DE102012212122A1 - Circuit arrangement for charging intermediate circuit capacitor in battery of partially or completely electrically-driven vehicle, has battery connected in series with another battery, and switch bridging latter battery in closed condition - Google Patents

Circuit arrangement for charging intermediate circuit capacitor in battery of partially or completely electrically-driven vehicle, has battery connected in series with another battery, and switch bridging latter battery in closed condition Download PDF

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Abstract

The arrangement (1) has an energy storage (10) comprising a charging battery (5) i.e. lithium-ion-battery. The energy storage has another charging battery connected in series with the former battery and a bypass switch (7). The switch electrically bridges the latter battery in a closed condition. The latter battery forms a battery device (3') with the bypass switch. The battery device has an operating switch (6) that is arranged in series with the latter charging battery. A current limiter is connected in series with the charging batteries and designed as a current source. An independent claim is also included for a method for charging an intermediate circuit capacitor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Aufladung eines Zwischenkreiskondensators, mit einem eine Aufladebatterie aufweisenden Energiespeicher, der Energie übertragend mit dem Zwischenkreiskondensator verbindbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufladen eines Zwischenkreiskondensators, bei dem der Zwischenkreiskondensator mit Energie aus einem eine Aufladebatterie aufweisenden Energiespeicher aufgeladen wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Batterie mit einer solchen Schaltungsanordnung, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Schaltungsanordnung, wobei die Schaltungsanordnung mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.The present invention relates to a circuit arrangement for charging a DC link capacitor, having a charging battery having energy storage, the energy transferring connectable to the DC link capacitor. Furthermore, the invention relates to a method for charging an intermediate circuit capacitor, in which the intermediate circuit capacitor is charged with energy from a charging battery having energy storage. Moreover, the invention relates to a battery with such a circuit arrangement, and a motor vehicle with such a circuit arrangement, wherein the circuit arrangement is connected to a drive system of the motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Bei der Aufladung des Zwischenkreiskondensators in Wärme umgesetzte Verlustenergie lässt sich aus der Batteriespannung der Aufladebatterie und der Kapazität des Zwischenkreiskondensators berechnen, wobei die Batteriespannung quadriert mit der Kapazität des Zwischenkreiskondensators multipliziert und das Ergebnis daraus mit 0,5 multipliziert wird. Die durch die Verlustenergie entstehende Verlustwärme kann problematisch beim Betrieb der Schaltungsanordnung und/oder des Zwischenkreiskondensators sein.During the charging of the intermediate circuit capacitor converted into heat loss energy can be calculated from the battery voltage of the charging battery and the capacity of the DC link capacitor, the battery voltage squared multiplied by the capacity of the DC link capacitor and the result is multiplied by 0.5. The heat loss resulting from the energy loss can be problematic in the operation of the circuit arrangement and / or the DC link capacitor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Schaltungsanordnung zur Aufladung eines Zwischenkreiskondensators bereitgestellt, deren Energiespeicher wenigstens eine mit der Aufladebatterie in Reihe schaltbare weitere Aufladebatterie und einen Überbrückungsschalter aufweist, wobei der Überbrückungsschalter die weitere Aufladebatterie in seinem geschlossenen Zustand elektrisch überbrückt. Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Aufladen eines Zwischenkreiskondensators bereitgestellt, bei dem eine Ladespannung des Energiespeichers für den Zwischenkreiskondensator schrittweise erhöht wird. Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Batterie beziehungsweise ein Kraftfahrzeug mit einer Schaltungsanordnung zur Aufladung eines Zwischenkreiskondensators bereitgestellt, wobei die Schaltungsanordnung erfindungsgemäß ausgebildet ist.According to the invention, a circuit arrangement for charging an intermediate circuit capacitor is provided, whose energy storage device has at least one further charging battery connected in series with the charging battery and a bypass switch, wherein the bypass switch electrically bridges the further charging battery in its closed state. Furthermore, a method for charging an intermediate circuit capacitor is provided according to the invention, in which a charging voltage of the energy storage device for the intermediate circuit capacitor is increased stepwise. Furthermore, according to the invention, a battery or a motor vehicle is provided with a circuit arrangement for charging a DC link capacitor, wherein the circuit arrangement is designed according to the invention.

Zu Beginn des Ladevorgangs kann wenigstens die eine weitere Aufladebatterie mit dem Überbrückungsschalter überbrückt sein, so dass deren Batteriespannung nicht am Zwischenkreiskondensator anliegt. Lediglich die mit dem Zwischenkreiskondensator verbundene Aufladebatterie lädt dann den Zwischenkreiskondensator. Beispielsweise nach einer vorgegebenen Ladezeit kann dann der Überbrückungsschalter geöffnet werden und die weitere Aufladebatterie zur Aufladung des Zwischenkreiskondensators beitragen. Durch das Zuschalten der weiteren Aufladebatterie zu der anderen Aufladebatterie erhöht sich die Ladespannung, so dass der Zwischenkreiskondensator weiter geladen wird.At the beginning of the charging process, at least the one additional charging battery can be bridged with the bypass switch so that its battery voltage is not applied to the intermediate circuit capacitor. Only the charging battery connected to the intermediate circuit capacitor then charges the intermediate circuit capacitor. For example, after a predetermined charging time, the bypass switch can then be opened and the further charging battery can contribute to the charging of the DC link capacitor. By connecting the additional charging battery to the other charging battery, the charging voltage increases, so that the DC link capacitor is charged further.

Die Verlustenergie kann durch das Zuschalten der einzelnen Aufladebatterien, wie oben erläutert, berechnet werden, wobei die obige Verlustenergie bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und dem erfindungsgemäßen Verfahren noch durch die Anzahl der in Reihe schaltbaren Aufladebatterien beziehungsweise die Anzahl der Erhöhungsschritte der Ladespannung geteilt wird. Die mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbare Verlustenergie ist bei Verwendung von zwei Aufladebatterien also um einen Faktor 2 kleiner als bei der Verwendung von nur einer Aufladebatterie. Bei Verwendung von mehr als 2 und zum Beispiel 3 sequenziell zuschaltbaren Aufladebatterien verringert sich die Verlustenergie um den Faktor 3; bei n Aufladebatterien also um den Faktor n. Die mit der bekannten Vorrichtung mit durchgängig angeschlossenen Aufladebatterien oder mit dem bekannten Verfahren mit einer im Wesentlichen konstanten Ladespannung erzeugte Verlustenergie ist also durch die Anzahl der sequenziell zuschaltbaren Ladebatterien, also zum Beispiel 2, 3 oder n, oder die Anzahl der Ladeerhöhungsschritte, also beispielsweise 2, 3 oder n, zu teilen.The energy loss can be calculated by the connection of the individual charging batteries, as explained above, wherein the above loss energy is divided in the circuit arrangement according to the invention and the method according to the invention by the number of series-connectable charging batteries or the number of increments of the charging voltage. The energy loss achievable with the circuit arrangement according to the invention and the method according to the invention is thus smaller by a factor of 2 when using two charging batteries than when only one charging battery is used. When using more than 2 and, for example, 3 sequentially switchable charging batteries, the energy loss decreases by a factor of 3; in n charging batteries so by the factor n. The loss energy generated with the known device with consistently connected charging batteries or with the known method with a substantially constant charging voltage is thus by the number of sequentially switchable charging batteries, so for example 2, 3 or n, or divide the number of charge increase steps, such as 2, 3 or n.

Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile wird im Folgenden eingegangen, wobei die konstruktiven Maßnahmen beziehungsweise die Verfahrensschritte und deren Wirkungen lediglich beispielhaft für eine Schaltungsanordnung mit nur zwei Aufladebatterien beschrieben sind. Selbstverständlich kann die Schaltungsanordnung mehr als zwei Aufladebatterien aufweisen. The solution according to the invention can be further improved by various configurations which are advantageous in each case and can be combined with one another as desired. These refinements and the advantages associated with them will be discussed below, with the structural measures or the method steps and their effects being described merely by way of example for a circuit arrangement having only two charging batteries. Of course, the circuit arrangement may have more than two charging batteries.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform kann die wenigstens eine weitere Aufladebatterie mit dem Überbrückungsschalter eine Batterieeinrichtung bilden, wobei die Batterieeinrichtung einen Betriebsschalter aufweist, der mit der weiteren Aufladebatterie in einer Reihenschaltung angeordnet und der Überbrückungsschalter parallel zu der Reihenschaltung geschaltet ist. Durch den Betriebs- und den Überbrückungsschalter kann die jeweilige Aufladebatterie wahlweise überbrückt oder mit dem Zwischenkreiskondensator elektrisch leitfähig verbindbar sein, ohne dass die Aufladebatterie durch den Überbrückungsschalter kurzgeschlossen wird.In a first advantageous embodiment, the at least one further charging battery can form a battery device with the bypass switch, the battery device having an operating switch which is arranged in series with the further charging battery and the bypass switch is connected in parallel with the series circuit. By means of the operating and the bypass switch, the respective charging battery can either be bridged or electrically conductively connected to the intermediate circuit capacitor without the charging battery being short-circuited by the bridging switch.

Der Energiespeicher kann mehrere Batterieeinrichtungen aufweisen, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Aufladebatterien jeweils über Betriebsschalter mit dem Zwischenkreiskondensator verbindbar oder über einen Überbrückungsschalter überbrückbar sind. Auch die eingangs genannte Aufladebatterie kann Teil einer Batterieeinrichtung sein, so dass alle Aufladebatterien zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators jeweils Teil einer Batterieeinrichtung sind. Durch den Betriebs- und den Überbrückungsschalter kann die Aufladebatterie einer jeden Batterieeinrichtung wahlweise zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators mit diesem verbunden werden. Dabei kann der Energiespeicher modular aufgebaut sein und die Batterieeinrichtungen können nach Bedarf miteinander verbunden werden. Hierdurch kann die Aufladeleistung der Schaltungsanordnung an den aufzuladenden Zwischenkreiskondensator angepasst werden, ohne dass beispielsweise bei der Fertigung der Schaltungsanordnung die einzelnen Komponenten der Batterieeinrichtung immer einzeln zusammengeführt werden müssen, wodurch Fertigungskosten eingespart werden können. The energy storage device may have a plurality of battery devices, which are connected in series with each other, wherein the charging batteries can be connected via operating switch to the DC link capacitor or bridged via a bypass switch. The charging battery mentioned above may also be part of a battery device, so that all charging batteries for charging the intermediate circuit capacitor are each part of a battery device. By means of the operating and the bypass switch, the charging battery of each battery device can optionally be connected to it for charging the intermediate circuit capacitor. In this case, the energy storage can be modular and the battery devices can be connected together as needed. In this way, the charging power of the circuit arrangement can be adapted to the charged intermediate circuit capacitor without, for example, in the manufacture of the circuit arrangement, the individual components of the battery device must always be merged individually, which manufacturing costs can be saved.

Zur schrittweisen Erhöhung der Ladespannung kann wenigstens eine weitere Batterie des Energiespeichers zugeschaltet werden. Beim Zuschalten einer Aufladebatterie können Stromspitzen entstehen. Solche Stromspitzen können zu einer elektrischen Überlastung beispielsweise der verwendeten Schalter oder der jeweiligen Aufladebatterie führen. Um Stromspitzen zu verringern oder zu vermeiden, kann ein vom Energiespeicher zum Zwischenkreiskondensator fließender Ladestrom im Wesentlichen unabhängig von der Ladespannung der Aufladebatterien begrenzt und insbesondere konstant gehalten werden. Hierzu kann die Schaltungsanordnung mit einem Strombegrenzer, bevorzugt mit einer Stromquelle ausgebildet sein, die in Reihe mit wenigstens einer der Aufladebatterien geschaltet ist. Mit der Stromquelle lässt sich der zum Zwischenkreiskondensator von den Aufladebatterien fließende Ladestrom begrenzen. Insbesondere kann mit der Stromquelle im Betrieb ein konstanter Ladestrom an den Zwischenkreiskondensator abgegeben werden. Die Stromquelle kann innerhalb der Batterieeinrichtung mit der Aufladebatterie in Reihe geschaltet sein. For gradually increasing the charging voltage, at least one additional battery of the energy storage device can be connected. When connecting a recharge battery, current peaks can occur. Such current peaks can lead to an electrical overload, for example, the switch used or the respective charging battery. In order to reduce or avoid current peaks, a charging current flowing from the energy store to the DC link capacitor can be limited and, in particular, kept constant, essentially independent of the charging voltage of the charging batteries. For this purpose, the circuit arrangement may be formed with a current limiter, preferably with a current source, which is connected in series with at least one of the charging batteries. The current source can be used to limit the charging current flowing to the intermediate circuit capacitor from the charging batteries. In particular, a constant charging current can be delivered to the DC link capacitor during operation with the current source. The power source may be connected in series within the battery device with the charging battery.

Um unnötig hohe Kosten für die Fertigung der Batterieeinrichtungen zu vermeiden, kann der Strombegrenzer auch außerhalb der Batterieeinrichtungen angeordnet sein. Dann kann es ausreichen, wenn die Schaltungsanordnung nicht einen Strombegrenzer pro Batterieeinrichtung, sondern nur einen einzigen Strombegrenzer aufweist. Beispielsweise kann der Strombegrenzer mit zumindest einer oder allen Batterieeinrichtungen oder mit dem Energiespeicher in Reihe geschaltet Teil des Energiespeichers oder der Schaltungsanordnung sein.In order to avoid unnecessarily high costs for the production of the battery devices, the current limiter can also be arranged outside the battery devices. Then it may be sufficient if the circuit arrangement does not have a current limiter per battery device, but only a single current limiter. For example, the current limiter with at least one or all of the battery devices or with the energy storage connected in series may be part of the energy store or the circuit arrangement.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schaltungsanordnung und die schrittweise Erhöhung der Ladespannung sind also auch die Verluste im Strombegrenzer im Vergleich zur Verwendung mit nur einer Aufladebatterie und einer konstanten Ladespannung, wie eingangs dargelegt, um den Faktor 1/n verringert, wobei n die Anzahl der Aufladebatterien oder Ladespannungserhöhungsschritte ist.As a result of the configuration of the circuit arrangement according to the invention and the stepwise increase of the charging voltage, the losses in the current limiter are reduced by a factor of 1 / n compared to use with only one charging battery and a constant charging voltage, where n is the number of charging batteries or charging voltage increasing steps.

Wenigstens eine der Aufladebatterien ist bevorzugt als eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Batterietechnologien für die Aufladebatterien verwendet werden. Die Schaltungsanordnung kann ferner andere Speicher elektrischer Energie, beispielsweise Kondensatoren, aufweisen. Die Aufladebatterien können jeweils eine Batteriezelle oder ein mehrere Batteriezellen umfassendes Batteriemodul aufweisen und insbesondere daraus bestehen. Die Schaltungsanordnung kann an ein Batterie-Management-System angeschlossen sein oder das Batterie-Management-System kann die Schaltungsanordnung wenigstens teilweise umfassen.At least one of the charging batteries is preferably designed as a rechargeable lithium-ion battery. Alternatively or additionally, other battery technologies may also be used for the charging batteries. The circuit arrangement may further comprise other stores of electrical energy, for example capacitors. The charging batteries may each comprise a battery cell or a battery module comprising a plurality of battery modules and in particular consist thereof. The circuitry may be connected to a battery management system or the battery management system may at least partially comprise the circuitry.

Die Schaltungsanordnung kann in einem zumindest teilweise oder sogar vollständig elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug angeordnet sein. Die Aufladebatterien können teilweise oder vollständig in eine Antriebsenergie bereitstellende Batterie des Kraftfahrzeugs integriert sein oder sogar selbst die Antriebsenergie des Kraftfahrzeugs bereitstellen.The circuit arrangement can be arranged in an at least partially or even completely electrically drivable motor vehicle. The charging batteries can be partially or completely integrated into a drive energy-providing battery of the motor vehicle or even provide the drive energy of the motor vehicle itself.

Der Überbrückungsschalter und/oder der Betriebsschalter beziehungsweise der Strombegrenzer können in die Batterie integriert oder zumindest teilweise außerhalb der Batterie und beispielsweise in einem Steuergerät angeordnet sein. Der Überbrückungsschalter und/oder der Betriebsschalter können in Abhängigkeit von Steuersignalen des Steuergerätes ihren Schaltzustand ändern und hierzu Steuersignal übertragend mit dem Steuergerät verbunden sein.The bypass switch and / or the operating switch or the current limiter can be integrated in the battery or at least partially disposed outside the battery and, for example, in a control unit. The bypass switch and / or the operating switch can change its switching state as a function of control signals of the control unit and, for this purpose, be connected to the control unit in a transmitting manner.

Zeichnungendrawings

Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.In the following the invention will be explained by way of example with reference to exemplary embodiments with reference to the drawings. The different features of the embodiments can be combined independently of each other, as has already been explained in the individual advantageous embodiments.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, 1 a schematic representation of an embodiment of a circuit arrangement according to the invention,

2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und 2 a schematic representation of another embodiment of the circuit arrangement according to the invention, and

3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens als Flussdiagramm. 3 an embodiment of a method according to the invention as a flowchart.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Zunächst sind Aufbau und Funktion einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 1 beschrieben.First, the structure and function of a circuit arrangement according to the invention with reference to the embodiment of 1 described.

1 zeigt die Schaltungsanordnung 1 schematisch mit einem an die Schaltungsanordnung 1 angeschlossenen Zwischenkreiskondensator 2. 1 shows the circuit arrangement 1 schematically with a to the circuit arrangement 1 connected DC link capacitor 2 ,

Die Schaltungsanordnung 1 ist mit zwei Batterieeinrichtungen 3, 3’ dargestellt, die miteinander durch eine Verbindungsleitung 4 in Reihe geschaltet verbunden sind. Jede der Batterieeinrichtungen 3, 3’ ist mit einer Aufladebatterie 5 ausgebildet, wobei die Aufladebatterien 5 miteinander in Reihe schaltbar sind. Um die Aufladebatterien 5 miteinander in Reihe schalten zu können, ist jede der Batterieeinrichtungen 3, 3’ mit einem Betriebsschalter 6 versehen, der mit der jeweiligen Aufladebatterie 5 in Reihe geschaltet ist. Parallel zu der Reihenschaltung aus Aufladebatterie 5 und Betriebsschalter 6 ist ein Überbrückungsschalter 7 geschaltet. The circuit arrangement 1 is with two battery devices 3 . 3 ' represented by a connecting line 4 connected in series. Each of the battery devices 3 . 3 ' is with a recharge battery 5 formed, wherein the charging batteries 5 can be switched together in series. To the charging batteries 5 To connect with each other in series is any of the battery devices 3 . 3 ' with a power switch 6 provided with the respective rechargeable battery 5 is connected in series. Parallel to the series connection of charging battery 5 and operation switch 6 is a bypass switch 7 connected.

Die Schaltungsanordnung 1 kann mit mehr als den gezeigten Batterieeinrichtungen 3, 3’ ausgebildet sein, wobei weitere Batterieeinrichtungen vorzugsweise in Reihe mit den bereits vorhandenen Batterieeinrichtungen 3, 3’ geschaltet sind.The circuit arrangement 1 can with more than the battery devices shown 3 . 3 ' be formed, with further battery devices preferably in series with the already existing battery devices 3 . 3 ' are switched.

Zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators 2 wird zunächst die Batterieeinrichtung 3 durch Schließen des Betriebsschalters 6 aktiviert. Wenn der Betriebsschalter 6 geschlossen werden soll, muss der Überbrückungsschalter 7 geöffnet sein, da die Aufladebatterie 5 ansonsten durch den Überbrückungsschalter 7 kurzgeschlossen wird. Gegebenenfalls ist der Überbrückungsschalter 7 zu öffnen. Wenn der Betriebsschalter 6 geschlossen und der Überbrückungsschalter 7 geöffnet sind, so ist die Aufladebatterie 5 in Reihe mit der weiteren Batterieeinrichtung 3’ geschaltet. Ist der Überbrückungsschalter 7 der Batterieeinrichtung 3’ geschlossen, so liegt an einem Anschluss 8 der Schaltungsanordnung 1 als Ladespannung L die Batteriespannung der Aufladebatterie 5 der Batterieeinrichtung 3 an. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zwischenkreiskondensator 2 am Anschluss 8 angeschlossen, so dass ein Ladestrom 9 aus der Batterieeinrichtung 3 zum Zwischenkreiskondensator 2 fließen kann.For charging the DC link capacitor 2 First, the battery device 3 by closing the operation switch 6 activated. When the operation switch 6 should be closed, the bypass switch 7 be open since the charging battery 5 otherwise through the bypass switch 7 shorted. Optionally, the bypass switch 7 to open. When the operation switch 6 closed and the bypass switch 7 are open, so is the charging battery 5 in series with the other battery device 3 ' connected. Is the bypass switch 7 the battery device 3 ' closed, so is located at a port 8th the circuit arrangement 1 as charging voltage L, the battery voltage of the charging battery 5 the battery device 3 at. In the illustrated embodiment, the DC link capacitor 2 at the connection 8th connected, leaving a charging current 9 from the battery device 3 to the DC link capacitor 2 can flow.

Ist eine vorgegebene Bedingung eingetreten, so kann auch die Aufladebatterie 5 der weiteren Batterieeinrichtung 3’ mit der Batterieeinrichtung 3 in Reihe geschaltet werden. Sind die Aufladebatterien 5 bei den Batterieeinrichtungen 3, 3’ miteinander in Reihe geschaltet verbunden, so liegt am Anschluss 8 eine Ladespannung L an, die der Summe der Batteriespannungen der elektrisch leitfähig miteinander verbundenen Aufladebatterien 5 entspricht. Der Ladestrom 9 ändert sich entsprechend der Anzahl der miteinander elektrisch leitfähig verbundenen Aufladebatterien 5 und in Abhängigkeit vom Ladezustand des Zwischenkreiskondensators 2.If a predetermined condition has occurred, so can the charging battery 5 the further battery device 3 ' with the battery device 3 be connected in series. Are the charging batteries 5 at the battery facilities 3 . 3 ' Connected to each other in series, so is the connection 8th a charging voltage L on which is the sum of the battery voltages of the electrically conductive interconnected charging batteries 5 equivalent. The charging current 9 changes according to the number of electrically conductive connected charging batteries 5 and in dependence on the state of charge of the DC link capacitor 2 ,

Sind mehr als zwei Batterieeinrichtungen 3, 3’ vorgesehen, können diese bei Erreichen von weiteren Bedingungen ebenfalls durch Schließen des Betriebsschalters 6, gegebenenfalls bei vorherigem Öffnen des Überbrückungsschalters 7, zugeschaltet werden. Die Bedingung zum Zuschalten der Batterieeinrichtungen 3, 3’ kann beispielsweise ein Erreichen eines vorgegebenen Ladeniveaus des Zwischenkreiskondensators 2 oder ein Verstreichen einer vorgegebenen Ladezeit sein.Are more than two battery devices 3 . 3 ' provided that these can also be achieved by closing the operating switch when other conditions are reached 6 , if necessary, when opening the bypass switch 7 , be switched on. The condition for connecting the battery devices 3 . 3 ' For example, reaching a predetermined charging level of the DC link capacitor 2 or a lapse of a predetermined charging time.

Der Betriebsschalter 6 und der Überbrückungsschalter 7 können so ausgebildet sein, dass einer der beiden Schalter schließt, wenn der andere öffnet. Insbesondere können der Betriebsschalter 6 und der Überbrückungsschalter 7 der Batterieeinrichtungen 3, 3’ Wechselkontakte eines Relais oder einer zum Beispiel Transistoren oder Thyristoren umfassenden Halbleiterschalteranordnung sein.The operating switch 6 and the bypass switch 7 may be configured so that one of the two switches closes when the other opens. In particular, the operation switch 6 and the bypass switch 7 the battery devices 3 . 3 ' Change contacts of a relay or a transistor, for example, transistors or thyristors comprehensive semiconductor switch arrangement.

Die Batterieeinrichtungen 3, 3’ können Teil eines Energiespeichers 10 sein, wobei der Energiespeicher 10 wenigstens Energie zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators 2 enthält. Der Energiespeicher 10 kann jedoch auch mehr Energie enthalten, als zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators 2 notwendig ist. Beispielsweise kann der Energiespeicher 10 Teil einer Antriebsenergie bereitstellenden Batterie eines wenigstens teilweise oder vollständig elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeuges sein. Dabei kann wenigstens eine der Aufladebatterien 5 eine Lithium-Ionen-Batterie-Technologie aufweisen. The battery devices 3 . 3 ' can be part of an energy store 10 be, with the energy storage 10 at least energy for charging the DC link capacitor 2 contains. The energy storage 10 However, it can also contain more energy than charging the DC link capacitor 2 necessary is. For example, the energy storage 10 Be part of a drive energy supplying battery of an at least partially or fully electrically driven motor vehicle. In this case, at least one of the charging batteries 5 have a lithium-ion battery technology.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen des Ausführungsbeispiels der 1 entsprechen, werden dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber wird lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen. 2 shows a further embodiment of the circuit arrangement according to the invention 1 , For elements that function and / or structure the elements of the embodiment of 1 correspond, the same reference numerals are used. For brevity, only the differences from the embodiment of 1 received.

Die in der 2 dargestellte Schaltungsanordnung 1 weist zusätzlich zu den Batterieeinrichtungen 3, 3’ noch einen Ladestromregulator 11 auf. Mit dem Ladestromregulator 11 können beim Schließen des Betriebsschalters 6 einer der Batterieeinrichtungen 3, 3’ auftretende Stromspitzen begrenzt und zumindest abgemildert werden. Hierzu kann der Ladestromregulator 11 einen Strombegrenzer 12, der vorzugsweise als eine Stromquelle und beispielsweise als eine Konstantstromquelle ausgebildet ist, aufweisen. Ist der Strombegrenzer 12 im Betrieb mit einer der Aufladebatterien 5 beziehungsweise einer der Batterieeinrichtungen 3, 3’ oder sogar dem Energiespeicher 10 in Reihe geschaltet und fließt der Ladestrom 9 durch den Strombegrenzer 12, so ist der durch den Strombegrenzer 12 fließende Ladestrom 9 begrenzt.The in the 2 illustrated circuit arrangement 1 indicates in addition to the battery facilities 3 . 3 ' another charge current regulator 11 on. With the charging current regulator 11 can when closing the operation switch 6 one of the battery devices 3 . 3 ' occurring current peaks are limited and at least mitigated. For this purpose, the charging current regulator 11 a current limiter 12 which is preferably designed as a current source and, for example, as a constant current source. Is the current limiter 12 in operation with one of the charging batteries 5 or one of the battery devices 3 . 3 ' or even the energy storage 10 connected in series and the charging current flows 9 through the current limiter 12 so that's through the current limiter 12 flowing charging current 9 limited.

Zusätzlich zum Strombegrenzer 12 und beispielsweise zur Stromquelle kann der Ladestromregulator 11 einen parallel zum Strombegrenzer 12 geschalteten Bypass-Schalter 13 aufweisen. Ist der Bypass-Schalter 13 geöffnet, so fließt der Ladestrom 9 durch den Strombegrenzer 12 begrenzt zum Anschluss 8 und zumindest teilweise in den Zwischenkreiskondensator 2. Ist der Bypass-Schalter 13 jedoch geschlossen, so fließt der Ladestrom 9 am Strombegrenzer 12, also beispielsweise an der Stromquelle, vorbei zum Anschluss 8 und ist folglich nicht durch den Strombegrenzer 12 begrenzt. Insbesondere bei höheren Ladezuständen des Zwischenkreiskondensators 2 kann auf eine Begrenzung des Ladestroms 9 durch den Strombegrenzer 12 verzichtet werden.In addition to the current limiter 12 and for example to the power source, the charging current regulator 11 one parallel to the current limiter 12 switched bypass switch 13 exhibit. Is the bypass switch 13 open, so the charging current flows 9 through the current limiter 12 limited to connection 8th and at least partially into the DC link capacitor 2 , Is the bypass switch 13 but closed, the charging current flows 9 at the current limiter 12 , so for example at the power source, over to the connection 8th and therefore is not by the current limiter 12 limited. Especially at higher charge states of the DC link capacitor 2 can be limited to the charging current 9 through the current limiter 12 be waived.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 14 zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators 2. In einem ersten Verfahrensschritt 15 startet das Verfahren 14. In einem auf den ersten Schritt 15 folgenden Schritt 16 wird die Ladespannung L erhöht. Zunächst kann die Ladespannung L von einem Startniveau, das beispielsweise 0 V betragen kann, auf die Batteriespannung der Aufladebatterie 5 einer der Batterieeinrichtungen 3, 3’ und beispielsweise der Batterieeinrichtung 3 erhöht werden. Hierzu ist der Überbrückungsschalter 7 der Batterieeinrichtung 3 gegebenenfalls zu öffnen. Im Folgenden ist der Betriebsschalter 6 zu schließen, so dass die Aufladebatterie 5 der Batterieeinrichtung 3 elektrisch leitfähig mit der Verbindungsleitung 4 verbunden ist. Ist oder wird nun der Überbrückungsschalter 7 der Batterieeinrichtung 3’ und auch von weiteren möglicherweise vorgesehenen Batterieeinrichtungen geschlossen, so liegt am Ende des Verfahrensschritts 16 die Batteriespannung der Aufladebatterie 5 der Batterieeinrichtung 3 am Anschluss 8 an. 3 shows an embodiment of a method according to the invention 14 for charging the DC link capacitor 2 , In a first process step 15 starts the procedure 14 , In one on the first step 15 following step 16 the charging voltage L is increased. First, the charging voltage L from a starting level, which may be, for example, 0 V, to the battery voltage of the charging battery 5 one of the battery devices 3 . 3 ' and for example the battery device 3 increase. For this purpose, the bypass switch 7 the battery device 3 open if necessary. The following is the operation switch 6 close, leaving the charging battery 5 the battery device 3 electrically conductive with the connecting line 4 connected is. Is or will now be the bypass switch 7 the battery device 3 ' and also closed by other possibly provided battery devices, so is the end of the process step 16 the battery voltage of the charging battery 5 the battery device 3 at the connection 8th at.

Im folgenden Verfahrensschritt 17 wird geprüft, ob eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Die Bedingung kann beispielsweise das Erreichen eines vorgegebenen Ladeniveaus des Zwischenkreiskondensators 2 oder das Verstreichen einer vorgegebenen Ladezeit sein. Ist die Bedingung erfüllt, so wird die Ladespannung L, wie durch den Pfeil 18 angedeutet, durch erneutes Durchführen des Verfahrensschrittes 16 erhöht. Beispielsweise kann nun bei einer anderen der Batterieeinrichtungen 3, 3’ und zum Beispiel bei der Batterieeinrichtung 3’ der Überbrückungsschalter 7 geöffnet und der Betriebsschalter 6 geschlossen werden, so dass auch die Aufladebatterie 5 der Batterieeinrichtung 3’ elektrisch leitfähig mit dem Anschluss 8 verbunden ist. Die am Anschluss 8 anliegende Ladespannung L entspricht nun der Summe der Batteriespannungen der Aufladebatterien 5 der Batterieeinrichtungen 3, 3’. Der Ladespannungserhöhungsschritt 16 kann entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Batterieeinrichtungen 3, 3’ wiederholt durchgeführt werden. In the following process step 17 it is checked whether a given condition is met. The condition may, for example, the achievement of a predetermined charge level of the DC link capacitor 2 or the elapse of a predetermined charging time. If the condition is met, the charging voltage L becomes as indicated by the arrow 18 indicated by re-performing the process step 16 elevated. For example, in another of the battery devices 3 . 3 ' and, for example, the battery device 3 ' the bypass switch 7 opened and the operation switch 6 be closed, so that also the charging battery 5 the battery device 3 ' electrically conductive with the connection 8th connected is. The at the connection 8th applied charging voltage L now corresponds to the sum of the battery voltages of the charging batteries 5 the battery devices 3 . 3 ' , The charging voltage increasing step 16 may be according to the number of provided battery devices 3 . 3 ' be carried out repeatedly.

Sind alle vorgesehenen Batterieeinrichtungen 3, 3’ aktiviert, so dass deren Aufladebatterien elektrisch leitfähig miteinander und mit dem Anschluss 8 in Reihe geschaltet sind, kann das Verfahren zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators 2 im Verfahrensschritt 19 beendet werden. Vor dem Beenden des Ladeverfahrens im Verfahrensschritt 19 kann eine weitere Bedingung abgefragt werden. Auch hier kann die weitere Bedingung wieder der erreichte Ladezustand des Zwischenkreiskondensators 2 oder das Verstreichen einer vorgegebenen Ladezeit sein.Are all provided battery facilities 3 . 3 ' activated, so that their charging batteries electrically conductive with each other and with the connection 8th connected in series, the method for charging the DC link capacitor 2 in the process step 19 to be ended. Before terminating the loading process in the process step 19 another condition can be queried. Again, the further condition again the achieved state of charge of the DC link capacitor 2 or the elapse of a predetermined charging time.

Claims (11)

Schaltungsanordnung (1) zur Aufladung eines Zwischenkreiskondensators (2), mit einem eine Aufladebatterie (5) aufweisenden Energiespeicher (10), der Energie übertragend mit dem Zwischenkreiskondensator (2) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (10) wenigstens eine mit der Aufladebatterie (5) in Reihe schaltbare weitere Aufladebatterie (5) und einen Überbrückungsschalter (7) aufweist, wobei der Überbrückungsschalter (7) die weitere Aufladebatterie (5) in seinem geschlossenen Zustand elektrisch überbrückt. Circuit arrangement ( 1 ) for charging a DC link capacitor ( 2 ), with a rechargeable battery ( 5 ) having energy storage ( 10 ), the energy transferring with the DC link capacitor ( 2 ), characterized in that the energy store ( 10 ) at least one with the charging battery ( 5 ) in series switchable further charging battery ( 5 ) and a bypass switch ( 7 ), wherein the bypass switch ( 7 ) the further charging battery ( 5 ) electrically bridged in its closed state. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Aufladebatterie (5) mit dem Überbrückungsschalter (7) eine Batterieeinrichtung (3’) bildet, wobei die Batterieeinrichtung (3’) einen Betriebsschalter (6) aufweist, der mit der weiteren Aufladebatterie (5) in einer Reihenschaltung angeordnet und der Überbrückungsschalter (7) parallel zu der Reihenschaltung geschaltet ist.Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the at least one further charging battery ( 5 ) with the bypass switch ( 7 ) a battery device ( 3 ' ), the battery device ( 3 ' ) a power switch ( 6 ), which is connected to the further charging battery ( 5 ) arranged in a series circuit and the bypass switch ( 7 ) is connected in parallel with the series connection. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (10) mehrere Batterieeinrichtungen (3, 3’) aufweist, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Aufladebatterien (5) jeweils über Betriebsschalter (6) mit dem Zwischenkreiskondensator (2) verbindbar oder über den Überbrückungsschalter (7) überbrückbar sind. Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the energy store ( 10 ) several battery devices ( 3 . 3 ' ), which are connected in series with each other, wherein the charging batteries ( 5 ) via operating switch ( 6 ) with the DC link capacitor ( 2 ) or via the bypass switch ( 7 ) are bridgeable. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) mit einem Strombegrenzer (12) ausgebildet ist, der in Reihe mit wenigstens einer der Aufladebatterien (5) geschaltet ist. Circuit arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the circuit arrangement ( 1 ) with a current limiter ( 12 ) arranged in series with at least one of the charging batteries ( 5 ) is switched. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzer (12) in Reihe mit dem Energiespeicher (10) geschaltet ist.Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the current limiter ( 12 ) in series with the energy store ( 10 ) is switched. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzer (12) als eine Stromquelle ausgebildet ist.Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the current limiter ( 12 ) is formed as a power source. Verfahren zum Aufladen (14) eines Zwischenkreiskondensators (2), bei dem der Zwischenkreiskondensator (2) mit Energie aus einem eine Aufladebatterie (5) aufweisenden Energiespeicher (10) aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladespannung (L) des Energiespeichers (10) für den Zwischenkreiskondensator (2) schrittweise erhöht wird.Charging procedure ( 14 ) of a DC link capacitor ( 2 ), in which the DC link capacitor ( 2 ) with energy from a rechargeable battery ( 5 ) having energy storage ( 10 ) is charged, characterized in that a charging voltage (L) of the energy store ( 10 ) for the DC link capacitor ( 2 ) is gradually increased. Verfahren (14) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur schrittweisen Erhöhung der Ladespannung (L) wenigstens eine weitere Batterie (5) des Energiespeichers (10) zugeschaltet wird.Procedure ( 14 ) according to claim 7, characterized in that for the stepwise increase of the charging voltage (L) at least one further battery ( 5 ) of the energy store ( 10 ) is switched on. Verfahren (14) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Energiespeicher (10) zum Zwischenkreiskondensator (2) fließender Ladestrom (9) unabhängig von der Ladespannung (L) begrenzt wird.Procedure ( 14 ) according to claim 7 or 8, characterized in that one of the energy storage ( 10 ) to the DC link capacitor ( 2 ) flowing charging current ( 9 ) is limited independently of the charging voltage (L). Eine Batterie mit einer Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.A battery with a circuit arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 6. Ein Kraftfahrzeug mit einer Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schaltungsanordnung (1) mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.A motor vehicle with a circuit arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the circuit arrangement ( 1 ) is connected to a drive system of the motor vehicle.
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