DE102022201066A1 - Elektrische Schaltung für ein Hochvoltnetz eines Fahrzeugs - Google Patents

Elektrische Schaltung für ein Hochvoltnetz eines Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst eine elektrische Schaltung (3) für ein Hochvoltnetz (2) eines Fahrzeuges, wobei das Hochvoltnetz (2) zumindest zwei elektrische Energiespeicher (4, 5) aufweist. Die elektrische Schaltung (3) umfasst zumindest eine erste Schalteinheit (8), eine zweite Schalteinheit (9) und eine dritte Schalteinheit (10) die über Polverbinder (15, 16, 17, 18) mit den Polen (4a, 4b, 4a, 5b) der elektrischen Energiespeicher (4,5) elektrisch verbunden sind und eine parallele und serielle Verschaltung der beiden elektrischen Energiespeicher (4,5) ermöglichen. Zudem umfasst die elektrische Schaltung (3) zumindest eine vierte Schalteinheit (11) und eine fünfte Schalteinheit (15) die mit je einem Polverbinder (15, 18) und mit je einem Verbraucheranschluss (19, 20) elektrisch verbunden sind. Der Verbraucheranschluss (19, 20) ist zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Verbrauchers (6) oder einer Ladeeinheit (7) ausgebildet. Die Schalteinheiten (8, 9, 10, 11, 12) sind zwischen einem elektrisch trennenden und einem elektrisch verbindenden Zustand umschaltbar, wobei die vierte Schalteinheit (11) und die fünfte Schalteinheit (12) in einem elektrisch trennenden Zustand galvanisch trennend sind, wobei die erste Schalteinheit (8), die zweite Schalteinheit (9) und die dritte Schalteinheit (10) als Halbleiterbauelemente ausgeführt sind, wobei von den drei Schalteinheiten (8, 9, 10), erste Schalteinheit (8), zwei Schalteinheit (9) und dritte Schalteinheit (10), zumindest eine Schalteinheit zwei Halbleiterbauelemente aufweist und zumindest eine andere Schalteinheit nur ein Halbleiterbauelement aufweist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung für ein Hochvoltnetz eines Fahrzeugs. Das Hochvoltnetz kann hierbei elektrische Energiespeicher und Leistungselektronik, wie etwa eine Traktionsmaschine und einen Inverter, umfassen. Die elektrische Schaltung ermöglicht ein trennen und schließen einer elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Energiespeichern und dem restlichen Hochvoltnetz.
  • Aktuelle Hochvoltnetze für Elektrofahrzeuge, umfassen einen oder mehrere Energiespeicher, zumindest eine Traktionsmaschine, einen Ladeanschluss, ein oder mehrere Nebenverbraucher (Kühlmittelverdichter, Durchlauferhitzer) und ein oder mehrere Inverter. Umfasst das Elektrofahrzeug einen Energiespeicher ist dieser über zwei Schalteinheiten mit dem restlichen Hochvoltnetz verbunden. Umfasst das Elektrofahrzeug mehrere Energiespeicher ist eine komplexere Verschaltung der elektrischen Energiespeicher mit dem Hochvoltnetz nötig. Bisher wurde diese elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Energiespeichern und dem restlichen Hochvoltnetz durch Hochspannungsrelais realisiert. Diese Hochspannungsrelais erlauben für eine galvanische Trennung der elektrischen Energiespeicher vom restlichen Hochvoltnetz und wurden daher aus Sicherheitsgründen eingesetzt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine erfindungsgemäße elektrische Schaltung für ein Hochvoltnetz eines Fahrzeuges weist fünf Schalteinheiten auf, wobei das Hochvoltnetz zumindest zwei elektrische Energiespeicher umfasst. Eine erste Schalteinheit ist zwischen einem ersten Polverbinder und einem zweiten Polverbinder angeordnet. Der erste Polverbinder ist zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Pols eines ersten elektrischen Energiespeichers ausgebildet. Der zweite Polverbinder ist zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Pols eines zweiten elektrischen Energiespeichers ausgebildet. Eine zweite Schalteinheit ist zwischen einem dritten Polverbinder und einem vierten Polverbinder angeordnet. Der dritte Polverbinder ist zur elektrischen Kontaktierung eines zweiten Pols des ersten elektrischen Energiespeichers ausgebildet. Der vierte Polverbinder ist zur elektrischen Kontaktierung eines zweiten Pols des zweiten elektrischen Energiespeichers ausgebildet. Eine dritte Schalteinheit ist zwischen dem zweiten Polverbinder und dem dritten Polverbinder angeordnet. Hierbei sind die erste Schalteinheit, die zweite Schalteinheit und die dritte Schalteinheit zwischen einem elektrisch trennenden und einem elektrisch verbindenden Zustand umschaltbar.
  • Durch diese Anordnung können der erste elektrische Energiespeicher und der zweite elektrische Energiespeicher sowohl parallel als auch seriell verschaltet werden. Befinden sich die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit in einem elektrisch verbindenden und die dritte Schalteinheit in einem elektrisch trennenden Zustand, dann sind der erste elektrische Energiespeicher und der zweite elektrische Energiespeicher parallel verschaltet. Befinden sich die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit in einem elektrisch trennenden und die dritte Schalteinheit in einem elektrisch verbindenden Zustand, dann sind der erste elektrische Energiespeicher und der zweite elektrische Energiespeicher seriell verschaltet. Hierbei ist die Gesamtspannung des ersten elektrischen Energiespeichers und des zweiten elektrischen Energiespeichers in einer seriellen Verschaltung höher als in einer parallelen Verschaltung. Durch die serielle Verschaltung können ebenso hohe Leistungen wie bei einer parallelen Verschaltung des ersten elektrischen Energiespeichers mit dem zweiten elektrischen Energiespeicher erreicht werden, allerdings mit geringen Strömen und daher geringerer Verlustleistung. Eine Versorgung eines elektrischen Verbrauchers biete sich damit über eine serielle Verschaltung an. Allerdings stellt nicht jede Ladesäule diese Ladespannung zur Verfügung. Eine parallele Verschaltung des ersten elektrischen Energiespeichers und des zweiten elektrischen Energiespeichers erlaubt es diese auch mit einer Ladesäulen zu laden die eine Ladespannung geringer als die Gesamtspannung des ersten elektrischen Energiespeichers und des zweiten elektrischen Energiespeichers bei einer seriellen Verschaltung.
  • Hierbei sind die erste Schalteinheit, die zweite Schalteinheit und die dritte Schalteinheit als Halbleiterbauelemente ausgeführt. Halbleiterbauelemente besitzen eine deutlich höhere Dynamik in ihrem Umschaltverhalten, eine höhere Lebensdauer, können kleiner gefertigt werden als Hochspannungsrelais und können einfacher und kostengünstiger auf höhere Spannungen angepasst werden. Durch die Ausführung der ersten Schalteinheit und/oder der zweiten Schalteinheit und/oder der dritten Schalteinheit als Halbleiterbauelemente können Kurzschlussströme sowohl in einer seriellen Verschaltung als auch in einer parallelen Verschaltung des ersten elektrischen Energiespeichers und des zweiten elektrischen Energiespeichers schneller als mit einem Hochspannungsrelais unterbrochen werden. Durch die kleinere Bauform der Halbleiterbauelemente können komplexere Schaltungen, wie hier für den Wechsel zwischen einer seriellen und parallelen Verschaltung des ersten elektrischen Energiespeichers mit dem zweiten elektrischen Energiespeicher benötigt, mit einem geringeren Bauraumzuwachs umgesetzt werden als mit Hochspannungsrelais.
  • Des Weiteren weist von der ersten Schalteinheit, der zweiten Schalteinheit und der dritten Schalteinheit zumindest eine Schalteinheit zwei Halbleiterbauelemente auf, die so angeordnet sind, dass ihre Sperrrichtungen entgegengesetzt sind, und zumindest eine Schalteinheit nur ein Halbleiterbauelement auf. Demnach könne zwei Schalteinheiten zwei Halbleiterbauelemente und eine Schalteinheit nur ein Halbleiterbauelement aufweisen, oder zwei Schalteinheiten können nur ein Halbleiterbauelement und eine Schalteinheit zwei Halbleiterbauelemente aufweisen. Die Schalteinheit mit zwei Halbleiterbauelementen sperrt einen Strom zunächst in jede Richtung, bis das Halbleiterbauelement, gegen dessen Sperrrichtung ein Strom fließen möchte, in einen elektrisch verbindenden Zustand geschaltet wird. Die Schalteinheit mit einem Halbleiterbauelement sperrt den Strom zunächst nur in eine Richtung. Durch diese Aufteilung der Transistoren ist es möglich die für die parallele Verschaltung verantwortlichen Schalteinheiten mit jeweils einem Transistor auszustatten, so dass ein Ladestrom fließen kann, ein Entladestrom allerdings gesperrt wird, oder ein Entladestrom fließen kann, allerdings ein Ladestrom gesperrt wird. Gleichzeitig würde die für die dritte Schalteinheit und damit die serielle Verschaltung zwei Transistoren aufweisen und zunächst immer einen Strom sperren. Auch ist es möglich die für die parallele Verschaltung verantwortlichen Schalteinheiten mit zwei Transistoren auszustatten und somit einen Lade- und Entladestrom zunächst zu sperren. Die für die serielle Verschaltung zuständige, dritte Schalteinheit würde dann nur einen Transistor aufweisen, dieser würde je nach Ausrichtung ein Ladestrom oder ein Entladestrom sperren. Die Anpassung dieser Aufteilung der Transistoren der ersten Schalteinheit, der zweiten Schalteinheit und der dritten Schalteinheit ist im Weiteren genauer aufgezeigt und erlaubt es, für die das Anwendungsszenario überflüssige, Transistoren einzusparen. So muss nicht jede Schalteinheit über zwei Transistoren verfügen.
  • Eine vierte Schalteinheit ist zwischen dem ersten Polverbinder und einem ersten Verbraucheranschluss angeordnet. Eine fünfte Schalteinheit ist zwischen dem vierten Polverbinder und einem zweiten Verbraucheranschluss angeordnet. Der erste Verbraucheranschluss und der zweite Verbraucheranschluss sind zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Verbrauchers und/oder eine Ladeeinheit ausgebildet. Durch die Anbindung der vierten Schalteinheit und der fünften Schalteinheit an den ersten Polverbinder und den vierten Polverbinder wird die parallel Verschaltung des ersten elektrischen Energiespeichers und des zweiten elektrischen Energiespeichers nicht unterbrochen. Des Weiteren sind die vierte Schalteinheit und die fünfte Schalteinheit in einem elektrisch trennenden Zustand galvanisch trennend. Hierdurch kann eine sichere Trennung zwischen dem ersten elektrischen Energiespeicher und dem zweiten elektrischen Energiespeicher und einem elektrischen Verbraucher und/oder einer Ladeeinheit erfolgen.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bevorzugt sind die Halbleiterbauteile der ersten Schalteinheit, der zweiten Schalteinheit und der dritten Schalteinheit als Transistoren ausgeführt. Transistoren ermöglichen es, gegenüber einfachen Dioden, durch eine Steuerspannung einen Stromfluss auch gegen dessen Sperrrichtung fließen zu lassen. Hierdurch kann mit einem Transistor ein Stromfluss in beide Richtungen ermöglicht werden, was mit einer einfachen Diode nicht möglich wäre.
  • Besonders bevorzugt sind die Transistoren der dritten Schalteinheit so angeordnet, dass ihre Sperrrichtungen entgegengesetzt und über ihre Source-Seite miteinander elektrisch verbunden sind. Hierdurch kann sowohl ein Ladestrom als auch ein Entladestrom des ersten elektrischen Energiespeichers und des zweiten elektrischen Energiespeichers über eine serielle Verschaltung kontrolliert werden, da der Strom zunächst in beide Richtungen gesperrt wird.
  • Weiter besonders bevorzugt sind die Transistoren der ersten Schalteinheit und der zweiten Schalteinheit so angeordnet, dass ihre Sperrrichtung mit einem Ladestrom zum Laden des ersten elektrischen Energiespeichers und des zweiten elektrischen Energiespeichers und entgegen eines Entladestrom zum Entladen des ersten elektrischen Energiespeichers und des zweiten elektrischen Energiespeichers ausgerichtet sind. Hierdurch ist es möglich den ersten elektrischen Energiespeicher und den zweiten elektrischen Energiespeicher über eine parallele Verschaltung zu Laden, ohne die Transistoren aktiv in einem elektrisch verbindenden Zustand schalten zu müssen. Zum Entladen des ersten elektrischen Energiespeichers und des zweiten elektrischen Energiespeichers über eine parallele Verschaltung müssten die Transistoren der ersten Schalteinheit und der zweiten Schalteinheit in einen elektrisch verbinden Zustand geschaltet werden. Diese Ausrichtung der Transistoren ist an das zuvor beschriebene Szenario angepasst, dass der erste elektrische Energiespeicher und der zweite elektrische Energiespeicher über eine Ladeeinheit geladen werden, die über eine geringere Ladespannung verfügt als die Gesamtspannung einer seriellen Verschaltung des ersten elektrischen Energiespeichers und des zweiten elektrischen Energiespeichers. Durch diese Anpassung ist es möglich jeweils einen Transistor in der ersten Schalteinheit und der zweiten Schalteinheit einzusparen.
  • In einer alternative Ausführungsform weisen die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit jeweils zwei, gegen ihre Sperrrichtungen angeordnete, Transistoren auf. Die dritte Schalteinheit weist einen Transistor auf, welcher mit der elektrischen Verbindung zwischen den beiden Transistoren der ersten Schalteinheit und der elektrischen Verbindung der beiden Transistoren der zweiten Schalteinheit elektrisch kontaktiert ist. Diese Anordnung ermöglicht sowohl eine serielle als auch eine parallele Verschaltung des ersten elektrischen Energiespeichers und des zweiten elektrischen Energiespeichers. Durch diese elektrische Anbindung des Transistors der dritten Schalteinheit zwischen den Transistoren der ersten Schalteinheit und der zweiten Schalteinheit, können sämtliche für eine parallele und serielle Verschaltung benötigte Transistoren in einem Bauteil untergebracht werden. Dies verringert die Komplexität und Dauer der Montage der elektrischen Schaltung in das Hochvoltnetz des Fahrzeugs.
  • Bevorzugt sind, in der alternativen Ausführungsform, die Transistoren der ersten Schalteinheit über ihre Source-Seite und die Transistoren der zweiten Schalteinheit über ihre Drain-Seite elektrisch verbunden. Die Sperrrichtung des Transistors der dritten Schalteinheit ist mit eine Entladestrom und gegen einen Ladestrom zwischen dem zweiten Polverbinder und den dritten Polverbinder ausgerichtet. Durch diese Anordnung sind die Sperrrichtungen des ersten Transistors der zweiten Schalteinheit, des Transistors der dritten Schalteinheit und des ersten Transistors der zweiten Schalteinheit mit einem Entladestrom und gegen einen Ladestrom zwischen dem zweiten Polverbinder und dem dritten Polverbinder angeordnet. Ein Entladestrom zwischen dem ersten Polverbinder und dem vierten Polverbinder fließt daher seriell ab. Für eine parallele Verschaltung des ersten elektrischen Energiespeichers mit dem zweiten elektrischen Energiespeicher befinden sich die beiden Transistoren der zweiten Schalteinheit und die beiden Transistoren der zweiten Schalteinheit in einem elektrisch verbindenden und der Transistor der dritten Schalteinheit in einem elektrisch trennenden Zustand.
  • Bevorzugt umfasst die elektrische Schaltung einen Ladeanschluss zur elektrischen Verbindung mit einer Ladeinheit. Der Ladeanschluss ist zur elektrischen Kontaktierung der Ladeeinheit ausgebildet. Durch die Ladeeinheit können der erste elektrische Energiespeicher und der zweite elektrische Energiespeicher geladen werden. Hierzu ist der Ladeanschluss über eine sechste Schalteinheit mit dem ersten Verbraucheranschluss und über eine siebte Schalteinheit mit dem zweiten Verbraucheranschluss elektrisch verbunden. Die sechste Schalteinheit und die siebte Schalteinheit sind zwischen einem elektrische verbindenden und einem elektrisch trennenden Zustand umschaltbar. Befinden sich die viert Schalteinheit, die fünfte Schalteinheit, die sechste Schalteinheit und die siebte Schalteinheit, in einem elektrisch verbindenden Zustand kann der erste elektrische Energiespeicher und der zweite elektrische Energiespeicher über eine parallele oder eine serielle Verschaltung geladen werden.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltnetz eines Fahrzeuges mit einer elektrischen Schaltung, wobei der erste elektrische Energiespeicher und der zweite elektrische Energiespeicher des Hochvoltnetzes als eine erste Batterie und eine zweite Batterie ausgeführt sind. Hierbei umfassen die erste Batterie und die zweite Batterie jeweils zwei ungleichnamige Pole. Der erste Pol der ersten Batterie ist mit dem ersten Polverbinder und der zweite Pol der ersten Batterie mit dem dritten Polverbinder und der erste Pol der zweiten Batterie mit dem zweiten Polverbinder und der zweite Pol der zweiten Batterie mit dem vierten Polverbinder elektrisch verbunden.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug welche ein Hochvoltnetz und eine elektrische Schaltung umfasst, sowie einen elektrischen Verbraucher. Der elektrische Verbraucher ist insbesondere ein elektrischer Fahrzeugantrieb mit zwei ungleichnamigen Polen. Ein erster Pol des elektrischen Fahrzeugantriebs ist mit dem ersten Verbraucheranschluss und ein zweiter Pol des elektrischen Fahrzeugantriebs mit dem zweiten Verbraucheranschluss elektrisch verbunden.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
    • 1 Eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Hochvoltnetz und einer elektrischen Schaltung gemäß einem Ausführungsbespiel der Erfindung,
    • 2 eine schematische Ansicht einer ersten Alternative der elektrischen Schaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Hochvoltnetz und einer Ladeeinheit, und
    • 3 eine schematische Ansicht einer zweiten Alternative der elektrischen Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Hochvoltnetz und einer Ladeinheit.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt ein schematisches Fahrzeug 1 welches ein Hochvoltnetz 2 und eine elektrische Schaltung 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst. Hierbei sind das Hochvoltnetz 2 und die elektrische Schaltung 3 elektrisch miteinander verbunden.
  • 2 zeigt schematisch eine erste Variante der elektrischen Schaltung 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Hochvoltnetz 2 umfasst eine erste Batterie 4 und eine zweite Batterie 5 mit zwei ungleichnamigen Polen 4a, 4b, 5a, 5b. Ein erster Pol 4a der ersten Batterie 4 ist mit einem ersten Polverbinder 15 und ein zweiter Pol 4b der ersten Batterie 4 mit einem dritten Polverbinder 17 elektrisch verbunden. Ein erster Pol 5a der zweiten Batterie 5 ist mit einem zweiten Polverbinder 16 und ein zweiter Pol 5b einer zweiten Batterie 5 mit einem vierten Polverbinder 18 elektrisch verbunden.
  • Eine erste Schalteinheit 8 ist mit einem ersten Polverbinder 15 und einem zweiten Polverbinder 16 elektrisch verbunden. Eine zweite Schalteinheit 9 ist mit einem dritten Polverbinder 17 und mit einem vierten Polverbinder 18 elektrisch verbunden. Die erste Schalteinheit 8 und die zweite Schalteinheit 9 sind zwischen einem elektrisch trennenden und einem elektrisch verbindenden Zustand umschaltbar. Diese Anordnung der ersten Schalteinheit 8 und der zweiten Schalteinheit 9 ermöglicht eine parallele Verschaltung der ersten Batterie 4 und der zweiten Batterie 5. Die erste Schalteinheit 8 und die zweite Schalteinheit 9 weisen jeweils einen Transistor 8a, 9a auf. Beide Transistoren sind so ausgerichtet, dass deren Sperrrichtungen mit einem Ladestrom und gegen einen Entladestrom zeigen. Ein, zwischen dem vierten Polverbinder 18 und dem ersten Polverbinder 15, applizierter Ladestrom würde über die beiden Transistoren 8a, 9a der ersten Schalteinheit 8 und der zweiten Schalteinheit 9 in die erste Batterie 4 und die zweite Batterie 5 fließen. Ein Entladestrom, zwischen dem ersten Polverbinder 15 und dem vierten Polverbinder 18, würde gegen die Sperrrichtung der beiden Transistoren 8a, 9a der ersten Schalteinheit 8 und der zweiten Schalteinheit 9 fließen wollen und würde durch die Transistoren 8a, 9a blockiert. Nur durch ein aktives Umschalten der Transistoren 8a, 9a der ersten Schalteinheit 8 und der zweiten Schalteinheit 9, in einen elektrisch verbindenden Zustand, kann ein Entladestrom aus der ersten Batterie 4 und der zweiten Batterie 5 über die erste Schalteinheit 8 und die zweite Schalteinheit 9 in das restliche Hochvoltnetz 2 fließen.
  • Eine dritte elektrische Verbindung 10 ist zwischen dem zweiten Polverbinder 16 und dem dritten Polverbinder 17 elektrisch verbunden. Die dritte Schalteinheit 10 weist zwei, gegen ihre Sperrrichtung angeordnete, Transistoren 10a, 10b auf, die zwischen einem elektrisch trennenden und einem elektrisch verbindenden Zustand umschaltbar sind. Die dritte Schalteinheit 10 ermöglicht eine serielle Verbindung zwischen der ersten Batterie 4 und der zweiten Batterie 5. Durch die gegen ihre Sperrrichtungen angeordneten Transistoren 10a, 10b der dritten Schalteinheit 10 zeigen beide Transistoren 10a, 10b in beide Richtungen. Hierdurch blockiert immer einer der beiden Transistoren 10a, 10b der dritten Schalteinheit 10 einen Ladestrom oder einen Entladestrom. Erst durch aktives Umschalten des Transistors 10a, 10b, gegen dessen Sperrrichtung ein Strom fließen möchte, in einen elektrisch verbindenden Zustand kann dieser Strom über die dritte Schalteinheit 10 fließen. Wird zwischen dem ersten Polverbinder 15 und dem zweiten Polverbinder 16 ein Ladestrom appliziert, dann sperrt die dritte Schalteinheit 10 diesen Strom und die erste Batterie 4 und die zweite Batterie 5 werden über die erste Schalteinheit 8 und die zweite Schalteinheit 9 geladen. Bei diesem Ladevorgang sind die erste Batterie 4 und die zweite Batterie 5 parallel verschaltet. Für einen Entladevorgang mit einer seriellen Verschaltung der ersten Batterie 4 und der zweiten Batterie 5 muss der Transistor 10a, 10b der dritten Schalteinheit 10, gegen dessen Sperrrichtung der Entladestrom fließen möchte, sich in einem elektrisch verbindenden Zustand befinden.
  • Eine vierte Schalteinheit 11 ist mit dem ersten Polverbinder 15 und einem ersten Verbraucheranschluss 19 elektrisch verbunden. Eine fünfte Schalteinheit 12 ist mit dem vierten Polverbinder 18 und einem Verbraucheranschluss 20 elektrisch verbunden. Der erste Verbraucheranschluss 19 und der zweite Verbraucheranschluss 20 sind zur elektrischen Kontaktierung mit elektrischen Verbrauchern 6 und/oder elektrischen Ladeeinheiten 7 ausgebildet. Dier vierte Schalteinheit 11 und die fünfte Schalteinheit 12 sind zwischen einem elektrisch trennenden und einem elektrisch verbindenden Zustand umschaltbar. Insbesondere sind die vierte Schalteinheit 11 und die fünfte Schalteinheit 12 in einem elektrisch trennenden Zustand galvanisch trennend.
  • Durch diese Anordnung kann das restliche Hochvoltnetz 2 galvanisch von der ersten Batterie 4 und der zweiten Batterie 5 getrennt werden. Befinden sich die vierte Schalteinheit 11 und die fünfte Schalteinheit 12 in einem elektrischen trennenden Zustand wird hierbei eine parallele Verschaltung der ersten Batterie 4 mit der zweiten Batterie 5 unterbrochen.
  • Das Hochvoltnetz 2 umfasst zudem einen elektrischen Verbraucher 6, welcher zwei ungleichnamige Pole 6a, 6b aufweist. Ein erster Pol 6a des elektrischen Verbrauchers 6 ist mit dem ersten Verbraucheranschluss 19 elektrisch verbunden. Ein zweiter Pol 6b des elektrischen Verbrauchers 6 ist mit dem zweiten Verbraucheranschluss 20 elektrisch verbunden. Hierdurch kann ein elektrischer Verbraucher 6 durch die erste Batterie 4 und die zweite Batterie 5 mit Strom versorgt werden. Hierzu befinden sich die vierte Schalteinheit 11 und die fünfte Schalteinheit 12 in einem elektrisch verbindenden Zustand.
  • Eine sechste Schalteinheit 13 ist mit dem ersten Verbraucheranschluss 19 und einem Ladeanschluss 21 elektrisch verbunden. Eine siebte Schalteinheit 14 ist mit dem zweiten Verbraucheranschluss 20 und dem Ladeanschluss 21 elektrisch verbunden. Der Ladeanschluss 21 ist zur elektrischen Kontaktierung einer Ladeeinheit 7 ausgebildet. Die Ladeeinheit 7 ist zum Laden der ersten Batterie 4 und der zweiten Batterie mit Strom ausgebildet 5. Die sechste Schalteinheit 13 und die siebte Schalteinheit 14 können zwischen einem elektrisch trennenden und einem elektrisch verbindenden Zustand umgeschaltet werden. Insbesondere sind die sechste Schalteinheit 13 und die siebte Schalteinheit 14 in einem elektrisch trennenden Zustand galvanisch trennend.
  • 3 zeigt eine zweite Variante der elektrischen Schaltung 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Elemente des Hochvoltnetzes 2, erste Batterie 4, zweite Batterie 5, elektrischer Verbraucher 6 und Ladeeinheit 7 unterscheiden sich nicht von den zuvor beschriebenen und in 2 gezeigte Komponenten. Die erste Schalteinheit 8 ist mit dem ersten Polverbinder 15 und dem zweiten Polverbinder 16 elektrisch verbunden und weist zwei Transistoren 8a, 8b auf. Die zweite Schalteinheit 9 ist mit dem dritten Polverbinder 17 und dem vierten Polverbinder 18 elektrisch verbunden. Die erste Schalteinheit 8 und die zweite Schalteinheit 9 sind jeweils als zwei, gegen ihre Sperrrichtung angeordnete, Transistoren 8a, 8b, 9a, 9b ausgeführt. Die Transistoren 8a, 8b der ersten Schalteinheit 8 sind über ihre Source-Seite und die Transistoren 9a, 9b der zweiten Schalteinheit 9 über ihre Drain-Seite elektrisch miteinander verbunden. Die dritte Schalteinheit 10 weist einen Transistor 10a auf, der mit der elektrischen Verbindung zwischen den Transistoren 8a, 8b der ersten Schalteinheit 8 und der elektrischen Verbindung zwischen den Transistoren 9a, 9b der zweiten Schalteinheit 9 elektrisch verbunden ist. Durch diese räumliche Nähe der Transistoren 8a, 8b, 9a, 9b, 10a der ersten Schalteinheit 8, der zweiten Schalteinheit 9 und der dritten Schalteinheit 10 können deren Transistoren 8a, 8b, 9a, 9b, 10a in einem Bauteil untergebracht werden. Dies erleichtert die Montage der ersten Schalteinheit 8, der zweiten Schalteinheit 9 und der dritten Schalteinheit 10 in das Hochvoltnetz 2 und verringert hierdurch die Komplexität und die Fertigungskosten.
  • Für eine serielle Verschaltung der ersten Batterie 4 mit der zweiten Batterie 5 befinden sich der zweite Transistor 8b der ersten Schalteinheit 8 und der zweite Transistor 9b der zweiten Schalteinheit 9 in einem elektrisch trennenden Zustand und der erste Transistor 8a der ersten Schalteinheit 8 und der erste Transistor 9a der zweiten Schalteinheit 9 und der Transistor 10a der dritten Schalteinheit 10 in einem elektrisch verbindenden Zustand. Für eine parallele Verschaltung der ersten Batterie 4 mit dem zweiten Batterie 5 befindet sich der Transistor 10a der dritten Schalteinheit 10 in einem elektrisch trennenden und die jeweils beiden Transistoren 8a, 8b, 9a, 9b der ersten Schalteinheit 8 und der zweiten Schalteinheit 9 in einem elektrisch verbindenden Zustand.

Claims (9)

  1. Elektrische Schaltung (3) für ein Hochvoltnetz (2) eines Fahrzeuges (1), wobei das Hochvoltnetz (2) zumindest zwei elektrische Energiespeicher (4, 5) aufweist, die elektrische Schaltung (3) umfassend: - zumindest eine erste Schalteinheit (8) die zwischen einem ersten Polverbinder (15), ausgebildet zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Pols (4a) eines ersten elektrischen Energiespeichers (4), und einem zweiten Polverbinder (16), ausgebildet zur elektrische Kontaktierung eines ersten Pols (5a) eines zweiten elektrischen Energiespeichers (5), angeordnet ist, - zumindest eine zweite Schalteinheit (9) die zwischen einem dritten Polverbinder (17), ausgebildet zur elektrischen Kontaktierung eines zweiten Pols (4b) des ersten elektrischen Energiespeichers (4), und einem vierten Polverbinder (18), ausgebildet zur elektrischen Kontaktierung eines zweiten Pols (5b) des zweiten elektrischen Energiespeichers (5), angeordnet ist, - zumindest eine dritte Schalteinheit (10) die zwischen dem dritten Polverbinder (17) und dem zweiten Polverbinder (16) angeordnet ist, - zumindest eine vierte Schalteinheit (11) die zwischen dem ersten Polverbinder (15) und einem ersten Verbraucheranschluss (19), ausgebildet zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Verbrauchers (6) oder einer Ladeeinheit (7), angeordnet ist, - zumindest eine fünfte Schalteinheit (12) die zwischen dem vierten Polverbinder (18) und einem zweiten Verbraucheranschluss (20), ausgebildet zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Verbrauchers (6) oder einer Ladeeinheit (7), angeordnet ist, - wobei die erste Schalteinheit (8) und/oder die zweite Schalteinheit (9) und/oder die dritte Schalteinheit (10) und/oder die vierte Schalteinheiten (11) und/oder fünfte Schalteinheit (12) zwischen einem elektrisch trennenden und einem elektrisch verbindenden Zustand umschaltbar sind, - wobei die vierte Schalteinheit (11) und die fünfte Schalteinheit (12) in einem elektrisch trennenden Zustand galvanisch trennend sind, - wobei die erste Schalteinheit (8), die zweite Schalteinheit (9) und die dritte Schalteinheit (10) als Halbleiterbauelemente ausgeführt sind, - wobei von der ersten Schalteinheit (8), der zweiten Schalteinheit (9) und der dritten Schalteinheit (10) zumindest eine Schalteinheit zwei Halbleiterbauelemente aufweist, die so angeordnet sind, dass ihre Sperrrichtungen entgegengesetzt sind, und zumindest eine andere Schalteinheit nur ein Halbleiterbauelement aufweist.
  2. Elektrische Schaltung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinheit (8) und/oder die zweite Schalteinheit (9) jeweils einen Transistor (8a, 9a) aufweisen und die dritte Schalteinheit (10) zwei Transistoren (10a, 10b) aufweist.
  3. Elektrische Schaltung (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Transistoren (10a, 10b) der dritten Schalteinheit (10) so angeordnet sind, dass ihrer Sperrrichtungen entgegensetzet sind, wobei die Transistoren (10a, 10b) der dritten Schalteinheit (10) an ihrer Source-Seite miteinander elektrisch verbunden sind.
  4. Elektrische Schaltung (3) nach Anspruch 2 und/oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren (8a, 9a) der ersten Schalteinheit (8) und der zweiten Schalteinheit (9) so ausgerichtet sind, dass deren Sperrrichtungen mit einem Ladestrom zum Laden des ersten elektrischen Energiespeichers (4) und/oder des zweiten elektrischen Energiespeichers (5) und gegen einen Entladestrom zum Entladen des ersten elektrischen Energiespeichers (4) und/oder des zweiten elektrischen Energiespeichers (5) ausgerichtet sind.
  5. Elektrische Schaltung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinheit (8) und die zweite Schalteinheit (9) jeweils zwei Transistoren (8a, 8b, 9a, 9b) aufweisen, die jeweils so angeordnet sind, dass deren Sperrrichtungen entgegengesetzt sind, und die dritte Schalteinheit (10) einen Transistor (10a) aufweist, wobei der Transistor (10a) der dritten Schalteinheit (10) zwischen der elektrischen Verbindung der beiden Transistoren (8a, 8b) der ersten Schalteinheit (8) und der elektrischen Verbindung beiden Transistoren (9a, 9b) der zweiten Schalteinheit (9) elektrisch kontaktiert ist.
  6. Elektrische Schaltung (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren (8a, 8b) der ersten Schalteinheit (8) über ihre Source-Seite miteinander verbunden sind, die Transistoren (9a, 9b) der zweiten Schalteinheit (9) über ihre Drain-Seite miteinander verbunden sind und die Sperrrichtung des Transistors (10a) der dritten Schalteinheit (10) mit einem Entladestrom und gegen einen Ladestrom zwischen dem dritten Polverbinder (17) und dem zweiten Polverbinder (18) ausgerichtet ist.
  7. Elektrische Schaltung (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Ladeanschluss (21) zur Verbindung mit einer Ladeeinheit (7) zum Laden der elektrischen Energiespeicher (4, 5), die elektrische Schaltung (3) umfassend: - zumindest eine sechste Schalteinheit (13) die zwischen dem ersten Verbraucheranschluss (19) und einem Ladeanschluss (21), ausgebildet zur elektrischen Kontaktierung mit einer Ladeeinheit (7), angeordnet ist, - zumindest einer siebten Schalteinheit (14) die zwischen dem zweiten Verbraucheranschluss (20) und dem Ladeanschluss (21) angeordnet ist, - wobei die sechste Schalteinheit (13) und die siebte Schalteinheit (14) zwischen einem elektrisch trennenden und einem elektrisch verbindenden Zustand umschaltbar sind.
  8. Hochvoltnetz (2) eines Fahrzeuges (1) umfassend eine elektrische Schaltung (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, eine erste Batterie (4) mit zwei ungleichnamigen Polen (4a, 4b) als ersten elektrischen Energiespeicher (4) und eine zweite Batterie (5) mit zwei ungleichnamigen Polen (5a, 5b) als zweiten elektrischen Energiespeicher (5), wobei der erste Pol (4a) der ersten Batterie (4) mit dem ersten Polverbinder (15) elektrisch verbunden ist und der zweite Pol (4b) der ersten Batterie (4) mit dem dritten Polverbinder (17) elektrisch verbunden ist und der erste Pol (5a) der zweiten Batterie (5) mit dem zweiten Polverbinder (16) elektrisch verbunden ist und der zweite Pol (5b) der zweiten Batterie (5) mit dem vierten Polverbinder (18) elektrisch verbunden ist.
  9. Fahrzeug (1) umfassend eine elektrische Schaltung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder ein Hochvoltnetz (2) nach dem Anspruch 8, sowie zumindest einen elektrischen Verbraucher (6), insbesondere einen elektrischen Fahrzeugantrieb (6), der zwei ungleichnamige Pole (6a, 6b) aufweist, wobei ein erster Pol (6a) eines elektrischen Fahrzeugantriebs (6) mit dem ersten Verbraucheranschluss (19) und ein zweiter Pol (6b) eines elektrischen Fahrzeugantriebs (6) mit dem zweiten Verbraucheranschluss (20) elektrisch verbunden ist.
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