DE102021109442A1

DE102021109442A1 - Elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug, Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, sowie Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021109442A1
Application number: DE102021109442.9A
Authority: DE
Inventors: Urs Boehme; Franz Pfeilschifter; Markus Orner; Andreas Maier; Florian Fahrner; Stefan Seiffert
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH; Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-04-15
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2022-10-20
Anticipated expiration: 2041-04-16
Also published as: US20240208332A1; CN117177876A; WO2022219023A1; DE102021109442B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz (3), mit- einem ersten Teilbordnetz (7) für eine elektrische Antriebseinheit (5) eines Fahrzeug (1),- einem zweiten Teilbordnetz (9) für elektrische Komponenten (10) des Fahrzeugs (1),- einem dritten Teilbordnetz (8) für eine Fahrzeugbatterie (2),- einem Ladeanschluss (6), wobei- ein Wechselschalter (WS), ein erstes Schaltelement (S1) und ein zweites Schaltelement (S2) des elektrischen Bordnetzes (3) körperlich zueinander getrennt sind,- während eines elektrischen Ladebetriebs der Fahrzeugbatterie (2) der Ladeanschluss (6) mittels des ersten Schaltelements (S1) mit dem dritten Teilbordnetz (8) und mittels des Wechselschalters (WS) mit dem zweiten Teilbordnetz (9) galvanisch verbunden sind, und- während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs (2) das erste Teilbordnetz (7) mittels des zweiten Schaltelements (S2) mit dem dritten Teilbordnetz (8) und mittels des Wechselschalters (WS) mit dem zweiten Teilbordnetz (9) galvanisch verbunden sind.Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug (1) und ein Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug mit einem ersten Teilbordnetz für eine elektrische Antriebseinheit des Fahrzeugs und einem zweiten Teilbordnetz für von der elektrischen Antriebseinheit verschiedene elektrische Komponenten des Fahrzeugs sowie einem dritten Teilbordnetz für eine Fahrzeugbatterie des Fahrzeuges. Des Weiteren weist das elektrische Bordnetz einen Ladeanschluss zum Bereitstellen einer Ladespannung einer Stromquelle auf.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem entsprechenden elektrischen Bordnetz und ebenfalls betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2019 008 853 A1 ein Fahrzeug mit einem elektrischen Hochvoltbordnetz. Dabei ist das elektrische Hochvoltbordnetz in zwei Teilbereiche unterteilt, wobei der erste Teilbereich in einem ersten Bauraum des Fahrzeugs angeordnet ist und der zweite Teilbereich in zumindest einem zweiten Bauraum des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei die Unterteilung des elektrischen Hochvoltbordnetzes in die beiden Teilbereiche derart ausgebildet ist, dass im ersten Bauraum des Fahrzeugs nur Arbeiten unter elektrischer Spannung des ersten Teilbereichs des elektrischen Hochvoltbordnetzes möglich sind und im zumindest einen zweiten Bauraum des Fahrzeugs Arbeiten in einem spannungsfreien Zustand des zweiten Teilbereichs des elektrischen Hochvoltbordnetzes möglich sind.
Die DE 10 2019 008 824 A1 offenbart ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug. Das elektrische Bordnetz weist zwei Potentialleitungen, welche mit einer Fahrzeugbatterie galvanisch verbindbar oder verbunden sind, auf. Insbesondere ist das elektrische Bordnetz in drei elektrische Teilbordnetze unterteilt.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2020 90 06 443 A1 ein elektrisches Hochvoltbordnetz für ein Fahrzeug, welches eine Hochvoltbatterie, mindestens eine elektrische Antriebseinheit, mindestens ein elektrisches Nebenaggregat und einen bidirektionale Niedervolt-Gleichspannungswandler aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Bordnetz, ein Fahrzeug sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug, mit

- einem ersten Teilbordnetz für eine elektrische Antriebseinheit des Fahrzeugs,
- einem zweiten Teilbordnetz für von der elektrischen Antriebseinheit verschiedenen elektrische Komponenten des Fahrzeugs,
- einem dritten Teilbordnetz für eine Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs,
- einem Ladeanschluss zum Bereitstellen einer Ladespannung einer Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Wechselschalter, ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement des elektrischen Bordnetzes körperlich zueinander getrennt sind,
- das zweite Teilbordnetz mittels des Wechselschalters entweder mit dem ersten Teilbordnetz oder mit dem Ladeanschluss galvanisch verbunden ist,
- während eines elektrischen Ladebetriebs der Fahrzeugbatterie der Ladeanschluss mittels des ersten Schaltelements mit dem dritten Teilbordnetz und mittels des Wechselschalters mit dem zweiten Teilbordnetz galvanisch verbunden sind, und das erste Teilbordnetz mittels des zweiten Schaltelements von dem dritten Teilbordnetz und mittels des Wechselschalters von dem zweiten Teilbordnetz galvanisch getrennt sind, und
- während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs der Ladeanschluss mittels des ersten Schaltelement von dem dritten Teilbordnetz und mittels des Wechselschalters von dem zweiten Teilbordnetz galvanisch getrennt sind, und das erste Teilbordnetz mittels des zweiten Schaltelements mit dem dritten Teilbordnetz und mittels des Wechselschalters mit dem zweiten Teilbordnetz galvanisch verbunden sind.

Durch das vorgeschlagene elektrische Bordnetz können insbesondere bei einem Gleichstromladevorgang des Fahrzeuges Sicherheitsgrenzwerte von Y-Kondensatoren beziehungsweise Y-Kapazitäten bezüglich deren Energieinhalte eingehalten werden. Dadurch können insbesondere EMV (elektromagnetische Verträglichkeit-Anforderungen des Fahrzeugs und insbesondere des elektrischen Bordnetzes eingehalten werden.
Durch den erfindungsgemäßen Wechselschalter, das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement ergibt sich eine verbesserte elektrische Hochvoltsicherheit bezüglich der Fahrzeugbatterie des Fahrzeuges. Durch die Verwendung von mehreren körperlich zueinander getrennten Schaltelementen, wie dem Wechselschalter, das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement, kann bei einem Gleichstromladevorgang der Fahrzeugbatterie das zweite Teilbordnetz durch kleine, kostengünstige Wechselschalter von der fahrzeugexternen Stromquelle, insbesondere einer Gleichstromladesäule, getrennt werden. Demgegenüber kann im Vergleich zum Stand der Technik auf große, schwere und kostenintensive DC-Schütze verzichtet werden.
Insbesondere schließen sich der Fahrbetrieb und der Ladebetrieb des Fahrzeuges dahingehend gegenseitig aus, indem die jeweils nicht benötigten Komponenten von dem restlichen elektrischen Bordnetz galvanisch getrennt werden. So übertragen diese getrennten Komponenten durch ihre Y-Kapazitäten nicht mehr zur Gesamtkapazität des elektrischen Bordnetzes bei. Folglich können daher große Y-Kapazitäten in den Komponenten verbaut werden, ohne den zulässigen Grenzwert zu überschreiten. Dies ermöglicht insbesondere die Einhaltung von Sicherheitsanforderungen bezüglich des Energieinhalts der Y-Kapazitäten und der EMV-Anforderungen.
Um dies erreichen zu können, kann beim elektrischen Ladebetrieb der Fahrzeugbatterie zumindest das erste Teilbordnetz gegenüber den zu ladenden Einheiten getrennt werden. Durch das erfindungsgemäße elektrische Bordnetz kann auf ein Bereitstellen mehrerer Batterieabgänge für jedes einzelne Teilbordnetz verzichtet werden. Ebenso können durch die Aufteilung der körperlich zueinander getrennten Schalter des erfindungsgemäßen elektrischen Bordnetzes auf überdimensionierte, kostenintensive und fehleranfällige Wechselschalter wie im Stand der Technik verzichtet werden. Durch den Verzicht mehrerer Batterieabgänge kann auf eine aufwendige Absicherung jedes dieser Abgänge verzichtet werden, wodurch eine Kostenreduzierung durchgeführt werden kann und sicherheitskritische Schwachstellen minimiert werden.
Das Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug, ist insbesondere als ein Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug ausgebildet. Insbesondere ist die Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, durch Anschluss des Fahrzeugs, insbesondere von dessen elektrischen Bordnetz, insbesondere einem Hochvoltbordnetz, an mindestens eine fahrzeugexterne elektrische Energiequelle als die Stromladequelle, insbesondere an eine Ladestation, elektrisch ladbar.
Insbesondere kann es sich bei dem elektrischen Bordnetz um ein Hochvoltbordnetz handeln.
Unter dem Begriff „Hochvolt“ ist insbesondere eine elektrische Gleichspannung zu verstehen, die insbesondere größer als etwa 60 Volt ist. Insbesondere ist der Begriff „Hochvolt“ konform zur Norm ECE R 100 auszulegen.
Das elektrische Bordnetz ist zumindest in das erste elektrische Teilbordnetz, das zweite elektrische Teilbordnetz und das dritte elektrische Teilbordnetz unterteilt. Damit das Fahrzeug und insbesondere das elektrische Bordnetz mit einer elektrischen Spannung versorgt werden kann, kann das elektrische Bordnetz über dessen Ladeanschluss, insbesondere Spannungsanschlüsse, mit der Ladequelle beziehungsweise Stromquelle elektrisch verbunden werden, sodass dem Fahrzeug, insbesondere dem elektrischen Bordnetz, die Ladespannung, insbesondere eine Gleichspannung, bereitgestellt werden kann.
Die elektrische Antriebseinheit ist insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs vorgesehen. Es handelt sich somit bei der zumindest eine elektrische Antriebseinheit, insbesondere um eine sogenannte elektrische Traktionsmaschine des Fahrzeugs. Das elektrische Bordnetz kann beispielsweise auch mehrere solcher elektrischer Antriebseinheiten aufweisen, insbesondere eine vordere elektrische Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb von Rädern einer Vorderachse des Fahrzeuges, und eine hintere elektrische Antriebseinheit, insbesondere zum Antrieb von Rädern einer Hinterachse des Fahrzeugs.
Das zweite elektrische Teilbordnetz weist die elektrischen Komponenten auf. Bei den elektrischen Komponenten kann es sich beispielsweise um elektrische Nebenaggregate, wie beispielsweise einen elektrischen Kältemittelverdichter oder ein elektrisches Heizelement, handeln.
Elektrische Komponenten des elektrischen Bordnetzes verfügen üblicherweise zur Herstellung elektromagnetischer Verträglichkeit Y-Kondensatoren. Solche Y-Kondensatoren können auch ladestationsseitig, das heißt auch im Bereich der Gleichstromquelle, vorgesehen sein. Die Wirkung von Y-Kondensatoren im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere der Funkentstörung, ist dem Fachmann bekannt, sodass es diesbezüglich keiner gesonderten weiteren Erläuterungen bedarf. Im Übrigen wird auf die diesbezügliche Normung verwiesen, so zum Beispiel die Richtlinie 2013/30/EU, über die elektromagnetische Verträglichkeit, EM 61000 und weitere.
Aus Gründen der elektrischen Sicherheit soll eine in sämtlichen Y-Kondensatoren gespeicherte elektrische Energie einen vorgebbaren maximalen Wert nicht überschreiten. Ein solcher Wert beträgt zum Beispiel 0,2 J. Dies führt regelmäßig zu einer konstruktiven Auslegung derart, dass Kapazitätswerte der Y-Kondensatoren fahrzeugseitig in der Regel kleiner gewählt werden, als sie für eine ordnungsgemäße Herstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere in Bezug auf die elektrischen Komponenten, die an das elektrische Bordnetz angeschlossen sind, notwendig wären.
Als Problematisch hat sich unter anderem herausgestellt, wenn das Fahrzeug mittels einer Wechselspannung von einer Ladestation geladen werden soll. In einem solchen Fall erweist sich die fahrzeugseitig vorgesehene Gesamtkapazität an Y-Kondensatoren als hinderlich, weil diese Y-Kondensatoren auch einen Ableitstrom verursachen können, der ladestationsseitig zu einer Störungsauslösung führen kann und/oder insgesamt einen zulässigen Wert der Ableitströme bei elektrischen Anlagen überschreiten kann, wie dies beispielsweise in der Norm auch angegeben ist, so zum Beispiel in der Norm DIN EN 61800 oder dergleichen. Dieser Problematik kann dem Grunde nach nur durch Reduktion der Kapazitätswerte der im Fahrzeug vorgesehenen Y-Kondensatoren gelöst werden, wobei jedoch zu beachten ist, dass dadurch der Aufwand der Filtereinheiten erheblich vergrößert sein kann.
Darüber hinaus ist es insbesondere beim Aufladen mittels einer Gleichspannung erforderlich, dass ein Energieinhalt von sämtlichen wirksamen Y-Kondensatoren einen vorgegebenen Gesamtenergieinhalt nicht überschreitet. Aktuell ist hierfür ein maximaler Wert von 0,2 J vorgesehen, der nicht überschritten werden soll. Durch die Vielzahl der elektrischen Komponenten des Fahrzeugs und die steigende Leistung, beispielsweise bei Hochvolt-Komponenten, wird die Gesamtkapazität der vorhandenen Y-Kondensatoren immer größer, wodurch auch der dort gespeicherte Energieinhalt entsprechend der zunehmenden Gesamtkapazität zunimmt. Darüber hinaus ist zu beachten, dass insbesondere im Bereich Hochvolt der Energieinhalt der Y-Kondensatoren besonders kritisch ist, zumal zu beachten ist, dass die in den Y-Kondensatoren gespeicherte elektrische Energie quadratisch von der elektrischen Spannung der Y-Kondensatoren abhängig ist. Dadurch wird gerade im Bereich Hochvolt das Einhalten der Anforderungen hinsichtlich des maximalen Energieinhalts in Bezug auf jeweiliges Hochvoltpotential besonders schwierig. Gerade bei Fahrzeugen erweist es sich als problematisch, sowohl Anforderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit als auch Anforderungen hinsichtlich der elektrischen Sicherheit in Bezug auf die Energie der Y-Kondensatoren zugleich zu erfüllen.
Diese Probleme werden durch das erfindungsgemäße elektrische Bordnetz behoben, denn durch das erfindungsgemäße elektrische Bordnetz, insbesondere durch die Unterteilung auf das erste, zweite und dritte Teilbordnetz und durch die verschiedenen Schaltungsmöglichkeiten, lassen sich verschiedene Betriebsmodi des Fahrzeuges auf relevante Anforderung hin optimieren. Dies ermöglicht eine Auslegung der Y-Kondensatoren der einzelnen Funktionen unter Berücksichtigung jeweils einzunehmender Fahrzeugzustände.
Das erfindungsgemäße elektrische Bordnetz ermöglicht durch den Einsatz der körperlich zueinander getrennten Wechselschalter, erstes Schaltelement und zweites Schaltelement eine Reduzierung von Kosten, Gewicht und Bauraum für das elektrische Bordnetz. Insbesondere können auf komplexe, kostenintensive und verlustbehaftete Umschaltvorrichtungen verzichtet werden.
Insbesondere kann mithilfe des erfindungsgemäßen elektrischen Bordnetzes erreicht werden, dass beim Fahrbetrieb oder beim Ladebetrieb des Fahrzeugs entweder die elektrische Antriebseinheit direkt mit der Fahrzeugbatterie verbunden oder die Stromquelle beziehungsweise die Ladestation direkt mit der Fahrzeugbatterie verbunden wird. Je nachdem, welcher Fahrzeugzustand vorliegt, wird die andere Komponente galvanisch von der Fahrzeugbatterie getrennt. Das zweite Teilbordnetz, insbesondere die Nebenaggregate des zweiten Teilbordnetzes, können mithilfe des Wechselschalters entweder mittels der elektrischen Antriebseinheit oder mittels der Gleichstromquelle elektrisch versorgt werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Teilbordnetz mittels zweier Potentialleitungen mit dem Wechselschalter verbunden ist, wobei zumindest eine der beiden Potentialleitungen eine Halbleitersicherung aufweist.
Bei der Halbleitersicherung handelt es sich beispielsweise um eine elektronisch rücksetzbare Halbleitersicherung. Beispielsweise können die Potentialleitungen einen reduzierten Leitungsquerschnitt aufweisen. Um die Potentialleitungen zum Leitungsschutz einpolig abzusichern, kann mit zumindest einer der beiden Potentialleitungen die Halbleitersicherung verschaltet werden. Insbesondere kann die Halbleitersicherung alternativ durch eine Schmelzsicherung ersetzt werden. Durch den Einsatz des Wechselschalters und der Halbleitersicherung kann die Versorgung des zweiten Teilbordnetzes ohne aufwendige Anforderungen durchgeführt werden. Des Weiteren kann die Halbleitersicherung neben einer elektrischen Sicherung ein Schaltelement aufweisen. Bei dem Schaltelement kann es sich beispielsweise um einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder um einen Transistor, oder um einen Thyristor, oder um eine Diode handeln.
Die zwei Potentialleitungen dienen insbesondere zum elektrischen Verbinden des Wechselschalters mit dem ersten Teilbordnetz. Insbesondere handelt es sich bei einer der Potentialleitungen um eine elektrische Leitung für ein positives Spannungspotential und bei der anderen Potentialleitung um eine elektrische Leitung für ein negatives Spannungspotential. Insbesondere können die Potentialleitungen ein Teilstück einer komplexen Potentialleitung des elektrischen Bordnetzes sein. Somit können mit der komplexen Potentialleitung die verschiedensten Komponenten des elektrischen Bordnetzes elektrisch verbunden werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Halbleitersicherung und der Wechselschalter zusammen eine hybride Schaltvorrichtung bilden, wobei mit der hybriden Schaltvorrichtung der Wechselschalter lastfrei schaltbar und das zweite Teilbordnetz vor einem Kurzschluss geschützt ist. Mit anderen Worten können mithilfe der Kombination der Halbleitersicherung und des Wechselschalters die verschiedensten Funktionalitäten für das elektrische Bordnetz bereitgestellt werden. Durch die Kombination der mehreren Funktionalitäten der Halbleitersicherung und des Wechselschalters können Schaltvorgänge einfacher und insbesondere verlustfreier durchgeführt werden. Insbesondere kann der Wechselschalter somit nur auf die Spannungslage des zweiten Teilbordnetzes ausgelegt werden. Folglich kann der Wechselschalter im Vergleich zu den Umschaltvorrichtungen im Stand der Technik einfacher, kostengünstiger und effizienter verwendet werden. Durch die Kombination der Halbleitersicherung und des Wechselschalters kann auf einfache und effiziente Weise das erste Teilbordnetz beim Ladevorgang der Fahrzeugbatterie spannungsfrei geschalten werden.
Insbesondere ermöglicht die Kombination aus Wechselschalter und Halbleitersicherung ein lastfreies Schalten des Wechselschalters beim Verbinden des zweiten Teilbordnetzes mit dem Ladeanschluss. Infolgedessen ermöglicht die Kombination aus Halbleitersicherung und Wechselschalter den Einsatz günstigerer und einfacherer Wechselschalter zur Kopplung von zwei unterschiedlich vorgeladenen beziehungsweise geladenen Teilbordnetzen. Insbesondere kann die hybride Schaltvorrichtung sowohl für den Ladebetrieb der Fahrzeugbatterie als auch für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs verwendet werden. Mithilfe der hybriden Schaltvorrichtung können entweder beim Fahrbetrieb die elektrische Komponente des zweiten Teilbordnetzes vor einem Kurzschluss geschützt werden als auch bei einem Ladebetrieb der Fahrzeugbatterie die elektrischen Komponenten des zweiten Teilbordnetzes ebenfalls vor einem Kurzschluss geschützt werden.
Des Weiteren bietet die hybride Schaltvorrichtung den Vorteil, dass bei einem Kurzschluss beziehungsweise Kurzschlussfall in dem zweiten Teilbordnetz beziehungsweise Nebenaggregatbordnetz eine schnellere Auslösung als dahinterliegende Hauptschalter oder Sicherungen durchführen können. Somit kann eine selektive Auslösung der Sicherung erreicht werden. Insbesondere ergibt sich hier ein redundanter Sicherungsmechanismus für das elektrische Bordnetz und somit für das Fahrzeug.
Optional kann mithilfe der hybriden Schaltvorrichtung eine effiziente Umschaltvorrichtung speziell für das zweite Teilbordnetz beziehungsweise für Nebenaggregate des elektrischen Bordnetzes dargestellt werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die hybride Schaltvorrichtung zusätzlich mit einer elektrischen Ladeeinheit des elektrischen Bordnetzes galvanisch verbunden ist oder die hybride Schaltvorrichtung ist zusätzlich mit der elektrischen Ladeeinheit und mit einem Gleichspannungswandler des ersten Bordnetzes galvanisch verbunden ist. Mit anderen Worten kann die hybride Schaltvorrichtung durch weitere Funktionalitäten erweitert werden. Somit erfüllt die hybride Schaltvorrichtung die verschiedensten Funktionalitäten für das elektrische Bordnetz. Beispielsweise kann es sich bei der elektrischen Ladeeinheit um einen Onbord-Lader, insbesondere eine Ladeeinheit zum Wandeln einer Wechselspannung einer externen Wechselspannungsquelle in eine Gleichspannung. Somit kann bei einer Versorgung des zweiten Teilbordnetzes über eine Wechselspannung dieser Ladepfad ebenfalls mithilfe der Halbleitersicherung abgesichert werden. Alternativ dazu kann die hybride Schaltvorrichtung neben dieser elektrischen Ladeeinheit auch mit dem Gleichspannungswandler des zweiten Teilbordnetzes galvanisch verbunden werden. Dabei handelt es sich insbesondere bei dem Gleichspannungswandler um einen DC/DC-Wandler, mit welchem beispielsweise eine Batteriespannung der Fahrzeugbatterie oder eine Spannung der elektrischen Ladeeinheit in eine entsprechende Spannung zum Versorgen der elektrischen Komponenten des zweiten Teilbordnetzes umgewandelt werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Halbleitersicherung ein Schaltelement aufweist, wobei mit dem Schaltelement ein Stromfluss von dem Wechselschalter in Richtung des zweiten Teilbordnetzes unterbindbar ist. Folglich weist die Halbleitersicherung ein umschaltbares beziehungsweise schaltbares Schaltelement, insbesondere einen Schalter, auf. Beispielsweise kann die Halbleitersicherung anstatt oder zusätzlich eine Diode aufweisen. Insbesondere kann die Diode so in der Halbleitersicherung integriert beziehungsweise verschaltet sein, dass bei einem auftretenden Kurzschluss oder einem anderen Störfall mit dem elektrischen Bordnetz die elektrischen Komponenten des zweiten Teilbordnetzes vor einer Überspannung beziehungsweise Überstrom geschützt werden. Folglich weist die Diode eine Sperrrichtung auch, sodass ein Stromfluss in das zweite Teilbordnetz hinein gesperrt werden kann. Schädliche Ströme können folglich nicht in das zweite Teilbordnetz fließen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass zumindest eine Potentialleitung zwischen dem Wechselschalter und dem Gleichstromladeanschluss eine elektrische Sicherung aufweist. Bei dieser elektrischen Sicherung kann es sich beispielsweise um eine Schmelzsicherung oder um eine anderweitige elektrische oder elektromechanische Sicherung handeln. Somit kann bei einem Kurzschluss oder einem zu hohen Stromniveau die als Schmelzsicherung ausgebildete elektrische Sicherung aktiviert werden und einen Stromfluss unterbrechen, wodurch elektrische Komponenten des elektrischen Bordnetzes geschützt werden können.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste und zweite Schaltelement jeweils als ein Schütz oder als ein Halbleiterschalter ausgebildet sind. Mithilfe des ersten und zweiten Schaltelements kann die Fahrzeugbatterie entsprechend dem Fahrzeugzustand mit der elektrischen Antriebseinheit oder mit der Gleichstromquelle verbunden werden. Beispielsweise können das erste und zweite Schaltelement jeweils als Relais ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten und zweiten Schaltelement um Hochvoltschütze oder um Batterieschütze handeln.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz nach dem vorherigen Aspekt oder einem Ausführungsbeispiel davon. Beispielsweise handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug. Insbesondere weist das Fahrzeug das vorhin geschilderte elektrische Bordnetz auf.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das zweite Teilbordnetz an zumindest eine der elektrischen Komponenten: Elektrische Kältemittelverdichereinheit, elektrische Heizeinheit, Wärmepumpe und Gleichspannungswandler angeschlossen ist. Mit anderen Worten weist das zweite Teilbordnetz verschiedene elektrische Komponenten außer der elektrischen Antriebseinheit des Fahrzeugs auf. Insbesondere enthält das zweite Teilbordnetz Nebenaggregate des Fahrzeuges.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes nach einem der vorherigen Aspekte oder einem Ausführungsbeispiel davon. Mit der Fahrzeugbatterie wird eine Batteriespannung bereitgestellt und mit dem Ladeanschluss wird die Ladespannung bereitgestellt. Während des elektrischen Ladebetriebs der Fahrzeugbatterie werden die Fahrzeugbatterie und das erste weitere elektrische Teilbordnetz mit der Ladespannung des Ladeanschlusses versorgt und während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs werden das erste Teilbordnetz und das zweite Teilbordnetz mit der Batteriespannung versorgt.
Insbesondere kann das vorhin geschilderte elektrische Bordnetz eine Steuereinheit aufweisen, mit welcher das soeben geschilderte Verfahren ausgeführt werden kann. Insbesondere können während eines DC-Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie die Nebenaggregate des zweiten Teilbordnetzes mit dem DC-Ladepfad, also der Gleichspannungsquelle, gekoppelt werden und bei einem Fahrzustand des Fahrzeuges können die Nebenaggregate mit einem Antriebsbordnetz als erstes Teilbordnetz gekoppelt beziehungsweise elektrisch versorgt werden.
Ausführungsbeispiele einzelner Aspekte sind als vorteilhafte Ausführungsbeispiele der andere Aspekte und umgekehrt anzusehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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 zeigen die nachfolgenden Figuren in:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Bordnetz;
2 eine schematische Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes aus 1;
3 ein schematisches Ablaufdiagramm zum Vorladen des elektrischen Bordnetzes auf 2;
4 eine weitere schematische Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes aus 2; und
5 eine weitere schematische Ausführungsform des elektrischen Bordnetzes aus 2.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1. Das Fahrzeug 1, insbesondere Kraftfahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug, ist insbesondere als ein Elektrofahrzeug- oder als ein Hybridfahrzeug ausgebildet. Insbesondere ist eine Fahrzeugbatterie 2, insbesondere eine Hochvoltbatterie, durch Anschluss des Fahrzeugs 1, insbesondere ein elektrisches Bordnetz 3 des Fahrzeugs, an mindestens eine fahrzeugexterne elektrische Energiequelle, insbesondere eine Stromquelle 4, elektrisch ladbar. Insbesondere handelt es sich bei der Stromquelle 4 um eine Ladestation oder um eine Ladevorrichtung oder um ein Ladesystem. Insbesondere kann mithilfe der Stromquelle 4 ein Ladevorgang des Fahrzeugs 1 mittels eines Gleichstroms oder eines Wechselstroms durchgeführt werden. Bei dem elektrischen Bordnetz 3 kann es sich beispielsweise um ein Hochvoltbordnetz handeln.
Des Weiteren weist das Fahrzeug 1 zumindest eine elektrische Antriebseinheit 5 auf, welche mit der Fahrzeugbatterie 2 mit elektrischer Energie versorgt werden kann, um das Fahrzeug 1 in Bewegung versetzen zu können.
In der 2 ist eine schematische Darstellung des elektrischen Bordnetzes 3 dargestellt. Beispielsweise kann das elektrische Bordnetz 3 die Fahrzeugbatterie 2, mindestens die eine elektrische Antriebseinheit 5, aufweisen. Des Weiteren weist das elektrische Bordnetz einen Ladeanschluss 6 auf, mit welchem das elektrische Bordnetz 3 mit der Stromquelle 4 verbunden werden kann. Insbesondere handelt es sich bei dem Ladeanschluss 6 um einen fahrzeugseitigen Ladeanschluss des Fahrzeugs 1. Des Weiteren kann beispielsweise die zumindest eine elektrische Antriebseinheit 5 Bestandteil eines ersten elektrischen Teilbordnetzes 7 des elektrischen Bordnetzes 3 sein. Die Fahrzeugbatterie 2 kann wiederum Bestandteil eines dritten elektrischen Teilbordnetzes 8 sein. Des Weiteren kann das elektrische Bordnetz 3 ein zweites Teilbordnetz 9 aufweisen. Das zweite Teilbordnetz 9 kann insbesondere von der elektrischen Antriebseinheit 5 verschiedene elektrische Komponenten 10 aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei den elektrischen Komponenten 10 um Nebenaggregate des Fahrzeugs 1. Beispielsweise kann es sich bei den elektrischen Komponenten 10 um eine elektrische Kältemittelverdichtereinheit, eine elektrische Heizeinheit, eine Wärmepumpe oder um einen Gleichspannungswandler handeln.
Beispielsweise kann die Fahrzeugbatterie 2 eine Batteriespannung U_Batt mit einem Spannungswert von beispielsweise 800 Volt DC aufweisen. Mit der Stromquelle 4 kann beispielsweise eine Ladespannung U_L von beispielsweise 400 Volt, insbesondere 500 Volt DC, bereitgestellt werden. Somit muss für einen Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 mittels der Stromquelle 4 mittels einer Bordladeeinheit oder eines Bordladers die Ladespannung U_L auf das Spannungsniveau der Batteriespannung U_Batt hochtransformiert werden.
Damit das elektrische Bordnetz 3 möglichst effizient betrieben werden kann, kann beispielsweise entweder in einem ersten Zustand des elektrischen Bordnetzes 3 ein Ladebetrieb, insbesondere elektrischer Ladebetrieb, für die Fahrzeugbatterie 2 eingestellt werden. Für einen zweiten Zustand des elektrischen Bordnetzes 3 wird das elektrische Bordnetz 3 für einen Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 eingestellt. Beispielsweise weist das elektrische Bordnetz 3 einzelne Schaltelemente auf, mit welchen entweder der Zustand zum Laden der Fahrzeugbatterie 2 oder für den Fahrbetrieb des Fahrzeuges 1 versetzt werden kann. Beispielsweise ist ein Wechselschalter WS, ein erstes Schaltelement S1 und ein zweites Schaltelement S2 des elektrischen Bordnetzes 3 körperlich zueinander getrennt angeordnet. Insbesondere sind diese drei Schaltelemente WS, S1, S2 voneinander beziehungsweise zueinander getrennt innerhalb des elektrischen Bordnetzes 3 angeordnet beziehungsweise verschaltet. Beispielsweise kann das erste und zweite Schaltelement S1, S2 jeweils als ein Schütz oder als ein Halbleiterschalter oder als Relais ausgebildet sein.
Beispielsweise kann es sich bei dem ersten und zweiten Schaltelement S1, S2 um allpolige Trennelemente handeln.
Mithilfe des Wechselschalters WS kann das zweite Teilbordnetz 9 entweder mit dem ersten Teilbordnetz 7 oder mit dem Gleichspannungsladeanschluss 6 galvanisch verbunden werden. Somit dient der Wechselschalter WS zum wechselseitigen elektrischen Koppeln beziehungsweise elektrischen Verbinden des zweiten Teilbordnetzes 9 entweder mit dem ersten Teilbordnetz 7 oder mit dem Ladeanschluss 6 oder einem Gleichspannungsladeanschluss. Somit können mithilfe des Wechselschalters WS die elektrischen Komponenten 10 des zweiten Teilbordnetzes 9 entweder mittels der Fahrzeugbatterie 2 oder mit der Stromquelle 4 mit Energie versorgt werden.
Im Folgenden wird nun erläutert, welche Schaltstellungen das elektrische Bordnetz 3 während eines elektrischen Ladebetriebs der Fahrzeugbatterie 2 aufweist. Für den elektrischen Ladebetrieb der Fahrzeugbatterie 2 kann der Ladeanschluss 6 mittels des ersten Schaltelements S1 mit dem dritten Teilbordnetz 8 galvanisch verbunden werden. Somit wird in diesem Fall das erste Schaltelement S1 geschlossen, sodass eine direkte elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie 2 und der externen Stromquelle 4 vorliegt. Des Weiteren kann mittels des Wechselschalters WS der Ladeanschluss 6 mit dem zweiten Teilbordnetz T2 galvanisch verbunden werden. Somit können die elektrischen Komponenten 10 mittels der Ladespannung U_L versorgt werden. Während des elektrischen Ladebetriebs wird dahingehend das erste Teilbordnetz 7 mittels des zweiten Schaltelements S2 von dem dritten Teilbordnetz 8 galvanisch getrennt. Mit anderen Worten wird das zweite Schaltelement S2 geöffnet, sodass insbesondere die elektrische Antriebseinheit 5 von der Fahrzeugbatterie 2 abgetrennt beziehungsweise getrennt ist. Des Weiteren kann mittels des Wechselschalters WS das erste elektrische Teilbordnetz 7 von dem zweiten Teilbordnetz 9 galvanisch getrennt werden. Somit werden während des Ladebetriebs die Nebenaggregate des Nebenaggregatbordnetzes, insbesondere des zweiten Teilbordnetzes 9, nicht mehr mittels der Fahrzeugbatterie 2 und/oder der elektrischen Antriebseinheit 5 mit Energie versorgt. Somit liegt während des elektrischen Ladebetriebs der Fahrzeugbatterie 2 eine direkte elektrische Verbindung zwischen der Stromquelle 4 und der Fahrzeugbatterie 2 und dem zweiten Teilbordnetz 9 vor.
Insbesondere sind die Komponenten des elektrischen Bordnetzes 3 mittels Potentialleitungen HV+, HV- elektrisch miteinander verbunden. Insbesondere handelt es sich hierbei um elektrische Leitungen, insbesondere um Hochvoltleitungen des elektrischen Bordnetzes 3.
Insbesondere kann zur Durchführung eines sicheren Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie 2 zwischen zumindest einer Potentialleitung HV+ zwischen dem Wechselschalter WS und dem Ladeanschluss 6 eine elektrische Sicherung S verschaltet sein. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Schmelzsicherung handeln. Diese dient als Schutzfunktion für einen Kurzschluss oder für Überströme.
Im Nachfolgenden wird der Fall geschildert, bei welchem sich das Fahrzeug 1 in einem Fahrbetrieb befindet. Für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 kann der Ladeanschluss 6 mittels des ersten Schaltelements S1 von dem dritten Teilbordnetz 8 galvanisch getrennt werden. Somit wird das erste Schaltelement S1 geöffnet, sodass zwischen der Fahrzeugbatterie 2 und der Stromquelle 4 keine elektrische Verbindung vorhanden ist. Zusätzlich kann mittels des Wechselschalters WS der Ladeanschluss 6 von dem zweiten Teilbordnetz 9 galvanisch getrennt werden. Somit wird der Wechselschalter WS in diesem Fall auf die Spannungslage der Batteriespannung 2 gesetzt. Insbesondere wird für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 das erste Teilbordnetz 7 mittels des zweiten Schaltelements S2 mit dem dritten Teilbordnetz 8 galvanisch verbunden. Somit wird das zweite Schaltelement S2 geschlossen, sodass eine elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie 2 und der zumindest einen elektrischen Antriebseinheit 5 vorliegt. Somit kann die elektrische Antriebseinheit 5 für eine Fortbewegungsfahrt des Fahrzeugs 1 mit elektrischer Energie, insbesondere der Batteriespannung U_Batt, versorgt werden. Zusätzlich kann mittels des Wechselschalters WS das zweite Teilbordnetz 9 mit dem ersten Teilbordnetz 7 galvanisch verbunden werden. Somit können während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs 1 die elektrischen Komponenten 10 des zweiten Teilbordnetzes 9 durch die Fahrzeugbatterie 2 und/oder die elektrische Antriebseinheit 5 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Damit der Wechselschalter WS zwischen dem ersten Teilbordnetz 7 und dem Ladeanschluss 6 lastfrei wechselweise geschalten werden kann, zwischen zumindest einer der beiden Potentialleitungen HV+, HV- zwischen dem zweiten Teilbordnetz 9 und dem Wechselschalter WS eine Halbleitersicherung HLS verschaltet werden. Bei der Halbleitersicherung HS handelt es sich insbesondere um eine unidirektional sperrende Halbleitersicherung. Mithilfe dieser Halbleitersicherung HLS kann der Wechselschalter WS lastfrei geschalten werden. Die Halbleitersicherung HLS weist gegebenenfalls einen Halbleiterschalter 11 und optional eine Stromerfassungseinheit auf. Dieser Halbleiterschalter 11 kann je nachdem, ob sich das elektrische Bordnetz 3 in einem Ladebetrieb der Fahrzeugbatterie 2 oder in einem Fahrzustand des Fahrzeugs 1 befindet, entsprechend geschaltet werden. Im einfachsten Fall kann die Halbleitersicherung anstelle des Halbleiterschalters 11 ein einfaches Schaltelement 12 aufweisen. Insbesondere kann dann, wenn die Fahrzeugbatterie 2 mittels der Ladespannung U_L geladen wird, ein Schaltelement 12 der Halbleitersicherung HLS geschlossen werden. Des Weiteren weist die Halbleitersicherung HLS anstatt oder zusätzlich zumindest eine Diode D auf. Diese ist insbesondere parallel zu dem Schaltelement 12 verschaltet. Bei der Diode D kann es sich insbesondere um eine BodyDiode, insbesondere um eine MOSFET-Bodydiode, des Halbleiterschalters 11 der Halbleitersicherung HLS handeln. Die Diode D weist insbesondere eine Sperrrichtung auf, sodass ein Stromfluss von dem Wechselschalter WS in Richtung des zweiten Teilbordnetzes 9 unterbunden beziehungsweise verhindert werden kann. Somit kann insbesondere im Falle eines Kurzschlusses ein Kurzschlussstrom nicht in das zweite Teilbordnetz 9 fließen. Somit kann mithilfe der Diode D und/oder dem Schaltelement 12 im Falle eines Kurzschlusses ein Batteriestrom oder ein Ladestrom der Ladesäule als Stromquelle 4 unterbrochen werden. Des Weiteren kann die Diode D und/oder das Schaltelement 12 so verschaltet sein, dass ein Strom von dem zweiten Teilbordnetz 9 in Richtung des Wechselschalters WS immer fließen kann. Die Halbleitersicherung HLS kann unidirektional-sperrend sein, wobei die Halbleitersicherung ein parasitäres/unerwünschtes Verhalten aufweisen kann. Um dies entgegenzuwirken ist die Diode D vorgesehen.
Insbesondere können die Halbleitersicherung HLS und der Wechselschalter WS zusammen eine hybride Schaltvorrichtung 13 bilden. Mithilfe der hybriden Schaltvorrichtung 13 kann auf besonders vorteilhafte Weise der Wechselschalter WS lastfrei geschalten werden. Infolgedessen muss der Wechselschalter WS nicht auf hohe Ströme und/oder Spannungen ausgelegt beziehungsweise dimensioniert werden.
Beispielsweise kann das erste Teilbordnetz 7 als Antriebsbordnetz oder Traktionsbordnetz bezeichnet werden. Das zweite Teilbordnetz 9 kann beispielsweise als Nebenaggregatebordnetz bezeichnet werden.
Beispielsweise kann das erste Schaltelement S1 als DC-Ladeschütze ausgebildet sein. Das zweite Schaltelement S2 kann als Traktionsschütze ausgebildet sein.
Um das elektrische Bordnetz 3 besonders effizient betreiben zu können, kann vorgesehen sein, dass für den Start des Ladevorgangs beziehungsweise für den Ladebetrieb der Fahrzeugbatterie 2 das elektrische Bordnetz 3 vor dem Zuschalten der Fahrzeugbatterie 2 vorgeladen wird. Somit kann das elektrische Bordnetz 3 auf ein vorgegebenes Spannungsniveau angehoben werden.
In der nachfolgenden 3 wird ein schematischer Ablauf eines Vorladevorgangs des elektrischen Bordnetzes 3 des Fahrzeugs 1 geschildert. Der Vorladevorgang wird insbesondere unmittelbar, also direkt zeitlich vor dem Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 durchgeführt. Insbesondere wird der Vorladevorgang unmittelbar vor dem nachfolgenden Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 durchgeführt. Somit erfolgt zeitlich gesehen der Vorladevorgang direkt bevor der Ladevorgang durchgeführt wird. Insbesondere kann der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 erst dann durchgeführt werden, wenn der Vorladevorgang des elektrischen Bordnetzes 3 durchgeführt wurde.
In einem optionalen ersten Schritt S1 kann die Fahrzeugbatterie 2, insbesondere das dritte Teilbordnetz 3, mittels des zweiten Schaltelements S2 und des Wechselschalters WS mit dem zweiten Teilbordnetz 9 des elektrischen Bordnetzes 3 galvanisch verbunden werden. Zusätzlich kann mittels des ersten Schaltelements S1 die Fahrzeugbatterie 2 von einem Ladepfad 14 (vergleiche 2), welcher den Ladeanschluss 2 beinhaltet, galvanisch getrennt werden. Dabei können das erste Teilbordnetz 9 und das zweite Teilbordnetz 9 mittels des Wechselschalters WS von dem Ladepfad 14 und insbesondere von dem Ladeanschluss 6 galvanisch getrennt werden. Somit ist in diesem Zustand die Stromquelle 4 nur mit dem fahrzeugseitigen Ladeanschluss 6 und somit mit dem Ladepfad 14 verbunden. Mit anderen Worten wird in diesem ersten Schritt S1 der Ausgangszustand für das Vorladen des elektrischen Bordnetzes 3 erläutert. Beispielsweise kann während dieses Ausgangszustandes ein HV-Bordnetz des Fahrzeugs 1 entladen werden. Des Weiteren ist als Ausgangszustand, insbesondere während des Vorladevorgangs, das Schaltelement 12 der Halbleitersicherung HLS geöffnet.
In einem optionalen nachfolgenden zweiten Schritt S2 kann beispielsweise zumindest eine Leitungskapazität C1 des Ladepfads 14 des elektrischen Bordnetzes 3 mit der mit dem Ladepfad 14 verbundenen Stromquelle 4 auf einen ersten Spannungswert vorgeladen werden. Insbesondere wird in diesem Vorgang ein Zwischenkreis des Ladepfads 14 auf den ersten Spannungswert vorgeladen.
In einem nachfolgenden optionalen dritten Schritt S3 kann zumindest ein Kondensator C2 des zweiten Teilbordnetzes 9 mit der Fahrzeugbatterie 2 auf einen zweiten Spannungswert vorgeladen werden. Dabei kann ebenfalls hierbei ein Zwischenkreis des zweiten Teilbordnetzes 9 vorgeladen werden. Somit wird der Kondensator C2 mittels der Verbindung zwischen dem Wechselschalter WS zu der Fahrzeugbatterie 2 mittels der Batteriespannung U_Batt auf den zweiten Spannungswert als Zielspannung vorgeladen. Dabei kann der zumindest eine Kondensator C2 des zweiten Teilbordnetzes 9 durch Umwandlung der Batteriespannung U_Batt der Fahrzeugbatterie 2 mittels eines Gleichspannungswandlers 15 (vergleiche 2) des zweiten Teilbordnetzes 9 durchgeführt werden. Bei dem Gleichspannungswandler 15 kann es sich beispielsweise um einen DC/DC-Wandler handeln.
Insbesondere können der Schritt S2 und Schritt S3 gleichzeitig, also parallel, durchgeführt werden. Somit kann der Vorladevorgang des elektrischen Bordnetzes 3 effizienter durchgeführt werden. Optional kann der erste und/oder zweite Spannungswert in Abhängigkeit von der Batteriespannung U_Batt eingestellt beziehungsweise definiert werden. Insbesondere kann die Batteriespannung U_Batt einen Spannungswert von 800 Volt aufweisen. Dabei kann also der erste und/oder zweite Spannungswert insbesondere 800 Volt betragen. Um die Halbleitersicherung HS unidirektional sperrend einsetzen zu können, kann der zweite Spannungswert im Vergleich zu dem ersten Spannungswert eine Spannungsdifferenz von beispielsweise 10 Volt, insbesondere 20 Volt, vorteilhafterweise 30 Volt, aufweisen. Somit kann der Wechselschalter WS lastfrei geschaltet werden.
In einem nachfolgenden optionalen vierten Schritt S4 kann überprüft werden, welchen Ladezustand die beiden Kondensatoren beziehungsweise Kapazitäten C1, C2 aufweisen. Somit kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Ladezustand der Kondensatoren beziehungsweise C1, C2 der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 des Fahrzeugs 1 mittels der Stromquelle 4 durchgeführt werden.
Insbesondere erfolgt der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 dann, wenn die Leitungskapazität C1 des Ladepfads 14 auf den ersten Spannungswert und der Kondensator C2 des zweiten Teilbordnetzes 9 auf den zweiten Spannungswert aufgeladen wurden. Wenn dies der Fall ist, so kann beispielsweise mit einer Vorladeschaltvorrichtung des elektrischen Bordnetzes 3 die Fahrzeugbatterie 2 mittels des ersten Schaltelements S1 mit dem Ladepfad 14 galvanisch verbunden und mittels des zweiten Schaltelements S2 und des Wechselschalters WS von dem zweiten Teilbordnetz 9 galvanisch getrennt werden. Somit kann die Fahrzeugbatterie 2 mittels der Ladespannung U_L geladen werden. Somit erfolgt hier ein Schaltvorgang, insbesondere lastfrei, des Wechselschalters WS, sodass zum einen die Fahrzeugbatterie 2 mittels der Ladespannung U_L geladen werden kann und die elektrischen Komponenten 10 des zweiten Teilbordnetzes 9 ebenfalls mittels der Ladespannung U_L von der Stromquelle 4 versorgt werden.
In einem optionalen zusätzlichen beziehungsweise parallelen Schritt S5 kann während des Umschaltens auf den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 das erste Teilbordnetz 7, insbesondere die elektrische Antriebseinheit 5, entladen werden. Somit kann hier eine Spannungsfreiheit hergestellt werden.
In einem zusätzlichen optionalen sechsten Schritt S6 kann für den endgültigen Ladebetrieb beziehungsweise Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 zusätzlich das Schaltelement 12 der Halbleitersicherung HLS geschlossen werden. Dies kann eine endgültige Spannungsanpassung des zweiten Teilbordnetzes 9 an das Spannungsniveau der Stromquelle 4 erfolgen. In einem abschließenden optionalen siebten Schritt S7 kann nun zum einen die Fahrzeugbatterie 2 mittels der Stromquelle 4 aufgeladen werden und währenddessen die elektrischen Komponenten 10 des zweiten Teilbordnetzes 9 versorgt werden. Parallel dazu sind das erste Teilbordnetz 7 und insbesondere die elektrischen Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs spannungsfrei.
In den nachfolgenden Figuren 4 und 5 werden zwei weitere mögliche Schaltdarstellungen des elektrischen Bordnetzes 3 dargestellt. Dabei kann beispielsweise, wie in der 4 zu sehen, die hybride Schaltvorrichtung 13 zusätzlich mit einer elektrischen Ladeeinheit 16 des elektrischen Bordnetzes 3 galvanisch verbunden werden. Somit erfüllt in diesem Fall die hybride Schaltvorrichtung 13 mehrere Funktionalitäten. Die elektrische Ladeeinheit 16 ist insbesondere als Onbord-Lader ausgebildet. Mithilfe der elektrischen Ladeeinheit 16 kann das elektrische Bordnetz 3 an einer Wechselstromquelle 17 angeschlossen werden, sodass mithilfe der elektrischen Ladeeinheit 16 die Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Versorgen des elektrischen Bordnetzes 3 umgewandelt werden kann.
Eine weitere Variante ist in 5 gezeigt. Dabei kann zusätzlich zu der elektrischen Ladeeinheit 16 der Gleichspannungswandler 15 mit der hybriden Schaltvorrichtung 13 galvanisch verbunden werden. Somit kann zum einen die umgewandelte Wechselspannung der Wechselstromquelle 17 und die umgewandelte Spannung des Gleichspannungswandlers vor der Halbleitersicherung HLS durchgeführt werden, sodass nach den jeweiligen Umwandlungen der Spannungen diese durch die Halbleitersicherung HLS bereits abgedeckt sind. Somit können insbesondere die elektrischen Komponenten 10 des zweiten Teilbordnetzes 9 besser geschützt werden.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Fahrzeugbatterie
3: elektrisches Bodnetz
4: fahrzeugexterne Stromquelle
5: elektrische Antriebseinheit
6: Ladeanschluss
7: erste Teilbordnetz
8: drittes Teilbordnetz
9: zweite Teilbordnetz
10: elektrische Komponenten
11: Halbleiterschalter
12: Schaltelement
13: hybride Schaltvorrichtung
14: Ladepfad
15: Gleichspannungswandler
16: Ladeeinheit
17: Wechselstromquelle
C1: Leitungskapazität
C2: Kondensatoren
D: Diode
HLS: Halbleitersicherung
HV+, HV-: Potentialleitungen
UBatt: Batteriespannung
UL: Ladespannung
S: Sicherung
S1, S2: erstes und zweites Schaltelement
WS: Wechselschalter
S1 bis S7: erster bis siebter Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102019008853 A1 [0003]
DE 102019008824 A1 [0004]
DE 1020209006443 A1 [0005]

Claims

Elektrisches Bordnetz (3) für ein Fahrzeug (1), mit - einem ersten Teilbordnetz (7) für eine elektrische Antriebseinheit (5) des Fahrzeugs (1), - einem zweiten Teilbordnetz (9) für von der elektrischen Antriebseinheit (5) verschiedenen elektrische Komponenten (10) des Fahrzeugs (1), - einem dritten Teilbordnetz (8) für eine Fahrzeugbatterie (2) des Fahrzeugs (1), - einem Ladeanschluss (6) zum Bereitstellen einer Ladespannung (U_L) einer Stromquelle (4), dadurch gekennzeichnet, dass - ein Wechselschalter (WS), ein erstes Schaltelement (S1) und ein zweites Schaltelement (S2) des elektrischen Bordnetzes (3) körperlich zueinander getrennt sind, - das zweite Teilbordnetz (9) mittels des Wechselschalters (WS) entweder mit dem ersten Teilbordnetz (7) oder mit dem Ladeanschluss (6) galvanisch verbunden ist, - während eines elektrischen Ladebetriebs der Fahrzeugbatterie (2) der Ladeanschluss (6) mittels des ersten Schaltelements (S1) mit dem dritten Teilbordnetz (8) und mittels des Wechselschalters (WS) mit dem zweiten Teilbordnetz (9) galvanisch verbunden sind, und das erste Teilbordnetz (7) mittels des zweiten Schaltelements (S2) von dem dritten Teilbordnetz (8) und mittels des Wechselschalters (WS) von dem zweiten Teilbordnetz (9) galvanisch getrennt sind, und - während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs (2) der Ladeanschluss (6) mittels des ersten Schaltelement (S1) von dem dritten Teilbordnetz (8) und mittels des Wechselschalters (WS) von dem zweiten Teilbordnetz (9) galvanisch getrennt sind, und das erste Teilbordnetz (7) mittels des zweiten Schaltelements (S2) mit dem dritten Teilbordnetz (8) und mittels des Wechselschalters (WS) mit dem zweiten Teilbordnetz (9) galvanisch verbunden sind.
Elektrisches Bordnetz (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilbordnetz (9) mittels zwei Potentialleitungen (HV+, HV-) mit dem Wechselschalter (WS) verbunden ist, wobei zumindest eine der beiden Potentialleitungen (HV+, HV-) eine Halbleitersicherung (HLS) aufweist.
Elektrisches Bordnetz (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitersicherung (HLS) und der Wechselschalter (WS) zusammen eine hybride Schaltvorrichtung (13) bilden, wobei mit der hybriden Schaltvorrichtung (13) der Wechselschalter (HLS) lastfrei schaltbar und das zweite Teilbordnetz (9) vor einem Kurzschluss geschützt ist.
Elektrisches Bordnetz (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die hybride Schaltvorrichtung (13) zusätzlich mit einer elektrischen Ladeeinheit (16) des elektrischen Bordnetzes (3) galvanisch verbunden ist, oder - die hybride Schaltvorrichtung (13) zusätzlich mit der elektrischen Ladeeinheit (16) und mit einem Gleichspannungswandler (15) des zweiten Teilbordnetzes (9) galvanisch verbunden ist.
Elektrisches Bordnetz (3) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitersicherung (HLS) ein Schaltelement (12) aufweist, wobei mit dem Schaltelement (12) ein Stromfluss von dem Wechselschalter (WS) in Richtung des zweiten Teilbordnetzes (9) unterbindbar ist.
Elektrisches Bordnetz (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Potentialleitung (HV+, HV-) zwischen dem Wechselschalter (WS) und dem Ladeanschluss (6) eine elektrische Sicherung (S) aufweist.
Elektrisches Bordnetz (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Schaltelement (S1, S2) jeweils als ein Schütz oder als ein Halbleiterschalter ausgebildet sind.
Fahrzeug (1) mit einem elektrischen Bordnetz (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilbordnetzes (9) an zumindest eine der elektrischen Komponenten (10): elektrische Kältemittelverdichtereinheit, elektrische Heizeinheit, Wärmepumpe und Gleichspannungswandler, angeschlossen ist.
Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei - mit der Fahrzeugbatterie (2) eine Batteriespannung (U_Batt) bereitgestellt wird, und - mit dem Ladeanschluss (6) die Ladespannung (U_L) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - während des elektrischen Ladebetriebs der Fahrzeugbatterie (2) die Fahrzeugbatterie (2) und das zweite Teilbordnetz (9) mit der Ladespannung (U_L) des Ladeanschlusses (6) versorgt werden, und - während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs (1) das erste Teilbordnetz (7) und das zweite Teilbordnetz (9) mit der Batteriespannung (U_Batt) versorgt werden.