KRAFTFAHRZEUG-BORDNETZ FÜR EIN ELEKTRISCH ANGETRIEBENES FAHRZEUG UND

VERFAHREN ZUM BETRIEB EINES KRAFTFAHRZEUG-BORDNETZES

Es ist bekannt, Kraftfahrzeuge mittels einer Batterie als Energiespeicher anzutreiben, wobei der elektrische Antrieb eine elektrische Maschine umfasst. Zum einen sind zur Erzeugung eines Drehfelds und allgemein zur Steuerung der elektrischen Maschine Halbleiter erforderlich, insbesondere die Halbleiterschalter eines Stromrichters, um mittels der Gleichspannung des Ener ^¬ giespeichers die elektrische Maschine betreiben zu können.

Weiterhin ist allgemein bekannt, dass Fahrzeuge mit einem elektrischen Energiespeicher, der insbesondere zur Traktion dient, über eine Ladeschnittstelle am Äußeren des Fahrzeugs („Plug-in") aufgeladen werden kann, wobei diese Schnittstelle auch zur Rückspeisung elektrischer Energie aus dem Fahrzeug an eine stationäre Einheit verwendet werden kann. Zu dieser Energieübertragung sind ebenso steuerende Elemente notwendig, die insbesondere ebenso als Halbleiterbauelemente ausgebildet sind .

Da gerade bei höheren Leistungen von mehreren Kilowatt die erforderlichen Leistungshalbleiter einen erheblichen Kostenpunkt darstellen können, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mittels der ein elektrischer Antrieb eines Fahrzeugs und das zugehörige Fahrzeugbordnetz kosten ^¬ effizient realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Kraftfahrzeug-Bordnetz und durch das Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere Merkmale, Eigen- Schäften und Ausführungsformen sowie deren Wirkungsweisen ergeben sich mit der weiteren Beschreibung und der Figur 1.

Es wird vorgeschlagen, einen Energiespeicher eines Kraft- fahrzeug-Bordnetzes mit einem DC-Anbindungsanschluss über mindestens einen Schalter zu verbinden, der auch zur Auswahl einer Dreieckkonfiguration der Wicklungen der elektrischen Maschine des Antriebs verwendet wird. Dadurch können insbe ^¬ sondere die Wicklungen der elektrischen Maschine von einem oder mehreren Schaltern einer Dreieck-Schaltergruppe überbrückt werden, sodass ein DC-Anbindungsanschluss direkt über den Stromrichter bzw. über ein oder mehrere Schalter hiervon Energie direkt in eine Energiespeichereinheit übertragen kann, die über den Stromrichter mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Dadurch kann zumindest ein Schalter der Dreieck-Schaltergruppe (welche zur Realisierung einer Dreieckkonfiguration der elektrischen Maschine verwendet werden kann) für zwei Funktionen verwendet, nämlich zum Erzeugen der Dreieckskonfiguration sowie zum Überleiten von Energie zwischen einer Energiespeichereinheit und einem DC-Anbindungsanschluss. Da nur dann über den

DC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird, wenn das Fahrzeug nicht fährt, beeinträchtigen sich die beiden Funktionen gegenseitig nicht, obwohl zumindest ein Schalterelement für beide Funktionen verwendet wird. Es ist insbesondere kein zusätzlicher Schalter zur Energieübertragung über den

DC-Anbindungsanschluss notwendig, der zur Energieübertragung geschlossen wird und ansonsten offen angesteuert wird.

Ein Kraftfahrzeugbordnetz ist mit einem Stromrichter, Wicklungen einer elektrischen Maschine und einer Dreieck-Schaltergruppe ausgestattet. Die elektrische Maschine ist an den Stromrichter angeschlossen, wobei ein DC-Anbindungsanschluss vorgesehen ist. Die Dreieck-Schaltergruppe verbindet die Wicklungen in Drei ^¬ eckkonfiguration. Mindestens ein Schalter der Drei- eck-Schaltergruppe verbindet ferner mindestens einen Wech- selstromanschluss des Stromrichters mit dem DC-Anbindungsan- schluss. Eine Konfigurationssteuerung steuert die Drei ^¬ eck-Schaltergruppe an und hat zum einen die Funktion, gemäß einer Konfigurationsvorgabe die Dreieck-Schaltergruppe innerhalb eines Fahrzustandes geschlossen oder offen anzusteuern. Wenn über den DC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird, wird mindestens ein Schalter der Dreieck-Schaltergruppe von der Konfigurationssteuerung gemäß einem geschlossenen Schaltzustand angesteuert. Ferner ist ein zugehöriges Verfahren beschrieben.

Es wird ein Kraftfahrzeug-Bordnetz beschrieben, das einen Stromrichter, eine elektrische Maschine, eine Drei ^¬ eck-Schaltergruppe und einen DC-Anbindungsanschluss umfasst. Der Stromrichter ist mit einem Masseanschluss bzw. mit einem Massepotential ausgestattet, der mit dem DC-Anbindungsanschluss verbunden ist, insbesondere mit dessen Masseanschluss. Die elektrische Maschine weist Wicklungen auf, die mit dem

Stromrichter verbunden sind. Insbesondere ist die elektrische Maschine mit Wechselstromanschlüssen des Stromrichters ver ^¬ bunden. Der Stromrichter ist vorzugsweise ein Inverter und kann als unidirektionaler oder bidirektionaler Inverter ausgestaltet sein. Die Dreieck-Schaltergruppe verbindet die Wicklungen in Dreieckkonfiguration. Bei geschlossener Schaltergruppe sind die Wicklungen in Dreieckkonfiguration geschaltet. Bei offener

Dreieck-Schaltergruppe sind die Wicklungen nicht in Dreieck ^¬ konfiguration geschaltet. Bei einer Dreieckkonfiguration bilden die Wicklungen einen geschlossenen Kreis; die Wicklungen sind in diesem Fall in Reihe geschaltet, wobei die Enden der Reihen- Schaltung miteinander verbunden sind (wodurch die Reihenschaltung in sich geschlossen ist) .

Der DC-Anbindungsanschluss ist ferner über mindestens einen Schalter der Dreiecks-Schaltergruppe an mindestens einen der Wechselstromanschlüsse (des Stromrichters) angeschlossen. Mit anderen Worten verbindet mindestens ein Schalter der Drei- ecks-Schaltergruppe den DC-Anbindungsanschluss (insbesondere dessen positiven Anschluss) mit dem Stromrichter. Die Wech- selstromanschlüsse sind an der Seite des Stromrichters, an dem Wechselstrom abgegeben werden kann, wobei der Stromrichter ferner eine Gleichstromseite aufweist. An diese ist insbesondere eine Energiespeichereinheit angeschlossen. Der DC-Anbindungsanschluss ist somit mit Masse sowie über mindestens einen Schalter der Dreieck-Schaltergruppe an den Stromrichter bzw. an einen von dessen Wechselstromanschlüssen verbunden. Hierbei kann diese Verbindung über einen Schalter der Dreieck-Schaltergruppe, über zwei Schalter der Dreieck-Schaltergruppe oder über alle Schalter der Dreieck-Schaltergruppe vorgesehen sein.

Das Fahrzeugbordnetz weist ferner eine Konfigurationssteuerung auf, die mit der Dreieck-Schaltergruppe ansteuernd verbunden ist. Insbesondere ist die Konfigurationssteuerung mit jedem der Schalter der Dreieck-Schaltergruppe individuell ansteuernd verbunden. Die Konfigurationssteuerung ist eingerichtet, gemäß einer Konfigurationsvorrichtung die Dreieck-Schaltergruppe geschlossen oder offen anzusteuern, wenn sich das Fahrzeugbordnetz in einem Fahrzustand befindet. Ferner ist die Kon ^¬ figurationssteuerung eingerichtet, den mindestens einen

Schalter der Dreieck-Schaltergruppe geschlossen anzusteuern, wenn über den DC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird. Der mindestens eine Schalter ist hierbei derjenige mindestens eine Schalter, der den DC-Anbindungsanschluss mit mindestens einem der Wechselstromanschlüsse des Stromrichters verbindet.

Die Konfigurationssteuerung kann einen Konfigurationseingang haben, an dem ein Signal empfangen werden kann, welches eine Soll-Konfiguration angibt. Die Konfiguration bezieht sich hierbei auf die Konfiguration der Wicklungen. Das Signal gibt die _n

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Konfiguration wieder und gibt insbesondere wieder, dass eine Dreieck-Konfiguration einzustellen ist, dass eine Dreieck-Konfiguration zu öffnen ist (das heißt dass die Drei ^¬ eck-Schaltergruppe teilweise oder vollständig zu öffnen ist) oder kann vorgeben, dass eine Sternkonfiguration bestehen soll, bei der ein Ende jeder Wicklung mit einem gemeinsamen Sternpunkt verbunden ist, oder wiedergeben, dass eine Sternkonfiguration aufzulösen ist (wobei zumindest eine Wicklung oder alle

Wicklungen nicht mit dem Sternpunkt verbunden sind) . Die Konfigurationsvorgabe kann insbesondere auch darin bestehen, dass mindestens ein Schalter der Dreieck-Schaltergruppe ge ^¬ schlossen sein soll, um das Bordnetz in einen Zustand zu versetzen, bei dem Energie von dem DC-Anbindungsanschluss über die Dreieck-Schaltergruppe an den Stromrichter übertragen werden kann. Die letztgenannte Konfiguration entspricht einem Lade ^¬ zustand. Die einzustellende Konfiguration kann daher eine für einen Fahrzustand geeignete Konfiguration sein, d.h. eine Sternkonfiguration oder eine Dreieckkonfiguration, und kann ferner eine zum Laden geeignete Konfiguration sein, bei der mindestens ein Schalter der Dreieck-Schaltergruppe geschlossen ist, um Energie zwischen dem DC-Anbindungsanschluss einerseits und dem Stromrichter bzw. der Energiespeichereinheit ande ^¬ rerseits (über den mindestens einen Schalter) übertragen zu können .

Es kann eine Stern-Schaltergruppe vorgesehen sein, die die Wicklungen mit einem gemeinsamen Sternpunkt (über individuelle Schalter) verbindet. Auch diese Stern-Schaltergruppe ist mit der Konfigurationssteuerung verbunden. Mit anderen Worten ist die Konfigurationssteuerung auch ansteuernd mit der Stern-Schaltergruppe verbunden. Die Konfigurationssteuerung ist eingerichtet, gemäß der Konfigurationsvorgabe entweder die Drei ^¬ eck-Schaltergruppe geschlossen und die Stern-Schaltergruppe offen anzusteuern, oder die Dreieck-Schaltergruppe offen und die Stern-Schaltergruppe geschlossen anzusteuern. Im Fahrzustand sind die Dreieck-Schaltergruppe und die Stern-Schaltergruppe wechselseitig geöffnet oder geschlossen. Es kann eine über ^¬ geordnete Steuerung vorgesehen sein, die die Konfigurations- Steuerung (vorzugsweise direkt) und den Stromrichter (vorzugsweise über eine Stromrichtersteuerung des Bordnetzes oder ebenso direkt) ansteuert.

Das Bordnetz weist vorzugsweise eine Stromrichtersteuerung auf. Diese kann Teil des Stromrichters sein oder kann nicht Teil des Stromrichters, jedoch Teil des Bordnetzes sein. Insbesondere kann die Stromrichtersteuerung und die Konfigurationssteuerung als eine integrale Einheit ausgebildet sein, vorzugsweise zusammen mit der übergeordneten Steuerung. Die Stromrichter- Steuerung ist ansteuernd mit Schaltern des Stromrichters verbunden. Der Stromrichter bildet insbesondere eine B6C-Brücke oder eine andere Vollwellenbrückenschaltung, wobei die Schalter die einzelnen Schalter der Brücke sind. Die Stromrichtersteuerung kann eingerichtet sein, die Schalter des Stromrichters zur Erzeugung eines Drehfelds in den Wicklungen anzusteuern, wenn sich das Fahrzeugbordnetz in dem Fahrzustand befindet. Ins ^¬ besondere wenn die Konfigurationssteuerung die betreffende Schaltergruppe gemäß einer Sternkonfiguration oder gemäß einer Dreieckkonfiguration ansteuert, erzeugen die Schalter des Stromrichters einen Drehstrom, der in den Wicklungen in ein magnetisches Drehfeld gewandelt wird. Die Stromrichtersteuerung ist eingerichtet, bei entsprechender Konfigurationsvorgabe bzw. bei entsprechendem Signal einer übergeordneten Steuerung die Schalter des Stromrichters zur Erzeugung eines Drehstroms bzw. eines Drehfelds in den Wicklungen anzusteuern.

Die Stromrichtersteuerung ist ferner eingerichtet, alle Schalter des Stromrichters offen anzusteuern, wenn über den

DC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird. Hierbei kann die Stromrichtersteuerung einen Eingang umfassen, an dem ein Signal empfangen werden kann, welches den Zustand (Fahrzustand bzw. Konfigurationszustand oder Energieübertragungszustand) wie ^¬ dergibt .

Hierbei kann die eine übergeordnete Steuerung eingerichtet sein, zu erfassen, ob das Bordnetz bzw. über den DC-Anbindungsanschluss geladen oder rückgespeist wird, wobei die Stromrichtersteuerung ferner eingerichtet ist, beim Übertragen von Energie (das heißt beim Laden oder beim Rückspeisen) alle Schalter des Stromrichters offen anzusteuern.

Mit „geschlossen ansteuern" wird der Zustand bezeichnet, in dem die betreffenden Schalter gemäß einem geschlossenen Zustand angesteuert werden. Mit „offen ansteuern" wird ein Zustand bezeichnet, in dem die betreffenden Schalter gemäß einem geöffneten Schalterzustand angesteuert werden.

Die Schalter sind insbesondere Halbleiterschalter, bei- spielsweise Transistoren, vorzugsweise MOSFET-Transistoren und insbesondere Bipolar-Transistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) . Die Schalter sind Leistungsschalter. Die Steuerung kann mittels eines programmierbaren Prozessors umgesetzt werden, etwa mittels eines Mikroprozessors und zugehörigem Speicher, und/oder mittels eines ASICs, wobei ggf. weitere Bauelemente (Treiber, Ver ^¬ stärker, Sensoren, ...) zur Umsetzung verwendet werden.

Das Bordnetz kann ferner einen AC-Anbindungsanschluss aufweisen. Dieser ist über die Wicklungen mit den Wechselstromanschlüssen des Stromrichters verbunden. Die Konfigurationssteuerung ist eingerichtet, die Dreieck-Schaltergruppe offen anzusteuern, wenn über den AC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird. Die Konfigurationssteuerung ist ferner eingerichtet, die Stern-Schaltergruppe (sofern vorhanden) offen anzusteuern, wenn ₀

o über den AC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird. Die Konfigurationssteuerung ist eingerichtet, keinen Schalter, einen Schalter, oder mehrere Schalter, insbesondere alle Schalter der Stern-Schaltergruppe geschlossen anzusteuern, wenn über den DC-Anschluss Energie übertragen wird. Die

Stern-Schaltergruppe ist an denjenigen Enden der Wicklungen angeschlossen, welche entgegengesetzt zu den Enden sind, die mit dem Stromrichter (direkt) verbunden sind. Mit anderen Worten befindet sich die Stern-Schaltergruppe und der Stromrichter an entgegengesetzten Seiten der Wicklungen.

Das Bordnetz weist vorzugsweise ferner eine Energiespeichereinheit auf. Diese ist an den Masseanschluss und an ein

DC-Versorgungspotential des Stromrichters angeschlossen. Mit anderen Worten ist die Energiespeichereinheit an eine

Gleichstromseite des Stromrichters angeschlossen. Der Strom ^¬ richter ist hierbei ausgebildet, Energie zwischen der

Gleichstromseite und der Wechselstromseite wandelnd zu über ^¬ tragen. Der Stromrichter ist ausgebildet, Energie zwischen dem Masseanschluss und einer dem DC-Versorgungspotential einerseits und den Wechselstromanschlüssen andererseits wandelnd zu übertragen .

Die Schalter des Stromrichters sind vorzugsweise Halbleiter- Schalter, wie sie oben beschrieben sind. Die Schalter der

Schaltergruppen sind ebenso vorzugsweise Halbleiterschalter, wie sie vorangehend beschrieben sind, können jedoch auch elektromechanische Schalter sein, oder können mittels Thyristoren bzw. TRIACs realisiert werden.

Die Energiespeichereinheit umfasst insbesondere eine Traktions ^¬ batterie bzw. ist eingerichtet, die elektrische Maschine als Traktionsmaschine des Fahrzeugs zu versorgen. Ferner kann die elektrische Maschine ein anderer elektrischer Antrieb des Fahrzeugs sein, beispielsweise ein Antrieb eines elektrischen Klimakompressors oder eines Startergenerators. Die Energie ^¬ speichereinheit umfasst insbesondere eine Reihenschaltung von galvanischen Zellen, vorzugsweise von Sekundärzellen, insbe- sondere Lithium-basierten Akkumulatorenzellen. Die Energiespeichereinheit kann insbesondere einen Lithiumakkumulator umfassen, der vorzugsweise (ohne weitere Wandlung und somit direkt) mit dem Stromrichter verbunden ist, oder der über einen DC/DC-Wandler (der Energiespeichereinheit) mit dem Stromrichter verbunden ist.

Die Abkürzungen DC bzw. AC werden hierbei für Gleichstrom bzw. Wechselstrom verwendet, wie allgemein bekannt ist. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise ein Asynchronmotor, kann jedoch auch einem anderen Typ einer elektrischen Maschine entsprechen. Die elektrische Maschine kann mehrere Gruppen der genannten Wicklungen umfassen, wobei zumindest eine Gruppe der Wicklungen wie hierin beschrieben angeschlossen ist, insbesondere mittels einer Dreieck-Schaltergruppe, die von einer Konfigurationssteuerung angesteuert wird, wie sie hierin beschrieben wird.

Die AC-Anbindungsanschlüsse und die DC-Anbindungsanschlüsse können ferner gesicherte Anschlüsse sein und/oder einen

EMV-Filter umfassen.

Es wird ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes beschrieben. Hierbei entspricht vorzugsweise das Kraftfahrzeug-Bordnetz dem hier vorangehend beschriebenen Kraftfahrzeug-Bordnetz. Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes, das Wicklungen einer elektrischen Maschine, eine Energiespeichereinheit und einen Stromrichter umfasst, der diese verbindet, beschrieben. Hierbei sind die Wicklungen, die elektrische Maschine, die Energiespeicher- einheit und/oder der Stromrichter wie vorangehend dargestellt realisiert .

In einem Fahrzustand des Bordnetzes (bzw. des Kraftfahrzeugs) werden die Wicklungen der elektrischen Maschine in Dreieckkonfiguration. Hierzu wird insbesondere die Dreieck-Schaltergruppe verwendet, um die Dreieckkonfiguration herzustellen. Vorzugsweise wird hierbei die Dreieck-Schaltergruppe von der Konfigurationssteuerung entsprechend angesteuert, um die Dreieckkonfiguration der Wicklungen darzustellen.

In einem DC-Energieübertragungszustand wird elektrische Energie zwischen einem DC-Anbindungsanschluss und der Energiespei ^¬ chereinheit übertragen. Hierbei entspricht der DC-Anbindungs- anschluss vorzugsweise dem vorangehend beschriebenen DC-An ^¬ bindungsanschluss. Insbesondere wird in dem DC-Energieüber ^¬ tragungszustand die Energie über mindestens einen Schalter der Dreieck-Schaltergruppe (und vorzugsweise auch über den

Stromrichter) übertragen. Dadurch, dass im DC-Energieüber- tragungszustand Energie über die Dreieck-Schaltergruppe übertragen wird, und auch im Fahrzustand ein Strom über die Dreieck-Schaltergruppe fließt (insbesondere zur Erzeugung eines Drehfelds) , wird mindestens ein Schalter der Dreieck-Schaltergruppe von beiden Funktionen nutzt bzw. in beiden Zuständen verwendet. Als Fahrzustand wird ein Zustand beschrieben, in dem das Kraftfahrzeug fährt oder zum Fahren bereit ist und ins ^¬ besondere beschleunigt, ohne Beschleunigung fährt oder abbremst, vorzugsweise per Rekuperation . Der DC-Energieübertragungs ^¬ zustand schließt den Fahrzustand aus. In gleicher Weise schließt der Fahrzustand auch den DC-Energieübertragungszustand aus . Dies trifft auch für einen AC-Energieübertragungszustand zu.

In dem Fahrzustand des Bordnetzes werden die Wicklungen der elektrischen Maschine entweder (vorzugsweise mittels der Dreieck-Schaltergruppe) in Dreieckkonfigurationen betrieben, oder werden (insbesondere mittels einer Stern-Schaltergruppe) in Sternkonfiguration betrieben. In dem DC-Energieübertragungszustand wird elektrische Energie zwischen dem DC-Anbindungsanschluss und der Energiespeichereinheit über mindestens einen Schalter der Dreieck-Schaltergruppe übertragen. Ferner kann vorgesehen sein, dass hierbei Energie über mindestens einen Schalter der Stern-Schaltergruppe übertragen wird (und auch über mindestens einen Schalter der Dreieck-Schaltergruppe) . Ferner ist vorgesehen, dass hierbei elektrische Energie über den Stromrichter übertragen wird, wobei hierbei Energie nicht über den gesamten Stromrichter sondern vorzugsweise nur über einen oder mehrere, jedoch nicht über alle Schalter des Stromrichters übertragen wird. Beispielsweise wird hierbei Energie über eine Inversdiode eines Schalters oder über mehrere Inversdioden mehrerer Schalter des Stromrichters übertragen. Anstatt oder in Kombination mit Inversdioden können auch antiparallel zu dem Schalter des Stromrichters ange- schlossene Dioden verwendet werden. Eine Inversdiode ist sind Dioden, die von der Halbleiterstruktur ausgebildet wird, die auch einen (Halbleiter- ) Schalter ausbildet. Eine angeschlossene Diode ist insbesondere als körperlich eigenständiges Bauelement ausgebildet, insbesondere als diskretes Bauelement, das über eigene Anschlüsse und/oder über ein eigenes Gehäuse verfügt.

Es kann vorgesehen sein, dass in dem Energieübertragungszustand elektrische Energie mittels eines Stroms übertragen wird, der über den maximalen Schaltstrom des Stromrichters liegt. Der maximale Schaltstrom des Stromrichters ergibt sich aus der

Dimensionierung der Schalter bzw. des Stromrichters und ist mit der Ausgestaltung des Stromrichters verknüpft. Da während des Energieübertragungszustands der Stromrichter kein Wechselfeld erzeugen muss, müssen auch dessen Schalter nicht geschaltet werden, sodass nicht der maximale Schaltstrom als obere Grenze zur Energieübertragung eine Rolle spielt, sondern der maximal zulässige Dauerstrom, der über die Schalter des Stromrichters bzw. über den Stromrichter übertragen werden kann. Der Strom, mittels dem die elektrische Energie übertragen wird, liegt vorzugsweise mindestens 10%, mindestens 15% oder mindestens 20% oder 30% und insbesondere mindestens 50% über dem maximalen Schaltstrom des Stromrichters bzw. über dem maximalen

Schaltstrom der Schalter des Stromrichters.

Im Energieübertragungszustand sind alle Schalter des Strom ^¬ richters geöffnet. Umfasst der Stromrichter eine mehrphasige Vollbrücke, so sind vorzugsweise beide Schalter jedes Brü ^¬ ckenzweigs in offenem Zustand. Die Energie wird hierbei (in Form eines Stroms) über mindestens eine Inversdiode eines Schalters des Stromrichters oder über mindestens eine antiparallel zu dem Schalter geschaltete Diode übertragen. Die Energie kann somit über einen Inversdiode eines Schalters übertragen werden, oder über eine Diode, die antiparallel zu dem Schalter geschaltet ist, oder über beides. Alternativ kann die Energie über die In- versdioden mehrerer Schalter übertragen werden, oder über die Dioden, die jeweils antiparallel zu einem Schalter angeschlossen sind, oder beides. Im Fahrbetrieb kann abhängig von einer aktuellen Drehmomentanforderung und/oder abhängig von einer Drehzahlanforderung oder abhängig von einer Ist-Drehzahl die elektrische Maschine in Sternkonfiguration oder in Dreieckkonfiguration betrieben werden. Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine gemäß einem Soll-Drehmoment, das oberhalb eines vorbestimmten Drehmo ^¬ ment-Schwellenwerts liegt, wobei der Betrieb ferner vorsieht, dass gemäß einer Soll-Drehzahl betrieben wird, die unterhalb eines vorbestimmten Drehzahl-Schwellenwerts liegt, werden die Wicklungen der elektrischen Maschine in Stern-Konfiguration betrieben. Mit anderen Worten wird die elektrische Maschine in Stern-Konfiguration betrieben, wenn sich das Fahrzeug in einer Anfahrphase befindet, die insbesondere mit einer Drehzahl verknüpft ist, die unter einem Drehzahl-Schwellenwert liegt.

Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine gemäß einer

Soll-Drehzahl oberhalb des Drehzahl-Schwellenwerts werden die Wicklungen der elektrischen Maschine in Dreieckkonfiguration betrieben. Hierbei werden die Wicklungen mittels der

Stern-Schaltergruppe in Sternkonfiguration betrieben oder werden mittels der Dreieck-Schaltergruppe in Dreieckkonfigu ^¬ ration betrieben.

Es kann ferner ein AC-Energieübertragungszustand vorgesehen sein. In diesem wird elektrische Energie zwischen einem

AC-Anbindungsanschluss und der Energiespeichereinheit über die Wicklungen der elektrischen Maschine sowie über den Stromrichter übertragen. Hierbei wandelt der Stromrichter den Stromtyp. In dem AC-Energieübertragungszustand ist eine Stern-Schaltergruppe, welche zur Verbindung der Wicklungen in Sternkonfiguration eingerichtet ist, geöffnet. Ferner ist die Dreieck-Schalter ^¬ gruppe vorzugsweise geöffnet. Der AC-Anbindungsanschluss entspricht insbesondere dem vorangehend genannten AC-Anbind ^¬ ungsanschluss. Als Anbindungsanschluss werden Anschlüsse be- zeichnet, die in einer Außenhaut eines Fahrzeugs vorgesehen sind. Anbindungsanschlüsse sind von einem Ort außerhalb des Fahrzeugs kontaktierbar . Anbindungsanschlüsse sind vorzugsweise Steck ^¬ anschlüsse, etwa gemäß eines Standards wie CHAdeMO (ISO 51851-23 und -24) oder CCS (IEC 60309) oder IEC 62196 oder SAE J1772.

Die Figur 1 dient zur näheren Erläuterung des hier beschriebenen Bordnetzes sowie dies hier beschriebene Verfahrens. Die Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Kraftfahrzeug-Bordnetz mit einem Energiespeicher ES, einem Stromrichter SR, Wicklungen Wl bis W3 einer elektrischen Maschine und mit einem DC-Anbindungs- anschluss, der durch den positiven Anschluss DC+ und durch den negativen Anschluss DC- wiedergegeben ist. Die Wicklungen Wl bis W3 sind über den Stromrichter SR mit der Energiespeichereinheit ES verbunden. Der DC-Anbindungsanschluss , insbesondere dessen positiver Anschluss DC+, ist über die Wicklungen Wl bis W3 mit dem Stromrichter verbunden. Die Wicklungen Wl bis W3 sind an eine Wechselstromseite des Stromrichters SR angeschlossen, und die Energiespeichereinheit ES ist an eine Gleichstromseite des Stromrichters SR angeschlossen. Die Energiespeichereinheit ES ist insbesondere an eine Gleichstromseite des Stromrichters SR angeschlossen, die ein Massepotential und ein positives Po- tential P umfasst.

Der Stromrichter SR umfasst mehrere Vollbrücken mit

High-Side-Schaltern 11 bis 13 und Low-Side-Schaltern 21 bis 23. Jeweils ein High-Side- und ein Low-Side-Schalter sind in Reihe geschaltet, wobei der Verknüpfungspunkt einen Wechselstrom- anschluss AI bis A3 bietet. Die Wechselstromanschlüsse AI bis A3 können auch als Phasenanschlüsse des Stromrichters SR bezeichnet werden. Parallel zu jedem Schalter 11 bis 23 sind antiparallele Dioden 1 bis 6 angeschlossen. Wird einer der Schalter 11 bis 23 gemäß einem geschlossenen Schaltzustand angesteuert, so ist die Flussrichtung des Stroms entgegengesetzt zur Durchlassrichtung der zugehörigen Diode 1 bis 6.

Falls der Stromrichter SR mittels MOSFETS oder IGBTS ausgestattet ist, so sind die Dioden 1 bis 6 die Inversdioden bzw. Bodydioden, welche inhärent Teil des betreffenden Halbleiterschalters sind. Die Dioden 1 - 6 können auch antiparallel zu den Schaltern 11 - 23 angeschlossene Dioden sein, die als eigenständiges Bauelement ausgeführt wird. Es ist auch eine Kombination von Inversdioden und Dioden als eigenständiges Bauelement möglich. Ein Beispiel für eine Diode als eigenständiges Bauelement ist als Diode 1 ^λ dargestellt (in gestrichelten Linien) . Diese ist antiparallel zm Schalter angeschlossen. Mit anderen Worten weist die Diode 1 ^λ (wie auch die Dioden 1 - 6) eine Durchflussrichtung auf, die zum positiven Potential P des Stromrichters (bzw. der Gleich ^¬ stromseite des Stromrichters SR) weist.

In der Figur 1 umfasst jeder Schalter 11 bis 23 einen Steu- eranschluss auf (gekennzeichnet durch einen Pfeil, der auf den betreffenden Schalter gerichtet ist) . Es ist symbolhaft dar ^¬ gestellt ist, dass eine Stromrichtersteuerung C2 mit diesen Schaltern einzeln bzw. individuell verbunden ist. Dies soll durch den Doppelpfeil wiedergegeben werden, der ausgehend von der Stromrichtersteuerung C2 auf die Schalter 11 - 23 bzw. deren Steueranschlüsse weist.

Wenn die Wicklungen Wl bis W3 zum Erzeugen eines Drehfelds (und somit zum Drehen des Motors) angesteuert werden sollen, so erzeugen die Schalter 11 bis 23, angesteuert durch die

Stromrichtersteuerung C2, aus der Gleichspannung des Energiespeichers (gegeben durch Masse und dem positiven Potential P) eine mehrphasige Wechselspannung, die den Wicklungen Wl bis W3 zugeführt wird. Dadurch erzeugen die Wicklungen Wl bis W3 ein Drehfeld, sodass sich die elektrische Maschine dreht.

Die Wicklungen Wl bis W3 sind ferner über Dreieck-Schaltergruppe Dl bis D3 miteinander verbunden. Sind die Schalter Dl, D2, D3 der Dreieck-Schaltergruppe Dl bis D3 geschlossen, so sind die Wicklungen Wl bis W3 in einer dreiphasigen Dreieckschaltung untereinander verbunden.

Ferner ist eine Stern-Schaltergruppe Sl, S2 dargestellt, mittels der die Wicklungen Wl bis W3 an jeweils einem Ende miteinander verbunden werden können, um so einen gemeinsamen Sternpunkt auszubilden .

Es ist eine Konfigurationssteuerung Cl vorgesehen, die an- steuernd mit den Schaltergruppen Dl bis D3 sowie Sl, S2 verbunden ist .

In einem Fahrzustand sind entweder alle Schalter der Dreieck-Schaltergruppe Dl - D3 geschlossen und die Schalter der Stern-Schaltergruppe Sl , S2 sind geöffnet, oder alle Schalter der Dreieck-Schaltergruppe Dl - D3 sind offen angesteuert und die Schalter Sl, S2 der Stern-Schaltergruppe sind (alle) ge ^¬ schlossen. Es kann ferner innerhalb des Fahrzustands ein Leerlaufzustand vorgesehen sein, der vorsieht, dass alle Schalter aller Schaltergruppen Dl - D3 und Sl, S2 geöffnet sind.

Wenn über den DC-Anbindungsanschluss gegeben durch den positiven Anschluss DC+ und den Masseanschluss DC-Energie übertragen werden soll, so wird (von der Konfigurationssteuerung Cl) beispielsweise der Schalter Dl geschlossen und alle anderen Schalter D2, D3, Sl, S2 bleiben offen. Dann kann über die Verbindung zwischen DC+ und über den Schalter Dl Strom zum Wechselstromanschluss AI fließen, und von dort über die Diode 1 und/oder über die Diode 1 ^λ zur Energiespeichereinheit ES fließen, um diese aufzuladen. In komplementärer Weise kann ausgehend von der Energiespeichereinheit ES Energie über die Diode 1 (und/oder Diode 1 ^λ ), den Wechselstromanschluss AI und den Schalter D2 Energie an den DC-Anbindungsanschluss übertragen werden. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Schalter Dl, S2 und D3 im Energieübertragungszustand geschlossen vorzusehen, während die anderen Schalter der Schaltergruppen geöffnet sind. In diesem Fall kann Energie von dem positiven Anschluss DC+ zum einen über den Schalter Dl und den Wechselstromanschluss sowie über die Diode 1 (bzw. Diode 1 ^λ ) an die Energiespeichereinheit ES fließen, und kann ferner parallel hierzu über den Schalter S2, sowie über den Schalter D3 (die in diesem Fall in Serie sind) , Energie an den Wechselstromanschluss A3 übertragen, und von dort über die Diode 3 an die Energiespeichereinheit ES. Wie erwähnt kann auch Energie in der umgekehrten Richtung fließen, etwa um Energie vom Fahrzeug rückzuspeisen .

Weiterhin ist es möglich, dass alle Schalter der Drei- eck-Schaltergruppe (Schalter Dl bis D3) und alle der

Stern-Schaltergruppe (Schalter Sl, S2) im Energieübertra ^¬ gungszustand geschlossen sind, sodass drei Pfade bestehen: ein erster Pfad vom Anschluss DC+ über den Schalter Dl, den

Wechselstromanschluss AI und die Diode 1 zur Energiespei- chereinheit, ein zweiter Pfad über den Schalter S2, den Schalter D3, den Wechselstromanschluss A3 über die Diode 3 zur Ener ^¬ giespeichereinheit ES und ein dritter Pfad über den Schalter S2, den Schalter Sl und den Schalter S2 zum Wechselstromanschluss A2 über die Diode 3 zur Energiespeichereinheit ES. Es können parallel zu den Schaltern des Stromrichters SR, über die im Energieübertragungszustand Strom fließt, Dioden als eigen ^¬ ständiges Bauelement (antiparallel) angeschlossen sein. Dies betrifft den Schalter 11, die Schalter 11 und 13 oder die Schalter 11, 12 und 13. Durch die angeschlossenen Dioden lässt sich die Stromtragfähigkeit erhöhen im Vergleich zu dem Fall, dass nur die Inversdiode oder Inversdioden im Energieübertragungszustand Strom leiten.

Mit anderen Worten bestehen Schalter Dl - D3 zur Konfiguration der Wicklungen Wl - W3 in Dreieckkonfiguration (und gegebenenfalls auch in Sternkonfiguration, vgl. Schalter Sl, S2) im Fahrzustand, wobei zumindest einer der Schalter Dl, D2 und/oder D3, die diese (Dreieck-) Konfiguration definieren, zur Überbrückung der Wicklungen Wl, W2 und/oder W3 verwendet wird, sodass , ₀

elektrische Energie zwischen dem DC-Anbindungsanschluss und der Energiespeichereinheit (über mindestens eine Diode des

Stromrichters SR) fließen kann. Die Dreieck-Schaltergruppe wird ferner zur Überbrückung zumindest einer Wicklung verwendet, wenn Energie zwischen der Energiespeichereinheit und dem

DC-Anbindungsanschluss übertragen werden soll.

In der Figur 1 ist ferner ein AC-Anbindungsanschluss AC dar ^¬ gestellt, über den in einem Energieübertragungszustand bei ^¬ spielsweise Strom eingespeist werden kann, und über den Schalter Dl (in diesem Fall geschlossen) , über den Schalter D2 (in diesem Fall geschlossen) und/oder über den Schalter D3 (in diesem Fall geschlossen) übertragen werden kann. Wenn Energie über den AC-Anbindungsanschluss übertragen wird, so sind die Schalter Sl und S2 vorzugsweise geöffnet. Falls nur einphasig Energie über den AC-Anbindungsanschluss übertragen wird, so kann zumindest ein Schalter der Stern-Schaltergruppe Sl, S2 geschlossen sein. In einer alternativen Ausführungsform sind alle Schalter aller Schaltergruppen geöffnet, wenn in einem Energieübertragungs ^¬ zustand Wechselstrom über den AC-Anbindungsanschluss übertragen werden soll.

Es kann vorgesehen sein, dass sich eine Übertragung von Energie über den AC-Anbindungsanschluss AC und eine Übertragung von Energie über den DC-Anbindungsanschluss DC+, DC- ausschließen. Der Energieübertragungszustand kann somit zwei (sich übli ^¬ cherweise ausschließende) Zustände umfassen, nämlich einen DC-Energieübertragungszustand und einen AC-Energieüber- tra- gungszustand. Im DC-Übertragungszustand wird Energie zwischen dem DC-Anbindungsanschluss und der Energiespeichereinheit ES ausgetauscht, insbesondere über zumindest einen der Schalter der Dreieck-Schaltergruppe und gegebenenfalls auch über einen Schalter der Stern-Schaltergruppe, sowie über zumindest eine Diode des Stromrichters SR. Die Diode kann Teil eines Schalters , _

des Stromrichters sein. Ferner kann eine Diode vorgesehen sein, die an den betreffenden Schalter angeschlossen ist, vergleiche Diode 1 ^λ . In einem AC-Energieübertragungszustand kann Energie zwischen dem AC-Anbindungsanschluss und der Energiespeicher- einheit ES übertragen werden, hierbei insbesondere über die Wicklungen Wl, W2 und W3 (vorzugsweise bei geöffneter

Stern-Schaltergruppe Sl, S2) . Hierbei wird ferner die Energie über den Stromrichter SR insbesondere über dessen Schalter 11 bis 23 übertragen. Wird gleichzeitig die Dreieck-Schaltergruppe geschlossen, so werden im AC-Energieübertragungszustand die

Wicklungen Wl bis W3 überbrückt. Sind diese geöffnet, so fließt die Energie durch zumindest eine der Wicklungen Wl bis W3, die in diesem Fall eine Filterwirkung realisieren können.

Es kann eine (nicht dargestellte) übergeordnete Steuerung vorgesehen sein, die ansteuernd mit den Steuerungen Cl und C2 verbunden ist. Diese übergeordnete Steuerung kann im Fahrt ^¬ zustand die Schalter jeder Vollwellenbrücke (des Stromrichters SR) wechselweise ansteuern, insbesondere gemäß einem Pulsmo ^¬ dulationsverfahren, und kann eingerichtet sein, alle Schalter 11 bis 23 öffnen, wenn ein Energieübertragungszustand vorliegt. Wie erwähnt kann die übergeordnete Steuerung auch die Konfigura ^¬ tionssteuerung Cl ansteuern, sodass diese je nach gewünschter Konfiguration bzw. bei gewünschter Überbrückung (während einem Energieübertragungszustand) die Schaltergruppen Dl bis D3 sowie Sl, S2 wie vorangehend beschrieben ansteuert.

Während die Schalter 11 - 23 des Stromrichters SR vorzugsweise für Schaltfrequenzen über ein Kilohertz (vorzugsweise über 10 oder 20 Kilohertz) ausgeschaltet sind, können die Schalter Dl bis D3 sowie Sl, S2 für deutlich geringere Schaltfrequenzen ausgestaltet sein, insbesondere für deutlich weniger Schaltspiele während der Lebensdauer als im Vergleich hierzu die Schalter 11 bis 23. Daher kommen für die Schalter Dl bis D3 sowie Sl, S2 auch elektromechanische Schalter in Betracht. Die Schalter 11 bis 23 hingegen werden vorzugsweise von einem Transistor gebildet, der als die Inversdioden 1 bis 6 ausbilden kann. Parallel zu der Diode 1, 2 oder 3, zu den Dioden 1 und 3, zu den Dioden 2 und 3, zu den Dioden 1 und 2, oder zu den Dioden 1, 2 und 3 kann jeweils eine (weitere) Diode wie die Diode 1 ^λ angeschlossen sein, um die Stromtragfähigkeit zu erhöhen. Die weitere Diode 1 ^λ ist parallel zu der ( Invers- ) Diode 1 angeschlossen und ist antiparallel zu dem Schalter 11 angeschlossen. Die Durchflussrichtung der Diode bzw. der Dioden weist zum positiven Potential P des Stromrichters SR.

Dadurch, dass zumindest eine der Schalter Dl bis D3 zumindest eine der Wicklungen Wl bis W3 überbrückt, können sehr hohe Ladel ^¬ eistungen erzielt werden, insbesondere auch dadurch, dass die Leitung durch den Stromrichter hindurch von einem Element vorgesehen wird, dessen Schaltzustand während der Energie ^¬ übertragung nicht geändert wird. Dies betrifft insbesondere die Diode 1 bzw. die Diode 1 die nicht gemäß einem Schaltstrom ausgestaltet sein muss, sondern für die Energieübertragung im Energieübertragungszustand nur dauerhaft leitend sein muss . Dies kann auch die Dioden 2 und/oder 3 betreffen, falls nicht oder nicht nur Dl im Energieübertragungszustand geschlossen ist. Daher ist hier die (im Vergleich zum Schaltstrom höhere) maximale Stromtragfähigkeit der Diode relevant.

Wie erwähnt können als Schalter des Stromrichters SR bzw. als Schalter der dort gebildeten Vollbrückenschaltung (mehrphasig) Transistoren verwendet werden, die eine Inversdiode aufweisen. Zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit kann parallel zu zumindest einer der Inversdioden eine zusätzliche Diode wie die Diode 1 ^λ parallel geschaltet sein. Diese stört den Betrieb des Strom ^¬ richters als Inverter (im Fahrzustand) nicht, da sie in diesem Zustand üblicherweise nicht leitet, und erhöht die maximal übertragbare Leistung im Energieübertragungszustand. Es können alle Schalter mit einer zusätzlichen Diode als diskretes Bauelement ausgestaltet werden (mit einer Flussrichtung wie in Figur 1 dargestellt) , es können nur die High-Side-Schalter des Stromrichters mit einer derartigen, zusätzlichen diskreten Diode ausgestattet sein oder es können nur diejenigen

High-Side-Schalter mit einer zusätzlichen diskreten Diode ausgestattet sein, über die die Konfigurationssteuerung Dl (durch Ansteuerung des betreffenden Schalters) auch Strom fließen lässt.

Mit anderen Worten kann so mindestens an einem Schalter des Stromrichters eine Diode als diskretes Bauelement antiparallel angeschlossen sein. Dies ist insbesondere der Fall, wenn als Schalter keine Bauelemente verwendet werden, die eine In- versdiode aufweisen, wobei jedoch auch für den Fall, dass Schaltelemente verwendet werden, die eine Inversdiode aufweisen, eine (zusätzliche) diskrete, antiparallel geschaltete Diode 1 ^λ an den betreffenden Schalter angeschlossen ist.

Bezugs zeichenliste

AI - A3 Wechselstromanschlüsse des Stromrichters SR

AC Anbindungsanschluss

DC+, DC- positiver bzw. negativer Anschluss eines

DC-Anbindungsanschlusses

Cl Konfigurationssteuerung

C2 Stromrichtersteuerung

Dl - D3 Schalter einer Dreieck-Schaltergruppe bzw. Drei- eck-Schaltergruppe

ES Energiespeichereinheit

P Positives Potential bzw. positiver Anschluss des

Stromrichters

Sl, S2 Sternschaltergruppe bzw. Schalter der Sternschal- tergruppe

SR Stromrichter, insbesondere als Inverter, vorzugsweise als B6C-Brücke und insbesondere als Vollwellenbrü- ckenschaltung ausgestaltet

Wl - W3 Wicklungen einer elektrischen Maschine

T positiver Anschluss des Stromrichters (auf einer

Gleichstromseite des Stromrichters)

1 - 6 Inversdiode

1 ^λ zusätzliche Diode als weiteres Bauelement