DE102011102200A1

DE102011102200A1 - Elektrisches System und Verfahren zur Verteilung elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102011102200A1
Application number: DE201110102200
Authority: DE
Inventors: Dr. Borngräber Ralf; Christian Fischer; Lutz Elsholz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-05-21
Filing date: 2011-05-21
Publication date: 2012-11-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches System eines Kraftfahrzeugs, wobei das elektrische System (1) mindestens eine Traktionsbatterie (2) und mindestens einen Stromrichter (4) umfasst, wobei der Stromrichter (4) mindestens einen ersten elektrischen Anschluss (16) für die Traktionsbatterie (2), mindestens einen zweiten elektrischen Anschluss (15) für eine Elektromaschine und mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss (14) aufweist, wobei die Traktionsbatterie (2) direkt elektrisch mit dem ersten elektrischen Anschluss (16) verbunden ist, wobei eine elektrische Verteilereinrichtung (3) direkt elektrisch mit dem mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss (14) verbindbar ist, sowie ein Verfahren zur Verteilung elektrischer Energie in einem elektrisches System (1) eines Kraftfahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches System eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zur Verteilung elektrischer Energie in einem elektrischen System.
In Elektro- oder Hybridfahrzeugen dient ein elektrisches System, das auch als Hochvolt-System bezeichnet werden kann, zur Verteilung elektrischer Energie. Insbesondere kann mittels des elektrischen Systems elektrische Energie aus einer Traktionsbatterie an eine Elektromaschine, die zum Antrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeuges dient, und an weitere Hochvolt-Komponenten überfragen werden. Hochvolt-Komponenten sind beispielsweise ein Klimakompressor, ein Servomotor einer elektromechanischen Lenkung oder eine PTC-Heizung.
Weiter umfasst das Elektro- oder Hybridfahrzeug in der Regel ein weiteres elektrisches System, welches auch als so genanntes Niedervolt-System bezeichnet werden kann. An das Niedervolt-System sind beispielsweise Steuergeräte angeschlossen, um mit elektrischer Energie versorgt zu werden.
In dem Hochvolt-System erfolgt eine Verteilung elektrischer Energie über einen so genannten Traktionsnetzverteiler. Dieser ist als separates Bauteil ausgebildet und direkt elektrisch mit der Traktionsbatterie verbunden. An den Traktionsnetzverteiler sind alle verbleibenden Hochvolt-Komponenten des Hochvolt-Systems und ein Stromrichter angeschlossen. Der Stromrichter dient hierbei in einem motorischen Betriebsmodus einer Wechselrichtung einer Gleichspannung, die von der Traktionsbatterie geliefert wird. In einem generatorischen Betriebsmodus dient der Stromrichter einer Gleichrichtung einer Wechselspannung, die von der Elektromaschine erzeugt wird.
Durch die Ausbildung des Traktionsnetzverteilers als separates Bauteil ergibt sich nachteilhaft eine große Anzahl von erforderlichen elektrischen Leitungen, Verbindungsstellen und ein erhöhter Bauraumbedarf.
Die DE 10 2009 016 912 A1 offenbart ein Verfahren zum Bereitstellen einer elektrischen Spleißung zwischen einer ersten und einer zweiten Hochspannungskomponente in einem Fahrzeug. Hierbei offenbart die Druckschrift, dass eine Leistungsverteilungsbox (PDB) mit einer Hochspannungskomponente zusammengebaut werden kann.
Die DE 10 2006 034 020 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einer Elektromaschine, wobei das Kraftfahrzeug durch den Verbrennungsmotor und/oder die Elektromaschine antreibbar ist. Werter offenbart die Druckschrift eine Leistungselektronik, wobei die Leistungselektronik, die eine Hochvolt-Zuleitung, eine Gleichstromstellereinheit mit einem Niedervolt-Ausgang, eine Wechselrichtereinheit, die die Gleichspannung eines Energiespeichers in Wechselspannung für ein Zusatzaggregat umwandelt, und eine Gleichstromstellereinheit und/oder der Wechselrichtereinheit zugeordnete erste Steuereinheit umfasst, als Modul ausgebildet ist.
Es stellt sich das technische Problem, ein elektrisches System sowie ein Verfahren zum Verteilen elektrischer Energie in dem elektrischen System zu schaffen, welche einen Bauraumbedarf für Elemente des elektrischen Systems und eine Anzahl sowie Länge von elektrischen Leitungen reduzieren und die Anzahl erforderlicher Anschlussstellen minimieren.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenständen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein elektrisches System eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug kann ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein so genanntes Plug-in-Hybridfahrzeug sein. Hierbei weisen das Elektrofahrzeug und das Plug-in-Hybridfahrzeug eine Ladeschnittstelle auf, mittels derer das elektrische System mit einem externen Stromnetz verbunden werden kann, beispielsweise um eine Traktionsbatterie des Fahrzeuges zu laden. Die Ladeschnittstelle kann hierbei eine Schnittstelle eines Ladegeräts sein, welches im Elektrofahrzeug oder Plug-in-Hybridfahrzeug angeordnet ist. Ein reines Hybridfahrzeug weist kein derartiges Ladegerät oder keine derartige Ladeschnittstelle auf.
Das elektrische System umfasst mindestens eine Traktionsbatterie und mindestens einen Stromrichter. Die Traktionsbatterie dient eine Speicherung von elektrischer Energie zur Energieversorgung des elektrischen Systems, welches auch als Hochvolt-System bezeichnet werden kann. Die Traktionsbatterie und der Stromrichter sind hierbei Hochvolt-Komponenten.
Der Stromrichter dient einer Wechselrichtung oder einer Gleichrichtung einer elektrischen Spannung. Z. B. dient der Stromrichter in einem motorischen Betriebsmodus des Elektro- oder Hybridfahrzeuges einer Wechselrichtung einer Gleichspannung, die von der Traktionsbatterie als Ausgangsspannung bereitgestellt wird. In einem generatorischen Betriebsmodus dient der Stromrichter einer Gleichrichtung einer Wechselspannung, die von einer Elektromaschine bereitgestellt wird, falls diese aus einer kinetischen Energie des Elektro- oder Hybridfahrzeuges elektrische Wechselgrößen erzeugt.
Der Stromrichter weist mindestens einen ersten elektrischen Anschluss für die Traktionsbatterie, mindestens einen zweiten elektrischen Anschluss für eine Elektromaschine und mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss, der auch als Nebenanschluss oder Nebenabgriff bezeichnet werden kann, auf. Die Traktionsbatterie ist direkt elektrisch mit dem ersten elektrischen Anschluss verbunden. Eine Elektromaschine kann direkt elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss verbunden werden. Insbesondere ist die Elektromaschine direkt elektrisch mit dem zweiten elektrischen Anschluss verbindbar. Der erste und der zweite elektrische Anschluss sind so genannte Hochvolt-Anschlüsse, die für eine Übertragung von Spannungen von beispielsweise 380 V ausgelegt sind.
Erfindungsgemäß ist eine elektrische Verteilereinrichtung direkt elektrisch mit dem mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss, also dem Nebenanschluss oder Nebenabgriff, verbindbar. Die elektrische Verteilereinrichtung kann hierbei auch als Traktionsnetzverteiler bezeichnet werden. Mittels der Verteilereinrichtung kann ein Teil der elektrischen Energie, die von der Traktionsbatterie an den Stromrichter übertragen wird, im erfindungsgemäßen elektrischen System verteilt werden. Beispielsweise kann die elektrische Energie an Hochvolt-Komponenten, die an die elektrische Verteilereinrichtung angeschlossen sind, verteilt werden.
Hierbei ist der mindestens eine weitere elektrische Anschluss für eine Betriebsspannung ausgelegt, die kleiner als die Traktionsnetzspannung ist und beispielsweise 48 V beträgt.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass elektrische Energie direkt von der Traktionsbatterie an eine an den zweiten elektrischen Anschluss des Stromrichters angeschlossene Elektromaschine übertragen werden kann, ohne dass diese elektrische Energie zuerst über eine Verteilereinrichtung geführt werden muss. Insbesondere kann die Elektromaschine ausschließlich über den Stromrichter mit der Traktionsbatterie verbunden sein und nicht über eine Reihenschaltung aus Stromrichter und Traktionsnetzverteiler. Die elektrische Verteilereinrichtung, die an den Nebenanschluss angeschlossen werden kann, muss hierbei in vorteilhafter Weise nicht für hohe Betriebsspannungen ausgelegt sein. Hierdurch kann eine derartige Verteilereinrichtung baulich kleiner ausgelegt werden, wodurch sich in vorteilhafter Weise eine Verringerung des Bauraumbedarfs für das elektrische System ergibt. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine bisher notwendige elektrische Leitung, die einer Übertragung von elektrischer Antriebsenergie zwischen Verteilereinrichtung und Stromrichter dient, durch eine elektrische Leitung ersetzt werden kann, die für eine Übertragung geringerer Energie ausgelegt sein kann. Hierdurch kann z. B. ein Leitungsquerschnitt reduziert und Kosten und Material eingespart werden.
Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das vorgeschlagene elektrische System variabel in Elektrofahrzeugen, in reinen Hybridfahrzeugen oder in Plug-in-Hybridfahrzeugen eingesetzt werden kann. Dies wird nachfolgend näher erläutert.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das elektrische System zusätzlich eine elektrische Verteilereinrichtung, wobei die elektrische Verteilereinrichtung direkt elektrisch mit dem mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss, also dem Nebenanschluss oder Nebenabgriff, verbunden ist. Hierbei ist die elektrische Verteilereinrichtung nicht in den Stromrichter baulich integriert, sondern als separates Bauteil ausgebildet. Es ergibt sich jedoch in vorteilhafter Weise, dass eine derart separat ausgebildete Verteilereinrichtung geringeren Bauraumbedarf aufweist als eine Verteilereinrichtung, die auch zur Verteilung elektrischer Energie zum Antrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeuges dient. Beispielsweise kann die elektrische Verteilereinrichtung und der Stromrichter über mindestens eine elektrische Leitung elektrisch verbunden werden, die nicht für eine Übertragung elektrischer Antriebsenergie, sondern nur zur Übertragung von elektrischer Energie zur Versorgung weiterer Hochvolt-Komponenten ausgelegt sein muss. Hierbei kann die elektrische Verteilereinrichtung von dem Stromrichter getrennt im Elektro- oder Hybridfahrzeug angeordnet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Verteilereinrichtung als separates, individuelles Bauteil ausgebildet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass keine bautechnisch und schaltungstechnisch anspruchsvolle Integration einer Verteilereinrichtung in einen Stromrichter erfolgen muss. Die Verteilereinrichtung selbst kann, wie vorhergehend erläutert, hierdurch in vorteilhafter Weise einen geringeren Bauraumbedarf aufweisen und räumlich getrennt von dem Stromrichter im Elektro- oder Hybridfahrzeug angeordnet werden.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst das elektrische System mindestens eine erweiterte Hochvolt-Komponente, wobei die elektrische Verteilereinrichtung in die mindestens eine erweiterte Hochvolt-Komponente integriert ist. Hierbei kann die Verteilereinrichtung also baulich in die erweiterte Hochvolt-Komponente integriert sein. Die erweiterte Hochvolt-Komponente kann hierbei jede Hochvolt-Komponente des elektrischen Systems mit Ausnahme der Traktionsbatterie, des Stromrichters und der Elektromaschine sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Verteilereinrichtung nicht als separates Bauteil ausgebildet werden muss, für welches ein vorbestimmter Bauraum bereitgestellt werden muss. Durch eine bauliche Integration der Verteilereinrichtung in die erweiterte Hochvolt-Komponente kann hierdurch in vorteilhafter Weise weiterer Bauraum eingespart werden, wobei zusätzlich der vorhergehend genannte Vorteil einer direkten Übertragung elektrischer Energie von der Traktionsbatterie über den Stromrichter zu der Elektromaschine erhalten bleibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erweiterte Hochvolt-Komponente eine Ladeschnittstelle oder ein Ladegerät des Fahrzeuges, insbesondere des Elektrofahrzeuges oder des Plug-in-Hybridfahrzeuges. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass elektrische Energie mittels der Verteilereinrichtung sowohl in einem Normalbetrieb des Fahrzeuges als auch in einem Ladebetrieb des Fahrzeuges verteilt werden kann. Im Normalbetrieb kann elektrische Energie aus der Traktionsbatterie und/oder von der Elektromaschine erzeugte elektrische Energie auf die Hochvolt-Komponenten verteilt werden. Im Ladebetrieb kann aus einem externen Stromnetz z. B. über ein Ladekabel in das elektrische System des Fahrzeuges übertragene elektrische Energie direkt an der Ladeschnittstelle oder dem Ladegerät weiter verteilt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass elektrische Energie aus einem externen Stromnetz nicht in unnötiger Weise von der Ladeschnittstelle oder dem Ladegerät an die Verteilereinrichtung, z. B. über separate Leitungen, übertragen werden muss, sondern direkt an der Ladeschnittstelle oder dem Ladegerät an weitere Hochvolt-Komponenten verteilt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das elektrische System mindestens eine weitere Hochvolt-Komponente, wobei die mindestens eine weitere Hochvolt-Komponente elektrisch direkt und ausschließlich mit der elektrischen Verteilereinrichtung verbunden ist. Die mindestens eine weitere Hochvolt-Komponente kann beispielsweise ein Klimakompressor, eine PTC-Heizung oder ein Servomotor eines elektromechanischen Lenksystems sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass mittels der Verteilereinrichtung elektrische Energie an die mindestens eine weitere Hochvolt-Komponente im Normalbetrieb als auch im Ladebetrieb verteilt werden kann.
Insgesamt ergibt sich durch das vorgeschlagene elektrische System in vorteilhafter Weise, dass das elektrische System variabel sowohl in Elektrofahrzeugen oder Plug-in-Hybridfahrzeugen als auch in reinen Hybridfahrzeugen eingesetzt werden kann. In Elektrofahrzeugen oder Plug-in-Hybridfahrzeugen kann die elektrische Verteilereinrichtung vorzugsweise in der Ladeschnittstelle oder dem Ladegerät baulich integriert sein. Hierbei kann die Ladeschnittstelle oder das Ladegerät direkt elektrisch mit dem mindestens einen weiteren Anschluss des Stromrichters elektrisch verbunden sein. An das Ladegerät oder die Ladeschnittstelle, insbesondere an die elektrische Verteilereinrichtung, können dann die weiteren Hochvolt-Komponenten, beispielsweise ein Klimakompressor, angeschlossen sein. In einem reinen Hybridfahrzeug kann, da keine Ladeschnittstelle oder kein Ladegerät erforderlich ist, eine Hochvolt-Komponente, insbesondere ein Klimakompressor, elektrisch direkt mit dem mindestens einen weiteren Anschluss des Stromrichters verbunden werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das vorgeschlagene elektrische System in verschiedenen Varianten elektrisch angetriebener Fahrzeuge eingesetzt werden kann.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Verteilung elektrischer Energie in einem elektrischen System eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in einem elektrischen System eines Elektrofahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs oder eines Plug-in-Hybridfahrzeugs. Hierbei ist das elektrische System wie vorhergehend beschrieben ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird elektrische Energie über den mindestens ersten, den mindestens zweiten und den mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss zwischen der Traktionsbatterie, der Elektromaschine und mindestens einer weiteren Hochvolt-Komponente, die an den weiteren elektrischen Anschluss des Stromrichters anschließbar ist, übertragen. Hierbei ist eine elektrische Energie in vorteilhafter Weise direkt von der Traktionsbatterie an den Stromrichter und von dort aus an eine gegebenenfalls an den Stromrichter angeschlossene Elektromaschine übertragbar. Insbesondere muss elektrische Energie nicht zuerst über eine elektrische Vertailereinrichtung geführt werden, um von der Traktionsbatterie an den Stromrichter übertragen zu werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das elektrische System zusätzlich eine elektrische Verteilereinrichtung. Die elektrische Verteilereinrichtung ist direkt elektrisch mit dem mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss des Stromrichters verbunden. Hierbei kann elektrische Energie über den mindestens ersten, den mindestens zweiten elektrischen Anschluss und die elektrische Verteilereinrichtung zwischen der Traktionsbatterie, der Elektromaschine und mindestens einer weiteren Hochvolt-Komponente, die an die elektrische Verteilereinrichtung anschließbar ist, übertragen werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine elektrische Energieverteilung im elektrischen System, die keine Erweiterung eines Stromrichters durch Integration einer Verteilereinrichtung in den Stromrichter benötigt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die elektrische Verteilereinrichtung in eine Ladeschnittstelle oder ein Ladegerät des Kraftfahrzeugs integriert, wobei elektrische Energie über den mindestens ersten, den mindestens zweiten elektrischen Anschluss und die elektrische Verteilereinrichtung zwischen der Traktionsbatterie, der Elektromaschine, dem Ladegerät oder der Ladeschnittstelle und mindestens einer weiteren Hochvolt-Komponente, die an die Ladeschnittstelle oder das Ladegerät anschließbar ist, übertragen werden kann. Auch kann elektrische Energie, die von einem externen Stromnetz in das elektrische System mittels der Ladeschnittstelle oder dem Ladegerät übertragen wird, in vorteilhafter Weise in dem elektrischen System mittels der elektrischen Verteilereinrichtung verteilt werden.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:
1 ein elektrisches System eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges (Stand der Technik),
2 ein elektrisches System eines reinen Hybridfahrzeuges,
3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Systems eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs,
4 eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Systems eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs und
5 eine schematische Darstellung von Klassen von Hochvolt-Kontaktierungen.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In 1 ist ein schematischer Schaltungsplan eines elektrischen Systems 1 eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Das elektrische System 1 umfasst eine Traktionsbatterie 2, die auch als Hochvolt-Batterie bezeichnet werden kann. Weiter umfasst das elektrische System 1 eine elektrische Verteilereinrichtung 3, die auch als Traktionsnetzverteiler bezeichnet werden kann. Weiter umfasst das elektrische System 1 einen Stromrichter 4 und weitere Hochvolt-Komponenten, nämlich einen Klimakompressor 5, eine PTC-Heizung 6 und ein Ladegerät 7. Die Traktionsbatterie 2 ist über elektrische Leitungen 8 mit der Verteilereinrichtung 3 verbunden.
Eine elektrische Kontaktierung zwischen den elektrischen Leitungen 8 und einer Hochvolt-Komponente, z. B. der Traktionsbatterie 2 kann hierbei mittels Schraubkontakten oder Steckkontakten hergestellt werden. Hierbei können z. B. mehrere Klassen von Hochvolt-Kontaktierungen definiert werden, wobei die Klasse einer Hochvolt-Kontaktierung in Abhängigkeit einer gewünschten oder erforderlichen Stromtragfähigkeit des herzustellenden Kontakts bei einer Referenztemperatur, z. B. einer Referenztemperatur von 125°C, und einem Leitungsquerschnitt der zu verbindenden Leitung festgelegt wird.
In 5 ist eine exemplarische Einteilung von Hochvolt-Kontaktierungen in fünf Klassen K1, K2, K3, K4, K5 dargestellt. Eine erste Klasse K1 von Hochvolt-Kontaktierungen ist beispielsweise für eine Stromtragfähigkeit von 30 A bis 38 A bei einem Leitungsquerschnitt der zu verbindenden Leitung von bis zu 5 mm² ausgelegt. Analog sind in 5 die Anforderungen bezüglich Stromtragfähigkeit und Leitungsquerschnitt der weiteren Klassen K2, K3, K4, K5 dargestellt, wobei mit steigender Klassenzahl auch die Stromtragfähigkeit und der Leitungsquerschnitt zunimmt. Zu beachten ist, dass es Überschneidungen von aufeinander folgenden Klassen im Bereich des Leitungsquerschnitts geben kann. So können Hochvolt-Kontaktierungen mit einem Leitungsquerschnitt der zu verbindenden Leitungen von z. B. 4 mm² mit Hochvolt-Kontakten der ersten Klasse K1 ausgeführt werden, falls eine geforderte Stromtragfähigkeit 38 A nicht übersteigt. Ist jedoch eine Stromtragfähigkeit zwischen 38 A und 40 A für einen Leitungsquerschnitt von 4 mm² erforderlich, so können die Hochvolt-Kontaktierungen mit Hochvolt-Kontakten der zweiten Klasse K2 ausgeführt werden. Gleiches gilt z. B. für einen Leitungsquerschnitt von 16 mm², wobei Hochvolt-Kontaktierungen mit Hochvolt-Kontakten der dritten Klasse K3 ausgeführt werden, falls eine Stromtragfähigkeit 85 A nicht übersteigt. Ist die erforderliche Stromtragfähigkeit aber größer als 85 A, so werden in diesem Fall Hochvolt-Kontaktierungen mit Hochvolt-Kontakten der vierten Klasse K4 ausgeführt.
Hierbei können Hochvolt-Kontakte der ersten Klasse K1, der zweiten Klasse K2 und der dritten Klasse K3 ausschließlich als Steckkontakte und Hochvolt-Kontakte der vierten Klasse K4 als Steck- oder Schraubkontakte und Hochvolt-Kontakte der fünften Klasse K5 ausschließlich als Schraubkontakte ausgeführt sein.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Traktionsbatterie 2 Hochvolt-Anschlüsse 9 auf, z. B. als für Hochvolt-Kotakte der vierten Klasse K4 ausgebildete elektrische Anschlüsse, vorzugsweise für als Steckkontakte ausgebildete Hochvolt-Kontakte der vierten Klasse K4. Die elektrische Verteilereinrichtung 3 weist ebenfalls Anschlüsse für die elektrischen Leitungen 8 auf, z. B. für Hochvolt-Kontakte der vierten Klasse K4 ausgebildete elektrische Anschlüsse, vorzugsweise für als Schraubkontakte 10 ausgebildete Hochvolt-Kontakte der vierten Klasse K4. Die elektrischen Leitungen 8 sind für eine Übertragung elektrischer Antriebsenergie ausgelegt und können beispielsweise einen Querschnitt von z. B. 25 mm² bis 35 mm² aufweisen. Auch der Stromrichter 4 ist mittels elektrischer Leitungen 8 mit der Verteilereinrichtung 3 verbunden. Hierfür weist die Verteilereinrichtung 3 wiederum für Hochvolt-Kontakte der vierten Klasse K4 ausgebildete elektrische Anschlüsse auf, vorzugsweise für als Schraubkontakte 10 ausgebildete Hochvolt-Kontakte der vierten Klasse K4. Der Stromrichter 4 weist erste Anschlüsse 16 auf, z. B. als für Hochvolt-Kontakte der vierten Klasse K4 ausgebildete elektrische Anschlüsse, vorzugsweise für als Schraubkontakte 10 ausgebildete Hochvolt-Kontakte der vierten Klasse K4. Für eine elektrische Verbindung mit einer nicht dargestellten Elektromaschine weist der Stromrichter 4 zweite Anschlüsse 15 auf, z. B. als für Hochvolt-Kontakte der vierten Klasse K4 ausgebildete elektrische Anschlüsse, vorzugsweise für als Schraubkontakte 10 ausgebildete Hochvolt-Kontakte der vierten Klasse K4. Auch die zwischen Stromrichter 4 und Verteilereinrichtung 3 angeordneten Leitungen 8 sind für eine Übertragung elektrischer Antriebsenergie ausgelegt und können einen Leitungsquerschnitt von z. B. 25 mm² bis 35 mm² aufweisen. Weiter ist die elektrische Verteilereinrichtung 3 über elektrische Leitungen 11 mit jeweils dem Klimakompressor 5, der PTC-Heizung 6 und dem Ladegerät 7 verbunden. Hierbei weisen der Klimakompressor 5, die PTC-Heizung 6 und das Ladegerät 7 jeweils elektrische Anschlüsse 12 auf, z. B. als für Hochvolt-Kontakte der ersten Klasse K1 ausgebildete elektrische Anschlüsse, wobei die Hochvolt-Kontakte als Steckkontakte ausgeführt sind. Weiter weist die elektrische Verteilereinrichtung 3 korrespondierende elektrische Anschlüsse 13 auf, z. B. als für Hochvolt-Kontakte der ersten Klasse K1 ausgebildete elektrische Anschlüsse, wobei die Hochvolt-Kontakte als Steckkontakte ausgeführt sind. Da die elektrischen Leitungen 11 und die elektrischen Anschlüsse 12, 13 nicht für eine Übertragung elektrischer Antriebsenergie ausgelegt sein müssen, können die elektrischen Leitungen 11, die elektrische Anschlüsse 12, 13 für eine Übertragung geringerer elektrischer Energie als die elektrischen Leitungen 8, die Hochvolt-Anschlüsse 9 und die ersten Anschlüsse 16 ausgelegt sein. Insbesondere können die elektrischen Leitungen 11 einen Leitungsquerschnitt von 4 mm² aufweisen, also einen Leitungsquerschnitt, der geringer als der Leitungsquerschnitt der elektrischen Leitungen 8 ist. Selbstverständlich können alle elektrischen Leitungen 8, 11 geschirmt ausgeführt sein.
Die Schraubkontakte 10 und die Steckkontakte für die elektrischen Anschlüsse 12, 13 weisen, wie in 5 ersichtlich, unterschiedliche Stromtragfähigkeiten auf, sind also mit unterschiedlich hohen Strömen belastbar. Insbesondere weisen die Schraubkontakte 10 eine höhere Stromtragfähigkeit als die Steckkontakte für die elektrischen Anschlüsse 12, 13 auf.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes elektrisches System 1 eines Hybridfahrzeuges dargestellt. Das elektrische System 1 umfasst eine Traktionsbatterie 2, einen Stromrichter 4 und einen Klimakompressor 5. Hierbei weist der Stromrichter 4 einen Nebenabgriff oder Nebenanschluss 14 auf, wobei der Nebenanschluss 14 als für Hochvolt-Kontakte der ersten Klasse K1 ausgebildeter elektrischer Anschluss, insbesondere als Anschluss für einen entsprechenden Steckkontakt, ausgeführt ist. Die Traktionsbatterie 2 ist über elektrische Hochvolt-Anschlüsse 9, elektrische Leitungen 8 und erste Anschlüsse 16 direkt elektrisch mit dem Stromrichter 4 verbunden. Auch der Klimakompressor 5 ist über elektrische Anschlüsse 12 des Klimakompressors, elektrische Leitungen 11 und den Nebenanschluss 14 des Stromrichters 4 mit dem Stromrichter 4 verbunden. Nicht dargestellt ist eine Elektromaschine, die an zweite Anschlüsse 15 des Stromrichters 4 anschließbar ist. Mit dem in 2 dargestellten elektrischen System 1 kann in vorteilhafter Weise elektrische Energie aus der Traktionsbatterie 2 direkt an die nicht dargestellte Elektromaschine übertragen werden und muss nicht zuerst über den in 1 dargestellten Verteilereinrichtung 3 geführt werden. Insbesondere ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass elektrische Leitungen 8 zwischen dem Stromrichter 4 und der elektrischen Verteilereinrichtung 3 eingespart bzw. durch für geringere Leistungen ausgelegte Leitungen 11 ersetzt werden können.
In 3 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Systems 1 dargestellt. Das elektrische System 1 umfasst eine Traktionsbatterie 2, einen Stromrichter 4, eine elektrische Verteilereinrichtung 3, einen Klimakompressor 5, eine PTC-Heizung 6 und ein Ladegerät 7. Hierbei ist die Traktionsbatterie 2 über elektrische Anschlüsse 9 und elektrische Leitungen 8 mit dem Stromrichter 4, insbesondere mit für Schraubkontakte 10 ausgebildeten ersten Anschlüssen 16 des Stromrichters 4, elektrisch verbunden. Die elektrische Verteilereinrichtung 3 ist hierbei über elektrische Anschlüsse 13, z. B. für Hochvolt-Kontakte der ersten Klasse K1 ausgebildete elektrische Anschlüsse, wobei die Hochvolt-Kontakte als Steckkontakte ausgeführt sind, und elektrische Leitungen 11 direkt elektrisch mit einem Nebenanschluss 14 des Stromrichters 4 verbunden, wobei der Nebenanschluss 14 als für Hochvolt-Kontakte der ersten Klasse K1 ausgebildeter elektrischer Anschluss, insbesondere als Anschluss für einen entsprechenden Steckkontakt, ausgeführt ist. Der Stromrichter 4 weist zweite Anschlüsse 15 auf, an die z. B. eine nicht dargestellte Elektromaschine angeschlossen werden kann. Wie in 1 dargestellt, ist die Verteilereinrichtung 3 direkt elektrisch mit den weiteren Hochvolt-Komponenten, nämlich dem Klimakompressor 5, der PTC-Heizung 6 und dem Ladegerät 7, verbunden. Die Verteilereinrichtung 3 ist hierbei als separates Bauteil ausgebildet und räumlich getrennt von dem Stromrichter 4 im Elektro- oder Hybridfahrzeug angeordnet. Im Vergleich zu dem in 1 dargestellten elektrischen System 1 ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass elektrische Energie aus der Traktionsbatterie 2 direkt an eine nicht dargestellte Elektromaschine über den, Stromrichter 4 übertragen werden kann und nicht zuerst über die elektrische Verteilereinrichtung 3 geführt werden muss. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass elektrische Leitungen 8 zwischen Stromrichter 4 und elektrischer Verteilereinrichtung 3 eingespart werden können.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Systems 1 dargestellt. Das elektrische System 1 umfasst hierbei eine Traktionsbatterie 2, einen Stromrichter 4 und ein erweitertes Ladegerät 17. Weiter umfasst das elektrische System 1 einen Klimakompressor 5 und eine PTC-Heizung 6. Das erweiterte elektrische Ladegerät 17 bildet hierbei zugleich die elektrische Verteilereinrichtung 3 aus. Insbesondere ist die elektrische Verteilereinrichtung 3 baulich in das erweiterte Ladegerät 17 integriert. Das erweiterte Ladegerät 17 ist hierbei über elektrische Anschlüsse 13, elektrische Leitungen 11 und einen Nebenanschluss 14 des Stromrichters 4 mit dem Stromrichter 4 elektrisch verbunden. Hierbei ist der Nebenanschluss 14 des Stromrichters 4 ein für Hochvolt-Kontakte der ersten Klasse K1 ausgebildeter elektrischer Anschluss. Der elektrische Anschluss 13 des erweiterten Ladegeräts 17, der zur elektrischen Verbindung mit dem Stromrichter 4 dient, ist ebenfalls ein für Hochvolt-Kontakte der ersten Klasse K1 ausgebildeter elektrischer Anschluss. Auch die weiteren elektrischen Anschlüsse 13 des erweiterten Ladegeräts sind für Hochvolt-Kontakte der ersten Klasse K1 ausgebildete elektrische Anschlüsse sind. Weiter ist das erweiterte Ladegerät 17 über elektrische Leitungen 18 direkt elektrisch mit dem Klimakompressor 5 als auch mit der PTC-Heizung 6 verbunden. Da die elektrischen Leitungen 18 keinem Transport einer Ladeenergie dienen müssen, können diese mit einem kleinen Leitungsquerschnitt, beispielsweise einem Leitungsquerschnitt von z. B. 2,5 mm² bis zu 4 mm², ausgebildet werden. Insbesondere kann der Leitungsquerschnitt der elektrischen Leitung 18 kleiner als ein Leitungsquerschnitt der elektrischen Leitung 11 sein. Durch das in 4 dargestellte elektrische System 1 ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass elektrische Energie sowohl im Normalbetrieb von der Traktionsbatterie 2 und/oder von einer nicht dargestellten Elektromaschine an den Klimakompressor 5, das erweiterte Ladegerät 17 und die PTC-Heizung 6 übertragen und verteilt werden kann. Gleichermaßen kann in einem Ladebetrieb, in dem elektrische Energie, z. B. durch Anschluss eines Ladekabels an das erweiterte Ladegerät 17, in das elektrische System 1 eingespeist wird, zwischen den vorhergehend geschilderten Hochvolt-Komponenten verteilt werden.
Die erläuterten elektrischen Verbindungen zwischen elektrischen Leitungen 8, 11, 18 und einer Hochvolt-Komponente, z. B. der Traktionsbatterie 2, der elektrischen Verteilereinrichtung 3, dem Stromrichter 4, dem Klimakompressor 5, der PCT-Heizung 6, dem Ladegerät 7 oder dem erweiterten Ladegerät 17, sind hierbei nicht zwingend auf die erläuterte Ausführungsform eingeschränkt. Generell können diese elektrischen Verbindungen als Schraubverbindung oder als Steckverbindung ausgebildet sein, so lange Anforderungen an eine Stromtragfähigkeit und/oder eine Leitungsquerschnitt der zu verbindenden Leitung erfüllt werden.
Bezugszeichenliste

1: elektrisches System
2: Traktionsbatterie
3: elektrische Verteilereinrichtung
4: Stromrichter
5: Klimakompressor
6: PTC-Heizung
7: Ladegerät
8: elektrische Leitung
9: Hochvolt-Anschluss
10: Schraubkontakt
11: elektrische Leitung
12: elektrische Anschlüsse
13: elektrische Anschlüsse
14: Nebenanschluss
15: zweite Anschlüsse
16: erste Anschlüsse
17: erweitertes Ladegerät
18: elektrische Leitung
K1: erste Klasse
K2: zweite Klasse
K3: dritte Klasse
K4: vierte Klasse
K5: fünfte Klasse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009016912 A1 [0006]
DE 102006034020 A1 [0007]

Claims

Elektrisches System eines Kraftfahrzeugs, wobei das elektrische System (1) mindestens eine Traktionsbatterie (2) und mindestens einen Stromrichter (4) umfasst, wobei der Stromrichter (4) mindestens einen ersten elektrischen Anschluss (16) für die Traktionsbatterie (2), mindestens einen zweiten elektrischen Anschluss (15) für eine Elektromaschine und mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss (14) aufweist, wobei die Traktionsbatterie (2) direkt elektrisch mit dem ersten elektrischen Anschluss (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verteilereinrichtung (3) direkt elektrisch mit dem mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss (14) verbindbar ist.
Elektrisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische System (1) zusätzlich eine elektrische Verteilereinrichtung (3) umfasst, wobei die elektrische Verteilereinrichtung (3) direkt elektrisch mit dem mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss (14) verbunden ist.
Elektrisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verteilereinrichtung (3) als separates, individuelles Bauteil ausgebildet ist.
Elektrisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische System (1) mindestens eine erweiterte Hochvolt-Komponente umfasst, wobei die elektrische Verteilereinrichtung (3) in die mindestens eine erweiterte Hochvolt-Komponente integriert ist.
Elektrisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erweiterte Hochvolt-Komponente eine Ladeschnittstelle oder ein Ladegerät (17) des Kraftfahrzeuges ist.
Elektrisches System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische System (1) mindestens eine weitere Hochvolt-Komponente umfasst, wobei die mindestens eine weitere Hochvolt-Komponente elektrisch direkt und ausschließlich mit der elektrischen Verteilereinrichtung (3) verbunden sind.
Verfahren zur Verteilung elektrischer Energie in einem elektrisches System (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei das elektrische System (1) mindestens eine Traktionsbatterie (2) und mindestens einen Stromrichter (4) umfasst, wobei der Stromrichter (4) mindestens einen ersten elektrischen Anschluss (16) für die Traktionsbatterie (2), mindestens einen zweiten elektrischen Anschluss (15) für eine Elektromaschine und mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss (14) aufweist, wobei die Traktionsbatterie (2) direkt elektrisch mit dem ersten elektrischen Anschluss (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Energie über den mindestens ersten und den mindestens zweiten elektrischen Anschluss (16, 15) und den mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss (14) zwischen der Traktionsbatterie (2), der Elektromaschine und mindestens einer weiteren Hochvolt-Komponente, die an den weiteren elektrischen Anschluss (14) anschließbar ist, übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische System (1) zusätzlich eine elektrische Verteilereinrichtung (3) umfasst, wobei die elektrische Verteilereinrichtung (3) direkt elektrisch mit dem mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss (14) verbunden ist, wobei elektrische Energie über den mindestens ersten und den mindestens zweiten elektrischen Anschluss (16, 15) und die elektrische Verteilereinrichtung (3) zwischen der Traktionsbatterie (2), der Elektromaschine und mindestens einer weiteren Hochvolt-Komponente, die an die elektrische Verteilereinrichtung (3) anschließbar ist, übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verteilereinrichtung (3) in eine Ladeschnittstelle oder ein Ladegerät (17) des Kraftfahrzeugs integriert ist, wobei elektrische Energie über den mindestens ersten und den mindestens zweiten elektrischen Anschluss (16, 15) und die elektrische Verteilereinrichtung (3) zwischen der Traktionsbatterie (2), der Elektromaschine, dem Ladegerät (17) und mindestens einer weiteren Hochvolt-Komponente, die das Ladegerät (17) anschließbar ist, übertragen wird.