DE102012013890A1 - Charging device for a high-voltage battery of a motor vehicle and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Ladeeinrichtung (5) für eine Hochspannungsbatterie (4) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend wenigstens einen Wechselspannungsanschluss (7) an eine zum Laden zu verwendende Wechselspannungsquelle (8) und eine die Wechselspannung in eine Ladespannung umwandelnde Wandlungseinrichtung (6), wobei die Wandlungseinrichtung (6) eine Spannungsverdopplerschaltung (11) umfasst, die Spannungsverdopplerschaltung (11) wenigstens zwei so verschaltete Kondensatoren (C1, C2) aufweist, dass jeweils eine Halbwelle der Wechselspannung einen zugeordneten Kondensator (C1, C2) auflädt.Charging device (5) for a high-voltage battery (4) of a motor vehicle (1), comprising at least one alternating voltage connection (7) to an alternating voltage source (8) to be used for charging and a converting device (6) converting the alternating voltage to a charging voltage, the converting device ( 6) comprises a voltage doubler circuit (11), the voltage doubler circuit (11) has at least two capacitors (C1, C2) connected in such a way that one half-wave of the AC voltage charges an associated capacitor (C1, C2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung für eine Hochspannungsbatterie eines Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens einen Wechselspannungsanschluss an eine zum Laden zu verwendende Wechselspannungsquelle und eine die Wechselspannung in eine Ladespannung umwandelnde Wandlungseinrichtung, wobei die Wandlungseinrichtung eine Spannungsverdopplerschaltung umfasst.The invention relates to a charging device for a high voltage battery of a motor vehicle, comprising at least one AC voltage connection to an AC voltage source to be used for charging and a conversion device converting the AC voltage into a charging voltage, wherein the conversion device comprises a voltage doubler circuit.

In heutigen Kraftfahrzeugen, insbesondere Elektro- und Hybridkraftfahrzeugen, werden sogenannte Hochspannungsbatterien eingesetzt, um einen Elektromotor und/oder andere Systeme, beispielsweise Klimasysteme, betreiben zu können. Die Hochspannungsbatterie hat dabei eine höhere Spannung als die üblicherweise auch vorhandene Niedrigspannungsbatterie, deren Spannung beispielsweise bei 12 V liegen kann. Mithin liegt die Spannung einer Hochspannungsbatterie, die üblicherweise ein Hochspannungsnetz innerhalb des Kraftfahrzeuges versorgt, oberhalb von 12 V.In today's motor vehicles, especially electric and hybrid vehicles, so-called high voltage batteries are used to operate an electric motor and / or other systems, such as air conditioning systems. The high-voltage battery has a higher voltage than the usually existing low-voltage battery, the voltage can be for example 12 V. Thus, the voltage of a high-voltage battery, which usually supplies a high-voltage network inside the motor vehicle, is above 12 V.

Eine derartige Hochspannungsbatterie muss, insbesondere bei reinen Elektrokraftfahrzeugen, häufig geladen werden, um die entsprechenden Funktionalitäten, insbesondere den Fahrbetrieb eines Elektrokraftfahrzeugs, sicherzustellen. Üblicherweise wird dabei eine Wechselspannungsquelle, beispielsweise ein öffentliches Wechselspannungsnetz verwendet. Hierzu ist entweder im Kraftfahrzeug selber oder beispielsweise in Form einer Ladestation außerhalb des Kraftfahrzeugs eine Ladeeinrichtung notwendig, die die Wechselspannung in eine geeignete Ladespannung, mithin eine Gleichspannung, umwandelt. Entsprechend sind Ladeeinrichtungen bekannt, die eine Gleichrichterstufe, die aus der Wechselspannung eine Gleichspannung erzeugt, welche an einem Gleichspannungs-Zwischenkreis anliegt, aufweisen. Die Gleichspannung des Zwischenkreises wird über einen Gleichspannungswandler (DC/EC-Wandler) zum Laden der Hochspannungsbatterie aus dem Gleichspannungs-Zwischenkreis verwendet.Such a high-voltage battery must be frequently charged, in particular in the case of pure electric motor vehicles, in order to ensure the corresponding functionalities, in particular the driving operation of an electric motor vehicle. Usually, an AC voltage source, for example, a public AC voltage network is used. For this purpose, either in the motor vehicle itself or for example in the form of a charging station outside the motor vehicle, a charging device is necessary, which converts the AC voltage into a suitable charging voltage, thus a DC voltage. Accordingly, charging devices are known, which have a rectifier stage, which generates a DC voltage from the AC voltage, which is applied to a DC intermediate circuit. The DC voltage of the DC link is used via a DC-DC converter (DC / EC converter) for charging the high-voltage battery from the DC link.

Diese beschriebene, bekannte Lösung ist recht aufwendig und zudem kostenintensiv. Zudem weist die Ladeeinrichtung ein sehr hohes Gewicht und eine sehr hohe Baugröße auf.This described, known solution is quite complicated and also costly. In addition, the charging device has a very high weight and a very large size.

DE 600 28 854 T2 offenbart ein Batterieladegerät für ein Hybridfahrzeug. Dabei wird von einem Ladegerät ausgegangen, das einen Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wechselrichter aufweist, der eine Eingangs-Gleichspannung in eine Wechselspannung wandelt und die Wechselspannung auf ein vorbestimmtes Spannungsniveau hochtreibt, wobei zusätzlich ein Spannungsverdopplungsabschnitt vorgesehen ist, der die Ausgangs-Wechselspannung von dem Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wechselrichter oder eine Eingangs-Wechselspannung hochtreibt, ohne dass der Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wechselrichter mit einer verdoppelten Spannung verbunden ist. Zudem wird durch den Spannungsverdopplungsabschnitt eine Gleichrichtung ermöglicht. Somit kann die dortige Hauptbatterie sowohl mit einer Gleichspannungsversorgung als auch mit einer Wechselspannungsversorgung geladen werden. Das dort beschriebene Batterieladegerät kann jedoch ferner einen elektrischen Anschluss für ein externes Eingangs- und Ausgangssignal aufweisen, der zwischen dem Wandlerabschnitt und dem Spannungsverdopplerabschnitt angeordnet ist, so dass eine Wechselspannung einer externen Spannungsversorgung angelegt werden kann. DE 600 28 854 T2 discloses a battery charger for a hybrid vehicle. It is based on a charger having a DC / AC inverter, which converts an input DC voltage into an AC voltage and drives the AC voltage to a predetermined voltage level, in addition, a voltage doubling section is provided, the output AC voltage from the DC voltage / AC inverter or an input AC voltage drives up without the DC / AC inverter is connected to a doubled voltage. In addition, a rectification is made possible by the voltage doubling section. Thus, the local main battery can be charged with both a DC power supply and an AC power supply. However, the battery charger described therein may further include an electrical terminal for an external input and output signal disposed between the converter section and the voltage doubler section so that an AC voltage of an external power supply can be applied.

DE 600 28 854 T2 offenbart dabei einen Spannungsverdopplungsabschnitt, in dem zunächst während einer Halbwelle einer externen Wechselspannung ein erster Kondensator aufgeladen wird, wobei während der zweiten, negativen Halbwelle die Spannung dieses ersten Kondensators zu einem zweiten Kondensator verschoben wird, so dass zusammenfassend voneinander beabstandete Gleichspannungspulse entstehen, die einen negativen Einfluss auf die Hochspannungsbatterie oder sonstige Komponenten des Gesamtsystems, insbesondere der Ladeeinrichtung, haben können. Die übertragbare Leistung ist mithin nicht optimal. Ein weiteres Problem dieses Standes der Technik ist es, dass eines der Wechselspannungspotentiale auf einem Gleichstrompotential des Hochspannungsnetzes liegt, so dass das Gefährdungspotential im Fehlerfall bei Berührung eines Gleichstrompotentials des Hochspannungsnetzes erhöht ist. DE 600 28 854 T2 discloses a voltage doubling section, in which a first capacitor is first charged during a half-cycle of an external AC voltage, during which the second, negative half-wave, the voltage of this first capacitor is shifted to a second capacitor, so that collectively spaced DC pulses arise, the one negative Influence on the high-voltage battery or other components of the overall system, in particular the charging device, may have. The transferable power is therefore not optimal. Another problem of this prior art is that one of the AC potentials is at a DC potential of the high voltage network, so that the potential hazard is increased in the event of a fault when touching a DC potential of the high voltage network.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ladeeinrichtung anzugeben, bei der eine gleichmäßigere Ladespannung und eine höhere nutzbare Leistung vorliegen.The invention is therefore based on the object to provide a charging device in which a more uniform charging voltage and a higher usable power are available.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Ladeeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Spannungsverdopplerschaltung wenigstens zwei so verschaltete Kondensatoren aufweist, dass jeweils eine Halbwelle der Wechselspannung einen zugeordneten Kondensator auflädt.To achieve this object, the invention provides, in a charging device of the type mentioned at the beginning, that the voltage doubler circuit has at least two capacitors connected in such a way that one half-wave of the alternating voltage charges an associated capacitor.

Erfindungsgemäß wird mithin eine andere Art einer Spannungsverdopplerschaltung vorgeschlagen, bei der letztlich jeder Halbwelle ein aufzuladender Kondensator der Spannungsverdopplerschaltung zugeordnet ist. Hierfür können beispielsweise, wie noch näher dargelegt werden wird, Dioden verwendet werden. Letztlich werden also beide Halbwellen einer Wechselspannung in je einem Kondensator gleichgerichtet, wobei die Schaltung der Kondensatoren derart ist, dass die Gesamtspannung der Anordnung beider Kondensatoren, welche insbesondere in Reihe geschaltet sind, sich im unbelasteten Zustand bis auf das doppelte der Spannungsamplitude der Wechselspannung aufladen kann.According to the invention, therefore, another type of voltage doubler circuit is proposed in which, in the end, each half-wave is assigned a capacitor to be charged in the voltage doubler circuit. For this purpose, for example, as will be explained in more detail, diodes can be used. Ultimately, therefore, both half-waves of an AC voltage rectified in a capacitor, the circuit of the Capacitors is such that the total voltage of the arrangement of both capacitors, which are connected in particular in series, can charge in the unloaded state up to twice the voltage amplitude of the AC voltage.

Wird eine derartige, von der Wechselspannungsquelle gespeiste Anordnung zum Laden an die Hochspannungsbatterie angeschlossen, deren Batteriespannung dabei selbstverständlich kleiner als das Doppelte der Spannungsamplitude der Wechselspannung sein sollte, laden die Halbwellen der Wechselspannung im Wechsel jeweils einen der Kondensatoren auf und speisen damit über die serielle Anordnung bei gleichzeitiger Entladung des jeweils anderen Kondensators einen gepulsten, durch die Ladespannung beschriebenen Gleichstrom in die Hochspannungsbatterie ein, sobald nach Einschalten in den Kondensatoren wenigstens die Batteriespannung erreicht ist.If such, supplied by the AC voltage source arrangement for charging to the high-voltage battery connected, the battery voltage should be naturally less than twice the voltage amplitude of the AC voltage to load the half-waves of the alternating voltage alternately in each case one of the capacitors and feed it via the serial arrangement with simultaneous discharge of the other capacitor a pulsed, described by the charging voltage direct current into the high voltage battery, as soon as after switching on in the capacitors at least the battery voltage is reached.

Auf diese Weise fließt ein Ladestrom in die Hochspannungsbatterie bei jeder Halbwelle, so dass insgesamt eine höhere Leistung übertragbar ist. Zudem wird eine gleichmäßigere, gepulste Gleichspannung als Ladespannung erzeugt, deren negative Auswirkungen auf die Batterie und/oder die übrige Elektronik geringer sind. Durch die Verwendung einer Spannungsverdopplerschaltung ergibt sich insgesamt eine günstige Lösung mit wenig Aufwand und Gewicht, die insbesondere auch unmittelbar in eine Hochspannungsbatterie integriert werden kann, zumindest aber im Kraftfahrzeug angeordnet werden kann.In this way, a charging current flows into the high-voltage battery at each half-wave, so that a total of a higher power is transferable. In addition, a more uniform, pulsed DC voltage is generated as a charging voltage whose negative effects on the battery and / or the remaining electronics are lower. By using a Spannungsverdopplerschaltung results in a total of a cheap solution with little effort and weight, which can be integrated in particular directly into a high voltage battery, but at least in the vehicle can be arranged.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Anschlussleitung, insbesondere eine Anschlussleitung pro Phase, des Wechselspannungsanschlusses derart auf Masse liegt, dass keine der Ladeleitungen der Hochspannungsbatterie mit Masse verbunden ist. Ein auf Masse liegender Punkt beziehungsweise die auf Masse liegende Leitung kann mithin geschickt so gewählt werden, dass keine unmittelbare Verbindung von Ladeleitungen der Hochspannungsbatterie und mithin dem Hochspannungsnetz des Kraftfahrzeugs zu Masse besteht. Auf diese Weise liegt nicht eines der Wechselspannungspotentiale direkt auf einem Gleichstrompotential des Hochspannungsnetzes, so dass das Gefährdungspotential im Fehlerfall bei Berührung eines Gleichstrompotentials des Hochspannungsnetzes beim Ladevorgang geringer ist.In a particularly advantageous embodiment of the present invention can be provided that a connecting line, in particular a connecting line per phase, the AC voltage terminal is grounded so that none of the charging lines of the high voltage battery is connected to ground. A lying on ground point or lying on ground line can therefore be sent selected so that there is no direct connection of charging lines of the high voltage battery and thus the high voltage network of the motor vehicle to ground. In this way, not one of the AC potentials is directly on a DC potential of the high-voltage network, so that the potential hazard in case of failure in contact with a DC potential of the high-voltage network during charging is lower.

In einer konkreten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass, insbesondere für jede Phase der Wechselspannung, eine zentrale, auf Masse liegende erste Anschlussleitung des Wechselspannungsanschlusses über jeweils einen Kondensator mit den Ladeleitungen der Hochspannungsbatterie verbunden ist, wobei die zweite Anschlussleitung des Wechselspannungsanschlusses über jeweils eine von zwei Dioden, deren Durchlassrichtungen entgegengesetzt sind, mit jeweils einer Ladeleitung verbunden ist. Es existiert mithin ein mittiger Anschlusspunkt in der Spannungsverdopplerschaltung zwischen den Kondensatoren, an den die auf Masse liegende Anschlussleitung des Wechselspannungsanschlusses angekoppelt ist. Die andere Anschlussleitung ist über in entgegengesetzter Richtung verschaltete Dioden der Spannungsverdopplerschaltung mit den Ladeleitungen der Hochspannungsbatterie (und somit auch den Kondensatoren auf der anderen Anschlussseite) gekoppelt. Je nachdem, ob eine positive oder negative Halbwelle vorliegt, wird mithin der eine oder der andere der beiden Kondensatoren geladen, was sich aus der jeweiligen Verschaltung der Dioden der Spannungsverdopplerschaltung ergibt. Dadurch, dass die erste Anschlussleitung auf Masse liegt, ist die zuvor beschriebene Ausgestaltung hier zwangsläufig realisiert, so dass eine direkte Verbindung der Leitungen des Hochspannungsnetzes mit Masse vermieden wird.In a specific embodiment of the present invention can be provided that, in particular for each phase of the AC voltage, a central, lying on ground first connecting line of the AC voltage terminal is connected via a respective capacitor to the charging lines of the high voltage battery, the second connecting line of the AC voltage terminal via each one of two diodes, whose transmission directions are opposite, is connected to a respective charging line. There is therefore a central connection point in the voltage doubler circuit between the capacitors, to which the grounded connection line of the AC voltage connection is coupled. The other connecting lead is coupled via diodes of the voltage doubler circuit connected in the opposite direction to the charging leads of the high-voltage battery (and thus also to the capacitors on the other terminal side). Depending on whether a positive or negative half wave is present, therefore, one or the other of the two capacitors is charged, which results from the respective connection of the diodes of the voltage doubler circuit. Due to the fact that the first connection line is grounded, the previously described embodiment is inevitably implemented here, so that a direct connection of the lines of the high-voltage network to ground is avoided.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ladeeinrichtung wenigstens eine Induktivität, insbesondere zwei Induktivitäten, zur Glättung des Ladestromverlaufs und/oder als Strombegrenzungselement aufweist. Bezüglich des zuvor diskutierten konkreten Ausführungsbeispiels kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine erste Induktivität in einer die erste Anschlussleitung mit den Kondensatoren verbindenden Leitung vorgesehen ist und/oder eine zweite Induktivität in einer mit einer Ladeleitung der Hochspannungsbatterie verbundenen Ausgangsleitung der Wandlungseinrichtung angeordnet sind. Derartige Induktivitäten dienen zwei unterschiedlichen Zwecken. Zum einen können hohe Stromstöße im Zeitpunkt des Einschaltens vermieden werden, nachdem dann ein beliebiger Momentanwert der Wechselspannung auf einen beispielsweise ungeladenen Kondensator geschaltet wird. In diesem Fall wirkt die Induktivität als Strombegrenzer, vorliegend beispielsweise die erste Induktivität. Gleichzeitig dienen die Induktivitäten jedoch auch dazu, den gepulsten Ladespannungsverlauf und den daraus folgenden Ladestromverlauf beim Ladevorgang zu glätten. Die wenigstens eine Induktivität reduziert also vorteilhafter Weise den Strom im Einschaltmoment beziehungsweise beim Angleichen der Kondensatoren an die Batteriespannung beim Zuschalten und sorgt zudem für eine Glättung des Stromflusses.In a further advantageous embodiment of the present invention can be provided that the charging device has at least one inductor, in particular two inductors, for smoothing the charging current profile and / or as a current limiting element. With regard to the concrete exemplary embodiment discussed above, provision can be made, for example, for a first inductance to be provided in a line connecting the first connecting line with the capacitors and / or a second inductance to be arranged in an output line of the converting device connected to a charging line of the high-voltage battery. Such inductors serve two different purposes. On the one hand, high current surges at the time of switching on can be avoided, after which any instantaneous value of the alternating voltage is then switched to an, for example, uncharged capacitor. In this case, the inductance acts as a current limiter, in this case, for example, the first inductance. At the same time, however, the inductances also serve to smooth the pulsed charging voltage characteristic and the charging current characteristic resulting therefrom during the charging process. The at least one inductance thus advantageously reduces the current in the switch-on or when matching the capacitors to the battery voltage when switching on and also ensures a smoothing of the current flow.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn die Wechselspannungsquelle eine dreiphasige Wechselspannungsquelle und/oder ein Wechselspannungsnetz ist. Die Verwendung einer mehrphasigen Wechselspannung zum Laden, insbesondere einer dreiphasigen Wechselspannung, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft, da der über alle drei Phasen gleichgerichtete Gesamtstrom zum Laden der Hochspannungsbatterie grundsätzlich schon relativ wenig Restwelligkeit aufweist, das bedeutet, die Überlagerung der mehreren Phasen, die über entsprechende Spannungsverdopplerschaltungen gleichgerichtet werden, gleichen bereits die dabei entstehende Welligkeit aus. Mithin ist eine entsprechend erweiterte Version der Ladeeinrichtung vorteilhaft denkbar.It is also expedient if the AC voltage source is a three-phase AC voltage source and / or an AC voltage network. The use of a multiphase AC voltage for charging, in particular one Three-phase AC voltage, in the context of the present invention is particularly advantageous because the rectified across all three phases total current for charging the high-voltage battery basically already has relatively little residual ripple, that is, the superposition of the multiple phases, which are rectified via respective voltage doubler circuits, already similar resulting ripple from. Consequently, a correspondingly expanded version of the charging device is advantageously conceivable.

Das Wechselspannungsnetz kann mit besonderem Vorteil ein öffentliches Wechselspannungsnetz sein, das bedeutet, ein Benutzer kann seine insbesondere in einem Elektrokraftfahrzeug verbaute Hochspannungsbatterie über einen einfachen Anschluss an einer Steckdose laden.The alternating voltage network can be a public alternating voltage network with particular advantage, which means that a user can load his built-in particular in an electric motor vehicle high voltage battery via a simple connection to a power outlet.

Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass üblicherweise zur Steuerung des Ladebetriebs ein Steuergerät vorgesehen ist. Dies kann selbstverständlich auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung realisiert werden, worin das Steuergerät zum Laden beispielsweise zum Schließen von an der Hochspannungsbatterie beziehungsweise am Ausgang der Spannungsverdopplerschaltung vorgesehener Schütze ausgebildet ist. Denkbar ist es zudem auch, ein Schaltmittel zur Wechselspannungsquelle vorzusehen, um hier eine weitere Schaltmöglichkeit zu realisieren.It should be noted at this point that usually a controller is provided to control the charging operation. This can of course also be realized in the context of the present invention, wherein the control device is designed for charging, for example, for closing provided on the high-voltage battery or at the output of the voltage doubler circuit contactors. It is also conceivable, moreover, to provide a switching means for the AC voltage source in order to realize a further switching possibility here.

Neben der Ladeeinrichtung betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hochspannungsbatterie und eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchen mithin auch die genannten Vorteile erhalten werden können. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug auch ein einen Teil der Ladeeinrichtung bildendes oder getrennt vorgesehenes Steuergerät umfassen, welches den Ladevorgang, insbesondere durch Ansteuerung entsprechender Schaltmittel, beispielsweise von Schützen, steuert. Insbesondere lässt sich die Ladeeinrichtung, insbesondere jedoch wenigstens die Spannungsverdopplerschaltung, auch in die Hochspannungsbatterie selber integrieren.In addition to the charging device, the present invention also relates to a motor vehicle, comprising a high-voltage battery and a charging device according to the invention. All statements relating to the charging device according to the invention can be analogously transferred to the motor vehicle according to the invention, with which therefore also the advantages mentioned can be obtained. In particular, the motor vehicle may also include a part of the charging device forming or separately provided control unit, which controls the charging process, in particular by controlling corresponding switching means, for example, from shooters. In particular, the charging device, but in particular at least the voltage doubler circuit, can also be integrated into the high-voltage battery itself.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawing. Showing:

1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, 1 a motor vehicle according to the invention,

2 eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung, und 2 a charging device according to the invention, and

3 den Lade-Stromverlauf in der Hochspannungsbatterie. 3 the charging current curve in the high voltage battery.

1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1, welches hier als ein Elektro-Kraftfahrzeug 1 ausgebildet ist. Entsprechend umfasst das Kraftfahrzeug 1 einen Elektromotor 2, der über ein nur angedeutetes Hochspannungsnetz 3 an eine Hochspannungsbatterie 4 angeschlossen ist. Gegebenenfalls kann zusätzlich ein Niederspannungsnetz, gespeist von einer Niederspannungsbatterie, deren Spannung niedriger als die der Hochspannungsbatterie ist, vorgesehen sein, was jedoch aus Übersichtsgründen nicht näher dargestellt ist. 1 shows a schematic diagram of a motor vehicle according to the invention 1 which is here as an electric motor vehicle 1 is trained. Accordingly, the motor vehicle includes 1 an electric motor 2 , which has a high-voltage network only indicated 3 to a high voltage battery 4 connected. Optionally, in addition, a low-voltage network, powered by a low-voltage battery, the voltage is lower than that of the high-voltage battery may be provided, which is not shown in detail for reasons of clarity.

Um die Hochspannungsbatterie 4 zu laden, ist eine schematisch bei 5 angedeutete Ladeeinrichtung vorgesehen, welche vorliegend auch in die Hochspannungsbatterie 4 integriert sein kann. Die Ladeeinrichtung umfasst eine Wandlereinrichtung 6, die über einen Wechselspannungsanschluss 7 von einer externen Wechselspannungsquelle 8 zugeführte Wechselspannung in eine Ladespannung und mithin einen Ladestrom für die Hochspannungsbatterie 4 umsetzt.To the high voltage battery 4 to load is a schematic at 5 indicated charging device provided which present in the high voltage battery 4 can be integrated. The charging device comprises a converter device 6 , which have an AC voltage connection 7 from an external AC source 8th supplied AC voltage in a charging voltage and thus a charging current for the high-voltage battery 4 implements.

Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ferner ein Batteriesteuergerät 9, welches die Batterie 4 im allgemeinen und auch den Ladevorgang im speziellen steuert. Die genauere Struktur der Ladeeinrichtung 5 ist in 2 gezeigt. Die Wechselspannungsquelle 8 ist über den Wechselspannungsanschluss 7 und entsprechende Anschlussleitungen 10 mit der Wandlereinrichtung 6 als Teil der Ladeeinrichtung 5 verbunden. Die Wandlereinrichtung 6 umfasst eine Spannungsverdopplerschaltung 11, über die eine geeignete Gleichrichtung der Wechselspannung erfolgen soll. Hierzu ist eine zentrale Anschlussleitung 10 über eine erste Induktivität L1 an einen zwischen zwei Kondensatoren C1 und C2 liegenden Anschlusspunkt 12 gekoppelt. Wie gezeigt, liegt diese erste Anschlussleitung auf Masse 17. Die zweite, in 2 untere Anschlussleitung 10 ist ebenso an die Kondensatoren C1 und C2 gekoppelt, und zwar über in einen der entgegengesetzter Durchlassrichtung geschaltete Dioden D1 und D2. Auf diese Weise wird während der positiven Halbwelle über die Diode D2 der Kondensator C1 geladen, während der negativen Halbwelle über die Diode D1 der Kondensator C2. Äußere Anschlusspunkte 13 der Reihenschaltung der Kondensatoren C1 und C2 sind an das Hochspannungsnetz und mithin Ladeleitungen 14 der Hochspannungsbatterie 4 verbunden, üblicherweise über ein hier Schütze 15 umfassendes Schaltmittel 16, welches von dem Steuergerät 9 angesteuert werden kann. Zwischen dem Kondensator C1 und der Ladeleitung 14 ist vorliegend eine zweite Induktivität 12 vorgesehen.The car 1 further includes a battery control device 9 which the battery 4 in general and also the charging process in particular controls. The more detailed structure of the charging device 5 is in 2 shown. The AC voltage source 8th is via the AC voltage connection 7 and corresponding connection cables 10 with the converter device 6 as part of the charging device 5 connected. The converter device 6 includes a voltage doubler circuit 11 via which a suitable rectification of the AC voltage is to take place. For this purpose, a central connection line 10 via a first inductance L1 to a connection point lying between two capacitors C1 and C2 12 coupled. As shown, this first connection line is grounded 17 , The second, in 2 lower connection line 10 is also coupled to the capacitors C1 and C2 via diodes D1 and D2 connected in an opposite forward direction. In this way, the capacitor C1 is charged during the positive half cycle through the diode D2, during the negative half cycle via the diode D1, the capacitor C2. External connection points 13 the series connection of the capacitors C1 and C2 are to the high voltage network and thus charging lines 14 the high voltage battery 4 usually associated with a shooter here 15 comprehensive switching means 16 , which is from the control unit 9 can be controlled. Between the capacitor C1 and the charging line 14 is in this case a second inductor 12 intended.

Wird die Wechselspannungsquelle 8 angeschlossen, wobei hier selbstverständlich auch ein weiteres Schaltmittel, beispielsweise in der zweiten Anschlussleitung 10, vorgesehen sein kann, wirkt zunächst die Induktivität L1 als ein Strombegrenzer, so dass die noch nicht geladenen Kondensatoren C1 und C2 geschont werden. Becomes the AC source 8th connected here, of course, also a further switching means, for example in the second connecting line 10 , may be provided, first, the inductance L1 acts as a current limiter, so that the not yet charged capacitors C1 and C2 are spared.

Der Spannungsverlauf der durch die Spannungsverdopplerschaltung 11 erzeugten Ladespannung ist in 3 gezeigt. Ersichtlich werden zunächst abwechselnd die Kondensatoren C1 und C2 durch die jeweiligen Halbwellen geladen. So baut sich eine Gleichspannung auf. Überschreitet diese Gleichspannung nun die Batteriespannung der Hochspannungsbatterie 4, setzt der Ladevorgang ein: Immer dann, wenn einer der Kondensatoren C1 und C2 durch die entsprechenden Halbwellen aufgeladen wird, entsteht dadurch und durch Entladung des jeweils anderen Kondensators C2, C1 ein Ladestrom, der die Hochspannungsbatterie 4 lädt. Der Ladestrom ist dabei ein periodisch leicht schwankender Gleichstrom, wie 3 zu entnehmen, der durch die Induktivitäten L1 und L2 jedoch geglättet wird.The voltage curve through the voltage doubler circuit 11 generated charging voltage is in 3 shown. As can be seen, the capacitors C1 and C2 are alternately charged by the respective half-waves. This is how a DC voltage builds up. Now this DC voltage exceeds the battery voltage of the high voltage battery 4 , Charging begins: Whenever one of the capacitors C1 and C2 is charged by the respective half-waves, this creates and by discharging the other capacitor C2, C1, a charging current, the high-voltage battery 4 invites. The charging current is a periodically slightly fluctuating direct current, such as 3 to be taken, however, which is smoothed by the inductors L1 and L2.

Abschließend sei noch angemerkt, dass die Erfindung der Übersichtlichkeit halber für einen einphasigen Wechselstrom dargestellt wurde. Die Prinzipien lassen sich sehr vorteilhaft auf einen dreiphasigen Wechselstrom übertragen, wobei dann durch die Überlagerung der verschiedenen gleichgerichteten Phasen eine weitere Glättung des Verlaufs der Ladespannung und mithin des Ladestroms auftritt.Finally, it should be noted that the invention has been shown for the sake of clarity for a single-phase alternating current. The principles can be very advantageously transferred to a three-phase alternating current, in which case by the superposition of the different rectified phases, a further smoothing of the course of the charging voltage and thus the charging current occurs.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (7)

Ladeeinrichtung (5) für eine Hochspannungsbatterie (4) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend wenigstens einen Wechselspannungsanschluss (7) an eine zum Laden zu verwendende Wechselspannungsquelle (8) und eine die Wechselspannung in eine Ladespannung umwandelnde Wandlungseinrichtung (6), wobei die Wandlungseinrichtung (6) eine Spannungsverdopplerschaltung (11) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsverdopplerschaltung (11) wenigstens zwei so verschaltete Kondensatoren (C1, C2) aufweist, dass jeweils eine Halbwelle der Wechselspannung einen zugeordneten Kondensator (C1, C2) auflädt.Charging device ( 5 ) for a high voltage battery ( 4 ) of a motor vehicle ( 1 ) comprising at least one AC voltage terminal ( 7 ) to an AC voltage source to be used for charging ( 8th ) and a converting the AC voltage into a charging voltage conversion device ( 6 ), wherein the conversion device ( 6 ) a voltage doubler circuit ( 11 ), characterized in that the voltage doubler circuit ( 11 ) has at least two capacitors (C1, C2) connected in such a way that in each case one half-wave of the alternating voltage charges an associated capacitor (C1, C2). Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlussleitung (10), insbesondere eine Anschlussleitung (10) pro Phase, des Wechselspannungsanschlusses (7) derart auf Masse (13) liegt, dass keine der Ladeleitungen (14) der Hochspannungsbatterie (4) mit Masse (13) direkt verbunden ist.Charging device according to claim 1, characterized in that a connecting line ( 10 ), in particular a connecting line ( 10 ) per phase, of the AC voltage connection ( 7 ) in such a way on mass ( 13 ) is that none of the charging lines ( 14 ) of the high-voltage battery ( 4 ) with mass ( 13 ) is directly connected. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere für jede Phase der Wechselspannung, eine zentrale, auf Masse (13) liegende erste Anschlussleitung (10) des Wechselspannungsanschlusses (7) über jeweils einen Kondensator (C1, C2) mit den Ladeleitungen (14) der Hochspannungsbatterie (4) verbunden ist, wobei die zweite Anschlussleitung (10) des Wechselspannungsanschlusses (7) über jeweils eine von zwei Dioden (D1, D2), deren Durchlassrichtung entgegengesetzt ist, mit jeweils einer Ladeleitung (14) verbunden ist.Charging device according to claim 1 or 2, characterized in that, in particular for each phase of the AC voltage, a central, to ground ( 13 ) lying first connection line ( 10 ) of the AC voltage connection ( 7 ) via a respective capacitor (C1, C2) with the charging lines ( 14 ) of the high-voltage battery ( 4 ), the second connecting line ( 10 ) of the AC voltage connection ( 7 ) via in each case one of two diodes (D1, D2), whose forward direction is opposite, each with a charging line ( 14 ) connected is. Ladeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Induktivität (L1, L2), insbesondere zwei Induktivitäten (L1, L2), zur Glättung des Ladestromverlaufs und/oder als Strombegrenzungselement aufweist.Charging device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one inductor (L1, L2), in particular two inductors (L1, L2), for smoothing the charging current curve and / or as a current limiting element. Ladeeinrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Induktivität (L1) in einer die erste Anschlussleitung (10) mit den Kondensatoren (C1, C2) verbindenden Leitung vorgesehen ist und/oder eine zweite Induktivität (L2) in einer mit einer Ladeleitung (14) der Hochspannungsbatterie (4) verbundenen Ausgangsleitung der Wandlungseinrichtung (5) angeordnet sind.Charging device according to claim 3 and 4, characterized in that a first inductance (L1) in a first connecting line ( 10 ) is provided with the capacitors (C1, C2) connecting line and / or a second inductance (L2) in one with a charging line ( 14 ) of the high-voltage battery ( 4 ) connected output line of the conversion device ( 5 ) are arranged. Ladeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungsquelle (8) eine dreiphasige Wechselspannungsquelle (8) und/oder ein Wechselspannungsnetz ist.Charging device according to one of the preceding claims, characterized in that the AC voltage source ( 8th ) a three-phase AC voltage source ( 8th ) and / or an alternating voltage network. Kraftfahrzeug (1), umfassend eine Hochspannungsbatterie (4) und eine Ladeeinrichtung (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche.Motor vehicle ( 1 ) comprising a high voltage battery ( 4 ) and a charging device ( 5 ) according to one of the preceding claims.
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