具有直流电压充电端子的车辆车载电网的制作方法

具有直流电压充电端子的车辆车载电网
1.已知的是，给车辆装备电驱动装置，所述电驱动装置由车辆侧蓄电池供电。车辆装备有充电端子，用于对蓄电池进行充电。因为电驱动装置以及从而还有蓄电池优选地具有高工作电压来实现高功率，所以车辆的车载电网具有高压支路。例如，使用具有标称电压为400 v的蓄电池，其中这些蓄电池被称为高压蓄电池。
2.此外，在一方面蓄电池的高压电位与另一方面接地电位之间存在滤波电容（也称为cy电容器）。所述滤波电容用于耗散（ableitung）例如由被接上的组件产生的干扰。在考虑电冲击的危险时，应该考虑这些滤波电容。在出版物de 10 2015 006 208 a1中描述了蓄电池可以被划分并且蓄电池的部分可以串行地被运行，其中于是在蓄电池的每个部分的标称电压为400 v的情况下可以在滤波电容处得出800 v的电压。
3.任务在于说明一种可能性，利用所述可能性，可以以简单的方式以高电压运行车辆组件，而在有故障的绝缘的情况下过高的滤波电容不能导致危险的电冲击。
4.该任务通过权利要求1的主题解决。其他特征、实施方式、特性和优点利用从属权利要求、说明书和图得出。
5.提出一种车辆车载电网（fahrzeugbordnetz），所述车辆车载电网具有直流电压充电端子、不可配置的蓄电池、电流隔断的直流电压变换器和电驱动装置。不可配置的蓄电池具有电池，所述电池以无开关的方式彼此（串联地）连接。从而得出恒定的标称电压，并且因此也由于缺乏开关而不得出通过可配置地布置电池来设定蓄电池的不同标称电压（配置）的可能性。另一方面，不需要附加的开关来进行蓄电池配置。在此情况下，电流隔断的直流电压变换器使得能够将直流电压充电端子相对于众多cy电容进行电位分离。从而对于直流电压充电端子仅得出低cy电容（也就是说在一方面蓄电池的电压电位与另一方面接地电位之间的低电容）。
6.规定，直流电压端子经由第一开关与直流电压变换器连接，并且蓄电池经由第二开关与直流电压变换器连接。尤其是，直流电压充电端子和蓄电池经由各自开关与直流电压变换器的同一侧连接。两个开关中的每一个都具有直接与直流电压变换器连接的第一侧。第一开关的第二侧与直流电压充电端子连接，并且第二开关的第二侧与蓄电池连接。因此，这两个开关具有第一侧， 所述开关在所述第一侧相互连接（并且也与直流电压变换器连接），并且具有第二侧，所述第二侧仅与直流电压充电端子连接或仅与蓄电池连接。蓄电池和直流电压变换器之间的开关也被称为直接连接开关。直流电压充电端子和直流电压变换器之间的开关可以被称为充电端子开关或者也可以对应于在下面描述的隔离开关。用开关和直流电压变换器之间的直接连接表示无开关的连接，所述无开关的连接是无变换器的或所述无开关的连接具有其他变换器。从直流电压变换器来看，因此可以在两个路径中得出分叉，其中第一路径经由第一变换器通向直流电压充电端子，而第二路径经由第二开关通向蓄电池。在这里描述的开关优选地是双极型的并且当所述开关是断开的时使两个供电电位分离。
7.设置可切换的连接电路，所述可切换的连接电路与直流电压变换器的第一侧连接。直流电压充电端子连接到所述连接电路上。该可切换的连接电路此外包括充电端子开
关。蓄电池经由驱动开关（优选地不是连接电路的一部分）与电驱动装置以及直流电压变换器的第二侧连接。尤其是，驱动开关的第一路径通向电驱动装置，而第二路径通向直流电压变换器的第二侧。从驱动开关来看，因此在两个路径中得出分叉，其中第一路径通向电驱动装置，而第二路径通向直流电压变换器的第二侧。
8.连接电路具有直接连接开关，所述直接连接开关以可切换的方式将蓄电池与直流电压变换器的第一侧连接。直流电压充电端子经由连接电路的充电端子开关与直接连接开关连接。因此得出第一连接点，所述第一连接点以无开关的方式与电流隔断的直流电压变换器连接。从该第一连接点出发，得出经由直接连接开关的分支，经由所述直接连接开关连接蓄电池（连接到直流电压变换器上），以及得出至直流电压充电端子的另一分支，其中直流电压充电端子经由充电端子开关（以无开关的方式）与直流电压变换器连接。以无开关的方式连接不排除与变换器的连接；变换器中的可能开关元件在此情况下不应被视为在这里提到的开关。
9.得出从直流电压变换器（或其第一侧）出发经由充电端子开关至直流电压充电端子以及经由直接连接开关至蓄电池的路径。另一路径从蓄电池经由驱动开关通向直流电压变换器或其第二侧。电驱动装置以及必要时车辆车载电网的其他消耗器或组件与直流电压变换器的第二侧连接。借助于驱动开关，可以使蓄电池与直流电压变换器的第二侧电流隔断，使得蓄电池经由直接连接开关和充电端子开关仅与直流电压充电端子进行电流连接。此外，虽然直流电压变换器的第二侧以传递功率的方式与充电端子连接，然而通过该路径不发生电流连接（galvanische verbindung）。出于该原因，一方面直流电压变换器和另一方面驱动开关将直流电压充电端子与滤波电容（例如，电驱动装置或其他组件处的cy电容）分开，所述滤波电容与直流电压变换器的第二侧电流连接。
10.此外，可以经由直流电压变换器从直流电压充电端子出发馈入能量，而非电流隔断的连接可以经由直接连接开关和充电端子开关将能量从直流电压充电端子传递给蓄电池。在第一变型方案中，在电流隔断的直流电压变换器和直接连接开关或充电端子开关之间不设置其他开关，并且尤其是不设置其他直流电压变换器。在另一变型方案中规定，在电流隔断的直流电压变换器和直流电压充电端子之间设置非电流隔断的端子变换器（也实施为直流电压变换器）。所述非电流隔断的端子变换器位于连接在直流电压充电端子下游的开关和电流隔断的直流电压变换器（或直接连接开关）之间。
11.连接电路的充电端子开关可以与直接连接开关的与直流电压变换器连接的那侧连接。
12.可以规定，（车辆车载电网的）控制装置以操控的方式与开关连接。在直流充电运行（对应于直流电压充电运行）中，控制装置被设立用于操控充电端子开关处于闭合状态，操控直接连接开关处于断开状态，并且操控驱动开关处于闭合状态。控制装置因此被构造用于当设置直流充电运行时，操控第二开关处于闭合状态并且操控第一开关处于断开状态。在行驶运行中，控制装置被设立用于操控充电端子开关（对应第二开关）和直接连接开关（对应第一开关）处于断开状态。在行驶运行状态下，操控驱动开关处于闭合状态。这由控制装置设置。控制装置被设立用于在行驶运行中和在直流充电运行中被运行。
13.在一种变型方案中，连接电路的充电端子开关与直接连接开关的与蓄电池连接的那侧连接。这对应于电流隔断的直流电压变换器的第一侧。连接电路此外可以具有电流连
接的端子变换器。该端子变换器被构造为直流电压变换器，但是为了清楚地相对于电流隔断的直流电压变换器区分，仅被称为端子变换器。仅其功能对应于直流电压变换器的功能。直流电压充电端子经由端子变换器与直接连接开关的与直流电压变换器连接的那侧连接。在该变型方案中，存在可替代的充电端子开关，所述可替代的充电端子开关设置在直流电压充电端子和蓄电池之间并且因此与直接连接开关的背离直流电压变换器的侧连接。在先前示出的变型方案中，充电端子开关与直接连接开关的朝向直流电压变换器的那侧连接。在这里描述的变型方案中，存在从直流电压充电端子出发经由附加开关（所述附加开关也被称为隔离开关）至端子变换器的其他连接。在此情况下，端子变换器将隔离开关与电流隔断的直流电压变换器或其第一侧连接。尤其是，端子变换器将隔离开关（所述隔离开关通向直流电压充电端子）与直接连接开关连接，所述直接连接开关又将端子变换器与蓄电池连接。由此可以经由端子变换器将直流电压从直流电压充电端子传递给蓄电池，而在此情况下不会得出至电驱动装置的cy电容器的非电流隔离的连接。
14.在另一充电模式下，充电端子开关可以闭合，使得直流电压充电端子经由充电端子开关直接（也就是说不经由端子变换器）与蓄电池连接，尤其是不经由直接连接开关与蓄电池连接。在充电时，驱动开关优选地断开，使得一方面通过驱动开关以及通过电流隔断的直流电压变换器得出在电驱动装置的cy电容器与直流电压充电端子之间的电流隔断。此外，不必要的是，蓄电池必须在不同的标称电压之间被配置，而是可以具有固定的标称电压并且因此可以具有不能改变的配置。通常可以经由直接连接开关（第一开关）由直流电压充电端子对蓄电池进行充电（其中驱动开关是断开 ，以便不将电驱动装置的cy电容器与直流电压充电端子连接）。此外在直接连接开关断开的情况下，可以经由电流隔断的直流电压变换器和然后闭合的驱动开关对蓄电池进行充电。这两种可能性允许适配于蓄电池的随着蓄电池的充电状态改变的工作电压。同时，在不必重新配置蓄电池的情况下，可能的是尤其是在低充电状态情况下经由电流隔断的直流电压变换器对蓄电池进行充电。此外可能的是，借助于电流隔离的直流电压变换器的第二侧运行其他组件；在此情况下，驱动开关使得能够将cy电容器与直流电压充电端子进行电流分离。
15.在此情况下，控制器可以针对（至少）两种不同的充电模式来设计，其中第一充电模式经由电流隔断的直流电压变换器引导，而另一模式经由将蓄电池直接与直流电压充电端子连接的开关引导。此外可以设置交流电压充电模式。
16.扼要地，直流电压充电端子经由隔离开关与端子变换器连接。车辆车载电网被设立用于仅在直流充电模式中设置隔离开关处于闭合状态。如果存在多种直流充电模式，则隔离开关在充电模式之一中可以闭合，而在另一直流充电模式中闭合或断开。
17.电流隔断的直流电压变换器优选地被设立用于将第一高电压转换为第二高电压。施加在电流隔断的直流电压变换器的第二侧上的高电压优选地高于另一高电压。尤其是，电流隔断的直流电压变换器可以被设立用于从第一侧出发朝向第二侧使电压升高。尤其是，电流隔断的直流电压变换器可以被设立用于将第一侧处的400伏特的电压转换为第二侧处的800伏特的电压。这些电压值是纯示例性的，并且尤其是可以与提到的数值偏离至少10%或25%。
18.此外可以设置单相或多相交流电压充电端子。车辆车载电网的交流电压充电端子优选地经由车辆车载电网的功率因数校正滤波器与电流隔断的直流电压变换器的第一侧
连接。交流电压充电端子尤其是经由功率因数校正滤波器与第一连接点或与直接连接开关连接。交流电压端子因此经由功率因数校正滤波器、直接连接开关与蓄电池连接，所述直接连接开关连接在功率因数校正滤波器下游。此外，如果设置端子变换器，则交流电压充电端子可以经由功率因数校正滤波器与端子变换器连接，所述端子变换器又经由隔离开关通向直流电压充电端子。当借助于交流电压进行充电时，在蓄电池和直流电压充电端子之间的同样设置的开关断开，优选地与所提到的隔离开关完全一样。
19.代替功率因数校正滤波器，也可以设置另一整流器件，例如不具有升压（hochsitzstellend）或降压（tiefsitzstellend）功能的整流器。
20.车辆车载电网此外可以拥有中间电路电容器电路。该中间电路电容器电路连接到电流隔离的直流电压变换器的第一侧上。中间电路电容器电路可以拥有多个电容器，所述电容器是可配置的。换句话说，中间电路电容器电路可以是可配置的并且拥有多个电容器，所述电容器可选择地（借助于可切换的配置电路）彼此并联或串联连接。在此情况下，相应的开关在第一配置状态下使电容器并联连接，而在第二配置状态下使电容器串联连接。
21.电驱动装置连接到电流隔断的直流电压变换器的第二侧上。在此情况下，电流隔离的直流电压变换器的第二侧可以表示电驱动装置连接到的车载电网支路，然而所述电驱动装置也可以构成该车载电网支路的一部分。代替地或与电驱动装置规划（antriebplan）组合地，一个或多个其他组件可以连接到电流隔离的直流电压变换器的第二侧上。在此情况下，电流隔断的直流电压变换器的第二侧与至少一个其他组件连接。这些组件可以作为用于内部空间的电加热装置、作为用于（例如在功率电子设备和/或电驱动装置处的）热循环或用于废气后处理装置的电加热装置来构造。其他组件此外可以被构造为电空调压缩机、感应式充电单元或低压直流电压变换器。其他组件可以连接到低压直流电压变换器上，尤其是低压车载电网支路可以连接到低压直流电压变换器上。如先前构造的其他组件可以连接到电流隔断的直流电压变换器上（尤其是连接到其第二侧上）。如果多个组件连接到电流隔断的直流电压变换器的第二侧上，则所述组件可以同样地并且如上所描述的那样来构造，或者可以以不同的方式来构造，如先前描述的那样。
22.此外，放电装置可以与电流隔断的直流电压变换器的第二侧连接。在此情况下，放电装置是车辆车载电网的一部分。放电装置尤其是使中间电路电容器和/或cy电容器（在地和供电电位之间）放电。尤其是，放电电路可以被设立用于对两个供电电位之间的电容放电。
23.此外，在一种实施方式中，蓄电池可以布置在第一壳体中，驱动开关、直接连接开关和充电端子开关（必要时还有隔离开关和端子变换器）可以布置在第二壳体中，并且电流隔断的直流电压变换器可以布置在第三壳体中。
24.图1和2示例性地示出实现在这里描述的车辆车载电网的多种可能性。
25.图1示出具有电流隔断的直流电压变换器（gleichspannungswandler）gw的车辆车载电网fb。此外，车辆车载电网fb包括蓄电池ak。蓄电池ak经由直接连接开关s1与直流电压变换器gw连接，尤其是与所述直流电压变换器的第一侧连接。蓄电池此外经由驱动开关与电流隔断的直流电压变换器gw的第二侧连接。此外，其他组件（象征性地示出为aux）和电驱动装置ea与电流隔断的直流电压变换器gw的第二侧连接。电驱动装置ea包括电机em，所述电机经由逆变器与电流隔断的直流电压变换器gw的第二侧连接。开关s1和s2在第一连接点
vp相遇。第二连接点vp2是开关s1和s2相遇的点。开关s1因此连接在第一连接点vp1和第二连接点vp2之间。
26.直流电压充电端子dc经由开关s2（和第一连接点vp1）与直流电压变换器gw的第一侧连接。开关s1和s2共同地构成连接电路vs。电流隔断的直流电压变换器gw因此经由可切换的连接电路vs不仅与直流电压充电端子dc连接而且与蓄电池ak连接。
27.可以避免蓄电池切换或配置，其中直流电压变换器gw设置电流隔断（galvanische trennung），以便从而在绝缘故障的情况下避免电击。此外规定，交流电压充电端子ac经由功率因数校正滤波器lf（例如被构造为维也纳滤波器（vienna
‑
filter））连接到电流隔断的直流电压变换器gw的第一侧上，以便从而也能够实现交流电压水平（wechselspannungslage）。可配置的中间电路电容器c连接到直流电压变换器gw的第一侧上。中间电路电容器c可以被彼此并联或串联连接，以便从而以可切换的方式设定高总电容或高电压承载能力。首先，优选地断开开关s1并且闭合开关s2。这在应该进行充电或控制器c处于充电模式（尤其是直流电压充电模式）中时被执行。控制器st以操控的方式与图1中所示的开关s1至s3连接，尤其是也与中间电路电容器电路c的开关连接。
28.控制器st可以断开开关s1并且闭合开关s2，用于准备充电模式。然后中间电路电容器电路可以（由控制器st）被置于并联状态，其中在此情况下中间电路电容器彼此并联连接。规定直流电压变换器然后变换施加在第一侧上的电压并且经由然后要闭合的开关s3传递给蓄电池。因此规定，在对中间电路电容器电路c进行并联配置之后，闭合开关s3。
29.根据一种变型方案，车辆车载电网包括发射器se，所述发射器可以与（外部）直流电压充电站通信并且被设立用于在充电时将充电站的电压设置为不可变的电压，例如设置为基本上400伏特。电流隔断的直流电压变换器gw接管对充电电压的适配。
30.在电流隔断的直流电压变换器的第二侧处的放电装置ev用于放电并且尤其是可以在完成充电过程之后（nach anschluss
…
）被激活。
31.图2示出具有与图1的组件对应的组件并且仅在附图标记中撇号（hoch）不同的组件的另一车辆车载电网。这尤其是适用于图2的所有附图标记，除了s2'和vs'之外。
32.图2示出具有直流电压充电端子dc的车辆车载电网fb，所述直流电压充电端子dc经由充电端子（与图1相反）直接与蓄电池或第二连接点vp2连接。与图1相比，引人注目的是，在那里开关s2直接与连接点vp1连接并且因此间接地经由开关s1与蓄电池ak连接，而在图2中开关s2'将直流电压充电端子dc与第二连接点vp2连接并且因此直接与蓄电池ak'连接。在这里存在与图1的变型方案的区别。
33.因此，图2的车辆车载电网fb还包括可切换的连接电路vs'，所述连接电路包括充电端子开关s2'、直接连接开关s1'和第一连接点vp1。端子变换器（anschlusswandler）aw与第一连接点连接，所述端子变换器又经由隔离开关s5'（在无其他开关的情况下）与直流电压端子dc连接。端子变换器aw是非电流隔离的，并且具有直流电压变换器的功能。直流电压充电端子dc经由开关s2'直接与蓄电池ak'连接。直流电压充电端子dc经由开关s5'和连接在该开关下游的端子变换器aw与直流电压变换器gw的第二侧连接。直接连接开关s1'位于端子变换器aw和蓄电池之间。
34.在其他方面，图2的车辆车载电网同样具有电驱动装置ea以及其他组件aux，所述电驱动装置ea以及其他组件aux连接到直流电压变换器gw的第二侧上并且由此只要开关
s3'断开，就与蓄电池电流隔断。在此情况下，开关s3'将电流隔离的直流电压变换器gw的第二侧与蓄电池ak'或与第二连接点vp2连接。在这里，电驱动装置也包括电机em，所述电机经由逆变器in与电流隔离的直流电压变换器gw的第二侧连接。直流电压变换器gw的第二侧因此经由开关s3'与蓄电池连接，而蓄电池和直流电压变换器gw的第一侧之间的连接可以经由直接连接开关s1'分开。开关s2'在这里也用于分离，尤其是用于将直流电压充电端子dc与蓄电池分离。然而，得出从直流电压充电端子dc出发经由开关s5'经由端子变换器aw至直流电压变换器gw的第一侧的其他连接。直流电压变换器的第一侧与可配置的中间电路电容器电路c连接。如在图1中那样，在这里有中间电路电容器，所述中间电路电容器以可执行的方式可以彼此并联或串联连接。
35.可交变的电压充电端子ac经由功率因数校正滤波器lf与直流电压变换器gw的第一侧连接。
36.在控制器st处用于操控在图2中所示的开关以及用于配置中间电路电容器电路c。
37.为了尤其是以400伏特进行直流电压充电，闭合s5'，其中端子变换器aw使该电压升高（hochsetzen）。端子变换器aw在此情况下被构造为升压变换器，所述升压变换器从直流电压充电端子dc出发朝向电流隔断的直流电压变换器gw升压。开关s2'断开。开关s1'闭合。在这种充电状态期间，中间电路电容器电路处于串联模式，也就是说位于那里的电容器彼此串联连接。由此，中间电路电容器电路可以处理比在并联配置情况下更高的工作电压。开关s3优选地断开。由此，能量可以从直流电压充电端子dc经由开关s5'、端子变换器aw和开关s1'被引入到蓄电池ak'中。同时，断开的开关s3'保证cy电容器与蓄电池ak或尤其是与直流电压充电端子dc电流分离。在此情况下，电流隔断的直流电压变换器gw用于对组件aux供电，并且因此可以以比端子变换器更低的功率来构成。
38.为了行驶（fahren），根据图1和图2的变型方案，开关s3或s3'可以闭合，使得蓄电池ak、ak'可以对电驱动装置ea供电。
39.在图1中充电能量经由直流电压变换器gw被引导，而在图2的示例中规定，端子变换器aw将能量从直流电压充电端子dc提供给蓄电池ak'；经由直流电压变换器gw传递的功率由于图2中断开的开关s3'而不被转交给蓄电池。