DE102019209654A1 - Vehicle electrical system - Google Patents
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Abstract
Ein Fahrzeugbordnetz (FB) ist mit einem Gleichspannungsladeanschluss (GA), einem Akkumulator (AK), einem galvanisch trennenden Gleichspannungswandler (GW), und einem elektrischen Antrieb (I, M) ausgestattet. Der Akkumulator (AK) ist über einen ersten Schalter (S1) mit einem Verbindungspunkt (VP) verbunden. Der Gleichspannungsladeanschluss (GA) ist über einen zweiten Schalter (S2) mit dem Verbindungspunkt (VP) verbunden. Der Verbindungspunkt (VP) ist über den galvanisch trennenden Gleichspannungswandler (GW) mit dem elektrischen Antrieb (I, M) verbunden. Der elektrischen Antrieb (I, M) ist über einen dritten Schalter (S3) mit dem Verbindungspunkt (VP) verbunden. Es besteht eine Verbindung zwischen dem Verbindungspunkt (VP) und dem Gleichspannungswandler (GW). Über den Gleichspannungswandler (GW) ist diese Verbindung an den elektrischen Antrieb (I, M) angeschlossen.A vehicle electrical system (FB) is equipped with a DC voltage charging connection (GA), an accumulator (AK), a galvanically isolating DC voltage converter (GW), and an electric drive (I, M). The accumulator (AK) is connected to a connection point (VP) via a first switch (S1). The DC voltage charging connection (GA) is connected to the connection point (VP) via a second switch (S2). The connection point (VP) is connected to the electrical drive (I, M) via the galvanically isolating DC voltage converter (GW). The electric drive (I, M) is connected to the connection point (VP) via a third switch (S3). There is a connection between the connection point (VP) and the DC voltage converter (GW). This connection is connected to the electric drive (I, M) via the DC voltage converter (GW).
Description
Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb weisen einen Akkumulator auf, der den elektrischen Antrieb mit Energie versorgen kann. Es ist bekannt, dass zum Laden des Akkumulators die Fahrzeuge einen entsprechenden Ladeanschluss aufweisen („Plug-In-Fahrzeuge“). Die Funktion des Ladens und des Versorgens des elektrischen Antriebs werden von einem Fahrzeugbordnetz realisiert, wobei sich, wie im Folgenden dargestellt, verschiedene Anforderungen ergeben.Vehicles with an electric drive have an accumulator that can supply the electric drive with energy. It is known that the vehicles have a corresponding charging connection for charging the accumulator (“plug-in vehicles”). The functions of charging and supplying the electric drive are implemented by a vehicle electrical system, with various requirements resulting, as shown below.
Zur Steuerung des elektrischen Antriebs werden Halbleiterschalter getaktet betrieben, wodurch Störungen entstehen. Beim elektrischen Antrieb (oder auch in anderen, getaktet gesteuerten elektrischen Komponenten des Bordnetzes) wird daher eine Filterkapazität zur Unterdrückung der Störungen verwendet. Insbesondere werden Cy-Kondensatoren verwendet, die im Wesentlichen aus einem Kondensator zwischen Fahrzeugmasse und einem Versorgungspotential bestehen. Durch diese Kondensatoren werden Störsignale, die sich durch die getaktete Arbeitsweise der Halbleiterschalter ergeben, zur Masse hin abgeleitet. Bei der Funktion des Ladens sind jedoch diese Kondensatoren hinderlich, da gewährleistet sein muss, dass die in den Kondensatoren gespeicherte Energie nicht zu einer hohen Berührspannung am Ladeanschluss führt.To control the electric drive, semiconductor switches are operated in a clocked manner, which causes interference. In the case of the electric drive (or also in other, clocked-controlled electrical components of the vehicle electrical system), a filter capacity is therefore used to suppress the interference. In particular, Cy capacitors are used, which essentially consist of a capacitor between vehicle ground and a supply potential. These capacitors divert interference signals, which result from the clocked operation of the semiconductor switches, to ground. However, these capacitors are an obstacle to the charging function, since it must be ensured that the energy stored in the capacitors does not lead to a high contact voltage at the charging connection.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich auf einfache Weise ein Fahrzeugbordnetz ausbilden lässt, mit dem sich sowohl Störungen, die aus einer getakteten Betriebsweise stammen, unterdrücken lassen, als auch zu hohe Berührspannungen vermieden werden.It is therefore an object of the invention to show a possibility with which a vehicle electrical system can be formed in a simple manner, with which both disturbances resulting from a clocked operating mode can be suppressed and excessively high contact voltages can be avoided.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 1. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Figur.This object is achieved by the vehicle electrical system according to claim 1. Further properties, features, embodiments and advantages emerge from the dependent claims, the description and the figure.
Es wird ein Fahrzeugbordnetz vorgeschlagen, das einen Gleichspannungsladeanschluss, einen Akkumulator und einen galvanisch trennenden Gleichspannungswandler aufweist. Ferner umfasst das Fahrzeugbordnetz einen elektrischen Antrieb. Der Akkumulator ist über einen ersten Schalter mit dem Verbindungspunkt verbunden. Dadurch ergibt sich eine einfache Verbindung zwischen dem Akkumulator und dem Wandler bzw. weiteren Komponenten. Der Verbindungspunkt ist über einen zweiten Schalter mit dem Gleichspannungsladeanschluss verbunden. Ferner ist der Verbindungspunkt über einen Schalter mit dem elektrischen Antrieb und den darin angeschlossenen Gleichspannungswandler angeschlossen. Eine weitere Verbindung besteht zwischen dem Verbindungspunkt und dem Gleichspannungswandler, jedoch mit einer Seite des Gleichspannungswandlers, die dem elektrischen Antrieb entgegengesetzt ist. Somit sind zum einen über den dritten Schalter und zum anderen über die Verbindung der Verbindungspunkt und der Wandler miteinander verbunden. Beide Seiten des Wandlers sind über unterschiedliche Pfade mit dem Verbindungspunkt verbunden, wobei eine Seite über den dritten Schalter mit dem Verbindungspunkt verbunden ist, und die andere Seite über die genannte Verbindung mit dem Verbindungspunkt verbunden ist. Die Verbindung kann schaltbar sein.A vehicle electrical system is proposed which has a DC voltage charging connection, an accumulator and a galvanically isolating DC voltage converter. The vehicle electrical system also includes an electric drive. The accumulator is connected to the connection point via a first switch. This results in a simple connection between the accumulator and the converter or other components. The connection point is connected to the DC voltage charging connection via a second switch. Furthermore, the connection point is connected via a switch to the electric drive and the DC voltage converter connected therein. Another connection exists between the connection point and the DC voltage converter, but with one side of the DC voltage converter which is opposite to the electric drive. The connection point and the converter are thus connected to one another via the third switch on the one hand and via the connection on the other. Both sides of the transducer are connected to the connection point via different paths, one side being connected to the connection point via the third switch and the other side being connected to the connection point via said connection. The connection can be switchable.
Durch diese Anordnung ist der Akkumulator nur über einen einzigen Schalter mit dem verbleibenden Bordnetz verbunden. Jedoch ermöglicht der zweite Schalter eine Zuschaltung des Gleichspannungsladeanschlusses zum Akkumulator oder eine gezielte Trennung (etwa beim Fahren). Der elektrische Antrieb kann direkt über den ersten und den dritten Schalter ausgehend vom Akkumulator betrieben werden (oder es kann in umgekehrter Richtung Energie bei der Rekuperation übertragen werden), während der zweite Schalter den Verbindungspunkt gegenüber dem Gleichspannungsladeanschluss beim Fahren abtrennen kann. Der elektrische Antrieb kann ferner über die Verbindung (anstatt über den dritten Schalter) mit Energie des Akkumulators versorgt werden, wobei dann der Akkumulator über den ersten Schalter und die Verbindung sowie über den galvanisch trennenden Gleichspannungswandler versorgt wird.As a result of this arrangement, the accumulator is connected to the remaining on-board network only via a single switch. However, the second switch enables the DC voltage charging connection to be connected to the accumulator or targeted disconnection (for example when driving). The electric drive can be operated directly from the accumulator via the first and the third switch (or energy can be transferred in the opposite direction during recuperation), while the second switch can disconnect the connection point from the DC charging connection when driving. The electric drive can also be supplied with energy from the accumulator via the connection (instead of via the third switch), the accumulator then being supplied via the first switch and the connection and via the galvanically isolating DC voltage converter.
Der Gleichspannungswandler kann ferner beim Laden verwendet werden, indem über den zweiten Schalter und die Verbindung der Gleichspannungswandler versorgt wird, welcher wiederum weitere Komponenten während des Ladens versorgen kann, etwa Komponenten wie eine elektrische Heizung und/oder ein N iedervoltbordnetzzweig.The DC voltage converter can also be used during charging by supplying the DC voltage converter via the second switch and the connection, which in turn can supply additional components during charging, such as components such as an electrical heater and / or a low-voltage on-board network branch.
Daher bestehen verschiedene Möglichkeiten des Aufladens bzw. des Versorgens von Komponenten (einschließlich des elektrischen Antriebs), wobei diese beispielsweise bei unterschiedlichen Akkumulatorspannungen auch unterschiedlich eingestellt werden können. Beim Laden kann der Gleichspannungsanschluss direkt mit dem Akkumulator verbunden werden, wobei zum einen der dritte Schalter und zum anderen der galvanisch trennende Gleichspannungswandler dafür sorgt, dass Filterkapazitäten im elektrischen Antrieb oder von anderen Komponenten sich nicht auf den Gleichspannungsladeanschluss auswirken können. Dadurch ergibt sich ein Schutz vor einer zu hohen Berührspannung. Gleichzeitig ist es möglich, dass nur ein einziger Anschluss notwendig ist, um den Akkumulator (bzw. den ersten Schalter) mit dem verbleibenden Fahrzeugbordnetz zu verbinden, sodass bei der Wartung nur eine minimale Anzahl von Verbindungen getrennt bzw. verbunden werden müssen.There are therefore various options for charging or supplying components (including the electric drive), and these can also be set differently for different battery voltages, for example. During charging, the DC voltage connection can be connected directly to the accumulator, whereby on the one hand the third switch and on the other hand the galvanically isolating DC voltage converter ensure that filter capacitances in the electric drive or in other components cannot affect the DC voltage charging connection. This provides protection against excessively high contact voltage. At the same time, it is possible that only a single connection is necessary to connect the accumulator (or the first switch) to the remaining vehicle electrical system, so that only one connection is required for maintenance minimum number of connections must be disconnected or connected.
Es wird daher ein Fahrzeugbordnetz vorgeschlagen, das einen Gleichspannungsladeanschluss, einen Akkumulator, einen galvanisch trennenden Gleichspannungswandler und einen elektrischen Antrieb umfasst. Der Akkumulator ist vorzugsweise ein Hochvolt-Akkumulator. Der Akkumulator ist über einen ersten Schalter (des Fahrzeugbordnetzes) mit einem Verbindungspunkt verbunden. Der Gleichspannungsladeanschluss ist über einen zweiten Schalter (des Fahrzeugbordnetzes) mit dem Verbindungspunkt verbunden. Der erste und der zweite Schalter befinden sich somit zu unterschiedlichen Seiten des Verbindungspunkts.A vehicle electrical system is therefore proposed which comprises a DC voltage charging connection, an accumulator, a galvanically isolating DC voltage converter and an electric drive. The accumulator is preferably a high-voltage accumulator. The accumulator is connected to a connection point via a first switch (of the vehicle electrical system). The DC charging connection is connected to the connection point via a second switch (of the vehicle electrical system). The first and the second switch are thus located on different sides of the connection point.
Der Verbindungspunkt ist über den galvanisch trennenden Gleichspannungswandler mit dem elektrischen Antrieb verbunden. Dies kann als erster Verbindungspfad bezeichnet werden. Der elektrische Antrieb ist ferner über einen dritten Schalter mit dem Verbindungspunkt verbunden. Dies kann als zweiter Verbindungspfad bezeichnet werden. Der Verbindungspunkt ist somit über zwei unterschiedliche Verbindungspfade mit dem elektrischen Antrieb verbunden, wobei einer der Pfade (der erste Verbindungspfad) über den Gleichspannungswandler führt (und diesen somit umfasst), und der andere Pfad (d.h. der zweite Verbindungspfad) wandlerfrei ist.The connection point is connected to the electrical drive via the galvanically isolating DC voltage converter. This can be referred to as the first connection path. The electric drive is also connected to the connection point via a third switch. This can be referred to as the second connection path. The connection point is thus connected to the electric drive via two different connection paths, one of the paths (the first connection path) leading via the DC / DC converter (and thus including it), and the other path (i.e. the second connection path) being converter-free.
Es besteht ferner eine Verbindung zwischen dem Verbindungspunkt und dem Gleichspannungswandler. Die Verbindung ist Teil des ersten Verbindungspfads. Somit ist der Verbindungspunkt (in der folgenden Reihenfolge) über die Verbindung und den Gleichspannungswandler mit dem elektrischen Antrieb verbunden. Diese Verbindung zwischen dem Verbindungspunkt und dem Gleichspannungswandler sowie der Gleichspannungswandler selbst verbinden den Verbindungspunkt mit dem elektrischen Antrieb. Der erste und der zweite Verbindungspfad gehen beide vom Verbindungspunkt aus. Der erste und der zweite Verbindungspfad sind an unterschiedliche Seiten des Gleichspannungswandlers angeschlossen. Der Verbindungspunkt ist über die Verbindung mit einer ersten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden. Dies ist die Seite des Gleichspannungswandlers, welche dem elektrischen Antrieb entgegengesetzt ist. Der Verbindungspunkt ist ferner über den dritten Schalter mit der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden. Diese Seite ist die mit dem elektrischen Antrieb verbundene Seite des Gleichspannungswandlers.There is also a connection between the connection point and the DC / DC converter. The connection is part of the first connection path. Thus, the connection point (in the following order) is connected to the electric drive via the connection and the DC voltage converter. This connection between the connection point and the DC voltage converter and the DC voltage converter itself connect the connection point to the electric drive. The first and second connection paths both start from the connection point. The first and the second connection path are connected to different sides of the DC-DC converter. The connection point is connected to a first side of the DC voltage converter via the connection. This is the side of the DC / DC converter that is opposite to the electric drive. The connection point is also connected to the second side of the DC-DC converter via the third switch. This side is the side of the DC / DC converter connected to the electric drive.
Der Gleichspanungswandler ist eingerichtet, eine Gleichspannung zwischen den beiden Seiten zu übertragen und zu wandeln. An dem Verbindungspunkt treffen sich der erste und der zweite Verbindungspfad, wobei ferner an dem Verbindungspunkt der zweite Schalter (und somit über den zweiten Schalter auch der Gleichspannungsanschluss) angeschlossen ist, und an dem Verbindungspunkt zudem (über den ersten Schalter) der Akkumulator angeschlossen ist.The DC voltage converter is set up to transmit and convert a DC voltage between the two sides. The first and second connection paths meet at the connection point, the second switch (and thus also the DC voltage connection via the second switch) being connected to the connection point, and the accumulator also being connected to the connection point (via the first switch).
Das hier beschriebene Fahrzeugbordnetz ist vorzugsweise ein Hochvoltbordnetz. Die Vorsilbe „Hochvolt“ bedeutet hier eine Nennspannung der betreffenden Komponente von mindestens 60 Volt, insbesondere von mindestens 400 Volt, 600 Volt, 800 Volt oder 1000 Volt. Der Gleichspannungsladeanschluss kann gemäß einem Standard zum kabelbasierten Laden von Elektrofahrzeugen (Plug-In-Fahrzeugen) ausgestaltet sein. Der Gleichspannungsladeanschluss ist vorzugsweise als Kontaktgruppe einer Steckanschlussvorrichtung (etwa einer Buchse) ausgestattet, die auch Kontakte zur Wechselspannungsübertragung und somit Kontakte eines Wechselspannungsladeanschlusses) aufweisen kann. Die erwähnten Verbindungen und Anschlüsse sind vorzugsweise zweipolig/zweiadrig und umfassen ein erstes und ein zweites Versorgungspotential, etwa einen Minuspol und einen Pluspol.The vehicle electrical system described here is preferably a high-voltage electrical system. The prefix “high voltage” here means a nominal voltage of the relevant component of at least 60 volts, in particular of at least 400 volts, 600 volts, 800 volts or 1000 volts. The DC voltage charging connection can be configured in accordance with a standard for cable-based charging of electric vehicles (plug-in vehicles). The DC voltage charging connection is preferably equipped as a contact group of a plug connection device (for example a socket), which can also have contacts for AC voltage transmission and thus contacts of an AC voltage charging connection). The mentioned connections and connections are preferably two-pole / two-wire and comprise a first and a second supply potential, for example a negative pole and a positive pole.
Der galvanisch trennende Gleichspannungswandler weist insbesondere einen Transformator auf, der galvanisch getrennte Wicklungen aufweist. Der Gleichspannungswandler umfasst insbesondere einen Zerhacker sowie einen Gleichrichter, die auf unterschiedlichen Seiten des Transformators angeschlossen sind.The galvanically isolating DC voltage converter has, in particular, a transformer which has galvanically isolated windings. The DC / DC converter includes in particular a chopper and a rectifier, which are connected to different sides of the transformer.
Die Schalter sind insbesondere elektromechanische Schalter, können jedoch auch als Halbleiterschalter ausgebildet sein. Die Schalter sind zweipolig und umfassen somit ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement, wobei die beiden Schaltelemente zwei unterschiedlichen Versorgungspotentialen zugeordnet sind. Dadurch ergibt sich beim Öffnen des jeweiligen Schalters eine vollständige Trennung, d. h. eine Trennung beider Versorgungspotentiale (bei offenem Zustand des betreffenden Schalters).The switches are in particular electromechanical switches, but can also be designed as semiconductor switches. The switches are two-pole and thus comprise a first switching element and a second switching element, the two switching elements being assigned to two different supply potentials. This results in complete separation when the respective switch is opened. H. a separation of both supply potentials (when the relevant switch is open).
Der erste Schalter kann über eine erste Batterieanschlussvorrichtung und eine zweite Batterieanschlussvorrichtung mit dem Verbindungspunkt verbunden sein. Eine Leitung verbindet die Batterieanschlussvorrichtung miteinander. Die Batterieanschlussvorrichtung sind insbesondere Steckvorrichtungen, beispielsweise Buchsen. Die Leitung umfasst Verbindungsleiter sowie Verbindungselemente wie Steckelemente, die mit der Batterieanschlussvorrichtung verbunden werden können. Die Leitung umfasst insbesondere zwei Hochvoltleiter, nämlich einen ersten Hochvoltleiter für das positive Versorgungspotential und einen zweiten Leiter für das negative Versorgungspotential. Die Leitung ist insbesondere zweiadrig (zumindest bezogen auf die Hochvoltleiter). Es können ferner Signalleitungen vorgesehen sein und/oder eine Schirmung. Insbesondere wird der Akkumulator (über den ersten Schalter) nur über die Batterieanschlussvorrichtungen mit dem restlichen Fahrzeugbordnetz verbunden. Die Verbindung zwischen Akkumulator und den verbleibenden Fahrzeugbordnetz bzw. dem Akkumulator und dem ersten Schalter einerseits und dem verbleibenden Fahrzeugbordnetz sieht lediglich zwei Versorgungspotentiale vor, insbesondere in Form einer zweiadrigen Leitung. Somit ist auch die Leitung vorzugsweise zweiadrig; die Batterieanschlussvorrichtungen umfassen insbesondere nur zwei Hochvoltadern.The first switch can be connected to the connection point via a first battery connection device and a second battery connection device. A line connects the battery connection device to one another. The battery connection devices are in particular plug-in devices, for example sockets. The line includes connecting conductors and connecting elements such as plug-in elements that can be connected to the battery connection device. The line comprises in particular two high-voltage conductors, namely a first high-voltage conductor for the positive supply potential and a second conductor for the negative supply potential. In particular, the line is two-core (at least in relation to the high-voltage conductor). It signal lines can also be provided and / or shielding. In particular, the accumulator is connected to the rest of the vehicle electrical system (via the first switch) only via the battery connection devices. The connection between the accumulator and the remaining vehicle electrical system or the accumulator and the first switch on the one hand and the remaining vehicle electrical system provides only two supply potentials, in particular in the form of a two-wire line. The line is therefore also preferably two-core; the battery connection devices in particular comprise only two high-voltage wires.
Für den Akkumulator ist ein eigenes Batteriegehäuse vorgesehen. Für den Gleichspannungswandler ist ein anderes Gehäuse, nämlich ein Wandlergehäuse vorgesehen. Diese optionale Anordnung des Akkumulators und des Gleichspannungswandlers in unterschiedlichen Gehäusen ermöglicht eine modulare Topologie, und insbesondere einen einfachen Austausch und eine einfache Ausbildung einer Akkumulatorvorrichtung, die den Akkumulator umfasst. Der erste Schalter und der Akkumulator können in dem Batteriegehäuse angeordnet sein. Vorzugsweise ist der erste Schalter der einzige Schalter (der einzige Hochvoltschalter) in dem Batteriegehäuse. Das Batteriegehäuse umfasst ferner keinen weiteren Wandler, kann jedoch Sicherheitsmaßnahmen wie eine Sicherung und/oder eine Batteriemanagementeinheit aufweisen. Weitere Signalverbindungen am Batteriegehäuse sind möglich.A separate battery housing is provided for the accumulator. Another housing, namely a converter housing, is provided for the DC / DC converter. This optional arrangement of the accumulator and the DC-DC converter in different housings enables a modular topology, and in particular a simple exchange and a simple design of an accumulator device which comprises the accumulator. The first switch and the accumulator can be arranged in the battery housing. The first switch is preferably the only switch (the only high-voltage switch) in the battery housing. Furthermore, the battery housing does not include a further converter, but can have safety measures such as a fuse and / or a battery management unit. Further signal connections on the battery housing are possible.
In die Wandlergehäuse sind der Gleichspannungswandler sowie der zweite und der dritte Schalter angeordnet. Es können auch weitere Schalter in dem Wandlergehäuse vorgesehen sein. Damit wird die schalterbezogene Funktionalität auf das Wandlergehäuse fokussiert. Das Wandlergehäuse kann mit dem darin befindlichen Gleichspannungswandler ein Wandlermodul bilden. In gleicher Weise kann der Akkumulator und der erste Schalter, zusammen mit dem Batteriegehäuse, ein Batteriemodul bilden. Beide Module sind über die Leitung und die betreffenden ersten und zweiten Batterieanschlussvorrichtungen miteinander verbunden. Die erste Batterieanschlussvorrichtung kann Teil des Batteriegehäuses sein bzw. des Batteriemoduls. Die zweite Batterieanschlussvorrichtung kann Teil des Wandlergehäuses sein bzw. des Wandlermoduls. Die Leitung verbindet dann das Batteriemodul mit dem Wandlergehäuse.The DC / DC converter and the second and third switches are arranged in the converter housing. Further switches can also be provided in the converter housing. The switch-related functionality is thus focused on the converter housing. The converter housing can form a converter module with the DC voltage converter located therein. In the same way, the accumulator and the first switch, together with the battery housing, can form a battery module. Both modules are connected to one another via the line and the relevant first and second battery connection devices. The first battery connection device can be part of the battery housing or of the battery module. The second battery connection device can be part of the converter housing or of the converter module. The line then connects the battery module to the converter housing.
Der elektrische Antrieb ist vorzugsweise über einen Antriebsanschluss mit dem Gleichspannungswandler verbunden. Der Antriebsanschluss kann Teil des Wandlergehäuses bzw. des Wandlermoduls sein. Der Antriebsanschluss ist insbesondere an einer Außenseite des Wandlergehäuses vorgesehen. Ferner können ein Komponentenanschluss und/oder ein Niedervoltanschluss vorgesehen sein, die an dem Wandlergehäuse angeordnet sind und somit einen Teil des Wandlermoduls bilden. Der Komponentenanschluss und/oder der Niedervoltanschluss sind mit der Seite des Gleichspannungswandlers verbunden, an die auch der elektrische Antrieb angeschlossen ist. Mit anderen Worten sind der Komponentenanschluss und/oder der Niedervoltanschluss mit dem dritten Schalter verbunden, insbesondere mit der Seite des dritten Schalters, die mit dem Gleichspannungswandler verbunden ist. Der Antriebsanschluss und der Komponentenanschluss und/oder der Niedervoltanschluss können Teil der gleichen Steckvorrichtung sein, insbesondere der gleichen Buchse. Dadurch lassen sich die Kontakte der Anschlüsse in derselben Verbindungsvorrichtung unterbringen. Beim Anschließen können dadurch mehrere Anschlüsse auf einmal angebunden werden. Dies gilt insbesondere bei Steckanschlüssen. Der Antriebsanschluss, der Komponentenanschluss und/oder der Niedervoltanschluss können gemeinsam ein Anschlussmodul bilden oder Teil eines gemeinsamen Anschlussmoduls sein.The electric drive is preferably connected to the DC voltage converter via a drive connection. The drive connection can be part of the converter housing or the converter module. The drive connection is provided in particular on an outside of the converter housing. Furthermore, a component connection and / or a low-voltage connection can be provided, which are arranged on the converter housing and thus form part of the converter module. The component connection and / or the low-voltage connection are connected to the side of the DC voltage converter to which the electric drive is also connected. In other words, the component connection and / or the low-voltage connection are connected to the third switch, in particular to the side of the third switch that is connected to the DC voltage converter. The drive connection and the component connection and / or the low-voltage connection can be part of the same plug-in device, in particular the same socket. This allows the contacts of the connections to be accommodated in the same connection device. When connecting, several connections can be connected at once. This particularly applies to plug connections. The drive connection, the component connection and / or the low-voltage connection can jointly form a connection module or be part of a common connection module.
Der elektrische Antrieb ist vorzugsweise über einen Antriebsanschluss mit dem Gleichspannungswandler verbunden. Hierbei ist der Antriebsanschluss direkt mit dem Gleichspannungswandler verbunden, insbesondere mit der Seite, die dem dritten Schalter zugewandt ist bzw. mit diesem direkt verbunden ist. Dadurch bildet das Wandlergehäuse ein Modul, an das weitere Komponenten wie der elektrische Antrieb angeschlossen werden kann (über den Antriebsanschluss oder andere Anschlüsse).The electric drive is preferably connected to the DC voltage converter via a drive connection. In this case, the drive connection is connected directly to the DC voltage converter, in particular to the side facing the third switch or is directly connected to it. As a result, the converter housing forms a module to which other components such as the electric drive can be connected (via the drive connection or other connections).
Der Antriebsanschluss und der Gleichspannungsladeanschluss sind an einer Außenseite des Wandlergehäuses angeordnet. Die Anschlüsse sind von außen zugreifbar, so dass insbesondere ein Steckanschluss in die erwähnten Anschlüsse eingesteckt werden kann. Der Gleichspannungsladeanschluss und der Antriebsladeanschluss können jeweils Teil von verschiedenen Anschlussmodulen sein. Diese sind vorzugsweise am Wandlergehäuse angeordnet und insbesondere von außerhalb des Wandlergehäuses zugreifbar. Der Antriebsanschluss und der Gleichspannungsladeanschluss können an derselben Seite des Wandlergehäuses vorgesehen sein. Falls ein Wechselspannungsladeanschluss vorgesehen ist, kann dieser ebenso an der Außenseite des Wandlergehäuses vorgesehen sein. Bei Vorliegen eines Wechselspannungsladeanschlusses ist dieser zusammen mit dem Gleichspannungsladeanschluss vorzugsweise in denselben Anschlussmodul vorgesehen. Der elektrische Antrieb ist vorzugsweise in einem anderen Anschlussmodul vorgesehen. Der Gleichspannungsladeanschluss und der Wechselspannungsladeanschluss können in derselben Buchsenvorrichtung bzw. in der gleichen elektromechanischen Verbindungseinrichtung vorgesehen sein.The drive connection and the DC voltage charging connection are arranged on an outside of the converter housing. The connections are accessible from the outside, so that in particular a plug connection can be plugged into the connections mentioned. The DC voltage charging connection and the drive charging connection can each be part of different connection modules. These are preferably arranged on the converter housing and in particular can be accessed from outside the converter housing. The drive connection and the DC voltage charging connection can be provided on the same side of the converter housing. If an AC voltage charging connection is provided, this can also be provided on the outside of the converter housing. If there is an AC voltage charging connection, it is preferably provided in the same connection module together with the DC voltage charging connection. The electric drive is preferably provided in another connection module. The DC voltage charging connection and the AC voltage charging connection can be provided in the same socket device or in the same electromechanical connecting device.
Ferner kann das Fahrzeugbordnetz einen Niedervoltbordnetzzweig aufweisen. Dieser kann über einen Zusatz-Gleichspannungswandler an die Seite des Gleichspannungswandler angeschlossen sein, die mit dem dritten Schalter verbunden ist. Insbesondere ist der Niedervoltbordnetzzweig an das gleiche Potential angeschlossen wie der elektrische Antrieb. Alternativ oder in Kombination hiermit kann ferner mindestens eine elektrische Komponente in dem Bordnetzzweig vorgesehen sein. Diese mindestens eine Komponente kann eine Hochvoltkomponente sein. Die mindestens eine Komponente ist an die Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen, die mit dem dritten Schalter bzw. mit dem elektrischen Antrieb verbunden ist. Der Niedervoltbordnetzzweig und/oder die elektrische Komponente sind somit vorzugsweise an die zweite Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen. Die elektrische Komponente kann insbesondere ein Heizelement sein, insbesondere ein Heizelement eines Kühlkreislaufs oder eines Abgasstrangs, insbesondere eines Katalysators, oder kann ein elektrischer Antrieb eines Demokompressors sein. Wie erwähnt kann der Fahrzeugbordnetzzweig hierzu über einen Komponentenanschluss oder über einen Niedervoltanschluss verfügen. Dieser ist direkt mit der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden, d. h. mit der Seite des Gleichspannungswandlers die (direkt) mit dem dritten Schalter verbunden ist. Der Niedervoltbordnetzzweig bzw. die mindestens eine elektrische Komponente sind über die betreffenden Anschlüsse mit dem Gleichspannungswandler verbunden. Der Komponentenanschluss und/oder der Niedervoltanschluss sind an dem Wandlergehäuse vorgesehen, insbesondere an dessen Außenseite.Furthermore, the vehicle electrical system can have a low-voltage electrical system branch. This can be connected via an additional DC / DC converter to the side of the DC / DC converter that is connected to the third switch. In particular, the low-voltage electrical system branch is connected to the same potential as the electric drive. Alternatively or in combination with this, at least one electrical component can also be provided in the on-board network branch. This at least one component can be a high-voltage component. The at least one component is connected to the side of the DC / DC converter that is connected to the third switch or to the electric drive. The low-voltage on-board network branch and / or the electrical component are thus preferably connected to the second side of the DC voltage converter. The electrical component can in particular be a heating element, in particular a heating element of a cooling circuit or an exhaust system, in particular of a catalytic converter, or it can be an electric drive of a demo compressor. As mentioned, the vehicle electrical system branch can have a component connection or a low-voltage connection for this purpose. This is directly connected to the second side of the DC / DC converter, ie to the side of the DC / DC converter that is (directly) connected to the third switch. The low-voltage on-board network branch or the at least one electrical component are connected to the DC voltage converter via the relevant connections. The component connection and / or the low-voltage connection are provided on the converter housing, in particular on its outside.
Das Fahrzeugbordnetz kann über einen Wechselspannungsladeanschluss verfügen. Insbesondere kann das Fahrzeugbordnetz über einen Wechselspannungsladeanschluss und eine Gleichrichtervorrichtung verfügen. Der Wechselspannungsladeanschluss ist an dem Verbindungspunkt angeschlossen, insbesondere über die Gleichrichtervorrichtung. Die Gleichrichtervorrichtung kann eine ein- oder mehrphasige Gleichrichtervorrichtung sein. Die Gleichrichtervorrichtung kann als BnC- oder als BnU-Brücke ausgebildet sein, wobei n der doppelten Phasenanzahl entspricht. Bei drei Phasen ist n gleich 6, bei einer Phase ist n gleich 2. Die Gleichrichtervorrichtung ist insbesondere eine Vollwellengleichrichtervorrichtung. Die Gleichrichtervorrichtung kann ferner als ein Leistungsfaktorkorrekturfilter (insbesondere als Vienna-Filter) ausgebildet sein, wobei dieses neben der Gleichrichterfunktion auch eine gleichspannungswandelnde Funktion aufweist.The vehicle electrical system can have an AC voltage charging connection. In particular, the vehicle electrical system can have an AC voltage charging connection and a rectifier device. The AC voltage charging connection is connected to the connection point, in particular via the rectifier device. The rectifier device can be a single-phase or polyphase rectifier device. The rectifier device can be designed as a BnC or BnU bridge, where n corresponds to twice the number of phases. In the case of three phases, n is equal to 6, in the case of one phase, n is equal to 2. The rectifier device is, in particular, a full-wave rectifier device. The rectifier device can also be designed as a power factor correction filter (in particular as a Vienna filter), this having a function that converts DC voltage in addition to the rectifier function.
Der Gleichrichter kann über einen vierten Schalter mit dem Wechselspannungsanschluss verbunden sein. Der Wechselspannungsanschluss kann insbesondere dreiphasig ausgebildet sein. Der Wechselspannungsladeanschluss und der Gleichspannungsladeanschluss können in derselben Steckvorrichtungseinheit bzw. in derselben Steckbuchsenvorrichtung ausgebildet sein.The rectifier can be connected to the AC voltage connection via a fourth switch. The AC voltage connection can in particular be designed as three-phase. The AC voltage charging connection and the DC voltage charging connection can be formed in the same plug device unit or in the same socket device.
Es kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeugbordnetz einen vierten Schalter umfasst, über den der Wechselstromladeanschluss mit der Gleichrichtervorrichtung verbunden ist. Dadurch lässt sich der Wechselspannungsanschluss von dem restlichen Bordnetz abtrennen (insbesondere wenn sich die Ladevorrichtung nicht in einem Lademodus oder in einem Rückspeisemodus befindet. Die Gleichrichtervorrichtung kann bidirektional oder unidirektional ausgebildet sein.It can be provided that the vehicle electrical system comprises a fourth switch, via which the AC charging connection is connected to the rectifier device. As a result, the AC voltage connection can be disconnected from the rest of the vehicle electrical system (in particular if the charging device is not in a charging mode or in a feedback mode. The rectifier device can be bidirectional or unidirectional.
Die Gleichrichtervorrichtung ist mit dem Gleichspannungswandler verbunden, insbesondere mit dessen erster Seite. Die Gleichrichtervorrichtung ist über die Verbindung mit dem Verbindungspunkt verbunden. Es kann ein fünfter Schalter vorgesehen sein, der sich zwischen dem Gleichrichter bzw. dem Gleichspannungswandler einerseits und dem Verbindungspunkt andererseits befinden kann, insbesondere innerhalb der Verbindung.The rectifier device is connected to the DC / DC converter, in particular to its first side. The rectifier device is connected to the connection point through the connection. A fifth switch can be provided which can be located between the rectifier or the DC voltage converter on the one hand and the connection point on the other hand, in particular within the connection.
Die Verbindung zwischen dem Verbindungspunkt und dem Gleichspannungswandler kann somit schaltbar sein. Die Verbindung kann über einen fünften Schalter verfügen. Der dritte Schalter und der fünfte Schalter verbinden den Verbindungspunkt mit unterschiedlichen Seiten des Wandlers (in schaltbarer Weise). Zwischen dem Gleichrichter (und somit dem Wechselspannungsanschluss) und dem Gleichspannungsanschluss (bzw. dem zweiten Schalter) ist die Verbindung vorgesehen, wobei sich der fünfte Schalter zwischen diesen beiden Elementen befinden kann. Der Akkumulator ist somit über den ersten Schalter und den fünften Schalter mit dem Gleichspannungswandler verbunden und ist über den ersten Schalter und dem dritten Schalter mit dem Gleichspannungswandler verbunden, jedoch mit einer anderen Seite des Gleichspannungswandlers. Der fünfte Schalter verbindet den Verbindungspunkt mit dem Gleichspannungswandler. Der fünfte Schalter verbindet den Verbindungspunkt mit dem Gleichrichter (und somit mit dem nachgeschalteten vierten Schalter bzw. dem Wechselspannungsanschluss).The connection between the connection point and the DC voltage converter can thus be switchable. The connection can have a fifth switch. The third switch and the fifth switch connect the connection point to different sides of the transducer (in a switchable manner). The connection is provided between the rectifier (and thus the AC voltage connection) and the DC voltage connection (or the second switch), it being possible for the fifth switch to be located between these two elements. The accumulator is thus connected to the DC voltage converter via the first switch and the fifth switch and is connected to the DC voltage converter via the first switch and the third switch, but to a different side of the DC voltage converter. The fifth switch connects the connection point to the DC / DC converter. The fifth switch connects the connection point with the rectifier (and thus with the downstream fourth switch or the AC voltage connection).
Das Fahrzeugbordnetz kann ferner eine Steuerung aufweisen, die ansteuernd mit den Schaltern verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung vorgesehen sein, ansteuernd mit dem Gleichspannungswandler verbunden zu sein, insbesondere auch mit dem Gleichrichter, falls dieser als gesteuerter Gleichrichter ausgebildet ist. In einem Gleichspannungslademodus ist die Steuerung ausgebildet, den zweiten Schalter zu schließen und den dritten Schalter zu öffnen, sowie den ersten Schalter zu schließen. In dem Lademodus kann die Steuerung eingerichtet sein, den Gleichspannungswandler gemäß einem aktiven Zustand anzusteuern. Dadurch können die angeschlossenen Komponenten bzw. der Niedervoltbordnetzzweig mit Spannung versorgt werden. In einem Wechselspannungslademodus kann die Steuerung eingerichtet sein, den vierten Schalter zu schließen, den zweiten Schalter zu öffnen und den ersten Schalter zu schließen. In dem Wechselspannungslademodus ist die Steuerung eingerichtet, den Gleichspannungswandler in einem aktiven Zustand anzusteuern. In einem Fahr- oder Rekuperationsmodus kann die Steuerung eingerichtet sein, den vierten und den zweiten Schalter in offenen Zustand anzusteuern. Hierbei kann entweder der dritte Schalter geschlossen sein, um so den elektrischen Antrieb direkt mit dem Akkumulator zu verbinden, oder es kann der dritte Schalter geöffnet sein und der fünfte Schalter geschlossen sein, um über den dann aktiv vorgesehenen Gleichspannungswandler den elektrischen Antrieb mittels des Akkumulators zu versorgen. Auch in einem Rekuperationsmodus kann entweder der dritte Schalter geöffnet und der fünfte Schalter geschlossen sein, oder der fünfte Schalter geöffnet und der dritte Schalter geschlossen sein.The vehicle electrical system can also have a controller that is connected to the switches in a driving manner. As an alternative or in addition, the control can be provided to be connected to the DC voltage converter in a driving manner, in particular also to the rectifier, if this is designed as a controlled rectifier. In a DC voltage charging mode, the controller is designed to close the second switch and to open the third switch, as well as to close the first switch. In the loading mode, the Controller be set up to control the DC-DC converter according to an active state. This allows the connected components or the low-voltage on-board network branch to be supplied with voltage. In an AC voltage charging mode, the controller can be configured to close the fourth switch, to open the second switch and to close the first switch. In the AC voltage charging mode, the controller is set up to control the DC voltage converter in an active state. In a driving or recuperation mode, the controller can be set up to control the fourth and the second switch in the open state. Either the third switch can be closed in order to connect the electric drive directly to the accumulator, or the third switch can be opened and the fifth switch can be closed in order to activate the electric drive by means of the accumulator via the then actively provided DC voltage converter supply. In a recuperation mode, either the third switch can be open and the fifth switch closed, or the fifth switch can be open and the third switch can be closed.
Bei dem Fahrzeugbordnetz handelt es sich vorzugsweise um ein Bordnetz, das zur Traktion bestimmt ist. Der Akkumulator ist vorzugsweise ein Hochvoltakkumulator und der elektrische Antrieb ist insbesondere ein Hochvoltantrieb. Der elektrische Antrieb ist insbesondere ein Traktionsantrieb des Fahrzeugs, in dem das Fahrzeugbordnetz vorgesehen ist.The vehicle electrical system is preferably an electrical system that is intended for traction. The accumulator is preferably a high-voltage accumulator and the electric drive is in particular a high-voltage drive. The electric drive is in particular a traction drive of the vehicle in which the vehicle electrical system is provided.
Der erste Schalter kann als Akkutrennschalter bezeichnet werden, da dieser den Akku steuerbar zuschaltet oder abtrennt. Der zweite Schalter kann als Gleichspannungsanschlussschalter bezeichnet werden, da dieser den Gleichspannungsanschluss zuschaltet oder abtrennt. Der dritte Schalter kann als Antriebsschalter bezeichnet werden, da über den dritten Schalter die Verbindung zwischen dem Akkumulator bzw. dem ersten Schalter und dem elektrischen Antrieb aufgetrennt oder hergestellt werden kann. Der vierte Schalter kann als Wechselspannungsanschlussschalter bezeichnet werden, da über diesen der Wechselspannungsanschluss schaltbar getrennt werden kann, oder zugeschaltet werden kann. Der fünfte Schalter kann auch als Wandlerschalter bezeichnet werden, da über diesen der Schalter gesteuert mit dem Verbindungspunkt verbunden oder von diesem getrennt werden kann.The first switch can be referred to as a battery disconnect switch, as it controllably connects or disconnects the battery. The second switch can be referred to as a DC voltage connection switch, since it connects or disconnects the DC voltage connection. The third switch can be referred to as a drive switch, since the connection between the accumulator or the first switch and the electric drive can be separated or established via the third switch. The fourth switch can be referred to as an AC voltage connection switch, since it can be used to switch the AC voltage connection or to switch it on. The fifth switch can also be referred to as a converter switch, as it can be used to control the switch connected to or disconnected from the connection point.
Die
Das Fahrzeugbordnetz verfügt über einen Akkumulator
Die zweite Batterieanschlussvorrichtung
Der Wechselspannungsladeanschluss
Der Akkumulator
In dem Wandlergehäuse ist der Verbindungspunkt vorgesehen, sowie der zweite Schalter, der dritte Schalter, der vierte Schalter und der fünfte Schalter, sowie ferner der Gleichspannungswandler
Die hier beschriebene Vorrichtung ermöglicht eine einfache Ausgestaltung und somit eine einfache Wartung eines Batteriemoduls, das sich aus dem Batteriegehäuse
Ausgehend vom fünften Schalter ist der Gleichspannungswandler
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