Oberleitung (20) über die Koppeleinrichtung (6) mittels
Energieübertragung aus der Hochvolt-Batterie (4) auf eine Spannung (UF) der
Oberleitung, wobei das Anpassen mittels eines Gleichspannungswandlers (7) erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungswert einer Spannung (UF) der Oberleitung (20) erfasst, empfangen und/oder aus einem Speicher abgerufen wird, wobei das Anpassen auf Grundlage des erfassten, empfangenen und/oder abgerufenen Spannungswertes durchgeführt wird.
PCT/EP2020/066889 2019-06-21 2020-06-18 Schaltungsanordnung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum anpassen einer spannung eines hochvolt-gleichspannungszwischenkreises in einem kraftfahrzeug WO2020254470A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019209039.7 2019-06-21
DE102019209039.7A DE102019209039A1 (de) 2019-06-21 2019-06-21 Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Anpassen einer Spannung eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in einem Kraftfahrzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020254470A1 true WO2020254470A1 (de) 2020-12-24

Family

ID=71108616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/066889 WO2020254470A1 (de) 2019-06-21 2020-06-18 Schaltungsanordnung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum anpassen einer spannung eines hochvolt-gleichspannungszwischenkreises in einem kraftfahrzeug

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019209039A1 (de)
WO (1) WO2020254470A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022208969A1 (de) * 2022-08-30 2024-02-29 Siemens Mobility GmbH Anordnung zum Antrieb eines Schienenfahrzeugs

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007029025A1 (de) * 2007-06-23 2008-12-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeugbordnetz
JP2013208008A (ja) * 2012-03-29 2013-10-07 Honda Motor Co Ltd 電気自動車
US20140184141A1 (en) * 2013-01-02 2014-07-03 Ford Global Technologies, Llc Method and Apparatus for High-Voltage DC Charging of Battery-Electric and Plug-in Hybrid Electric Vehicles
DE102014011795A1 (de) 2014-08-08 2015-03-12 Daimler Ag Schaltungsanordnung und Verfahren zur Vorladung eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in einem Kraftfahrzeug

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4440936B2 (ja) * 2006-08-09 2010-03-24 三菱電機株式会社 電気車の制御装置
DE202014002840U1 (de) * 2014-04-01 2014-04-17 Honda Motor Co., Ltd. Elektrisches Automobil
WO2018225137A1 (ja) * 2017-06-05 2018-12-13 三菱電機株式会社 車両用制御装置および突入電流抑制方法
DE102018002726A1 (de) * 2018-04-05 2018-10-04 Daimler Ag Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007029025A1 (de) * 2007-06-23 2008-12-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeugbordnetz
JP2013208008A (ja) * 2012-03-29 2013-10-07 Honda Motor Co Ltd 電気自動車
US20140184141A1 (en) * 2013-01-02 2014-07-03 Ford Global Technologies, Llc Method and Apparatus for High-Voltage DC Charging of Battery-Electric and Plug-in Hybrid Electric Vehicles
DE102014011795A1 (de) 2014-08-08 2015-03-12 Daimler Ag Schaltungsanordnung und Verfahren zur Vorladung eines Hochvolt-Gleichspannungszwischenkreises in einem Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019209039A1 (de) 2020-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2721704B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur verbindung von mehrspannungsbordnetzen
EP2996898B1 (de) Antriebseinheit zur ansteuerung eines motors
EP2953227A1 (de) Bordnetz für ein kraftfahrzeug
DE102009000096A1 (de) Verfahren für die Steuerung einer Stromversorgungseinrichtung mit einem Wechselrichter
WO2011026721A2 (de) Starthilfeverfahren und einrichtung für die durchführung des verfahrens
DE10055531B4 (de) Elektronische Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung in Kraftfahrzeugen, deren Verwendung und Verfahren zum Betreiben einer Spannungsversorgung
EP1866540A1 (de) Schalteinrichtung zur verknüpfung verschiedener elektrischer spannungsebenen in einem kraftfahrzeug
DE102010051323B4 (de) Ladesystem zum Laden einer Batterie eines Fahrzeuges mit einem Zwei-Weg-Laderegler
DE102017206497B4 (de) Ladevorrichtung und Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs, sowie Kraftfahrzeug
DE102011076599A1 (de) Elektrisches Ladesystem
DE102019201606A1 (de) Verfahren zum elektrischen Vorladen eines Zwischenkreiskondensators im Hochvoltsystem eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs sowie ein derartiges Hochvoltsystem
DE102008008561A1 (de) Verfahren für die Steuerung eines elektrischen Bordnetzes und elektrisches Bordnetz
WO2020254470A1 (de) Schaltungsanordnung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum anpassen einer spannung eines hochvolt-gleichspannungszwischenkreises in einem kraftfahrzeug
DE4042377C2 (de) Elektrische Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug
DE102019212930B3 (de) Fahrzeugbordnetz und Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugbordnetzes
DE102011076787A1 (de) Energieversorgung
DE102013214421A1 (de) Verfahren zum Koppeln zumindest einer sekundären Energiequelle an ein Energieversorgungsnetzwerk , insbesondere Fahrzeug-Bordnetz
DE102012206801A1 (de) Schaltung mit einer stromrichterschaltung und verfahren zur leistungsanpassung
DE102020204336B4 (de) Fahrzeugseitige Hochvolt-Ladeschaltung und Fahrzeugbordnetz
WO2020254329A1 (de) Schaltungsanordnung für ein elekrisches oberleitungsfahrzeug mit batterie und verfahren zum stabilisieren einer gleichspannung eines hochvolt-gleichspannungszwischenkreises in einem solchen kraftfahrzeug
EP3967544A1 (de) Antriebsanordnung eines schienenfahrzeugs
EP3184349A1 (de) Energieversorgungssystem für ein fahrzeug und fahrzeug elektrischem traktionssystem
DE102014203716A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern eines Gleichspannungswandlers
DE102022002607B3 (de) Fahrzeug mit einer elektrischen Schaltungsanordnung und zwei elektrischen Antriebseinheiten und Verfahren zu dessen Betrieb
WO2023006331A1 (de) Verfahren sowie energieübertragungsschaltung zum übertragen elektrischer energie zwischen einer fahrzeugseitigen hochvoltbatterie und einer fahrzeugexternen hochvolteinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20733772

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20733772

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1