DE102011006518A1 - Power supply unit e.g. high voltage battery, for drive train of e.g. electric car, has power supply elements electrically connected to each other by connector which is electrically connected to ground potential to form reference potential - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungsversorgungseinheit insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten und einem zweiten Anschlusspol, zwischen denen eine von der Spannungsversorgungseinheit bereitgestellte Spannung abgreifbar ist, wenigstens zwei Spannungsversorgungselementen, die zwischen die Anschlusspole geschaltet sind und die dazu ausgebildet sind, jeweils eine elektrische Spannung bereitzustellen, wobei die Spannungsversorgungselemente mittels Verbindungsmitteln elektrisch derart miteinander verbunden sind, dass sich die von den Spannungsversorgungselementen bereitgestellten einzelnen Spannungen addieren.The present invention relates to a power supply unit, in particular for a motor vehicle, having a first and a second connection pole, between which a voltage provided by the voltage supply unit can be tapped, at least two voltage supply elements, which are connected between the connection poles and which are each designed to provide an electrical voltage wherein the power supply elements are electrically connected together by means of connection means such that the individual voltages provided by the power supply elements add up.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Spannungsversorgungsnetz für ein Kraftfahrzeug mit einer Spannungsversorgungseinheit der oben beschriebenen Art.Furthermore, the present invention relates to a power supply network for a motor vehicle with a power supply unit of the type described above.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung und mit einer Spannungsversorgungseinheit der oben beschriebenen Art zum Bereitstellen von elektrischer Energie für die elektrische Maschine.Finally, the present invention relates to a motor vehicle drive train with an electric machine for providing drive power and with a power supply unit of the type described above for providing electrical energy for the electric machine.
Stand der TechnikState of the art
Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug-Antriebstechnik ist es allgemein bekannt, zwei unabhängige Gleichspannungsnetze vorzusehen, wobei ein Hochspannungsbordnetz in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen eine Spannung von mehr als 60 V bereitstellt, das galvanisch von einem Massepotential getrennt ist. Ferner ist es allgemein bekannt, dass zusätzlich zu dem Hochspannungsbordnetz ein Niederspannungsbordnetz bereitgestellt wird zum Versorgen von Steuergeräten mit einer Spannung von weniger als 60 V, wobei das Niederspannungsbordnetz mit dem Massepotential verbunden ist. Die galvanische Trennung des Hochspannungsbordnetzes von dem Massepotential dient dabei u. a. dazu, dass ein Anwender bei Berührung eines unter Spannung stehenden Teils des Hochspannungsbordnetzes keinen gefährlichen elektrischen Spannungen ausgesetzt wird.In the field of motor vehicle drive technology, it is generally known to provide two independent DC voltage grids, wherein a high voltage electrical system in electric vehicles or hybrid vehicles provides a voltage of more than 60 V, which is galvanically isolated from a ground potential. Further, it is well known that in addition to the high voltage electrical system, a low voltage electrical system is provided for powering controllers having a voltage of less than 60V, the low voltage electrical system being connected to the ground potential. The galvanic isolation of the high voltage electrical system from the ground potential serves u. a. To prevent a user from being exposed to dangerous electrical voltages when touching a live part of the high voltage electrical system.
Das Niederspannungsbordnetz ist üblicherweise an ein Massepotential des Kraftfahrzeugs angeschlossen, das üblicherweise auf dem Karosseriepotential liegt und dem Erdpotential entspricht.The low-voltage electrical system is usually connected to a ground potential of the motor vehicle, which is usually at the body potential and corresponds to the ground potential.
Nachteilig bei den bekannten Hochspannungs- und Niederspannungsbordnetzen für Kraftfahrzeuge ist es, dass die notwendige Potentialtrennung des Hochspannungsnetzes von dem Massepotential einen hohen technischen Aufwand darstellt und entsprechend mit hohen Kosten verbunden ist.A disadvantage of the known high-voltage and low-voltage vehicle electrical systems is that the necessary potential separation of the high-voltage network of the ground potential is a high technical effort and is associated with high costs.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine vereinfachte Spannungsquelle bereitzustellen, die eine hohe Spannung liefert und gleichzeitig einen sicheren Schutz für den Anwender bietet.It is therefore the object of the present invention to provide a simplified voltage source that provides high voltage while providing safe protection for the user.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spannungsversorgungseinheit insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten und einem zweiten Anschlusspol, zwischen denen eine von der Spannungsversorgungseinheit bereitgestellte Spannung abgreifbar ist, wenigstens zwei Spannungsversorgungselementen, die zwischen die Anschlusspole geschaltet sind und die dazu ausgebildet sind, jeweils eine elektrische Spannung bereitzustellen, wobei die Spannungsversorgungselemente mittels Verbindungsmitteln elektrisch derart miteinander verbunden sind, dass sich die von den Spannungsversorgungselementen bereitgestellten einzelnen Spannungen addieren, wobei die Verbindungsmittel elektrisch mit einem Massepotential verbunden sind, um ein Bezugspotential für die Spannungsversorgungseinheit zu bilden.This object is achieved by a power supply unit, in particular for a motor vehicle having a first and a second terminal pole, between which a voltage provided by the power supply unit can be tapped off, at least two power supply elements, which are connected between the terminal poles and which are each formed an electrical To provide voltage, wherein the power supply elements are electrically connected to each other by means of connecting means that add the individual voltages provided by the power supply elements, wherein the connecting means are electrically connected to a ground potential to form a reference potential for the power supply unit.
Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Spannungsversorgungsnetz für ein Kraftfahrzeug mit einer Spannungsversorgungseinheit der oben genannten Art.Furthermore, the above object is achieved by a power supply network for a motor vehicle with a power supply unit of the type mentioned above.
Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch eine Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung und mit einer Spannungsversorgungseinheit der oben genannten Art zum Bereitstellen von elektrischer Energie für die elektrische Maschine.Finally, the above object is achieved by a motor vehicle drive train with an electric machine for providing drive power and with a power supply unit of the above type for providing electrical energy for the electric machine.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Durch die vorliegende Erfindung kann eine Spannungsquelle bereitgestellt werden, die zwischen den Anschlusspolen eine notwendige Hochspannung bereitstellt, wobei die jeweiligen Anschlusspole eine niedrige Spannung zum Masse- bzw. Bezugspotential aufweisen und somit bei Berührung der Anschlusspole durch einen Anwender dieser nicht der gefährlichen Hochspannung ausgesetzt wird.By the present invention, a voltage source can be provided which provides a necessary high voltage between the terminal poles, wherein the respective terminal poles have a low voltage to the ground or reference potential and thus is exposed upon contact of the terminal poles by a user this not the dangerous high voltage.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass zwischen den Anschlusspolen die notwendige Hochspannung bereitgestellt wird und die Spannung zu dem Massepotential geringer, insbesondere halb so groß ist wie die Spannung zwischen den einzelnen Anschlusspolen, so dass ein Benutzer, der üblicherweise mit dem Massepotential verbunden ist, bei Berührung lediglich der niedrigen Spannung ausgesetzt wird, die zwischen einem jeweiligen Anschlusspol und dem Massepotential anliegt. Auf eine galvanische Trennung der Anschlusspole der Spannungsversorgungseinheit zu dem Massepotential kann bei einer derartigen Spannungsquelle verzichtet werden und trotzdem die nötige Sicherheit gewährleistet werden.The invention has the advantage that between the terminal poles, the necessary high voltage is provided and the voltage to the ground potential is lower, in particular half as large as the voltage between the individual terminal poles, so that a user who is usually connected to the ground potential, at Only the low voltage is exposed to contact between a respective terminal pole and the Ground potential applied. On a galvanic isolation of the terminal poles of the power supply unit to the ground potential can be dispensed with such a voltage source and still ensure the necessary security.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Spannungsversorgungseinheit ist es, dass ohne zusätzliche technische Mittel sowohl eine hohe Spannung zwischen den Anschlusspolen als auch eine niedrige Spannung zwischen einem jeweiligen Anschlusspol und dem Massepotential bereitgestellt wird.Another advantage of the power supply unit according to the invention is that without additional technical means both a high voltage between the terminal poles and a low voltage between a respective terminal pole and the ground potential is provided.
Die Spannungsversorgungseinheit ist vorzugsweise als Batterie, Kondensator oder Hybridkondensator ausgebildet.The voltage supply unit is preferably designed as a battery, capacitor or hybrid capacitor.
Es ist auf diese Weise möglich, auf vorhandene Spannungsversorgungseinheiten für Kraftfahrzeuge zurückzugreifen, um eine derartige Spannungsversorgungseinheit bereitzustellen.It is possible in this way to resort to existing power supply units for motor vehicles to provide such a power supply unit.
Dabei ist es bevorzugt, wenn die Spannungsversorgungselemente durch einzelne Zellen oder Gruppen von Zellen der Batterie gebildet sind.It is preferred if the power supply elements are formed by individual cells or groups of cells of the battery.
Dadurch kann mit einfachen Mitteln die Spannungsversorgungseinheit für ein Kraftfahrzeug mit zwei unabhängigen Spannungsversorgungselementen und den entsprechenden Anschlusspolen bereitgestellt werden.As a result, the power supply unit for a motor vehicle with two independent power supply elements and the corresponding connecting poles can be provided by simple means.
Es ist weiterhin allgemein bevorzugt, wenn die Spannungsversorgungselemente jeweils einen negativen Pol und einen positiven Pol aufweisen, zwischen denen die jeweilige Spannung der Spannungsversorgungselemente bereitgestellt ist und wobei der negative Pol des ersten Spannungsversorgungselementes mit dem positiven Pol des zweiten Spannungsversorgungselementes verbunden ist.It is further generally preferred that the voltage supply elements each have a negative pole and a positive pole, between which the respective voltage of the voltage supply elements is provided, and wherein the negative pole of the first voltage supply element is connected to the positive pole of the second voltage supply element.
Auf diese Weise ist eine einfache Reihenschaltung der Spannungsversorgungselemente realisierbar, wodurch sich die Spannungen der Spannungsversorgungselemente addieren und eine hohe Spannung zwischen den beiden Anschlusspolen der Spannungsversorgungseinheit bereitgestellt wird.In this way, a simple series connection of the voltage supply elements can be realized, whereby the voltages of the voltage supply elements add up and a high voltage is provided between the two terminal poles of the voltage supply unit.
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn der jeweils andere Pol der Spannungsversorgungselemente mit anderen Spannungsversorgungselementen verbunden ist, insbesondere mit diesen in Reihe geschaltet ist.It is further preferred if the respective other pole of the power supply elements is connected to other power supply elements, in particular with these connected in series.
Durch diese Zusammenschaltung ist es möglich, mit handelüblichen Batterieelementen eine beliebige Teilspannung zwischen den Anschlusspolen und dem Bezugspotential zu realisieren.By this interconnection, it is possible to realize any part voltage between the terminal poles and the reference potential with commercially available battery elements.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der jeweils andere Pol der Spannungsversorgungselemente mit jeweils einem Anschlusspol der Spannungsversorgungseinheit verbunden ist.Furthermore, it is preferred if the respective other pole of the voltage supply elements is connected to a respective terminal pole of the voltage supply unit.
Durch diese Maßnahme kann die entsprechende Teilspannung des Spannungsversorgungselementes zwischen dem Anschlusspol und dem Massepotential angelegt werden und ohne weiteren technischen Aufwand die Spannungsversorgungselemente zusammengeschaltet werden.By this measure, the corresponding partial voltage of the power supply element between the terminal pole and the ground potential can be applied and interconnected without further technical effort, the power supply elements.
Es ist allgemein bevorzugt, wenn die Spannungen der Spannungsversorgungselemente so gewählt sind, dass sie einen vordefinierten Wert, insbesondere einen sicherheitskritischen Wert nicht überschreiten.It is generally preferred if the voltages of the power supply elements are chosen such that they do not exceed a predefined value, in particular a safety-critical value.
Durch diese Maßnahme kann auf eine galvanische Trennung verzichtet werden, ohne dass die Spannungen zwischen den Anschlusspolen und dem Bezugspotential eine Gefahr für einen Anwender darstellen.By this measure can be dispensed with a galvanic isolation, without the voltages between the terminal poles and the reference potential pose a danger to a user.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Spannungen der Spannungsversorgungselemente identisch.According to another preferred embodiment, the voltages of the power supply elements are identical.
Dadurch kann eine maximale Hochspannung zwischen den Anschlusspolen erreicht werden, wobei die einzelnen Spannungen der Spannungsversorgungselemente einen vordefinierten Schwellenwert nicht überschreiten.Thereby, a maximum high voltage between the terminal poles can be achieved, wherein the individual voltages of the power supply elements do not exceed a predefined threshold.
Alternativ ist es bevorzugt, wenn die Spannungen der beiden Spannungsversorgungselemente unterschiedliche Werte aufweisen, um insbesondere unterschiedliche Versorgungsspannungen für unterschiedliche elektrische Verbraucher bereitzustellen.Alternatively, it is preferred if the voltages of the two voltage supply elements have different values, in order in particular to provide different supply voltages for different electrical consumers.
Dadurch können ohne weitere technische Maßnahmen Versorgungsspannungen für unterschiedliche Spannungsnetze bzw. elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden.As a result, supply voltages for different voltage networks or electrical consumers of the motor vehicle can be provided without further technical measures.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Der Verbrennungsmotor
Der Antriebsstrang
Die Kurbelwelle
Im motorischen Betrieb erzeugt die elektrische Maschine
Der Verbrennungsmotor
Die elektrische Maschine
Die Energieversorgungseinheit
Das Kraftfahrzeug
Das Hochspannungsbordnetz
Das Niederspannungsbordnetz
Das Hochspannungsbordnetz
Ein Anwender, der mit einem der beiden Hochspannungspotentiale
Die Energieversorgungseinheit des Hochspannungsbordnetzes
Die Energieversorgungseinheit
Dadurch dass das Massepotential
Die Spannungen
In
Dadurch dass die Batteriezellen
Eine derartige Spannungsversorgungseinheit kann vorzugsweise für Hybridantriebssysteme Verwendung finden. Grundsätzlich ist eine derartige Spannungsversorgungseinheit jedoch für alle Hochspannungssysteme anwendbar.Such a power supply unit may preferably be used for hybrid drive systems. In principle, however, such a power supply unit is applicable to all high voltage systems.
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