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Die Erfindung betrifft ein, insbesondere elektrisch angetriebenes, Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz.
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Bei einem Kraftfahrzeug, das X-by-Wire Anwendungen, wie beispielsweise Steer-by-Wire oder Brake-by-Wire, verwendet, ist eine möglichst hohe Ausfallsicherheit der Energieversorgung für diese Anwendung vorgesehen, denn beim Ausfall der Energieversorgung für eine solche fahrsicherheitstechnische Anwendung ist die Gefahr eines Unfalls vergleichsweise hoch.
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Aufgrund einer Reichweitensteigerung und bei bestimmten Ausgestaltungen einer Batterie für die Energieversorgung ist ein Bereich der von der Batterie bereitgestellte Spannung vergleichsweise groß. Bei einem vergleichsweise großen (Spannungs-) Bereich ist jedoch der Wirkungsgrad einer Spannungswandlung zwischen verschiedenen Spannungsebenen für ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs nachteilig reduziert.
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Au der
DE 10 2017 218 252 A1 ist eine Energiespeicheranordnung mit mehreren Zelleinheiten bekannt, welche jeweils zumindest eine Batteriezelle umfassen, und mit mehreren Wandlereinrichtungen, welche jeweils einer jeweiligen der Zelleinheiten zugeordnet sind und zu der zugeordneten Zelleinheit parallel geschaltet sind und dazu ausgelegt sind, eine an der zugeordneten Zelleinheit abgreifbare und an einem Wandler-Eingang der jeweiligen Wandlereinrichtung bereitgestellte erste Spannung in eine an einem Wandler-Ausgang der jeweiligen Wandlereinrichtung bereitgestellten zweiten Spannung zu wandeln.
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In der
DE 10 2018 213 901 A1 ist ein fehlertolerantes Bordnetzmodul mit zwei hintereinandergeschalteten DC/DC-Wandlern offenbart.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei dem eine Ausfallwahrscheinlichkeit der Energieversorgung für einen Verbraucher, der insbesondere für eine X-by-Wire-Anwendung vorgesehen ist, möglichst gering ist, und/oder bei dem der Wirkungsgrad einer Spannungswandlung zwischen einem Hochvoltnetz und einem Niedervoltnetz dessen Bordnetzes möglichst groß ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Kraftfahrzeug weist ein Bordnetz mit einem Hochvoltbordnetz auf, dessen Gleichspannung größer als 60 V, insbesondere zwischen 100 V und 1500 V, bevorzugt zwischen 140 V und 800 V, ist. Das Hochvoltbordnetz umfasst eine Hochvoltbatterie, mittels derer die elektrische Gleichspannung des Hochvoltbordnetzes bereitgestellt ist. Die Hochvoltbatterie umfasst eine erste Energiespeicheranordnung und eine zweite Energiespeicheranordnung. Die erste und die zweite Energiespeicheranordnung umfasst jeweils mindestens eine Batteriezelle, beispielsweise ausgebildet als Lithium-Ionen-Batteriezelle, vorzugsweise eine Vielzahl an Batteriezellen, die miteinander in Serie und/oder parallel zueinander geschaltet sind. Beispielsweise sind die Batteriezellen der jeweiligen Energiespeicheranordnung in einem oder in mehreren Zellmodulen (Batteriemodule) zusammengefasst. Bevorzugt sind die erste und die zweite Energiespeicheranordnung hinsichtlich der Anzahl und der Verschaltung deren Batteriezellen gleich aufgebaut. Insbesondere stellt die erste und die zweite Energiespeicheranordnung die gleiche Spannung bereit.
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Das Bordnetz des Kraftfahrzeugs weist ferner zwei Niedervoltbordnetze (Niedervoltnetze) auf, deren Gleichspannung kleiner oder gleich 60 V, insbesondere 12 V, 14,5 V, 24 V oder 48 V, ist. Die beiden Niedervoltbordnetze sind bevorzugt galvanisch voneinander getrennt, also elektrisch nichtleitend miteinander verbunden.
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Das Kraftfahrzeug umfasst des Weiteren einen ersten Gleichspannungswandler, welcher zur Wandlung einer Hochspannung in eine Niederspannung und/oder umgekehrt, also zur Wandlung einer Niederspannung in eine Hochspannung vorgesehen und eingerichtet ist. Vorzugsweise ist der erste Gleichspannungswandler also bidirektional betreibbar.
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Die beiden Niedervoltnetze, die erste Energiespeicheranordnung sowie die zweite Energiespeicheranordnung sind dabei anhand des (gemeinsamen) ersten Gleichspannungswandlers miteinander verbunden. Mit anderen Worten ist die erste Energiespeicheranordnung, die zweite Energiespeicheranordnung, sowie die beiden Niedervoltbordnetze an den ersten Gleichspannungswandler, insbesondere an einen jeweiligen Anschluss des Gleichspannungswandlers, angeschlossen. Mit anderen Worten ist der erste Gleichspannungswandler ein viertoriger DC-DC-Wandler. Also ist der der erste Gleichspannungswandler ein mehrfach DC-DC-Wandler.
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Bevorzugt ist weiterhin mittels des ersten Gleichspannungswandlers elektrische Energie von einer der beiden Energiespeicheranordnung auf die andere Energiespeicheranordnung, in eine der beiden Niedervoltnetze und/oder in beide Niedervoltnetze übertragbar. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist bevorzugt elektrische Energie von einem der Niedervoltnetze in das andere Niedervoltnetz, an eine der beiden Energiespeicheranordnungen und/oder an beide Energiespeicheranordnungen übertragbar. Zusammenfassend ist deshalb ein Betrieb von Verbrauchern in den Niedervoltbordnetzen anhand einer oder beider Energiespeicheranordnungen und/oder eine Rückspeisung von einem der Niedervoltbordnetzen an die Energiespeicheranordnungen ermöglicht, also vorteilhaft eine hohe Verfügbarkeit, mit anderen Worten eine hohe Ausfallsicherheit, realisiert. So können beispielsweise im Fehlerfall der Batterie eine deren Energiespeicheranordnungen abgeschaltet werden und beide Niedervoltbordnetze weiterhin anhand der anderen Energiespeicheranordnungen mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Für einen besonders hohen Wirkungsgrad bei der Spannungswandlung anhand des ersten Gleichspannungswandlers ist dieser bevorzugt derart ausgebildet, dass das Verhältnis der Hochspannung zu Niederspannung für alle Spannungswandlungsvorgänge stets gleich ist, beispielsweise stets 10:1 beträgt.
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Zur Spannungsanpassung ist zwischen den ersten Gleichspannungswandler und den Energiespeicheranordnungen jeweils ein zweiter Gleichspannungswandler geschaltet. Also ist zwischen den ersten Gleichspannungswandler und der ersten Energiespeicheranordnungen ein zweiter Gleichspannungswandler und zwischen dem ersten Gleichspannungswandler und der zweiten Energiespeicheranordnung ein weiterer zweiter Gleichspannungswandler geschaltet. Auf diese Weise ist es ermöglicht, Spannungsänderungen von einer der oder von beiden Energiespeicheranordnungen bereitgestellten Spannung derart auszugleichen, dass diese Spannung nach deren Wandlung anhand des ersten Gleichspannungswandlers einen für die Niedervoltbordnetze vorgesehenen Wert beträgt.
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Zusätzlich oder alternativ hierzu ist zwischen dem ersten Gleichspannungswandler und den Niedervoltbordnetzen jeweils ein dritter Gleichspannungswandler geschaltet. Mit anderen Worten ist zwischen den ersten Gleichspannungswandler und einem der Niedervoltbordnetze ein dritter Gleichspannungswandler und zwischen dem ersten Gleichspannungswandler und dem anderen Niedervoltbordnetz ein weiterer dritter Gleichspannungswandler geschaltet. Zusammenfassend ist es ermöglicht, eine Spannungsänderung von einer der oder von beiden Energiespeicheranordnungen bereitgestellten und anhand des ersten Gleichspannungswandler herabgesetzten Spannung auszugleichen und die heruntergesetzte Spannung auf einen für die Niedervoltbordnetze vorgesehenen Wert zu ändern.
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Eine solche Spannungsänderung tritt beispielsweise beim einer Änderung des Ladezustands der Batteriezellen oder bei einem Defekt einer der Batteriezellen und deren Wegschalten auf. Weiterhin ist ein derart ausgestaltetes Bordnetz mit einem ersten Gleichspannungswandler, sowie mit zweiten und/oder dritten Gleichspannungswandlern für mehrere Hochvoltbatterie-Typen mit unterschiedlicher Batteriespannung verwendbar.
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Zusammenfassend wird anhand des ersten Gleichspannungswandlers, anhand der zweiten Gleichspannungswandler und/oder anhand der dritten Gleichspannungswandler eine mehrstufige Spannungswandlung von der Spannung der jeweiligen Energiespeicheranordnung zur Spannung der Niedervoltbordnetze oder umgekehrt durchgeführt. Anhand der zweiten bzw. anhand der dritten Gleichspannungswandler ist vorteilhaft die Eingangsspannung für den ersten Gleichspannungswandler und/oder die Ausgangsspannung des ersten Gleichspannungswandlers für einen Verbraucher des jeweiligen Niedervoltbordnetztes bzw. für die jeweilige Energiespeicheranordnung für einen optimierten Wirkungsgrad anpassbar. Zusammenfassend ist der Wirkungsgrad einer derartig spannungsangepassten Wandlung vergleichsweise hoch zu einer Spannungswandlung lediglich anhand des ersten Spannungswandlers.
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Das Kraftfahrzeug ist zweckmäßigerweise als ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet. Hierzu umfasst das Kraftfahrzeug eine Traktionsbatterie, welche elektrische Energie für den (Traktions-)Antrieb bereitstellt. Dabei ist die Traktionsbatterie insbesondere die Hochvoltbatterie. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Nutzkraftwagen, wie ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Bus. Besonders bevorzugt jedoch ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (Pkw).
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Insbesondere ist mittels zumindest eines der Niedervoltbordnetze zumindest ein Assistenzsystem betrieben, das beispielsweise dem Bereitstellen von automatisierten Fahrfunktionen dient. Insbesondere ist das Assistenzsystem ein Lenksystem, ein Autopilot, ein Spurhalteassistent, ein Notbremsassistent oder ein sonstiges Assistenzsystem, insbesondere für ein autonom fahrendes Fahrzeug gemäß Level 3, Level 4 oder Level 5 gemäß der Norm „SAE J3016“ vorgesehen sind. Zusammenfassend umfasst das Kraftfahrzeug vorzugsweise mehrere Assistenzsysteme, die mittels der Niedervoltbordnetze betrieben sind, wobei eines dieser Assistenzsysteme insbesondere dem Betrieb des etwaigen Traktionsantriebs, eines etwaigen Bremssystems und/oder eines Lenksystems dient.
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Vorzugsweise ist die erste Energiespeicheranordnung elektrisch von der zweiten Energiespeicheranordnung trennbar, so dass in einem Fehlerfall, einer der Energiespeicheranordnungen beispielsweise bei einem Kurzschluss einer Batteriezelle dieser fehlerhaften Energiespeicheranordnung, eine Propagation des Fehlers auf die noch fehlerfreie Energiespeicheranordnung vermieden ist.
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Bevorzugt ist zudem die erste Energiespeicheranordnung und/oder die zweite Energiespeicheranordnung vom ersten Gleichspannungswandler wegschaltbar, also elektrisch trennbar. Im Fehlerfall ist somit lediglich die fehlerfreie Energiespeicheranordnung mit dem ersten Gleichspannungswandler gekoppelt.
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Beispielsweise sind die erste Energiespeicheranordnung und die zweite Energiespeicheranordnung in Reihe geschaltet. Alternativ hierzu ist sind die erste Energiespeicheranordnung und die zweite Energiespeicheranordnung parallel zueinander geschaltet. Je nachdem, ob die erste und die zweite Energiespeicheranordnung in Serie oder parallel zueinander geschaltet sind, wird bei einem Ausfall einer der Energiespeicheranordnungen infolge eines Fehlers und beim Wegschalten dieser ausgefallenen Energiespeicheranordnung eine von der Hochvoltbatterie bereitgestellte Spannung oder ein von dieser bereitstellbarer Strom entsprechend reduziert. Anhand der anderen Energiespeicheranordnung ist jedoch weiterhin ein Betrieb zumindest der sicherheitsrelevanter Verbraucher ermöglicht. Es ist zusammenfassend eine hohe Ausfallsicherheit für die sicherheitsrelevanten Verbraucher, wie beispielsweise ein Einrichtung für eine X-by-Wire Anwendung, realisiert.
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Die zweiten und/oder die dritten Gleichspannungswandler sind beispielsweise jeweils als ein Buck-Converter, ein Boost-Converter oder als ein Buck-Boost-Converter ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind der erste Gleichspannungswandler, der jeweilige zweite Gleichspannungswandler und/oder der jeweilige dritte Gleichspannungswandler jeweils ein bidirektionaler Gleichspannungswandler. Somit ist sowohl elektrische Energie von der Hochvoltbatterie für die Niedervoltnetze bereitstellbar, als auch Energie von den Niedervoltnetzen an das Hochvoltnetz, insbesondere an die Hochvoltbatterie übertragbar. Mit anderen Worten ist ein Einspeisen von elektrischer Energie aus dem Hochvoltbordnetz in eines oder in beide Niedervoltbordnetze und/oder zurück ermöglicht. Hierbei werden mittels der Gleichspannungswandler die unterschiedlichen Level der elektrischen Spannung aufeinander angepasst, sodass der Übertrag der elektrischen Energie erfolgt.
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Alternativ hierzu sind der erste, die zweiten und/oder die dritten Gleichspannungswandler jeweils ein unidirektionaler Gleichspannungswandler, wobei die Energiespeicheranordnungen eingangsseitig und der erste Gleichspannungswandler ausgangsseitig an den jeweiligen zweiten Gleichspannungswandler angeschlossen sind, und wobei der erste Gleichspannungswandler eingangsseitig und die Niedervoltbordnetze ausgangsseitig an den jeweiligen dritten Gleichspannungswandler angeschlossen sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Gleichspannungswandler ein Gleichspannungswandler mit galvanischer Trennung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung, und insbesondere sofern der erste Gleichspannungswandler bereits ein Gleichspannungswandler mit galvanischer Trennung ist, ist jeder der zweiten und/oder jeder der dritten Gleichspannungswandler in kostensparender Weise ein Gleichspannungswandler ohne galvanische Trennung.
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Gemäß einer besonders geeigneten Ausgestaltung weist der erste Gleichspannungswandler einen Transformator mit einem Kern, insbesondere einen ferromagnetischen Kern, auf. Dabei ist der Kern der mit zwei ersten Spulen und mit zwei zweiten Spulen bewickelt ist. Die Spulen sind dabei elektrisch nicht miteinander kontaktiert. Beispielsweise sind die Spulen nebeneinander auf dem Kern gewickelt. Alternativ hierzu sind die Spulen übereinander oder ineinander verschränkt gewickelt. Zweckmäßiger Weise weisen die beiden ersten Spulen die gleiche Wicklungszahl auf. Zweckmäßiger Weise weisen die beiden zweiten Spulen die gleiche Wicklungszahl auf. Beispielsweise ist das Verhältnis zwischen der Wicklungszahl der ersten Spulen zur Wicklungszahl der zweiten Spulen 3:1, 5:1, 10:1, 20:1, 40:1 oder 100:1.
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Jede der ersten Spulen ist mittels eines Spannungswandlers mit einer jeweiligen Energiespeicheranordnung verbunden, also an diese angeschlossen. Mit anderen Worten ist die erste Energiespeicheranordnung mittels eines der Spannungswandler mit einer der ersten Spulen und die zweite Energiespeicheranordnung mittels eines weiteren Spannungswandlers mit der anderen ersten Spule verbunden.
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Weiterhin ist jede der zweiten Spulen mittels eines Spannungswandlers mit dem jeweiligen Niedervoltnetz verbunden, also an dieses angeschlossen. Mit anderen Worten ist eines der beiden Niedervoltbordnetze mittels eines der Spannungswandler mit einer der zweiten Spulen und das andere Niedervoltbordnetz mittels eines weiteren Spannungswandlers mit der anderen zweiten Spule verbunden.
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Die Spannungswandler sind dabei dazu vorgesehen und eingerichtet, eine Gleichspannung in eine Wechselspannung und/oder umgekehrt, also eine Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln. Mit anderen Worten sind die Spannungswandler als Gleichrichter und/oder als Wechselrichter betreibbar. Insbesondere sind die Spannungswandler jeweils anhand einer B4-Schaltung ausgebildet.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 schematisch ein Blockschaltbild eines Kraftfahrzeug mit einem Bordnetzgemäß einer ersten Variante, mit einem Hochvoltnetz, dessen Hochvoltbatterie zwei Energiespeicheranordnungen aufweist, die anhand eines gemeinsamen ersten Gleichspannungswandlers mit zwei Niedervoltbordnetzen verbunden sind, und wobei zwischen den ersten Gleichspannungswandler und den Energiespeicheranordnungen jeweils ein zweiter Gleichspannungswandler geschaltet ist,
- 2 schematisch ein Blockschaltbild des Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz gemäß einer zweiten Variante, wobei die dessen Energiespeicheranordnungen anhand des ersten Gleichspannungswandlers mit den Niedervoltbordnetzen verbunden sind, und wobei zwischen den ersten Gleichspannungswandler und den Niedervoltbordnetzen jeweils ein dritter Gleichspannungswandler geschaltet ist,
- 3 schematisch ein Blockschaltbild des Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz gemäß einer dritten Variante, wobei die dessen Energiespeicheranordnungen anhand des ersten Gleichspannungswandlers mit den Niedervoltbordnetzen verbunden sind, wobei zwischen den ersten Gleichspannungswandler und den Energiespeicheranordnungen jeweils der zweiter Gleichspannungswandler geschaltet ist, und wobei zwischen dem ersten Gleichspannungswandler und den Niedervoltbordnetzen jeweils ein dritter Gleichspannungswandler geschaltet ist,
- 4 schematisch ein Blockschaltbild die Hochvoltbatterie, wobei die erste und die zweite Energiespeicheranordnung in Serie geschaltet sind, und
- 5 schematisch ein Blockschaltbild die Hochvoltbatterie in alternativer Ausgestaltung, wobei die erste und die zweite Energiespeicheranordnung parallel zueinander geschaltet sind.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 bis 3 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 2, insbesondere ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, dargestellt. Dessen Bordnetz 4 umfasst ein Hochvoltbordnetz 6 mit einer Hochvoltbatterie 8 (Traktionsbatterie). Die Hochvoltbatterie 8 stellt elektrische Energie für einen Hochvoltverbraucher 10, insbesondere einen Traktionsantrieb, des Kraftfahrzeugs 2 bereit. Der Verbraucher 10 ist hierzu in nicht näher dargestellter Weise an die Hochvoltbatterie 8 angeschlossen. Die Traktionsbatterie 8 weist eine erste Energiespeicheranordnung 12, welche auch als erste Energiespeicherbank bezeichnet wird, sowie eine zweite Energiespeicheranordnung 14, welche auch als zweite Energiespeicherbank bezeichnet wird, auf. Die beiden Energiespeicheranordnungen 12, 14 umfassen jeweils eine Mehrzahl an Batteriezellen, die in Serie und/oder parallel zueinander verschaltet sind. Beispielsweise stellt die erste Energiespeicheranordnung 12 und die zweite Energiespeicheranordnung 14 jeweils eine elektrisch Spannung zwischen 140 V und 460 V bereit. Die Verschaltung der beiden Energiespeicheranordnungen 12, 14 miteinander ist in den 1 bis 3 nicht weiter dargestellt. Beispielhaft ist in den 4 und 5 jeweils eine Variante der Verschaltung der ersten und der zweiten Energiespeicheranordnung 12,14 schematisch dargestellt, bei der die Energiespeicheranordnungen 12, 14 in Serie bzw. parallel zueinander geschaltet sind.
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Das Bordnetz 4 umfasst des Weiteren zwei Niedervoltbordnetze 16 und 18 mit jeweils einem Niedervoltverbraucher 19. Dabei beträgt die Gleichspannung in den Niedervoltbordnetzen 16, 18 beispielsweise jeweils 14,5 V.
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Zwischen das Hochvoltbordnetz 6, nämlich zwischen die beiden Energiespeicheranordnungen 12, 14 und die beiden Niedervoltbordnetze 16, 18 ist ein erster Gleichspannungswandler geschaltet. Also sind die Energiespeicheranordnungen 12, 14 und die beiden Niedervoltbordnetze 16, 18 mittels des ersten Gleichspannungswandlers 28 miteinander verbunden. Der erste Gleichspannungswandler 28 weist also vier Anschlüsse 20, 22, 24 und 26 auf. Dabei ist die erste Energiespeicheranordnung 12 mit dem ersten Anschluss 20, nämlich mit dessen Anschlussstellen 20a und 20b, und die zweite Energiespeicheranordnung 14 mit den zweiten Anschluss 22, nämlich mit dessen Anschlussstellen 22a und 22b verbunden. Das erste der beiden Niedervoltbordnetze 16 ist mit dem dritten Anschluss 24, nämlich mit dessen Anschlussstellen 24a und 24b, und das zweite der beiden Niedervoltbordnetze 18 ist mit den vierten Anschluss 26, nämlich mit dessen Anschlussstellen 26a und 26b verbunden.
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einen für jede der Energiespeicheranordnungen 12, 14 und jeweils einen für jedes der Niedervoltbordnetze 16, 18. Der erste Gleichspannungswandler 28 ist also ein viertoriger Gleichspannungswandler. Der erste Gleichspannungswandler 28 dient dabei zur Wandlung der Hochspannung der ersten und/oder der zweiten Energiespeicheranordnung 12, 14 in die Niederspannung für die Niedervoltbordnetze 16, 18 und umgekehrt.
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Bei einer ersten Variante des Kraftfahrzeugs 2 gemäß der 1 ist zwischen den ersten Gleichspannungswandler 28 und den Energiespeicheranordnungen 12, 14 jeweils ein zweiter Gleichspannungswandler 30 geschaltet. Also ist zwischen den ersten Anschluss 20 und der ersten Energiespeicheranordnung 12 einer der zweiten Gleichspannungswandler 30 geschaltet. Zudem ist zwischen den zweiten Anschluss 22 und der zweiten Energiespeicheranordnung 14 der andere zweite Gleichspannungswandler 30 geschaltet.
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Bei einer zweiten Variante des Kraftfahrzeugs 2 gemäß der 2 ist zwischen den ersten Gleichspannungswandler 28 und den Niedervoltbordnetzen 16, 18 jeweils ein dritter Gleichspannungswandler 32 geschaltet. Also ist zwischen den dritten Anschluss 24 und dem ersten Niedervoltbordnetz 16 einer der dritten Gleichspannungswandler 32 geschaltet. Zudem ist zwischen den vierten Anschluss 26 und der zweiten Niedervoltbordnetz 18 der andere dritte Gleichspannungswandler 32 geschaltet.
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Bei einer dritten Variante des Kraftfahrzeugs 2 gemäß der 3 ist sowohl zwischen den ersten Gleichspannungswandler 28 und den Energiespeicheranordnungen 12, 14 jeweils einer der zweiten Gleichspannungswandler 30, als auch zwischen den ersten Gleichspannungswandler 28 und den Niedervoltbordnetzen 16, 18 jeweils ein dritter Gleichspannungswandler 32 geschaltet.
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Gemäß den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 sind die zweiten Gleichspannungswandler 30 und die dritten Gleichspannungswandler 32 gleich aufgebaut. Diese sind zweckmäßig als galvanisch nicht trennende Gleichspannungswandler ausgebildet.
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Beispielhaft sind diese in den 1 bis 3 jeweils als ein Buck-Converter, also als ein Abwärtswandler ausgebildet. Alternativ hierzu sind die zweiten bzw. die dritten Gleichspannungswandler 30, 32 als Buck-Boost-Converter oder als Bost-Converter ausgebildet. Beispielsweise sind die zweiten und dritten Gleichspannungswandler 30, 32 als unidirektionale Gleichspannungswandler ausgebildet, alternativ und bevorzugt sind die zweiten und die dritten Gleichspannungswandler 30, 32 jeweils bidirektionale Gleichspannungswandler.
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Der erste Gleichspannungswandler 28 für die drei Varianten des Kraftfahrzeugs 2 gemäß den 1 bis 3 umfasst einen Transformator 34 mit einem (Eisen-)Kern 36, wobei der Kern 36 mit zwei ersten Spulen 38 und mit zwei zweiten Spulen 40 bewickelt ist. Die beiden ersten Spulen 38 weisen dieselbe Wicklungszahl auf. Die beiden zweiten Spulen 40 wiesen dieselbe Wicklungszahl auf. Das Verhältnis der Wicklungszahl der ersten Spulen 38 zur Wicklungszahl der zweiten Spulen 40 beträgt beispielsweise 10:1.
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Jede der ersten Spulen 38 und jede der zweiten Spulen 40 ist an einen jeweiligen Spannungswandler 44 angeschlossen, welcher hier beispielsweise anhand einer B4-Schaltung gebildet sind. Also umfasst der jeweilige Spannungswandler zwei in Serie miteinander geschaltete Schalter 42, wobei ein Mittenabgriff zwischen diesen mit einem Spulenende der jeweiligen Spulen 38 oder 40 verbunden ist, sowie zwei weitere in Serie miteinander geschaltete Schalter 42, wobei ein Mittenabgriff zwischen diesen mit dem anderen Spulenende dieser Spulen 38 oder 40 verbunden ist. Diese beiden Serienschaltungen sind wiederum zueinander parallel geschaltet, wobei diese Parallelschaltung zwischen die Anschlussstellen 20a, 20b bzw. 22a, 22b bzw. 24a, 24b bzw. 26a, 26b des jeweiligen Anschlusses 20, 22, 24 oder 26 geschaltet ist.
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Für eine Spannungsstabilisierung ist zu den Spannungswandlern 44 jeweils ein Kondensator 46 parallel geschaltet.
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Die Spannungswandler 44 dienen zur Wandlung der energieanordnungsseitigen oder niedervoltbordnetzseitige Gleichspannung in eine transformatorseitige Wechselspannung und/oder zur Wandlung der transformatorseitige Wechselspannung in eine energieanordnungsseitigen oder niedervoltbordnetzseitige Gleichspannung.
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Der erste Spannungswandler 28 umfasst in nicht näher dargestellter Weise eine Steuereinheit, anhand welcher die Schalter der Spannungswandler 44 für die Wandlung der Gleichspannung in die Wechselspannung und/oder umgekehrt angesteuert werden.
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Zusammenfassend sind die ersten Spulen 38 mittels des jeweiligen Spannungswandlers 44 mit dem ersten Ausgang 20 bzw. mit dem zweiten Ausgang 22 verbunden. Die zweiten Spulen sind mittels des jeweiligen Spannungswandlers 44 mit dem dritten Ausgang 24 bzw. mit dem vierten Ausgang 26 verbunden.
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Weiter zusammenfassend ist der erste Gleichspannungswandler 28 ein Gleichspannungswandler mit galvanischer Trennung.
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Optional und bevorzugt ist die erste Energiespeicheranordnung 12 und/oder die zweite Energiespeicheranordnung 14 vom ersten Gleichspannungswandler 28 wegschaltbar ist. Hierzu sind zwischen der ersten Energiespeicheranordnung 12 und dem zweiten Gleichspannungswandler (1 und 3) bzw. zwischen der ersten Energiespeicheranordnung 12 und dem ersten Gleichspannungswandler 28 (2) Schalter 48 geschaltet. Analog hierzu sind zwischen der zweiten Energiespeicheranordnung 14 und dem zweiten Gleichspannungswandler (1 und 3) bzw. zwischen der zweiten Energiespeicheranordnung 14 und dem ersten Gleichspannungswandler 28 (2) Schalter 48 geschaltet.
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Die 4 und 5 zeigen beispielhaft die Verschaltung der Energiespeicheranordnungen 12,14 in der Hochvoltbatterie 8. Hier sind die beiden Energiespeicheranordnungen 12, 14 in Serie miteinander verschaltet (4) bzw. parallel zueinander geschaltet (5). Bei beiden Ausgestaltungen der Hochvoltbatterie 8 ist die erste Energiespeicheranordnung 12 elektrisch von der zweiten Energiespeicheranordnung 14 anhand von Schaltern 50 trennbar.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können hieraus im Rahmen der Ansprüche auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen und/oder in den Ansprüchen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Bordnetz
- 6
- Hochvoltbordnetz
- 8
- Hochvoltbatterie
- 10
- Hochvoltverbraucher
- 12
- erste Energiespeicheranordnung
- 14
- zweite Energies Energiespeicheranordnung
- 16
- erstes Niedervoltbordnetz
- 18
- zweites Niedervoltbordnetz
- 19
- Niedervoltverbraucher
- 20
- erster Anschluss
- 20a,b
- Anschlussstelle
- 22
- zweiter Anschluss
- 22a,b
- Anschlussstelle
- 24
- dritter Anschluss
- 24a,b
- Anschlussstelle
- 26
- vierter Anschluss
- 26a,b
- Anschlussstelle
- 28
- erster Gleichspannungswandler
- 30
- zweiter Gleichspannungswandler
- 32
- dritter Gleichspannungswandler
- 34
- Transformator
- 36
- Kern
- 38
- erste Spule
- 40
- zweite Spule
- 42
- Schalter
- 44
- Spannungswandler
- 46
- Kondensator
- 48
- Schalter
- 50
- Schalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017218252 A1 [0004]
- DE 102018213901 A1 [0005]
