WO2023104574A1 - Batterie-verbindungsschaltung mit wandler und konfigurierbar verbindbare verbraucheranschlüsse beidseits des gleichspannungswandlers sowie fahrzeugbordnetz hiermit - Google Patents

Batterie-verbindungsschaltung mit wandler und konfigurierbar verbindbare verbraucheranschlüsse beidseits des gleichspannungswandlers sowie fahrzeugbordnetz hiermit Download PDF

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WO2023104574A1
WO2023104574A1 PCT/EP2022/083495 EP2022083495W WO2023104574A1 WO 2023104574 A1 WO2023104574 A1 WO 2023104574A1 EP 2022083495 W EP2022083495 W EP 2022083495W WO 2023104574 A1 WO2023104574 A1 WO 2023104574A1
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WO
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battery
converter
connection
state
circuit
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/083495
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French (fr)
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Markus Dürr
Mathias Schoierer
Martin Meier
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0024—Parallel/serial switching of connection of batteries to charge or load circuit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/19—Switching between serial connection and parallel connection of battery modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]

Definitions

  • Vehicles with an electric drive have a high-voltage battery which, of course, can only supply a certain amount of voltage.
  • a vehicle electrical system can be provided with two electric drives, with each axle being driven by one of these drives.
  • the two drives can be operated with supply voltages that are approximately the same level, so that the same energy source is used for both drives.
  • a battery connection circuit with a DC/DC converter having two sides (a first side and a second side), a first battery terminal connected to the first side and a second battery terminal connected to the second side.
  • a DC-DC converter with two battery terminals on both sides of the voltage converter.
  • a first and a second consumer connection are provided.
  • the first consumer connection is provided on the first side of the DC-DC converter or is connected to this connection and can be connected to it directly or indirectly (for example via a switch).
  • the second consumer connection is provided on the second side of the DC-DC converter or is connected to this connection and can be connected to it directly or indirectly (for example via a switch).
  • the DC-DC converter is also connected (directly or indirectly) to two consumer connections on both sides, ie one consumer connection per side.
  • the consumer connections are high-voltage connections and designed for operating voltages > 60 V, at least 200 V or at least 400 V or 600 V. This also applies to the battery connections.
  • the battery terminals are each set up to be connected to a high-voltage battery (ie with a nominal voltage as specified above).
  • the consumer connections are each set up to be connected to a high-voltage consumer (ie with a nominal voltage as specified above).
  • the high-voltage loads can be designed purely as sinks for electrical energy or as sinks or sources for electrical energy (depending on the operating state).
  • a configuration circuit is provided in order to provide redundancies, among other things, or also to enable specific operating modes.
  • the configuration circuitry is connected to the battery terminals.
  • the configuration circuit connects the battery terminals together in a configurable manner. In other words, the configuration circuit is connected to both sides of the DC/DC converter.
  • the configuration circuit is set up to optionally provide a serial state or a parallel state. In the series state, the battery terminals are connected in series, and in the parallel state, they are connected in parallel. In particular, these two states are not the only states of the configuration circuit. Rather, the characteristic according to which the Configuration circuit optionally provides a serial state or a parallel state, no final listing of the features or possible states of the configuration circuit.
  • the configuration circuit can also have a single supply state in which the configuration circuit does not provide any connection between the battery terminals, ie neither connects them in series nor in parallel with one another.
  • the two batteries or the voltages present at the battery connections can be combined with one another without a DC/DC converter, in order to be able to jointly provide energy for at least one of the drives.
  • This also applies to the serial state. If, for example, a battery that is connected to one of the battery connections only has a limited capacity, while another battery at the other battery connection can perform better, their capacity or also their charges can be combined. Depending on the status, the voltage or the current applied to the battery terminals or impressed can be combined.
  • serial state may be created specifically for corresponding charging input voltages, for example for 800V DC charging, in order to connect 400V batteries that are located at the battery terminals in series, for example, so that charging with 800V is possible.
  • This may eliminate the need for a high power voltage conversion charger when using batteries with a different voltage than the available charge voltage or when using charge voltages that differ from the battery voltage.
  • the DC-DC converter can be provided for a lower power than for the maximum charging power, which means that costs can be saved.
  • the configuration circuit is preferably also provided for a further state, namely for a single supply state.
  • the configuration circuit does not connect the two battery terminals (i.e., the first and second battery terminals) together.
  • the DC-DC converter since this connects the battery connections to one another.
  • the single supply state can also be provided if there is a defect on one side of the DC-DC converter, for example in a network branch that is connected to one of the load terminals or battery terminals, in order to prevent the fault there from preventing the error-free operation of unaffected vehicle network branches .
  • the single supply state is then used to isolate parts of the vehicle electrical system or the circuit in order to separate a section affected by the error from the other error-free sections in order to enable the function of the error-free sections without the influence of the error in the first mentioned section.
  • the individual supply state can be implemented as a driving state.
  • the single supply state can be set in particular when the two loads (e.g. drives) connected to the load connections are active.
  • the converter can be provided to balance between the two battery terminals, for example to balance the state of charge of batteries that are connected to the battery terminals, or to specifically provide a battery with a higher state of charge than the other battery.
  • This state of charge equalization is preferably carried out in a single supply state in which the consumer connections the power output is low, for example if it is below a predetermined threshold.
  • This threshold can identify a performance that is below a mileage (for example 1% or 5% of the maximum mileage).
  • the individual supply state can be set when there is no driving state, in order to compensate for the unloaded state of charge, for example.
  • balancing can be performed (in the single-supply state) when no external charging power is input (or when feedback is applied).
  • Other embodiments provide for balancing to be performed (in the single supply state) when external charging power is applied or when feedback is applied.
  • the states mentioned are mutually exclusive. If the configuration circuit is in the serial state, then the parallel state is excluded (and preferably also the single supply state). If the configuration circuit is in the parallel state, then the serial state is excluded (and in particular also the single-supply state). If the individual supply state is provided, then the serial state and the parallel state are excluded. In addition, it is provided that the DC voltage converter is inactive in the serial state. This preferably also applies to the parallel state.
  • the parallel state is excluded (and preferably also the single supply state).
  • the DC-DC converter is preferably active.
  • the state in which the DC-DC converter transmits power from the first side to the second side in a voltage-converting manner, or vice versa is referred to as active.
  • the DC-DC converter can be inactive, for example if the DC-DC converter itself has a fault.
  • the single supply state may have two sub-states: a first in which the DC-DC converter is active and a second in which the DC-DC converter is inactive.
  • the active state the DC-DC converter converts a voltage from one side to the other side of the DC-DC converter.
  • at least one working switch of the DC-DC converter is opened and closed in a clocked manner.
  • the inactive state the DC to DC converter no voltage from one side to the other side of the DC to DC converter.
  • at least one working switch of the DC-DC converter is permanently open.
  • two consumer connections can be provided, which are located on both sides of the converter.
  • the consumer connections are in particular electric drive connections, i.e. connections for an inverter of an electric drive.
  • at least one consumer connection can be provided for other types of consumers, for example for an electric heater (in particular with an operating voltage range that at least partially overlaps with an operating voltage range of an inverter) and/or a consumer connection for a step-down converter that is set up a voltage applied to one side of the DC-DC converter to generate a low-voltage voltage, for example in the amount of 12V, 14V, 24V, 48V or generally a voltage below 60V.
  • the at least one consumer connection that is not intended as an electric drive connection (“consumer connection”) is preferably a connection in addition to the two consumer connections mentioned, which are electric drive connections.
  • consumer connection is preferably a connection in addition to the two consumer connections mentioned, which are electric drive connections.
  • Embodiments of the battery connection circuit provide that the battery connections each have poles, in particular two poles in the form of a positive pole or a negative pole.
  • a pole of a battery connection can be connected directly to an associated pole of an associated side of the DC/DC converter. This can also apply to the other pole of this battery connection.
  • each side of the DC-DC converter has a positive pole and a negative pole.
  • both poles of a battery connection can each be directly connected (in a direct manner) to the associated pole on the same side of the DC/DC converter.
  • only one pole of a battery terminal may be connected (directly) to an associated pole or side of the DC/DC converter.
  • a connection via a battery switch can be provided.
  • the battery switch is provided in series between the two ends of the link.
  • the battery switch is configured to disconnect when open and connect when closed.
  • a battery connection has a pole which is connected to a connection point via a battery switch. If the other pole is connected directly (without a switch) to the voltage converter, then this is referred to as a single-pole switched connection.
  • a connection that is switched, ie that has a battery switch, is called an indirect connection.
  • Both poles of a battery connection can also be connected to a respective connection point via a battery switch (“all-pole switched connection”). Such a connection via a battery switch can also be referred to as an indirect connection. Both poles of a battery connection can thus be connected directly to the associated side of the DC-DC converter, both poles of the battery connection can be indirectly connected to the associated side of the DC-DC converter (this corresponds to an all-pole switched connection), or one pole of a battery connection can be connected directly connected to an associated pole of the associated side of the converter, while the other pole of the same battery terminal is connected indirectly (via a battery switch) to a connection point (corresponding to a single pole switched connection).
  • connection point is in turn connected to an associated pole of an associated side of the DC/DC converter via an isolating switch.
  • an indirect connection there is thus a connection via a battery switch to a connection point, this connection point in turn being connected via a disconnector to the associated pole of the associated side.
  • An indirect connection thus involves the connection of one pole of a battery connection via a battery switch to a connection point, which in turn is connected via a disconnector to the associated pole is connected.
  • a direct connection of a pole of a battery terminal would be the direct connection (battery switchless connection) between that pole and a corresponding pole of the corresponding side of the DC/DC converter without going through the battery switch and disconnect switch.
  • one pole of a battery connection can thus be connected directly to the associated pole of the DC-DC converter, or can be connected to the associated pole of the associated side of the DC-DC converter via a series circuit of a battery switch or a circuit breaker.
  • the connection point is provided in the middle between the two switches.
  • every indirect connection has a connection point.
  • the connection point or points are in particular directly connected to a pole
  • the at least one connection point is therefore used to connect at least one consumer connection. Furthermore, the at least one connection point is used for connection to one side of the DC-DC converter, the connection point being connected to one side or one pole of the DC-DC converter via a disconnector. Furthermore, a load terminal can also be connected through a disconnect switch to a battery terminal and one side of the converter without a battery switch being provided (i.e. switchless).
  • the first side of the DC-DC converter has two poles (negative pole and positive pole), which are each directly connected to the poles of the first battery connection, while the second side of the DC-DC converter has poles, both of which are connected either via a battery switch, a connection point and a disconnection switch are connected to the second side of the DC-DC converter, or one pole of the battery connection is connected to the corresponding pole of the second side of the DC-DC converter via a battery switch, a connection point and a disconnection switch, while the other pole of the battery connection is connected directly (or via a switch) with the relevant pole of second side of the DC-DC converter is connected.
  • the first-mentioned pole of the battery connection which is indirectly connected (via the battery switch, the connection point and the disconnect switch) to the relevant pole of the second side of the DC/DC converter
  • the other switch which is connected directly (or via a switch) connected
  • Other embodiments provide a comparable connection, with the positive and negative poles being reversed compared to the aforementioned connection. It is also possible for both sides to provide an indirect connection of the respective battery connection to the respective side of the DC-DC converter, or for battery connections to be provided on both sides of the DC-DC converter, which are connected to the respective side of the DC-DC converter by means of a direct connection.
  • One pole of one side of the DC/DC converter or both poles can be connected to one of the load terminals via a circuit breaker.
  • one pole of a battery connection or both poles can be connected to one of the consumer connections via a battery switch.
  • This allows the battery to be disconnected, for example by opening one or both battery switches, so that power can be supplied via the converter.
  • the isolating switch can be opened in order to supply the load connection from the battery connections via the battery switch. In principle, this allows the load connection to be connected to or disconnected from the battery connection in a switchable manner.
  • the consumer connection can be connected to or disconnected from one side of the DC/DC converter in a switchable manner.
  • a vehicle electrical system branch that is not faulty can be connected, while another vehicle electrical system branch that is faulty can be disconnected.
  • a combined power flow can be established via the closed battery and circuit breakers, for example to balance batteries connected to the battery terminals (i.e. to achieve partial or full state of charge equalization), or to power flows to the load terminal lead to sum.
  • this allows one of a charging port steer the incoming power flow in a suitable manner, ie lead it to one or more of the components of the connecting circuit in a targeted manner, or also selectively separate parts of the connecting circuit.
  • the isolating switch or battery switch to disconnect Cy capacitors from loads that are connected to the load connections (such as inverters or the like) in a targeted manner during a charging process, so that the Cy capacitors of the components disconnected in this way cannot react on the (Consumer) connection and/or to networks connected to it.
  • the connection circuit can also have a first consumer connection and/or a second consumer connection.
  • One of the consumer connections or preferably both can be electric drive connections.
  • the first consumer connection can be connected to one side of the DC-DC converter, in particular to the first side, this connection being carried out by means of a connection which can include one or both disconnectors.
  • the first consumer connection can thus be connected to a pole on the first side of the DC-DC converter via a first isolating switch and to the second pole of the converter directly or via a second isolating switch.
  • These circuit breakers correspond in particular to the circuit breakers described herein. In particular, these circuit breakers correspond to the circuit breakers by means of which the connection point is connected to an associated pole of the associated side of the DC/DC converter.
  • the second consumer connection can also be connected to the second side of the DC-DC converter so that it can be separated from all poles or one pole (i.e. via one or two isolating switches).
  • the load connected to the load connection in question can thus be separated from the converter or from the battery connection in question via the isolating switch, for example in order to separate Cy capacitors of the connected load from the battery connections or from the battery connection
  • the first load connection can be connected to the first side of the DC-DC converter via disconnectors provided for all poles be connected.
  • the second consumer connection can also be connected to the second side of the DC-DC converter via disconnectors provided for all poles.
  • Two isolating switches can thus be provided on the first side of the DC-DC converter, which connect the first side of the DC-DC converter to the first load connection on all poles. Furthermore, two isolating switches can be provided, which connect the second side of the DC-DC converter to the second consumer connection.
  • the battery connection switches can have one or more additional consumer connections (or further consumer connections). One embodiment provides that these are connected in parallel to one of the consumer connections.
  • the additional consumer connections are connected to one of the two sides of the DC-DC converter via a dedicated isolating switch (“additional isolating switch”). Provision can also be made for the at least one additional consumer connection to be connected directly to one of the two sides of the DC-DC converter, either directly or via its own isolating switch. As a result, the connection between the additional load connection and the DC voltage converter can be individually established or disconnected by means of the additional disconnect switch.
  • the auxiliary load connection is connected directly to the DC/DC converter, with the exception of the intermediate auxiliary circuit breaker, so that when the auxiliary circuit breaker is closed and the circuit breakers are open (leading to a load connection), only the auxiliary load connection is connected to the converter, but not the load connection .
  • the term “disconnector” means a circuit breaker that switchably connects the DC/DC converter to a load port
  • auxiliary disconnector means a separate circuit breaker that switchably connects the auxiliary load port to the DC/DC converter .
  • the auxiliary circuit breaker connects the auxiliary load port directly to the DC/DC converter and not through any of the other circuit breakers (leading to the first or second load port). through the Additional isolating switch, the connection of the additional consumer connection can be switched independently of the connection of the first or second consumer connection.
  • the battery connection circuit may further include an on-vehicle charging circuit. This is preferably connected to all poles on the first side of the DC voltage converter. In other words, the on-board charging circuit is connected to the DC-DC converter. In an alternative embodiment, the vehicle-side charging circuit is connected to the second side of the DC-DC converter, in particular with all poles.
  • the all-pole connection between the charging circuit and the DC-DC converter can be direct, i.e. switch-free, or have at least one charging switch.
  • the charging circuit is either an AC voltage charging circuit with a rectifier or a power factor correction filter, or is a DC voltage charging circuit that can be converter-free and, for example, includes isolating switches, or has a charging DC voltage converter. If the charging circuit is designed as an AC voltage charging circuit, it can also have a further charging DC voltage converter in addition to the rectifier, in order to raise or lower the rectified voltage of the rectifier to a desired voltage level.
  • the battery connection switch has at least one low-voltage converter. This is set up for downconverting. This can be designed, for example, for stepping down from 400 V and 800 V to a low voltage of 12 V, 14 V, 24 V or 48 V.
  • the low-voltage converter is thus a step-down converter.
  • the at least one low-voltage converter is preferably connected to the first side or the second side of the DC-DC converter.
  • the low-voltage converter can be connected to the DC-DC converter via at least one isolating switch, ie via a single-pole or all-pole isolating switch.
  • the low-voltage converter is preferably connected to the DC-DC converter via the isolating switch, which is also connected to one of the consumer connections connect to the DC converter.
  • the low-voltage converter is in the form of a direct-current converter, but is referred to here as a low-voltage converter to avoid confusion.
  • the battery connection circuit may include a controller drivingly connected to the configuration circuit.
  • the control device is set up to control the configuration circuit for the parallel connection of the battery terminals in a parallel state.
  • the control device is also set up to control the configuration circuit for the serial connection of the battery terminals in a serial state.
  • the control device can be set up, in an individual supply state, to control the configuration circuit not to connect the battery terminals to one another. In this state, the configuration circuit does not connect the battery terminals together (although connections through other elements of the circuit are possible).
  • the control device is thus connected to the configuration circuit in a driving manner.
  • the configuration circuitry is connected directly to the battery terminals to provide the desired configuration.
  • the individual supply state can have several sub-states, which can be referred to as individual supply states of the first, second, extended type. It can be provided that the control device is set up to set a first type of individual supply state in a driving state, in which the control device controls the DC-DC converter for energy exchange between the battery terminals. In this state, the DC-DC converter is active. The control device is thus also (directly or indirectly) connected to the DC-DC converter in a driving manner. In particular, when the DC-DC converter is active, energy is exchanged between the battery terminals and preferably between the batteries that are connected to the battery terminals.
  • the control device can have a further, second sub-state of the individual supply state. This can be referred to as the second type of single supply condition or partial fault condition.
  • the control device can provide for the DC/DC converter to be deactivated or not operate it.
  • the DC-DC converter is controlled by the control device in such a way that the DC-DC converter prevents an energy balance or a power flow between the battery connections.
  • the control device can be set up to detect the partial error state itself or has an input at which the existence of a partial error state is indicated by means of a signal.
  • the configuration circuit is preferably also open in this state, i.e. the battery connections are not connected to one another, the DC-DC converter and the configuration circuit can provide complete separation (in particular all poles) of the two sub-networks of the connecting circuit, which are located on both sides of the DC-DC converter.
  • the control device is set up to control the DC-DC converter with a corresponding clock signal (in the inactive state without pulses, work switch open, clocked in the active state) or with a corresponding operating state signal that indicates whether the DC-DC converter is to be operated in a clocked manner or not.
  • the configuration circuit in an AC charge state, ie in an AC voltage state, the configuration circuit is provided in a serial state.
  • the controller is set up to do this. If the control device places the DC/DC converter in an inactive mode during the AC charging state, the two battery terminals connected in series are supplied with charging voltage. This voltage is divided between the battery terminals.
  • the control device is set up in particular in the AC state of charge, the DC-DC converter for energy balancing between the battery terminals or for power transmission between the to control battery connections. This allows equalizing currents to flow between the battery terminals so that the states of charge of batteries connected to the battery terminals are balanced, particularly while charging energy is supplied to both battery terminals.
  • the control device is set up to actuate the DC-DC converter for active DC-DC conversion if an energy balance or power flow is to take place between the battery terminals. If an energy equalization or a power flow takes place via the DC-DC converter, ie if the DC-DC converter is active, then this is clocked in a known manner by the control device. Furthermore, the control device can also only transmit an activation signal to the DC-DC converter, which itself has an internal controller that specifies the clocking. The control device can have an input to which a signal can be applied that reflects the state to be set. The control device is set up to set the state entered at the input.
  • a vehicle electrical system that has a battery connection circuit as described herein.
  • the vehicle electrical system has a first and a second battery.
  • the first battery is connected to a first battery connector.
  • the second battery is connected to the second battery connector.
  • the connection between the batteries and the respective battery terminals is preferably switch-free.
  • the batteries are preferably designed as high-voltage traction batteries.
  • the batteries thus have a nominal voltage of more than 60 V, in particular at least 200 V, preferably at least 400 V, 600 V or 800 V.
  • the vehicle electrical system has a first and a second electric traction drive.
  • the first traction drive is connected to the first battery.
  • the second traction drive is connected to the second battery.
  • the connection between the traction connection and the battery preferably has switches, in particular the isolating switches mentioned here or the battery switches mentioned here.
  • One pole of the traction drive can be connected to the battery via a battery switch, in particular to the battery connection, and another pole can be connected to the voltage converter via a circuit breaker.
  • a further isolating switch can also be provided, which connects the first-mentioned pole of the first traction drive to the DC-DC converter.
  • the traction drives are connected to the connecting circuit via the consumer connections.
  • the first traction drive is connected to the first consumer connection
  • the second traction drive is connected to the second consumer connection.
  • the first traction drive can be connected to the first side of the DC/DC converter.
  • the connection between the traction drive on the one hand and the battery and converter on the other hand can have an all-pole isolating switch.
  • the connection between the second traction drive and the DC-DC converter can also have an all-pole isolating switch.
  • the connection between the second traction drive and the second battery or in the second battery connection can have an isolating switch (in a first busbar) and a battery switch (in the second busbar). The disconnect switch and the battery switch together form an all-pole switch.
  • the battery connection circuitry described herein may be arranged to connect the battery terminals in parallel or in series, this configuration being provided by the configuration circuitry.
  • the batteries can be charged in the corresponding desired circuit.
  • the batteries can have a direct Perform charge equalization (balancing).
  • the configuration circuit cannot provide a connection between the two sides of the DC/DC converter or between the battery terminals.
  • the DC voltage converter can be active in order in this way to enable charge equalization between the battery connections. This can then be controlled by the DC-DC converter.
  • the first supply connection can be supplied only by the first battery connection in the individual supply state.
  • the second battery connection can only be connected to the second consumer connection and/or the additional consumer connection.
  • the appropriate battery and disconnect switches are suitably equipped to provide this individual connection.
  • the configuration circuit is in the individual supply state if an error occurs in a part of the connection circuit.
  • the configuration circuit can be in the single supply state, or can be in the serial or parallel configuration state in order to be able to supply the remaining components, for example on the first side of the DC/DC converter, using both battery connections.
  • the battery or isolating switches on the first side of the DC-DC converter are closed in this case in order to allow power to flow and in particular to allow power to flow to the first consumer connection.
  • the first consumer connection can be separated from the first battery connection or from the first side of the DC-DC converter, with the isolating switch or battery switches are open.
  • a faulty consumer can be disconnected at the first consumer connection.
  • the switches on the second side of the DC-DC converter can be closed, thus enabling a connection between the converter or the second battery connection on the one hand and the second load connection or additional load connection on the other.
  • the configuration circuit can be in the individual supply state, or can be in the parallel or series configuration state in order to enable the second load connection and/or the additional load connection to be supplied from both battery connections or from the DC/DC converter.
  • the additional load connection is connected via its own circuit breaker, this can be closed while the switches leading to the second load connection (circuit breaker and battery switch) are open.
  • the second consumer connection can be disconnected while at the same time a connection between the additional consumer connection on the one hand and the second battery connection, DC voltage converter and/or first battery connection is possible in order to be able to supply the additional consumer connection.
  • FIG. 1 shows a battery connection circuit within a vehicle electrical system and serves to explain the embodiments shown here.
  • the battery connection circuit shown in FIG. 1 has two battery connections, each of which has two poles 1+, 1 ⁇ and 2+, 2 ⁇ .
  • the first battery connection is thus designed with two poles with the poles 1 +, 1 -.
  • the second battery connection also has two poles with the poles 2+, 2-.
  • the pole whose reference number contains a plus (+) is the positive pole and can be referred to as the first pole.
  • the other pole whose reference number contains a minus sign (-) can be referred to as the negative pole or second pole.
  • the battery connections are each designed as high-voltage connections with appropriate insulation, i.e. for operating voltages of more than 60 V, in particular at least 200 V, 400 V, 600 V or 800 V.
  • a DC/DC converter W is shown having a first X side and a second Y side.
  • the first side X has a first pole X+ and a second pole X-.
  • the second side Y has a first pole Y+ and a second pole Y-.
  • the poles whose reference numerals include a plus (+) are the positive poles and can be referred to as the first poles.
  • the poles that have a minus sign (-) in their reference numerals are the negative poles and can be referred to as the second poles of that side.
  • the first battery connection with the poles 1 -, 1 + is connected directly, ie without a switch, to the first side X of the DC/DC converter W, in particular to its poles X+, X-.
  • the first poles are connected to one another and the second poles are connected to one another.
  • the second battery terminal with poles 2-, 2+ is connected to the second side of the converter W.
  • the first pole 2+ of the second battery connection is connected directly to the first pole Y+, the second side Y of the DC/DC converter W, ie without a switch.
  • the second pole 2- of the battery connection is connected via a battery switch S1 to an isolating switch T2-, which in turn leads directly (ie without a switch) to the second pole Y- of the second side Y of the DC-DC converter W. So that is The second battery connection is not connected directly to the DC-DC converter W, but rather in the negative busbar via switches S1 and T2-, ie it is indirectly connected. It is shown that only one pole 2- of the battery connection 2+, 2-, namely pole 2-, is connected to the DC-DC converter W via switches (battery switch S1, isolating switch T2-), while the other pole 2+ is connected directly to the DC-DC converter or the second side Y is connected. However, it can also be provided that both battery poles are connected to the relevant pole of the relevant side (here the second side Y) of the DC-DC converter W via at least one switch.
  • the battery connection is switch-free, i.e. directly connected to the relevant side of the DC-DC converter
  • the battery connection is switch-free, i.e. directly connected to the relevant side of the DC-DC converter
  • the battery connection is switch-free, i.e. directly connected to the relevant side of the DC-DC converter
  • the battery connection is switch-free, i.e. directly connected to the relevant side of the DC-DC converter
  • the battery connection is switch-free, i.e. directly connected to the relevant side of the DC-DC converter W.
  • the term "indirect connection” means the connection via at least one switch, in particular the connection via a battery switch, which leads to the relevant pole of the relevant side of the DC-DC converter W via a circuit breaker.
  • This indirect connection has a connection point that connects the battery switch and the disconnect switch together.
  • This connection point is shown in Figure 1 for the connection between the second pole 2- of the second battery connection and the second pole Y- of the second side Y of the DC/DC converter W.
  • this is only an example and, as mentioned, other poles (Y+) or concern the other side X (with the poles X+, X-) of the converter W.
  • the battery connection circuit shown also includes a first
  • Consumer connection 1 is on the first side X of the DC-DC converter W and is via an all-pole switch with the switching elements T1 +, T1 - connected to the first side X of the DC-DC converter W.
  • a first pole of the consumer connection 1 is connected to the pole X+ of the converter W via the switching element T1+.
  • a second pole (the negative pole) is connected to the negative pole X- of the first side of the DC/DC converter W via the switching element T1.
  • the two switching elements T1+, T1- are located in different busbars, i.e. in busbars of different polarity, so that together they form a switching device that can separate the first load connection 1 from the first side X of the DC-DC converter W on all poles.
  • This battery switch S1 connects the second battery connection or its pole 2- to the isolating switch T2- or the connection point VP. According to the previous statements, this can also be provided for the other pole, in which case the other pole of the second consumer connection 2 can also be connected via a disconnector to the DC-DC converter, to which a battery switch is connected, which leads to the other pole of the battery connection.
  • both poles of the second (or first) consumer connection can be connected to the DC-DC converter in the manner shown for the lower pole of the second consumer connection 2 in FIG.
  • the battery connection circuit also includes a configuration circuit K, via which the two battery connections are connected to one another in a configurable manner.
  • the configuration circuit comprises a serial switch S, which is closed when the two battery connections are connected to one another in series.
  • the series switch S connects a first pole 2+ of the first battery connection to a second pole 1- of the second battery connection.
  • said poles, which are switchably connected by the series switch S have different polarities.
  • the serial switch S connects the negative pole 1 ⁇ of the first battery connection to the positive pole 2+ of the second battery connection when it is closed.
  • the configuration circuit is also equipped with two parallel switches P-, P+. These are assigned to different polarities.
  • the switches P-, P+ are actuated simultaneously and can therefore also be switching elements of a common switching device. If the switches P+, P- are closed, then the first and the second battery connection are connected to one another in parallel.
  • the parallel switches P-, P+ connect the first pole of the first battery connection 1+ to the first pole 2+ of the second battery connection and also connect, separately from this, the second pole 1- of the first battery connection to the second pole 2- of the second battery connection.
  • the series switch S is replaced by a diode.
  • the series switch S is open when the parallel switches are closed, and the parallel switches are open when the series switch is open.
  • the switches S, P+ and P- can also be open simultaneously, such as in a single supply condition.
  • a control device S which controls the configuration circuit K, as shown by the double arrow.
  • This control device S is designed to connect the battery terminals to one another in series in a serial state by closing the switch S, and is set up to connect the two battery terminals in parallel to one another in a parallel state via the parallel switches P+, P-.
  • the single supply state can be associated with an active converter W or with an inactive converter W, which then separates the first side X and the second side Y from one another or via which there is no electrical connection between the sides X, Y.
  • the control device S can be provided to also control the converter W (see double arrow), and in particular to put it into an active state or, optionally, into an inactive state.
  • the DC/DC converter W is set up to transfer power from one side X to the other Y.
  • the DC-DC converter W is preferably designed to be bidirectional, so that either the power transmission direction mentioned is provided, or the opposite direction is provided, which can be selected.
  • the DC-DC converter W can also be designed to be unidirectional, in particular if the loads are distributed accordingly in the system or if the consumption/power flows are appropriate through suitable regulation.
  • the battery connection circuit can also have a charging circuit OBC. This is connected directly, ie without a switch, to the first battery connection.
  • the charging circuit OBC connects a charging connection LA of the battery connection circuit to the first battery connection 1+, 1-.
  • the charging circuit is directly connected to the first battery connection, ie not via the isolating switches T1+, T1 ⁇ .
  • Embodiments that are not shown provide that the charging circuit is connected to the first battery connection via isolating switches such as isolating switches T1+, T1 ⁇ , so that the first consumer connection and the charging circuit are connected on the same side of the isolating switch.
  • isolating switches such as isolating switches T1+, T1 ⁇
  • the first load connection and the charging circuit are connected to the switching elements T1+, T1- on different sides of the all-pole disconnector.
  • the charging circuit is connected, for example, to the first side X of the converter W, in particular to those isolating switches T1+, T1 ⁇ which are connected to the first battery connection 1+, 1 ⁇ .
  • the connection circuit shown is also shown with a first low-voltage converter N1. This is optional and is therefore shown with a dashed line.
  • the first low-voltage converter is connected directly to the first consumer connection, ie on the first side of the isolating switch T1+, T1-, which faces away from the first battery connection 1-1+.
  • the first low-voltage converter can be connected directly to the first battery connection, or is connected directly to the first side X of the DC-DC converter W, ie without a switch.
  • a second (optional) low-voltage converter is provided in FIG. 1 by way of example, which can be provided as an alternative to or in combination with the first low-voltage converter. This is also dashed to indicate that it is an optional component.
  • the second DC-DC converter N2 is also connected to the second battery connection, namely via the isolating switch T2+ (in the upper busbar) and via the battery switch S1, which leads from the second consumer connection or from the connection point VP to the second battery connection .
  • the battery connection circuit can thus have a first and/or second low-voltage converter N1, N2, with two low-voltage converters both being provided on different sides X, Y or connected to different battery terminals (1+,1- compared to 2+,2-). are.
  • the respective low-voltage converter (N1 or N2) like the consumer connection (1 or 2), is connected to the DC-DC converter or to one of the battery connections via at least one switch (disconnector or battery switch).
  • a low-voltage converter is connected directly to a battery connection, even if this is indirectly connected to the converter via a battery switch and a disconnector.
  • FIG. 1 also shows an additional consumer connection Z. This is an alternative feature and is therefore shown in dashed lines.
  • the additional consumer connection Z is either connected directly to a pole on one side of the converter W, ie to one of the poles X+, X-, Y+, Y-, or is connected via its own isolating switch T', which is also referred to as an additional isolating switch connected to one of said poles of the circuit breaker.
  • the dedicated circuit breaker T' is therefore optional.
  • An embodiment is shown in which the additional consumer connection Z is connected to pole Y ⁇ , ie to the second pole of the second side Y of the DC/DC converter W, via a separate isolating switch T′.
  • the separate isolating switch T' connects the second pole Y- of side Y of the DC/DC converter W directly to the additional consumer connection.
  • An additional consumer can thus be selectively disconnected or connected by means of the separate isolating switch T′ of the additional consumer connection Z.
  • the control device S is also connected in a driving manner to the switches mentioned here, in particular to the isolating switches and the battery switches that are shown.
  • FIG. 1 shows a first consumer A1 (connected to terminal 1) in the form of a first electrical drive and a second consumer A2 (connected to terminal 2) in the form of a second electrical drive. Both drives are traction drives of the same vehicle and are in particular arranged on different axles.
  • the converter can be controlled in an inactive or active manner, for example in order to compensate for different charge states of the batteries B1 and B2. Further, the converter can be arranged to transfer power from one side to the other, i.e. between sides X and Y so as to, for example, transfer power from one battery to the drive on the other side, whereby both batteries B1 and B2 power the same drive. This can be done, for example, if only one drive is required or if a drive is defective.
  • a drive If a drive is defective, it can be disconnected using the relevant isolating switch.
  • the first drive A1 can be disconnected by means of the isolating switches T 1 - and T 1 +.
  • the second drive A2 can be separated by the isolating switches T2-, T2+.
  • the controller is set up to indicate the error in the relevant drives in the corresponding error states, to disconnect them.
  • consumer AX Another connected consumer, such as consumer AX, is to be made inactive as an additional consumer (such as heating or air conditioning).
  • the configuration circuit in the serial state or in the parallel state.
  • this connects batteries B1 and B2 in series.
  • a charging voltage of 800 V for example, can be provided via the charging connection LA, while the batteries are charged with a corresponding disconnection voltage of 400 V, i.e. with half.
  • the parallel switches P+, P- are closed, the batteries B1 and B2 can be connected in parallel. This allows both batteries to be charged simultaneously via the OBC charging circuit.
  • This can be provided, for example, by means of a DC voltage of 400 V, which is applied entirely to the first battery B1 and entirely to the second battery B2.
  • the charging circuit can only have isolating switches or other safety mechanisms, or can have a DC-DC converter.
  • the charging circuit can be designed for AC voltage charging and have a rectifier.
  • the charging voltage described here refers to the voltage that the charging circuit applies to the first battery terminal.
  • FIG. 1 An additional consumer AX is shown in FIG. This can be connected to the rest of the circuit via a switch (not shown), where this switch can be located at the position marked with the cross. As a result, consumer AX can be disconnected, while consumer A2 or possibly also low-voltage converter N2, for example, can be supplied with voltage from one of the battery connections or from converter W. Connection Z or consumer AX is via the isolating switch T2+ is connected to the converter W (and in particular to the first pole 2+ of the second battery terminal) and may also (shown in phantom) be connected to the converter via its own circuit breaker T'.
  • the control device S shown can thus be connected to the configuration circuit K in a driving manner in order to selectively establish a serial state, a parallel state or an individual supply state.
  • the control device S can be connected to the DC-DC converter in a controlled manner in order to provide it in the active state or to provide it in the active state.
  • the converter is brought into the active state by the control device.
  • the control device S controls the configuration circuit K in the single-supply state, then the control device can control the converter to assume an active or an inactive state. If faults occur in components of the connection circuit shown or in components that are connected to it, then the control device can open the corresponding all-pole or single-pole disconnectors. This allows faulty components to be isolated to prevent faults from affecting the operation of other sections of the vehicle electrical system or the connecting circuit.
  • control device S is also connected to the charging circuit OBC in a driving manner.
  • the control device S can be set up to also provide the charging circuit in a driving state or inactive state or in an active state in which the charging circuit transmits power from the charging connection LA either unconverted, DC-converted, or rectified (and possibly rectified and DC-converted ) transmits.
  • the charging circuit ZO can be bidirectional, for example to feed power back via the charging connection LA. In this case, energy is then released from the charging connection LA.
  • the control device S preferably controls the

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Abstract

Eine Batterie-Verbindungsschaltung ist mit einem ersten und einem zweiten Batterieanschluss (1-, 1+; 2-, 2+), einem ersten und einem zweiten Verbraucheranschluss (1, 2), einer Konfigurationsschaltung (K) sowie mit einem Gleichspannungswandler (W) ausgestattet. Der Gleichspannungswandler (W) weist eine mit dem ersten Batterieanschluss (1-, 1+) verbundene erste Seite (X) und eine mit dem zweiten Batterieanschluss (2-, 2+) verbundene zweite Seite (Y) auf. Der Gleichspannungswandler (W) ist zu Gleichspannungswandlung zwischen den Seiten (1S, 2S) eingerichtet ist. Der erste Verbraucheranschluss (1) ist mit der ersten Seite (X) verbunden ist. Der zweite Verbraucheranschluss (2) ist mit der zweiten Seite (Y) verbunden ist. Die Konfigurationsschaltung (K) ist an die Batterieanschlüsse (1-, 1+; 2-, 2+) angeschlossen ist und eingerichtet, wahlweise einen Seriellzustand oder einen Parallelzustand vorzusehen. Die Konfigurationsschaltung (K) verbindet die Batterieanschlüsse wahlweise: im Seriellzustand seriell miteinander, oder im Parallelzustand parallel miteinander. Ferner ist ein Fahrzeugbordnetz mit einer derartigen Batterie-Verbindungsschaltung beschrieben.

Description

Beschreibung
Batterie-Verbindungsschaltung mit Wandler und konfigurierbar verbindbare Verbraucheranschlüsse beidseits des Gleichspannungswandlers sowie Fahrzeugbordnetz hiermit
Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb weisen eine Hochvoltbatterie auf, der naturgemäß nur eine Spannung einer bestimmten Höhe liefern kann. Es bestehen jedoch innerhalb des Fahrzeugbordnetzes mehrere Lasten, die zum Teil stark von der Batteriespannung abweichende Spannungen erfordern, wobei andere Lasten jedoch vergleichbare Betriebsspannungsniveaus erfordern. Insbesondere kann ein Fahrzeugbordnetz mit zwei elektrischen Antrieben versehen sein, wobei jede Achse von einem dieser Antriebe angetrieben wird. In diesem Fall können die beiden Antriebe mit Versorgungsspannungen betrieben werden, die ungefähr die gleiche Höhe haben, sodass dieselbe Energiequelle für beide Antriebe verwendet wird.
Es besteht dann jedoch das Problem, dass bei Fehlern innerhalb der Anbindung der Antriebe mit dieser Energiequelle oder bei Fehlern in der Quelle beide Antriebe ausfallen. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich bei der Versorgung von Verbrauchern innerhalb eines Fahrzeugbordnetzes eine gewisse Redundanz erzeugen lässt, um so bei Fehlern in Teilen des Bordnetzes zumindest einen Teil der Komponenten bzw. Verbraucher versorgen zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Batterie-Verbindungsschaltung sowie das zugehörige Bordnetz. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Figur.
Es wird vorgeschlagen, eine Batterie-Verbindungsschaltung mit einem Gleichspannungswandler auszustatten, der zwei Seiten (eine erste Seite und eine zweite Seite) aufweist, wobei ein erster Batterieanschluss mit der ersten Seite und ein zweiter Batterieanschluss mit der zweiten Seite verbunden ist. Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, einen Gleichspannungswandler mit zwei Batterieanschlüssen beidseits des Spannungswandlers vorzusehen. Ferner sind ein erster und ein zweiter Verbraucheranschluss vorgesehen. Der erste Verbraucheranschluss ist an der ersten Seite des Gleichspannungswandlers vorgesehen bzw. ist an diesen Anschluss angeschlossen und kann direkt oder indirekt (etwa über einen Schalter) mit diesem verbunden sein. Der zweite Verbraucheranschluss ist an der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers vorgesehen bzw. ist an diesen Anschluss angeschlossen und kann direkt oder indirekt (etwa über einen Schalter) mit diesem verbunden sein. Mit anderen Worten ist der Gleichspannungswandler beidseits weiterhin mit zwei Verbraucheranschlüssen (direkt oder indirekt) verbunden, d.h. jeweils ein Verbraucheranschluss pro Seite. Die Verbraucheranschlüsse sind Hochvoltanschlüsse und für Betriebsspannungen > 60 V, mindestens 200 V oder mindestens 400 V oder 600 V ausgebildet. Dies trifft auch auf die Batterieanschlüsse zu. Die Batterieanschlüsse sind jeweils eingerichtet, mit einer Hochvoltbatterie (d.h. mit einer Nennspannung wie vorangehend angegeben) verbunden zu werden. Die Verbraucheranschlüsse sind jeweils eingerichtet, mit einem Hochvoltverbraucher (d.h. mit einer Nennspannung wie vorangehend angegeben) verbunden zu werden. Die Hochvoltverbraucher können als reine Senken für elektrische Energie oder als Senken oder Quellen für elektrische Energie (anhängig vom Betriebszustand) ausgebildet sein.
Um unter anderem Redundanzen vorzusehen oder auch um bestimmte Betriebsarten zu ermöglichen, ist eine Konfigurationsschaltung vorgesehen. Die Konfigurationsschaltung ist an die Batterieanschlüsse angeschlossen. Die Konfigurationsschaltung verbindet die Batterieanschlüsse konfigurierbar miteinander. Mit anderen Worten ist die Konfigurationsschaltung mit den beiden Seiten des Gleichspannungswandlers verbunden. Die Konfigurationsschaltung ist eingerichtet, wahlweise einen Seriellzustand oder einen Parallelzustand vorzusehen. Im Seriellzustand sind die Batterieanschlüsse seriell miteinander verbunden, und im Parallelzustand sind diese parallel miteinander verbunden. Diese beiden Zustände sind insbesondere nicht die einzigen Zustände der Konfigurationsschaltung. Vielmehr ist das Merkmal, gemäß dem die Konfigurationsschaltung wahlweise einen Seriellzustand oder einen Parallelzustand vorsieht, keine abschließende Auflistung der Merkmale bzw. möglichen Zustände der Konfigurationsschaltung. Die Konfigurationsschaltung kann insbesondere zudem einem Einzelversorgungszustand aufweisen, in welchem die Konfigurationsschaltung keine Verbindung zwischen den Batterieanschlüssen vorsieht, d.h. weder seriell noch parallel miteinander verbindet.
Im Parallelzustand ist es möglich, dass beide Batterien bzw. an den Batterieanschlüssen anliegenden Spannungen ohne Gleichspannungswandler miteinander kombiniert werden, um so gemeinsam Energie für zumindest einen der Antriebe bereitstellen zu können. Dies gilt auch für den Seriellzustand. Ist beispielsweise eine Batterie, die an einen der Batterieanschlüsse angeschlossen ist, nur begrenzt leistungsfähig, während eine andere Batterie am anderen Batterieanschluss mehr leisten kann, so können deren Leistungsfähigkeit oder auch deren Ladungen kombiniert werden. Je nach Zustand können die Spannung oder der Strom kombiniert werden, die an den Batterieanschlüssen anliegen bzw. eingeprägt werden.
Zudem ist es möglich, dass der Seriellzustand spezifisch für entsprechende Ladeeingangsspannungen hergestellt wird, beispielsweise zum 800V-Gleichspannungsladen, um so beispielsweise 400V-Batterien, die sich an den Batterieanschlüssen befinden, in Reihenschaltung zu verbinden, so dass eine Ladung mit 800V möglich ist. Dadurch erübrigt sich gegebenenfalls ein Hochleistungs-Ladegerät zur Spannungswandlung bei der Verwendung von Batterien, deren Spannung sich von der verfügbaren Ladespannung unterscheidet bzw. bei der Verwendung von Ladespannungen, die von der Batteriespannung abweichen.
Im Parallelzustand kann ferner ohne weitere Spannungswandlung mit 400V geladen werden, sofern auch die an den Batterieanschlüssen angeschlossenen Batterien eine passende Spannung von ungefähr der gleichen Höhe aufweisen. Neben des Energietransfers, der zwischen den Batterieanschlüssen über den Gleichspannungswandler vorgesehen sein kann, erlaubt daher die Konfigurationsschaltung zusätzliche Betriebsmodi, die insbesondere den Gleichspannungswandler nicht belasten. So kann der Gleichspannungswandler beispielsweise für eine geringere Leistung vorgesehen sein als für die maximale Ladeleistung, wodurch Kosten eingespart werden können.
Vorzugsweise ist die Konfigurationsschaltung noch für einen weiteren Zustand vorgesehen, nämlich für einen Einzelversorgungszustand. In diesem verbindet die Konfigurationsschaltung die beiden Batterieanschlüsse (d.h. den ersten und den zweiten Batterieanschluss) nicht miteinander. In diesem Fall besteht zwar keine Verbindung zwischen den Batterieanschlüssen über die Konfigurationsschaltung, jedoch über den Gleichspannungswandler, da dieser die Batterieanschlüsse miteinander verbindet.
Der Einzelversorgungszustand kann auch vorgesehen sein, wenn sich auf einer Seite des Gleichspannungswandlers ein Defekt befindet, etwa in einem Netzzweig, der an einen der Lastanschlüsse oder Batterieanschlüsse angeschlossen ist, um so zu verhindern, dass der Fehler dort den fehlerfreien Betrieb von nicht betroffenen Bordnetzzweigen verhindert. Der Einzelversorgungszustand dient dann zur Vereinzelung von Teilen des Bordnetzes bzw. der Schaltung, um so einen Abschnitt, der von Fehlem betroffen ist, von den anderen, fehlerfreien Abschnitten zu trennen, um so die Funktion der fehlerfreien Abschnitten zu ermöglichen ohne Einfluss des Fehlers, der im erstgenannten Abschnitt vorliegt.
Der Einzelversorgungszustand kann als ein Fahrzustand realisiert sein. Der Einzelversorgungszustand kann insbesondere dann eingestellt werden, wenn die beiden an die Lastanschlüsse angeschlossenen Lasten (beispielsweise Antriebe) aktiv sind. Während des Einzelversorgungszustands, insbesondere im Fahrzustand, kann der Wandler zum Ausgleich zwischen den beiden Batterieanschlüssen vorgesehen sein, etwa um Ladezustände von Batterien, die an die Batterieanschlüsse angeschlossen sind, auszugleichen oder um gezielt eine Batterie mit einem höheren Ladezustand vorzusehen als die andere Batterie.
Dieser Ladezustandsausgleich („Balancing“) wird vorzugsweise durchgeführt in einem Einzelversorgungszustand, in dem die an den Verbraucheranschlüssen abgegebene Leistung gering ist, etwa wenn diese unter einer vorgegebenen Schwelle liegt. Diese Schwelle kann eine Leistung kennzeichnen, die unter einer Fahrleistung (bspw. 1 % oder 5% der Maximal-Fahrleistung) liegt. Mit anderen Worten kann der Einzelversorgungszustand dann eingestellt werden, wenn kein Fahrzustand herrscht, um so etwa den Ladezustand unbelastet auszugleichen. Insbesondere kann das Balancing ausgeführt werden (im Einzelversorgungszustand), wenn keine Ladeleistung von außen eingebracht wird (oder wenn Rückgespeist wird). Andere Ausführungsformen sehen vor, dass das Balancing ausgeführt werden (im Einzelversorgungszustand), wenn Ladeleistung von außen eingebracht wird oder wenn Rückgespeist wird.
Insbesondere schließen sich die genannten Zustände (Seriellzustand/Parallelzustand/ggf. auch Einzelversorgungszustand) gegenseitig aus. Befindet sich die Konfigurationsschaltung im Seriellzustand, dann ist der Parallelzustand ausgeschlossen (und vorzugsweise auch der Einzelversorgungszustand). Befindet sich die Konfigurationsschaltung im Parallelzustand, dann ist der Seriellzustand ausgeschlossen (und insbesondere auch der Einzelversorgungszustand). Ist der Einzelversorgungszustand vorgesehen, dann sind der Seriellzustand und der Parallelzustand ausgeschlossen. Zudem ist vorgesehen, dass im Seriellzustand der Gleichspannungswandler inaktiv ist. Dies gilt vorzugsweise auch für den Parallelzustand. Im
Einzelversorgungszustand ist der Gleichspannungswandler vorzugsweise aktiv. Als aktiv wird hierbei der Zustand bezeichnet, in dem der Gleichspannungswandler Leistung von der ersten Seite zur zweiten Seite spannungswandelnd überträgt, oder umgekehrt. Im Einzelversorgungszustand kann abweichend hiervon der Gleichspannungswandler inaktiv sein, etwa wenn der Gleichspannungswandler selbst einen Fehler aufweist. Der Einzelversorgungszustand kann zwei Unterzustände aufweisen: einen ersten, in dem der Gleichspannungswandler aktiv ist und einen zweiten, in dem der Gleichspannungswandler inaktiv ist. Im aktiven Zustand überträgt der Gleichspannungswandler spannungswandelnd eine Spannung von einer Seite auf die andere Seite des Gleichspannungswandlers. Hierbei wird mindestens ein Arbeitsschalter des Gleichspannungswandlers getaktet geöffnet und geschlossen. Im inaktiven Zustand überträgt der Gleichspannungswandler keine Spannung von einer Seite auf die andere Seite des Gleichspannungswandlers. Insbesondere ist hierbei mindestens ein Arbeitsschalter des Gleichspannungswandlers dauerhaft offen.
Wie erwähnt können zwei Verbraucheranschlüsse vorgesehen sein, die sich beidseits des Wandlers befinden. Die Verbraucheranschlüsse sind insbesondere Elektroantrieb-Anschlüsse, d.h. Anschlüsse für einen Inverter eines elektrischen Antriebs. Darüber hinaus kann mindestens ein Verbraucheranschluss für andere Arten von Verbrauchern vorgesehen sein, beispielsweise für eine elektrische Heizung (insbesondere mit einem Betriebsspannungsbereich, der sich zumindest teilweise überlappt mit einem Betriebsspannungsbereich eines Inverters) und/oder ein Verbraucheranschluss für einen Abwärtswandler, der eingerichtet ist, aus einer Spannung, die an einer Seite des Gleichspannungswandlers anliegt, eine Niedervoltspannung zu erzeugen, beispielsweise in der Höhe von 12V, 14V, 24V, 48V oder generell eine Spannung unterhalb von 60V. Der mindestens eine Verbraucheranschluss, der nicht als Elektroantrieb-Anschluss vorgesehen ist („Verbraucheranschluss“), ist vorzugsweise ein Anschluss zusätzlich zu den zwei genannten Verbraucheranschlüssen, die Elektroantrieb-Anschlüsse sind. Somit kann sich auf einer Seite des Wandlers mehr als ein Verbraucheranschluss befinden. Dies kann auch insbesondere für beide Seiten des Gleichspannungswandlers zutreffen.
Ausführungsformen der Batterie-Verbindungsschaltung sehen vor, dass die Batterieanschlüsse jeweils Pole aufweisen, insbesondere zwei Pole in Form eines Pluspols oder eines Minuspols. Ein Pol eines Batterieanschlusses kann direkt mit einem zugehörigen Pol einer zugehörigen Seite des Gleichspannungswandlers verbunden sein. Dies kann auch für den anderen Pol dieses Batterieanschlusses zutreffen. Hierzu weist jede Seite des Gleichspannungswandlers einen Pluspol und einen Minuspol auf. Insbesondere können beide Pole eines Batterieanschlusses jeweils direkt mit dem zugehörigen Pol der gleichen Seite des Gleichspannungswandlers verbunden sein (in direkter Weise). Ferner kann auch nur ein Pol eines Batterieanschlusses mit einem zugehörigen Pol oder zugehörigen Seite des Gleichspannungswandlers verbunden sein (in direkter Weise). Anstatt einer direkten (schalterfreien) Verbindung kann eine Verbindung über einen Batterieschalter vorgesehen sein. Der Batterieschalter ist in Serie zwischen den zwei Enden der Verbindung vorgesehen. Der Batterieschalter ist eingerichtet, in offenem Zustand die Verbindung zu trennen und in geschlossenen Zustand zu verbinden. Hierbei weist ein Batterieanschluss einen Pol auf, der über einen Batterieschalter mit einem Verbindungspunkt verbunden ist. Ist der andere Pol direkt (schalterfrei) mit dem Spannungswandler verbunden, dann wird dies als einpolig geschaltete Verbindung bezeichnet. Eine Verbindung, die geschaltet ist, d.h. die einen Batterieschalter aufweist, wird als indirekte Verbindung bezeichnet.
Es können auch beide Pole eines Batterieanschlusses jeweils über einen Batterieschalter mit einem jeweiligen Verbindungspunkt verbunden sein („allpolig geschaltete Verbindung“). Eine derartige Anbindung über einen Batterieschalter kann auch als indirekte Verbindung bezeichnet werden. Es können somit beide Pole eines Batterieanschlusses direkt mit der zugehörigen Seite des Gleichspannungswandlers verbunden sein, es können beide Pole des Batterieanschlusses indirekt mit der zugehörigen Seite des Gleichspannungswandlers verbunden sein (wobei dies einer allpolig geschalteten Verbindung entspricht), oder es kann ein Pol eines Batterieanschlusses direkt mit einem zugehörigen Pol der zugehörigen Seite des Wandlers verbunden sein, während der andere Pol des gleichen Batterieanschlusses indirekt (über einen Batterieschalter) mit einem Verbindungspunkt verbunden ist (wobei dies einer einpolig geschalteten Verbindung entspricht).
Der Verbindungspunkt ist hierbei wiederum über einen Trennschalter an einen zugehörigen Pol einer zugehörigen Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen. Bei einer indirekten Verbindung ergibt sich somit eine Anbindung über einen Batterieschalter an einen Verbindungspunkt, wobei dieser Verbindungspunkt wiederum über einen Trennschalter an den zugehörigen Pol der zugehörigen Seite angeschlossen ist. Eine indirekte Verbindung beinhaltet somit den Anschluss eines Pols eines Batterieanschlusses über einen Batterieschalter mit einem Verbindungspunkt, der wiederum über einen Trennschalter mit dem zugehörigen Pol verbunden ist. Im Gegensatz hierzu wäre eine direkte Verbindung eines Pols eines Batterieanschlusses die direkte Verbindung (batterieschalterfreie Verbindung) zwischen diesem Pol und einem zugehörigen Pol der entsprechenden Seite des Gleichspannungswandlers, ohne über den Batterieschalter und den Trennschalter zu gehen.
Mit anderen Worten kann somit ein Pol eines Batterieanschlusses direkt mit dem zugehörigen Pol des Gleichspannungswandlers verbunden sein, oder kann über eine Serienschaltung eines Batterieschalters oder eines Trennschalters mit dem zugehörigen Pol der zugehörigen Seite des Gleichspannungswandlers verbunden sein. In dieser Serienschaltung von Batterieschalter und Trennschalter ist in der Mitte zwischen den beiden Schaltern der Verbindungspunkt vorgesehen.
Insbesondere hat jede indirekte Verbindung einen Verbindungspunkt. Der oder die Verbindungspunkte sind insbesondere direkt mit einem Pol eines
Verbraucheranschlusses verbunden. Der mindestens eine Verbindungspunkt dient somit zur Anbindung mindestens eines Verbraucheranschlusses. Ferner dient der mindestens eine Verbindungspunkt zur Anbindung an eine Seite des Gleichspannungswandlers, wobei hierbei der Verbindungspunkt über einen Trennschalter mit einer Seite bzw. einem Pol des Gleichspannungswandlers verbunden ist. Weiterhin kann ein Verbraucheranschluss auf über einen Trennschalter mit einem Batterieanschluss und einer Seite des Wandlers verbunden sein, ohne dass ein Batterieschalter vorgesehen wäre (d.h. schalterfrei).
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die erste Seite des Gleichspannungswandlers zwei Pole (Minuspol und Pluspol) aufweist, die jeweils direkt mit den Polen des ersten Batterieanschlusses verbunden sind, während die zweite Seite des Gleichspannungswandlers Pole aufweist, von denen entweder beide jeweils über einen Batterieschalter, einen Verbindungspunkt und einen Trennschalter mit der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden sind, oder ein Pol des Batterieanschlusses über einen Batterieschalter, einen Verbindungspunkt und einen Trennschalter mit dem zugehörigen Pol der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden ist, während der andere Pol des Batterieanschlusses direkt (oder über einen Schalter) mit dem betreffenden Pol der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden ist. Hierbei kann der erstgenannte Pol des Batterieanschlusses, der indirekt (über den Batterieschalter, den Verbindungspunkt und den Trennschalter) mit dem betreffenden Pol der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden ist, der Minuspol sein, und der andere Schalter, der direkt (oder über einen Schalter) angebunden ist, kann der Pluspol sein. Andere Ausführungsformen sehen eine vergleichbare Anbindung vor, wobei Plus- und Minuspol gegenüber der vorgenannten Anbindung vertauscht sind. Es ist auch möglich, dass beide Seiten eine indirekte Anbindung des jeweiligen Batterieanschlusses an die jeweilige Seite des Gleichspannungswandlers vorsehen oder dass zu beiden Seiten des Gleichspannungswandlers Batterieanschlüsse vorgesehen sind, die mittels einer direkten Verbindung an die jeweilige Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen sind.
Ein Pol einer Seite des Gleichspannungswandlers oder beide Pole können über einen Trennschalter mit einem der Verbraucheranschlüsse verbunden sein. Weiterhin kann ein Pol eines Batterieanschlusses oder beide Pole über einen Batterieschalter mit einem der Verbraucheranschlüsse verbunden sein. Dadurch lässt sich beispielsweise durch Öffnen eines oder beider Batterieschalter die Batterie abtrennen, sodass eine Versorgung über den Wandler durchgeführt werden kann. In gleicher weise kann der Trennschalter geöffnet werden, um so über den Batterieschalter den Verbraucheranschluss ausgehend von den Batterieanschlüssen zu versorgen. Damit lässt sich grundsätzlich der Verbraucheranschluss mit dem Batterieanschluss schaltbar verbinden oder trennen. In gleicher Weise lässt sich der Verbraucheranschluss mit einer Seite des Gleichspannungswandlers schaltbar verbinden oder trennen. Dadurch kann vom Verbraucheranschluss ausgehend gewählt ein Bordnetzzweig anschließen, der nicht fehlerbelastet ist, während ein anderer Bordnetzzweig, der fehlerbelastet ist, abgetrennt werden kann. Besteht kein Fehler, dann kann über die geschlossenen Batterie- und Trennschalter ein kombinierter Leistungsfluss hergestellt werden, etwa um Batterien, die an die Batterieanschlüsse angeschlossen sind, zu balancieren (d.h. einen Ladezustandsausgleich teilweise oder vollständig zu erzielen), oder um Leistungsflüsse, die zum Verbraucheranschluss führen, zu summieren. In gleicher Weise lässt sich dadurch ein von einem Ladeanschluss kommender Leistungsfluss geeignet lenken, d.h. zu ein oder mehreren der Komponenten der Verbindungsschaltung gezielt führen, oder auch gezielt Teile der Verbindungsschaltung abtrennen.
Weiterhin ist es möglich, mittels der Trennschalter bzw. Batterieschalter bei einem Ladevorgang zu Cy-Kondensatoren von Lasten, die an die Lastanschlüsse angeschlossen sind (etwa Inverter oder Ähnliches) gezielt abzutrennen, sodass die Cy-Kondensatoren der so abgetrennten Komponenten nicht rückwirken können auf den (Verbraucher-)Anschluss und/oder auf daran angeschlossene Netze.
Die Verbindungsschaltung kann ferner über einen ersten Verbraucheranschluss und/oder über einen zweiten Verbraucheranschluss verfügen. Einer der Verbraucheranschlüsse oder vorzugsweise beide können Elektroantrieb-Anschlüsse sein. Hierbei kann der erste Verbraucheranschluss an eine Seite des Gleichspannungswandlers, insbesondere an die erste Seite, angeschlossen werden, wobei dieser Anschluss mittels einer Verbindung durchgeführt wird, die einen oder beide Trennschalter umfassen kann. Der erste Verbraucheranschluss kann somit über einen ersten Trennschalter mit einem Pol der ersten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden sein und direkt oder über einen zweiten Trennschalter mit dem zweiten Pol des Wandlers. Diese Trennschalter entsprechen insbesondere den hierin beschriebenen Trennschalter. Insbesondere entsprechende diese Trennschalter den Trennschaltern, mittels denen der Verbindungspunkt mit einem zugehörigen Pol der zugehörigen Seite des Gleichspannungswandlers verbunden ist. Auch der zweite Verbraucheranschluss kann allpolig oder einpolig trennbar (d.h. über einen oder zwei Trennschalter) mit der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden sein. Über die Trennschalter kann so der an den betreffenden Verbraucheranschluss angeschlossene Verbraucher getrennt werden von dem Wandler bzw. von dem betreffenden Batterieanschluss, etwa um Cy-Kondensatoren des angeschlossenen Verbrauchers abzutrennen von den Batterieanschlüssen bzw. dem
Gleichspannungswandler. Bei allpolig vorgesehenen Trennschaltern, d.h. ein Trennschalter pro Pol, kann der erste Verbraucheranschluss über allpolig vorgesehene Trennschalter an die erste Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen sein. Der zweite Verbraucheranschluss kann ferner über allpolig vorgesehene Trennschalter an die zweite Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen sein. An der ersten Seite des Gleichspannungswandlers können somit zwei Trennschalter vorgesehen sein, die allpolig die erste Seite des Gleichspannungswandlers mit dem ersten Verbraucheranschluss verbinden. Ferner können zwei Trennschalter vorgesehen sein, die die zweite Seite des Gleichspannungswandlers mit dem zweiten Verbraucheranschluss verbinden.
Die Batterie-Verbindungsschalter können über einen oder mehrere Zusatz-Verbraucheranschlüsse (bzw. weitere Verbraucheranschlüsse) verfügen. Eine Ausführungsform sieht vor, dass diese parallel zu einem der Verbraucheranschlüsse angeschlossen sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zusatz-Verbraucheranschlüsse über einen eigenen Trennschalter („Zusatz-Trennschalter“) an eine der beiden Seiten des Gleichspannungswandlers angeschlossen. Zudem kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Zusatz-Verbraucheranschluss direkt oder über einen eigenen Trennschalter mit einer der beiden Seiten des Gleichspannungswandlers direkt verbunden ist. Dadurch kann mittels des Zusatz-Trennschalters die Verbindung zwischen Zusatz-Verbraucheranschluss und dem Gleichspannungswandler individuell hergestellt oder getrennt werden. Insbesondere ist der Zusatz-Verbraucheranschluss bis auf den zwischengeschalteten Zusatz-Trennschalter direkt mit dem Gleichspannungswandler verbunden, sodass bei geschlossenem Zusatz-Trennschalter und offenen Trennschaltern (die zu einem Verbraucheranschluss führen) nur der Zusatz-Verbraucheranschluss mit dem Wandler verbunden ist, nicht aber der Verbraucheranschluss. Falls nicht anders bezeichnet, wird mit dem Begriff „Trennschalter“ ein Trennschalter bezeichnet, der den Gleichspannungswandler schaltbar mit einem Verbraucheranschluss verbindet, während mit dem Begriff „Zusatz-Trennschalter“ ein eigener Trennschalter bezeichnet wird, der den Zusatz-Verbraucheranschluss mit dem Gleichspannungswandler schaltbar verbindet. Insbesondere verbindet der Zusatz-Trennschalter den Zusatz-Verbraucheranschluss direkt mit dem Gleichspannungswandler und nicht über einen der anderen Trennschalter (die zu dem ersten oder zweiten Verbraucheranschluss führen). Durch den Zusatz-Trennschalter kann die Anbindung des Zusatz-Verbraucheranschlusses unabhängig von der Anbindung des ersten oder zweiten Verbraucheranschlusses geschaltet werden.
Die Batterie-Verbindungsschaltung kann ferner über eine fahrzeugseitige Ladeschaltung verfügen. Diese ist vorzugsweise allpolig an die erste Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen. Mit anderen Worten ist die fahrzeugseitige Ladeschaltung an den Gleichspannungswandler angeschlossen. In einer alternativen Ausführungsform ist die fahrzeugseitige Ladeschaltung an die zweite Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen, insbesondere allpolig. Auch hier kann die allpolige Verbindung zwischen Ladeschaltung und Gleichspannungswandler direkt sein, d.h. schalterfrei, oder mindestens einen Ladeschalter aufweisend. Die Ladeschaltung ist entweder eine Wechselspannungs-Ladeschaltung mit einem Gleichrichter bzw. einem Leistungsfaktor-Korrekturfilter, oder ist eine Gleichspannungs-Ladeschaltung, die wandlerfrei sein kann und bspw. Trennschalter umfasst, oder die einen Lade-Gleichspannungswandler aufweist. Falls die Ladeschaltung als Wechselspannungs-Ladeschaltung ausgestaltet ist, so kann diese neben dem Gleichrichter auch einen weiteren Lade-Gleichspannungswandler aufweisen, um so die gleichgerichtete Spannung des Gleichrichters auf ein gewünschtes Spannungsniveau anzuheben oder abzusenken.
Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass die Batterie-Verbindungsschalter über mindestens einen Niedervoltwandler verfügt. Dieser ist zum Abwärtswandeln eingerichtet. Dieser kann bspw. zur Abwärtswandlung von 400 V und 800 V auf eine Niedervoltspannung von 12 V, 14 V, 24 V oder 48 V ausgestaltet sein. Der Niedervoltwandler ist somit ein Abwärtswandler. Der mindestens eine Niedervoltwandler ist vorzugsweise an die erste Seite oder die zweite Seite des Gleichspannungswandler angeschlossen. Hierbei kann der Niedervoltwandler über mindestens einen Trennschalter, d.h. über einen einpoligen oder über einen allpoligen Trennschalter mit dem Gleichspannungswandler verbunden sein. Vorzugsweise ist der Niedervoltwandler über die Trennschalter mit dem Gleichspannungswandler verbunden, die auch einen der Verbraucheranschlüsse mit dem Gleichspannungswandler verbinden. Der Niedervoltwandler ist als ein Gleichspannungswandler ausgebildet, wird hier jedoch zur Vermeidung von Verwechslungen als Niedervoltwandler bezeichnet.
Die Batterie-Verbindungsschaltung kann eine Steuervorrichtung aufweisen, die ansteuernd mit der Konfigurationsschaltung verbunden ist. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, in einem Parallelzustand die Konfigurationsschaltung zur parallelen Verbindung der Batterieanschlüsse anzusteuern. Die Steuervorrichtung ist ferner eingerichtet, an einem Seriellzustand die Konfigurationsschaltung zur seriellen Verbindung der Batterieanschlüsse anzusteuern. Zudem kann die Steuervorrichtung eingerichtet sein, in einem Einzelversorgungszustand die Konfigurationsschaltung anzusteuern, die Batterieanschlüsse nicht miteinander zu verbinden. In diesem Zustand verbindet die Konfigurationsschaltung die Batterieanschlüsse nicht miteinander (wobei jedoch Verbindungen über andere Elemente der Schaltung möglich sind). Die Steuervorrichtung ist somit ansteuernd mit der Konfigurationsschaltung verbunden. Die Konfigurationsschaltung ist direkt mit den Batterieanschlüssen verbunden, um so die gewünschte Konfiguration herzustellen.
Der Einzelversorgungszustand kann mehrere Unterzustände aufweisen, die als Einzelversorgungszustände erster, zweiter, (... ) Art bezeichnet werden können. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuervorrichtung eingerichtet ist, in einem Fahrzustand eine erste Art des Einzelversorgungszustands einzustellen, in dem die Steuervorrichtung den Gleichspannungswandler zum Energieaustausch zwischen den Batterieanschlüssen ansteuert. In diesem Zustand ist der Gleichspannungswandler aktiv. Die Steuervorrichtung ist somit auch (direkt oder indirekt) ansteuernd mit dem Gleichspannungswandler verbunden. Insbesondere findet bei aktivem Gleichspannungswandler ein Energieaustausch zwischen den Batterieanschlüssen und vorzugsweise zwischen den Batterien, die an die Batterieanschlüsse angeschlossen sind, statt. Die Steuervorrichtung kann einen weiteren, zweiten Unterzustand des Einzelversorgungszustands aufweisen. Dieser kann als zweite Art des Einzelversorgungszustands oder Teilfehlerzustand bezeichnet werden. Dieser tritt insbesondere bei einem Teilfehlerzustand (der Verbindungsschaltung) auf. Die Steuervorrichtung kann in dem Teilfehlerzustand (als eine zweite Art des Einzelversorgungszustands) den Gleichspannungswandler deaktiviert vorsehen bzw. diesen nicht betreiben. In diesem Zustand wird der Gleichspannungswandler von der Steuervorrichtung derart angesteuert, dass der Gleichspannungswandler einen Energieausgleich bzw. einen Leistungsfluss zwischen den Batterieanschlüssen unterbindet. Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, den Teilfehlerzustand selbst zu erfassen oder hat einen Eingang, an dem das Bestehen eines Teilfehlerzustands mittels eines Signals angezeigt wird.
In dem Teilfehlerzustand bestehen innerhalb der Verbindungschaltung Fehler in einzelnen Komponenten, sodass eine durch den Gleichspannungswandler durchgeführte Trennung (Gleichspannungswandler inaktiv) die Komponenten zu einer Seite des Gleichspannungswandlers von den Komponenten zur anderen Seite des Gleichspannungswandler getrennt sind. Da vorzugweise auch in diesem Zustand die Konfigurationsschaltung offen ist, d.h. die Batterieanschlüsse nicht miteinander verbindet, können so der Gleichspannungswandler und die Konfigurationsschaltung eine vollständige Trennung (insbesondere allpolig) der beiden Teilnetze der Verbindungsschaltung vorsehen, die sich zu beiden Seiten des Gleichspannungswandlers befinden. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, den Gleichspannungswandler mit einem entsprechendem Taktsignal anzusteuern (im inaktiven Zustand ohne Pulse, Arbeitsschalter offen, im aktiven Zustand getaktet) oder mit einem entsprechenden Betriebszustandssignal, das angibt, ob der Gleichspannungswandler getaktet betrieben werden soll, oder nicht.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in einem AC-Ladezustand, d.h. in einem Wechselspannungszustand, die Konfigurationsschaltung in einem Seriellzustand vorgesehen ist. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, dies auszuführen. Stellt die Steuervorrichtung den Gleichspannungswandler in einen inaktiven Modus während des AC-Ladezustands, wird die in Seriellschaltung der beiden Batterieanschlüsse mit Ladespannung versorgt. Diese Spannung teilt sich auf die Batterieanschlüsse auf. Die Steuervorrichtung ist insbesondere in dem AC-Ladezustand eingerichtet, den Gleichspannungswandler zum Energieausgleich zwischen den Batterieanschlüssen bzw. zur Leistungsübertragung zwischen den Batterieanschlüssen anzusteuern. Dadurch können Ausgleichsströme zwischen den Batterieanschlüssen fließen, sodass die Ladezustände von Batterien, die an die Batterieanschlüsse angeschlossen sind, balanciert werden, insbesondere während Ladeenergie an beide Batterieanschlüsse geführt wird. Die Steuervorrichtung ist hierbei eingerichtet, den Gleichspannungswandler zur aktiven Gleichspannungswandlung anzusteuern, wenn ein Energieausgleich bzw. Leistungsfluss zwischen den Batterieanschlüssen stattfinden soll. Findet über den Gleichspannungswandler ein Energieausgleich bzw. ein Leistungsfluss statt, d.h. ist der Gleichspannungswandler aktiv, dann wird dieser in bekannter Weise von der Steuervorrichtung getaktet angesteuert. Ferner kann die Steuervorrichtung auch lediglich ein Aktivierungssignal an den Gleichspannungswandler übergeben, der selbst eine interne Steuerung aufweist, welche die Taktung vorgibt. Die Steuervorrichtung kann einen Eingang aufweisen, an dem ein Signal anlegbar ist, das den einzustellenden Zustand wiedergibt. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, den am Eingang eingegebenen Zustand einzustellen.
Ferner wird ein Fahrzeugbordnetz beschrieben, dass eine Batterie-Verbindungsschaltung aufweist, wie sie hierin beschrieben ist. Das Fahrzeugbordnetz weist eine erste und eine zweite Batterie auf. Die erste Batterie ist an einen ersten Batterieanschluss angeschlossen. Die zweite Batterie ist an den zweiten Batterieanschluss angeschlossen. Die Verbindung zwischen den Batterien und den jeweiligen Batterieanschlüssen ist vorzugsweise schalterfrei. Die Batterien sind vorzugsweise als Hochvolt-Traktionsakkumulatoren ausgebildet. Die Batterien weisen somit eine Nennspannung von mehr als 60 V, insbesondere mindestens 200 V, vorzugsweise von mindestens 400 V, 600 V oder 800 V auf. Weiterhin weist das Fahrzeugbordnetz einen ersten und einen zweiten elektrischen Traktionsantrieb auf. Der erste Traktionsantrieb ist mit der ersten Batterie verbunden. Der zweite Traktionsantrieb ist mit der zweiten Batterie verbunden. Dies ist insbesondere dadurch ausgeführt, dass der erste Traktionsantrieb an den ersten Verbraucheranschluss angeschlossen ist und der zweite Traktionsantrieb an den zweiten Verbraucheranschluss angeschlossen ist. Die Verbindung zwischen Traktionsanschluss und Batterie weist vorzugsweise Schalter auf, insbesondere die hier erwähnten Trennschalter oder die hier erwähnten Batterieschalter. Es kann ein Pol des Traktionsantriebs über einen Batterieschalter mit der Batterie verbunden sein, insbesondere mit dem Batterieanschluss, und ein anderer Pol kann über einen Trennschalter mit dem Spannungswandler verbunden sein. Insbesondere kann auch ein weiterer Trennschalter vorgesehen sein, der den erstgenannten Pol des ersten Traktionsantriebs mit dem Gleichspannungswandler verbindet. Es kann zudem vorgesehen sein, dass eine der Traktionsantriebe, insbesondere der zweite, über einen allpoligen Trennschalter mit dem Gleichspannungswandler verbunden ist und/oder mit der Batterie bzw. dem Batterieanschluss verbunden ist. Insbesondere sind die Traktionsantriebe über die Verbraucheranschlüsse an die Verbindungsschaltung angeschlossen. Hierbei ist der erste Traktionsantrieb an dem ersten Verbraucheranschluss angeschlossen, und der zweite Traktionsantrieb ist an den zweiten Verbraucheranschluss angeschlossen.
Es ergibt sich dadurch über die Verbindungsschaltung eine allpolige Verbindung zwischen dem Traktionsantrieb und dem ersten Batterieanschluss. Ferner kann der erste Traktionsantrieb an die erste Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen sein. Die Verbindung zwischen Traktionsantrieb einerseits und Batterie und Wandler andererseits kann einen allpoligen Trennschalter aufweisen. Die Verbindung zwischen dem zweiten Traktionsantrieb und dem Gleichspannungswandler kann auch einen allpoligen Trennschalter aufweisen. Zudem kann die Verbindung zwischen dem zweiten Traktionsantrieb und der zweiten Batterie bzw. im zweiten Batterieanschluss einen Trennschalter (in einer ersten Stromschiene) und einen Batterieschalter (in der zweiten Stromschiene) aufweisen. Der Trennschalter und der Batterieschalter bilden zusammen einen allpoligen Schalter.
Die hier beschriebene Batterie-Verbindungsschaltung kann vorgesehen sein zur parallelen oder seriellen Verbindung der Batterieanschlüsse, wobei diese Konfiguration von der Konfigurationsschaltung vorgesehen wird. Hierbei können die Batterien in der entsprechenden gewünschten Schaltung geladen werden. Alternativ können die Batterien in paralleler Konfiguration einen direkten Ladungsausgleich (Balancing) durchführen. Weiterhin kann die Konfigurationsschaltung in einem Einzelversorgungszustand keine Verbindung zwischen den beiden Seiten des Gleichspannungswandlers bzw. zwischen den Batterieanschlüssen vorsehen. Hierbei kann der Gleichspannungswandler aktiv sein, um auf diese Weise einen Ladungsausgleich zwischen den Batterieanschlüssen zu ermöglichen. Dieser kann dann von dem Gleichspannungswandler gesteuert werden.
Weiterhin ist es möglich, dass im Einzelversorgungszustand der erste Versorgungsanschluss nur von dem ersten Batterieanschluss versorgt wird. Zudem kann im Einzelversorgungszustand eine Verbindung des zweiten Batterieanschlusses nur mit dem zweiten Verbraucheranschluss und/oder dem Zusatz-Verbraucheranschluss bestehen. Die entsprechenden Batterie- und Trennschalter sind entsprechend ausgerüstet, diese individuelle Verbindung vorzusehen. Zudem kann vorgesehen sein, dass zum einen die Konfigurationsschaltung im Einzelversorgungszustand ist, wenn in einem Teil der Verbindungsschaltung ein Fehler auftritt.
Falls an dem Zusatz-Verbraucheranschluss oder dem zweiten Verbraucheranschluss ein Fehler auftritt, so kann mindestens einer der damit verbundenen Batterie- und Trennschalter geöffnet sein, sodass die fehlerhafte Komponente abgetrennt ist. Die Konfigurationsschaltung kann sich hierbei im Einzelversorgungszustand befinden, oder kann sich im Seriell- oder Parallelkonfigurationszustand befinden, um so die verbleibenden Komponenten, etwa auf der ersten Seite des Gleichspannungswandlers mittels beider Batterieanschlüsse versorgen zu können. Die Batterie- bzw. Trennschalter zur ersten Seite des Gleichspannungswandlers sind hierbei geschlossen, um einen Leistungsfluss zu ermöglichen und insbesondere um einen Leistungsfluss zum ersten Verbraucheranschluss zu erlauben.
In gleicher Weise kann der erste Verbraucheranschluss von dem ersten Batterieanschluss bzw. von der ersten Seite des Gleichspannungswandlers getrennt sein, wobei hierbei die daran angeschlossenen Trennschalter bzw. Batterieschalter offen sind. Dadurch kann ein fehlerhafter Verbraucher am ersten Verbraucheranschluss abgetrennt werden. Die Schalter zur zweiten Seite des Gleichspannungswandlers können geschlossen sein, und so eine Verbindung zwischen Wandler bzw. zweitem Batterieanschluss einerseits und zweitem Verbraucheranschluss bzw. Zusatz-Verbraucheranschluss andererseits zu ermöglichen. Auch hierbei kann die Konfigurationsschaltung im Einzelversorgungszustand sein, oder kann im Parallel- oder Seriellkonfigurationszustand sein, um zu ermöglichen, dass der zweite Verbraucheranschluss und/oder der Zusatzverbraucheranschluss beider Batterieanschlüsse bzw. vom Gleichspannungswandler aus versorgt werden kann.
Ist der Zusatz-Verbraucheranschluss über einen eigenen Trennschalter angeschlossen, so kann dieser geschlossen sein, während die zum zweiten Verbraucheranschluss führenden Schalter (Trennschalter und Batterieschalter) offen sind. Dadurch kann der zweite Verbraucheranschluss abgetrennt werden, während gleichzeitig eine Verbindung zwischen Zusatz-Verbraucheranschluss einerseits und zweitem Batterieanschluss, Gleichspannungswandler und/oder ersten Batterieanschluss möglich ist, um so den Zusatz-Verbraucheranschluss versorgen zu können.
Insbesondere bei Einspeisung von Ladeenergie über den Ladeanschluss bzw. über die Ladeschaltung kann vorgesehen sein, dass die zum ersten Verbraucheranschluss und die zum zweiten Verbraucheranschluss führenden Trennschalter offen sind. Dadurch wird vermieden, dass störende Cy-Kondensatoren, die an die Verbraucheranschlüsse angeschlossen sind, in die Ladeschaltung oder in die angeschlossene externe Ladestation übertragen werden. Dies ist insbesondere kritisch bei galvanisch nicht trennenden Ladeschaltungen. Der Ladeanschluss ist hierbei über die Ladeschaltung (galvanisch leitend) einpolig an die erste Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen. Die Figur 1 zeigt eine Batterie-Verbindungsschaltung innerhalb eines Fahrzeugbordnetzes und dient zur Erläuterung der hier dargestellten Ausführungsformen.
Die in Figur 1 dargestellte Batterie-Verbindungsschaltung weist zwei Batterieanschlüsse auf, die jeweils zwei Pole 1 +, 1 - bzw. 2+, 2- aufweisen. Der erste Batterieanschluss ist somit zweipolig ausgebildet mit den Polen 1 +, 1 -. Der zweite Batterieanschluss ist ebenso zweipolig ausgebildet mit den Polen 2+, 2-, Der Pol, dessen Bezugszeichen ein Plus (+) enthält, ist der positive Pol und kann als erster Pol bezeichnet werden. Der andere Pol, dessen Bezugszeichen ein Minus (-) enthält, kann als negativer Pol oder zweiter Pol bezeichnet werden. Die Batterieanschlüsse sind jeweils als Hochvoltanschlüsse ausgebildet mit entsprechender Isolation, d.h. für Betriebsspannungen von mehr als 60 V, insbesondere von mindestens 200 V, 400 V, 600 V oder 800 V.
Es ist ein Gleichspannungswandler W dargestellt, der ein erste Seite X und eine zweite Seite Y aufweist. Die erste Seite X weist einen ersten Pol X+ und einen zweiten Pol X- auf. Die zweite Seite Y weist einen ersten Pol Y+ und einen zweiten Pol Y- auf. Auch hier sind die Pole, deren Bezugszeichen ein Plus (+) aufweisen, die positiven Pole und können als erste Pole bezeichnet werden. Die Pole, deren Bezugszeichen ein Minus (-) aufweisen, sind die negativen Pole und können als zweite Pole der betreffenden Seite bezeichnet werden.
Der erste Batterieanschluss mit den Polen 1 -, 1 + ist direkt, d.h. schalterfrei, mit der ersten Seite X des Gleichspannungswandlers W verbunden, insbesondere mit dessen Polen X+, X-. Hierbei sind die ersten Pole miteinander verbunden und die zweiten Pole sind miteinander verbunden. Der zweite Batterieanschluss mit den Polen 2-, 2+ ist mit der zweiten Seite des Wandlers W verbunden. Hierbei ist der erste Pol 2+ des zweiten Batterieanschlusses mit dem ersten Pol Y+, der zweiten Seite Y des Gleichspannungswandlers W direkt, d.h. schalterfrei verbunden. Der zweite Pol 2- des Batterieanschlusses ist über einen Batterieschalter S1 mit einem Trennschalter T2- verbunden, der wiederum direkt (d.h. schalterfrei) zum zweiten Pol Y- der zweiten Seite Y des Gleichspannungswandlers W führt. Somit ist der zweite Batterieanschluss nicht direkt, sondern in der negativen Stromschiene über die Schalter S1 und T2- mit dem Gleichspannungswandler W verbunden, d.h. ist indirekt verbunden. Dargestellt ist, dass nur ein Pol 2- des Batterieanschlusses 2+, 2-, nämlich der Pol 2-, über Schalter (Batterieschalter S1 , Trennschalter T2-) mit dem Gleichspannungswandler W verbunden ist, während der andere Pol 2+ direkt mit dem Gleichspannungswandler bzw. der zweiten Seite Y verbunden ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass beide Batteriepole über mindestens einen Schalter mit dem betreffenden Pol der betreffenden Seite (hier die zweite Seite Y) des Gleichspannungswandlers W verbunden ist.
Die Alternative, gemäß der der Batterieanschluss schalterfrei, d.h. direkt mit der betreffenden Seite des Gleichspannungswandlers verbunden ist, ist anhand des Batterieanschlusses mit den Polen 1 +, 1 - und der Seite X des Gleichspannungswandlers W dargestellt. Dies kann jedoch auch für die zweite Seite Y implementiert sein. In gleicher Weise kann die einpolig oder allpolig indirekte Verbindung (die über Batterie- und Trennschalter führt) zwischen Batterieanschluss und Gleichspannungswandler W auch auf der ersten Seite X vorgesehen sein. Hier bedeutet die Bezeichnung „indirekte Verbindung“ die Anbindung über mindestens einen Schalter, insbesondere die Anbindung über einen Batterieschalter, der über einen Trennschalter zum betreffenden Pol der betreffenden Seite des Gleichspannungswandlers W führt.
Diese indirekte Verbindung weist einen Verbindungspunkt auf, über den der Batterieschalter und der Trennschalter miteinander verbunden sind. Dieser Verbindungspunkt ist in der Figur 1 für die Verbindung zwischen dem zweiten Pol 2- des zweiten Batterieanschlusses mit dem zweiten Pol Y- der zweiten Seite Y des Gleichspannungswandlers W. Dies ist jedoch nur beispielhaft und kann wie erwähnt auch andere Pole (Y+) bzw. die andere Seite X (mit den Polen X+, X-) des Wandlers W betreffen.
Zur dargestellten Batterie-Verbindungsschaltung gehört auch ein erster
Verbraucheranschluss 1 und ein zweiter Verbraucheranschluss 2. Der erste
Verbraucheranschluss 1 befindet sich auf der ersten Seite X des Gleichspannungswandlers W und ist über einen allpoligen Schalter mit den Schaltelementen T1 +, T1 - mit der ersten Seite X des Gleichspannungswandlers W verbunden. Ein erster Pol des Verbraucheranschlusses 1 ist über das Schaltelement T1 + mit dem Pol X+ des Wandlers W verbunden. Ein zweiter Pol (der negative Pol) ist über das Schaltelement T1 - mit dem negativen Pol X- der ersten Seite des Gleichspannungswandlers W verbunden. Die beiden Schaltelemente T1 +, T1- befinden sich in unterschiedlichen Stromschienen, d.h. in Stromschienen unterschiedlicher Polarität, sodass diese zusammen einen Schaltervorrichtung bilden, der allpolig den ersten Verbraucheranschluss 1 abtrennen kann von der ersten Seite X des Gleichspannungswandlers W.
Auch an der zweiten Seite Y des Gleichspannungswandlers W befindet sich ein Verbraucheranschluss, nämlich der zweite Verbraucheranschluss 2. Dieser ist in gleicher Weise an den Gleichspannungswandler W angeschlossen: eine allpolige Schaltervorrichtung mit den Schaltelementen T2-, T2+ verbindet den zweiten Verbraucheranschluss 2 mit der zweiten Seite Y, d.h. mit den Polen Y+, Y- der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers W. Es sei bemerkt, dass hierbei das Schaltelement T2- identisch ist mit dem Trennschalter, der vorangehend genannt wurde. Das heißt, dass ein Pol des zweiten Verbraucheranschlusses 2 über den Trennschalter T2- mit der zweiten Seite Y des Gleichspannungswandlers W verbunden ist, über den auch der Batterieschalter S1 mit dem Gleichspannungswandler (W) verbunden ist. Dieser Batterieschalter S1 verbindet den zweiten Batterieanschluss bzw. dessen Pol 2- mit dem Trennschalter T2- bzw. dem Verbindungspunkt VP verbindet. Entsprechend den vorangehenden Ausführungen kann dies auch für den anderen Pol vorgesehen sein, wobei hierbei auch der andere Pol des zweiten Verbraucheranschlusses 2 über einen Trennschalter mit dem Gleichspannungswandler verbunden sein kann, an den ein Batterieschalter angeschlossen ist, der zum anderen Pol des Batterieanschlusses führt. Somit können in einer nicht dargestellten Ausführungsform beide Pole des zweiten (oder ersten) Verbraucheranschlusses auf die Weise an den Gleichspannungswandler angebunden sein, wie es für den unteren Pol des zweiten Verbraucheranschlusses 2 in der Figur 1 dargestellt ist. Die Batterie-Verbindungsschaltung umfasst ferner eine Konfigurationsschaltung K, über die die beiden Batterieanschlüsse miteinander konfigurierbar verbunden sind. Die Konfigurationsschaltung umfasst hierzu einen Seriellschalter S, der geschlossen ist, wenn die beiden Batterieanschlüsse seriell miteinander verbunden werden. Hierbei verbindet der Seriellschalter S einen ersten Pol 2+ des ersten Batterieanschlusses mit einem zweiten Pol 1 - des zweiten Batterieanschlusses. Allgemein haben die genannten Pole, die von dem Seriellschalter S schaltbar verbunden werden, unterschiedliche Polaritäten. Im dargestellten Beispiel verbindet der Seriellschalter S in geschlossenem Zustand den negativen Pol 1 - des ersten Batterieanschlusses mit dem positiven Pol 2+ des zweiten Batterieanschlusses.
Die Konfigurationsschaltung ist ferner mit zwei Parallelschaltern P-, P+ ausgerüstet. Diese sind unterschiedlichen Polaritäten der zugeordnet. Die Schalter P-, P+ werden gleichzeitig betätigt und können somit auch Schaltelemente einer gemeinsamen Schaltervorrichtung sein. Sind die Schalter P+, P- geschlossen, dann sind der erste und der zweite Batterieanschluss parallel miteinander verbunden. Hierbei verbinden die Parallelschalter P-, P+ den ersten Pol des ersten Batterieanschlusses 1 + mit dem ersten Pol 2+ des zweiten Batterieanschlusses und verbinden zudem, getrennt hiervon, den zweiten Pol 1 - des ersten Batterieanschlusses mit dem zweiten Pol 2- des zweiten Batterieanschlusses. In einer vereinfachten Ausführungsform ist der Seriellschalter S durch eine Diode ersetzt. Werden zudem wie dargestellt zwei Parallelschalter P+, P- und ein Seriellschalter S verwendet, dann ist der Seriellschalter S geöffnet, wenn die Parallelschalter geschlossen sind, und die Parallelschalter sind geöffnet, wenn der Seriellschalter geöffnet ist. Die Schalter S, P+ und P- können auch gleichzeitig geöffnet sein, etwa in einem Einzelversorgungszustand.
Eine Steuervorrichtung S ist vorgesehen, die die Konfigurationsschaltung K ansteuert, wie mit dem Doppelpfeil dargestellt ist. Diese Steuervorrichtung S ist ausgestaltet, in einem Seriellzustand durch Schließen des Schalters S die Batterieanschlüsse miteinander seriell zu verbinden, und ist eingerichtet, in einem Parallelzustand über die Parallelschalter P+, P- die beiden Batterieanschlüsse parallel miteinander zu verbinden. In einem Einzelversorgungszustand sind alle Schalter P+, P-, S geöffnet, sodass die beiden Batterieanschlüsse nicht miteinander verbunden sind. Der Einzelversorgungszustand kann einhergehen mit einem aktiven Wandler W oder mit einem inaktiven Wandler W, der dann die erste Seite X und die zweite Seite Y voneinander trennt bzw. über den keine elektrische Verbindung zwischen den Seiten X, Y vorgesehen ist. Die Steuervorrichtung S kann vorgesehen sein, auch den Wandler W anzusteuern (vgl. Doppelpfeil), und insbesondere um diesen in einen aktiven Zustand oder wahlweise inaktiven Zustand zu versetzen. Im aktiven Zustand ist der Gleichspannungswandler W eingerichtet, Leistung von einer Seite X auf die andere Y zu übertragen. Der Gleichspannungswandler W ist vorzugsweise bidirektional ausgestaltet, so dass auswählbar entweder die genannte Leistungsübertragungsrichtung vorgesehen wird, oder die umgekehrte Richtung vorgesehen wird. Der Gleichspannungswandler W kann auch unidirektional ausgebildet werden, insbesondere wenn die Lasten dementsprechend im System verteilt sind oder wenn durch geeignete Regelung der Verbrauch/die Leistungsflüsse passend wird.
Die Batterie-Verbindungsschaltung kann ferner eine Ladeschaltung OBC aufweisen. Diese ist direkt, d.h. schalterfrei mit dem ersten Batterieanschluss verbunden. Die Ladeschaltung OBC verbindet einen Ladeanschluss LA der Batterieverbindungsschaltung mit dem ersten Batterieanschluss 1 +, 1 -. Insbesondere ist die Ladeschaltung direkt, d.h. nicht über die Trennschalter T1 +, T1 - mit dem ersten Batterieanschluss verbunden. Nicht dargestellte Ausführungsformen sehen vor, dass die Ladeschaltung über Trennschalter wie die Trennschalter T1 +, T1 - mit dem ersten Batterieanschluss verbunden ist, sodass der erste Verbraucheranschluss und die Ladeschaltung auf der gleichen Seite der Trennschalter angeschlossen sind. In der dargestellten Figur 1 sind jedoch der erste Verbraucheranschluss und die Ladeschaltung auf unterschiedlichen Seiten des allpoligen Trennschalters mit den Schaltelementen T1 +, T1- angeschlossen. Die Ladeschaltung ist in der Fig. 1 beispielhaft auf der ersten Seite X des Wandlers W angeschlossen, insbesondere an denjenigen Trennschalter T1 +, T1 -, welche mit dem ersten Batterieanschluss 1 +, 1 - verbunden sind. Die dargestellte Verbindungsschaltung ist ferner mit einem ersten Niedervoltwandler N1 dargestellt. Dieser ist optional und daher mit gestrichelter Linie dargestellt. Der erste Niedervoltwandler ist direkt an den ersten Verbraucheranschluss angeschlossen, d.h. auf der ersten Seite der Trennschalter T1 +, T1-, die dem ersten Batterieanschluss 1 - 1 + abgewandt ist. In einer alternativen Ausführungsform kann der erste Niedervoltwandler direkt mit dem ersten Batterieanschluss verbunden sein, oder ist direkt, d.h. schalterfrei, mit der ersten Seite X des Gleichspannungswandlers W verbunden.
Ferner ist in der Fig. 1 beispielhaft ein zweiter (optionaler) Niedervoltwandler vorgesehen, der alternativ oder in Kombination zum ersten Niedervoltwandler vorgesehen sein kann. Auch dieser ist gestrichelt dargestellt, um so zu kennzeichnen, dass es sich um eine optionale Komponente handelt. Mit durchgezogenen Linien dargestellt ist die Verbindung des zweiten Niedervoltwandlers N2 mit der zweiten Seite Y des Gleichspannungswandlers W über die Trennschalterelemente T2+, T2- eines allpoligen Trennschalters, der auch den zweiten Verbraucheranschluss 2 mit der zweiten Seite Y des Gleichspannungswandlers W verbindet. Es sei bemerkt, dass dadurch der zweite Gleichspannungswandler N2 auch mit dem zweiten Batterieanschluss verbunden ist, nämlich zum einen über den Trennschalter T2+ (in der oberen Stromschiene) und über den Batterieschalter S1 , der vom zweiten Verbraucheranschluss bzw. vom Verbindungspunkt VP zum zweiten Batterieanschluss führt.
Die Batterie-Verbindungsschaltung kann somit einen ersten und/oder zweiten Niedervoltwandler N1 , N2 aufweisen, wobei bei zwei Niedervoltwandlern beide auf unterschiedlichen Seiten X, Y vorgesehen sind bzw. mit unterschiedlichen Batterieanschlüssen (1 +,1 - gegenüber 2+, 2-) angeschlossen sind. Der jeweilige Niedervoltwandler (N1 oder N2) ist, wie auch der Verbraucheranschluss (1 oder 2), über mindestens einen Schalter (Trennschalter oder Batterieschalter) an den Gleichspannungswandler bzw. an einen der Batterieanschlüsse angeschlossen. Jedoch kann auch vorgesehen sein, dass ein Niedervoltwandler direkt mit einem Batterieanschluss verbunden ist, auch wenn dieser über einen Batterieschalter und einen Trennschalter mit dem Wandler in indirekter Weise verbunden ist. Die Figur 1 zeigt ferner einen Zusatz-Verbraucheranschluss Z. Dieser ist ein alternatives Merkmal und somit gestrichelt dargestellt. Der Zusatz-Verbraucheranschluss Z ist entweder direkt mit einem Pol einer Seite des Wandlers W verbunden, d.h. mit einem der Pole X+, X-, Y+, Y-, oder ist über einen eigenen Trennschalter T‘, der auch als Zusatz-Trennschalter bezeichnet werden kann, mit einem der genannten Pole des Trennschalters verbunden. Der eigene Trennschalter T‘ ist daher optional. Dargestellt ist eine Ausführungsform, bei der der Zusatz-Verbraucheranschluss Z über einen eigenen Trennschalter T‘ an Pol Y-, d.h. an den zweiten Pol der zweiten Seite Y des Gleichspannungswandlers W angeschlossen ist. Somit verbindet der eigene Trennschalter T‘ den zweiten Pol Y- der Seite Y des Gleichspannungswandlers W in direkter Weise mit dem Zusatz-Verbraucheranschluss. Mittels des eigenen Trennschalters T‘ des Zusatz-Verbraucheranschlusses Z kann so ein Zusatzverbraucher gezielt abgetrennt oder angeschlossen werden.
Die Steuervorrichtung S ist ferner ansteuernd mit den hier genannten Schaltern verbunden, insbesondere mit den Trennschaltern und den Batterieschaltern die dargestellt sind.
Die Figur 1 zeigt neben der Batterieverbindungsschaltung einen ersten Verbraucher A1 (angeschlossen an Anschluss 1 ) in Form eines ersten elektrischen Antriebs und ein zweiten Verbraucher A2 (angeschlossen an Anschluss 2) in Form eines zweiten elektrischen Antriebs. Beide Antriebe sind Traktionsantriebe des gleichen Fahrzeugs und sind insbesondere an unterschiedlichen Achsen angeordnet.
Befindet sich die Konfigurationsschaltung K in einem Einzelversorgungszustand, dann versorgt die Batterie B1 , die an den ersten Batterieanschluss angeschlossen ist, den ersten Antrieb A1 und die Batterie B2, die an den zweiten Batterieanschluss angeschlossen ist, versorgt den Antrieb A2. Der Wandler kann hierbei inaktiv angesteuert werden oder aktiv, etwa um unterschiedliche Ladungszustände der Batterien B1 und B2 auszugleichen. Ferner kann der Wandler vorgesehen sein, Leistung von einer Seite zur anderen Seite zu übertragen, d.h. zwischen Seiten X und Y, um so bspw. Leistung von einer Batterie zum Antrieb der anderen Seite zu übertragen, wodurch beide Batterien B1 und B2 den gleichen Antrieb versorgen. Dies kann bspw. durchgeführt werden, wenn nur ein Antrieb gewünscht ist oder wenn ein Antrieb defekt ist. Ist ein Antrieb defekt, kann abgetrennt werden mittels der betreffenden Trennschalter. So kann bspw. der erste Antrieb A1 abgetrennt werden mittels der Trennschalter T 1 - und T 1 +. Der zweite Antrieb A2 kann abgetrennt werden durch die Trennschalter T2-, T2+. Die Steuerung ist eingerichtet, in den entsprechenden Fehlerzuständen die Fehler in den betreffenden Antrieben angeben, diese abzutrennen.
Diese Abtrennung ist auch möglich, wenn ein anderer angeschlossener Verbraucher, etwa der Verbraucher AX als Zusatzverbraucher (etwa eine Heizung oder eine Klimaanlage) inaktiv gestellt werden soll.
Weiterhin ist es möglich, etwa beim Laden oder Rückspeisen, die Konfigurationsschaltung im Seriellzustand oder im Parallelzustand vorzusehen. Im Seriellzustand verbindet diese die Batterien B1 und B2 seriell. Dann kann in diesem Fall über den Ladeanschluss LA bspw. eine Ladespannung von 800 V vorgesehen werden, während die Batterien mit einer entsprechenden Trennspannung von 400 V, d.h. mit der Hälfte, geladen werden. Zudem können bei geschlossenen Parallelschalter P+, P- die Batterien B1 und B2 parallel geschaltet werden. Dadurch können beide Batterien gleichzeitig über die Ladeschaltung OBC geladen werden. Dies kann bspw. vorgesehen werden mittels einer Gleichspannung von 400 V, die vollständig an die erste Batterie B1 und vollständig an die zweite Batterie B2 angelegt wird. Die Ladeschaltung kann hierbei nur Trennschalter oder andere Sicherheitsmechanismen aufweisen, oder kann einen Gleichspannungswandler aufweisen. Alternativ kann die Ladeschaltung zum Wechselspannungsladen ausgebildet sein und einen Gleichrichter aufweisen. Die hier beschriebene Ladespannung bezieht sich auf die Spannung, die die Ladeschaltung an den ersten Batterieanschluss anlegt.
In der Figur 1 ist ein zusätzlicher Verbraucher AX dargestellt. Dieser kann über einen nicht dargestellten Schalter an die restliche Schaltung angeschlossen sein, wobei sich dieser Schalter an der mit dem Kreuz gezeichneten Stelle befinden kann. Dadurch kann der Verbraucher AX abgetrennt werden, während jedoch bspw. der Verbraucher A2 oder ggf. auch der Niedervoltwandler N2 mit Spannung versorgt werden kann ausgehend von einem der Batterieanschlüsse oder ausgehend vom Wandler W. Der Anschluss Z bzw. der Verbraucher AX ist über den Trennschalter T2+ mit dem Wandler W (und insbesondere mit dem ersten Pol 2+ des zweiten Batterieanschlusses) verbunden und kann ferner (gestrichelt dargestellt) über den eigenen Trennschalter T‘ mit dem Wandler verbunden sein.
Die dargestellte Steuervorrichtung S kann somit ansteuernd mit der Konfigurationsschaltung K verbunden sein, um wahlweise einen Seriellzustand, einen Parallelzustand oder einen Einzelversorgungszustand herzustellen. Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung S angesteuert mit dem Gleichspannungswandler verbunden sein, um diesen in aktivem Zustand vorzusehen oder in aktivem Zustand vorzusehen. Insbesondere wenn die Steuervorrichtung die Konfigurationsschaltung K im Seriell- oder Parallelmodus ansteuert wird der Wandler von der Steuervorrichtung in aktiven Zustand gebracht. Steuert die Steuervorrichtung S die Konfigurationsschaltung K in Einzelversorgungszustand an, dann kann die Steuervorrichtung den Wandler ansteuern, einen aktiven oder einen inaktiven Zustand einzunehmen. Treten an Komponenten der dargestellten Verbindungsschaltung oder in Komponenten Fehler auf, die daran angeschlossen sind, dann kann die Steuervorrichtung die entsprechenden Trennschalter allpolig oder einpolig öffnen. Dadurch können fehlerhafte Komponenten abgetrennt werden, um so zu vermeiden, dass Fehler Auswirkungen auf die Funktionsweise weiterer Abschnitte des Fahrzeugbordnetzes oder der Verbindungsschaltung hat.
Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass die Steuervorrichtung S auch ansteuernd mit der Ladeschaltung OBC verbunden ist. Die Steuervorrichtung S kann eingerichtet sein, die Ladeschaltung ebenso in einem treibenden Zustand vorzusehen bzw. inaktivem Zustand oder in einem aktiven Zustand, in dem die Ladeschaltung Leistung von dem Ladeanschluss LA entweder ungewandelt überträgt, gleichspannungsgewandelt überträgt, oder gleichgerichtet (und ggf. gleichgerichtet und gleichspannungsgewandelt) überträgt. Auch die Ladeschaltung ZO kann bidirektional sein, um so bspw. Leistung zurückzuspeisen über den Ladeanschluss LA. Hierbei wird dann Energie vom Ladeanschluss LA abgegeben. In einem Ladezustand steuert die Steuervorrichtung S vorzugsweise die
T rennschalter T1 +, T1 - bzw. T2+, T2- in einem offenen Zustand an, um so zu vermeiden, dass Cy-Kapazitäten der Antriebe A1 , A2 Auswirkungen haben auf den Ladeanschluss LA.

Claims

29
Patentansprüche
1 . Batterie-Verbindungsschaltung mit einem ersten und einem zweiten Batterieanschluss (1 -, 1 +; 2-, 2+), einem ersten und einem zweiten Verbraucheranschluss (1 , 2), einer Konfigurationsschaltung (K) sowie mit einem Gleichspannungswandler (W), wobei der Gleichspannungswandler (W) eine mit dem ersten Batterieanschluss (1 -, 1 +) verbundene erste Seite (X) und eine mit dem zweiten Batterieanschluss (2-, 2+) verbundene zweite Seite (Y) aufweist, und der Gleichspannungswandler (W) zu Gleichspannungswandlung zwischen den Seiten (1 S, 2S) eingerichtet ist, wobei der erste Verbraucheranschluss (1 ) mit der ersten Seite (X) verbunden ist und der zweite Verbraucheranschluss (2) mit der zweiten Seite (Y) verbunden ist, und wobei die Konfigurationsschaltung (K) an die Batterieanschlüsse (1 -, 1 +; 2-, 2+) angeschlossen ist und eingerichtet ist, wahlweise einen Seriellzustand oder einen Parallelzustand vorzusehen, wobei die Konfigurationsschaltung (K) die Batterieanschlüsse wahlweise:
- im Seriellzustand seriell miteinander verbindet, oder
- im Parallelzustand parallel miteinander verbindet.
2. Batterie-Verbindungsschaltung nach Anspruch 1 , wobei die Konfigurationsschaltung (K) eingerichtet ist, wahlweise den Seriellzustand, den Parallelzustand oder einen Einzelversorgungszustand vorzusehen, wobei die Konfigurationsschaltung (K) die Batterieanschlüsse wahlweise
- im Seriellzustand seriell miteinander verbindet,
- im Parallelzustand parallel miteinander verbindet, oder
- im Einzelversorgungszustand die Batterieanschlüsse nicht miteinander verbindet.
3. Batterie-Verbindungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Batterieanschlüsse Pole (1 +, 1 -, 2-, 2+) aufweisen, die entweder direkt an 30 einen zugehörigen Pol einer zugehörigen Seite (X, Y) des Gleichspannungswandlers angeschlossen sind, oder über einen Batterieschalter (S1 ) mit einem Verbindungspunkt (VP) verbunden sind, der wiederum über einen Trennschalter (T2-) an einen zugehörigen Pol einer zugehörigen Seite (X, Y) des Gleichspannungswandlers angeschlossen sind. Batterie-Verbindungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Verbraucheranschluss (1 ) über allpolig vorgesehene Trennschalter (T1-, T1 +) an die erste Seite (X) des Gleichspannungswandlers (W) angeschlossen ist und der zweite Verbraucheranschluss (2) über allpolig vorgesehene Trennschalter (T2-, T2+) an die zweite Seite (Y) des Gleichspannungswandlers (W) angeschlossen ist. Batterie-Verbindungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batterie-Verbindungsschaltung ferner über einen Zusatz-Verbraucheranschluss (Z) verfügt, der über einen eigenen Trennschalter (T) an eine der beiden Seiten (X, Y) des Gleichspannungswandlers (W) angeschlossen ist. Batterie-Verbindungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batterie-Verbindungsschaltung ferner über eine fahrzeugseitige Ladeschaltung (OBC) verfügt, die allpolig an die erste Seite (X) des Gleichspannungswandlers (W) angeschlossen ist. Batterie-Verbindungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batterie-Verbindungsschaltung ferner über mindestens einen Niedervoltwandler (N1 , N2) verfügt, der zum Abwärtswandeln eingerichtet ist, wobei der mindestens eine Niedervoltwandler (N1 , N2) über allpolig vorgesehene Trennschalter an die erste Seite (X) oder an die zweite Seite (Y) des Gleichspannungswandlers (W) angeschlossen ist.
8. Batterie-Verbindungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batterie-Verbindungsschaltung ferner über eine Steuervorrichtung (S) verfügt, die ansteuernd mit der Konfigurationsschaltung (K) verbunden ist und eingerichtet ist, in einem Parallelzustand die Konfigurationsschaltung (K) zur parallelen Verbindung der Batterieanschlüsse (1 -, 1 +; 2-, 2+) anzusteuern, in einem Seriellzustand die Konfigurationsschaltung (K) zur seriellen Verbindung der Batterieanschlüsse (1 -, 1 +; 2-, 2+) anzusteuern, und in einem im Einzelversorgungszustand die Konfigurationsschaltung (K) ansteuert, die Batterieanschlüsse (1-, 1 +; 2-, 2+) nicht miteinander zu verbinden.
9. Batterie-Verbindungsschaltung nach Anspruch 8, wobei die Steuervorrichtung (S) eingerichtet ist, in einem Fahrzustand eine erste Art des Einzelversorgungszustands einzustellen, in dem die Steuervorrichtung den Gleichspannungswandler (W) zum Energieausgleich zwischen den an die Batterieanschlüsse (1 -, 1 +; 2-, 2+) angeschlossenen Batterien B1 , B2 ansteuert, und in einem die Steuervorrichtung (S) eingerichtet ist, in einem Teilfehlerzustand eine zweite Art des Einzelversorgungszustands einzustellen, in dem die Steuervorrichtung den Gleichspannungswandler (W) deaktiviert und so einen Energieausgleich zwischen den Batterieanschlüssen (1-, 1 +; 2-, 2+) unterbindet.
10. Batterie-Verbindungsschaltung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuervorrichtung (S) eingerichtet ist, in einem AC-Ladezustand die Konfigurationsschaltung in einem Seriellzustand anzusteuern und den Gleichspannungswandler (W) zum Energieausgleich zwischen den an die Batterieanschlüsse (1-, 1 +; 2-, 2+) angeschlossenen Batterien (B1 , B2) anzusteuern, um die Batterien balanciert zu laden.
11 . Fahrzeugbordnetz mit einer Batterie-Verbindungsschaltung nach einer der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeugbordnetz eine erste und eine zweite Batterie (B1 , B2) aufweist, wobei die erste Batterie (B1 ) an den ersten Batterieanschluss (1-, 1 +) angeschlossen ist und die zweite Batterie (B2) an den zweiten Batterieanschluss (2-, 2+) angeschlossen ist, wobei die Batterien als Hochvolt-Traktionsakkumulatoren ausgebildet sind, und wobei das Fahrzeugbordnetz einen ersten und einen zweiten elektrischen Traktionsantrieb (A1 , A2) aufweist, wobei der erste Traktionsantrieb (A1 , A2) mit der ersten Batterie (B1 ) verbunden ist und der zweite Traktionsantrieb
(A1 , A2) mit der ersten Batterie (B1 ) verbunden ist.
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