Title:
Elektrisches Bordnetz
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Elektrisches Bordnetz (10) für ein mit zumindest einer elektrischen Maschine (12) antreibbares Kraftfahrzeug, mit einer Fahrzeugbatterie (14), einem getakteten Energiewandler (16) zum Beaufschlagen der elektrischen Maschine (12) in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschinenspannung (18), wobei der getaktete Energiewandler (16) einen Gleichspannungszwischenkreis (20) aufweist, der über eine Filterschaltung (22) zum Herstellen einer elektromagnetischen Verträglichkeit an die Fahrzeugbatterie (14) angeschlossen ist, wobei das elektrische Bordnetz eine an den Gleichspannungszwischenkreis (20) angeschlossene Ladeeinheit (24), die ausgebildet ist, an eine kraftfahrzeugexterne Ladestation angeschlossen und ladestationsseitig mit einer Ladespannung beaufschlagt zu werden, aufweist. embedded image




Inventors:
Boehme, Urs, Dipl.-Ing. (71139, Ehningen, DE)
Haspel, André (71069, Sindelfingen, DE)
Ohms, Christian, Dipl. lng. (FH) (71139, Ehningen, DE)
Seiffert, Stefan, Dipl.-Ing. (FH) (70794, Filderstadt, DE)
Weigold, Jörg, Dr.-Ing. (70327, Stuttgart, DE)
Application Number:
DE102017011857A
Publication Date:
05/30/2018
Filing Date:
12/21/2017
Assignee:
Daimler AG, 70327 (DE)
International Classes:



Foreign References:
KR100254981B12000-05-01
Claims:
Elektrisches Bordnetz (10) für ein mit zumindest einer elektrischen Maschine (12) antreibbares Kraftfahrzeug, mit einer Fahrzeugbatterie (14), einem getakteten Energiewandler (16) zum Beaufschlagen der elektrischen Maschine (12) in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschinenspannung (18), wobei der getaktete Energiewandler (16) einen Gleichspannungszwischenkreis (20) aufweist, der über eine Filterschaltung (22) zum Herstellen einer elektromagnetischen Verträglichkeit an die Fahrzeugbatterie (14) angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine an den Gleichspannungszwischenkreis (20) angeschlossene Ladeeinheit (24), die ausgebildet ist, an eine kraftfahrzeugexterne Ladestation angeschlossen und ladestationsseitig mit einer Ladespannung beaufschlagt zu werden.

Elektrisches Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (24) einen Überspannungsschutz (26) aufweist.

Elektrisches Bordnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (24) einen Burstfilter (28) aufweist.

Elektrisches Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (24) eine elektromechanische Verbindungsstelle (30) zum lösbaren Anschießen eines Ladekabels der Ladestation bereitstellt.

Elektrisches Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (24) eine Gleichrichtereinheit aufweist.

Elektrisches Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (24) eine Schalteinheit (32) zum lösbaren elektrischen Koppeln der Verbindungsstelle (30) mit dem Gleichspannungszwischenkreis (20) aufweist.

Elektrisches Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Antriebsschalteinheit (34) zum lösbaren elektrischen Koppeln des Gleichspannungszwischenkreises (20) mit der Fahrzeugbatterie (14).

Description:

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein mit zumindest einer elektrischen Maschine antreibbares Kraftfahrzeug, mit einer Fahrzeugbatterie, einem getakteten Energiewandler zum Beaufschlagen der elektrischen Maschine in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschinenspannung, wobei der getaktete Energiewandler einen Gleichspannungszwischenkreis aufweist, der über eine Filterschaltung zum Herstellen einer elektromagnetischen Verträglichkeit an die Fahrzeugbatterie angeschlossen ist.

Gattungsgemäße elektrische Bordnetze von Kraftfahrzeugen sowie Kraftfahrzeuge sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Kraftfahrzeuge weisen in der Regel ein elektrisches Bordnetz auf, das elektrische Einrichtungen und/oder elektrische Einheiten umfasst. Das elektrische Bordnetz dient dazu, die elektrischen Einrichtungen und elektrischen Einheiten miteinander in vorgebbaren Weise elektrisch zu koppeln.

An dem elektrischen Bordnetz ist zumindest ein Teil der elektrischen Einrichtungen beziehungsweise Einheiten angeschlossen. Das elektrische Bordnetz dient somit der Verteilung von elektrischer Energie innerhalb des Kraftfahrzeugs.

Elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge sind ebenfalls im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es auch diesbezüglich eines gesonderten Druck schriftlichen Nachweises nicht bedarf. Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist ein schienenungebundenes Fahrzeug, welches die elektrische Antriebseinrichtung aufweist, mittels der das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb zumindest teilweise angetrieben werden kann. Die elektrische Antriebseinrichtung weist hierfür üblicherweise eine oder mehrere rotierende elektrische Maschinen auf, die mittels eines geeignet ausgebildeten Energiewandlers in vorgebbarer Weise gesteuert werden können. Zu diesem Zweck ist der Energiewandler dazu ausgebildet, für die rotierenden elektrischen Maschinen eine jeweilige Maschinenspannung bereitzustellen. Ein derartiger Energiewandler kann zum Beispiel ein Wechselrichter, ein Gleichspannungswandler, beispielsweise ein DC/DC-Wandler, und/oder dergleichen sein.

Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Bei einem Elektrofahrzeug ist die elektrische Antriebseinrichtung in der Regel die einzige Einrichtung, die dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs dient. Bei einem Hybridfahrzeug ist dagegen üblicherweise eine weitere Antriebseinrichtung vorhanden, die in der Regel in Form einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein kann. Die Verbrennungskraftmaschine kann ebenso für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb genutzt werden, wie die elektrische Antriebseinrichtung. Es können auch beide Antriebseinrichtungen kombiniert miteinander betrieben werden. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Kraftwagen, vorzugsweise ein Personenkraftwagen.

Insbesondere elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge verfügen in der Regel über die elektrische Antriebseinrichtung, die zumindest teilweise dem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs dient. Damit das Kraftfahrzeug im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb mit elektrischer Energie versorgt werden kann, umfasste das elektrische Bordnetz in der Regel auch einen elektrischen Energiespeicher, hier die Fahrzeugbatterie, die vorzugsweise nach Art eines Akkumulators, beispielsweise durch eine Hochvoltbatterie oder dergleichen, gebildet sein kann. Während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs reduziert sich der Energieinhalt des elektrischen Energiespeichers mit der Zeit, wodurch bei Erreichen eines vorgebbaren unteren Ladungszustands ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers erforderlich wird. Die hierfür benötigte elektrische Energie wird von der Ladestation bereitgestellt, zu welchem Zweck das Kraftfahrzeug an der Ladestation während des Zuführens von elektrischer Energie abgestellt und mit dieser elektrisch gekoppelt wird.

Die elektrische Energie wird vorliegend mittels der Ladestation zur Verfügung gestellt, die ihrerseits an eine elektrische Energiequelle, zum Beispiel an ein öffentliches Energieversorgungsnetz oder alternativ oder ergänzend auch an einen elektrischen Generator, an eine Solaranlage, an eine Windkraftanlage und/oder dergleichen angeschlossen sein kann. Über eine Anschlussleitung beziehungsweise ein Ladekabel, die beziehungsweise das an die jeweilige Ladeeinheit beziehungsweise an die Ladestation lösbar angeschlossen werden kann, kann die elektrische Energie dem elektrischen Bordnetz zugeführt und im elektrischen Energiespeicher gespeichert werden. Zum Zwecke des Aufladens ist das elektrische Bordnetz mittels einer Ladeeinheit des Kraftfahrzeus mit der kraftfahrzeugexternen Ladestation elektrisch koppelbar. Im gekoppelten Zustand, der zum Beispiel durch eine leitungsgebundene elektrische Verbindung zu der Ladestation hergestellt sein kann, kann dem Kraftfahrzeug von der Ladestation elektrische Energie, insbesondere für seine Fahrzeugbatterie, zugeführt werden.

Um Anforderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere in Bezug auf Netzrückwirkungen sowie Funkstörungen im bestimmungsgemäßen Betrieb des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten, ist der Gleichspannungszwischenkreis über die Filterschaltung zum Herstellen der elektromagnetischen Verträglichkeit an die Fahrzeugbatterie angeschlossen. Dadurch kann der Gleichspannungszwischenkreis des getakteten Energiewandlers von der Fahrzeugbatterie sowie von an der Fahrzeugbatterie angeschlossenen elektrischen Einrichtungen beziehungsweise elektrischen Einheiten bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit entkoppelt werden, sodass ein zuverlässiger Betrieb der am Bordnetz angeschlossenen elektrischen Einrichtungen und elektrischen Einheiten gewährleistet werden kann. In der Regel umfasst die Filterschaltung zumindest eine Schaltungseinheit, die der Unterdrückung von leitungsgebundenen Funkstörungen dient. Derartige Störungen können im bestimmungsgemäßen Betrieb des getakteten Energiewandlers auftreten. Damit die hierbei auftretenden Störungen nicht die weiteren, an der Fahrzeugbatterie angeschlossenen elektrischen Einrichtungen und elektrischen Einheiten beeinträchtigen können oder zu Funktionsstörungen dieser Einrichtungen beziehungsweise Einheiten führen können, ist die Filterschaltung vorgesehen, die die durch den getakteten Energiewandler erzeugten Störungen hinreichend dämpft. Je nach Auslegung der Filterschaltung und des Bordnetzes insgesamt kann vorgesehen sein, dass fahrzeugbatterieseitig sogar ungeschirmte Leitungen zum Anschließen der elektrischen Einrichtungen beziehungsweise elektrischen Einheiten zum Einsatz kommen können.

Die Situation ändert sich, sobald das Kraftfahrzeug über ein insbesondere ungeschirmtes Ladekabel mit der Ladestation verbunden wird, um dem Kraftfahrzeug elektrische Energie zuführen zu können. Das Einhalten der Vorgaben in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit ist hier auch bei dem Anschließen eines ungeschirmten Ladekabels zu gewährleisten. Darüber hinaus sind auch Anforderungen in Bezug auf die Ladestation einzuhalten. Im Stand der Technik ist es deshalb üblich, die Ladeeinheit des Kraftfahrzeugs mit einer eigenen Ladeeinheitsfilterschaltung auszurüsten, die dazu dient, die elektromagnetische Verträglichkeit und/oder Netzrückwirkungen zu reduzieren, wenn die Ladestation an das Kraftfahrzeug angeschlossen ist. Die Ladeeinheit ist beim Stand der Technik über die eigene Ladeeinheitsfilterschaltung unmittelbar an die Fahrzeugbatterie angeschlossen. Einen derartigen Aufbau zeigte zum Beispiel die KR 100 254 981 B1.

Auch wenn sich dieser Stand der Technik bewährt hat, so erweist sich der Aufwand für die Filterschaltungen als aufwendig. Darüber hinaus sind Filterschaltungen für hohe Leistungen nicht nur teuer, sondern sie benötigen auch einen erheblichen Bauraum und erhöhen das Gewicht des Kraftfahrzeugs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Aufwand für Filterschaltungen zu reduzieren.

Als Lösung wird mit der Erfindung ein Bordnetz gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 vorgeschlagen.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.

Bezüglich eines gattungsgemäßen elektrischen Bordnetzes wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass dieses eine an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossene Ladeeinheit aufweist, die ausgebildet ist, an eine kraftfahrzeugexterne Ladestation angeschlossen und ladestationsseitig mit einer Ladespannung beaufschlagt zu werden.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, die Filterschaltung, über die der Gleichspannungszwischenkreis an die Fahrzeugbatterie angeschlossen ist, durch eine geeignete Schaltungsstruktur des Bordnetzes ebenfalls für die Nutzung in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit und/oder der Netzrückwirkungen während eines Ladevorgangs nutzbar gemacht werden kann, wenn die Ladeeinheit des Kraftfahrzeugs zum Beispiel mittels eines Ladekabels an die fahrzeugexterne Ladestation angeschlossen ist. Dadurch, dass die Ladeeinheit nicht mehr selbst an der Fahrzeugbatterie angeschlossen zu sein braucht, sondern stattdessen gemäß der Erfindung am Gleichspannungszwischenkreis des getakteten Energiewandlers angeschlossen ist, besteht die Möglichkeit, dass während des Aufladens der Fahrzeugbatterie durch die Ladestation die ohnedies vorhandene Filterschaltung zur Herstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit und/oder Reduktion der Netzrückwirkungen genutzt werden kann. Die Ladeeinheit braucht also bei der Erfindung keine eigene Ladeeinheitsfilterschaltung mehr aufzuweisen. Zumindest kann der Aufwand für die Ladeeinheitsfilterschaltung entsprechend reduziert werden. Dadurch können nicht nur Kosten sondern auch Bauvolumen und Gewicht eingespart werden.

Dabei basiert der Gedanke der Erfindung auf der Feststellung, dass während des Aufladens des Kraftfahrzeugs der getaktete Energiewandler in der Regel nicht betrieben zu werden braucht, da dieser nur für den Betrieb der elektrischen Maschine im Fahrbetrieb benötigt wird. Während des Aufladens der Fahrzeugbatterie durch die Ladestation ist das Kraftfahrzeug in der Regel im Bereich der Ladestation abgestellt, sodass eine Antriebsfunktion, insbesondere während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs nicht erforderlich ist, sondern sogar oftmals unterdrückt werden muss. Infolgedessen ist der getaktete Energiewandler während des Aufladens ohnedies außer Betrieb, sodass die Filterschaltung beim Aufladen der Fahrzeugbatterie genutzt werden kann. Dadurch entsteht ein symbiotischer Effekt, weil nämlich mit einer einzigen Filterschaltung sowohl die elektromagnetische Verträglichkeit während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs als auch während des Aufladens der Fahrzeugbatterie realisiert werden kann. Zu diesem Zweck braucht somit lediglich eine einzige Filterschaltung zur Verfügung zu stehen.

Dabei kann für die Auslegung der Filterschaltung die größere der Leistungen, nämlich einer Ladeleistung, die durch die Ladestation zur Verfügung gestellt wird, und einer Bemessungsleistung des getakteten Energiewandlers, herangezogen werden, um die Filterschaltung auszulegen. So kann vorgesehen sein, dass die Filterschaltung lediglich für die Bemessungsleistung des getakteten Energiewandler ausgelegt ist. Durch ein geeignetes Steuern kann dann vorgesehen sein, dass während des Aufladens der Fahrzeugbatterie die Leistung auf diesen Wert begrenzt wird. Es kann alternativ jedoch auch vorgesehen sein, dass die Ladeleistung größer als die Bemessungsleistung des getakteten Energiewandler bemessen ist. Dadurch kann der Aufladevorgang der Fahrzeugbatterie zeitlich komprimiert werden, weil die Fahrzeugbatterie mit einer großen Ladeleistung aufgeladen werden kann. Vorzugsweise ist die Leistung der Filterschaltung an eine maximale Bemessungsleistung der Fahrzeugbatterie beziehungsweise des Bordnetzes angepasst.

Bei aktuellen elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, beispielsweise Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder dergleichen, bei denen das elektrische Bordnetz mit Hochvolt beaufschlagt ist, sind in den elektrischen Einrichtungen beziehungsweise elektrischen Einheiten, beispielsweise in einem Wechselrichter der Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs, an den die rotierende elektrischen Maschine zum Zwecke des Antreibens des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist, entsprechende Filterschaltungen vorgesehen, durch welche Zuleitungen entstört werden können, sodass bei einem geschirmten Leitungssystem des elektrischen Bordnetzes ein maximal zulässiger Störpegel beziehungsweise durch die elektromagnetische Verträglichkeit vorgegebene Grenzwerte eingehalten werden können. Dabei kann eine besondere Situation entstehen, sobald das Kraftfahrzeug mit der Ladestation elektrisch gekoppelt wird, um der Fahrzeugbatterie elektrische Energie zuführen zu können. In diesem Fall können zusätzlich Anforderungen in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit und Netzrückwirkungen der Ladeinfrastruktur der Ladestation zu berücksichtigen sein. Darüber hinaus ist zu beachten, dass zum Herstellen einer leitungsgebundenen Energiekopplung zwischen dem Kraftfahrzeug und der Ladestation Ladekabel immer öfter zum Einsatz kommen, die keinerlei Schirmung aufweisen. Um bei derartigen Anordnungen die Anforderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit und der Netzrückwirkungen einhalten zu können, ist zum Beispiel kraftfahrzeugseitig an der Ladeeinheit zusätzlich die Ladeeinheitsfilterschaltung vorgesehen.

In der Regel ist es für den Aufladevorgang nicht erforderlich, elektrische Einrichtungen beziehungsweise elektrische Einheiten, insbesondere den getakteten Energiewandler mit elektrischer Energie aus der Fahrzeugbatterie zu versorgen, zumal das Kraftfahrzeug während des Aufladens der Fahrzeugbatterie in der Regel an der Ladestation positioniert zu sein hat. Ansonsten wäre die leitungsgebundene energietechnische Kopplung auch nicht realisierbar.

Der getaktete Energiewandler ist vorzugsweise an die elektrische Maschine angepasst ausgebildet, sodass diese im bestimmungsgemäßen Betrieb mit einer geeigneten Maschinenspannung beaufschlagt werden kann. Handelt es sich bei der elektrischen Maschine um eine Wechselspannungsmaschine, ist der getaktete Energiewandler vorzugsweise als Wechselrichter ausgebildet. Bei einer mehrphasigen Wechselspannungsmaschine kann der Wechselrichter dazu ausgebildet sein, eine jeweilige der mehreren Phasen der mehrphasigen Wechselspannung bereitzustellen. Eine derartige rotierende elektrische Maschine kann zum Beispiel eine Asynchronmaschine, eine Synchronmaschine oder dergleichen sein. Handelt es sich bei der elektrischen Maschine um eine Gleichspannungsmaschine, kann der getaktete Energiewandler auch als DC/DC-Wandler ausgebildet sein.

Die Ladestation kann je nach Ausgestaltung eine Gleichspannung oder auch eine Wechselspannung bereitstellen. Stellt die Ladestation eine Wechselspannung bereit, kann vorgesehen sein, dass die Ladeeinheit zusätzlich eine Gleichrichtereinheit umfasst. Alternativ oder ergänzend kann natürlich auch vorgesehen sein, dass, sofern ein Wechselrichter vorhanden ist, dessen Schaltelemente zum Gleichrichten der Wechselspannung der Ladestation genutzt werden können. Ist darüber hinaus eine Spannungsanpassung erforderlich, um eine von der Ladestation bereitgestellte Spannung an eine Spannung der Hochvoltbatterie anpassen zu können, kann vorgesehen sein, dass die Ladeeinheit einen geeigneten DC/DC-Wandler umfasst. Die Ladeeinheit ist vorzugsweise unmittelbar an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen, sodass sie von der Fahrzeugbatterie beispielsweise mittels einer Schalteinheit getrennt werden kann. Dadurch, dass die Ladeeinheit am Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist, braucht keine unmittelbare eigene elektrische Verbindung mit der Fahrzeugbatterie zu bestehen. Die Fahrzeugbatterie kann hier bei einem Ladevorgang mittels der Ladespannung über den Gleichspannungszwischenkreis aufgeladen werden.

Nicht nur aber besonders bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen ist die Fahrzeugbatterie als Hochvoltbatterie ausgebildet. Der Begriff „Hochvolt“ umfasst dabei eine elektrische Spannung, die größer als etwa 60 V ist. Vorzugsweise ist der Begriff „Hochvolt“ konform mit der Norm ECE R 100.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Dabei zeigt:

  • 1 schematisch ein Blockschaltbild eines elektrischen Bordnetzes mit einer an einer Fahrzeugbatterie angeschlossenen Antriebseinrichtung sowie einer an einem Gleichspannungszwischenkreis der Antriebseinrichtung angeschlossenen Ladeeinheit.

1 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung ein elektrisches Bordnetz 10 eines nicht weiter dargestellten elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, welches vorliegend ein Elektrofahrzeug ist. Alternativ kann das Kraftfahrzeug auch ein Hybridfahrzeug oder dergleichen sein. Das elektrische Bordnetz 10 umfasst eine Fahrzeugbatterie 14, die vorliegend durch eine Hochvoltbatterie gebildet ist, die als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst das elektrische Bordnetz 10 einen Wechselrichter 16 als getakteten Energiewandler, der in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs eine elektrische Maschine 12 mit einer elektrischen Maschinenspannung 18 beaufschlagt. Vorliegend ist die elektrische Maschine 12 eine dreiphasige Synchronmaschine, weshalb der Wechselrichter 16 als Maschinenspannung 18 eine entsprechende dreiphasige Maschinenwechselspannung bereitstellt.

Der Wechselrichter 16 weist einen Gleichspannungszwischenkreis 20 auf, der in bekannter Weise einen Zwischenkreiskondensator 36 umfasst. Der Gleichspannungszwischenkreis 20 ist, wie im Folgenden noch weiter dargestellt wird, mit der Fahrzeugbatterie 14 elektrisch gekoppelt. Der Wechselrichter 16 ist vorliegend in einem Metallgehäuse 38 angeordnet, welches mit einer Fahrzeugmasse (nicht dargestellt) elektrisch leitend verbunden ist. Das Metallgehäuse 38 umfasst den Gleichspannungszwischenkreis 20 sowie den Wechselrichter 16.

Innerhalb des Metallgehäuses 38 ist ferner eine Filterschaltung 22 zur Herstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit angeordnet. Diese Filterschaltung 22 ist am Gleichspannungszwischenkreis 20 angeschlossen. Zugleich stellt die Filterschaltung 22 auch einen elektrischen Anschluss zur Fahrzeugbatterie 14 bereit. Die Filterschaltung 22 ist vorliegend nicht unmittelbar an die Fahrzeugbatterie 14 angeschlossen, sondern über eine Antriebsschalteinheit 34, die es erlaubt, mittels Schaltelementen S1 und S2 den Gleichspannungszwischenkreis 20 von der Fahrzeugbatterie 14 elektrisch zu trennen. Zu diesem Zweck werden die Schaltelemente S1 und S2 in geeigneter Weise von einer nicht weiter dargestellten Steuereinheit gesteuert. Die Schaltelemente S1 und S2 sind vorliegend als elektromechanische Schaltelemente ausgebildet, und können zum Beispiel durch ein Schütz oder dergleichen realisiert sein. Alternativ oder ergänzend können auch elektronische Schaltelemente wie Transistoren oder dergleichen vorgesehen sein.

An den Gleichspannungszwischenkreis 20 ist ferner eine Ladeeinheit 24 angeschlossen, die ausgebildet ist, an eine kraftfahrzeugexterne Ladestation angeschlossen und ladestationsseitig mit einer Ladespannung beaufschlagt zu werden. Die Ladeeinheit 24 umfasst eine elektromechanische Verbindungsstelle 30 zum lösbaren Anschließen eines Ladekabels der Ladestation. Die Ladeeinheit 24 umfasst ferner eine Schalteinheit 32 mit Schaltelementen S3 und S4, mittels denen die Ladeeinheit 24 abhängig vom Schaltzustand der Schaltelemente S3 und S4 vom Gleichspannungszwischenkreis 20 elektrisch getrennt oder mit diesem elektrisch verbunden werden kann. Die Schaltelemente S3 und S4 können ebenso wie die Schaltelemente S1 und S2 der Antriebsschalteinheit 34 ausgebildet sein und von der Steuereinheit gesteuert sein.

Die Ladeeinheit 24 umfasst ferner einen Überspannungsschutz 26, der dazu dient, ladestationsseitig einwirkende Überspannungen zu begrenzen beziehungsweise abzuleiten. Darüber hinaus umfasst die Ladeeinheit 24 auch einen Burstfilter 28, der dazu dient, Burststörungen, insbesondere von der Ladestation, zu dämpfen.

Handelt es sich bei der durch die Ladestation bereitgestellten Ladespannung um eine Wechselspannung, kann die Ladeeinheit 24 zusätzlich auch noch eine Gleichrichtereinheit umfassen. Alternativ kann natürlich auch vorgesehen sein, dass Schaltelemente des Wechselrichters 16 zum Zwecke des Gleichrichtens genutzt werden können. In diesem Fall wird die Ladeeinheit 24 nicht unmittelbar am Gleichspannungszwischenkreis 20, sondern an Mittelanschlüssen von Schaltelementen des Wechselrichters 16 angeschlossen.

Durch Zusammenlegen der Filterfunktion einer Hochvoltkomponente, hier der Filterschaltung 22 des Wechselrichters 16, mit einem Filter für die Ladefunktion kann die Anzahl und die Größe der in Summe verbauten Filterbauteile reduziert werden. Beim Laden der Fahrzeugbatterie 14 kann hier zur Herstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit und/oder Reduktion der Netzrückwirkungen die Filterschaltung 22 entsprechend genutzt werden. Bei geeigneter Auslegung braucht keine weitere zusätzliche Filterschaltung, insbesondere keine ladeeinheitsseitige Filterschaltung vorgesehen zu werden.

Sofern die Ladeleistung in einer ähnlichen Größenordnung wie die Antriebsleistung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer Bemessungsleistung des Wechselrichters 16 ist, bietet sich eine unmittelbare Kombination aus dem Wechselrichter 16 und der Filterschaltung 22 an, wie es in der 1 dargestellt ist. Da vorliegend die Filterschaltung 22 eine ausreichend gute Dämpfung für ein ungeschirmtes Bordnetz 10 bereitgestellt, kann bezogen auf Störemissionen des Wechselrichters 16 eine Leitung zwischen dem Wechselrichter 16 und der Fahrzeugbatterie 14 ungeschirmt ausgeführt werden. Vorzugsweise ist dabei jedoch auch das restliche Hochvolt-Bordnetz für einen schirmlosen Betrieb ausgelegt.

Die Verwendung der Antriebsschalteinheit 34 kann dazu dienen, im Falle eines auftretenden Lastabwurfs, beispielsweise während eines Ladevorgangs, in einer Ausgangsdrossel der Ladestation und/oder dem Ladekabel zum Kraftfahrzeug gespeicherte Energie im Zwischenkreiskondensator 36 zu speichern, wobei aufgrund der in der Regel erforderlichen Kapazität des Zwischenkreiskondensators 36 das Ausbilden gefährlicher Überspannungen weitgehend unterdrückt werden kann.

Die Schalteinheit 32 kann im Falle eines Lastabwurfs während eines Ladevorgangs dazu dienen, die in der Ausgangsdrossel der Ladestation und die in dem Ladekabel gespeicherte Energie bereits direkt an der Ladeeinheit 24 vom restlichen Bordnetz 10 des Kraftfahrzeugs fernzuhalten. Darüber hinaus kann die Schalteinheit 32 auch dazu dienen, die Ladeeinheit 24 und hier insbesondere die elektromechanische Verbindungsstelle 30 freizuschalten, sodass die elektrische Verbindungsstelle 30 außerhalb des Ladebetriebs im Wesentlichen spannungslos ist.

Die Antriebsschalteinheit 34 kann dazu genutzt werden, den Wechselrichter 16 in Verbindung mit der Schalteinheit 22 für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb und den Ladebetrieb entsprechend zuzuschalten.

Durch die Erfindung ist es möglich, bezüglich der Bauteile für die Funktion des Wechselrichters 16 und der Ladeschaltung 22 die Kosten zu reduzieren. Darüber hinaus können der Bauraum und das Gewicht reduziert werden. Weiterhin kann eine verbesserte Entstörung in Bezug auf elektromagnetische Verträglichkeit bezüglich des Wechselrichters 16 erreicht werden, wenn die Filterschaltung 22 auch zum Herstellen der elektromagnetischen Verträglichkeit während des Ladevorgangs ausgebildet ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, Schirmungen, insbesondere im Bereich der Hochvoltbatterie 14 zu reduzieren. Eine weitere Kostenoptimierung kann durch ein Zusammenlegen einer Steuerung für den Wechselrichter 16 und der Filterschaltung 22 erreicht werden, insbesondere bezüglich einer Kommunikation zur Ladestation. Durch eine Kühlungsanbindung der Filterkomponenten der Filterschaltung 22 kann diese leicht realisiert werden.

Die Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.

Bezugszeichenliste

10
elektrisches Bordnetz
12
elektrische Maschine
14
Fahrzeugbatterie
16
Wechselrichter
18
Maschinenspannung
20
Gleichspannungszwischenkreis
22
Filterschaltung
24
Ladeeinheit
26
Überspannungsschutz
28
Burstfilter
30
elektromechanische Verbindungsstelle
32
Schalteinheit
34
Antriebsschalteinheit
36
Zwischenkreiskondensator
38
Metallgehäuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • KR 100254981 B1 [0009]