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DE102019203008A1 - Elektrisches System in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Elektrisches System in einem Kraftfahrzeug Download PDF

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DE102019203008A1
DE102019203008A1 DE102019203008.4A DE102019203008A DE102019203008A1 DE 102019203008 A1 DE102019203008 A1 DE 102019203008A1 DE 102019203008 A DE102019203008 A DE 102019203008A DE 102019203008 A1 DE102019203008 A1 DE 102019203008A1
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Germany
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electrical system
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inverter
voltage
electric machine
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Jörg Sommer
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Volkswagen AG
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Volkswagen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches System (1) in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Batterie (2), einen Wechselrichter (3), eine Elektromaschine (4) und ein Steuergerät (5) für den Wechselrichter (3), wobei der Wechselrichter (3) drei Spannungsphasen (L1-L3) zur Ansteuerung der Elektromaschine (4) zur Verfügung stellt, wobei das elektrische System (1) eine standardisierte Schnittstelle (6) für externe Verbraucher aufweist, wobei mindestens zwei Spannungsphasen (L2, L3) des Wechselrichters (3) mit der Schnittstelle (6) verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches System in einem Kraftfahrzeug.
  • Es besteht der Bedarf, in einem Kraftfahrzeug eine standardisierte Schnittstelle für externe elektrische Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Extern bedeutet dabei nicht zwangsweise außerhalb des Kraftfahrzeugs, sondern vielmehr nicht zum Kraftfahrzeug zugehörig. Beispiele für solche externen Verbraucher sind beispielsweise Kühlaggregate oder Heckenscheren.
  • Aus der DE 10 2010 003 509 A1 ist ein gattungsgemäßes elektrisches System bekannt. Dabei weist das elektrische System ein Hochvoltsystem auf, das eine Hochvoltbatterie, einen Wechselrichter und eine Elektromaschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs aufweist. Weiter weist das elektrische System eine Versorgungseinheit auf, welche zur Wandlung einer Gleichspannung aus dem Hochvoltsystem in eine dreiphasige Wechselspannung einen weiteren Wechselrichter aufweist, wobei am Ausgang der Versorgungseinheit eine standardisierte Schnittstelle angeordnet ist. Die Schnittstelle ist beispielsweise als Industrie-Drehstrom-Stecker-Dose-Verbindung ausgebildet.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein gattungsgemäßes System einfacher im Aufbau zu gestalten.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Hierzu umfasst das elektrische System in einem Kraftfahrzeug eine Batterie, einen Wechselrichter, eine Elektromaschine und ein Steuergerät für den Wechselrichter, wobei der Wechselrichter an seinem Ausgang drei Spannungsphasen zur Ansteuerung der Elektromaschine zur Verfügung stellt. Dabei weist das elektrische System mindestens eine standardisierte Schnittstelle für externe Verbraucher auf, wobei mindestens zwei Spannungsphasen des Wechselrichters mit der Schnittstelle verbunden sind. Somit kann der zusätzliche Wechselrichter eingespart werden. Bei der Verwendung von zwei Phasen dient die eine Spannungsphase als Rückleiter.
  • Im einfachsten Fall sind dabei die Spannungsphasen direkt mit der Schnittstelle verbunden, wobei dann durch entsprechende Maßnahmen sichergestellt werden muss, dass die Benutzung der Steckdose keine Auswirkungen auf den Fahrbetrieb hat bzw. es im Fahrzeugstillstand nicht zu unbeabsichtigten Bewegungen des Kraftfahrzeugs kommt, weil die Elektromaschine bestromt wird. Da aber nur eine Spannungsphase eine Wechselspannung erzeugen muss und die andere nur als Rückleiter dient, wird kein ausreichendes Drehfeld in der Elektromaschine erzeugt.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind alle drei Spannungsphasen mit der Schnittstelle verbunden, sodass Drehstrom an der Schnittstelle zur Verfügung gestellt werden kann. In diesem Fall kann dann beispielsweise mittels einer elektrischen Feststellbremse ein unbeabsichtigtes Bewegen verhindert werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die Spannungsphasen mit der Elektromaschine direkt verbunden, wobei an den Spannungsphasen Abgriffe zur Schnittstelle angeordnet sind, wobei zwischen den Abgriffen und der Schnittstelle Schaltelemente angeordnet sind. Hierdurch kann beispielsweise im Fahrbetrieb die Schnittstelle weggeschaltet werden, wobei der Fahrstrom nicht über die Schaltelemente fließen muss.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die Schaltelemente als Relais ausgebildet, sodass eine galvanische Trennung erreicht wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist in mindestens zwei Spannungsphasen jeweils ein Schaltelement angeordnet, wobei in einer ersten Schalterstellung die Spannungsphase mit der Elektromaschine verbunden ist und in einer zweiten Schalterstellung die Spannungsphase mit der Schnittstelle verbunden ist. Somit ist einfach eine Rückwirkung auf die Elektromaschine bei Nutzung der Schnittstelle verhindert, wobei jedoch der Fahrstrom über das Schaltelement fließt, sodass dieses entsprechend robust ausgebildet sein muss.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist den Schaltelementen eine Steuereinheit zugeordnet, wobei die Steuereinheit derart ausgebildet ist, die Schaltelemente in Abhängigkeit eines Fahrzeug-Stopps anzusteuern. Weiter kann auch vorgesehen sein, dass ein Stecken eines Verbrauchers in der Schnittstelle erfasst wird, in Abhängigkeit dieses Zustandes die Schaltelemente geschaltet werden. Die Steuereinheit kann dabei eine separate Steuereinheit sein oder aber in das Steuergerät des Wechselrichters integriert sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
    • 1 ein elektrisches System in einer ersten Ausführungsform,
    • 2 ein elektrisches System in einer zweiten Ausführungsform und
    • 3 ein elektrisches System in einer dritten Ausführungsform.
  • In der 1 ist ein elektrisches System 1 schematisch dargestellt, das eine Hochvoltbatterie 2 von beispielsweise 400 V bis 800 V, einen Wechselrichter 3, eine Elektromaschine 4, ein Steuergerät 5 zur Ansteuerung des Wechselrichters 3 sowie eine standardisierte Schnittstelle 6 für externe Verbraucher aufweist. Der Wechselrichter 3 weist eine B6-Brückenschaltung mit sechs Transistoren T1-T6 sowie einen Zwischenkreiskondensator C auf. Den Transistoren T1-T6 sind jeweils noch Freilaufdioden zugeordnet, die hier aus Übersichtsgründen nicht dargestellt sind. Am Ausgang weist der Wechselrichter 3 drei Spannungsphasen L1-L3 auf, die mit der Elektromaschine 4 verbunden sind. Die Elektromaschine 4 dient beispielsweise als Antriebsmotor in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Von der zweiten Spannungsphase L2 und der dritten Spannungsphase L3 sind jeweils Abgriffe 7, 8 zur Schnittstelle 6 geführt. Im normalen motorischen Betrieb erzeugt der Wechselrichter 3 drei um 120° versetzte sinusförmige Spannungen für die drei Spannungsphasen L1-L3. Hierzu steuert das Steuergerät 5 mittels Steuersignalen S die Transistoren T1-T6 entsprechend an.
  • Wenn das Kraftfahrzeug nun steht, kann die Schnittstelle 6 als Steckdose verwendet werden. Hierzu steuert dann das Steuergerät 5 die Transistoren T1-T6 entsprechend modifiziert an. Die erste Halbbrücke mit den Transistoren T1, T2 wird nicht benötigt. Entsprechend können diese beiden Transistoren gesperrt werden. Die zweite Halbbrücke mit den Transistoren T3, T4 und die dritte Halbbrücke mit den Transistoren T5, T6 werden dann durch das Steuergerät 5 derart angesteuert, dass sich zwischen den Spannungsphasen L2 und L3 beispielsweise eine sinusförmige Wechselspannung von 230 V einstellt. Dabei wird über die dritte Halbbrücke der Rückleiter realisiert, indem bei positiver Halbwelle T6 und bei negativer Halbwelle T5 durchgeschaltet wird.
  • Dabei ist sicherzustellen, dass es durch die gleichzeitige Bestromung der Elektromaschine 4 nicht zu einer unerwünschten Bewegung des Kraftfahrzeuges kommt, beispielsweise wird das Kraftfahrzeug durch eine elektronische Parkbremse gehalten.
  • In der 2 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, wobei hier das Steuergerät 5 nicht dargestellt ist. Zusätzlich weist das elektrische System 1 zwei Schaltelemente 9, 10 auf, die zwischen den Abgriffen 7, 8 und der Schnittstelle 6 angeordnet sind. Die Schaltelemente 9, 10 werden dabei von einer Steuereinheit 11 angesteuert. Dabei sind im Fahrbetrieb die Schaltelemente 9, 10 offen. Die Schaltelemente 9, 10 sind dabei vorzugsweise als Relais ausgebildet. Im Fahrzeugstillstand können dann die Schaltelemente 9, 10 geschlossen werden.
  • In 3 ist eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt, wobei das Steuergerät 5 und die Steuereinheit 11 nicht dargestellt sind. Dabei weist das elektrische System 1 zwei Schaltelemente 12, 13 auf, die in den beiden Spannungsphasen L2, L3 angeordnet sind. In einer ersten dargestellten Schalterstellung sind die drei Spannungsphasen L1-L3 mit der Elektromaschine 4 verbunden. In einer zweiten Schalterstellung (die Schalter werden nach unten bewegt) werden die beiden Spannungsphasen L2, L3 mit der Schnittstelle 6 verbunden, sodass sichergestellt ist, dass bei Benutzung der Schnittstelle 6 durch einen angeschlossenen externen Verbraucher die Elektromaschine 4 nicht bestromt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    elektrisches System
    2
    Hochvoltbatterie
    3
    Wechselrichter
    4
    Elektromaschine
    5
    Steuergerät
    6
    Schnittstelle
    7
    Abgriff
    8
    Abgriff
    9
    Schaltelement
    10
    Schaltelement
    11
    Steuereinheit
    12
    Schaltelement
    13
    Schaltelement
    C
    Zwischenkreiskondensator
    L1
    erste Spannungsphase
    L2
    zweite Spannungsphase
    L3
    dritte Spannungsphase
    S
    Steuersignal
    T1-T6
    Transistoren
  • 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 102010003509 A1 [0003]

Claims (6)

  1. Elektrisches System (1) in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Batterie (2), einen Wechselrichter (3), eine Elektromaschine (4) und ein Steuergerät (5) für den Wechselrichter (3), wobei der Wechselrichter (3) drei Spannungsphasen (L1-L3) zur Ansteuerung der Elektromaschine (4) zur Verfügung stellt, wobei das elektrische System (1) eine standardisierte Schnittstelle (6) für externe Verbraucher aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Spannungsphasen (L2, L3) des Wechselrichters (3) mit der Schnittstelle (6) verbunden sind.
  2. Elektrisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Spannungsphasen (L1-L3) mit der Schnittstelle (6) verbunden sind.
  3. Elektrisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsphasen (L1-L3) mit der Elektromaschine direkt verbunden sind, wobei an den Spannungsphasen Abgriffe (7, 8) zur Schnittstelle (6) angeordnet sind, wobei zwischen den Abgriffen (7, 8) und der Schnittstelle (6) Schaltelemente (9, 10) angeordnet sind.
  4. Elektrisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (9, 10) als Relais ausgebildet sind.
  5. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens zwei Spannungsphasen (L2, L3) jeweils ein Schaltelement (12, 13) angeordnet ist, wobei in einer ersten Schalterstellung die Spannungsphase (L2, L3) mit der Elektromaschine (4) verbunden ist und in einer zweiten Schalterstellung die Spannungsphase (L2, L3) mit der Schnittstelle (6) verbunden ist.
  6. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Schaltelementen (9, 10, 12, 13) eine Steuereinheit (11) zugeordnet ist, wobei die Steuereinheit (11) derart ausgebildet ist, die Schaltelemente (9, 10, 12, 13) in Abhängigkeit eines Fahrzeug-Stopps anzusteuern.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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