WO2021197991A1 - Fahrzeugseitige hochvolt-ladeschaltung und fahrzeugbordnetz - Google Patents

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WO2021197991A1
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Franz Pfeilschifter
Martin GÖTZENBERGER
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Vitesco Technologies GmbH
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Definitions

  • Vehicle-side high-voltage charging circuit and vehicle electrical system are Vehicle-side high-voltage charging circuit and vehicle electrical system
  • Vehicles with an electric drive i.e. so-called electric vehicles and hybrid vehicles, have an accumulator to feed the electric drive of the vehicle.
  • electrical components such as electrical heating elements or electronics that must be supplied with electrical energy.
  • plug-in vehicles there is also the option of charging the vehicle from the outside via at least one electrical connection.
  • accumulators with a high nominal voltage of more than 400 volts, for example at the level of 600 volts or in particular 800 volts or 1000 volts.
  • Other components are designed for voltages that differ therefrom, for example for voltages of 400 volts, and there are also low-voltage components that are designed for nominal voltages of, for example, 12 volts.
  • DC voltage converters and also other components can be used to link the vehicle electrical system sections with different nominal voltages. It is an object of the invention to show a possibility with which the mentioned functions and different voltage levels in the vehicle electrical system can be represented cost-consciously with a smaller number of components.
  • a changeover switch can be used to connect different components or on-board network branches that have different voltage levels to one of these DC voltage converters, depending on the mode (or switching state of the changeover switch).
  • Another DC voltage connection is not connected via the DC voltage converter, but directly to the rectifier in order to enable the connection of further components (with their own voltage level).
  • the changeover switch can therefore supply various components with electrical energy without the need for an additional converter.
  • the direct connection to the DC voltage side of the rectifier also enables the display of a DC voltage level, whereby at the same time the converters are not loaded by this type of voltage supply and voltages other than the converter voltages can be offered for supply.
  • a high-voltage charging circuit in the vehicle which has an AC voltage connection, at least two DC voltage converters and a rectifier.
  • the DC voltage converters are electrically isolating and preferably comprise a transformer by means of which the galvanic isolation is carried out.
  • the DC voltage converters are designed as step-up converters.
  • the DC voltage converters here have a first side that is connected to the rectifier (in particular its DC voltage side) and a second side that faces away from the first side or the rectifier.
  • the DC voltage converters are designed as step-up converters in such a way that a voltage on the first side can be transmitted from the DC voltage converters to the respective second side, the voltage on the second side being greater than that on the first side.
  • the DC voltage converters are connected to the AC voltage connection via the rectifier.
  • the first sides of the DC voltage converters are connected to the rectifier.
  • the charging circuit also has a changeover switch and a first and a second DC voltage connection. These are connected to the switch.
  • the first and the second DC voltage connection are selectably connected to the DC voltage converter via the changeover switch.
  • the changeover switch thus optionally connects the first DC voltage connection to the first DC voltage converter or the second DC voltage connection to the first DC voltage converter.
  • different DC voltage connections (via the changeover switch) are connected to the first DC voltage converter, with the DC voltage converter also delivering different transformation ratios or different voltages to the respective DC voltage connection (which is connected to the first DC voltage converter via the changeover switch) in different modes.
  • the DC voltage connections can thus be selectively connected to the DC voltage converter via the changeover switch, this being able to be combined with different output voltages of the first DC voltage converter in order to be able to keep different nominal voltages ready at the different DC voltage connections.
  • This is used to supply components or on-board network branches that have different nominal voltages or operating voltages.
  • components or on-board network branches of different nominal voltages or operating voltages can be supplied with different voltages, with the first DC voltage converter being able to be used for different operating voltages or to supply various components or on-board network branches.
  • Another mode (“disconnection mode”) is also conceivable, in which the changeover switch does not connect either of the two DC voltage connections to the first DC voltage converter, for example for safety reasons, corresponding to an open switch position.
  • the charging circuit has a third DC voltage connection.
  • This is connected to the second DC voltage converter.
  • the connection is preferably permanent, for example in order to supply an on-board network branch or a component that has to be supplied permanently, in particular for safety reasons.
  • the third DC voltage connection would be connected to a low-voltage converter, which is set up to generate a voltage for the low-voltage on-board network branch from the voltage generated by the rectifier, for example in the amount of approx. 12 V (or 24 V or 48 V).
  • the charging circuit preferably also has a controller. This is set up to control the DC / DC converter (i.e. the first and the second DC / DC converter) in a first mode according to a first target output voltage, which is a minimum of 750 volts (or a minimum of 650 V) and a maximum of 1000 volts (or a maximum of 1200 V), for example about 800 volts.
  • the controller is also set up to control the DC-DC converter in a second mode according to a second target output voltage, which is approximately half (+ - 25% or + 10%) of this, for example a maximum of 480 volts or a maximum of 450 volts.
  • a low-voltage converter connected to the third DC voltage connection is set up to generate a low-voltage voltage, for example approx. 12 volts, 24 volts or 48 volts, both from the first-mentioned, higher voltage range and from the second-mentioned, lower voltage range.
  • the first target output voltage is a minimum of 750 volts (or a minimum of 560 V).
  • the first target output voltage can also be a maximum of 1000 volts or a maximum of 1100 volts or 1200 V, for example to supply an accumulator or a high-voltage on-board network branch, ie generally a component that requires a high voltage of at least 750 volts in at least one state , ie whose operating voltage range has a section which is at least 750 volts.
  • the component in question is designed to work in at least one state with an operating voltage of at least 750 volts (or 650 V). This is particularly the case with an accumulator with a nominal voltage of 800 volts, for example in order to fully charge it and to achieve the maximum state of charge.
  • the Changeover switch connects the first DC voltage converter to the first DC voltage connection.
  • the changeover switch preferably has a different switching state than in the first mode.
  • the lower voltage which is a maximum of 480 volts or a maximum of 450 volts
  • the changeover switch connects the second DC voltage connection to the first DC voltage converter.
  • the charging circuit preferably also comprises a configuration circuit.
  • the DC / DC converters are connected to the rectifier via this configuration circuit.
  • the configuration circuit is set up to connect the DC-DC converters in parallel (in a first configuration) or in series (in a second configuration) to one another and in this way also to the rectifier.
  • This resulting serial connection is connected to the rectifier, in particular the ends of the resulting series circuit are connected in parallel to the rectifier.
  • the DC / DC converters are thus connected to the rectifier in this serial configuration if the second configuration is provided by the configuration circuit.
  • single-phase charging via the rectifier can generate a comparatively low voltage that is below a maximum input voltage of the rectifier.
  • the maximum input voltage of the rectifier refers to the respective first side, i.e. the side that is connected to the rectifier.
  • the configuration circuit can comprise two switches, each of which connects a potential of the first side of the transducer to one another, in order to provide a parallel connection (for both potentials).
  • the configuration circuit can have a further switch or a diode or a diode circuit, by means of which the potentials of the first sides of the DC voltage converters are connected to one another in series, in particular when the switches provided for parallel connection are open.
  • a diode circuit can have two diodes connected in series, the connection point of which is preferably connected to a neutral conductor connection of the AC voltage connection.
  • parasitic capacitances and / or intermediate circuit capacitors can be precharged on the voltage that results when the configuration is changed, especially before the configuration is set by means of the switches.
  • the corresponding pre-charge or discharge significantly reduces a charge equalization ("inrush current"), which results from the changed voltage due to the changed configuration.
  • the controller can be set up to control a low-voltage converter, which is connected to the rectifier via one of the DC-DC converters (in particular the second), when there is a change between the two configurations, to reload capacities that are connected to the DC-DC converter or the first or second Side of the DC / DC converter are available.
  • These can be capacitances (intermediate circuit capacitors and / or parasitic capacitances) on the first side (or second side) of the DC voltage converter or on the DC voltage side of the rectifier.
  • these can be capacitances which are on the side of the rectifier or on the side of the DC / DC converter, as seen from the configuration circuit.
  • this relates to an intermediate circuit capacitance on the DC voltage side of the rectifier, that is to say an intermediate circuit capacitance between the rectifier and the configuration circuit.
  • a corresponding charge reversal is preferably always carried out when the charge state changes on the AC voltage side, i.e. when a state transition is carried out between the following states: single-phase charging, multi-phase charging and no charging, in particular when there are transitions between the states: single-phase charging or multi-phase charging.
  • the controller can be set up to control or activate a charge transfer circuit between capacitors on both sides of the DC voltage converters for transferring charge.
  • a corresponding charge transfer circuit can be passive and, for example, comprise a switch and a resistor, or can be active in the sense of a (preferably bidirectional) converter for charge equalization between capacitors on both sides of the configuration circuit or between capacitors of different types DC voltage converter.
  • the controller can be set up to activate a discharge circuit on capacitors, this relating to capacitors that are connected to the DC voltage converters.
  • a charge transfer circuit as mentioned above can be provided which is present between capacitors on both sides of the DC voltage converter.
  • a charge transfer circuit can also be provided which is set up for passive or active pre-charging or discharging of a capacitor which is connected to the DC voltage side of the rectifier.
  • the DC voltage converters can be designed in the same way.
  • the DC voltage converters are designed in particular with the same nominal power, preferably also with the same components which also have the same design.
  • the DC-DC converters have the same input voltage range and the same output voltage range and transistors with the same transformation ratio.
  • the DC voltage converters can have the same nominal current or maximum current.
  • At least the DC voltage converter connected to the changeover switch that is to say the first DC voltage converter, is designed to be bidirectional.
  • the controller can be set up to control the DC / DC converter connected to the changeover switch in the first mode, to generate a voltage on the side of this DC / DC converter which is connected to the rectifier.
  • a secondary consumer connection can be provided on that side of the rectifier which is connected to the DC voltage converter, that is to say on the DC voltage side of the rectifier.
  • the voltage can be tapped at the auxiliary consumer connection, which voltage is also (completely or partially) applied to the first sides of the DC voltage converter via the configuration circuit.
  • the controller can be set up to control one of the DC / DC converters (in particular the first), to convert a voltage on the second side into a voltage on the first side, which then (directly or via the configuration circuit) is connected to the auxiliary consumer connection is fed. If, for example, an accumulator is connected to a side of a DC voltage converter facing away from the rectifier, then this can output energy to the auxiliary consumer connection, i.e.
  • the rectifier can also be bidirectional and can be set up to generate a DC voltage, which is applied to the DC voltage side of the rectifier, into an AC voltage for feeding back via the AC voltage connection.
  • electrical energy can be fed in via the first DC voltage connection, the second DC voltage connection or the auxiliary consumer connection; the controller is set up to control the energy transmission concerned.
  • the first DC voltage connection is connected to an accumulator, wherein the first DC voltage converter connected to it can be set up to convert the voltage from the second side of the converter into a voltage on the first side (connected to the rectifier) of the converter in order to be able to feed at least one auxiliary consumer via the auxiliary consumer connection.
  • a low-voltage on-board network branch can be connected via a low-voltage converter via the second DC voltage converter.
  • the controller can be designed to control it, to transfer electrical energy from the low-voltage on-board network branch to the auxiliary consumer connection, the first side of the second DC-DC converter or the DC-voltage side of the rectifier, in order to transfer capacities (intermediate circuit capacitors and / or parasitic capacitances) to the new voltage to be expected to be reloaded, especially before the configuration circuit changes its state (controlled by the controller).
  • a component or an on-board network branch can be connected to the second DC voltage connection, this component preferably not being an accumulator and the connected one On-board network branch does not have an accumulator, in particular an electrical heating element or an electrically operated air conditioning compressor.
  • the second sides of the DC voltage converter can be connected to one another permanently or in parallel via a switching element.
  • one potential of a DC voltage converter is connected to the other potential in a switchable manner; the switching element can thus be designed with two poles.
  • the changeover switch can be combined with such a switching element. It is also possible that the changeover switch is not provided between the second side of the first DC voltage converter and the two DC voltage connections, but rather both between the second sides of the DC voltage converters on the one hand and between the DC voltage connections and both second sides of the DC voltage converters.
  • a changeover switch device which selectively connects the connections for parallel connection of the second sides of the DC voltage converters to the first and the second DC voltage connection. It can be provided that this changeover switch device also has the function or a switching element which enables the parallel connection between the second sides of the DC voltage converter to be opened or established in a targeted manner.
  • a changeover switch device which connects the side of the first DC voltage converter which faces away from the rectifier in a switchable manner to the side of the second DC voltage converter which faces away from the rectifier and which alternatively or additionally selectably connects this side of the first DC voltage converter facing away from the rectifier to the first or the second DC voltage connection.
  • the DC voltage converters can be activated by the controller with different operating modes (simultaneously). This particularly applies to operating modes with different output voltages or converter outputs or pulse duty factors for clocking within the DC voltage converter.
  • the switch device is also designed with two poles.
  • the side of the first or second DC voltage converter facing away from the rectifier is also referred to as the second side of the relevant DC voltage converter.
  • the opposite side of the DC / DC converter, that is to say the side facing the rectifier, is referred to as the first side of the relevant DC / DC converter.
  • the changeover switch and / or the changeover switch device can comprise electromechanical switching elements as the switching element, but semiconductor switching elements are preferably used to represent the changeover switch or the changeover switch device. It is also conceivable that both electromechanical switching elements and semiconductor switching elements are used, whereby this applies in particular to the switch device, in which case the parallel connection between the second sides of the DC voltage converter is preferably switched by means of electromechanical switching elements, and the selectable connection between the (first ) DC voltage converter and the DC voltage connections is shown switchable by means of semiconductor switching elements.
  • the semiconductor switching elements are preferably transistors, in particular MOSFETs or IGBTs.
  • the transistors can be used individually as switching elements of the changeover switch or the changeover switch device, or can be provided, for example, as a pair of transistors connected in reverse series, in particular when transistors with body diodes are used.
  • the changeover switch or the changeover switch device connects the first DC voltage connection to the first DC voltage converter in the first mode and the second DC voltage connection to the first DC voltage converter in the second mode.
  • the controller is set up to control the changeover switch or the changeover device accordingly.
  • A is here on the first DC voltage connection Battery connected to the vehicle electrical system.
  • the accumulator is in particular a traction accumulator which is designed as a high-voltage component.
  • the accumulator can be a lithium accumulator.
  • the accumulator can have a standard operating voltage (nominal voltage) of at least 750 volts or at least 950 volts, in particular in the amount of approx. 800 volts.
  • a consumer of the vehicle electrical system can be provided at the second DC voltage connection. This consumer has a different standard operating voltage (nominal voltage) than the accumulator, namely in particular essentially half (+ 25% or + -10%) of this.
  • the standard operating voltage (nominal voltage) of the consumer that is connected to the second DC voltage connection is essentially 400 or 420 volts, for example at least 350 volts and in particular not more than 500 or 600 volts.
  • the usual 400 volt components can be used here as consumers.
  • the maximum operating voltage (maximum voltage determined by the design) of the consumer is preferably more than 400 volts, for example approx. 420, 440 or in particular 450 volts. This is particularly the case with electrical heating elements, since their thermal inertia allows a brief higher voltage or higher power without causing damage to the consumer.
  • Electric air conditioning compressors or the like can also be used as a consumer that is connected to the second DC voltage connection.
  • the accumulator connected to the first DC voltage connection can generally be a first component, in particular a first consumer.
  • the accumulator represents a consumer during the charging process, for example.
  • the consumer connected to the second DC voltage connection can in particular generally be a second component or a second consumer. This consumer can also be referred to as a 400 volt consumer or 400 volt component.
  • the first DC voltage connection can be connected to the auxiliary consumer connection (via switches).
  • An accumulator can be connected (via switches) to the auxiliary consumer connection and (via further switches) to the first DC voltage connection.
  • the nominal voltage of the accumulator can essentially correspond to the voltage on correspond to the first DC voltage connection, in particular in the first mode; In the first mode, the voltage at the DC voltage connection can be adapted to a setpoint charging voltage of the accumulator via the first DC voltage converter. If the terminal voltage of the accumulator is above a limit, it can be connected to the auxiliary consumer connection, and in particular to the first DC voltage connection. If the terminal voltage of the accumulator is not above the limit, it can be connected to the first DC voltage connection, and in particular not to the auxiliary consumer connection. Switches for corresponding switching can be provided, which are controlled accordingly by the controller. The controller is designed to control these connections.
  • the component connected to the third DC voltage connection can be referred to as the third component.
  • an on-board network branch (as a fourth component) is connected to the third DC voltage connection.
  • the on-board network branch or the third component is also part of the vehicle on-board network.
  • the standard operating voltage of the on-board network branch or the third component is at least 750 volts or at least 950 volts, in particular approximately twice the standard operating voltage of the second consumer.
  • the standard operating voltage of the component connected to the third DC voltage connection (on-board network branch) can essentially correspond to the standard operating voltage of the first component (of the accumulator at the first DC voltage connection). However, different operating voltages with a deviation of a maximum of +/- 10% or a maximum of +/- 25% are possible.
  • the standard operating voltage is the voltage on which the design of the relevant component is based and can also be called the nominal voltage.
  • the component at the second DC voltage connection can have a nominal voltage of 400 volts or 420 volts, but is preferably designed for a maximum operating voltage that is higher, for example by at least 10% or at least 20%, so that the component is designed for a (short-term) Operation at a higher voltage of approx. 440 volts or 450 volts.
  • the consumer connected to the second DC voltage connection that is to say the second component, is preferably an electrical heating element. In particular, this is an electrical heating element
  • Exhaust gas aftertreatment device such as an electrically heated catalytic converter
  • a cooling circuit of power electronics such as a drive, a heating element of a cooling circuit of an interior heater or a window heater.
  • the on-board network branch connected to the third DC voltage connection can have a low-voltage voltage converter, in particular with downstream low-voltage components. These are designed in particular for a nominal voltage of 12 volts (or 24 or 48 volts).
  • the on-board network branch connected to the third DC voltage connection can be a 12-volt vehicle electrical system with the familiar 12-volt electronic components such as entertainment systems and on-board computers, or else safety-relevant electronics such as anti-lock braking systems, driver assistance systems, lighting and the like.
  • the first and second components that is, for example, an accumulator (in particular as a consumer in the charging mode of the accumulator) at the first DC voltage connection and a further consumer, for example a heating element, at the second DC voltage connection can be operated simultaneously by means of the switch.
  • the first and second DC voltage connection is alternately connected to and supplied by the DC voltage converter through the changeover switch, the respective duration and repetition rate of the connection of the corresponding DC voltage connection defining the effective power for the connected component.
  • the changeover switch can thus be operated according to a setpoint charging power for the accumulator and according to a setpoint power for the second consumer.
  • the changeover switch can in particular be switched over repeatedly, preferably periodically, the pulse duty factor defining the power output by the respective DC voltage connections.
  • the controller can be set up to weight the target charging power for the accumulator and weighting the target power set for the second consumer according to a priority specification. This can indicate whether an error between the target charging power and the actual charging power of the accumulator is to be minimized, or whether the difference between the target power and an actual power of the second consumer is to be minimized.
  • targets can also be specified that relate to both components and thus both services, for example a predetermined maximum deviation between the target and actual charging power and / or a maximum deviation between the target and actual output.
  • the priority specification can be time-controlled, for example with different times at which, on the one hand, the accumulator must be precharged and, on the other hand, the second consumer must have provided a certain amount of energy (amount of heat). For example, if a departure date is selected, the accumulator can already be fully charged one hour before this date, whereas the closer the departure time approaches, the priority is shifted towards the second consumer, i.e. towards electrical heating and at the expense of the charging power the majority of the power is delivered to the second consumer.
  • the controller can also be set up to set a pulse duty factor according to which the switch is switched over as a function of at least one of the weightings.
  • the changeover switch defines what proportion of the total power is delivered to the first direct voltage connection and what proportion (complementary thereto) is made by the power transmitted via the second direct voltage connection.
  • the pulse duty factor can be variable, for example in order to enable different priorities in terms of time, although operating states of the first and second components can also have an influence on the priority specification. For example, if the state of charge is below a minimum limit, the priority of the second consumer, that is to say of the heating element, can be shifted to the charging of the accumulator.
  • FIG. 1 serves to explain the vehicle electrical system described here and the vehicle-side charging circuit.
  • FIG. 1 shows a charging circuit with connected components K1, K2, K3, these being connected to an external one via an AC voltage connection
  • the AC voltage connection can be designed, for example, as a standardized charging socket.
  • the charging circuit connected to it has a rectifier, the AC voltage side of which is connected to the AC voltage connection.
  • the DC voltage side is connected to two DC voltage converters W1, W2 via a configuration circuit KS.
  • the rectifier is connected to the two DC voltage converters W1, W2 via the configuration circuit KS.
  • the configuration circuit has two switches which, in the closed state, connect the first two sides of the DC voltage converters W1, W2, that is to say the sides facing the rectifier G, in parallel to one another. Furthermore, a diode circuit comprising two series diodes D is part of the configuration circuit, the diodes making it possible to connect the first sides of the DC voltage converters W1, W2 in series with one another when the switches are open.
  • a first capacitor C1 is connected to the first side of the first DC voltage converter W1.
  • a second capacitor C2 is connected to the first side of the second DC voltage converter W2. These capacitors are used to smooth the voltage on the first sides of the DC voltage converters W1, W2.
  • the DC voltage converters W1, W2 also have second sides that face away from the rectifier G. Further capacitors C1, C2 are connected to these second sides in order to smooth the voltage on the second sides of the DC voltage converter. These capacitors can also be referred to as intermediate circuit capacitors. The same also applies to the capacitors C1, C2.
  • a changeover switch US is connected to the second side of the first DC voltage converter W1, via which a first DC voltage connection A1 can be selectively connected, or a second DC voltage connection A2.
  • a third DC voltage connection A3 is connected to the second side of the second DC voltage converter W2.
  • a secondary consumer connection is connected directly to the DC voltage side of the rectifier.
  • a first component K1 is connected to the first DC voltage connection A1.
  • the first component K1 can be an accumulator, for example a high-voltage accumulator, in particular an accumulator with a nominal voltage of approx. 800 volts or 850 volts.
  • a second component K2 is connected to the second connection A2. This is preferably a 400 volt component that is designed for a maximum operating voltage of 450 volts (even only temporarily). It can be a heating element or an electric air conditioning compressor.
  • the component K1 generally has a higher nominal voltage than the component K2, in particular a nominal voltage which is approximately twice as large, or which corresponds to only 180% or 190% of the nominal voltage of the second component K2.
  • the changeover switch is designed with two poles and provides a selectable connection of both potentials of the first DC voltage connection or both potentials of the second DC voltage connection A2.
  • the changeover switch can also have a third switching state or mode in which neither the first DC voltage connection nor the second DC voltage connection is connected to the first DC voltage converter W1.
  • a third component K3 is connected to the third DC voltage connection.
  • This is in particular a low-voltage voltage converter, for example a converter, on the second side of which (facing away from the second DC voltage converter) a nominal voltage of 12 volts is provided (or 24 volts or 48 volts).
  • the low-voltage DC voltage converter can have a first side which faces the second DC voltage converter W2 and which is provided for a nominal voltage of at least 800 volts or 950 volts.
  • a low-voltage on-board network branch can be provided which has such a low-voltage DC voltage converter which is connected directly to the third DC voltage connection A3.
  • the component K3 can thus be a placeholder for a low-voltage vehicle electrical system branch.
  • component K1 is also designed for (short-term) operating voltages above the relevant nominal voltage.
  • An accumulator in particular an 800 volt accumulator, is preferably connected to the first DC voltage connection.
  • a component which is designed for an operating voltage of approx. 400 V and which is designed for a maximum operating voltage of approx. 420 V or 450 V, for example a heating element, can be connected to the second DC voltage connection.
  • An accumulator would possibly be damaged when operated with a voltage above the nominal voltage, so that preferably no accumulator is connected to the second DC voltage connection.
  • the first rectifier is designed for an output of voltage on the side of the changeover switch in the amount of 800 V (as the upper voltage range) and also in the amount of 450 V (as the lower voltage range).
  • An electric drive can be connected to the auxiliary consumer connection (preferably via a circuit breaker device), in particular an inverter of an electric drive and possibly an electric machine connected to it, 800 volt components such as heating elements or air conditioning compressors designed for this purpose and / or a high-voltage accumulator with a nominal voltage of 800 volts.
  • a direct DC voltage charging connection can be connected to the auxiliary consumer connection (possibly via the isolating switch device). This is connected to the accumulator (preferably via its own isolating switch) in order to allow direct charging.
  • the accumulator can be charged via the first DC voltage converter W1, the changeover switch U and the first DC voltage connection (e.g. for precharging when the state of charge is below a limit lies), and can also be used over the Direct DC voltage charging connection are charged, preferably if the state of charge is not below the limit.
  • the changeover switch can be provided between the first and second DC voltage connections A1, A2 on the one hand and the second side of the first DC voltage converter W1.
  • a changeover switch device can be provided at the point marked with a cross, that is, in the parallel connection of the second sides of the DC voltage converters W1, W2.
  • the changeover switch can have two or preferably three switching positions, namely a first in which the first DC voltage terminal A1 is connected to the converter W1, a second state in which the second DC voltage terminal A1 is connected to the converter, and a third state in which neither of the two mentioned DC voltage connections is connected to the first converter.
  • the changeover switch device can also have two states in which the first or the second DC voltage connection is connected to the second side of the DC voltage converter, can have a further state in which neither of the two mentioned DC voltage connections is connected to the DC voltage converters W1, W2, and can also have a fourth state in which the second side of the first DC-DC converter W1 is separated from the second side of the second DC-DC converter W2. Otherwise, the second sides of the two DC voltage converters W1, W2 (two-pole) are connected to one another in parallel.

Abstract

Eine fahrzeugseitige Hochvolt-Ladeschaltung ist mit einem Wechselspannungsanschluss (WA), mindestens zwei galvanisch trennenden, als Aufwärtswandler ausgestaltete Gleichspannungswandlern (W1, W2) und einem Gleichrichter (G) ausgestattet, über den die Gleichspannungswandlern (W1, W2) mit dem Wechselspannungsanschluss (WA) verbunden sind, sowie mit einem Umschalter (US). Die Ladeschaltung weist einen ersten und einen zweiten Gleichspannungsanschluss (A1, A2) auf, die über den Umschalter (US) auswählbar mit dem ersten Gleichspannungswandler (W1) verbunden sind. Die Ladeschaltung weist einen dritten Gleichspannungsanschluss (A3) auf, der permanent mit dem zweiten Gleichspannungswandler verbunden ist, wobei die Ladeschaltung ferner eine Steuerung (S) aufweist, die eingerichtet ist, in einem ersten Modus die Gleichspannungswandler gemäß einer ersten Soll-Ausgangsspannung anzusteuern, die minimal 750 V und maximal 1000 V beträgt, und in einem zweiten Modus gemäß einer zweiten Soll-Ausgangsspannung anzusteuern, die maximal 480 V oder maximal 450 V beträgt. Ferner wird ein Fahrzeugbordnetz mit einer fahrzeugseitigen Hochvolt-Ladeschaltung beschrieben.

Description

Beschreibung
Fahrzeugseitige Hochvolt-Ladeschaltung und Fahrzeugbordnetz
Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, d.h. sogenannte Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge, verfügen über einen Akkumulator zum Speisen des elektrischen Antriebs des Fahrzeugs. Ferner bestehen weitere elektrische Komponenten wie elektrische Heizelemente oder Elektronik, die mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Ferner besteht bei sogenannten Plug-in-Fahrzeugen die Möglichkeit, über mindestens einen elektrischen Anschluss das Fahrzeug von außen zu laden. Um dies möglichst schnell durchführen zu können, bestehen Ansätze, Akkumulatoren mit hoher Nennspannung von mehr als 400 Volt, etwa in der Höhe von 600 Volt oder insbesondere 800 Volt oder 1000 Volt zu verwenden.
Andere Komponenten sind für hiervon abweichende Spannungen ausgelegt, beispielsweise für Spannungen von 400 Volt, wobei zudem noch Niedervolt-Komponenten bestehen, die für Nennspannungen von beispielsweise 12 Volt ausgelegt sind. Um die oben genannten Funktionen realisieren zu können, unter Berücksichtigung der genannten Vielzahl von verschiedenen Spannungsniveaus innerhalb desselben Bordnetzes können zahlreiche Gleichspannungswandler und auch weitere Komponenten zur Verknüpfung der Bordnetzabschnitte mit unterschiedlicher Nennspannung verwendet werden. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich die genannten Funktionen und unterschiedlichen Spannungsniveaus im Fahrzeugbordnetz kostenbewusst mit einer geringeren Anzahl von Komponenten darstellen lassen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Figur 1.
Es wird vorgeschlagen, eine fahrzeugseitige Hochvolt-Ladeschaltung mit einem Gleichrichter auszuführen, an dem zwei Gleichspannungswandler angeschlossen sind. Über einen Umschalter lassen sich an einen dieser Gleichspannungswandler je nach Modus (bzw. Schalzustand des Umschalters) unterschiedliche Komponenten oder Bordnetzzweige anschließen, die unterschiedliche Spannungsniveaus aufweisen. Ein weiterer Gleichspannungsanschluss ist nicht über den Gleichspannungswandler, sondern direkt an den Gleichrichter angeschlossen, um so eine Möglichkeit des Anschlusses von weiteren Komponenten (mit eigenem Spannungsniveau) zu ermöglichen. Durch den Umschalter können daher verschiedene Komponenten mit elektrischer Energie versorgt werden, ohne dass es eines weiteren Wandlers bedarf. Auch der direkte Anschluss an die Gleichspannungsseite des Gleichrichters ermöglicht die Darstellung eines Gleichspannungsniveaus, wobei gleichzeitig die Wandler durch diese Art der Spannungsversorgung nicht belastet werden und auch andere Spannungen als die Wandlerspannungen zu Versorgung angeboten werden können.
Es wird daher eine fahrzeugseitige Hochvolt-Ladeschaltung vorgeschlagen, die über einen Wechselspannungsanschluss, mindestens zwei Gleichspannungswandler und einen Gleichrichter verfügt. Die Gleichspannungswandler sind galvanisch trennend und umfassen vorzugsweise einen Transformator, mittels dem die galvanische Trennung durchgeführt wird. Insbesondere sind die Gleichspannungswandler als Aufwärtswandler ausgestaltet. Die Gleichspannungswandler weisen hierbei eine erste Seite auf, die mit dem Gleichrichter (insbesondere dessen Gleichspannungsseite) verbunden ist, und eine zweite Seite, die der ersten Seite bzw. dem Gleichrichter abgewandt ist. Die Gleichspannungswandler sind derart als Aufwärtswandler ausgestaltet, dass eine Spannung an der ersten Seite von den Gleichspannungswandlern übertragen werden kann an die jeweilige zweite Seite, wobei die Spannung an der zweiten Seite größer ist als die an der ersten Seite. Die Gleichspannungswandler sind über den Gleichrichter mit dem Wechselspannungsanschluss verbunden. Hierbei sind insbesondere die ersten Seiten der Gleichspannungswandler mit dem Gleichrichter verbunden. Die Ladeschaltung weist ferner einen Umschalter auf sowie einen ersten und einen zweiten Gleichspannungsanschluss. Diese sind mit dem Umschalter verbunden. Der erste und der zweite Gleichspannungsanschluss sind über den Umschalter auswählbar mit dem Gleichspannungswandler verbunden. Der Umschalter verbindet somit wahlweise den ersten Gleichspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungswandler oder dem zweiten Gleichspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungswandler. In verschiedenen Modi sind unterschiedliche Gleichspannungsanschlüsse (über den Umschalter) mit dem ersten Gleichspannungswandler verbunden, wobei auch der Gleichspannungswandler bei verschiedenen Modi verschiedene Übersetzungsverhältnisse bzw. verschiedene Spannungen an den jeweiligen Gleichspannungsanschluss (der über den Umschalter an den ersten Gleichspannungswandler angeschlossen ist) abgibt. Über den Umschalter können somit die Gleichspannungsanschlüsse auswählbar mit dem Gleichspannungswandler verbunden werden, wobei sich dies mit verschiedenen Ausgangsspannungen des ersten Gleichspannungswandlers kombinieren lässt, um so an den verschiedenen Gleichspannungsanschlüssen verschiedene Nennspannungen bereithalten zu können. Dies dient zur Versorgung von Komponenten bzw. Bordnetzzweigen, die unterschiedliche Nennspannungen bzw. Betriebsspannungen haben. Dadurch lassen sich Komponenten bzw. Bordnetzzweige verschiedener Nennspannungen bzw. Betriebsspannungen mit verschiedenen Spannungen versorgen, wobei hierbei der erste Gleichspannungswandler für verschiedene Betriebsspannungen bzw. zur Versorgung verschiedener Komponenten oder Bordnetzzweige verwendet werden kann. Es ist auch ein weiterer Modus („Trennmodus“) denkbar, bei dem der Umschalter etwa aus Sicherheitsgründen keinen der beiden Gleichspannungsanschlüsse mit dem ersten Gleichspannungswandler verbindet, entsprechend einer offenen Schaltposition.
Die Ladeschaltung weist einen dritten Gleichspannungsanschluss auf. Dieser ist mit dem zweiten Gleichspannungswandler verbunden. Hierbei ist die Verbindung vorzugsweise permanent, beispielsweise um einen Bordnetzzweig oder eine Komponente zu versorgen, die dauerhaft, insbesondere aus Sicherheitsgründen versorgt werden muss. Beispielsweise kann mittels des dritten Gleichspannungsanschlusses und des daran angeschlossenen zweiten Gleichspannungswandlers ein Niedervoltbordnetzzweig versorgt werden. Hierbei würde an sich den dritten Gleichspannungsanschluss ein Niederspannungswandler anschließen, der eingerichtet ist, aus der von dem Gleichrichter erzeugten Spannung eine Spannung für den Niedervoltbordnetzzweig zu erzeugen, beispielsweise in der Höhe von ca. 12 V (oder auch 24 V oder 48V).
Die Ladeschaltung weist vorzugsweise ferner eine Steuerung auf. Diese ist eingerichtet, in einem ersten Modus die Gleichspannungswandler (das heißt den ersten und den zweiten Gleichspannungswandler) gemäß einer ersten Soll-Ausgangsspannung anzusteuern, die minimal 750 Volt (oder minimal 650 V) und maximal 1000 Volt (oder maximal 1200 V) beträgt, beispielsweise ca. 800 Volt. Die Steuerung ist ferner eingerichtet, in einem zweiten Modus die Gleichspannungswandler gemäß einer zweiten Soll-Ausgangsspannung anzusteuern, die ca. die Hälfte (+- 25% oder +10%) hiervon beträgt, beispielsweise maximal 480 Volt oder maximal 450 Volt. Ein an dem dritten Gleichspannungsanschluss angeschlossener Niederspannungswandler ist eingerichtet, sowohl aus dem erstgenannten, höheren Spannungsbereich als auch aus dem zweitgenannten, niedrigeren Spannungsbereich eine Niedervoltspannung zu erzeugen, beispielsweise ca. 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt.
Die erste Soll-Ausgangsspannung beträgt minimal 750 Volt (oder minimal 560 V). Die erste Soll-Ausgangspannung kann ferner maximal 1000 Volt oder auch maximal 1100 Volt oder 1200 V betragen, um beispielsweise einen Akkumulator oder einen Hochvolt-Bordnetzzweig zu versorgen, d.h. allgemein eine Komponente, die zumindest in einem Zustand eine hohe Spannung von mindestens 750 Volt erfordert, d.h. deren Betriebsspannungsbereich einen Abschnitt aufweist, der minimal 750 Volt beträgt. Die betreffende Komponente ist ausgelegt, in zumindest einem Zustand mit einer Betriebsspannung von minimal 750 Volt (oder 650 V) zu arbeiten. Dies ist insbesondere der Fall bei einem Akkumulator mit einer Nennspannung von 800 Volt, etwa um diesen vollständig aufzuladen und den maximalen Ladezustand zu erreichen. In dem ersten Modus verbindet der Umschalter den ersten Gleichspannungswandler mit dem ersten Gleichspannungsanschluss.
In dem zweiten Modus hat der Umschalter vorzugsweise einen anderen Schaltzustand als im ersten Modus. Dadurch kann die geringere Spannung, die maximal 480 Volt oder maximal 450 Volt beträgt, dem zweiten Gleichspannungsanschluss über den Umschalter zugeführt werden, sodass an dem zweiten Gleichspannungsanschluss eine Komponente oder ein Bordnetzzweig vorgesehen sein kann, der mit maximal 480 Volt oder maximal 450 Volt versorgt werden kann (d.h. ausgelegt für eine Maximal-Betriebsspannung = 480 Volt oder 450 Volt), der jedoch nicht zum Betrieb mit 650 Volt oder 750 Volt oder mehr ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise der Fall für elektrische Heizelemente, die etwa eine Nennspannung von 400 Volt aufweisen, die jedoch auch zerstörungsfrei mit einer Spannung von 450 oder 480 Volt betrieben werden können, das heißt Komponenten, deren maximal zulässige Betriebsspannung 10%, 15% oder 20% über der Nenn-Betriebsspannung liegt. Bei Heizelementen ist dies möglich, da aufgrund ihrer thermischen Trägheit eine kurzzeitig höhere Leistung akzeptabel ist. Auch ein elektrisch betriebener Klimakompressor kommt hierbei in Frage. In dem zweiten Modus verbindet der Umschalter den zweiten Gleichspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungswandler.
Vorzugsweise umfasst die Ladeschaltung auch eine Konfigurationsschaltung. Die Gleichspannungswandler sind über diese Konfigurationsschaltung mit dem Gleichrichter verbunden. Die Konfigurationsschaltung ist eingerichtet, die Gleichspannungswandler parallel (in einer ersten Konfiguration) oder seriell (in einer zweiten Konfiguration) miteinander und derart auch mit dem Gleichrichter zu verbinden. Die Konfigurationsschaltung ist somit eingerichtet, in einer ersten Konfiguration die dem Gleichrichter zugewandten Seiten der Gleichspannungswandler (= deren erste Seiten) parallel miteinander zu verbinden und die Gleichspannungswandler mit dem Gleichrichter parallel zu verbinden. Die Konfigurationsschaltung ist ferner eingerichtet, in einer zweiten Konfiguration die dem Gleichrichter zugewandten Seiten der Gleichspannungswandler (= erste Seiten) seriell miteinander zu verbinden. Diese sich ergebene Seriellschaltung wird mit dem Gleichrichter verbunden, wobei insbesondere die Enden der sich ergebenden Seriellschaltung parallel an dem Gleichrichter angeschlossen werden. Die Gleichspannungswandler werden somit in dieser Seriellkonfiguration mit dem Gleichrichter verbunden, wenn die zweite Konfiguration von der Konfigurationsschaltung vorgesehen ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Parallelkonfiguration eingestellt wird (insbesondere von der Steuerung), wenn die Gleichspannungsseite des Gleichrichters eine Spannung unter einer vorgegebenen Grenze abgibt, und die Seriellkonfiguration eingestellt wird, wenn der Gleichrichter eine Gleichspannung abgibt, die größer als diese Grenze ist. Im erstgenannten Fall kann beispielsweise durch einphasiges Laden über den Gleichrichter eine vergleichsweise geringe Spannung erzeugt werden, die unter einer Maximaleingangsspannung der Gleichrichter liegt. Bei dreiphasigem Laden ergibt sich eine höhere Spannung an der Gleichspannungsseiet des Gleichrichters, sodass dann eine Seriellkonfiguration eingestellt werden kann, wobei die ersten Seiten der Gleichspannungswandler sowie ggf. daran angeschlossene Zwischenkreiskondensatoren dann jeweils nur die Hälfte der von dem Gleichrichter abgegebenen Spannung erhält. Diese liegt dann durch die Halbierung der Spannung (aufgrund der Seriellschaltung) unter der Maximaleingangsspannung der Gleichrichter. Die Maximaleingangsspannung der Gleichrichter bezieht sich auf die jeweilige erste Seite, das heißt die Seite, die mit dem Gleichrichter verbunden ist.
Die Konfigurationsschaltung kann zwei Schalter umfassen, die jeweils ein Potential der ersten Seite der Wandler miteinander verbindet, um so eine Parallelschaltung (für beide Potentiale) vorzusehen. Zudem kann die Konfigurationsschaltung einen weiteren Schalter oder eine Diode oder eine Diodenschaltung aufweisen, mittels der die Potentiale der ersten Seiten der Gleichspannungswandler seriell miteinander verbunden werden, insbesondere wenn die zur Parallelschaltung vorgesehenen Schalter offen sind. Eine Diodenschaltung kann zwei seriell geschaltete Dioden aufweisen, deren Verbindungspunkt vorzugsweise mit einem Neutrallleiteranschluss des Wechselspannungsanschlusses verbunden ist.
Bei der Umschaltung von serieller auf paralleler Konfiguration können parasitäre Kapazitäten und/oder Zwischenkreiskondensatoren auf die Spannung vorgeladen werden, die sich bei geänderter Konfiguration ergibt, insbesondere bevor die Konfiguration mittels der Schalter eingestellt wird. Die entsprechende Vorladung bzw. Entladung verringert signifikant einen Ladungsausgleich („inrush-current“), der sich durch die geänderte Spannung aufgrund der geänderten Konfiguration ergibt. Hierzu sind verschiedene Möglichkeiten der Vorladung oder Entladung denkbar. Die Steuerung kann eingerichtet sein, einen Niederspannungswandler, der über einen der Gleichspannungswandler (insbesondere der zweite) mit dem Gleichrichter verbunden ist, bei einer Änderung zwischen den zwei Konfigurationen anzusteuern, Kapazitäten umzuladen, die an den Gleichspannungswandler angeschlossen sind bzw. an der ersten oder zweiten Seite der Gleichspannungswandler vorhanden sind. Dies können Kapazitäten (Zwischenkreiskondensatoren und/oder parasitäre Kapazitäten) sein an der ersten Seite (oder zweiten Seite) der Gleichspannungswandler oder an der Gleichspannungsseite des Gleichrichters. Insbesondere können dies Kapazitäten sein, die auf der Seite des Gleichrichters oder auf der Seite des Gleichspannungswandlers, von der Konfigurationsschaltung aus gesehen, liegen. Insbesondere betrifft dies eine Zwischenkreiskapazität an der Gleichspannungsseite des Gleichrichters, das heißt eine Zwischenkreiskapazität zwischen dem Gleichrichter und der Konfigurationsschaltung. Eine entsprechende Umladung wird vorzugsweise immer dann ausgeführt, wenn sich der Ladezustand wechselspannungsseitig ändert, das heißt wenn zwischen den folgenden Zuständen ein Zustandsübergang durchgeführt wird: einphasiges Laden, mehrphasiges Laden und kein Laden, insbesondere bei Übergängen zwischen den Zuständen: einphasiges Laden oder mehrphasiges Laden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung eingerichtet sein, eine Ladungsübertragungschaltung zwischen Kondensatoren beiderseits der Gleichspannungswandler zur Übertragung von Ladung anzusteuern bzw. zu aktivieren. Eine entsprechende Ladungsübertragungsschaltung kann passiv sein und beispielsweise einen Schalter und einen Widerstand umfassen, oder kann aktiv sein im Sinne eines (vorzugsweise bidirektionalen) Wandlers zum Ladungsausgleich zwischen Kondensatoren beiderseits der Konfigurationsschaltung oder zwischen Kondensatoren unterschiedlicher Gleichspannungswandler. Ferner kann die Steuerung eingerichtet sein, eine Entladungsschaltung an Kondensatoren zu aktivieren, wobei dies Kondensatoren betrifft, die an den Gleichspannungswandlern angeschlossen sind. Insbesondere kann eine wie oben erwähnte Ladungsübertragungsschaltung vorgesehen sein, die zwischen Kondensatoren beiderseits der Gleichspannungswandler vorliegen. Es kann auch eine Ladungsübertragungschaltung vorgesehen sein, die eingerichtet ist zur passiven oder aktiven Vorladung oder Entladung eines Kondensators, der an die Gleichspannungsseite des Gleichrichters angeschlossen ist.
Die Gleichspannungswandler können gleich ausgebildet sein. Hierbei sind die Gleichspannungswandler insbesondere mit der gleichen Nennleistung ausgebildet, vorzugsweise auch mit gleichen Bauelemente, die auch die gleiche Auslegung aufweisen. Insbesondere haben die Gleichspannungswandler den gleichen Eingangsspannungsbereich und den gleichen Ausgangsspannungsbereich sowie Transistoren mit demselben Übersetzungsverhältnis. Zudem können die Gleichspannungswandler den gleichen Nennstrom oder Maximalstrom aufweisen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass zumindest der mit dem Umschalter verbundene Gleichspannungswandler, das heißt der erste Gleichspannungswandler, bidirektional ausgestaltet ist. Die Steuerung kann eingerichtet sein, denn mit dem Umschalter verbundenen Gleichspannungswandler in dem ersten Modus anzusteuern, eine Spannung an der Seite dieses Gleichspannungswandlers zu erzeugen, die mit dem Gleichrichter verbunden ist.
Es kann ein Nebenverbraucheranschluss an derjenigen Seite des Gleichrichters vorgesehen sein, die mit dem Gleichspannungswandler verbunden ist, das heißt an der Gleichspannungsseite des Gleichrichters. Dadurch kann an dem Nebenverbraucheranschluss die Spannung abgegriffen werden, die über die Konfigurationsschaltung auch (vollständig oder teilweise) an den ersten Seiten der Gleichspannungswandler anliegt. Die Steuerung kann eingerichtet sein, einen der Gleichspannungswandler (insbesondere den ersten) anzusteuern, eine Spannung an der zweiten Seite in eine Spannung an der ersten Seite zu wandeln, die dann (direkt oder über die Konfigurationsschaltung) dem Nebenverbraucheranschluss zugeführt wird. Ist beispielsweise ein Akkumulator an einer dem Gleichrichter abgewandten Seite eines Gleichspannungswandlers angeschlossen, dann kann dieser über den betreffenden Gleichspannungswandler und ggf. über den Umschalter Energie abgeben an den Nebenverbraucheranschluss, das heißt an die Gleichspannungsseite des Gleichrichters. Dies gilt insbesondere für den ersten Gleichspannungswandler. Ein weiterer Aspekt ist es, dass auch der Gleichrichter bidirektional ausgebildet sein kann und eingerichtet sein kann, eine Gleichspannung, die an der Gleichspannungsseite des Gleichrichters anliegt, in eine Wechselspannung zur Rückspeisung über den Wechselspannungsanschluss zu erzeugen. Hierbei kann elektrische Energie über den ersten Gleichspannungsanschluss, den zweiten Gleichspannungsanschluss oder den Nebenverbraucheranschluss eingespeist werden; die Steuerung ist zur Steuerung der betreffenden Energieübertragung eingerichtet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der erste Gleichspannungsanschluss an einem Akkumulator angeschlossen ist, wobei der daran angeschlossene erste Gleichspannungswandler eingerichtet sein kann, die Spannung von der zweiten Seite des Wandlers in eine Spannung auf der ersten Seite (mit dem Gleichrichter verbunden) des Wandlers zu wandeln, um so über den Nebenverbraucheranschluss mindestens einen Nebenverbraucher speisen zu können. Über den zweiten Gleichspannungswandler kann ein Niederspannungsbordnetzzweig über ein Niederspannungswandler angeschlossen sein. Die Steuerung kann ausgebildet sein, diesen anzusteuern, elektrische Energie von dem Niederspannungsbordnetzzweig an dem Nebenverbraucheranschluss, die erste Seite des zweiten Gleichspannungswandlers oder die Gleichspannungsseite des Gleichrichters zu übertragen, um dort vorhandene Kapazitäten (Zwischenkreiskondensatoren und/oder parasitäre Kapazitäten) bei einer anstehenden Konfigurationsänderung auf die zu erwartende, neue Spannung umzuladen, insbesondere bevor die Konfigurationsschaltung ihren Zustand ändert (gesteuert von der Steuerung). An den zweiten Gleichspannungsanschluss kann eine Komponente oder ein Bordnetzzweig angeschlossen werden, wobei diese Komponente vorzugsweise kein Akkumulator ist und der angeschlossene Bordnetzzweig keinen Akkumulator aufweist, insbesondere ein elektrisches Heizelement oder ein elektrisch betriebener Klimakompressor.
Die zweiten Seiten der Gleichspannungswandler, das heißt die dem Gleichrichter abgewandten Seiten, können dauerhaft oder über ein Schaltelement parallel miteinander verbunden sein. Hierbei ist jeweils ein Potential eines Gleichspannungswandlers mit dem anderen Potential schaltbar verbunden; das Schaltelement kann somit zweipolig ausgestaltet sind. Der Umschalter kann kombiniert werden mit einem derartigen Schaltelement. Weiterhin ist es möglich, dass der Umschalter nicht zwischen der zweiten Seite des ersten Gleichspannungswandlers und den beiden Gleichspannungsanschlüssen vorgesehen ist, sondern sowohl zwischen den zweiten Seiten der Gleichspannungswandler einerseits als auch zwischen den Gleichspannungsanschlüssen und beiden zweiten Seiten der Gleichspannungswandler. Anstatt oder in Kombination mit dem Umschalter, der die Gleichspannungsanschlüsse auswählbar mit der zweiten Seite des ersten Gleichspannungswandlers verbindet, kann eine Umschaltervorrichtung vorgesehen sein, die die Verbindungen zur Parallelschaltung der zweiten Seiten der Gleichspannungswandler auswählbar mit dem ersten und dem zweiten Gleichspannungsanschluss verbindet. Es kann vorgesehen sein, dass diese Umschaltervorrichtung ferner die Funktion oder ein Schaltelement aufweist, das es ermöglicht, die Parallelschaltung zwischen den zweiten Seiten der Gleichspannungswandler gezielt zu öffnen oder herzustellen. Es kann daher zusätzlich oder zu dem Umschalter oder anstatt des Umschalters eine Umschaltervorrichtung vorgesehen sein, die die Seite des ersten Gleichspannungswandlers, welche dem Gleichrichter abgewandt ist, schaltbar mit der Seite des zweiten Gleichspannungswandlers verbindet, die dem Gleichrichter abgewandt ist, und die alternativ oder zusätzlich auswählbar diese dem Gleichrichter abgewandte Seite des ersten Gleichspannungswandlers mit dem ersten oder dem zweiten Gleichspannungsanschluss verbindet. Bei geöffneter Parallelschaltung der zweiten Seiten der Gleichspannungswandler können die Gleichspannungswandler von der Steuerung mit unterschiedlichen Betriebsmodi (gleichzeitig) angesteuert werden. Dies betrifft insbesondere Betriebsmodi mit unterschiedlichen Ausgangsspannungen oder Wandlerleistungen oder Tastverhältnissen zur Taktung innerhalb der Gleichspannungswandler. Auch die Umschaltervorrichtung ist zweipolig ausgestaltet. Die dem Gleichrichter abgewandte Seite des ersten bzw. zweiten Gleichspannungswandlers wird auch als zweite Seite des betreffenden Gleichspanungswandlers bezeichnet. Die entgegengesetzte Seite des Gleichspannungswandlers, das heißt die Seite, die dem Gleichrichter zugewandt ist, wird als erste Seite des betreffenden Gleichspannungswandlers bezeichnet.
Der Umschalter und/oder die Umschaltervorrichtung kann als Schaltelement elektromechanische Schaltelemente umfassen, vorzugsweise werden jedoch Halbleiter-Schaltelemente zur Darstellung des Umschalters bzw. der Umschaltervorrichtung verwendet. Es ist auch denkbar, dass sowohl elektromechanische Schaltelemente als auch Halbleiter-Schaltelemente verwendet werden, wobei dies insbesondere für die Umschaltervorrichtung gilt, wobei dann vorzugsweise die Parallelverbindung zwischen den zweiten Seiten der Gleichspannungswandler mittels elektromechanischer Schaltelemente geschaltet wird, und die wählbare Verbindung zwischen dem (ersten) Gleichspannungswandler und den Gleichspannungsanschlüssen mittels Halbleiterschaltelementen schaltbar dargestellt ist. Die Halbleiterschaltelemente sind vorzugsweise Transistoren, insbesondere MOSFETs oder IGBTs. Die Transistoren können einzeln als Schaltelemente des Umschalters oder der Umschaltervorrichtung verwendet werden, oder können beispielsweise als Paar antiseriell geschalteter Transistoren vorgesehen werden, insbesondere wenn Transistoren mit Body-Dioden verwendet werden. Der Umschalter bzw. die Umschaltervorrichtung verbindet im ersten Modus den ersten Gleichspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungswandler und im zweiten Modus den zweiten Gleichspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungswandler. Die Steuerung ist eingerichtet, den Umschalter bzw. die Umschaltervorrichtung entsprechend anzusteuern.
Ferner wird ein Fahrzeugbordnetz mit einer Ladeschaltung beschrieben, wie sie hierin dargestellt ist. An den ersten Gleichspannungsanschluss ist hierbei ein Akkumulator des Fahrzeugbordnetzes angeschlossen. Der Akkumulator ist insbesondere ein Traktionsakkumulator, der als Hochvolt-Komponente ausgebildet ist. Der Akkumulator kann ein Lithium-Akkumulator sein. Der Akkumulator kann eine Norm-Betriebsspannung (Nennspannung) von mindestens 750 Volt oder mindestes 950 Volt aufweisen, insbesondere in Höhe von ca. 800 Volt. An dem zweiten Gleichspannungsanschluss kann ein Verbraucher des Fahrzeugbordnetzes vorgesehen sein. Dieser Verbraucher weist eine andere Norm-Betriebsspannung (Nennspannung) als der Akkumulator auf, nämlich insbesondere im Wesentlichen die Hälfte (+25% oder +-10%) hiervon. Die Norm-Betriebsspannung (Nennspannung) des Verbrauchers, der am zweiten Gleichspannungsanschluss angeschlossen ist, beträgt im Wesentlichen 400 oder 420 Volt, beispielsweise mindestens 350 Volt und insbesondere nicht mehr als 500 oder 600 Volt. Es können hierbei als Verbraucher übliche 400 Volt-Komponenten eingesetzt werden. Zudem ist die Maximal-Betriebsspannung (durch Auslegung festgelegte Maximalspannung) des Verbrauchers (auch nur temporär) vorzugsweise mehr als 400 Volt, beispielsweise ca. 420, 440 oder insbesondere 450 Volt. Dies ist insbesondere der Fall bei elektrischen Heizelementen, da deren thermische Trägheit eine kurzzeitige höhere Spannung bzw. höhere Leistung erlaubt, ohne dass Schäden am Verbraucher entstehen. Es können als Verbraucher, der am zweiten Gleichspannungsanschluss angeschlossen ist, auch elektrische Klimakompressoren verwendet werden, oder Ähnliches.
Der an den ersten Gleichspannungsanschluss angeschlossene Akkumulator kann allgemein eine erste Komponente sein, insbesondere ein erster Verbraucher. Der Akkumulator stellt beispielsweise beim Ladevorgang einen Verbraucher da. Der am zweiten Gleichspannungsanschluss angeschlossene Verbraucher kann insbesondere allgemein eine zweite Komponente bzw. ein zweiter Verbraucher sein. Dieser Verbraucher kann auch als 400 Volt-Verbraucher oder 400 Volt-Komponente bezeichnet werden. Der ersten Gleichspannungsanschluss kann (über Schalter) mit dem Nebenverbraucheranschluss verbunden sein. Ein Akkumulator kann (über Schalter) mit dem Nebenverbraucheranschluss sowie (über weitere Schalter) mit dem ersten Gleichspannungsanschluss verbunden sein. Die Nennspannung des Akkumulators kann im Wesentlichen der Spannung am ersten Gleichspannungsanschluss entsprechen, insbesondere im ersten Modus; in ersten Modus kann die Spannung am Gleichspannungsanschluss über den ersten Gleichspannungswandler an eine Soll- Ladespannung des Akkumulators angepasst werden. Liegt die Klemmenspannung des Akkumulators über eine Grenze, so kann dieser mit dem Nebenverbraucheranschluss verbunden sein, und insbesondere mit dem ersten Gleichspannungsanschluss. Liegt die Klemmenspannung des Akkumulators nicht über der Grenze, so kann dieser mit dem ersten Gleichspannungsanschluss verbunden sein, und insbesondere nicht mit dem Nebenverbraucheranschluss. Es können Schalter zur entsprechenden Umschaltung vorgesehen sein, die von der Steuerung entsprechend angesteuert werden. Die Steuerung ist für das Steuern dieser Verbindungen ausgestaltet.
Die am dritten Gleichspannungsanschluss angeschlossene Komponente kann als dritte Komponente bezeichnet werden. Hierbei wird insbesondere ein Bordnetzzweig (als vierte Komponente) an den dritten Gleichspannungsanschluss angeschlossen. Der Bordnetzzweig bzw. die dritte Komponente ist auch Teil des Fahrzeugbordnetzes. Die Norm-Betriebsspannung des Bordnetzzweigs bzw. der dritten Komponente beträgt mindestens 750 Volt oder mindestens 950 Volt, insbesondere ungefähr das Doppelte der Norm-Betriebsspannung des zweiten Verbrauchers. Die Norm-Betriebsspannung der an den dritten Gleichspannungsanschluss angeschlossen Komponente (Bordnetzzweig), kann im Wesentlichen der Norm-Betriebsspannung der ersten Komponente (des Akkumulators am ersten Gleichspannungsanschluss) entsprechen. Es sind jedoch unterschiedliche Betriebsspannungen mit Abweichung von maximal +/- 10% oder maximal +/- 25% möglich. Mit Norm-Betriebsspannung wird die Spannung bezeichnet, die der Auslegung der betreffenden Komponente zugrunde liegt und kann auch als Nennspannung bezeichnet werden. Die Komponente am zweiten Gleichspannungsanschluss kann eine Nennspannung von 400 Volt oder 420 Volt aufweisen, ist jedoch vorzugsweise für eine Maximal-Betriebsspannung ausgelegt, die höher liegt, beispielsweise um mindestens 10% oder mindestens 20%, sodass die Komponente ausgebildet ist für einen (kurzzeitigen) Betrieb bei einer höheren Spannung von ca. 440 Volt oder 450 Volt. Der an dem zweiten Gleichspannungsanschluss angeschlossene Verbraucher, das heißt die zweite Komponente, ist vorzugsweise ein elektrisches Heizelement. Insbesondere ist dies ein elektrisches Heizelement einer
Abgasnachbehandlungseinrichtung (etwa eines elektrisch beheizten Katalysators), eines Kühlkreislaufs einer Leistungselektronik, etwa eines Antriebs, ein Heizelement eines Kühlkreislaufs einer Innenraumheizung oder einer Scheibenheizung. Der an den dritten Gleichspannungsanschluss angeschlossene Bordnetzzweig, das heißt die dritte Komponente, kann einen Niedervolt-Spannungswandler aufweisen, insbesondere mit nachgeschalteten Niedervolt-Komponenten. Diese sind insbesondere für eine Nennspannung von 12 Volt (oder auch von 24 oder 48 Volt) ausgebildet. Dadurch kann der an dem dritten Gleichspannungsanschluss angeschlossene Bordnetzzweig ein 12 Volt-Fahrzeugbordnetz sein mit den bekannten 12 Volt-Elektronikkomponenten wie Entertainmentsystem und Bordcomputer, oder auch sicherheitsrelevante Elektronik wie Antiblockiersystem, Fahrassistenzsysteme, Beleuchtung und Ähnliches.
Ein Aspekt ist es, dass mittels der Ladeschaltung bzw. mittels des Fahrzeugbordnetzes die erste und die zweite Komponente, das heißt beispielsweise ein Akkumulator (insbesondere als Verbraucher im Lademodus des Akkumulators) am ersten Gleichspannungsanschluss und ein weiterer Verbraucher, etwa ein Heizelement, am zweiten Gleichspannungsanschluss mittels der Umschalter gleichzeitig betrieben werden können. Hierbei wird abwechselnd durch den Umschalter der erste und der zweite Gleichspannungsanschluss an den Gleichspannungswandler angebunden und von diesem versorgt, wobei die jeweilige Dauer und Wiederholrate des Anschließens des entsprechenden Gleichspannungsanschlusses die effektive Leistung für die angeschlossene Komponente definiert. Hierbei kann somit der Umschalter gemäß einer Soll-Ladeleistung für den Akkumulator sowie gemäß einer Soll-Leistung für den zweiten Verbraucher betrieben werden. Der Umschalter kann insbesondere wiederholt, vorzugsweise periodisch, umgeschaltet werden, wobei das Tastverhältnis die von den jeweiligen Gleichspannungsanschlüssen abgegebene Leistung definiert. Die Steuerung kann hierbei eingerichtet sein, eine Gewichtung der Soll-Ladeleistung für den Akkumulator und eine Gewichtung der Soll-Leistung für den zweiten Verbraucher gemäß einer Prioritätsvorgabe einzustellen. Diese kann angeben, ob ein Fehler zwischen Soll-Ladeleistung und Ist-Ladeleistung des Akkumulators zu minimieren ist, oder die Differenz zwischen der Soll-Leistung und einer Ist-Leistung des zweiten Verbrauchers zu minimieren ist. Es können jedoch auch Ziele vorgegeben werden, die beide Komponenten und somit beide Leistungen betreffen, etwa eine vorgegebene Maximalabweichung zwischen Soll- und Ist-Ladeleistung und/oder eine Maximalabweichung zwischen Soll- und Ist-Leistung. Zudem kann die Prioritätsvorgabe zeitlich gesteuert sein, etwa mit verschiedenen Zeitpunkten, zu denen zum einen der Akkumulator vorgeladen sein muss und zum anderen der zweite Verbraucher eine bestimmte Energiemenge (Wärmemenge) erbracht haben muss. So kann beispielsweise, wenn ein Abfahrtsdatum gewählt ist, der Akkumulator bereits eine Stunde vor diesem Datum vollgeladen sein, wohingegen dann, je näher der Abfahrtszeitpunkt rückt, die Priorität in Richtung zweiten Verbraucher, das heißt in Richtung elektrischer Heizung verschoben wird und zu Lasten der Ladeleistung der Großteil der Leistung an den zweiten Verbraucher abgegeben wird. Die Steuerung kann zudem eingerichtet sein, ein Tastverhältnis, gemäß dem der Umschalter umgeschaltet wird, abhängig von zumindest einem der Gewichtungen einzustellen. Der Umschalter definiert, welchen Anteil an der Gesamtleistung an den ersten Gleichspannungsanschluss abgegeben wird, und welchen Anteil (komplementär hierzu) die über den zweiten Gleichspannungsanschluss übertragene Leistung hat. Wie erwähnt kann das Tastverhältnis variabel sein, etwa um zeitlich unterschiedliche Prioritäten zu ermöglichen, wobei jedoch auch Betriebszustände der ersten und zweiten Komponente Einfluss auf die Prioritätsvorgabe haben können. So kann beispielsweise bei einem Ladezustand unterhalb einer Minimalgrenze die Priorität von dem zweiten Verbraucher, das heißt von dem Heizelement, auf die Ladung des Akkumulators verschoben werden.
Die Figur 1 dient zur Erläuterung des hier beschriebenen Fahrzeugbordnetzes und der fahrzeugseitigen Ladeschaltung.
Die Figur 1 zeigt eine Ladeschaltung mit angeschlossenen Komponenten K1 , K2, K3, wobei diese über einen Wechselspannungsanschluss mit einer externen Wechselspannungsquelle verbindbar ist. Der Wechselspannungsanschluss kann beispielsweise als standardisierte Ladebuchse ausgebildet sein. Die daran angeschlossene Ladeschaltung weist einen Gleichrichter auf, dessen Wechselspannungsseite mit dem Wechselspannungsanschluss verbunden ist. Die Gleichspannungsseite ist über eine Konfigurationsschaltung KS mit zwei Gleichspannungswandlern W1 , W2 verbunden. Der Gleichrichter ist über die Konfigurationsschaltung KS mit den zwei Gleichspannungswandlern W1 , W2 verbunden.
Die Konfigurationsschaltung weist zwei Schalter auf, die in geschlossenem Zustand die beiden ersten Seiten der Gleichspannungswandler W1 , W2, das heißt die dem Gleichrichter G zugewandten Seiten, parallel miteinander verbinden. Ferner ist eine Diodenschaltung aus zwei seriellen Dioden D Teil der Konfigurationsschaltung, wobei die Dioden es ermöglichen, bei offenen Schaltern die ersten Seiten der Gleichspannungswandler W1 , W2 miteinander in Serie zu schalten. An die erste Seite des ersten Gleichspannungswandlers W1 ist ein erster Kondensator C1 angeschlossen. An die erste Seite des zweiten Gleichspannungswandlers W2 ist ein zweiter Kondensator C2 angeschlossen. Diese Kondensatoren dienen zur Glättung der Spannung an den ersten Seiten der Gleichspannungswandler W1 , W2.
Die Gleichspannungswandler W1 , W2 weisen ferner zweite Seiten auf, die von dem Gleichrichter G abgewandt sind. An diesen zweiten Seiten sind weitere Kondensatoren C1 , C2 angeschlossen, um die Spannung auf den zweiten Seiten der Gleichspannungswandler zu glätten. Diese Kondensatoren können auch als Zwischenkreiskondensatoren bezeichnet werden. Gleiches gilt auch für die Kondensatoren C1 , C2. An die zweite Seite des ersten Gleichspannungswandlers W1 ist ein Umschalter US angeschlossen, über den auswählbar ein erster Gleichspannungsanschluss A1 angeschlossen werden kann, oder ein zweiter Gleichspannungsanschluss A2. An die zweite Seite des zweiten Gleichspannungswandlers W2 ist ein dritter Gleichspannungsanschluss A3 angeschlossen. Ein Nebenverbraucheranschluss ist direkt an die Gleichspannungsseite des Gleichrichters angeschlossen.
Eine erste Komponente K1 ist an den ersten Gleichspannungsanschluss A1 angeschlossen. Die erste Komponente K1 kann ein Akkumulator sein, beispielsweise ein Hochvoltakkumulator, insbesondere ein Akkumulator mit einer Nennspannung von ca. 800 Volt oder 850 Volt. Eine zweite Komponente K2 ist an dem zweiten Anschluss A2 angeschlossen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine 400 Volt-Komponente, die für eine Maximal-Betriebsspannung von 450 Volt (auch nur temporär) ausgebildet ist. Es kann sich hierbei um ein Heizelement handeln, oder auch um einen elektrischen Klimakompressor. Die Komponente K1 weist allgemein eine höhere Nennspannung auf als die Komponente K2, insbesondere eine Nennspannung, die ungefähr doppelt so groß ist, oder auch nur 180% oder 190% der Nennspannung der zweiten Komponente K2 entspricht.
Der Umschalter ist zweipolig ausgestaltet und sieht eine wählbare Verbindung beider Potentiale des ersten Gleichspannungsanschlusses oder beider Potentiale des zweiten Gleichspannungsanschlusses A2 vor. Der Umschalter kann ferner einen dritten Schaltzustand bzw. Modus aufweisen, indem weder der erste Gleichspannungsanschluss noch der zweite Gleichspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungswandler W1 verbunden ist.
Eine dritte Komponente K3 ist an den dritten Gleichspannungsanschluss angeschlossen. Dies ist insbesondere ein Niedervolt-Spannungswandler, beispielsweise ein Wandler, auf dessen zweiter Seite (von dem zweiten Gleichspannungswandler abgewandt) eine Nennspannung von 12 Volt vorgesehen ist (oder auch von 24 Volt oder 48 Volt). Der Niedervolt-Gleichspannungswandler kann eine erste Seite aufweisen, die dem zweiten Gleichspannungswandler W2 zugewandt ist und die für eine Nennspannung von mindestens 800 Volt oder 950 Volt vorgesehen ist. Es kann ein Niedervolt-Bordnetzzweig vorgesehen sein, der über einen derartigen Niedervolt-Gleichspannungswandler verfügt, der direkt an den dritten Gleichspannungsanschluss A3 angeschlossen ist. Die Komponente K3 kann somit Platzhalter für einen Niedervolt-Bordnetzzweig sein. Während in diesem Niedervolt-Bordnetzzweig Komponenten sind, für die ein Niederspannungswandler vorgesehen ist, um eine passende Betriebsspannung gemäß der Nennspannung der Komponenten vorzusehen, ist die Komponente K1 auch für (kurzzeitige) Betriebsspannungen oberhalb der betreffenden Nennspannung ausgebildet. Vorzugsweise ist ein Akkumulator, insbesondere ein 800 Volt-Akkumulator, an den ersten Gleichspannungsanschluss angeschlossen. An den zweiten Gleichspannungsanschluss kann eine Komponenten angeschlossen sein, die für eine Betriebsspannung von ca. 400 V ausgebildet ist, und die für eine maximale Betriebsspannung von ca. 420 V oder 450 V ausgebildet ist, etwa ein Heizelement. Ein Akkumulator würde beim Betrieb mit einer Spannung über der Nennspannung gegebenenfalls Schaden nehmen, so dass an dem zweiten Gleichspannungsanschluss vorzugsweise kein Akkumulator angeschlossen ist.
Der erste Gleichrichter ist für eine Abgabe von Spannung an der Seite des Umschalters in der Höhe von 800 V (als oberer Spannungsbereich) und auch in der Höhe von 450 V (als unterer Spannungsbereich) ausgebildet.
An dem Nebenverbraucheranschluss können sich (vorzugsweise über eine Trennschaltervorrichtung) ein elektrischer Antrieb anschließen, insbesondere ein Inverter eines elektrischen Antriebs und ggf. eine daran angeschlossene elektrische Maschine, 800 Volt-Komponenten wie hierzu ausgelegte Heizelemente oder Klimakompressoren und/oder auch ein Hochvoltakkumulator mit einer Nennspannung von 800 Volt. Hierbei kann es sich um denselben Akkumulator handeln, der auch (über Trennschalter) mit dem ersten Gleichspannungsanschluss verbunden ist. Zudem kann an dem Nebenverbraucheranschluss (ggf. über die T rennschaltervorrichtung) ein Direkt-Gleichspannungsladeanschluss angeschlossen sein. Dieser ist (vorzugsweise über eigene Trennschalter) mit dem Akkumulator verbunden, um so eine direkte Ladung zu erlauben. Da auch der erste Gleichspannungsanschluss mit dem Akkumulator verbunden ist (vorzugsweise ebenso schaltbar, insbesondere schaltbar über den Umschalter) kann der Akkumulator über den ersten Gleichspannungswandler W1 , den Umschalter U und den ersten Gleichspannungsanschluss geladen werden (etwa zum Vorladen, wenn der Ladezustand unter einer Grenze liegt), und kann gleichermaßen über den Direkt-Gleichspannungsladeanschluss geladen werden, vorzugsweise wenn der Ladezustand nicht unter der Grenze liegt.
Wie erwähnt kann der Umschalter zwischen dem ersten und zweiten Gleichspannungsanschluss A1 , A2 einerseits und der zweiten Seite des ersten Gleichspannungswandlers W1 vorgesehen sein. Alternativ oder in Kombination hierzu kann eine Umschaltervorrichtung an der Stelle vorgesehen sein, die mit einem Kreuz gekennzeichnet ist, das heißt in der Parallelverbindung der zweiten Seiten der Gleichspannungswandler W1 , W2.
Der Umschalter kann zwei oder vorzugsweise drei Schaltpositionen aufweisen, nämlich eine erste, in der der erste Gleichspannungsanschluss A1 mit dem Wandler W1 verbunden ist, ein zweiter Zustand, in dem der zweite Gleichspannungsanschluss A1 mit dem Wandler verbunden ist, und einen dritten Zustand, in dem keiner der beiden genannten Gleichspannungsanschlüsse mit dem ersten Wandler verbunden ist. Die Umschaltervorrichtung kann ebenso zwei Zustände aufweisen, in denen der erste oder der zweite Gleichspannungsanschluss mit der zweiten Seite der Gleichspannungswandler verbunden ist, kann einen weiteren Zustand aufweisen, in dem keiner der beiden genannten Gleichspannungsanschlüsse mit den Gleichspannungswandlern W1 , W2 verbunden ist, und kann auch einen vierten Zustand aufweisen, in dem die zweite Seite des ersten Gleichspannungswandlers W1 von der zweiten Seit des zweiten Gleichspannungswandlers W2 getrennt ist. Ansonsten sind die zweiten Seiten der beiden Gleichspannungswandler W1 , W2 (zweipolig) miteinander parallel verbunden.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugseitige Hochvolt-Ladeschaltung mit einem Wechselspannungsanschluss (WA), mindestens zwei galvanisch trennenden, als Aufwärtswandler ausgestaltete Gleichspannungswandlern (W1 , W2) und einem Gleichrichter (G), über den die Gleichspannungswandlern (W1, W2) mit dem Wechselspannungsanschluss (WA) verbunden sind, und einem Umschalter (US), wobei die Ladeschaltung einen ersten und einen zweiten Gleichspannungsanschluss (A1 , A2) aufweist, die über den Umschalter (US) auswählbar mit dem ersten Gleichspannungswandler (W1) verbunden sind, und die Ladeschaltung einen dritten Gleichspannungsanschluss (A3) aufweist, der permanent mit dem zweiten Gleichspannungswandler verbunden ist, wobei die Ladeschaltung ferner eine Steuerung (S) aufweist, die eingerichtet ist, in einem ersten Modus die Gleichspannungswandler gemäß einer ersten Soll-Ausgangsspannung anzusteuern, die minimal 750 V und maximal 1000
V beträgt, und in einem zweiten Modus gemäß einer zweiten Soll-Ausgangsspannung anzusteuern, die maximal 480 V oder maximal 450
V beträgt.
2. Fahrzeugseitige Ladeschaltung nach Anspruch 1 , wobei die Gleichspannungswandler (W1 , W2) über eine Konfigurationsschaltung (D, KS) mit dem Gleichrichter (G) verbunden sind, wobei die Konfigurationsschaltung eingerichtet ist, in einer ersten Konfiguration die dem Gleichrichter (G) zugewandten Seiten der Gleichspannungswandler (W1, W2) parallel miteinanderzu verbinden und diese mit dem Gleichrichter (G) in dieser Parallelkonfiguration zu verbinden, und eingerichtet ist, in einer zweiten Konfiguration die dem Gleichrichter (G) zugewandten Seiten der Gleichspannungswandler (W1 , W2) seriell miteinander zu verbinden und diese mit dem Gleichrichter (G) in dieser Seriellkonfiguration zu verbinden.
3. Fahrzeugseitige Ladeschaltung nach Anspruch 2, wobei die Steuerung eingerichtet ist, einen Niederspannungs-Wandler, der über einen der Gleichspannungswandler (W1; W2) mit dem Gleichrichter (G) verbunden ist, bei einer Änderung zwischen den zwei Konfigurationen anzusteuern, an die Gleichspannungswandler angeschlossene Kapazitäten (C1, C2; Z1, Z2) umzuladen, oder die Steuerung eingerichtet ist, eine Ladungsübertragungschaltung zwischen Kondensatoren beiderseits der Konfigurationsschaltung oder zwischen Kondensatoren beiderseits der Gleichspannungswandler (W1 ; W2) oder zwischen Kondensatoren unterschiedlicher Gleichspannungswandler (W1; W2) zur Übertragung von Ladung anzusteuern, oder die Steuerung eingerichtet ist, eine Entladeschaltung an Kondensatoren (C1, C2; Z1, Z2), die an den Gleichspannungswandlern (W1 ; W2) angeschlossen ist, zu aktivieren.
4. Fahrzeugseitige Ladeschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gleichspannungswandlern (W1, W2) gleichartig ausgebildet sind.
5. Fahrzeugseitige Ladeschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest der mit dem Umschalter (US) verbundene Gleichspannungswandler (W1) bidirektional ausgestaltet ist und die Steuerung eingerichtet ist, den mit dem Umschalter (US) verbundenen Gleichspannungswandler (W1) in dem zweiten Modus anzusteuern, eine Spannung an der Seite dieses Gleichspannungswandlers (W1) zu erzeugen, die mit dem Gleichrichter verbunden ist, wobei ein Nebenverbraucheranschluss (A) an die Seite des Gleichrichters (G) angeschlossen ist, die mit den Gleichspannungswandlern (W1, W2) verbunden ist.
6. Fahrzeugseitige Ladeschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in dem zweiten Modus der Umschalter (US) eingerichtet ist, wiederholt oder periodisch oder gemäß einen vorgegebenen, veränderlichen Tastverhältnis den ersten und den zweiten Gleichspannungsanschluss (A1, A2) abwechselnd mit dem ersten Gleichspannungswandler (W1) zu verbinden.
7. Fahrzeugseitige Ladeschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zusätzlich zu dem Umschalter oder anstatt des Umschalters eine Umschaltervorrichtung vorgesehen ist, die die dem Gleichrichter (G) abgewandte Seite des ersten Gleichspannungswandler (G1) schaltbar mit dem der dem Gleichrichter (G) abgewandten Seite des zweiten Gleichspannungswandler (G2) verbindet und/oder auswählbar mit dem ersten oder dem zweiten Gleichspannungsanschluss (A1 ,A2) verbindet.
8. Fahrzeugbordnetz mit einer fahrzeugseitigen Ladeschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an den ersten
Gleichspannungsanschluss (A1) ein Akkumulator (K1) angeschlossen ist, an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (A2) ein Verbraucher (K2) mit einer Norm-Betriebsspannung von im Wesentlichen 400 V oder 420 V angeschlossen ist und an den dritten Gleichspannungsanschluss (A3) ein Bordnetzzweig (K3) mit einer Norm-Betriebsspannung von mindestens 750 V oder mindestens 950 V angeschlossen ist.
9. Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 8, wobei der an den zweiten Gleichspannungsanschluss (A2) angeschlossene Verbraucher (K2) ein elektrisches Heizelement einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, eines Kühlkreislaufs einer Leistungselektronik, einer Innenraumheizung oder einer Scheibenheizung ist und der der an den dritten Gleichspannungsanschluss (A3) angeschlossene Bordnetzzweig einen Niedervolt-Spannungswandler mit nachgeschalteten Niedervolt-Komponenten umfasst, die über den Niedervolt-Spannungswandler mit dem dritten Gleichspannungsanschluss (A3) verbunden sind.
10. Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuerung (S) eingerichtet ist, den Umschalter gemäß einer Soll-Ladeleistung für den Akkumulator sowie gemäß einer Soll-Leistung für den zweiten Verbraucher anzusteuern.
11. Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 10, wobei die Steuerung eingerichtet ist, eine Gewichtung der Soll-Ladeleistung für den Akkumulator und eine Gewichtung der Soll-Leistung für den zweiten Verbraucher gemäß einer Prioritätsvorgabe einzustellen und ein Tastverhältnis, gemäß dem der Umschalter umgeschaltet wird, abhängig von zumindest einer der
Gewichtungen einzustellen.
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