WO2024037782A1 - Filter mit y-kondensatoren und veränderbarer dämpfung für 3-leitungs-dc-bordnetz - Google Patents

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WO2024037782A1
WO2024037782A1 PCT/EP2023/068795 EP2023068795W WO2024037782A1 WO 2024037782 A1 WO2024037782 A1 WO 2024037782A1 EP 2023068795 W EP2023068795 W EP 2023068795W WO 2024037782 A1 WO2024037782 A1 WO 2024037782A1
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WO
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connection
capacitor
circuit
resistance
filter
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PCT/EP2023/068795
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Bucher
Maximilian GERNER
Guido RASEK
Michael LÖBEL
Original Assignee
Valeo Eautomotive Germany Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • 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
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/08—Three-wire systems; Systems having more than three wires

Definitions

  • Power converter for an on-board electrical system of an electrically driven vehicle and on-board electrical system for an electrically driven vehicle
  • the present invention relates to a power converter for an on-board electrical system of an electrically driven vehicle, having a first line for a first potential, a second line for a second potential, a third line for a reference potential and a filter device which has a first connection which is connected to the first line is connected, a second connection which is connected to the second line, a third connection which is connected to the third line, a first capacitor which is connected in a first current path from the first connection to the third connection and a first impedance along the first current path for deriving a common mode current related to the first and second lines to the third terminal, a second capacitor which is connected in a second current path from the second terminal to the third terminal and a second impedance along the second current path for dissipating the common mode current influenced towards the third connection, and a switching device which is set up to switch between a first filter mode and a second filter mode depending on control information.
  • the invention relates to an on-board electrical system for an electrically driven vehicle.
  • the DE 10 2017 220 982 A1 discloses a traction network in an electric or hybrid vehicle.
  • the traction network includes a high-voltage battery that is connected to a pulse inverter via a positive high-voltage line and a negative high-voltage line.
  • a Y capacitor is connected to the positive and negative high-voltage lines.
  • the Y capacitors are assigned a switching element that can be controlled by a control unit depending on at least one operating state.
  • the DE 102021 003 180 A1 discloses an electrical on-board electrical system for an electrically operable vehicle with a first electrical potential line and a second electrical potential line, between which the on-board electrical system is supplied with a direct electrical voltage.
  • the vehicle electrical system has two first interference suppression capacitors, which are electrically connected in series and are each electrically coupled to the potential lines with a connection.
  • the on-board electrical system also has a switch.
  • on-board electrical systems in particular high-voltage on-board electrical systems, are typically designed as IT systems in which a first and second potential of a traction battery are isolated from a reference potential, in particular a vehicle housing potential.
  • Power converters that are used in such on-board electrical systems and whose first and second lines can be connected to the first and second potential of the traction battery can generate high-frequency interference signals during their operation, which must be filtered using a filter device for reasons of electromagnetic compatibility.
  • a filter device has two capacitors, which serve in particular to derive a common mode current on the first and second lines to a third line that is at the reference potential.
  • the amount of energy stored in the first and second capacitors of the filter device also increases with the square of the vehicle electrical system voltage.
  • Relevant standards such as ISO 6469-3, limit this amount of energy to a specified value.
  • electrical charges stored in the capacitors and flowing out via the third line can be kept below a limit that is dangerous for the human body.
  • an energy budget specified by the design of the on-board electrical system must therefore be adhered to.
  • the invention is based on the object of providing an improved possibility for operating a power converter in an on-board electrical system of an electrically driven vehicle.
  • the filter device has at least one resistance circuit with a first resistance component and with a second resistance component and the switching device is further set up to change the connection of the resistance components within the filter device in the first Filter mode to provide the first impedance and the second impedance each with a predetermined amount and in the second filter mode to provide the first impedance and the second impedance each with a predetermined amount that is increased compared to the first filter mode.
  • the power converter according to the invention for an on-board electrical system of an electrically driven vehicle has a first line for a first potential, a second line for a second potential and a third line for a reference potential.
  • the power converter according to the invention also has a filter device.
  • the filter device has a first connection, a second connection and a third connection.
  • the first port is connected to the first line.
  • the second connection is connected to the second line.
  • the third port is connected to the third line.
  • the filter device further has a first capacitor and a second capacitor. The first capacitor is connected to a first current path from the first connection to the third connection.
  • the first capacitor influences a first impedance along the first current path to divert a common mode current toward the third terminal.
  • the common mode current is related to the first line and the second line.
  • the second capacitor is connected to a second current path from the second connection to the third connection.
  • the second capacitor influences a second impedance corresponding to long of the second current path for dissipating the common mode current towards the third connection.
  • the filter device also has at least one resistance circuit.
  • the at least one resistance circuit has a first resistance component and a second resistance component.
  • the filter device also has a switching device. The switching device is set up to switch between a first filter mode and a second filter mode depending on control information.
  • the switching device is further set up to provide the first impedance and the second impedance each with a predetermined amount by changing a connection of the resistance components within the filter device in the first filter mode.
  • the switching device is also set up to provide the first impedance and the second impedance each with a predetermined amount that is increased compared to the first filter mode by changing the connection in the second filter mode.
  • the time course of a body current in the event of an insulation fault can advantageously be limited more precisely, since the different impedances allow a modification of a discharge time of the energy stored in the first and second capacitor to the third connection. In this way, in particular, a discharge time constant resulting from the body resistance and the respective impedances can be placed in a range with no or little risk of fibrillation.
  • the capacitances of the first capacitor and the second capacitor can also act as Y capacitances in the second filter mode and thus enable at least partial suppression of common mode interference in the second filter mode.
  • the power converter according to the invention can be designed as an inverter, as a DC-DC converter or as an active rectifier.
  • the power converter according to the invention can further have a housing in which at least the first line, the second line, the third line and the filter device are included.
  • the third line can be connected to the housing in an electrically conductive manner.
  • the reference potential can also be understood as housing potential.
  • the first potential is different from the second potential.
  • the first potential is preferably greater than the second potential.
  • the reference potential is preferably between the first potential and the second potential.
  • the reference potential can also be understood as ground potential.
  • the first line and the second line are each designed completely or at least in sections as solid busbars.
  • the first and second lines can be connected to a DC voltage connection, on which in particular a connection device for electrically contacting the power converter with a DC voltage source is formed.
  • the filter device is preferably arranged on the DC voltage connection side.
  • the third line is not necessarily designed as a busbar.
  • the third line can be formed by a cable, a ground surface or by a fastening means through which the filter device is fastened in the power converter, in particular to the housing.
  • a portion of the common mode current flowing along the first line can be derived via the first impedance via the first current path.
  • a portion of the common mode current flowing along the second line can be derived via the second impedance via the second current path.
  • the first capacitor and the second capacitor can each have a first connection and a second connection, between which the capacitance of the capacitor is provided.
  • the first connection of the first capacitor can be connected to the first connection of the filter device.
  • the first connection of the second capacitor can be connected to the second connection of the filter device.
  • the first capacitor and the second capacitor can each be formed by a capacitor component or a plurality of capacitor components connected to one another.
  • a resistance circuit that has a first resistance component and a second resistance component can be provided.
  • a plurality of resistance circuits, each of which has a first resistance component and a second resistance component, can also be provided.
  • the or a respective resistance circuit can have a first connection and a second connection.
  • the first resistance component and the second resistance component can each have a first connection and a second connection, between which the ohmic resistance of the resistance component is provided.
  • the switching device is preferably a semiconductor switching device, which in particular has one or more transistor structures.
  • the switching device it is also possible for the switching device to be an electromechanical switching device, which has, for example, one or more relays.
  • the filter device of the power converter according to the invention is set up to set a higher time constant of a low pass formed from the capacitors and the at least one resistor circuit for filtering the common mode current along the first current path and the second current path in the second filter mode than in the first filter mode. In this way, the risk of fibrillation in the second filter mode can be specifically placed in a range that corresponds to the relevant standards.
  • the filter device of the power converter according to the invention has a center node which lies between the first capacitor and the second capacitor.
  • at least one resistance circuit is connected to the terminal of the first capacitor or the second capacitor facing the center node.
  • the at least one resistance circuit is connected to the second connection of the first capacitor or to the second connection of the second capacitor.
  • the connection of the first capacitor facing the center node can be its second connection.
  • the connection of the second capacitor facing the middle node can be its second connection.
  • a resistance circuit is connected in a circuit branch between the middle node and the third connection. Then the first connection of the resistance circuit is preferably connected to the third connection and the second connection of the resistance circuit is connected to the middle node.
  • a resistance circuit is connected in series with the first capacitor in a circuit branch between the first connection and the center node.
  • the first connection of the resistance circuit is in particular connected to the second connection of the first capacitor.
  • the second connection of the resistance circuit is connected in particular to the middle node.
  • a resistance circuit can be connected in series with the second capacitor in a circuit branch between the second connection and the center node.
  • the first connection of the resistance circuit is in particular connected to the second connection of the second capacitor.
  • the second connection of the resistance circuit is connected in particular to the middle node.
  • the at least one resistance circuit can therefore have one resistance circuit, two resistance circuits or three resistance circuits that are connected as described above.
  • the resistance circuit can also be designed differently.
  • the power converter according to the invention provides that the switching device has a switch for the or a respective resistance circuit.
  • the switch can have a first connection and a second connection as well as a switching path that can be controlled depending on the control information between the first connection of the switch and the second connection of the switch.
  • the switch forms a series connection with the first resistance component, with the second resistance component being connected in parallel to the series connection.
  • the total resistance of the resistance circuit can correspond either to the resistance value of the second resistance component or to the reciprocal of the sum of the reciprocals of the resistance values of the first and second resistance components.
  • first connection of the resistance circuit, the first connection of the switch and the first connection of the second resistance component form a common circuit node.
  • the second connection of the switch can be connected to the first connection of the first resistance component.
  • the second connection of the first resistance component, the second connection of the second resistance component and the second connection of the resistance circuit can form a common circuit node.
  • the switch forms a parallel connection with the second resistance component, the first resistance component being connected in series to the parallel connection. That's how he can Total resistance of the resistance circuit, depending on the switching state of the switch, corresponds either to the resistance value of the first resistance component or to the sum of the resistance values of the first and second resistance components.
  • the first connection of the first resistance component, the first connection of the switch and the first connection of the resistance circuit can form a common circuit node.
  • the second connection of the first resistance component, the second connection of the switch and the first connection of the second resistance component can form a common circuit node.
  • the second connection of the second resistance component can be connected to the second connection of the resistance circuit.
  • the switching device can be set up to switch the switch on to enter the first filter mode and/or to switch it off to enter the second filter mode.
  • the resistance value of the first resistance component is smaller than the resistance value of the second resistance component.
  • a lower total resistance of the resistance circuit can be specified in the first filter mode than in the second filter mode.
  • the switching device can be designed as a bidirectionally conducting and/or blocking switch.
  • the capacitances of the first capacitor and the second capacitor can be the same. This enables a particularly symmetrical voltage distribution across the first and second capacitors.
  • the filter device can further have a third capacitor which is connected in parallel to the first capacitor and to the second capacitor to the first connection of the filter device and to the second connection of the filter device.
  • the third capacitor can provide a fixed X capacitance.
  • the filter device has a circuit board.
  • the first capacitor, the second capacitor and the at least one resistance circuit can be arranged on the circuit board.
  • the third capacitor can also be arranged on the circuit board.
  • the first to third connections of the filter device can be arranged on the circuit board.
  • the switching device can be arranged on the circuit board.
  • the power converter according to the invention can also have an intermediate circuit capacitor which is connected between the first line and the second line.
  • the power converter according to the invention can further have a converter circuit which is connected between the first line and the second line.
  • the converter circuit can have power semiconductor switches, which are connected in particular as a switching cell, power bridge or as a B6 bridge circuit, in order to convert the voltage present between the first line and the second line in a switching operation.
  • the filter device is preferably arranged on the side of the intermediate circuit capacitor facing away from the converter circuit.
  • the power converter according to the invention can further have inductive filter elements which act as series inductances in the first line and the second line and on the intermediate circuit capacitor side and/or on the DC voltage input side. are arranged in particular spatially close to the filter device.
  • the filter elements can be formed around the lines by ferrite cores, such as nanocrystalline cores, iron powder cores or other cores made of magnetic material.
  • parasitic inductances along the first line and the second lines between the DC voltage connection on the one hand and the first connection and the second connection of the filter device or the DC voltage connection side filter elements on the other hand are lower than between the first connection and the second connection of the filter device or the intermediate circuit capacitor side filter elements on the one hand and the DC link capacitor on the other hand.
  • an on-board electrical system for an electrically driven vehicle having at least one previously described power converter, a traction battery, a charging device which can be connected to an electrical network external to the vehicle for charging or discharging the traction battery, and a control device which is set up to provide the control information for entering the second filter mode if and / or as long as the charging device is connected to the vehicle-external electrical network.
  • the first filter mode can advantageously be specified in a ferry operation of the vehicle or the on-board electrical system and the second filter mode can be specified in a charging operation.
  • the traction battery preferably has a nominal voltage of at least 400 volts, preferably at least 600 volts, particularly preferably at least 800 volts.
  • a power converter of the vehicle electrical system can be designed as an inverter that is designed to drive an electrical machine, in particular a permanent one or electrically excited, synchronous machine, an axial flux motor or an asynchronous machine, to supply electricity with a multi-phase alternating voltage to drive the vehicle.
  • a power converter of the on-board electrical system can form part of the charging device and can be set up to convert a direct or alternating voltage provided by the vehicle-external electrical network into a direct voltage for charging the traction battery.
  • a power converter of the on-board electrical system can be designed as a DC-DC converter, which is set up to couple the on-board electrical system with another on-board electrical system, in particular a low-voltage on-board electrical system, of the vehicle.
  • a potential of the low-voltage electrical system can correspond to the reference potential.
  • the on-board electrical system can also have an electrical line, for example an electrically conductive fastening or a ground strap, by means of which the third line of the at least one power converter is electrically conductively connected to a body of the vehicle.
  • an electrical line for example an electrically conductive fastening or a ground strap
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a first exemplary embodiment of the power converter according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the power converter according to the exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of the filter device according to a second exemplary embodiment of the power converter according to the invention
  • 4 shows a circuit diagram of the filter device according to a third exemplary embodiment of the power converter according to the invention.
  • Fig. 5 is a block diagram of an exemplary embodiment of the on-board electrical system according to the invention in a vehicle.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an exemplary embodiment of a power converter 1.
  • the power converter 1 has a first line 2 for a first potential 3, a second line 4 for a second potential 5, and a third line 6 for a reference potential 7, which can also be considered a ground potential.
  • the first potential 3 is higher than the second potential 5 and the power converter 1 is set up to be operated with a potential difference between the first potential 3 and the second potential 5 of 800 volts.
  • the reference potential 7 is, for example, between the first potential 3 and the second potential 5.
  • the power converter 1 also has a filter device 8.
  • the filter device 8 serves as an interference filter, i.e. to improve the electromagnetic compatibility of the power converter 1, and is preferably arranged close to a DC voltage connection 9.
  • the filter device 8 has a first connection 10, which is connected to the first line 2, a second connection 11, which is connected to the second line 4, and a third connection 12, which is connected to the third line 6.
  • the filter device 8 has a first capacitor 13, which is connected in a first current path 14 from the first connection 10 to the third connection 12 and influences a first impedance along the first current path 14 to derive a common mode current to the third connection 12.
  • the common mode current is related to the first and second lines 2, 4.
  • the filter device 8 also has a second capacitor 15, which is connected to a second current path 16 from the second connection 11 to the third connection 12. is switched on and influences a second impedance along the second current path 16 for deriving the common mode current related to the first and second lines 2, 4 to the third connection 12.
  • a portion of the common mode current flowing on the first line 2 can be derived from the first connection 10 to the third connection 12 via the first current path 14.
  • a portion of the common mode current flowing on the second line 4 can be derived from the second connection 11 to the third connection 12 via the second current path 16.
  • the current paths 14, 16 are illustrated purely schematically in FIG. 1 by dashed lines.
  • the capacitors 13, 15 each have a first connection 13a, 15a and a second connection 13b, 15b.
  • the filter device 8 has a first resistance circuit 17 and a second resistance circuit 18.
  • the resistance circuits 17, 18 each have a first resistance component 19 and a second resistance component 20.
  • the resistance circuits 17, 18 each have a first connection 17a, 18a and a second connection 17b, 18b.
  • the resistance components 19, 20 each have a first connection 19a, 20a and a second connection 19b, 20b.
  • the filter device 8 has a switching device 21.
  • the switching device 21 is set up to switch between a first filter mode and a second filter mode depending on control information 22.
  • the switching device 21 changes a connection of the resistance components 19, 20 within the filter device in such a way that in the first filter mode the first impedance and the second impedance are each provided with a predetermined amount and in the second filter mode the first impedance and the second impedance are each provided with a relative value first filter mode to provide an increased predetermined amount.
  • the filter device 8 is accordingly set up to set a higher time constant of a low pass formed from the capacitors 13, 15 and the resistance circuits 17, 18 for filtering the common mode current in the second filter mode along the first current path 14 and the second current path 16 than in the first filter mode .
  • the filter device 8 has a center node 23 between the first capacitor 13 and the second capacitor.
  • the first resistance circuit 17 is connected in series with the first capacitor 13 between the first terminal 10 and the center node 23.
  • the second resistance circuit 18 is connected in series with the second capacitor 15 between the second terminal 11 and the center node 23.
  • the first resistance circuit 17 is connected to the second connection 13b of the first capacitor 13 facing the center node 23.
  • the second resistance circuit 18 is connected to the second terminal 15b of the second capacitor 15 facing the center node.
  • the middle node 23 is connected directly to the third connection 12 of the filter device 8.
  • the first current path 14 is led from the first connection 10 via the first capacitor 13, the first resistance circuit 17 and the middle node 23 to the third connection 12.
  • the second current path is led from the second connection 11 via the second capacitor 15, the second resistance circuit 18 and the middle node to the third connection 12.
  • the first connection 13a of the first capacitor 13 is connected to the first connection 10 of the filter device 8.
  • the first connection 15a of the second capacitor 15 is connected to the second connection 11 of the filter device 8.
  • the first connection 17a of the first resistance circuit 17 is connected to the second connection 13b of the first capacitor 13.
  • the second connection 17b of the first resistance circuit 17 is connected to the center node 23.
  • the first connection 18a of the second resistance circuit 18 is connected to the second connection 15b of the second capacitor 15.
  • the second connection 18b of the second resistance circuit 18 is connected to the center node 23.
  • the switching device 21 has a first switch 24 for the first resistance circuit 17 and a second switch 25 for the second resistance circuit 18.
  • the switches 24, 25 each have a first connection 24a, 25a and a second connection 24b, 25b, between which a switching path that can be controlled depending on the control information 22 is formed.
  • the switching device 21 is set up to switch the respective switch 24, 25 on to assume the first filter mode and off to assume the second filter mode.
  • a respective switch 24, 25 forms a series connection with the first resistance component 19.
  • the second resistance component 20 is connected in parallel to the series connection of the switch 24, 25 and the first resistance component 19.
  • the first connection 24a of the first switch 24 the first connection 20a of the second resistance component 20 and the first connection 17a of the first resistance circuit 17 form a common circuit node.
  • the second connection 24b of the first switch 24 is connected to the first connection 19a of the first resistance component 19.
  • the second connection 19b of the first resistance component 19, the second connection 20b of the second resistance component 20 and the second connection 17b of the first resistance circuit 17 form a common circuit node.
  • the first connection 25a of the second switch 25 the first connection 20a of the second resistance component 20 and the first connection 18a of the second resistance circuit 18 form a common circuit node.
  • the second connection 25b of the second switch 25 is connected to the first connection 19a of the first resistance component 19.
  • the second connection 19b of the first Wi- resistance component 19 the second connection 20b of the second resistance component 20 and the second connection 18b of the second resistance circuit 18 form a common circuit node.
  • a third capacitor 26 with a first connection 26a and a second connection 26b of the filter device 8 is provided.
  • the third capacitor 26 is connected in parallel to the first capacitor 13 and to the second capacitor 15 and in the present exemplary embodiment also to the resistance circuits 17, 18 to the first connection 10 of the filter device 8 and to the second connection 11 of the filter device 8.
  • the first connection 10 of the filter device 8, the first connection 13a of the first capacitor 13 and the first connection 26a of the third capacitor 26 form a common circuit node.
  • the second connection 11 of the filter device 8, the first connection 15b of the second capacitor 15 and the second connection 26b of the third capacitor 26 form a common circuit node.
  • the third capacitor 26 provides a fixed X capacitance.
  • the capacitance Ci of the first capacitor 13 is equal to the capacitance C2 of the second capacitor 15.
  • the capacitance C3 of the third capacitor 26 is typically larger than the capacitances Ci, C2.
  • the resistance value Ri of a respective first resistance component 19 is smaller than the resistance value R2 of a respective second resistance component 20.
  • the power converter 1 further shows an intermediate circuit capacitor 40, which is connected between the first line 2 and the second line 4, and a converter circuit 41, which is connected between the first line 2 and the second line 4.
  • the filter device 8 is arranged on the side of the intermediate circuit capacitor 40 facing away from the converter circuit 41.
  • the power converter 1 also has four inductive filter elements 42, 43, 44, 45, which act as longitudinal inductances in the lines 2, 4 and, for example, through ferrite cores, such as nanocrystalline cores, iron powder cores or other cores made of magnetic material, around the lines 2, 4 are trained.
  • the filter elements 42 to 45 are arranged close to the filter device 8.
  • the filter elements 42, 44 are arranged on the DC input side with respect to the filter device 8.
  • the filter elements 43, 45 are arranged on the intermediate circuit capacitor side with respect to the filter device 8.
  • FIG. 1 also shows schematically parasitic inductances Li P , Lin along the first line 2 and the second line 4 between the DC voltage connection 9 and the filter device 8 or the filter elements 42, 44 as well as parasitic inductances L2 P , L2n along the first line 2 or the second line 4 between the filter device 8 or the filter elements 43, 45 and the intermediate circuit capacitor 40.
  • the arrangement of the filter device 8 can be chosen so that Li P and Lin are less than L2 P and L2n in order to enable the most efficient filtering possible.
  • Fig. 2 is a schematic diagram of the power converter 1 according to the exemplary embodiment.
  • the filter device 8 has a circuit board 50 on which the connections 10, 11, 12, the capacitors 13, 15, 26, the resistance circuits 18, 19 and the switching device 21 are arranged.
  • the first line 2 and the second line 4 are each formed by solid busbars 51, 52, which are contacted with the connections 10, 11 on the circuit board 50.
  • the DC voltage connection 9 designed as a connection device 53 is connected to a first end of the busbars 51, 52.
  • the converter circuit 41 is connected to a second end of the busbars 51, 52.
  • the intermediate circuit capacitor 40 is also contacted with the busbars 51, 52 and is, based on the length of the busbars 51, closer to the converter circuit 41 than to the filter device 8.
  • the third connection 12 of the filter device 8 is not contacted with the busbars 51, 52, but is connected to a housing 55 of the power converter 1 by means of a fastening means 54, which forms the third line 6.
  • the reference potential 7 can therefore also be understood as a housing potential.
  • the lines 2, 4 or the busbars 51, 52, the filter device 8, the intermediate circuit capacitor 40 and the converter circuit 41 are housed in the housing 55.
  • the power converter 1 can be designed as an inverter, DC-DC converter or as an active rectifier.
  • the converter circuit 41 has suitable semiconductor switching elements for this purpose.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the filter device 8 according to a second exemplary embodiment of a power converter 1.
  • the switches 24, 25 form a parallel connection with the respective second resistance component 20.
  • the respective first resistance component 19 is connected in series to this parallel connection.
  • the first connection 24a of the first switch 24, the first connection 20a of the second resistance component 20 and the first connection 17a of the first resistance circuit 17 form a common circuit node.
  • the second connection 24b of the first switch 24, the second connection 20b of the second resistance component 20 and the first connection 19a of the first resistance component 19 form a common same circuit node.
  • the second connection 19b of the first resistance component 19 is connected to the second connection 17b of the first resistance circuit 17.
  • the first connection 25a of the second switch 25, the first connection 20a of the second resistance component 20 and the first connection 18a of the second resistance circuit 18 form a common circuit node.
  • the second connection 25b of the second switch 25, the second connection 20b of the second resistance component 20 and the first connection 19a of the first resistance component 19 form a common circuit node.
  • the second connection 19b of the first resistance component 19 is connected to the second connection 18b of the second resistance circuit 18.
  • the resistance value Ri of a respective first resistance component 19 is smaller than the resistance value R2 of a respective second resistance component 20 and the switching device 21 is set up to switch the respective switch 24, 25 to assume the first filter mode to switch conductive and blocking to enter the second filter mode.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of the filter device 8 according to a third exemplary embodiment of a power converter 1.
  • the resistance circuit 27 is connected in a circuit branch between the middle node 23 and the third connection 12 of the filter device 8.
  • the first connection 27a of the resistance circuit 27 is connected to the third connection 12 and the second connection 27b of the resistance circuit 27 is connected to the middle node 23.
  • the first current path 14 is from the first connection 10 via the first capacitor 13, the middle node 23 and the resistance circuit 27 to the third connection 12 and the second current path 16 from the second connection 11 via the middle node 23 and the resistance circuit 27 to the third connection 12.
  • the resistance circuit 27 is designed analogously to one of the resistance circuits 17, 18 according to the first exemplary embodiment. This means that in the present third exemplary embodiment, the switch 28 forms a series connection with the first resistance component 19 and the second resistance component 20 is connected in parallel to the series connection of the switch 28 and the first resistance component 19.
  • the first connection 28a of the switch 28 the first connection 20a of the second resistance component 20 and the first connection 27a of the resistance circuit 27 form a common circuit node.
  • the second connection 28b of the switch 28 is connected to the first connection 19a of the first resistance component 19.
  • the second connection 19b of the first resistance component 19 the second connection 20b of the second resistance component 20 and the second connection 27b of the resistance circuit 27 form a common circuit node.
  • the second connections 13b, 15b of the capacitors 13, 15 are connected to the middle node 23 or form the middle node 23 with the second connection 27b of the resistance circuit 27.
  • the first connection 13a of the first capacitor 13 is connected to the first connection 10 of the filter device 8.
  • the first connection 15a of the second capacitor 15 is connected to the second connection 11 of the filter device 8.
  • the resistance value Ri of the first resistance component 19 is smaller than the resistance value R2 of the second resistance component 20 and the switching device 21 is set up to do so. to switch the switch 27 on to assume the first filter mode and off to assume the second filter mode.
  • the third capacitor 26 is connected in parallel to the first and second capacitors 13, 15.
  • the resistance circuit 27 is arranged on the circuit board 50 in the third exemplary embodiment.
  • the resistance circuit 27 is designed corresponding to the resistance circuit 17 according to the second exemplary embodiment. This means that the switch 28 forms a parallel connection with the second resistance component 20 and the first resistance component 19 is connected in series to this parallel connection.
  • a third resistance circuit 27 according to the third or fourth exemplary embodiment is additionally provided.
  • a resistance circuit 17, 18 according to the first exemplary embodiment can also be connected between one of the capacitors 13, 15 and the middle node 23 with a resistance circuit 17, 18 according to the second exemplary embodiment between the other of the capacitors 13, 15 and the middle node can be combined.
  • the on-board electrical system 101 has a traction battery 102 with a nominal voltage of, for example, 800 volts, a charging device 103, which can be connected to an electrical network 104 external to the vehicle for charging or discharging the traction battery 102, and a control device 105, which is set up to provide the control information 22 , on.
  • the on-board electrical system 101 can be considered a high-voltage on-board electrical system since its operating voltage is regularly above 60 V.
  • the vehicle electrical system 101 has a power converter 1 according to one of the previously described exemplary embodiments, which is designed as an inverter.
  • the power converter 1 is set up to electrically supply an electrical machine 106 of the vehicle electrical system 101 for driving the vehicle 100 with a multi-phase alternating voltage.
  • the electrical machine 106 is, for example, a permanently or electrically excited synchronous machine, an axial flux machine or an asynchronous machine.
  • the on-board electrical system 101 has a further power converter 1a according to one of the previously described exemplary embodiments, which is designed as an active rectifier or as a DC-DC converter and forms part of the charging device 103.
  • the power converter 1a is set up to convert a direct or alternating voltage provided by the vehicle-external electrical network 104 into a direct voltage for charging the traction battery 102.
  • the on-board electrical system 101 has a further power converter 1 b according to one of the previously described exemplary embodiments, which is designed as a DC-DC converter.
  • the power converter 1 b is set up to couple the on-board electrical system 101 with another on-board electrical system 107 of the vehicle 100.
  • the further on-board electrical system 107 is, for example, a low-voltage on-board electrical system with an operating voltage of less than 60 volts, for example 12 volts, 24 volts or 48 volts.
  • the control device 105 communicates with the charging device 103 via a signal line symbolized by a double arrow.
  • the control device 105 is set up to provide the power converters 1, 1 a, 1 b with the control information 22 for entering the second filter mode if and as long as the charging device 103 is connected to the vehicle-external electrical network 104.
  • the second filter mode can therefore be viewed in particular as a charging mode.
  • the control information 22, on the other hand, is provided in particular for entering the first filter mode when the charging device 103 is separated from the vehicle-external electrical network 104 and when the vehicle 100 is driving.
  • the first filter mode can therefore also be viewed as a driving mode.
  • the on-board electrical system 101 can also have electrical conductors, by means of which the third line 6 (see FIG.
  • the vehicle 100 can accordingly be designed as a battery-electric vehicle (BEV) or as a hybrid vehicle.
  • BEV battery-electric vehicle

Abstract

Stromrichter (1, 1a, 1b) für ein Bordnetz (101) eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (100), aufweisend eine erste Leitung (2) für ein erstes Potential (3), eine zweite Leitung (4) für ein zweites Potential (5), eine dritte Leitung (6) für ein Bezugspotential (7) und eine Filtereinrichtung (8), aufweisend – erste bis dritte Anschlüsse (10-12), die an die erste bis dritte Leitung (2, 4, 6) angeschlossen sind, – einen ersten Kondensator (13), der in einen ersten Strompfad (14) vom ersten zum dritten Anschluss (10, 12) geschaltet ist und eine erste Impedanz entlang des ersten Strompfads (14) zum Ableiten eines auf die erste und zweite Leitung (2, 4) bezogenen Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss (12) hin beeinflusst, – einen zweiten Kondensator (15), der in einen zweiten Strompfad (16) vom zweiten zum dritten Anschluss (11, 12) geschaltet ist und eine zweite Impedanz entlang des zweiten Strompfads (16) zum Ableiten des Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss (12) hin beeinflusst, – wenigstens eine Widerstandsschaltung (17, 18, 27) mit einem ersten und einem zweiten Widerstandsbauelement (19, 20) und – eine Schalteinrichtung (21), die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer Steuerinformation (22) durch ein Verändern einer Verschaltung der Widerstandsbauelemente (19, 20) innerhalb der Filtereinrichtung (8) zwischen einem ersten Filtermodus, in welchem die erste und zweite Impedanz jeweils mit einem vorgegebenen Betrag bereitgestellt wird, und einem zweiten Filtermodus, in welchem die erste und zweite Impedanz jeweils mit einem gegenüber dem ersten Filtermodus erhöhten vorgegebenen Betrag bereitgestellt wird, zu schalten.

Description

Stromrichter für ein Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs und Bordnetz für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromrichter für ein Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, aufweisend eine erste Leitung für ein erstes Potential, eine zweite Leitung für ein zweites Potential, eine dritte Leitung für ein Bezugspotential und eine F iltereinrichtung, die einen ersten Anschluss, der an die erste Leitung angeschlossen ist, einen zweiten Anschluss, der an die zweite Leitung angeschlossen ist, einen dritten Anschluss, der an die dritte Leitung angeschlossen ist, einen ersten Kondensator, der in einen ersten Strompfad vom ersten Anschluss zum dritten Anschluss geschaltet ist und eine erste Impedanz entlang des ersten Strompfads zum Ableiten eines auf die erste und zweite Leitung bezogenen Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss hin beeinflusst, einen zweiten Kondensator, der in einen zweiten Strompfad vom zweiten Anschluss zum dritten Anschluss geschaltet ist und eine zweite Impedanz entlang des zweiten Strompfads zum Ableiten des Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss hin beeinflusst, und eine Schalteinrichtung, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer Steuerinformation zwischen einem ersten Filtermodus und einem zweiten Filtermodus zu schalten, aufweist.
Daneben betrifft die Erfindung ein Bordnetz für ein elektrisches antreibbares Fahrzeug.
Die DE 10 2017 220 982 A1 offenbart ein Traktionsnetz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Traktionsnetz umfasst eine Hochvoltbatterie, die über eine positive Hochvoltleitung und eine negative Hochvoltleitung mit einem Pulswechselrichter verbunden ist. An die positive und die negative Hochvoltleitung ist jeweils ein Y-Kondensator angeschlossen. Den Y-Kondensatoren ist ein Schaltelement zugeordnet, dass durch eine Steuereinheit in Abhängigkeit mindestens eines Betriebszustands ansteuerbar ist. Die DE 102021 003 180 A1 offenbart ein elektrisches Bordnetz für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit einer ersten elektrischen Potentialleitung und einer zweiten elektrischen Potentialleitung, zwischen denen das Bordnetz mit einer elektrischen Gleichspannung beaufschlagt ist. Das Bordnetz weist zwei erste Entstörkondensatoren auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und jeweils mit einem Anschluss mit den Potentialleitungen elektrisch gekoppelt sind. Das Bordnetz weist ferner einen Schalter auf.
In elektrisch antreibbaren Fahrzeugen sind Bordnetze, insbesondere Hochvoltbordnetze, typischerweise als IT-System ausgebildet, bei denen ein erstes und zweites Potential einer Traktionsbatterie von einem Bezugspotential, insbesondere einem Fahrzeuggehäusepotential, isoliert sind. Stromrichter, die in solchen Bordnetzen eingesetzt werden und deren erste und zweite Leitung mit dem ersten und zweiten Potential der Traktionsbatterie verbindbar sind, können während ihres Betriebs hochfrequente Störsignale erzeugen, die aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit mittels einer Filtereinrichtung zu filtern sind. Typischerweise weist eine solche Filtereinrichtung zwei Kondensatoren auf, die insbesondere der Ableitung eines Gleichtaktstroms auf der ersten und der zweiten Leitung zu einer auf dem Bezugspotential liegenden dritten Leitung, dienen.
Mit steigender Bordnetzspannung, die der Differenz zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential entspricht, steigt auch die Energiemenge, die im ersten und zweiten Kondensator der Filtereinrichtung gespeichert wird, mit dem Quadrat der Bordnetzspannung. Einschlägige Normen, wie beispielsweise die ISO 6469-3, begrenzen diese Energiemenge auf einen vorgegebenen Wert. Dadurch können im Falle eines Isolationsfehlers, insbesondere während eines Ladevorgangs der Traktionsbatterie, in den Kondensatoren gespeicherte und über die dritte Leitung abfließende elektrische Ladungen unterhalb einer für den menschlichen Körper gefährlichen Grenze gehalten werden. Beim Entwurf von Stromrichtern ist daher ein durch die Auslegung des Bordnetzes vorgegebenes Energiebudget einzuhalten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit zum Betreiben eines Stromrichters in einem Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Stromrichter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Filtereinrichtung wenigstens eine Widerstandsschaltung mit einem ersten Widerstandsbauelement und mit einem zweiten Widerstandsbauelement aufweist und die Schalteinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, durch ein Verändern einer Verschaltung der Widerstandsbauelemente innerhalb der Filtereinrichtung im ersten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem vorgegebenen Betrag bereitzustellen und im zweiten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem gegenüber dem ersten Filtermodus erhöhten vorgegebenen Betrag bereitzustellen.
Der erfindungsgemäße Stromrichter für ein Bordnetz eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs weist eine erste Leitung für ein erstes Potential, eine zweite Leitung für ein zweites Potential und eine dritte Leitung für ein Bezugspotential auf. Der erfindungsgemäße Stromrichter weist ferner eine Filtereinrichtung auf. Die Filtereinrichtung weist einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss auf. Der erste Anschluss ist an die erste Leitung angeschlossen. Der zweite Anschluss ist an die zweite Leitung angeschlossen. Der dritte Anschluss ist an die dritte Leitung angeschlossen. Die Filtereinrichtung weist ferner einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator auf. Der erste Kondensator ist in einen ersten Strompfad vom ersten Anschluss zum dritten Anschluss geschaltet.
Der erste Kondensator beeinflusst eine erste Impedanz entlang des ersten Strompfads zum Ableiten eines Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss hin. Der Gleichtaktstrom ist auf die erste Leitung und die zweite Leitung bezogen. Der zweite Kondensator ist in einen zweiten Strompfad vom zweiten Anschluss zum dritten Anschluss geschaltet. Der zweite Kondensator beeinflusst eine zweite Impedanz ent- lang des zweiten Strompfads zum Ableiten des Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss hin. Die Filtereinrichtung weist ferner wenigstens eine Widerstandsschaltung auf. Die wenigstens eine Widerstandsschaltung weist ein erstes Widerstandsbauelement und ein zweites Widerstandsbauelement auf. Die Filtereinrichtung weist ferner eine Schalteinrichtung auf. Die Schalteinrichtung ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit einer Steuerinformation zwischen einem ersten Filtermodus und einem zweiten Filtermodus zu schalten. Die Schalteinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, durch ein Verändern einer Verschaltung der Widerstandsbauelemente innerhalb der Filtereinrichtung im ersten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem vorgegebenen Betrag bereitzustellen. Die Schalteinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, durch das Verändern der Verschaltung im zweiten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem gegenüber dem ersten Filtermodus erhöhten vorgegebenen Betrag bereitzustellen.
Bei dem erfindungsgemäßen Stromrichter ist vorgesehen, im ersten und zweiten Filtermodus unterschiedliche Impedanzen entlang der Strompfade vorzugeben. Im Hinblick auf die elektrische Sicherheit kann so mit Vorteil der zeitliche Verlauf eines Körperstroms bei einem Isolationsfehler präziser eingegrenzt werden, da durch die unterschiedlichen Impedanzen eine Modifikation einer Entladezeit der im ersten und zweiten Kondensator gespeicherten Energie zum dritten Anschluss hin erfolgen kann. Dadurch kann insbesondere eine sich aus dem Körperwiderstand und den jeweiligen Impedanzen ergebende Entladezeitkonstante in einen Bereich ohne oder mit geringem Fibrillationsrisiko gelegt werden kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Stromrichters liegt darin, dass die Kapazitäten des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators auch im zweiten Filtermodus als Y- Kapazitäten wirken können und so auch im zweiten Filtermodus eine zumindest teilweise Unterdrückung von Gleichtaktstörungen ermöglichen.
Der erfindungsgemäße Stromrichter kann als Wechselrichter, als Gleichspannungswandler oder als aktiver Gleichrichter ausgebildet sein. Der erfindungsgemäße Stromrichter kann ferner ein Gehäuse aufweisen, in welchem zumindest die erste Leitung, die zweite Leitung, die dritte Leitung und die Filtereinrichtung aufgenommen sind. Die dritte Leitung kann elektrisch leitfähig mit dem Gehäuse verbunden sein. Das Bezugspotential kann insoweit auch als Gehäusepotential aufgefasst werden.
Typischerweise unterscheidet sich das erste Potential vom zweiten Potential. Bevorzugt ist das erste Potential größer als das zweite Potential. Das Bezugspotential liegt vorzugsweise zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential. Das Bezugspotential kann auch als Massepotential aufgefasst werden. In bevorzugter Ausgestaltung sind die erste Leitung und die zweite Leitung vollständig oder zumindest abschnittsweise jeweils als massive Stromschienen ausgebildet. Die erste und die zweite Leitung können an einen Gleichspannungsanschluss angeschlossen sein, an welchem insbesondere eine Anschlussvorrichtung zum elektrischen Kontaktieren des Stromrichters mit einer Gleichspannungsquelle ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Filtereinrichtung gleichspannungsanschlussseitig angeordnet.
Die dritte Leitung ist nicht notwendigerweise als Stromschiene ausgebildet. Die dritte Leitung kann durch ein Kabel, eine Massefläche oder durch ein Befestigungsmittel, durch welches die Filtereinrichtung im Stromrichter, insbesondere am Gehäuse, befestigt ist, ausgebildet sein.
Über den ersten Strompfad ist insbesondere ein entlang der ersten Leitung fließender Anteil des Gleichtaktstroms über die erste Impedanz ableitbar. Über den zweiten Strompfad ist insbesondere ein entlang der zweiten Leitung fließender Anteil des Gleichtaktstrom über die zweite Impedanz ableitbar.
Der erste Kondensator und der zweite Kondensator können jeweils einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, zwischen denen die Kapazität des Kondensators bereitgestellt ist, aufweisen. Der erste Anschluss des ersten Kondensators kann an den ersten Anschluss der Filtereinrichtung angeschlossen sein. Der erste Anschluss des zweiten Kondensators an den zweiten Anschluss der Filtereinrichtung angeschlossen sein. Der erste Kondensator und der zweite Kondensator können jeweils durch ein Kondensatorbauelement oder mehrere miteinander verschaltete Kondensatorbauelemente ausgebildet sein.
Es kann eine Widerstandsschaltung, die ein erstes Widerstandsbauelement und ein zweites Widerstandsbauelement aufweist, vorgesehen sein. Es können auch mehrere Widerstandsschaltungen, die jeweils ein erstes Widerstandsbauelement und ein zweites Widerstandsbauelement aufweisen, vorgesehen sein. Die oder eine jeweilige Widerstandsschaltung kann einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweisen. Das erste Widerstandsbauelement und das zweite Widerstandsbauelement können jeweils einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, zwischen denen der ohmsche Widerstand des Widerstandsbauelements bereitgestellt ist, aufweisen.
Die Schalteinrichtung ist vorzugsweise eine Halbleiter-Schalteinrichtung, die insbesondere eine oder mehrere Transistorstrukturen aufweist. Es ist alternativ auch möglich, dass die Schalteinrichtung eine elektromechanische Schalteinrichtung ist, die beispielsweise ein oder mehrere Relais aufweist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Filtereinrichtung des erfindungsgemäßen Stromrichters dazu eingerichtet ist, im zweiten Filtermodus entlang des ersten Strompfads und des zweiten Strompfads jeweils eine höhere Zeitkonstante eines aus den Kondensatoren und der wenigstens einen Widerstandsschaltung gebildeten Tiefpasses für die Filterung des Gleichtaktstroms als im ersten Filtermodus einzustellen. So kann das Fibrillationsrisiko im zweiten Filtermodus gezielt in einen Bereich gelegt werden, der den einschlägigen Normen entspricht.
Typischerweise weist die Filtereinrichtung des erfindungsgemäßen Stromrichters einen Mittelknoten, der zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator liegt, auf. Vorzugsweise ist wenigstens eine Widerstandsschaltung an dem dem Mittelknoten zugewandten Anschluss des ersten Kondensators oder des zweiten Kondensators angeschlossen. Insbesondere ist die wenigstens eine Widerstandsschaltung an den zweiten Anschluss des ersten Kondensators oder an den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators angeschlossen. Der dem Mittelknoten zugewandte Anschluss des ersten Kondensators kann dessen zweiter Anschluss sein. Der dem Mittelknoten zugewandte Anschluss des zweiten Kondensators kann dessen zweiter Anschluss sein.
Hinsichtlich der Verschaltung der wenigstens einen Widerstandsschaltung innerhalb der Filtereinrichtung bieten sich folgende bevorzugten Ausgestaltungen an:
Es kann vorgesehen sein, dass eine Widerstandsschaltung in einen Schaltungszweig zwischen dem Mittelknoten und dem dritten Anschluss geschaltet ist. Dann sind vorzugsweise der erste Anschluss der Widerstandsschaltung an den dritten Anschluss anschlossen und der zweite Anschluss der Widerstandsschaltung an den Mittelknoten angeschlossen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine Widerstandsschaltung in Reihe mit dem ersten Kondensator in einen Schaltungszweig zwischen dem ersten Anschluss und dem Mittelknoten geschaltet ist. Der erste Anschluss der Widerstandsschaltung ist insbesondere an den zweiten Anschluss des ersten Kondensators angeschlossen. Der zweite Anschluss der Widerstandsschaltung ist insbesondere an den Mittelknoten anschlossen.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Widerstandsschaltung in Reihe mit dem zweiten Kondensator in einen Schaltungszweig zwischen dem zweiten Anschluss und dem Mittelknoten geschaltet sein. Der erste Anschluss der Widerstandsschaltung ist insbesondere an den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators angeschlossen. Der zweite Anschluss der Widerstandsschaltung ist insbesondere an den Mittelknoten anschlossen. Die wenigstens eine Widerstandsschaltung kann mithin eine Widerstandsschaltung, zwei Widerstandsschaltungen oder drei Widerstandsschaltungen, die wie zuvor beschrieben verschaltet sind, aufweisen. Die Widerstandsschaltung können auch unterschiedlich ausgestaltet sein.
In bevorzugter Ausgestaltung ist bei dem erfindungsgemäßen Stromrichter vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung für die oder eine jeweilige Widerstandsschaltung einen Schalter aufweist. Der Schalter kann einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss sowie eine in Abhängigkeit der Steuerinformation ansteuerbare Schaltstrecke zwischen dem ersten Anschluss des Schalters und dem zweiten Anschluss des Schalters aufweisen.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltungsvariante bildet der Schalter eine Reihenschaltung mit dem ersten Widerstandsbauelement aus, wobei das zweite Widerstandsbauelement parallel zur Reihenschaltung geschaltet ist. So kann der Gesamtwiderstand der Widerstandsschaltung in Abhängigkeit des Schaltzustands des Schalters entweder dem Widerstandswert des zweiten Widerstandsbauelements oder dem Kehrwert der Summe der Kehrwerte der Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstandsbauelements entsprechen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der erste Anschluss der Widerstandsschaltung, der erste Anschluss des Schalters und der erste Anschluss des zweiten Widerstandsbauelements einen gemeinsamen Schaltungsknoten ausbilden. Der zweite Anschluss des Schalters kann an den ersten Anschluss des ersten Widerstandsbauelements angeschlossen sein. Der zweite Anschluss des ersten Widerstandsbauelements, der zweite Anschluss des zweiten Widerstandsbauelements und der zweite Anschluss der Widerstandsschaltung können einen gemeinsamen Schaltungsknoten ausbilden.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltungsvariante bildet der Schalter eine Parallelschaltung mit dem zweiten Widerstandsbauelement aus, wobei das erste Widerstandsbauelement in Reihe zur Parallelschaltung geschaltet ist. So kann der Gesamtwiderstand der Widerstandsschaltung in Abhängigkeit des Schaltzustands des Schalters entweder dem Widerstandswert des ersten Widerstandsbauelements oder der Summe der Widerstandswerte des ersten und zweiten Widerstandsbauelements entsprechen.
Dabei können der erste Anschluss des ersten Widerstandsbauelements, der erste Anschluss des Schalters und der erste Anschluss der Widerstandsschaltung einen gemeinsamen Schaltungsknoten bilden. Der zweite Anschluss des ersten Widerstandsbauelements, der zweite Anschluss des Schalters und der erste Anschluss des zweiten Widerstandsbauelements können einen gemeinsamen Schaltungsknoten ausbilden. Der zweite Anschluss des zweiten Widerstandsbauelements kann an den zweiten Anschluss der Widerstandsschaltung angeschlossen sein.
Unabhängig von den beiden zuvor beschriebenen Ausgestaltungsvarianten kann die Schalteinrichtung dazu eingerichtet sein, den Schalter zum Einnehmen des ersten Filtermodus leitend zu schalten und/oder zum Einnehmen des zweiten Filtermodus sperrend zu schalten.
Es wird bei dem erfindungsgemäßen Stromrichter ferner bevorzugt, wenn der Widerstandswert des ersten Widerstandsbauelements kleiner als der Widerstandswert des zweiten Widerstandsbauelements ist. So kann, insbesondere in Kombination mit der zuvor beschriebenen schaltungstechnischen Ausgestaltung, im ersten Filtermodus ein geringerer Gesamtwiderstand der Widerstandsschaltung als im zweiten Filtermodus vorgegeben werden.
Um im ersten Filtermodus besonders effizient Gleichtaktströme zu filtern, kann die Schalteinrichtung als bidirektional leitender und/oder sperrender Schalter ausgebildet sein.
Die Kapazitäten des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators können gleich sein. Dies ermöglicht eine besonders symmetrische Spannungsverteilung über dem ersten und zweiten Kondensator. Um auch eine effiziente Unterdrückung von Gegentaktstörungen zu ermöglichen, kann die Filtereinrichtung ferner einen dritten Kondensator aufweisen, der parallel zum ersten Kondensator und zum zweiten Kondensator an den ersten Anschluss der Filtereinrichtung und an den zweiten Anschluss der Filtereinrichtung angeschlossen ist. Mit anderen Worten kann der dritte Kondensator eine feste X-Kapa- zität bereitstellen.
In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromrichters weist die Filtereinrichtung eine Leiterplatte auf. Auf der Leiterplatte können der erste Kondensator, der zweite Kondensator und die wenigstens eine Widerstandsschaltung angeordnet sein. Auf der Leiterplatte kann auch der dritte Kondensator angeordnet sein. Auf der Leiterplatte können die ersten bis dritten Anschlüsse der Filtereinrichtung angeordnet sein. Auf der Leiterplatte kann die Schalteinrichtung angeordnet sein.
Der erfindungsgemäße Stromrichter kann ferner einen Zwischenkreiskondensator aufweisen, der zwischen die erste Leitung und die zweite Leitung geschaltet ist.
Der erfindungsgemäße Stromrichter kann ferner eine Wandlerschaltung aufweisen, die zwischen die erste Leitung und die zweite Leitung geschaltet ist. Die Wandlerschaltung kann Leistungshalbleiterschalter, die insbesondere als Schaltzelle, Leistungsbrücke oder als B6-Brückenschaltung verschaltet sind, aufweisen, um die zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung anliegende Spannung in einem Schaltbetrieb zu wandeln. Vorzugsweise ist die Filtereinrichtung auf der der Wandlerschaltung abgewandten Seite des Zwischenkreiskondensators angeordnet.
Der erfindungsgemäße Stromrichter kann ferner induktive Filterelemente aufweisen, die als Längsinduktivitäten in der ersten Leitung und der zweiten Leitung wirken und zwischenkreiskondensatorseitig und/oder gleichspannungseingangsseitig, insbesondere räumlich nah, an der Filtereinrichtung angeordnet sind. Die Filterelemente können durch Ferritkerne, wie nanokristalline Kerne, Eisenpulverkerne oder andere Kerne aus magnetischem Material, um die Leitungen ausgebildet sein.
Bevorzugt sind parasitäre Induktivitäten entlang der ersten Leitung und der zweiten Leitungen zwischen dem Gleichspannungsanschluss einerseits und dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der Filtereinrichtung oder den gleichspannungsanschlussseitigen Filterelementen andererseits geringer als zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der Filtereinrichtung oder den zwischenkreiskondensatorseitigen Filterelementen einerseits und dem Zwischenkreiskondensator andererseits.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Bordnetz für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, aufweisend wenigstens einen zuvor beschriebenen Stromrichter, eine Traktionsbatterie, eine Ladeeinrichtung, die zum Aufladen oder Entladen der Traktionsbatterie an ein fahrzeugexternes elektrisches Netz anschließbar ist, und eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Steuerinformation zum Einnehmen des zweiten Filtermodus bereitzustellen, wenn und/oder solange die Ladeeinrichtung an das fahrzeugexterne elektrische Netz angeschlossen ist.
Somit können vorteilhafterweise in einem Fährbetrieb des Fahrzeugs bzw. des Bordnetzes der erste Filtermodus vorgegeben und in einem Ladebetrieb der zweite Filtermodus vorgegeben werden.
Die Traktionsbatterie weist bevorzugt eine Nennspannung von wenigstens 400 Volt, bevorzugt wenigstens 600 Volt, besonders bevorzugt wenigstens 800 Volt auf.
Ein Stromrichter des Bordnetzes kann als Wechselrichter ausgebildet sein, der dazu eingerichtet ist, eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanent oder elektrisch erregte, Synchronmaschine, ein Axialflussmotor oder eine Asynchronmaschine, zum Antreiben des Fahrzeugs elektrisch mit einer mehrphasigen Wechselspannung zu versorgen.
Ein Stromrichter des Bordnetzes kann einen Teil der Ladeeinrichtung ausbilden und dazu eingerichtet sein, eine vom fahrzeugexternen elektrischen Netz bereitgestellt Gleich- oder Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden der Traktionsbatterie zu wandeln.
Ein Stromrichter des Bordnetzes kann als Gleichspannungswandler ausgebildet sein, der zum Koppeln des Bordnetzes mit einem weiteren Bordnetz, insbesondere einem Niedervoltbordnetz, des Fahrzeugs eingerichtet ist. Ein Potential des Niedervoltbordnetzes kann dem Bezugspotential entsprechen.
Das Bordnetz kann ferner eine elektrische Leitung, beispielsweise eine elektrisch leitfähige Befestigung oder ein Masseband, aufweisen, mittels welcher die dritte Leitung des wenigstens einen Stromrichters mit einer Karossiere des Fahrzeugs elektrisch leitfähig verbunden ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stromrichters;
Fig. 2 eine Prinzipskizze des Stromrichters gemäß dem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 ein Schaltbild der Filtereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stromrichters; Fig. 4 ein Schaltbild der Filtereinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stromrichters; und
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bordnetzes in einem Fahrzeug.
Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Stromrichters 1 .
Der Stromrichter 1 weist eine erste Leitung 2 für ein erstes Potential 3, eine zweite Leitung 4 für ein zweites Potential 5, und eine dritte Leitung 6 für ein Bezugspotential 7, das auch als Massepotential erachtet werden kann, auf. Exemplarisch ist das erste Potential 3 höher als das zweite Potential 5 und der Stromrichter 1 dazu eingerichtet, mit einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential 3 und dem zweiten Potential 5 von 800 Volt betrieben zu werden. Das Bezugspotential 7 liegt exemplarisch zwischen dem ersten Potential 3 und dem zweiten Potential 5.
Der Stromrichter 1 weist ferner eine Filtereinrichtung 8 auf. Konkret dient die Filtereinrichtung 8 als Entstörfilter, also zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit des Stromrichters 1 , und ist vorzugsweise nah an einem Gleichspannungsanschluss 9 angeordnet.
Die Filtereinrichtung 8 weist einen ersten Anschluss 10, der an die erste Leitung 2 angeschlossen ist, einen zweiten Anschluss 11 , der an die zweite Leitung 4 angeschlossen ist und einen dritten Anschluss 12, der an die dritte Leitung 6 angeschlossen ist, auf. Außerdem weist die Filtereinrichtung 8 einen ersten Kondensator 13, der in einen ersten Strompfad 14 vom ersten Anschluss 10 zum dritten Anschluss 12 geschaltet ist und eine erste Impedanz entlang des ersten Strompfads 14 zum Ableiten eines Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss 12 hin beeinflusst, auf. Dabei ist der Gleichtaktstrom auf die erste und zweite Leitung 2, 4 bezogen. Die Filtereinrichtung 8 weist zudem einen zweiten Kondensator 15, der in einen zweiten Strompfad 16 vom zweiten Anschluss 11 zum dritten Anschluss 12 ge- schaltet ist und eine zweite Impedanz entlang des zweiten Strompfads 16 zum Ableiten des auf die erste und zweite Leitung 2, 4 bezogenen Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss 12 hin beeinflusst, auf. Insbesondere kann also über den ersten Strompfad 14 ein auf der ersten Leitung 2 fließender Anteil des Gleichtaktstroms vom ersten Anschluss 10 zum dritten Anschluss 12 abgeleitet werden. Entsprechend kann über den zweiten Strompfad 16 ein auf der zweiten Leitung 4 fließender Anteil des Gleichtaktstroms vom zweiten Anschluss 11 zum dritten Anschluss 12 abgeleitet werden. Die Strompfade 14, 16 sind in Fig. 1 rein schematisch durch gestrichelte Linien illustriert. Die Kondensatoren 13, 15 weisen jeweils einen ersten Anschluss 13a, 15a und einen zweiten Anschluss 13b, 15b auf.
Daneben weist die Filtereinrichtung 8 eine erste Widerstandsschaltung 17 und eine zweite Widerstandsschaltung 18 auf. Die Widerstandsschaltungen 17, 18 weisen jeweils ein erstes Widerstandsbauelement 19 und ein zweites Widerstandsbauelement 20 auf. Die Widerstandsschaltungen 17, 18 weisen jeweils einen ersten Anschluss 17a, 18a und einen zweiten Anschluss 17b, 18b auf. Die Widerstandsbauelemente 19, 20 weisen jeweils einen ersten Anschluss 19a, 20a und einen zweiten Anschluss 19b, 20b auf.
Darüber hinaus weist die Filtereinrichtung 8 eine Schalteinrichtung 21 auf. Die Schalteinrichtung 21 ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit einer Steuerinformation 22 zwischen einem ersten Filtermodus und einem zweiten Filtermodus zu schalten. Dazu verändert die Schalteinrichtung 21 eine Verschaltung der Widerstandsbauelemente 19, 20 innerhalb der Filtereinrichtung derart, dass im ersten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem vorgegebenen Betrag bereitzustellen und im zweiten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem gegenüber dem ersten Filtermodus erhöhten vorgegebenen Betrag bereitzustellen. Die Filtereinrichtung 8 ist entsprechend dazu eingerichtet, im zweiten Filtermodus entlang des ersten Strompfads 14 und des zweiten Strompfads 16 jeweils eine höhere Zeitkonstante eines aus den Kondensatoren 13, 15 und den Widerstandsschaltungen 17, 18 gebildeten Tiefpasses für die Filterung des Gleichtaktstroms als im ersten Filtermodus einzustellen. Zwischen dem ersten Kondensator 13 und dem zweiten Kondensator weist die Filtereinrichtung 8 einen Mittelknoten 23 auf. Die erste Widerstandsschaltung 17 ist in Reihe mit dem ersten Kondensator 13 zwischen den ersten Anschluss 10 und dem Mittelknoten 23 geschaltet. Die zweite Widerstandsschaltung 18 ist in Reihe mit dem zweiten Kondensator 15 zwischen den zweiten Anschluss 11 und den Mittelknoten 23 geschaltet. Dabei ist die erste Widerstandsschaltung 17 an dem dem Mittelknoten 23 zugewandten zweiten Anschluss 13b des ersten Kondensators 13 angeschlossen. Die zweite Widerstandsschaltung 18 ist an dem dem Mittelknoten zugewandten zweiten Anschluss 15b des zweiten Kondensators 15 angeschlossen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Mittelknoten 23 unmittelbar an den dritten Anschluss 12 der Filtereinrichtung 8 angeschlossen. Der erste Strompfad 14 ist vom ersten Anschluss 10 über den ersten Kondensator 13, die erste Widerstandsschaltung 17 und den Mittelknoten 23 zum dritten Anschluss 12 geführt. Der zweite Strompfad ist vom zweiten Anschluss 11 über den zweiten Kondensator 15, die zweite Widerstandsschaltung 18 und den Mittelknoten zum dritten Anschluss 12 geführt.
Im Detail ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel ferner vorgesehen, dass der ersten Anschluss 13a des ersten Kondensators 13 an den ersten Anschluss 10 der Filtereinrichtung 8 angeschlossen ist. Der erste Anschluss 15a des zweiten Kondensators 15 ist an den zweiten Anschluss 11 der Filtereinrichtung 8 angeschlossen. Der erste Anschluss 17a der ersten Widerstandsschaltung 17 ist an den zweiten Anschluss 13b der ersten Kondensators 13 angeschlossen. Der zweite Anschluss 17b der ersten Widerstandsschaltung 17 ist an den Mittelknoten 23 angeschlossen. Der erste Anschluss 18a der zweiten Widerstandsschaltung 18 ist an den zweiten Anschluss 15b des zweiten Kondensators 15 angeschlossen. Der zweite Anschluss 18b der zweiten Widerstandsschaltung 18 ist an den Mittelknoten 23 angeschlossen. Außerdem weist die Schalteinrichtung 21 für die erste Widerstandsschaltung 17 einen ersten Schalter 24 und für die zweite Widerstandsschaltung 18 einen zweiten Schalter 25 auf. Die Schalter 24, 25 weisen jeweils einen ersten Anschluss 24a, 25a und einen zweiten Anschluss 24b, 25b auf, zwischen denen eine in Abhängigkeit der Steuerinformation 22 ansteuerbare Schaltstrecke ausgebildet ist. Die Schalteinrichtung 21 ist dazu eingerichtet, den jeweiligen Schalter 24, 25 zum Einnehmen des ersten Filtermodus leitend und zum Einnehmen des zweiten Filtermodus sperrend zu schalten.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet ein jeweiliger Schalter 24, 25 eine Reihenschaltung mit dem ersten Widerstandsbauelement 19 aus. Das zweite Widerstandsbauelement 20 ist jeweils parallel zur Reihenschaltung aus dem Schalter 24, 25 und dem ersten Widerstandsbauelement 19 geschaltet.
Im Detail bilden bei der ersten Widerstandsschaltung 17 der erste Anschluss 24a des ersten Schalters 24, der erste Anschluss 20a des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 17a der ersten Widerstandsschaltung 17 einen gemeinsamen Schaltungsknoten. Der zweite Anschluss 24b des ersten Schalters 24 ist an den ersten Anschluss 19a des ersten Widerstandsbauelements 19 angeschlossen. Der zweite Anschluss 19b des ersten Widerstandsbauelements 19, der zweite Anschluss 20b des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der zweite Anschluss 17b der ersten Widerstandsschaltung 17 bilden einen gemeinsamen Schaltungsknoten.
Entsprechend bilden bei der zweiten Widerstandsschaltung 18 der erste Anschluss 25a des zweiten Schalters 25, der erste Anschluss 20a des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 18a der zweiten Widerstandsschaltung 18 einen gemeinsamen Schaltungsknoten. Der zweite Anschluss 25b des zweiten Schalters 25 ist an den ersten Anschluss 19a des ersten Widerstandsbauelements 19 angeschlossen. Der zweite Anschluss 19b des ersten Wi- derstandsbauelements 19, der zweite Anschluss 20b des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der zweite Anschluss 18b der zweiten Widerstandsschaltung 18 bilden einen gemeinsamen Schaltungsknoten.
Optional ist ein dritter Kondensator 26 mit einem ersten Anschluss 26a und einem zweiten Anschluss 26b der Filtereinrichtung 8 vorgesehen. Der dritte Kondensator 26 ist parallel zum ersten Kondensator 13 und zum zweiten Kondensator 15 und im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch zu den Widerstandsschaltungen 17, 18 an den ersten Anschluss 10 der Filtereinrichtung 8 und an den zweiten Anschluss 11 der Filtereinrichtung 8 angeschlossen. Der erste Anschluss 10 der Filtereinrichtung 8, der erste Anschluss 13a des ersten Kondensators 13 und der erste Anschluss 26a des dritten Kondensators 26 bilden dabei einen gemeinsamen Schaltungsknoten aus. Ferner bilden der zweite Anschluss 11 der Filtereinrichtung 8, der erste Anschluss 15b des zweiten Kondensators 15 und der zweite Anschluss 26b des dritten Kondensators 26 einen gemeinsamen Schaltungsknoten aus. Der dritte Kondensator 26 stellt eine feste X-Kapazität bereit.
Hinsichtlich der Dimensionierung der Komponenten der Filtereinrichtung 8 ist vorgesehenen, dass die Kapazität Ci des ersten Kondensators 13 gleich der Kapazität C2 des zweiten Kondensators 15. Die Kapazität C3 des dritten Kondensators 26 ist typischerweise größer als die Kapazitäten Ci , C2. Der Widerstandswert Ri eines jeweiligen ersten Widerstandsbauelements 19 ist kleiner als der Widerstandswert R2 eines jeweiligen zweiten Widerstandsbauelements 20.
Fig. 1 zeigt ferner einen Zwischenkreiskondensator 40, der zwischen die erste Leitung 2 und die zweite Leitung 4 geschaltet ist, und eine Wandlerschaltung 41 , die zwischen die erste Leitung 2 und die zweite Leitung 4 geschaltet ist. Ersichtlich ist die Filtereinrichtung 8 auf der der Wandlerschaltung 41 abgewandten Seite des Zwischenkreiskondensators 40 angeordnet. Der Stromrichter 1 weist ferner vier induktive Filterelemente 42, 43, 44, 45 auf, die als Längsinduktivitäten in den Leitungen 2, 4 wirken und beispielsweise durch Ferritkerne, wie nanokristalline Kerne, Eisenpulverkerne oder andere Kerne aus magnetischem Material, um die Leitungen 2, 4 ausgebildet sind. Die Filterelemente 42 bis 45 sind nah an der Filtereinrichtung 8 angeordnet. Die Filterelemente 42, 44 sind bezüglich der Filtereinrichtung 8 gleichspannungseingangsseitig angeordnet. Die Filterelemente 43, 45 sind bezüglich der Filtereinrichtung 8 zwischenkreiskondensatorseitig angeordnet.
Außerdem sind in Fig. 1 schematisch parasitäre Induktivitäten LiP, Lin entlang der ersten Leitung 2 bzw. der zweiten Leitung 4 zwischen dem Gleichspannungsanschluss 9 und der Filtereinrichtung 8 bzw. den Filterelementen 42, 44 sowie parasitäre Induktivitäten L2P, L2n entlang der ersten Leitung 2 bzw. der zweiten Leitung 4 zwischen der Filtereinrichtung 8 bzw. den Filterelementen 43, 45 und dem Zwischenkreiskondensator 40 dargestellt. Die Anordnung der Filtereinrichtung 8 kann dabei so gewählt sein, dass LiP und Lin geringer als L2P und L2n sind, um eine möglichst effiziente Filterung zu ermöglichen.
Fig. 2 ist eine Prinzipskizze des Stromrichters 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Die Filtereinrichtung 8 weist eine Leiterplatte 50 auf, auf welcher die Anschlüsse 10, 11 , 12, die Kondensatoren 13, 15, 26, die Widerstandsschaltungen 18, 19 und die Schalteinrichtung 21 angeordnet sind. Die erste Leitung 2 und die zweite Leitung 4 sind jeweils durch massive Stromschienen 51 , 52 ausgebildet, die mit den Anschlüssen 10, 11 auf der Leiterplatte 50 kontaktiert sind. An einem ersten Ende der Stromschienen 51 , 52 ist der als Anschlussvorrichtung 53 ausgebildete Gleichspannungsanschluss 9 angeschlossen. An einem zweiten Ende der Stromschienen 51 , 52 ist die Wandlerschaltung 41 angeschlossen. Der Zwischenkreiskondensator 40 ist ebenfalls mit den Stromschienen 51 , 52 kontaktiert und befindet sich, bezogen auf die Länge der Stromschienen 51 , näher an der Wandlerschaltung 41 als an der Filtereinrichtung 8. Der dritte Anschluss 12 der Filtereinrichtung 8 ist nicht mit den Stromschienen 51 , 52 kontaktiert, sondern mittels eins Befestigungsmittels 54, welches die dritte Leitung 6 ausbildet, an einem Gehäuse 55 des Stromrichters 1 angeschlossen. Das Bezugspotential 7 kann daher auch als Gehäusepotential aufgefasst werden. In dem Gehäuse 55 sind die Leitungen 2, 4 bzw. die Stromschienen 51 , 52, die Filtereinrichtung 8, der Zwischenkreiskondensator 40 und die Wandlerschaltung 41 eingehaust.
Der Stromrichter 1 kann als Wechselrichter, Gleichspannungswandler oder als aktiver Gleichrichter ausgebildet sein. Die Wandlerschaltung 41 weist dazu geeignete Halbleiterschaltelemente auf.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele eines Stromrichters 1 beschrieben, auf die sich - soweit nichts Abweichendes beschrieben ist - die Angaben zum ersten Ausführungsbeispiel übertragen lassen. Dabei sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen.
Fig. 3 ist ein Schaltbild der Filtereinrichtung 8 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Stromrichters 1.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel bilden die Schalter 24, 25 eine Parallelschaltung mit dem jeweiligen zweiten Widerstandsbauelement 20 aus. Das jeweilige erste Widerstandsbauelement 19 ist in Reihe zu dieser Parallelschaltung geschaltet.
Im Detail bilden bei der ersten Widerstandsschaltung 17 der erste Anschluss 24a des ersten Schalters 24, der erste Anschluss 20a des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 17a der ersten Widerstandsschaltung 17 einen gemeinsamen Schaltungsknoten. Der zweite Anschluss 24b des ersten Schalters 24, der zweite Anschluss 20b des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 19a des ersten Widerstandsbauelements 19 bilden einen gemein- samen Schaltungsknoten aus. Der zweite Anschluss 19b des ersten Widerstandsbauelements 19 ist an den zweiten Anschluss 17b der ersten Widerstandsschaltung 17 angeschlossen.
Entsprechend bilden bei der zweiten Widerstandsschaltung 18 der erste Anschluss 25a des zweiten Schalters 25, der erste Anschluss 20a des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 18a der zweiten Widerstandsschaltung 18 einen gemeinsamen Schaltungsknoten. Der zweite Anschluss 25b des zweiten Schalters 25, der zweite Anschluss 20b des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 19a des ersten Widerstandsbauelements 19 bilden einen gemeinsamen Schaltungsknoten aus. Der zweite Anschluss 19b des ersten Widerstandsbauelements 19 ist an den zweiten Anschluss 18b der zweiten Widerstandsschaltung 18 angeschlossen.
Es sei nochmals erwähnt, dass - wie im ersten Ausführungsbeispiel - der Widerstandswert Ri eines jeweiligen ersten Widerstandsbauelements 19 kleiner als der Widerstandswert R2 eines jeweiligen zweiten Widerstandsbauelements 20 ist und die Schalteinrichtung 21 dazu eingerichtet ist, den jeweiligen Schalter 24, 25 zum Einnehmen des ersten Filtermodus leitend und zum Einnehmen des zweiten Filtermodus sperrend zu schalten.
Fig. 4 ist ein Schaltbild der Filtereinrichtung 8 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel eines Stromrichters 1.
Beim dritten Ausführungsbeispiel sind lediglich eine Widerstandsschaltung 27 und ein Schalter 28 der Schalteinrichtung 21 vorgesehen. Die Widerstandsschaltung 27 ist in einen Schaltungszweig zwischen dem Mittel knoten 23 und dem dritten Anschluss 12 der Filtereinrichtung 8 geschaltet. Im Detail sind der erste Anschluss 27a der Widerstandsschaltung 27 an den dritten Anschluss 12 und der zweite Anschluss 27b der Widerstandsschaltung 27 an den Mittelknoten 23 angeschlossen. Insbesondere sind der erste Strompfad 14 ist vom ersten Anschluss 10 über den ersten Kondensator 13, den Mittelknoten 23 und die Widerstandsschaltung 27 zum dritten Anschluss 12 und der zweite Strompfad 16 vom zweiten Anschluss 11 über den Mittelknoten 23 und die Widerstandsschaltung 27 zum dritten Anschluss 12 geführt.
Die Widerstandsschaltung 27 ist analog zu einer der Widerstandsschaltung 17, 18 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Das heißt, dass im vorliegenden dritten Ausführungsbeispiel der Schalter 28 eine Reihenschaltung mit dem ersten Widerstandsbauelement 19 ausbildet und das zweite Widerstandsbauelement 20 parallel zur Reihenschaltung aus dem Schalter 28 und dem ersten Widerstandsbauelement 19 geschaltet ist.
Im Detail bilden bei der Widerstandsschaltung 27 der erste Anschluss 28a des Schalters 28, der erste Anschluss 20a des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der erste Anschluss 27a der Widerstandsschaltung 27 einen gemeinsamen Schaltungsknoten. Der zweite Anschluss 28b des Schalters 28 ist an den ersten Anschluss 19a des ersten Widerstandsbauelements 19 angeschlossen. Der zweite Anschluss 19b des ersten Widerstandsbauelements 19, der zweite Anschluss 20b des zweiten Widerstandsbauelements 20 und der zweite Anschluss 27b der Widerstandsschaltung 27 bilden einen gemeinsamen Schaltungsknoten.
Beim dritten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die zweiten Anschlüsse 13b, 15b der Kondensatoren 13, 15 an den Mittelknoten 23 angeschlossen bzw. mit dem zweiten Anschluss 27b der Widerstandsschaltung 27 den Mittelknoten 23 ausbilden. Der erste Anschluss 13a des ersten Kondensators 13 ist an den ersten Anschluss 10 der Filtereinrichtung 8 angeschlossen. Der erste Anschluss 15a des zweiten Kondensators 15 ist an den zweiten Anschluss 11 der Filtereinrichtung 8 angeschlossen.
Auch für das dritte Ausführungsbeispiel gilt, dass der Widerstandswert Ri des ersten Widerstandsbauelements 19 kleiner als der Widerstandswert R2 des zweiten Widerstandsbauelements 20 ist und die Schalteinrichtung 21 dazu eingerichtet ist, den Schalter 27 zum Einnehmen des ersten Filtermodus leitend und zum Einnehmen des zweiten Filtermodus sperrend zu schalten.
Beim dritten Ausführungsbeispiel ist der dritte Kondensator 26 parallel zum ersten und zweiten Kondensator 13, 15 geschaltet.
Entsprechend Fig. 2 ist beim dritten Ausführungsbeispiel die Widerstandsschaltung 27 auf der Leiterplatte 50 angeordnet.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, das im Übrigen dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht, ist die Widerstandsschaltung 27 entsprechend der Widerstandsschaltung 17 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Das heißt, dass der Schalter 28 eine Parallelschaltung mit dem zweiten Widerstandsbauelement 20 ausbildet und das erste Widerstandsbauelement 19 in Reihe zu dieser Parallelschaltung geschaltet ist.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, die dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel entsprechen, ist zusätzlich eine dritte Widerstandsschaltung 27 gemäß dem dritten oder vierten Ausführungsbeispiel vorgesehen.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, die einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele entsprechen, können auch eine Widerstandsschaltung 17, 18 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zwischen einem der Kondensatoren 13, 15 und dem Mittelknoten 23 mit einer Widerstandsschaltung 17, 18 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zwischen dem anderen der Kondensatoren 13, 15 und dem Mittelknoten kombiniert sein.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Bordnetzes 101 in einem Fahrzeug 100. Das Bordnetz 101 weist eine Traktionsbatterie 102 mit einer Nennspannung von beispielsweise 800 Volt, eine Ladeeinrichtung 103, die die zum Aufladen oder Entladen der Traktionsbatterie 102 an ein fahrzeugexternes elektrisches Netz 104 anschließbar ist, sowie eine Steuereinrichtung 105, die zum Bereitstellen der Steuerinformation 22 eingerichtet ist, auf. Das Bordnetz 101 kann als Hochvoltbordnetz erachtet werden, da seine Betriebsspannung regelmäßig über 60 V liegt.
Das Bordnetz 101 weist einen Stromrichter 1 gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf, der als Wechselrichter ausgebildet ist. Der Stromrichter 1 ist dazu eingerichtet, eine elektrische Maschine 106 des Bordnetzes 101 zum Antreiben des Fahrzeugs 100 elektrisch mit einer mehrphasigen Wechselspannung zu versorgen. Die elektrische Maschine 106 ist beispielsweise eine permanent oder elektrisch erregte Synchronmaschine, eine Axialflussmaschine oder eine Asynchronmaschine.
Das Bordnetz 101 weist einen weiteren Stromrichter 1a gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf, der als aktiver Gleichrichter oder als Gleichspannungswandler ausgebildet ist und einen Teil der Ladeeinrichtung 103 ausbildet. Der Stromrichter 1 a ist dazu eingerichtet, eine vom fahrzeugexternen elektrischen Netz 104 bereitgestellte Gleich- bzw. Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden der Traktionsbatterie 102 zu wandeln.
Das Bordnetz 101 weist einen weiteren Stromrichter 1 b gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf, der als Gleichspannungswandler ausgebildet ist. Der Stromrichter 1 b ist zum Koppeln des Bordnetzes 101 mit einem weiteren Bordnetz 107 des Fahrzeugs 100 eingerichtet. Das weitere Bordnetz 107 ist beispielsweise ein Niedervoltbordnetz mit einer Betriebsspannung von unter 60 Volt, beispielsweise 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt.
Die Steuereinrichtung 105 kommuniziert über eine durch einen Doppelpfeil symbolisierte Signalleitung mit der Ladeeinrichtung 103. Die Steuereinrichtung 105 ist dazu eingerichtet, den Stromrichtern 1 , 1 a, 1 b die Steuerinformation 22 zum Einnehmen des zweiten Filtermodus bereitzustellen, wenn und solange die Ladeeinrichtung 103 an das fahrzeugexterne elektrische Netz 104 angeschlossen ist. Der zweite Filtermodus kann also insbesondere als Lademodus aufgefasst werden. Die Steuerinformation 22 wird hingegen insbesondere dann zum Einnehmen des ersten Filtermodus bereitgestellt, wenn die Ladeeinrichtung 103 vom fahrzeugex- ternen elektrischen Netz 104 getrennt ist und wenn das Fahrzeug 100 fährt. Der erste Filtermodus kann daher auch als Fahrmodus aufgefasst werden. Das Bordnetz 101 kann ferner elektrische Leiter aufweisen, mittels welcher die dritte Leitung 6 (siehe Fig. 1 ) eines jeweiligen Stromrichters 1 , 1 a, 1 b mit einer Ka- rossiere 108 des Fahrzeugs 101 elektrisch leitfähig verbunden ist, sodass das Bezugspotential 7 auch als Karosseriepotential aufgefasst werden kann. Dieses ist gleichzeitig eines der Potentiale des weiteren Bordnetzes 107.
Das Fahrzeug 100 kann dementsprechend als batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) oder als Hybridfahrzeug ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Stromrichter (1 , 1 a, 1 b) für ein Bordnetz (101 ) eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (100), aufweisend eine erste Leitung (2) für ein erstes Potential (3), eine zweite Leitung (4) für ein zweites Potential (5), eine dritte Leitung (6) für ein Bezugspotential (7) und eine Filtereinrichtung (8), die
- einen ersten Anschluss (10), der an die erste Leitung (2) angeschlossen ist,
- einen zweiten Anschluss (11 ), der an die zweite Leitung (4) angeschlossen ist,
- einen dritten Anschluss (12), der an die dritte Leitung (6) angeschlossen ist,
- einen ersten Kondensator (13), der in einen ersten Strompfad (14) vom ersten Anschluss (10) zum dritten Anschluss (12) geschaltet ist und eine erste Impedanz entlang des ersten Strompfads (14) zum Ableiten eines auf die erste und zweite Leitung (4, 5) bezogenen Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss (12) hin beeinflusst,
- einen zweiten Kondensator (15), der in einen zweiten Strompfad (16) vom zweiten Anschluss (11 ) zum dritten Anschluss (12) geschaltet ist und eine zweite Impedanz entlang des zweiten Strompfads (16) zum Ableiten des Gleichtaktstroms zum dritten Anschluss (12) hin beeinflusst, und
- eine Schalteinrichtung (21 ), die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer Steuerinformation (22) zwischen einem ersten Filtermodus und einem zweiten Filtermodus zu schalten, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (8) wenigstens eine Widerstandsschaltung (17, 18, 27) mit einem ersten Widerstandsbauelement (19) und mit einem zweiten Widerstandsbauelement (20) aufweist und die Schalteinrichtung (21 ) ferner dazu eingerichtet ist, durch ein Verändern einer Verschaltung der Widerstandsbauelemente (19, 20) innerhalb der Filtereinrichtung (8)
- im ersten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem vorgegebenen Betrag bereitzustellen und im zweiten Filtermodus die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils mit einem gegenüber dem ersten Filtermodus erhöhten vorgegebenen Betrag bereitzustellen.
2. Stromrichter nach Anspruch 1 , wobei die Filtereinrichtung (8) dazu eingerichtet ist, im zweiten Filtermodus entlang des ersten Strompfads (14) und des zweiten Strompfads (16) jeweils eine höhere Zeitkonstante eines aus den Kondensatoren (13, 15) und der wenigstens einen Widerstandsschaltung (17, 18, 27) gebildeten Tiefpasses für die Filterung des Gleichtaktstroms als im ersten Filtermodus einzustellen.
3. Stromrichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Filtereinrichtung (8) einen Mittelknoten (23), der zwischen dem ersten Kondensator (13) und dem zweiten Kondensator (15) liegt, aufweist.
4. Stromrichter nach Anspruch 3, wobei eine Widerstandsschaltung (27) in einen Schaltungszweig zwischen dem Mittelknoten (23) und dem dritten Anschluss (12) geschaltet ist.
5. Stromrichter nach Anspruch 3 oder 4, wobei
- eine Widerstandsschaltung (17) in Reihe mit dem ersten Kondensator (13) in einen Schaltungszweig zwischen dem ersten Anschluss (10) und dem Mittelknoten (23) geschaltet ist und/oder
- eine Widerstandsschaltung (18) in Reihe mit dem zweiten Kondensator (15) in einen Schaltungszweig zwischen dem zweiten Anschluss (11 ) und dem Mittelknoten (23) geschaltet ist.
6. Stromrichter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die wenigstens eine Widerstandsschaltung (17, 18, 27) an dem dem Mittelknoten (23) zugewandten Anschluss (13b, 15b) des ersten Kondensators (13) oder des zweiten Kondensators (15b) angeschlossen ist.
7. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltvorrichtung (21 ) für die oder eine jeweilige Widerstandsschaltung einen Schalter (24, 25, 28) aufweist.
8. Stromrichter nach Anspruch 7, wobei der Schalter (24, 25, 28) eine Reihenschaltung mit dem ersten Widerstandsbauelement (19) ausbildet, und das zweite Widerstandsbauelement (20) parallel zur Reihenschaltung geschaltet ist.
9. Stromrichter nach Anspruch 7, wobei der Schalter (24, 25) eine Parallelschaltung mit dem zweiten Widerstandsbauelement (20) ausbildet, und das erste Widerstandsbauelement (19) in Reihe zur Parallelschaltung geschaltet ist.
10. Stromrichter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Schalteinrichtung (21 ) dazu eingerichtet ist, den Schalter (24, 25, 28) zum Einnehmen des ersten Filtermodus leitend zu schalten und/oder zum Einnehmen des zweiten Filtermodus sperrend zu schalten.
11 . Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Widerstandswert des ersten Widerstandsbauelements (19) kleiner als der Widerstandswert des zweiten Widerstandsbauelements (20) ist.
12. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filtereinrichtung (21 ) ferner einen dritten Kondensator (26) aufweist, der parallel zu dem ersten und zweiten Kondensator (13, 15) an den ersten Anschluss (10) und an den zweiten Anschluss (11 ) angeschlossen ist.
13. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filtereinrichtung (8) eine Leiterplatte (50) aufweist, wobei - der erste Kondensator (13), der zweite Kondensator (14) und die wenigstens eine Widerstandsschaltung (17, 18, 27) auf der Leiterplatte (50) angeordnet sind und/oder
- die ersten bis dritten Anschlüsse (10, 11 , 12) der Filtereinrichtung (8) auf der Leiterplatte (50) angeordnet sind und/oder
- die Schalteinrichtung (21 ) auf der Leiterplatte (50) angeordnet ist.
14. Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Zwischenkreiskondensator (40), der zwischen die erste Leitung (2) und die zweite Leitung (4) geschaltet ist, und eine Wandlerschaltung (41 ), die zwischen die erste Leitung (2) und die zweite Leitung (4) geschaltet ist, wobei die Filtereinrichtung (8) auf der der Wandlerschaltung (41) abgewandten Seite des Zwischenkreiskondensators (40) angeordnet ist.
15. Bordnetz (101 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug (100), aufweisend wenigstens einen Stromrichter (1 , 1a, 1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eine Traktionsbatterie (102), eine Ladeeinrichtung (103), die zum Aufladen oder Entladen der Traktionsbatterie (102) an ein fahrzeugexternes elektrische Netz (104) anschließbar ist, und eine Steuereinrichtung (105), die dazu eingerichtet ist, die Steuerinformation (22) zum Einnehmen des zweiten Filtermodus bereitzustellen, wenn und/oder solange die Ladeeinrichtung (103) an das fahrzeugex- terne elektrische Netz (103) angeschlossen ist.
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