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DE102024001850A1 - Device and method for discharging a high-voltage electrical system of an electrically operated vehicle - Google Patents

Device and method for discharging a high-voltage electrical system of an electrically operated vehicle Download PDF

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DE102024001850A1
DE102024001850A1 DE102024001850.6A DE102024001850A DE102024001850A1 DE 102024001850 A1 DE102024001850 A1 DE 102024001850A1 DE 102024001850 A DE102024001850 A DE 102024001850A DE 102024001850 A1 DE102024001850 A1 DE 102024001850A1
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DE
Germany
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voltage
electrical system
low
converter
battery
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102024001850.6A
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German (de)
Inventor
Markus Orner
Maximilian Nitzsche
Alexander Baier
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
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Filing date
Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes (10) eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, wobei das Hochvolt-Bordnetz (10) über wenigstens ein Schütz (14) mit einer Hochvolt-Batterie (12) elektrisch verbunden ist und einen ersten DC/DC-Wandler (16) aufweist. Dabei ist ein zweiter, bidirektionaler, DC/DC-Wandler (18) mit der Hochvolt-Batterie (12) elektrisch verbunden. Die beiden DC/DC-Wandler (16, 18) sind über wenigstens ein erstes Niedervolt-Bordnetz (20) miteinander elektrisch gekoppelt.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes (10) eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit einer Vorrichtung (100).The invention relates to a device (100) for discharging a high-voltage electrical system (10) of an electrically operable vehicle, wherein the high-voltage electrical system (10) is electrically connected to a high-voltage battery (12) via at least one contactor (14) and has a first DC/DC converter (16). A second, bidirectional DC/DC converter (18) is electrically connected to the high-voltage battery (12). The two DC/DC converters (16, 18) are electrically coupled to one another via at least one first low-voltage electrical system (20).The invention further relates to a method for discharging a high-voltage electrical system (10) of an electrically operable vehicle using a device (100).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs sowie ein Verfahren zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit einer Vorrichtung.The invention relates to a device for discharging a high-voltage electrical system of an electrically operated vehicle and to a method for discharging a high-voltage electrical system of an electrically operated vehicle using a device.

Eine aktive Entladung eines Hochvolt-Bordnetzes ist bekannt. Diese dient dazu, nach Öffnen von Hochvolt-Schützen, das Hochvolt-Bordnetz dezentral durch jede einzelne Hochvolt-Komponente zu entladen. Dabei wird direkt in jeder Komponente ein Zwischenkreiskondensator durch Schließen eines Schalters über einen Entladewiderstand entladen.Active discharge of a high-voltage electrical system is well known. This method is used to discharge the high-voltage electrical system decentrally through each individual high-voltage component after opening high-voltage contactors. In this process, a DC link capacitor in each component is discharged directly by closing a switch via a discharge resistor.

Die Energie wird in Wärme verwandelt und kann nicht wiederverwendet werden, wodurch eine Reichweite des Fahrzeugs verringert wird. Eine übliche asymptotische Entladekurve durch einen ohmschen Widerstand führt zu einer langen Dauer des Entladevorgangs, insbesondere, wenn eine besonders niedrige Spannung erreicht werden soll.The energy is converted into heat and cannot be reused, reducing the vehicle's range. A typical asymptotic discharge curve through an ohmic resistor results in a long discharge time, especially if a particularly low voltage is to be achieved.

Weiter ist im Stand der Technik eine Zwischenkreisentladung mittels DC/DC-Wandler bekannt. Dazu wird, nach dem Öffnen der Hochvolt-Schütze, die Energie des Hochvolt-Zwischenkreises in eine Niedervolt-Batterie umgeladen.Furthermore, intermediate circuit discharge using a DC/DC converter is known in the prior art. After the high-voltage contactors are opened, the energy from the high-voltage intermediate circuit is transferred to a low-voltage battery.

Dazu wird eine Niedervolt-Batterie benötigt, deren Ladezustand von Bedeutung ist, da die Niedervolt-Batterie nicht zu voll sein darf, um die elektrische Energie beim Entladen aufnehmen zu können. Die Entladegeschwindigkeit ist abhängig von der Leistungsfähigkeit der Niedervolt-Batterie. Diese ist z.B. bei Kälte oder hoher Alterung stark eingeschränkt, wodurch wiederum eine längere Entladedauer resultiert.This requires a low-voltage battery, whose charge level is important, as the low-voltage battery must not be too full to absorb the electrical energy during discharging. The discharge rate depends on the low-voltage battery's performance. This is severely limited in cold conditions or with advanced aging, for example, which in turn results in a longer discharge time.

Die DE 10 2017 209 105 A1 beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung zur Entladung eines Hochvolt-Zwischenkreises eines Fahrzeugs. Der Hochvolt-Zwischenkreis umfasst einen Zwischenkreiskondensator und einen Tiefsetzsteller, welcher eine Hochvoltspannung des Hochvolt-Zwischenkreises in eine Niedervoltspannung wandelt. Die Vorrichtung umfasst eine Niedervolt-Entladeschaltung, welche niedervoltseitig mit dem Tiefsetzsteller elektrisch verbunden ist. Weiter umfasst die Vorrichtung Mittel, die dazu eingerichtet sind, die Niedervolt-Entladeschaltung in Abhängigkeit eines Entladesignals einzuschalten.The DE 10 2017 209 105 A1 For example, describes a device for discharging a high-voltage intermediate circuit of a vehicle. The high-voltage intermediate circuit comprises an intermediate circuit capacitor and a step-down converter, which converts a high-voltage voltage of the high-voltage intermediate circuit into a low-voltage voltage. The device comprises a low-voltage discharge circuit, which is electrically connected to the step-down converter on the low-voltage side. The device further comprises means configured to switch on the low-voltage discharge circuit in response to a discharge signal.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine effiziente Vorrichtung zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs zu schaffen.An object of the invention is to provide an efficient device for discharging a high-voltage electrical system of an electrically operated vehicle.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit einer solchen effizienten Vorrichtung anzugeben.A further object is to provide a method for discharging a high-voltage electrical system of an electrically operated vehicle using such an efficient device.

Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.The above-mentioned objects are solved by the features of the independent claims.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Advantageous embodiments and advantages of the invention emerge from the further claims, the description and the drawing.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Hochvolt-Bordnetz über wenigstens ein Schütz mit einer Hochvolt-Batterie elektrisch verbunden ist und einen ersten DC/DC-Wandler aufweist. Dabei ist ein zweiter, bidirektionaler, DC/DC-Wandler mit der Hochvolt-Batterie elektrisch verbunden. Die beiden DC/DC-Wandler sind über wenigstens ein erstes Niedervolt-Bordnetz miteinander elektrisch gekoppelt.According to one aspect of the invention, a device for discharging a high-voltage electrical system of an electrically operated vehicle is proposed. The high-voltage electrical system is electrically connected to a high-voltage battery via at least one contactor and has a first DC/DC converter. A second, bidirectional DC/DC converter is electrically connected to the high-voltage battery. The two DC/DC converters are electrically coupled to one another via at least one first low-voltage electrical system.

Die vorgeschlagene Vorrichtung weist den ersten DC/DC-Wandler auf, welcher auf der Seite des Hochvolt-Bordnetzes angeordnet ist, sowie den zweiten DC/DC-Wandler mit Anbindung an die Hochvolt-Batterie. Der zweite DC/DC-Wandler kann direkt oder über ein Absicherungselement mit der Hochvolt-Batterie elektrisch verbunden sein. Der zweite DC/DC-Wandler ist jedoch nicht mit dem Hochvolt-Bordnetz verbunden. Die beiden DC/DC-Wandler sind auf ihrer Niedervolt-Seite miteinander elektrisch verbunden.The proposed device comprises the first DC/DC converter, which is located on the high-voltage vehicle electrical system side, and the second DC/DC converter connected to the high-voltage battery. The second DC/DC converter can be electrically connected to the high-voltage battery directly or via a fuse element. However, the second DC/DC converter is not connected to the high-voltage vehicle electrical system. The two DC/DC converters are electrically connected to each other on their low-voltage sides.

Mit der Vorrichtung ist es möglich, eine aktive Entladung des Hochvolt-Bordnetzes bei geöffneten Hochvolt-Schützen nicht über einen Verbraucher oder Widerstand vorzunehmen, sondern den ersten DC/DC-Wandler im Hochvolt-Bordnetz zu nutzen, um über einen auf der Niedervolt-Seite gekoppelten zweiten DC/DC-Wandler die Energie in die Hochvolt-Batterie einzuspeisen.The device makes it possible to actively discharge the high-voltage vehicle electrical system when the high-voltage contactors are open, not via a consumer or resistor, but rather to use the first DC/DC converter in the high-voltage vehicle electrical system to feed the energy into the high-voltage battery via a second DC/DC converter coupled on the low-voltage side.

Die Hochvolt-Schütze können als zwei getrennte Schütze ausgebildet sein. Es kann jedoch auch ein Schütz vorhanden sein, welches beide Pole schaltet. Denkbar ist auch ein einzelnes Schütz auf nur einem Pol, beispielsweise dem positiven Pol der Hochvolt-Batterie.The high-voltage contactors can be designed as two separate contactors. However, there can also be one contactor that switches both poles. A single contactor on just one pole, for example, the positive pole of the high-voltage battery, is also conceivable.

Der erste DC/DC-Wandler ist im Hochvolt-Bordnetz angeordnet, welcher durch Öffnen des wenigstens einen Hochvolt-Schützes von der Hochvolt-Batterie und damit der Hochvolt-Speisung getrennt wird. Der zweite DC/DC-Wandler, bidirektional ausgeführt, ist direkt mit der Hochvolt-Batterie und über beispielsweise ein Koppelelement mit dem ersten DC/DC-Wandler verbunden. Damit kann über den zweiten DC/DC-Wandler permanent Energie vom Niedervolt-Bereich in die Hochvolt-Batterie eingespeist werden, beispielsweise wenn diese Energie über den ersten DC/DC-Wandler aus dem Hochvolt-Bordnetz stammt.The first DC/DC converter is located in the high-voltage vehicle electrical system, which is separated from the high-voltage battery and thus from the high-voltage supply by opening at least one high-voltage contactor. The second DC/DC converter, designed bidirectionally, is connected directly to the high-voltage battery and, for example, via a coupling element to the first DC/DC converter. This allows The second DC/DC converter can permanently feed energy from the low-voltage range into the high-voltage battery, for example if this energy comes from the high-voltage vehicle electrical system via the first DC/DC converter.

Zur Entladung wird das wenigstens eine die Hochvolt-Schütz geöffnet und das Niedervolt-Koppelelement geschlossen. Der erste DC/DC-Wandler speist Energie aus den Hochvolt-Zwischenkreisen ins Niedervolt-Bordnetz. Der zweite DC/DC-Wandler wandelt die Energie auf die Hochvolt-Seite, sodass die Energie aus dem Niedervolt-Bordnetz in die Hochvolt-Batterie gespeist werden kann.For discharging, at least one of the high-voltage contactors is opened and the low-voltage coupling element is closed. The first DC/DC converter feeds energy from the high-voltage intermediate circuits into the low-voltage electrical system. The second DC/DC converter converts the energy to the high-voltage side, allowing the energy from the low-voltage electrical system to be fed into the high-voltage battery.

Die aktive Entladung kann beendet werden, wenn die Hochvolt-Bordnetzspannung einen definierten Grenzwert unterschreitet, beispielsweise unterhalb einer Berührungsschutzkleinspannung oder unterhalb einer Vorladegrenze ist, um ein erneutes Vorladen schnellstmöglich zu gewährleisten.The active discharge can be terminated if the high-voltage vehicle electrical system voltage falls below a defined limit, for example below a contact protection low voltage or below a pre-charging limit, in order to ensure re-charging as quickly as possible.

Vorteilhaft wird so zum Entladen des Hochvolt-Bordnetzes keine Niedervolt-Batterie benötigt. Die Entladedauer ist unabhängig von der Niedervolt-Batterie. Dadurch kann die Entladegeschwindigkeit insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen erhöht werden.Advantageously, no low-voltage battery is required to discharge the high-voltage electrical system. The discharge time is independent of the low-voltage battery. This allows for increased discharge speed, especially at low outside temperatures.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung können die beiden DC/DC-Wandler in dem wenigstens einen ersten Niedervolt-Bordnetz über ein elektrisches Koppelelement elektrisch gekoppelt sein. Dadurch kann die elektrische Energie direkt von der Niedervolt-Seite des ersten DC/DC-Wandlers auf die Niedervolt-Seite des zweiten DC/DC-Wandlers übertragen werden, sodass die Energie durch den zweiten DC/DC-Wandler wieder auf die Hochvolt-Seite gewandelt werden und in die Hochvolt-Batterie eingespeist werden kann. Alternativ können die beiden DC/DC-Wandler auf der Niedervolt-Seite auch permanent miteinander elektrisch gekoppelt sein.According to an advantageous embodiment of the device, the two DC/DC converters in the at least one first low-voltage vehicle electrical system can be electrically coupled via an electrical coupling element. This allows the electrical energy to be transferred directly from the low-voltage side of the first DC/DC converter to the low-voltage side of the second DC/DC converter, so that the energy can be converted back to the high-voltage side by the second DC/DC converter and fed into the high-voltage battery. Alternatively, the two DC/DC converters on the low-voltage side can also be permanently electrically coupled to one another.

Sind zwei Niedervolt-Bordnetze vorhanden, werden die beiden Niedervolt-Bordnetze durch das Koppelelement gekoppelt.If two low-voltage electrical systems are present, the two low-voltage electrical systems are coupled by the coupling element.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann der zweite DC/DC-Wandler mit der Hochvolt-Batterie über ein Absicherungselement elektrisch verbunden sein. Günstigerweise kann das Absicherungselement in dem zweiten DC/DC-Wandler integriert sein.According to an advantageous embodiment of the device, the second DC/DC converter can be electrically connected to the high-voltage battery via a protection element. Advantageously, the protection element can be integrated into the second DC/DC converter.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann der zweite DC/DC-Wandler mit einem zweiten Niedervolt-Bordnetz elektrisch gekoppelt sein.According to an advantageous embodiment of the device, the second DC/DC converter can be electrically coupled to a second low-voltage vehicle electrical system.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung können das erste Niedervolt-Bordnetz und das zweite Niedervolt-Bordnetz über das elektrische Koppelelement elektrisch gekoppelt sein. Das optionale zweite Niedervolt-Bordnetz kann günstigerweise als redundantes Niedervolt-Bordnetz ausgebildet sein und beispielsweise zur Versorgung sicherheitskritischer Verbraucher vorgesehen sein.According to an advantageous embodiment of the device, the first low-voltage electrical system and the second low-voltage electrical system can be electrically coupled via the electrical coupling element. The optional second low-voltage electrical system can advantageously be designed as a redundant low-voltage electrical system and be provided, for example, to supply safety-critical consumers.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann das wenigstens eine erste Niedervolt-Bordnetz wenigstens eine Niedervolt-Batterie aufweisen oder mit wenigstens einer Niedervolt-Batterie elektrisch gekoppelt sein. Die Niedervolt-Batterie kann günstigerweise zur Versorgung von Niedervolt-Verbrauchern, insbesondere beispielsweise von sicherheitskritischen Verbrauchern, genutzt werden.According to an advantageous embodiment of the device, the at least one first low-voltage electrical system can have at least one low-voltage battery or be electrically coupled to at least one low-voltage battery. The low-voltage battery can advantageously be used to supply low-voltage consumers, in particular, for example, safety-critical consumers.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit einer Vorrichtung vorgeschlagen, wenigstens umfassend Öffnen von wenigstens einem Schütz zwischen einer Hochvolt-Batterie und dem Hochvolt-Bordnetz; Einspeisen von elektrischer Energie aus dem Hochvolt-Bordnetz über einen ersten DC/DC-Wandler in wenigstens ein erstes Niedervolt-Bordnetz; Einspeisen der elektrischen Energie aus dem wenigstens einen ersten Niedervolt-Bordnetz über einen zweiten, bidirektionalen, DC/DC-Wandler in die Hochvolt-Batterie.According to a further aspect of the invention, a method for discharging a high-voltage electrical system of an electrically operable vehicle is proposed using a device, at least comprising opening at least one contactor between a high-voltage battery and the high-voltage electrical system; feeding electrical energy from the high-voltage electrical system via a first DC/DC converter into at least one first low-voltage electrical system; feeding the electrical energy from the at least one first low-voltage electrical system into the high-voltage battery via a second, bidirectional, DC/DC converter.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, eine aktive Entladung des Hochvolt-Bordnetzes bei geöffneten Hochvolt-Schützen nicht über einen Verbraucher oder Widerstand vorzunehmen, sondern den ersten DC/DC-Wandler im Hochvolt-Bordnetz zu nutzen, um über einen auf der Niedervolt-Seite gekoppelten zweiten DC/DC-Wandler die Energie in die Hochvolt-Batterie einzuspeisen.With the proposed method, it is possible to actively discharge the high-voltage electrical system when the high-voltage contactors are open, not via a consumer or resistor, but to use the first DC/DC converter in the high-voltage electrical system to feed the energy into the high-voltage battery via a second DC/DC converter coupled on the low-voltage side.

Der erste DC/DC-Wandler ist im Hochvolt-Bordnetz angeordnet, welcher durch Öffnen des wenigstens einen Hochvolt-Schützes von der Hochvolt-Batterie und damit der Hochvolt-Speisung getrennt wird. Der zweite DC/DC-Wandler, bidirektional ausgeführt, ist direkt mit der Hochvolt-Batterie und über beispielsweise ein Koppelelement mit dem ersten DC/DC-Wandler verbunden. Damit kann über den zweiten DC/DC-Wandler permanent Energie vom Nledervolt-Bereich in die Hochvolt-Batterie eingespeist werden, beispielsweise wenn diese Energie über den ersten DC/DC-Wandler aus dem Hochvolt-Bordnetz stammt.The first DC/DC converter is located in the high-voltage electrical system, which is disconnected from the high-voltage battery and thus from the high-voltage supply by opening at least one high-voltage contactor. The second DC/DC converter, designed bidirectionally, is connected directly to the high-voltage battery and, for example, via a coupling element, to the first DC/DC converter. This allows the second DC/DC converter to continuously feed energy from the low-voltage range into the high-voltage battery, for example, if this energy originates from the high-voltage electrical system via the first DC/DC converter.

Zur Entladung wird das wenigstens eine Hochvolt-Schütz geöffnet und das Niedervolt-Koppelelement geschlossen. Der erste DC/DC-Wandler speist Energie aus den Hochvolt-Zwischenkreisen ins Niedervolt-Bordnetz. Der zweite DC/DC-Wandler wandelt die Energie auf die Hochvolt-Seite, sodass die Energie aus dem Niedervolt-Bordnetz in die Hochvolt-Batterie gespeist werden kann.For discharging, at least one high-voltage contactor is opened and the low-voltage coupling element is closed. The first DC/DC converter feeds energy from the high-voltage intermediate circuits into the low-voltage vehicle electrical system. The second DC/DC converter converts the energy to the high-voltage side so that the energy from the low-voltage electrical system can be fed into the high-voltage battery.

Die aktive Entladung kann beendet werden, wenn die Hochvolt-Bordnetzspannung einen definierten Grenzwert unterschreitet, beispielsweise unterhalb einer Berührungsschutzkleinspannung oder unterhalb einer Vorladegrenze ist.The active discharge can be terminated if the high-voltage vehicle electrical system voltage falls below a defined limit, for example below a contact protection low voltage or below a pre-charging limit.

Vorteilhaft wird so zum Entladen des Hochvolt-Bordnetzes keine Niedervolt-Batterie benötigt. Die Vorladedauer ist unabhängig von der Niedervolt-Batterie. Dadurch kann die Vorladeleistung insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen erhöht werden.Advantageously, no low-voltage battery is required to discharge the high-voltage electrical system. The pre-charging time is independent of the low-voltage battery. This allows for increased pre-charging performance, especially at low outside temperatures.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann vor dem Einspeisen der elektrischen Energie in das wenigstens eine erste Niedervolt-Bordnetz ein elektrisches Koppelelement zwischen den beiden DC/DC-Wandlern geschlossen werden. Dadurch kann die elektrische Energie direkt von der Niedervolt-Seite des ersten DC/DC-Wandlers auf die Niedervolt-Seite des zweiten DC/DC-Wandlers übertragen werden, sodass die Energie durch den zweiten DC/DC-Wandler wieder auf die Hochvolt-Seite gewandelt werden und in die Hochvolt-Batterie eingespeist werden kann.According to an advantageous embodiment of the method, an electrical coupling element can be connected between the two DC/DC converters before the electrical energy is fed into the at least one first low-voltage vehicle electrical system. This allows the electrical energy to be transferred directly from the low-voltage side of the first DC/DC converter to the low-voltage side of the second DC/DC converter, so that the energy can be converted back to the high-voltage side by the second DC/DC converter and fed into the high-voltage battery.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Entladen des Hochvolt-Bordnetzes beendet werden, wenn eine elektrische Spannung des Hochvolt-Bordnetzes einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Insbesondere kann dabei der vorgegebene Grenzwert eine Berührschutzkleinspannung oder ein Vorladegrenzwert sein. Damit können Sicherheitsgrenzen des Systems ausreichend eingehalten werden.According to an advantageous embodiment of the method, the discharging of the high-voltage electrical system can be terminated when the electrical voltage of the high-voltage electrical system falls below a predetermined limit. In particular, the predetermined limit can be a touch protection extra-low voltage or a pre-charging limit. This allows the system's safety limits to be adequately maintained.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann ein zweites Niedervolt-Bordnetz über den zweiten DC/DC-Wandler direkt aus der Hochvolt-Batterie gespeist werden. Insbesondere können dabei sicherheitskritische Niedervolt-Verbraucher im zweiten Niedervolt-Bordnetz über den zweiten DC/DC-Wandler direkt aus der Hochvolt-Batterie versorgt werden. Das optionale zweite Niedervolt-Bordnetz kann günstigerweise als redundantes Niedervolt-Bordnetz ausgebildet sein und beispielsweise zur Versorgung sicherheitskritischer Verbraucher vorgesehen sein.According to an advantageous embodiment of the method, a second low-voltage electrical system can be supplied directly from the high-voltage battery via the second DC/DC converter. In particular, safety-critical low-voltage consumers in the second low-voltage electrical system can be supplied directly from the high-voltage battery via the second DC/DC converter. The optional second low-voltage electrical system can advantageously be designed as a redundant low-voltage electrical system and, for example, be provided to supply safety-critical consumers.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages will become apparent from the following description of the drawings. The drawings illustrate an exemplary embodiment of the invention. The drawings, the description, and the claims contain numerous features in combination. Those skilled in the art will expediently consider the features individually and combine them into further meaningful combinations.

Dabei zeigen:

  • 1 eine Systemübersicht einer Vorrichtung zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine Systemübersicht einer Vorrichtung zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Showing:
  • 1 a system overview of a device for discharging a high-voltage electrical system of an electrically operated vehicle according to an embodiment of the invention;
  • 2 a system overview of a device for discharging a high-voltage electrical system of an electrically operated vehicle according to a further embodiment of the invention; and
  • 3 a schematic representation of a method for discharging a high-voltage electrical system of an electrically operated vehicle with a device according to an embodiment of the invention.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, identical or similar components are designated by the same reference numerals. The figures are merely examples and are not to be construed as limiting.

1 zeigt eine Systemübersicht einer Vorrichtung 100 zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes 10 eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 shows a system overview of a device 100 for discharging a high-voltage electrical system 10 of an electrically operated vehicle according to an embodiment of the invention.

Das Hochvolt-Bordnetz 10, welches lediglich symbolhaft dargestellt ist, ist über wenigstens ein Schütz 14, welches beidpolig schaltet, oder über zwei Schütze 14 mit einer Hochvolt-Batterie 12 elektrisch verbunden. Weiter ist das Hochvolt-Bordnetz 10 mit einem ersten DC/DC-Wandler 16 gekoppelt. Ein zweiter, bidirektionaler DC/DC-Wandler 18 ist mit der Hochvolt-Batterie 12 direkt elektrisch verbunden. Die beiden DC/DC-Wandler 16, 18 sind über wenigstens ein erstes Niedervolt-Bordnetz 20 miteinander elektrisch gekoppelt.The high-voltage electrical system 10, which is shown only symbolically, is electrically connected to a high-voltage battery 12 via at least one contactor 14, which switches in both poles, or via two contactors 14. Furthermore, the high-voltage electrical system 10 is coupled to a first DC/DC converter 16. A second, bidirectional DC/DC converter 18 is directly electrically connected to the high-voltage battery 12. The two DC/DC converters 16, 18 are electrically coupled to one another via at least one first low-voltage electrical system 20.

Der zweite DC/DC-Wandler 18 kann auch über ein Absicherungselement, welches beispielsweise in dem zweite DC/DC-Wandler 18 integriert sein kann, mit der Hochvolt-Batterie 12 direkt elektrisch verbunden sein.The second DC/DC converter 18 can also be directly electrically connected to the high-voltage battery 12 via a fuse element, which can be integrated, for example, in the second DC/DC converter 18.

Bei dem in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel sind die beiden DC/DC-Wandler 16, 18 in dem ersten Niedervolt-Bordnetz 20 über ein elektrisches Koppelelement 22 elektrisch gekoppelt. Das Niedervolt-Bordnetz 20 weist weiter einen optionalen Niedervolt-Verbraucher 24 auf.In the 1 In the illustrated embodiment, the two DC/DC converters 16, 18 in the first low-voltage electrical system 20 are electrically coupled via an electrical coupling element 22. The low-voltage electrical system 20 further includes an optional low-voltage consumer 24.

Wenigstens der zweite DC/DC-Wandler 18 ist bidirektional ausgebildet und kann sowohl elektrische Energie aus der Hochvolt-Batterie 12 umwandeln und in das Niedervolt-Bordnetz 20 einspeisen, als auch rückwärts elektrische Energie aus dem Niedervolt-Bordnetz 20 auf die Hochvolt-Seite wandeln und in die Hochvolt-Batterie 12 einspeisen.At least the second DC/DC converter 18 is bidirectional and can convert electrical energy from the high-voltage battery 12 and feed it into the low-voltage electrical system 20, as well as reverse electrical energy from the low dervolt electrical system 20 to the high-voltage side and feed it into the high-voltage battery 12.

Zum Entladen des Hochvolt-Bordnetzes 10 werden die zwei Schütze 14 zwischen der Hochvolt-Batterie 12 und dem Hochvolt-Bordnetz 10 geöffnet.To discharge the high-voltage electrical system 10, the two contactors 14 between the high-voltage battery 12 and the high-voltage electrical system 10 are opened.

Die elektrische Energie aus dem Hochvolt-Bordnetz 10 wird über den ersten DC/DC-Wandler 16 in das erste Niedervolt-Bordnetz 20 gewandelt.The electrical energy from the high-voltage electrical system 10 is converted into the first low-voltage electrical system 20 via the first DC/DC converter 16.

Vor dem Einspeisen der elektrischen Energie in das wenigstens eine erste Niedervolt-Bordnetz 20 wird das elektrische Koppelelement 22 zwischen den beiden DC/DC-Wandlern 16, 18 geschlossen.Before the electrical energy is fed into the at least one first low-voltage vehicle electrical system 20, the electrical coupling element 22 between the two DC/DC converters 16, 18 is closed.

Weiter wird die gewandelte elektrische Energie aus dem ersten Niedervolt-Bordnetz 20 über den zweiten DC/DC-Wandler 18 in die Hochvolt-Batterie 12 gespeist.Furthermore, the converted electrical energy from the first low-voltage electrical system 20 is fed into the high-voltage battery 12 via the second DC/DC converter 18.

Das Entladen des Hochvolt-Bordnetzes 10 wird beendet, wenn eine elektrische Spannung des Hochvolt-Bordnetzes 10 einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Insbesondere kann dabei der vorgegebene Grenzwert eine Berührschutzkleinspannung oder ein Vorladegrenzwert sein, um ein erneutes Vorladen schnellstmöglich zu gewährleisten.The discharging of the high-voltage electrical system 10 is terminated when the electrical voltage of the high-voltage electrical system 10 falls below a predefined limit. In particular, the predefined limit can be a touch protection extra-low voltage or a precharging limit to ensure recharging as quickly as possible.

2 zeigt eine Systemübersicht einer Vorrichtung 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 shows a system overview of a device 100 according to a further embodiment of the invention.

Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das erste Niedervolt-Bordnetz 20 eine Niedervolt-Batterie 28 auf.In the 2 In the exemplary embodiment shown, the first low-voltage electrical system 20 has a low-voltage battery 28.

Ein zweites Niedervolt-Bordnetz 30 wird über den zweiten DC/DC-Wandler 18 direkt aus der Hochvolt-Batterie 12 gespeist.A second low-voltage electrical system 30 is fed directly from the high-voltage battery 12 via the second DC/DC converter 18.

Das zweite Niedervolt-Bordnetz 30 weist ebenfalls einen optionalen Niedervolt-Verbraucher auf. Ein oder mehrere Verbraucher 26 können mit beiden Niedervolt-Bordnetzen 20, 30 elektrisch verbunden sein. Ein weiterer Verbraucher 26 kann insbesondere ein sicherheitskritischer Niedervolt-Verbraucher 26 sein, welcher im zweiten Niedervolt-Bordnetz 30 über den zweiten DC/DC-Wandler 18 direkt aus der Hochvolt-Batterie 12 versorgt werden kann.The second low-voltage electrical system 30 also has an optional low-voltage consumer. One or more consumers 26 can be electrically connected to both low-voltage electrical systems 20, 30. A further consumer 26 can, in particular, be a safety-critical low-voltage consumer 26, which can be supplied directly from the high-voltage battery 12 in the second low-voltage electrical system 30 via the second DC/DC converter 18.

Das erste Niedervolt-Bordnetz 20 und das zweite Niedervolt-Bordnetz 30 sind über das elektrische Koppelelement 22 elektrisch gekoppelt, sodass elektrische Energie aus dem Hochvolt-Bordnetz 10 über den ersten DC/DC-Wandler 16 in das erste Niedervolt-Bordnetz 20 gespeist werden kann, von dort über das elektrische Koppelelement 22 in das zweite Niedervolt-Bordnetz 30 übertragen und über den zweiten DC/DC-Wandler 18 dann wieder in die Hochvolt-Batterie 12 eingespeist werden.The first low-voltage electrical system 20 and the second low-voltage electrical system 30 are electrically coupled via the electrical coupling element 22, so that electrical energy from the high-voltage electrical system 10 can be fed into the first low-voltage electrical system 20 via the first DC/DC converter 16, from there transferred into the second low-voltage electrical system 30 via the electrical coupling element 22 and then fed back into the high-voltage battery 12 via the second DC/DC converter 18.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes 10 eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit einer Vorrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der elektrische Energiefluss ist mit gepunkteten Pfeilen dargestellt. 3 shows a schematic representation of a method for discharging a high-voltage electrical system 10 of an electrically operable vehicle using a device 100 according to an embodiment of the invention. The electrical energy flow is represented by dotted arrows.

Als Ausgangspunkt vor dem Entladen sei das Hochvolt-Bordnetz 10 geladen. Die Hochvolt-Schütze 14 sind geschlossen. Zur Entladung müssen die Zwischenkreiskapazitäten der Hochvolt-Komponenten im Hochvolt-Bordnetz 10 entladen werden. Beispielsweise können das Zwischenkreiskapazitäten der Inverter, eines Klimakompressors, eines Onboard-Laders, oder eines Heizers sein.As a starting point before discharging, the high-voltage electrical system 10 is charged. The high-voltage contactors 14 are closed. For discharging, the intermediate circuit capacitances of the high-voltage components in the high-voltage electrical system 10 must be discharged. For example, these can be the intermediate circuit capacitances of the inverter, an air conditioning compressor, an onboard charger, or a heater.

Vor dem Entladen werden die Hochvolt-Schütze 14 geöffnet. Das Niedervolt-Koppelelement 22 wird geschlossen.Before discharging, the high-voltage contactors 14 are opened. The low-voltage coupling element 22 is closed.

Der erste DC/DC-Wandler 16 speist Energie aus den Hochvolt-Zwischenkreisen der Komponenten des Hochvolt-Bordnetzes 10 ins Niedervolt-Bordnetz 20. Über das elektrische Koppelelement 22 wird die Energie zum zweiten DC/DC-Wandler 18 übertragen. Der zweite DC/DC-Wandler 18 wandelt die Energie aus dem Niedervolt-Bordnetz 20 wieder zurück auf die Hochvolt-Seite, sodass die Energie in die Hochvolt-Batterie 12 gespeist werden kann.The first DC/DC converter 16 feeds energy from the high-voltage intermediate circuits of the components of the high-voltage electrical system 10 into the low-voltage electrical system 20. The energy is transferred to the second DC/DC converter 18 via the electrical coupling element 22. The second DC/DC converter 18 converts the energy from the low-voltage electrical system 20 back to the high-voltage side so that the energy can be fed into the high-voltage battery 12.

Der Entladeprozess kann beendet werden, wenn die Hochvolt-Bordnetzspannung einen definierten Grenzwert unterschreitet, beispielsweise wenn die Hochvolt-Bordnetzspannung unterhalb eine Berührungsschutzkleinspannung oder unterhalb eine Vorladegrenze fällt.The discharge process can be terminated if the high-voltage vehicle electrical system voltage falls below a defined limit, for example if the high-voltage vehicle electrical system voltage falls below a contact protection extra-low voltage or below a pre-charging limit.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Hochvolt-BordnetzHigh-voltage electrical system
1212
Hochvolt-BatterieHigh-voltage battery
1414
Hochvolt-SchützHigh-voltage contactor
1616
erster DC/DC-Wandlerfirst DC/DC converter
1818
zweiter DC/DC-Wandlersecond DC/DC converter
2020
erstes Niedervolt-Bordnetzfirst low-voltage electrical system
2222
elektrisches Koppelelementelectrical coupling element
2424
Niedervolt-VerbraucherLow-voltage consumers
2626
sicherheitskritischer Verbrauchersafety-critical consumer
2828
Niedervolt-BatterieLow-voltage battery
3030
zweites Niedervolt-Bordnetzsecond low-voltage electrical system
100100
EnergiespeichersystemEnergy storage system

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10 2017 209 105 A1 [0006]DE 10 2017 209 105 A1 [0006]

Claims (10)

Vorrichtung (100) zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes (10) eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, wobei das Hochvolt-Bordnetz (10) über wenigstens ein Schütz (14) mit einer Hochvolt-Batterie (12) elektrisch verbunden ist und einen ersten DC/DC-Wandler (16) aufweist, wobei ein zweiter, bidirektionaler, DC/DC-Wandler (18) mit der Hochvolt-Batterie (12) elektrisch verbunden ist und die beiden DC/DC-Wandler (16, 18) über wenigstens ein erstes Niedervolt-Bordnetz (20) miteinander elektrisch gekoppelt sind.Device (100) for discharging a high-voltage electrical system (10) of an electrically operated vehicle, wherein the high-voltage electrical system (10) is electrically connected to a high-voltage battery (12) via at least one contactor (14) and has a first DC/DC converter (16), wherein a second, bidirectional, DC/DC converter (18) is electrically connected to the high-voltage battery (12) and the two DC/DC converters (16, 18) are electrically coupled to one another via at least one first low-voltage electrical system (20). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die beiden DC/DC-Wandler (16, 18) in dem wenigstens einen ersten Niedervolt-Bordnetz (20) über ein elektrisches Koppelelement (22) elektrisch gekoppelt sind.Device according to Claim 1 , wherein the two DC/DC converters (16, 18) in the at least one first low-voltage vehicle electrical system (20) are electrically coupled via an electrical coupling element (22). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite DC/DC-Wandler (18) mit der Hochvolt-Batterie (12) über ein Absicherungselement elektrisch verbunden ist.Device according to Claim 1 or 2 , wherein the second DC/DC converter (18) is electrically connected to the high-voltage battery (12) via a fuse element. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite DC/DC-Wandler (18) mit einem zweiten Niedervolt-Bordnetz (30) elektrisch gekoppelt ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the second DC/DC converter (18) is electrically coupled to a second low-voltage vehicle electrical system (30). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das erste Niedervolt-Bordnetz (20) und das zweite Niedervolt-Bordnetz (30) über das elektrische Koppelelement (22) elektrisch gekoppelt sind.Device according to one of the Claims 2 until 4 , wherein the first low-voltage electrical system (20) and the second low-voltage electrical system (30) are electrically coupled via the electrical coupling element (22). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine erste Niedervolt-Bordnetz (20) wenigstens eine Niedervolt-Batterie (28) aufweist oder mit wenigstens einer Niedervolt-Batterie (28) elektrisch gekoppelt ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the at least one first low-voltage vehicle electrical system (20) has at least one low-voltage battery (28) or is electrically coupled to at least one low-voltage battery (28). Verfahren zum Entladen eines Hochvolt-Bordnetzes (10) eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit einer Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenigstens umfassend Öffnen von wenigstens einem Schütz (14) zwischen einer Hochvolt-Batterie (12) und dem Hochvolt-Bordnetz (10); Einspeisen von elektrischer Energie aus dem Hochvolt-Bordnetz (10) über einen ersten DC/DC-Wandler (16) in wenigstens ein erstes Niedervolt-Bordnetz (20); Einspeisen der elektrischen Energie aus dem wenigstens einen ersten Niedervolt-Bordnetz (20) über einen zweiten, bidirektionalen, DC/DC-Wandler (18) in die Hochvolt-Batterie (12).A method for discharging a high-voltage electrical system (10) of an electrically operable vehicle with a device (100) according to one of the preceding claims, at least comprising: Opening at least one contactor (14) between a high-voltage battery (12) and the high-voltage electrical system (10); Feeding electrical energy from the high-voltage electrical system (10) via a first DC/DC converter (16) into at least one first low-voltage electrical system (20); Feeding the electrical energy from the at least one first low-voltage electrical system (20) into the high-voltage battery (12) via a second, bidirectional DC/DC converter (18). Verfahren nach Anspruch 7, wobei vor dem Einspeisen der elektrischen Energie in das wenigstens eine erste Niedervolt-Bordnetz (20) ein elektrisches Koppelelement (22) zwischen den beiden DC/DC-Wandlern (16, 18) geschlossen wird.Procedure according to Claim 7 , wherein an electrical coupling element (22) is closed between the two DC/DC converters (16, 18) before the electrical energy is fed into the at least one first low-voltage vehicle electrical system (20). Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Entladen des Hochvolt-Bordnetzes (10) beendet wird, wenn eine elektrische Spannung des Hochvolt-Bordnetzes (10) einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, insbesondere wobei der vorgegebene Grenzwert eine Berührschutzkleinspannung oder ein Vorladegrenzwert ist.Procedure according to Claim 7 or 8 , wherein the discharging of the high-voltage vehicle electrical system (10) is terminated when an electrical voltage of the high-voltage vehicle electrical system (10) falls below a predetermined limit value, in particular wherein the predetermined limit value is a contact protection extra-low voltage or a pre-charging limit value. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei ein zweites Niedervolt-Bordnetz (30) über den zweiten DC/DC-Wandler (18) direkt aus der Hochvolt-Batterie (12) gespeist wird, insbesondere wobei sicherheitskritische Niedervolt-Verbraucher (26) im zweiten Niedervolt-Bordnetz (30) über den zweiten DC/DC-Wandler (18) direkt aus der Hochvolt-Batterie (12) versorgt werden.Method according to one of the Claims 7 until 9 , wherein a second low-voltage vehicle electrical system (30) is fed directly from the high-voltage battery (12) via the second DC/DC converter (18), in particular wherein safety-critical low-voltage consumers (26) in the second low-voltage vehicle electrical system (30) are supplied directly from the high-voltage battery (12) via the second DC/DC converter (18).
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