DE102011107269B4 - Method and device for solar-assisted charging of a battery and charging device - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum solargestützten Laden einer Batterie (2), insbesondere einer Batterie (2) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, mittels mindestens einem Solarmodul, wobei mittels des mindestens einen Solarmoduls eine Solarspannung (Us) erzeugbar ist, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine Ladeeinrichtung (4) zum Übertragen elektrischer Energie aus einem externen elektrischen Netz an die Batterie (2) umfasst, wobei die Ladeeinrichtung (4) mindestens einen Zwischenkreiskondensator (6) umfasst,wobei der Zwischenkreiskondensator (6) mittels der Solarspannung (Us) oder einer transformierten Solarspannung aufladbar ist, wobei die Vorrichtung (1) zusätzlich mindestens einen Gleichspannungswandler (14) umfasst, wobei die Solarspannung (Us) mittels des Gleichspannungswandlers (14) auf eine vorbestimmte Zwischenkreisspannung (Uz) transformierbar ist, wobei der Zwischenkreiskondensator (6) mittels der transformierten Solarspannung aufladbar ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Vorrichtung (1) zusätzlich mindestens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (15) umfasst, wobei mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung (15) eine Höhe der Zwischenkreisspannung (Uz) auswertbar ist, wobei mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung (15) eine Übertragung elektrischer Energie aus dem Zwischenkreiskondensator (6) an die Batterie (2) steuerbar ist, wobei die Übertragung erfolgt, falls die Zwischenkreisspannung (Uz) größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Spannungsschwelle ist.Device for solar-assisted charging of a battery (2), in particular a battery (2) of an electric or hybrid vehicle, by means of at least one solar module, wherein a solar voltage (Us) can be generated by means of the at least one solar module, the device (1) at least one charging device (4) for transmitting electrical energy from an external electrical network to the battery (2), wherein the charging device (4) comprises at least one intermediate circuit capacitor (6), the intermediate circuit capacitor (6) using the solar voltage (Us) or a transformed solar voltage can be charged, the device (1) additionally comprising at least one DC voltage converter (14), the solar voltage (Us) being transformable to a predetermined intermediate circuit voltage (Uz) by means of the DC voltage converter (14), the intermediate circuit capacitor (6) being transformed by means of the transformed solar voltage is rechargeable, characterized in that the device (1) closes additionally comprises at least one control and evaluation device (15), the level of the intermediate circuit voltage (Uz) being able to be evaluated by means of the control and evaluation device (15), with the transmission of electrical energy from the intermediate circuit capacitor (15) by means of the control and evaluation device (15). 6) can be controlled to the battery (2), the transmission taking place if the intermediate circuit voltage (Uz) is greater than or equal to a first predetermined voltage threshold.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum solargestützten Laden einer Batterie, insbesondere einer Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, und eine Ladeeinrichtung, insbesondere eine Ladeeinrichtung eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.The invention relates to a method and a device for solar-assisted charging of a battery, in particular a battery of an electric or hybrid vehicle, and a charging device, in particular a charging device of an electric or hybrid vehicle.
Es ist bekannt, Solarenergie zum Erzeugen elektrischer Energie zu verwenden. Beispielsweise kann mit so genannten Solarmodulen oder Solardächern Solarenergie in elektrische Energie umgewandelt werden.It is known to use solar energy to generate electrical energy. For example, so-called solar modules or solar roofs can be used to convert solar energy into electrical energy.
Es ist auch bekannt, die aus der Solarenergie erzeugte elektrische Energie in Batterien oder Akkumulatoren zu speichern.It is also known to store the electrical energy generated from solar energy in batteries or accumulators.
Weiter bekannt sind Kraftfahrzeuge, insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, die ein Solarmodul aufweisen.Also known are motor vehicles, in particular hybrid or electric vehicles, which have a solar module.
So offenbart die
Die WO 2007/ 025 096 A1 offenbart, dass Solarzellen an einem Fahrzeug befestigt sind, um modulare Solarelemente auszubilden. Weiter offenbart die Druckschrift ein System zur Verbindung der Solarelemente zum Aufladen einer Hochvoltbatterie. Hierbei können die Solarelemente ein Aufladen der Batterie durch regeneratives Bremsen unterstützen.WO 2007/025 096 A1 discloses that solar cells are attached to a vehicle in order to form modular solar elements. The publication also discloses a system for connecting the solar elements for charging a high-voltage battery. The solar elements can support charging of the battery through regenerative braking.
Nachteilig ist, dass bekannte Verfahren zum solargestützten Laden einer Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges eine Vielzahl von zusätzlich im Elektro- oder Hybridfahrzeug anzuordnenden elektrischen Bauteilen benötigen, wodurch ein verfügbarer Bauraum im Elektro- oder Hybridfahrzeug verringert, ein Gewicht erhöht und Herstellungskosten des Elektro- oder Hybridfahrzeuges erhöht werden.The disadvantage is that known methods for solar-assisted charging of a battery of an electric or hybrid vehicle require a large number of additional electrical components to be arranged in the electric or hybrid vehicle, which reduces the available installation space in the electric or hybrid vehicle, increases weight and the production costs of the electric or hybrid vehicle Hybrid vehicle can be increased.
Die
Die WO 2007/ 025 096 A1 offenbart ein System zur Verlängerung der Lebenszeit eine Batterie eines elektrischen Fahrzeugs.WO 2007/025 096 A1 discloses a system for extending the life of a battery in an electric vehicle.
Die
Die
Es stellt sich das technische Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum solargestützten Laden einer Batterie sowie eine Ladeeinrichtung zu schaffen, welche ein solargestütztes Laden der Batterie zusätzlich zu einem Laden der Batterie aus einem externen elektrischen Netz ermöglichen, wobei das solargestützte Laden mittels möglichst wenig zusätzlich anzuordnenden elektrischen Bauteilen ermöglicht wird.The technical problem arises of creating a device and a method for solar-assisted charging of a battery and a charging device which enable solar-assisted charging of the battery in addition to charging the battery from an external electrical network, with solar-assisted charging using as little additional as possible to be arranged electrical components is made possible.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 5 und 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from the subjects with the features of
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zum solargestützten Laden einer Batterie, insbesondere einer Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Vorzugsweise ist die Batterie eine Hochvoltbatterie oder Traktionsbatterie des Elektro- oder Hybridfahrzeuges, wobei in einem motorischen Betriebsmodus elektrische Energie aus der Hochvoltbatterie an einen Elektromotor des Elektro- oder Hybridfahrzeuges übertragen wird und während eines generatorischen Betriebsmodus elektrische Energie von der Elektromaschine an die Hochvoltbatterie übertragen wird. Die Hochvoltbatterie kann hierbei über einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. so genannte Schütze, mit einem Hochvoltnetz des Elektro- oder Hybridfahrzeuges, in welchen so genannte Hochvoltkomponenten wie beispielsweise ein Stromrichter und die vorhergehend beschriebene Elektromaschine angeordnet sind, elektrisch verbunden werden. Ein Öffnen der Leistungsschalter bewirkt eine Trennung der Hochvoltbatterie von dem Hochvoltnetz. Dabei kann die Batterie auch eine Niedervoltbatterie oder Bordnetzbatterie des Elektro- oder Hybridfahrzeuges sein, welche zur elektrischen Versorgung von Niedervoltkomponenten, beispielsweise Steuergeräten, im Elektro- oder Hybridfahrzeug vorgesehen ist.A device is proposed for solar-assisted charging of a battery, in particular a battery of an electric or hybrid vehicle. The battery is preferably a high-voltage battery or traction battery of the electric or hybrid vehicle, with electrical energy from the high-voltage battery being transmitted to an electric motor of the electric or hybrid vehicle in a motor operating mode and electrical energy being transmitted from the electric machine to the high-voltage battery during a generator operating mode. The high-voltage battery can use one or more circuit breakers, for example so-called Contactors are electrically connected to a high-voltage network of the electric or hybrid vehicle, in which so-called high-voltage components such as a converter and the above-described electric machine are arranged. Opening the circuit breaker causes the high-voltage battery to be separated from the high-voltage network. The battery can also be a low-voltage battery or on-board network battery of the electric or hybrid vehicle, which is provided for the electrical supply of low-voltage components, for example control devices, in the electric or hybrid vehicle.
Das solargestützte Laden der Batterie erfolgt mittels mindestens einem Solarmodul, wobei mittels des mindestens einen Solarmoduls aus Solar- oder Sonnenenergie eine Solarspannung erzeugbar ist. Dies kann beispielsweise mittels des so genannten photoelektrischen Effekts erfolgen.The solar-assisted charging of the battery takes place by means of at least one solar module, whereby a solar voltage can be generated from solar or solar energy by means of the at least one solar module. This can take place, for example, by means of the so-called photoelectric effect.
Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Ladeeinrichtung zum Übertragen elektrischer Energie aus einem externen elektrischen Netz an die Batterie. Das elektrische Netz kann hierbei ein Wechselstromnetz oder ein Gleichstromnetz sein. Die Ladeeinrichtung dient also zum Übertragen elektrischer Energie aus dem externen elektrischen Netz an die Hochvolt- oder Niedervoltbatterie. In einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, insbesondere in einem Plug-in-Hybridfahrzeug, kann ein Ladevorgang in der Regel nur bei einem Stillstand des Elektro- oder Hybridfahrzeuges erfolgen, wobei beispielsweise ein Ladekabel in eine an dem Elektro- oder Hybridfahrzeug angeordnete Ladeschnittstelle, beispielsweise eine Ladebuchse, eingeführt wird, wodurch eine elektrische Verbindung des externen elektrischen Netzes und der fahrzeugseitigen Batterie hergestellt wird.The device comprises at least one charging device for transmitting electrical energy from an external electrical network to the battery. The electrical network can be an alternating current network or a direct current network. The charging device is therefore used to transfer electrical energy from the external electrical network to the high-voltage or low-voltage battery. In an electric or hybrid vehicle, in particular in a plug-in hybrid vehicle, a charging process can generally only take place when the electric or hybrid vehicle is at a standstill Charging socket, is introduced, whereby an electrical connection of the external electrical network and the vehicle-side battery is established.
Die Ladeeinrichtung umfasst mindestens einen Zwischenkreiskondensator. Die Ladeinrichtung kann, abhängig von der Art des externen elektrischen Netzes und dessen Eigenschaften z.B. eine Nennspannung, ein Element zur Wechselrichtung und/oder ein Element zur Gleichrichtung und/oder ein Hochsetzsteller und/oder ein Tiefsetzsteller und/oder ein Element zur Spannungstransformation umfassen. Hierbei bezeichnet ein Wechselrichter ein Element zur Erzeugung einer Wechselspannung aus einer Gleichspannung. Wechselrichter können beispielsweise als zweiphasige Wechselrichter ausgebildet sein. Wechselrichter umfassen elektrische oder elektronische Schaltelemente, z.B. MOSFET oder IGBT. Ein Element zur Gleichrichtung bezeichnet ein elektrisches Element zur Erzeugung einer Gleichspannung aus einer Wechselspannung. Derartige Elemente zur Gleichrichtung können beispielsweise mehrere Leistungsdioden umfassen. Ein Hochsetzsteller bezeichnet einen Gleichspannungswandler, wobei ein Betrag einer Ausgangsspannung des Hochsetzstellers größer als ein Betrag einer Eingangsspannung des Hochsetzstellers ist. Analog bezeichnet ein Tiefsetzsteller ebenfalls einen Gleichspannungswandler, wobei ein Betrag einer Ausgangsspannung des Tiefsetzstellers kleiner als ein Betrag der Eingangsspannung des Tiefsetzstellers ist. Ein Element zur Spannungstransformation bezeichnet ein Element zur Wechselspannungswandlung, wobei ein Betrag einer Amplitude einer Eingangsspannung verschieden von einem Betrag einer Amplitude einer Ausgangsspannung sein kann.The charging device comprises at least one intermediate circuit capacitor. Depending on the type of external electrical network and its properties, the charging device can include, for example, a nominal voltage, an element for inverting and / or an element for rectifying and / or a step-up converter and / or a step-down converter and / or an element for voltage transformation. Here, an inverter denotes an element for generating an alternating voltage from a direct voltage. Inverters can be designed as two-phase inverters, for example. Inverters include electrical or electronic switching elements, e.g. MOSFET or IGBT. An element for rectification refers to an electrical element for generating a direct voltage from an alternating voltage. Such elements for rectification can, for example, comprise a plurality of power diodes. A step-up converter denotes a DC-DC converter, an amount of an output voltage of the step-up converter being greater than an amount of an input voltage of the step-up converter. Analogously, a step-down converter also designates a DC-DC converter, an amount of an output voltage of the step-down converter being smaller than an amount of the input voltage of the step-down converter. An element for voltage transformation denotes an element for alternating voltage conversion, wherein an amount of an amplitude of an input voltage can be different from an amount of an amplitude of an output voltage.
Die Ladeeinrichtung ist eingangsseitig mit dem externen elektrischen Netz verbindbar und kann beispielsweise für eine derartige Verbindung einen ersten Spannungseingang aufweisen. Ausgangsseitig ist die Ladeeinrichtung mit der Batterie verbindbar, wobei zwischen einem Spannungsausgang der Ladeeinrichtung und der Batterie Schalter oder Leistungsschalter angeordnet sein können, mittels derer die Ladeeinrichtung mit der Batterie elektrisch verbindbar oder von dieser trennbar ist.The charging device can be connected on the input side to the external electrical network and can, for example, have a first voltage input for such a connection. On the output side, the charging device can be connected to the battery, it being possible for switches or circuit breakers to be arranged between a voltage output of the charging device and the battery, by means of which the charging device can be electrically connected to or disconnected from the battery.
Weiter ist der Zwischenkreiskondensator der Ladeeinrichtung mittels der Solarspannung oder einer transformierten Solarspannung aufladbar. Hierfür kann die Ladeeinrichtung zusätzlich zu einem ersten Spannungseingang zum Anschluss des externen elektrischen Netzes einen weiteren Spannungseingang für z.B. die Solarspannung oder die transformierte Solarspannung aufweisen, wobei eine an den weiteren Spannungseingang angelegte Spannung direkt über dem Zwischenkreiskondensator abfällt.Furthermore, the intermediate circuit capacitor of the charging device can be charged by means of the solar voltage or a transformed solar voltage. For this purpose, in addition to a first voltage input for connecting the external electrical network, the charging device can have a further voltage input for e.g. the solar voltage or the transformed solar voltage, with a voltage applied to the further voltage input dropping directly across the intermediate circuit capacitor.
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise aus Solarenergie erzeugte elektrische Energie mittels einer bereits vorhandenen Ladeeinrichtung zum Aufladen der Batterie an die Batterie übertragen werden, wodurch eine Anzahl von insgesamt benötigten elektrischen Bauteilen reduziert wird. So können dem Zwischenkreiskondensator nachgeschaltete elektrische Elemente, also zwischen dem Zwischenkreiskondensator und der Batterie angeordnete elektrische Elemente, sowohl zum Übertragen elektrischer Energie aus dem externen elektrischen Netz an die Batterie als auch zum Übertragung von aus Solarenergie erzeugter elektrischer Energie an die Batterie verwendet werden. Durch diese funktionelle Integrität ergibt sich in vorteilhafter Weise ein verringerter Bauraumbedarf bei einer Realisierung eines solargestützten Ladens einer Batterie und verringerte Herstellungskosten. Durch das zusätzliche solargestützte Laden der Batterie ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Verlängerung einer Reichweite eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges und eine Kompensation von Selbstentladungsverlusten der Batterie. Ist die zu ladende Batterie eine Niedervoltbatterie, ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Unterstützung eines Niedervolt-Bordnetzes während eines Betriebs des Elektro- oder Hybridfahrzeugs sowie bei Stillstand des Elektro- oder Hybridfahrzeuges.In this way, electrical energy generated from solar energy can advantageously be transferred to the battery by means of an existing charging device for charging the battery, whereby a number of electrical components required overall is reduced. For example, electrical elements connected downstream of the intermediate circuit capacitor, i.e. electrical elements arranged between the intermediate circuit capacitor and the battery, can be used both for transmitting electrical energy from the external electrical network to the battery and for transmitting electrical energy generated from solar energy to the battery. This functional integrity results in an advantageous manner in a reduced installation space requirement when realizing solar-assisted charging of a battery and in reduced production costs. The additional solar-assisted charging of the battery advantageously results in an extension of the range of an electric or hybrid vehicle and compensation for self-discharge losses in the battery. If the battery to be charged is a low-voltage battery, there is advantageously support for a low-voltage on-board network during operation of the electric or hybrid vehicle and when the electric or hybrid vehicle is at a standstill.
Weiter umfasst die Vorrichtung zusätzlich mindestens einen Gleichspannungswandler, wobei die Solarspannung mittels des Gleichspannungswandlers auf eine vorbestimmte Zwischenkreisspannung transformierbar ist. Der Zwischenkreiskondensator ist dann mittels der transformierten Solarspannung aufladbar. Hierbei fällt die transformierte Solarspannung über dem Zwischenkreiskondensator ab. Beispielsweise kann ein Spannungsausgang des mindestens einen Solarmoduls mit einem Spannungseingang des Gleichspannungswandlers elektrisch verbunden sein, wobei ein Spannungsausgang des Gleichspannungswandlers elektrisch mit dem vorhergehend beschriebenen weiteren Spannungseingang der Ladeeinrichtung oder direkt mit dem Zwischenkreiskondensator elektrisch verbunden ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die von dem mindestens einen Solarmodul erzeugte Solarspannung an eine gewünschte Zwischenkreisspannung angepasst werden kann.Furthermore, the device additionally comprises at least one DC voltage converter, wherein the solar voltage can be transformed to a predetermined intermediate circuit voltage by means of the DC voltage converter. The intermediate circuit capacitor can then be charged using the transformed solar voltage. Here, the transformed solar voltage drops across the intermediate circuit capacitor. For example, a voltage output of the at least one solar module can be electrically connected to a voltage input of the DC voltage converter, a voltage output of the DC voltage converter being electrically connected to the previously described further voltage input of the charging device or directly to the intermediate circuit capacitor. This advantageously results in the solar voltage generated by the at least one solar module being able to be adapted to a desired intermediate circuit voltage.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zusätzlich mindestens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, wobei mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung eine Höhe der Zwischenkreisspannung auswertbar ist. Hierbei ist mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung eine Übertragung elektrischer Energie aus dem Zwischenkreiskondensator an die Batterie steuerbar. Eine Übertragung von elektrischer Energie erfolgt, falls die Zwischenkreisspannung größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Spannungsschwelle ist. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann hierbei auch eine Höhe der Solarspannung auswerten und den vorhergehend beschriebenen Gleichspannungswandler derart ansteuern, dass dieser eine gewünschte Höhe der transformierten Solarspannung einstellt.According to the invention, the device additionally comprises at least one control and evaluation device, with the level of the intermediate circuit voltage being able to be evaluated by means of the control and evaluation device. A transfer of electrical energy from the intermediate circuit capacitor to the battery can be controlled by means of the control and evaluation device. Electrical energy is transmitted if the intermediate circuit voltage is greater than or equal to a first predetermined voltage threshold. The control and evaluation device can also evaluate a level of the solar voltage and control the DC voltage converter described above in such a way that it sets a desired level of the transformed solar voltage.
Weiter kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung Leistungsschalter oder Schalter, die zwischen einem Spannungsausgang der Ladeeinrichtung und der Batterie angeordnet sind, schließen, falls die Zwischenkreisspannung größer oder gleich der ersten vorbestimmten Spannungsschwelle ist. Hierdurch wird die Ladeeinrichtung elektrisch mit der Batterie verbunden.Furthermore, the control and evaluation device can close circuit breakers or switches which are arranged between a voltage output of the charging device and the battery if the intermediate circuit voltage is greater than or equal to the first predetermined voltage threshold. As a result, the charging device is electrically connected to the battery.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein besonders einfaches und effizientes Aufladen der Batterie durch die aus der Solarenergie erzeugte elektrische Energie. Insbesondere wird durch die erste vorbestimmte Spannungsschwelle gewährleistet, dass eine in dem Zwischenkreiskondensator aktuell gespeicherte elektrische Energie groß genug ist, um die Batterie zu laden. Auch kann die erste vorbestimmte Spannungsschwelle derart gewählt werden, dass eine Zwischenkreisspannung oder eine mittels zwischen dem Zwischenkreiskondensator und der Batterie angeordneten elektrischen Bauteilen transformierte Zwischenkreisspannung größer als eine aktuelle Batteriespannung ist. Hierfür kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung datentechnisch mit der Batterie oder einem Steuergerät der Batterie verbunden sein und die erste vorbestimmte Spannungsschwelle in Abhängigkeit einer aktuellen Batteriespannung und/oder aktuellen Eigenschaften der Batterie, beispielsweise eines aktuellen Ladezustandes der Batterie (SOC) und/oder eines aktuellen Betriebszustandes der Batterie (SOH) bestimmen.This advantageously results in a particularly simple and efficient charging of the battery using the electrical energy generated from the solar energy. In particular, the first predetermined voltage threshold ensures that electrical energy currently stored in the intermediate circuit capacitor is large enough to charge the battery. The first predetermined voltage threshold can also be selected such that an intermediate circuit voltage or an intermediate circuit voltage transformed by means of electrical components arranged between the intermediate circuit capacitor and the battery is greater than a current battery voltage. For this purpose, the control and evaluation device can be connected to the battery or a control device of the battery in terms of data technology and the first predetermined voltage threshold as a function of a current battery voltage and / or current properties of the battery, for example a current state of charge of the battery (SOC) and / or a current one Determine the operating status of the battery (SOH).
In einer weiteren Ausführungsform ist mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung eine Übertragung elektrischer Energie von dem Zwischenkreiskondensator an die Batterie beendbar, falls die Zwischenkreisspannung kleiner als eine zweite vorbestimmte Spannungsschwelle ist. Die zweite vorbestimmte Spannungsschwelle kann hierbei von der ersten vorbestimmten Spannungsschwelle verschieden, insbesondere kleiner als die erste vorbestimmte Spannungsschwelle, sein. Auch kann die zweite vorbestimmte Spannungsschwelle gleich der ersten vorbestimmten Spannungsschwelle sein. Beispielsweise kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung ein Öffnen der zwischen dem Spannungsausgang der Ladeeinrichtung und der Batterie angeordneten Schalter oder Leistungsschalter steuern, falls die Zwischenkreisspannung kleiner als die zweite vorbestimmte Spannungsschwelle ist. So kann gewährleistet werden, dass die Hochvolt-Seite (Elektronik und Hochvolt-Batterie) nur aktiv ist, wenn genügend gewonnene Solarenergie zum Laden der Hochvolt-Batterie zur Verfügung steht. Auch die zweite vorbestimmte Spannungsschwelle kann in Abhängigkeit einer aktuellen Batteriespannung und/oder aktuellen Eigenschaften der Batterie bestimmt werden.In a further embodiment, a transfer of electrical energy from the intermediate circuit capacitor to the battery can be ended by means of the control and evaluation device if the intermediate circuit voltage is less than a second predetermined voltage threshold. The second predetermined voltage threshold can be different from the first predetermined voltage threshold, in particular smaller than the first predetermined voltage threshold. The second predetermined voltage threshold can also be equal to the first predetermined voltage threshold. For example, the control and evaluation device can control the opening of the switches or circuit breakers arranged between the voltage output of the charging device and the battery if the intermediate circuit voltage is less than the second predetermined voltage threshold. This ensures that the high-voltage side (electronics and high-voltage battery) is only active when enough solar energy is available to charge the high-voltage battery. The second predetermined voltage threshold can also be determined as a function of a current battery voltage and / or current properties of the battery.
In einer weiteren Ausführungsform bilden das mindestens eine Solarmodul und der mindestens eine Gleichspannungswandler ein Gesamtmodul aus, wobei eine Ausgangsspannung des Gesamtmoduls die transformierte Solarspannung, also gleich einer Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers, ist. Das Gesamtmodul kann auch die vorhergehend beschriebene Steuer- und Auswerteeinrichtung umfassen. Beispielsweise können das mindestens eine Solarmodul und der mindestens eine Gleichspannungswandler innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sein. Ebenfalls kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung innerhalb dieses Gehäuses angeordnet sein.In a further embodiment, the at least one solar module and the at least one DC voltage converter form an overall module, an output voltage of the overall module being the transformed solar voltage, that is to say equal to an output voltage of the DC voltage converter. The overall module can also include the control and evaluation device described above. For example, the at least one solar module and the at least one DC voltage converter can be arranged within a common housing. The control and evaluation device can also be arranged within this housing.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass alle zusätzlichen elektrischen und elektronischen Bauteile, die für ein zusätzliches solargestütztes Laden der Batterie notwendig sind, in einem Gesamtmodul integriert sind, welches z.B. in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug angeordnet werden kann. Hierbei muss in einer bereits existierenden Ladeeinrichtung z.B. des Elektro- oder Hybridfahrzeuges nur ein zusätzlicher Spannungseingang geschaffen werden, der ein Anlegen einer Spannung direkt an den Zwischenkreiskondensator ermöglicht. Zusätzliche weitere elektrische oder elektronische Bauteile müssen nicht in die existierende Ladeeinrichtung integriert werden.This results in an advantageous manner that all additional electrical and electronic components that are necessary for additional solar-assisted charging of the battery are integrated in an overall module, which can be arranged, for example, in an electric or hybrid vehicle. In this case, only one additional voltage input is required in an existing charging device, for example in an electric or hybrid vehicle be created, which enables a voltage to be applied directly to the intermediate circuit capacitor. Additional further electrical or electronic components do not have to be integrated into the existing charging device.
In einer alternativen Ausführungsform bilden die mindestens eine Ladeeinrichtung und der mindestens eine Gleichspannungswandler ein Gesamtmodul aus, wobei die Ladeeinrichtung zusätzlich zu dem ersten Spannungseingang mindestens einen weiteren Spannungseingang aufweist, wobei eine an den mindestens einen weiteren Spannungseingang angelegte Spannung eine Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers ist, wobei eine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers über dem Zwischenkreiskondensator abfällt. Das Gesamtmodul kann auch als erweiterte Ladeeinrichtung bezeichnet werden. Hierbei wird die existierende Ladeeinrichtung z.B. eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges um einen zusätzlichen Gleichspannungswandler erweitert, der eine von einem Solarmodul erzeugte Solarspannung auf ein gewünschtes Spannungsniveau transformiert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das Solarmodul unabhängig von dem Gleichspannungswandler im Elektro- oder Hybridfahrzeug angeordnet werden kann. Hierdurch kann das Solarmodul mit geringeren Bauraumanforderungen ausgebildet werden.In an alternative embodiment, the at least one charging device and the at least one DC voltage converter form an overall module, the charging device having at least one further voltage input in addition to the first voltage input, wherein a voltage applied to the at least one further voltage input is an input voltage of the DC voltage converter, wherein a Output voltage of the DC voltage converter drops across the intermediate circuit capacitor. The entire module can also be referred to as an extended charging device. The existing charging device, e.g. of an electric or hybrid vehicle, is expanded by an additional DC voltage converter, which transforms a solar voltage generated by a solar module to a desired voltage level. This advantageously results in the solar module being able to be arranged in the electric or hybrid vehicle independently of the DC voltage converter. As a result, the solar module can be designed with less space requirements.
Zusätzlich kann auch die Steuer- und Auswerteeinrichtung von dem Gesamtmodul umfasst werden, welches ebenfalls die Ladeeinrichtung und den mindestens einen Gleichspannungswandler umfasst.In addition, the control and evaluation device can also be included in the overall module, which also comprises the charging device and the at least one DC voltage converter.
Weiter vorgeschlagen wird eine Ladeeinrichtung, insbesondere eine Ladeeinrichtung eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, zum Übertragen elektrischer Energie aus einem externen elektrischen Netz an eine Batterie, beispielsweise einer vorhergehend beschriebenen Hochvolt- oder Niedervoltbatterie. Die Ladeeinrichtung weist einen ersten Spannungseingang zum Anschluss des externen elektrischen Netzes auf. Weiter umfasst die Ladeeinrichtung mindestens einen Zwischenkreiskondensator.A charging device is also proposed, in particular a charging device of an electric or hybrid vehicle, for transmitting electrical energy from an external electrical network to a battery, for example a high-voltage or low-voltage battery described above. The charging device has a first voltage input for connecting the external electrical network. The charging device further comprises at least one intermediate circuit capacitor.
Weiter weist die Ladeeinrichtung mindestens einen weiteren Spannungseingang für eine Solarspannung auf, wobei mittels einer an dem weiteren Spannungseingang angelegten Spannung der Zwischenkreiskondensator aufladbar ist. Hierdurch wird also eine bezüglich existierenden Ladeneinrichtungen um einen weiteren Spannungseingang erweiterte Ladeeinrichtung vorgeschlagen, wobei der mindestens eine weitere Spannungseingang direkt mit dem Zwischenkreiskondensator elektrisch verbunden werden kann. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass mittels der vorgeschlagenen Ladeeinrichtung z.B. eine Solarspannung wie vorhergehend beschrieben zum zusätzlichen solargestützten Laden der Batterie über einen Teil der Ladeeinrichtung verwendet werden kann.Furthermore, the charging device has at least one further voltage input for a solar voltage, wherein the intermediate circuit capacitor can be charged by means of a voltage applied to the further voltage input. In this way, a charging device expanded by a further voltage input with respect to existing shop devices is proposed, wherein the at least one further voltage input can be electrically connected directly to the intermediate circuit capacitor. This results in an advantageous manner that by means of the proposed charging device, for example, a solar voltage as described above can be used for additional solar-assisted charging of the battery via part of the charging device.
Weiter umfasst die Ladeeinrichtung zusätzlich mindestens einen Gleichspannungswandler, wobei mittels des Gleichspannungswandlers eine an dem weiteren Spannungseingang angelegte Spannung auf eine vorbestimmte Zwischenkreisspannung transformierbar ist. Eine an dem weiteren Spannungseingang angelegte Spannung bildet hierbei eine Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers, wobei eine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers über dem Zwischenkreiskondensator abfällt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine an dem weiteren Spannungseingang angelegte Spannung derart transformierbar ist, dass eine gewünschte Zwischenkreisspannung erreicht werden kann. Hierbei wird also eine zusätzlich um einen Gleichspannungswandler erweiterte Ladeeinrichtung vorgeschlagen, die vorteilhafterweise ein verbessertes zusätzliches solargestütztes Laden der Batterie ermöglicht.Furthermore, the charging device additionally comprises at least one DC voltage converter, wherein a voltage applied to the further voltage input can be transformed to a predetermined intermediate circuit voltage by means of the DC voltage converter. A voltage applied to the further voltage input forms an input voltage of the DC voltage converter, an output voltage of the DC voltage converter dropping across the intermediate circuit capacitor. This results in an advantageous manner that a voltage applied to the further voltage input can be transformed in such a way that a desired intermediate circuit voltage can be achieved. In this case, a charging device, which is additionally expanded to include a DC voltage converter, is proposed, which advantageously enables improved additional solar-assisted charging of the battery.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zum solargestützten Laden einer Batterie, insbesondere einer Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, beispielsweise einer Hochvolt- oder Niedervoltbatterie. Das solargestützte Laden erfolgt mittels mindestens einem Solarmodul, wobei das mindestens eine Solarmodul eine Solarspannung erzeugt. Eine Ladeeinrichtung dient zum Laden der Batterie aus einem externen elektrischen Netz.A method is also proposed for solar-assisted charging of a battery, in particular a battery of an electric or hybrid vehicle, for example a high-voltage or low-voltage battery. Solar-assisted charging takes place by means of at least one solar module, the at least one solar module generating solar voltage. A charging device is used to charge the battery from an external electrical network.
Weiter wird die Solarspannung oder eine transformierte Solarspannung an einen Zwischenkreiskondensator der Ladeeinrichtung angelegt, wobei dann die im Zwischenkreiskondensator gespeicherte elektrische Energie an die Batterie übertragen wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein zusätzliches solargestütztes Laden der Batterie ermöglicht, wobei ein Teil einer bereits existierenden Ladeeinrichtung zum Übertragen von elektrischer Energie von dem Solarmodul an die Batterie genutzt wird.Furthermore, the solar voltage or a transformed solar voltage is applied to an intermediate circuit capacitor of the charging device, the electrical energy stored in the intermediate circuit capacitor then being transferred to the battery. This advantageously enables additional solar-assisted charging of the battery, part of an existing charging device being used to transfer electrical energy from the solar module to the battery.
Erfindungsgemäß wird eine Höhe der Zwischenkreisspannung ausgewertet, wobei eine Übertragung von elektrischer Energie aus dem Zwischenkreiskondensator an die Batterie erfolgt, falls die Zwischenkreisspannung größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Spannungsschwelle ist. Alternativ oder kumulativ wird eine Übertragung elektrischer Energie aus dem Zwischenkreiskondensator an die Batterie beendet, falls die Zwischenkreisspannung kleiner als eine zweite vorbestimmte Spannungsschwelle ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein effizientes zusätzliches solargestütztes Laden der Batterie unter Verwendung einer existierenden Ladeeinrichtung.According to the invention, a level of the intermediate circuit voltage is evaluated, with electrical energy being transferred from the intermediate circuit capacitor to the battery if the intermediate circuit voltage is greater than or equal to a first predetermined voltage threshold. Alternatively or cumulatively, a transfer of electrical energy from the intermediate circuit capacitor to the battery is terminated if the intermediate circuit voltage is less than a second predetermined voltage threshold. This advantageously results in efficient additional solar-assisted charging of the battery using an existing charging device.
Die vorgeschlagene Vorrichtung, das vorgeschlagene Verfahren sowie die vorgeschlagene Ladeeinrichtung ermöglichen ein solargestütztes Laden der Batterie auch dann, wenn kein externes elektrisches Netz angeschlossen ist. Insbesondere kann die Batterie auch während eines Betriebes eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges geladen werden. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Reichweite des Elektro- oder Hybridfahrzeugs erweitert.The proposed device, the proposed method and the proposed charging device enable solar-assisted charging of the battery even when no external electrical network is connected. In particular, the battery can also be charged while an electric or hybrid vehicle is in operation. This advantageously extends the range of the electric or hybrid vehicle.
Die Erfindung wird anhand zweiter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:
-
1 ein schematisches Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zum solargestützten Laden einer Batterie und -
2 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum solargestützten Laden einer Batterie.
-
1 a schematic circuit diagram of a first embodiment of a device for solar-assisted charging of a battery and -
2 a schematic circuit diagram of a further embodiment of a device for solar-assisted charging of a battery.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Eigenschaften.In the following, the same reference symbols designate elements with the same or similar technical properties.
In
Weiter umfasst die Vorrichtung
Die Ladeeinrichtung
Mittels der in
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Batteriebattery
- 33
- SolardachSolar roof
- 44th
- LadeeinrichtungCharging device
- 55
- erster Spannungseingang der Ladeeinrichtungfirst voltage input of the charging device
- 66th
- ZwischenkreiskondensatorDC link capacitor
- 77th
- GleichrichterRectifier
- 88th
- HochsetzstellerBoost converter
- 99
- WechselrichterInverter
- 1010
- Transformatortransformer
- 1111
- weiterer Gleichrichterfurther rectifier
- 1212th
- Spannungsausgang der LadeeinrichtungVoltage output of the charging device
- 1313th
- LeistungsschalterCircuit breaker
- 1414th
- GleichspannungswandlerDC voltage converter
- 1515th
- Steuer- und AuswerteeinrichtungControl and evaluation device
- 1616
- GesamtmodulTotal module
- 1717th
- Spannungseingang des GleichspannungswandlersVoltage input of the DC / DC converter
- 1818th
- Spannungsausgang des GleichspannungswandlersVoltage output of the DC / DC converter
- 1919th
- Spannungsausgang des GesamtmodulsVoltage output of the entire module
- 2020th
- Steuerausgänge des GesamtmodulsControl outputs of the entire module
- 2121
- CAN-BusCAN bus
- 2222nd
- weiterer Spannungseingang der Ladeeinrichtungfurther voltage input of the charging device
- 2323
- Steuereingänge der LadeeinrichtungControl inputs of the charging device
- 2424
- GesamtmodulTotal module
- UsUs
- SolarspannungSolar voltage
- UzUz
- ZwischenkreisspannungIntermediate circuit voltage
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