DE102019100940A1 - Leistungsanordnung und Verfahren zum Laden der Leistungsanordnung - Google Patents

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Abstract

Leistungsanordnung (1), insbesondere für ein Fahrzeug (2), umfassend:
einen Hochvoltkreis (3) mit einem ersten Verbraucher (5) und einer Hochvoltbatterie (6) zum Bereitstellen elektrischer Spannung für den ersten Verbraucher (5);
einen Niedervoltkreis (4) mit einer Niedervoltbatterie (7);
einen Spannungswandler (8), welcher einerseits mit dem Hochvoltkreis (3) und andererseits mit dem Niedervoltkreis (4) verbunden ist und parallel zu dem ersten Verbraucher angeordnet ist,
wobei der Spannungswandler (8) ein bidirektionaler Spannungswandler (8) ist; und wenn der Spannungswandler (8) in einer ersten Durchlassrichtung (9) geschalten ist, der Spannungswandler (8) eine Spannung des Hochvoltkreises (3) wandelt und an den Niedervoltkreis (4) überträgt; und wenn der Spannungswandler (8) in einer zweiten Durchlassrichtung (10) geschalten ist, der Spannungswandler (8) eine Spannung des Niedervoltkreises (4) wandelt und an den Hochvoltkreis (3) überträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leistungsanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend einen Hochvoltkreis mit einem Antriebsmotor und einer Hochvoltbatterie zum Bereitstellen elektrischer Spannung für den Antriebsmotor; einen Niedervoltkreis mit einer Niedervoltbatterie; wobei ein Spannungswandler einerseits mit dem Hochvoltkreis und andererseits mit dem Niedervoltkreis verbunden ist.
  • Es sind aus dem Stand der Technik derartige Leistungsanordnungen für Fahrzeuge bekannt, wobei der Hochvoltkreis üblicherweise mittels einer Hochvolt-Vorladeeinrichtung, welche ein Teil der Hochvoltbatterie sein kann, vorgeladen ist und die Hochvolt-Vorladeeinrichtung dabei Leistungswiderstände, Relais und/oder Sammelschienen umfassen kann. Durch eine derartige Hochvolt-Vorladeeinrichtung ist es möglich, Einschaltströme, welche aufgrund von Kapazitäten auftreten, zu beschränken, das heißt, so dass eine Beschädigung der entsprechenden Komponenten vermieden werden kann.
  • Solche Hochvolt-Vorladeeinrichtungen sind jedoch anfällig für Ausfälle und produzieren innerhalb der Hochvoltbatterie unnötig Wärme, wodurch die Funktionalität der Hochvoltbatterie beeinträchtigt werden kann. Ebenso ist ein hoher Platzbedarf notwendig und hohe Kosten fallen durch die Anzahl der Komponenten an.
  • Es ist demnach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ebenso ein Verfahren bereitzustellen, mittels welcher auf eine Hochvolt-Vorladeeinrichtung wie aus dem Stand der Technik verzichtet werden kann, ohne dabei die Funktionalität der Hochvolt-Vorladeeinrichtung zu verlieren.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Vorrichtung des Anspruches 1 und dem Verfahren des Anspruches 9.
  • Kerngedanke der Erfindung ist es, eine Leistungsanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug, bereitzustellen, umfassend:
    • einen Hochvoltkreis mit einem ersten Verbraucher und einer Hochvoltbatterie zum Bereitstellen elektrischer Spannung für den ersten Verbraucher; einen Niedervoltkreis mit einer Niedervoltbatterie; einen Spannungswandler, welcher einerseits mit dem Hochvoltkreis und andererseits mit dem Niedervoltkreis verbunden ist und parallel zu dem ersten Verbraucher angeordnet ist, wobei der Spannungswandler ein bidirektionaler Spannungswandler ist; und
    • wenn der Spannungswandler in einer ersten Durchlassrichtung geschalten ist, der Spannungswandler eine Spannung des Hochvoltkreises wandelt und an den Niedervoltkreis überträgt; und wenn der Spannungswandler in einer zweiten Durchlassrichtung geschalten ist, der Spannungswandler eine Spannung des Niedervoltkreises wandelt und an den Hochvoltkreis überträgt.
  • Der „Hochvoltkreis“ ist eine Anordnung von verschiedenen Bauelementen, die mit einer hohen Spannung, typischerweise eine Spannung zwischen 200 und 900 V betrieben werden. Vorliegend umfasst der Hochvoltkreis die Hochvoltbatterie, die die benötigte Spannung für den Hochvoltzwischenkreis bereitstellen kann, insbesondere für den Betrieb eines Elektromotors zum Antreiben des Fahrzeuges. Der Hochvoltkreis umfasst bevorzugt alle Bauteile, welche mit einer hohen Spannung versorgt werden müssen.
  • Der „Niedervoltkreis“ ist eine Anordnung von verschiedenen Bauelementen, die mit einer geringen Spannung, fahrzeugtypisch mit 12, 24 oder 48 Volt versorgt werden. Vorzugsweise umfasst der Niedervoltkreis ein Bordnetz sowie weiter vorzugsweise eine Batterieverwaltungseinheit. Allgemein umfasst der Niedervoltzwischenkreis bevorzugt alle Komponenten, an welchen eine geringe Spannung anliegt.
  • Unter einer „Hochvoltbatterie“ ist eine Batterie bzw. ein Akkumulator zu verstehen, welche(r) zum Betrieb des ersten Verbrauchers, beispielsweise des Elektromotors des Fahrzeugs, verwendet wird, also die vom ersten Verbraucher benötigte Spannung bereitstellt.
  • Der Hochvoltkreis kann bevorzugt noch weiter den Elektromotor und eine entsprechende Leistungselektronikeinheit umfassen. Ebenso ist es denkbar, dass mindestens zwei Elektromotoren umfasst werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Niedervoltzwischenkreis ein Bordnetz, eine Fahrzeugbatterie und die Batterieverwaltungseinrichtung auf.
  • Die Fahrzeugbatterie ist vorzugsweise die Batterie, mittels welcher im üblichen Sinne beispielsweise das Bordnetz, insbesondere Innenraumlicht, Multimedia, Fahrzeuglicht und dergleichen und optional der Anlasser betreibbar ist, falls es sich um ein Hybridfahrzeug handelt.
  • Erfindungsgemäß ist der vorgesehene Spannungswandler einerseits mit dem Hochvoltkreis und andererseits mit dem Niedervoltkreis verbunden. Dadurch, dass der Spannungswandler als ein bidirektionaler Spannungswandler ausgebildet ist, kann eine Wandlung der Spannung des Hochvoltkreises für den Niedervoltkreis und umgekehrt durchgeführt werden. Im Stand der Technik hingegen ist der Spannungswandler jedoch derart ausgebildet, dass lediglich eine Verbindung von dem Hochvoltkreis zu dem Niedervoltkreis vorgesehen ist, um eine Redundanz der Versorgung des Niedervoltkreises zu schaffen, da der Niedervoltkreis durch eine Verbindung der Leistungselektronik, insbesondere eines Inverters des Antriebsmotors, gespeist ist. Sollte diese Verbindung unterbrochen sein, so ist eben durch den Spannungswandler eine Redundanz zur Versorgung geschaffen.
  • Üblicherweise ist dem ersten Verbraucher eine erste Kapazität, beispielsweise einen ersten Kondensator, zugeordnet, welcher als ein Energiepuffer dient. Die erste Kapazität ist dabei parallel zu dem ersten Verbraucher und daher parallel zu dem Spannungswandler angeordnet.
  • Ebenso sind die Verbindungskabel der Batterie zu dem ersten Verbraucher sowie der ersten Kapazität relativ groß dimensioniert und verhalten sich ebenso wie eine Kapazität.
  • Ein Vorladen des Hochvoltkreises vor Inbetriebnehmen des Hochvoltkreises ist dahingehend notwendig, um die auftretenden Einschaltströme kontrollieren zu können. Wie bereits erwähnt, geschieht dies im Stand der Technik durch recht große und teure Widerstände sowie Relais; gemäß der vorliegenden Erfindung hingegen kann auf diese Bauteile verzichtet werden.
  • Einschaltströme treten dabei auf, wenn das Fahrzeug in Betrieb genommen werden soll und der Hochvoltkreis ungeladen ist. Durch das Vorladen der Kapazitäten des Hochvoltkreises können die Effekte durch Einschaltströme reduziert werden.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in einem Normalbetriebszustand der Leistungsanordnung, insbesondere des Hochvoltkreises, der Spannungswandler in der ersten Durchlassrichtung geschalten und vor und während einem Einschaltbetriebszustand der Leistungsanordnung, insbesondere des Hochvoltkreises, der Spannungswandler in der zweiten Durchlassrichtung geschalten, um den Hochvoltkreis vorzuladen.
  • Unter „Einschaltbetriebszustand“ ist das Aktivieren des Fahrzeugs zu verstehen, bevor der Hochvoltkreis aktiviert ist. Unter dem „Normalbetriebszustand“ ist entsprechend zu verstehen, dass das Fahrzeug aktiv ist und der Hochvoltkreis aktiv ist.
  • Besonders bevorzugt ist dabei der Normalbetriebszustand dem Einschaltbetriebszustand nachgeschalten.
  • Während des Einschaltbetriebszustands, also aktivem Niedervoltkreis und inaktiven Hochvoltkreis, wird durch die Schaltung des Spannungswandlers in der zweiten Durchlassrichtung Spannung des Niedervoltkreises gewandelt und an den Hochvoltkreis übertragen, wodurch der Hochvoltkreis und insbesondere die Kapazitäten des Hochvoltkreises geladen werden.
  • Ist der Hochvoltkreis geladen, so wird vorzugsweise der Spannungswandler in die erste Durchlassrichtung geschalten, wobei ein Strom natürlich dann fließen kann, wenn ein Spannungsabfall im Niedervoltkreis vorherrschen sollte. Allerdings kann es auch aus technischer Sicht in verschiedenen Situationen sinnvoll erscheinen, dass der Spannungswandler in der zweiten Durchlassrichtung verbleibt und die redundante Rückversorgung des Elektromotors an den Niedervoltkreis verwendet wird.
  • Ebenso ist es vorzugsweise vorgesehen, dass erkannt wird, vorzugsweise durch eine Steuervorrichtung, ob der Hochvoltkreis geladen ist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass eine Ladekurve ausgewertet wird, wobei es auch vorzugsweise durch das Auswerten der Ladekurve möglich ist, Fehler beim Laden des Hochvoltkreises zu erkennen und gegebenenfalls das Laden abzubrechen.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem vorliegenden Spannungswandler um einen DC/DC-Spannungswandler.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ausgebildet und vorgesehen, die Durchlassrichtungen des Spannungswandlers zu schalten und einen Einschaltbetriebszustand und einen Normalbetriebszustand zu erkennen, wobei vor oder während des Einschaltbetriebszustands die Steuervorrichtung den Spannungswandler derart schaltet, so dass dieser in der ersten Durchlassrichtung geschalten ist, wobei die Steuereinrichtung während eines Normalbetriebszustands den Spannungswandler derart schaltet, dass dieser in der zweiten Durchlassrichtung geschalten ist.
  • Ein Normalbetriebszustand liegt insbesondere dann vor, wenn durch die Steuervorrichtung erkannt wurde, dass der Hochvoltkreis geladen bzw. vollständig geladen ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erste Verbraucher mindestens eines ausgewählt aus einer Gruppe umfassend einen Antriebsmotor mit zugehörigem Inverter, eine Klimaanlage, eine Lenkunterstützung oder eine Bremsunterstützung.
  • Jeder dieser Verbraucher kann dabei durch den Spannungswandler vorgeladen werden.
  • Besonders bevorzugt sind ein zweiter, optional ein dritter, optional ein vierter, usw. Verbraucher vorgesehen, wobei jeweils der Verbraucher mindestens eines ist ausgewählt aus einer Gruppe umfassend einen Antriebsmotor mit zugehörigem Inverter, eine Klimaanlage, eine Lenkunterstützung oder eine Bremsunterstützung oder Ähnliches oder Weiteres.
  • Ebenso erfindungsgemäß ist ein Verfahren vorgesehen zum Vorladen einer Leistungsanordnung nach einer Ausführungsform, umfassend die Verfahrensschritte:
    • a. Erkennen eines Einschaltvorgangs mittels einer Steuervorrichtung und Schalten des Spannungswandlers in die zweite Durchlassrichtung, um eine Spannung des Niedervoltkreises zu wandeln und an den Hochvoltkreis zu übertragen, um den Hochvoltkreis zu laden;
    • b. Erkennen mittels der Steuervorrichtung, ob der Hochvoltkreis geladen ist und falls der Hochvoltkreis geladen ist, Schalten des Spannungswandlers in die erste Durchlassrichtung.
  • Insbesondere sei noch darauf verwiesen, dass in dem Einschaltbetriebszustand kein Laden der Hochvoltbatterie erfolgt, da diese noch nicht mit dem Verbraucher(n) elektrisch verbunden ist, so dass durch die Verbindung des Hochvoltkreises zum Niedervoltkreis lediglich die Verbindungsleitungen sowie die weiteren Kapazitäten geladen werden.
  • Insbesondere wird die Hochvoltbatterie erst dann zum Hochvoltkreis geschalten, das heißt, mit den weiteren Komponenten des Hochvoltkreises elektrisch verbunden, wenn die Spannung im Hochvoltkreis auf die Spannung, welche an der Hochvoltbatterie anliegt, vorgeladen ist. Dies wird bevorzugt erkannt durch Kommunikation des Inverters und der Hochvoltbatterie.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Weitere Ziele, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden Erfindung sind der nachfolgenden von der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
    • 1 Leistungsanordnung aus dem Stand der Technik;
    • 2 die Leistungsanordnung im Vergleich zum Stand der Technik;
    • 3 Aufbau der Leistungsanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
    • 4 Verfahren zum Laden der Leistungsanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
  • Die 1 zeigt dabei den Stand der Technik, also eine Leistungsanordnung 1 für ein Fahrzeug 2, wobei hierbei lediglich ein Hochvoltkreis 3 zu erkennen ist. Der Hochvoltkreis 3 umfasst hier eine Hochvoltbatterie 6, einen ersten Verbraucher 5 und einen zweiten Verbraucher 13 sowie eine erste Verbindungsleitung 14 und eine zweite Verbindungsleitung 15, mittels welchen die Verbraucher 5, 13 mit der Hochvoltbatterie 6 verbunden sind.
  • Weiter ist dem ersten Verbraucher 5 ein erster Kondensator 16 zugeordnet, welcher als Energiepuffer dient. Ebenso ist dem zweiten Verbraucher 13 ein zweiter Kondensator 17 zugeordnet, welcher ebenso als Energiepuffer dient.
  • Darüber hinaus sind die Verbraucher 5, 13 sowie die Kondensatoren 16, 17 parallel zueinander angeordnet. Der erste Verbraucher 5 ist in der vorliegenden Figur ein Inverter, welcher mit einem Antriebsmotor 18 verbunden ist und diesem die benötigte Spannung bereitstellt.
  • Die Hochvoltbatterie 6 umfasst weiter eine Schalteranordnung 19 mit einer ersten Schaltung 20 und einer zweiten Schaltung 21, wobei die zweite Schaltung 21 noch einen Widerstand 22 und/oder ein Relais 22 und/oder eine Sammelschiene 22 aufweist.
  • Befindet sich die Leistungsanordnung 1 in oder während einem Einschaltbetriebszustand, so ist die erste Schaltung 20 offen und die zweite Schaltung 21 geschlossen, so dass die Einschaltströme und deren Effekte minimiert werden können. Befindet sich die Leistungsanordnung 1 in einen Normalbetriebszustand, so ist die erste Schaltung 20 geschlossen und die zweite Schaltung 21 geöffnet.
  • Im Vergleich zum Stand der Technik der 1 ist in der 2 die Auswirkung der vorliegenden Anmeldung dargelegt, nämlich, dass bei der erfindungsgemäßen Leistungsanordnung 1 auf die zweite Schaltung 21 verzichtet werden kann.
  • Dies ist genauer in der 3 dargestellt. Gezeigt ist insbesondere ein Hochvoltkreis 3 mit der Hochvoltbatterie 6, einem ersten Kondensator 16, einem ersten Verbraucher 5 und einem Antriebsmotor 18, wobei die Hochvoltbatterie 6, der erste Kondensator 16 und der erste Verbraucher 5 über eine erste Verbindungsleitung 14 und eine zweite Verbindungsleitung 15 miteinander verbunden sind.
  • Weiter ist ein Niedervoltkreis gezeigt umfassend eine Niedervoltbatterie 7 und einen Mikrocontroller 23 zum Ansteuern einer Leistungselektronik des Inverters.
  • Dabei ist ein Spannungswandler 8 vorgesehen, welcher einerseits mit dem Niedervoltkreis 4 und andererseits mit dem Hochvoltkreis 3 verbunden ist, und wobei der Spannungswandler 8 parallel zu dem ersten Kondensator angeordnet ist. Wie ebenso zu erkennen ist, kann der Spannungswandler 8 in einer ersten Durchlassrichtung 9 und in einer zweiten Durchlassrichtung 10 geschalten sein, so dass entweder Spannung des Niedervoltkreises 4 zum Hochvoltkreis 3 oder umgekehrt übertragen werden kann.
  • Der Spannungswandler 8 ist dabei vor oder während dem Einschaltbetriebszustand in der zweiten Durchlassrichtung 10 geschalten, so dass Spannung des Niedervoltkreises 4 an den Hochvoltkreis 3 übertragen werden kann, um den Hochvoltkreis 3 zu laden. Ein Ladezustand bzw. eine Ladekurve des Hochvoltkreises 3 kann mittels einer Steuervorrichtung 24 überwacht werden und dadurch ein vollständiges Laden des Hochvoltkreises 3 erkannt werden, so dass nach dem Erkennen des Geladenseins des Hochvoltkreises 3 die Steuervorrichtung 24 den Spannungswandler 8 von der zweiten Durchlassrichtung 10 in die erste Durchlassrichtung 9 schaltet. Ist der Hochvoltkreis 3 geladen, so befindet sich die Leistungsanordnung 1 in dem Normalbetriebszustand. Die Steuereinheit 24 ist vorzugsweise ein Teil des Hochvoltkreises 3, kann aber auch zumindest teilweise Teil des Niedervoltkreises 4 sein.
  • In der 4 ist noch ein Verfahren zum Laden der Leistungsvorrichtung 1, insbesondere des Hochvoltkreises 3, dargestellt, gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform.
  • Zunächst wird mittels der Steuervorrichtung 24 in einem ersten Schritt S1 erkannt, ob ein Einschaltbetriebszustand vorliegt, und falls ein derartiger Einschaltbetriebszustand vorliegt, schaltet die Steuervorrichtung 24 den Spannungswandler 8 in die zweite Durchlassrichtung 10, so dass hierdurch der Hochvoltkreis 3 geladen wird (Schritt S2).
  • Weiter wird anschließend von der Steuervorrichtung 24 in einem Schritt S3 überwacht, wie der Ladezustand des Hochvoltkreises ist, insbesondere der vorhandenen Kapazitäten 14, 15, 16 und erkennt, wenn die Kapazitäten 14, 15, 16 geladen sind. Anschließend wird im nachfolgenden Schritt S4 durch die Steuervorrichtung 24 der Spannungswandler 8 in die erste Durchlassrichtung 9 geschalten.
  • Insbesondere sei noch darauf verwiesen, dass in dem Einschaltbetriebszustand kein Laden der Hochvoltbatterie erfolgt, da diese noch nicht mit dem Verbraucher(n) elektrisch verbunden ist, so dass durch die Verbindung des Hochvoltkreises zum Niedervoltkreis lediglich die Verbindungsleitungen sowie die weiteren Kapazitäten geladen werden. Dies ist auch der 2 zu entnehmen, da die Schaltung 20 nicht geschlossen ist.
  • Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leistungsanordnung
    2
    Fahrzeug
    3
    Hochvoltkreis
    4
    Niedervoltkreis
    5
    erster Verbraucher
    6
    Hochvoltbatterie
    7
    Niedervoltbatterie
    8
    Spannungswandler
    9
    erste Durchlassrichtung
    10
    zweite Durchlassrichtung
    12
    Antriebsmotor
    13
    zweiter Verbraucher
    14
    erste Verbindungsleitung
    15
    zweite Verbindungsleitung
    16
    erster Kondensator
    17
    zweiter Kondensator
    18
    Antriebsmotor
    19
    Schalteranordnung
    20
    erste Schaltung
    21
    zweite Schaltung
    22
    Widerstand/Relais/Sammelschiene
    23
    Mikrocontroller
    24
    Steuervorrichtung

Claims (8)

  1. Leistungsanordnung (1), insbesondere für ein Fahrzeug (2), umfassend: einen Hochvoltkreis (3) mit einem ersten Verbraucher (5) und einer Hochvoltbatterie (6) zum Bereitstellen elektrischer Spannung für den ersten Verbraucher (5); einen Niedervoltkreis (4) mit einer Niedervoltbatterie (7); einen Spannungswandler (8), welcher einerseits mit dem Hochvoltkreis (3) und andererseits mit dem Niedervoltkreis (4) verbunden ist und parallel zu dem ersten Verbraucher angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (8) ein bidirektionaler Spannungswandler (8) ist; und wenn der Spannungswandler (8) in einer ersten Durchlassrichtung (9) geschalten ist, der Spannungswandler (8) eine Spannung des Hochvoltkreises (3) wandelt und an den Niedervoltkreis (4) überträgt; und wenn der Spannungswandler (8) in einer zweiten Durchlassrichtung (10) geschalten ist, der Spannungswandler (8) eine Spannung des Niedervoltkreises (4) wandelt und an den Hochvoltkreis (3) überträgt.
  2. Leistungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Normalbetriebszustand der Leistungsanordnung (1), insbesondere des Hochvoltkreises (3), der Spannungswandler (8) in der ersten Durchlassrichtung (9) geschalten ist und vor und während einem Einschaltbetriebszustand der Leistungsanordnung (1), insbesondere des Hochvoltkreises (3), der Spannungswandler (8) in der zweiten Durchlassrichtung (10) geschalten ist, um den Hochvoltkreis (3) vorzuladen.
  3. Leistungsanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Normalbetriebszustand dem Einschaltvorgang nachgeschaltet ist.
  4. Leistungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (8) ein DC/DC-Spannungswandler (8) ist.
  5. Leistungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsanordnung (1) eine Steuervorrichtung (24) aufweist, welche ausgebildet und vorgesehen ist, die Durchlassrichtungen (9, 10) des Spannungswandlers (8) zu schalten und einen Einschaltbetriebszustand und einen Normalbetriebszustand zu erkennen, wobei vor oder während des Einschaltbetriebszustands die Steuervorrichtung (24) den Spannungswandler (8) derart schaltet, so dass dieser in der zweiten Durchlassrichtung (10) geschalten ist, wobei die Steuereinrichtung (24) während eines Normalbetriebszustands den Spannungswandler (8) derart schaltet, dass dieser in der ersten Durchlassrichtung (9) geschalten ist.
  6. Leistungsanordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbraucher (5) eines ist ausgewählt aus einer Gruppe umfassend ein Antriebsmotor (mit zugehörigem Inverter, eine Klimaanlage, eine Lenkunterstützung oder eine Bremsunterstützung.
  7. Leistungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter, ein dritter, ein vierter, usw. Verbraucher vorgesehen sind, wobei jeweils der Verbraucher eines ist ausgewählt aus einer Gruppe umfassend ein Antriebsmotor (18) mit zugehörigem Inverter, eine Klimaanlage, eine Lenkunterstützung oder eine Bremsunterstützung.
  8. Verfahren zum Vorladen einer Leistungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die Verfahrensschritte: a. Erkennen eines Einschaltvorgangs mittels einer Steuervorrichtung (24) und Schalten des Spannungswandlers (8) in die zweite Durchlassrichtung (10), um eine Spannung des Niedervoltkreises (4) zu wandeln und an den Hochvoltkreis (3) zu übertragen, um den Hochvoltkreis (3) zu laden; b. Erkennen mittels der Steuervorrichtung (24), ob der Hochvoltkreis (3) geladen ist und falls der Hochvoltkreis (3) geladen ist, Schalten des Spannungswandlers (8) in die erste Durchlassrichtung (9).
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10235489A1 (de) * 2001-08-10 2003-08-07 Honda Motor Co Ltd Stromversorgungsvorrichtung und diese Verwendendes Elektrofahrzeug
DE102007001673A1 (de) * 2007-01-11 2008-07-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Bordnetzsystem für ein Kraftfahrzeug

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10235489A1 (de) * 2001-08-10 2003-08-07 Honda Motor Co Ltd Stromversorgungsvorrichtung und diese Verwendendes Elektrofahrzeug
DE102007001673A1 (de) * 2007-01-11 2008-07-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Bordnetzsystem für ein Kraftfahrzeug

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