DE102015200960B4 - Charger and charging system - Google Patents
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Abstract
Ladevorrichtung (1) für eine Batterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuges (100), mit einem externen Ladegerät (10) zum Laden der Batterie,
wobei das Ladegerät (10) mindestens ein Leistungsmodul (11, 12, 13) zum Umwandeln von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) aufweist,
wobei das Ladegerät (10) mehrere Leistungsmodule (11, 12, 13) aufweist,
wobei das Ladegerät (10) mindestens ein herausnehmbares, elektrisch und mechanisch vom Ladegerät (10) entkoppelbares Leistungsmodul (11) aufweist,
und wobei das herausnehmbare Leistungsmodul (11) als eine separate Ladevorrichtung benutzt werden kann.
Charging device (1) for a battery of an electric or hybrid motor vehicle (100), with an external charging device (10) for charging the battery,
the charging device (10) having at least one power module (11, 12, 13) for converting alternating current (AC) into direct current (DC),
the charger (10) having a plurality of power modules (11, 12, 13),
wherein the charger (10) has at least one removable power module (11) which can be decoupled electrically and mechanically from the charger (10),
and wherein the removable power module (11) may be used as a separate charging device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für eine Batterie eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuges und ein entsprechendes Ladesystem.The invention relates to a charging device for a battery of a motor vehicle, in particular an electric or hybrid motor vehicle and a corresponding charging system.
Elektro- und Hybridfahrzeuge gewinnen durch immer höhere Reichweiten an Attraktivität. Dabei wird das Aufladen der Elektro- und Hybridkraftfahrzeuge von immer größerer Bedeutung. Gemäß der derzeit bekannten Lösungen werden die herkömmlichen Ladevorrichtungen fest in den Elektro- und Hybridkraftfahrzeugen eingebaut. Der Benutzer bekommt hierzu lediglich ein Kabel, das bloß für die Kommunikation der eingebauten Ladevorrichtung mit einer Ladestation bzw. Steckdose dient, ohne jegliche andere Funktionen aufzuweisen. Derzeitige Ladevorrichtungen ermöglichen dabei, dass das Kraftfahrzeug an einer Steckdose, beispielsweise an einer Haushaltssteckdose, mit maximal 2,3 kW oder an einer Wechselstrom-Ladesäule (AC-Ladesäule) mit lediglich 3,6 kW aufgeladen werden kann. Als eine zusätzliche Option kann der Kunde eine AC-Wallbox für die Leistungsumwandlung Wechselstrom zu Gleichstrom (AC/DC) im Kraftfahrzeug oder eine DC-Wallbox für die Leistungsumwandlung AC/DC in der Wallbox zu der integrierten Ladevorrichtung bestellen. Somit muss der Kunde sich zwischen den vorhandenen Lademöglichkeiten entscheiden und immer die integrierte Ladevorrichtung mit im Kaufpreis des Kraftfahrzeuges bezahlen.Electric and hybrid vehicles are gaining in attractiveness through ever-increasing ranges. The charging of electric and hybrid vehicles is becoming increasingly important. According to the currently known solutions, the conventional charging devices are firmly installed in the electric and hybrid vehicles. The user gets this only a cable that merely serves for the communication of the built-in charging device with a charging station or socket, without having any other functions. Present charging devices make it possible that the motor vehicle can be charged at a power outlet, for example, at a household socket, with a maximum of 2.3 kW or on an AC charging station (AC charging station) with only 3.6 kW. As an additional option, the customer may order an AC wallbox for AC to DC (AC / DC) in the vehicle or a DC wallbox for AC / DC power conversion in the wallbox to the integrated charger. Thus, the customer must choose between the existing charging options and always pay the integrated charging device in the purchase price of the motor vehicle.
Aus dem Stand der Technik sind Ladevorrichtungen aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Ladevorrichtung und ein Ladesystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuges bereitzustellen, die mindestens einen der oben genannten Nachteile zumindest zum Teil überwinden. Insbesondere ist die Aufgabe der Erfindung, eine Ladevorrichtung und ein entsprechendes Ladesystem bereitzustellen, die ein effizienteres Aufladen der Batterie, flexibleren Einsatz der Ladevorrichtung, Gewichtsreduktion des Kraftfahrzeuges und eine einfache Handhabung der Ladevorrichtung ermöglichen.The object of the present invention is therefore to provide a charging device and a charging system for a battery of a motor vehicle, in particular an electric or hybrid motor vehicle, which at least partially overcome at least one of the disadvantages mentioned above. In particular, the object of the invention is to provide a charging device and a corresponding charging system, which enable a more efficient charging of the battery, more flexible use of the charging device, weight reduction of the motor vehicle and easy handling of the charging device.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Ladevorrichtung für eine Batterie eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuges bereitgestellt wird, die mit einem externen Ladegerät zum Laden der Batterie ausgestaltet ist, wobei das Ladegerät mindestens ein Leistungsmodul zum Umwandeln vom Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) aufweist. Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass die interne eingebaute Ladevorrichtung aus dem Kraftfahrzeug entfernt werden kann. Dadurch entstehen mehrere Vorteile, wie Kosteneinsparung des Kraftfahrzeuges, Gewichts- und Bauraumminimierung im Kraftfahrzeug, höhere Effizienz des Aufladens durch eine flexible Auswahl der Ladevorrichtung, so dass der Benutzer immer aus dem neuesten Stand der Entwicklung wählen kann. Der Benutzer kann dabei die erfindungsgemäße Ladevorrichtung mit einem mobilen Ladegerät auswählen, das als eine DC-Wallbox ausgebildet ist, wobei die Leistungsumwandlung AC/DC direkt in dem transportablen Ladegerät erfolgt. Das Ladegerät funktioniert dabei vorteilhafterweise als ein Wandler, insbesondere ein AC/DC-Wandler.The object is achieved in that a charging device for a battery of a motor vehicle, in particular an electric or hybrid motor vehicle is provided, which is configured with an external charger for charging the battery, wherein the charger has at least one power module for converting AC (AC) in direct current (DC). The inventive idea lies in the fact that the internal built-in charging device can be removed from the motor vehicle. This results in several advantages, such as cost savings of the motor vehicle, weight and space minimization in the motor vehicle, higher efficiency of charging by a flexible selection of the charging device, so that the user can always choose from the latest state of development. The user can thereby select the charging device according to the invention with a mobile charger, which is designed as a DC wallbox, wherein the power conversion AC / DC takes place directly in the portable charger. The charger works advantageously as a converter, in particular an AC / DC converter.
Gemäß der Erfindung kann das Ladegerät mehrere, insbesondere drei Leistungsmodule, umfassen. Durch den Einsatz von mehreren Leistungsmodulen kann die Ladeleistung erhöht werden, bis ein optimales Ladeverhalten erreicht ist, das mit den neuesten verfügbaren Ladevorrichtungen überhaupt möglich ist. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Ladegerät drei Leistungsmodule aufweisen, so dass die Ladeleistung von 3,6 kW verdreifacht werden kann. Die Ladeleistung kann dabei über 11 kW steigen. Durch den Einsatz von mehreren Leistungsmodulen kann somit die Ladeleistung erhöht werden, wobei gleichzeitig der Wirkungsgrad und die Leistungsdichte verbessert werden können. Durch den Einsatz von mehreren Leistungsmodulen kann außerdem die Flexibilität der Ladevorrichtung gewährleistet werden, unterschiedliche Ladeleistungen mit derselben Ladevorrichtung zu ermöglichen. Die Leistungsmodule können dabei beispielsweise als Halbleitermodule ausgebildet sein, die eine hohe Taktfrequenz aufweisen können. Dadurch kann vorteilhafterweise der Filteraufwand auf der Netz- und der Batterieseite reduziert werden, so dass die Leistungsdichte des kompletten Ladegeräts erhöht werden kann. Das erfindungsgemäße Ladegerät kann durch den Einsatz von Leistungsmodulen, insbesondere von Halbleitermodulen, einfach und insbesondere kompakt ausgebildet sein.According to the invention, the charger may comprise several, in particular three power modules. Through the use of several power modules, the charging power can be increased until an optimal charging behavior is achieved, which is even possible with the latest available charging devices. In one embodiment of the invention, the charger can have three power modules, so that the charging power of 3.6 kW can be tripled. The charging power can rise above 11 kW. By using several power modules, the charging power can thus be increased, while at the same time the efficiency and the power density can be improved. Through the use of several power modules, the flexibility of the charging device can also be ensured to allow different charging powers with the same charging device. The power modules can be designed, for example, as semiconductor modules, which can have a high clock frequency. As a result, the filter effort on the mains and the battery side can advantageously be reduced, so that the power density of the complete charger can be increased. The charger according to the invention can be formed by the use of power modules, in particular of semiconductor modules, simple and in particular compact.
Weiterhin kann die Erfindung vorsehen, dass das Ladegerät mindestens ein herausnehmbares, insbesondere elektrisch und mechanisch vom Ladegerät entkoppelbares, Leistungsmodul aufweisen kann. Dadurch kann ermöglicht werden, dass zumindest ein Leistungsmodul an einem bestimmten Ort aufbewahrt werden kann, um das Laden der Batterie an diesem Ort zu erlauben, ohne die komplette Ladevorrichtung bzw. mehrere Ladevorrichtungen stets mit sich zu transportieren, wie beispielsweise bei Verwandten, auf der Arbeit oder dergleichen. Hierzu kann das herausnehmbare Leistungsmodul einfach aus dem Ladegerät entkoppelt werden und an dem gewünschten Ort aufbewahrt werden. Gleichzeitig ist es denkbar, dass die Ladevorrichtung zu Hause aufbewahrt werden kann, wobei nur das herausnehmbare Leistungsmodul mit sich geführt werden kann, um das Laden unterwegs zu ermöglichen.Furthermore, the invention can provide that the charger can have at least one removable, in particular electrically and mechanically decoupled from the charger, power module. This may allow at least one power module to be stored at a particular location to allow the battery to be charged at that location without ever carrying the entire loader or loaders, such as relatives, at work or similar. For this, the removable power module can be simple be decoupled from the charger and stored in the desired location. At the same time, it is conceivable that the loader can be stored at home, with only the removable power module can be carried with it to allow the loading on the go.
Des Weiteren kann die Erfindung vorsehen, dass das Ladegerät auf der Eingangsseite eine Wechselstrom-Schnittstelle (AC-Schnittstelle) zu einem Wechselstrom-Anschluss (AC-Anschluss) aufweisen kann. Die Grundform der Elektroladung für Kraftfahrzeuge ist Wechselstrom, deswegen kann das Ladegerät auf der Eingangsseite vorteilhafterweise eine passsende Schnittstelle zu vorhandenen Anschlüssen vorsehen. Denkbar ist jedoch, dass im Falle einer vorhandenen Gleichstrom-Anschlussstelle das erfindungsgemäße Ladegerät derart ausgestaltet sein kann, um das Laden mit Gleichstrom zu ermöglichen. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass das Leistungsmodul umgangen werden kann bzw. dass das Ladegerät den Gleichstrom direkt zur Anschlussstelle am Kraftfahrzeug leiten kann.Furthermore, the invention may provide that the charger may have on the input side an AC interface (AC interface) to an AC (AC) terminal. The basic form of the electric charge for motor vehicles is alternating current, therefore, the charger on the input side can advantageously provide a matching interface to existing terminals. It is conceivable, however, that in the case of an existing DC connection point, the charger according to the invention may be designed so as to allow charging with direct current. For this purpose, it can be provided that the power module can be bypassed or that the charger can direct the direct current to the connection point on the motor vehicle.
Vorteilhafterweise kann gemäß der Erfindung das Ladegerät als ein dreiphasiges Ladegerät ausgebildet sein. Das Ladegerät kann daher vorteilhafterweise bessere und schnellere Ladeleistung erzielen als bekannte einphasige Ladegeräte. Die erhöhte Ladeleistung des erfindungsgemäßen Ladegerätes ermöglicht es vorteilhafterweise, die Batterie schnell zu laden. Das Ladegerät kann dabei vorteilhafterweise dazu ausgebildet sein, die dreiphasige Netzspannung von Ladestationen bzw. Steckdosen in eine konstante Gleichspannung umzuwandeln. Zudem kann vorgesehen sein, dass das Ladegerät auf der Ausgangsseite einen Gleichspannungswandler aufweisen kann, um die umgewandelte Spannung an die Batteriespannung anzupassen. Sollte der Benutzer ein herausnehmbares Modul verwenden, so kann auf der Ausgangsseite des Leistungsmoduls ein DC/DC-Kabel benutzt werden, um geeignete Spannung zu erhalten. Auf der Eingangsseite sind dagegen keine zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, da die Eingangsleistung mit der eines Haushaltsstaubsaugers vergleichbar ist. Daher kann das Leistungsmodul im Alleinansatz auf der Eingangsseite über ein Kaltgerätekabel an die Ladestation angeschlossen werden.Advantageously, according to the invention, the charger may be formed as a three-phase charger. The charger can therefore advantageously achieve better and faster charging power than known single-phase chargers. The increased charging power of the charger according to the invention advantageously makes it possible to charge the battery quickly. The charger can be advantageously designed to convert the three-phase mains voltage of charging stations or sockets in a constant DC voltage. In addition, it can be provided that the charger can have a DC-DC converter on the output side in order to adapt the converted voltage to the battery voltage. If the user uses a removable module, a DC / DC cable can be used on the output side of the power module to provide suitable voltage. On the entry side, on the other hand, no additional security measures are required as the input power is comparable to that of a household vacuum cleaner. Therefore, the power module can be connected to the charging station in the single approach on the input side via a cold device cable.
Vorteilhafterweise kann das Ladegerät auf der Ausgangsseite eine Gleichstrom-Schnittstelle (DC-Schnittstelle) zum Kraftfahrzeug, insbesondere zu einem fahrzeugseitigen Gleichstrom-Anschluss (DC-Anschluss) aufweisen. Da das Kraftfahrzeug bzw. die Batterie zum Laden Gleichstrom erfordert, kann das erfindungsgemäße Ladegerät vorteilhafterweise mit einer geeigneten DC-Schnittstelle ausgebildet sein. Im Falle, dass ein Leistungsmodul zum Laden der Batterie verwendet wird, kann ein DC/DC-Kabel verwendet werden, um eine DC-Schnittstelle zur Batterie zu schaffen. Das DC/DC-Kabel kann außerdem vorteilhafterweise dazu dienen, die durch das Leistungsmodul bereitgestellte Gleichspannung an die Spannung der Batterie anzupassen.Advantageously, the charger on the output side a DC interface (DC interface) to the motor vehicle, in particular to a vehicle-side DC connection (DC connection) have. Since the motor vehicle or the battery for charging requires direct current, the charger according to the invention can advantageously be formed with a suitable DC interface. In the event that a power module is used to charge the battery, a DC / DC cable can be used to provide a DC interface to the battery. The DC / DC cable may also advantageously serve to match the DC voltage provided by the power module to the voltage of the battery.
Erfindungsgemäß kann die Gleichstrom-Schnittstelle (DC-Schnittstelle) eine Power Line Communication (PLC) aufweisen. Somit kann die erfindungsgemäße Ladevorrichtung vorteilhafterweise zur Sprach- oder Datenübertragung benutzt werden, um eine Kommunikation mit der Ladestation zu ermöglichen. Dann kann die Ladestation erkennen, mit welcher Ladeleistung die Ladevorrichtung betrieben werden kann, um beispielsweise einen Strom geeigneter Stärke freizuschalten.According to the invention, the DC interface (DC interface) can have a power line communication (PLC). Thus, the charging device according to the invention can advantageously be used for voice or data transmission in order to enable communication with the charging station. Then, the charging station can recognize with which charging power the charging device can be operated, for example, to unlock a power of suitable strength.
Des Weiteren wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Ladesystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuges gelöst, welches mit einem externen Ladegerät zum Laden der Batterie ausgeführt ist, wobei das Ladegerät mindestens ein herausnehmbares, insbesondere ein elektrisch und mechanisch vom Ladegerät entkoppelbares, Leistungsmodul zum Umwandeln vom Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) aufweisen kann, und welches Ladesystem außerdem mit einem ersten Kabel zum Anschließen des Leistungsmoduls an einen Wechselstrom-Anschluss (AC-Anschluss), und einem zweiten Kabel zum Anschließen des Leistungsmoduls am Kraftfahrzeug, insbesondere am fahrzeugseitigen Gleichstrom-Anschluss (DC-Anschluss) ausgestaltet ist. Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, dass im Kraftfahrzeug selbst auf das eingebaute stationäre Ladegerät verzichtet werden kann, was sich auf den Beschaffungskosten des Kraftfahrzeuges positiv auswirken kann, was ferner die Gewicht- und Bauraumminimierung bewirkt und eine erhöhte Ladeleistung ermöglicht. Das herausnehmbare Leistungsmodul sorgt dabei für eine höhere Flexibilität im Einsatz der Ladevorrichtung in unterschiedlichen Orten. Dadurch, dass das Kraftfahrzeug keine AC-Ladedose sowie keine Ladevorrichtung mit eingebautem AC/DC-Wandler mehr erfordert, wird der Aufbau des Kraftfahrzeuges selbst ebenfalls vereinfacht.Furthermore, the object of the invention is achieved by a charging system for a battery of a motor vehicle, in particular an electric or hybrid motor vehicle, which is designed with an external charger for charging the battery, the charger at least one removable, in particular electrically and mechanically decoupled from the charger , Power module for converting AC (AC) to DC (DC), and which charging system further comprising a first cable for connecting the power module to an AC (AC) terminal, and a second cable for connecting the power module to the motor vehicle , in particular on the vehicle-side DC connection (DC connection) is designed. The invention is based on the idea that can be dispensed with in the motor vehicle even on the built-in stationary charger, which can have a positive effect on the cost of the motor vehicle, which also causes the weight and space minimization and allows increased charging power. The removable power module ensures greater flexibility in the use of the charging device in different locations. Due to the fact that the motor vehicle no longer requires an AC charging socket or a charging device with a built-in AC / DC converter, the structure of the motor vehicle itself is likewise simplified.
Erfindungsgemäß kann im Rahmen des Ladesystems zusammen mit der Ladevorrichtung ein erstes und ein zweites Kabel bereitgestellt werden, um das herausnehmbare Leistungsmodul als eine separate Ladevorrichtung benutzen zu können. Dabei kann das erste Kabel als ein Kaltgerätekabel ausgebildet sein. Dies ist möglich, da auf der Eingangsseite keine höheren Ströme fließen, so dass das Leistungsmodul keine hohe Hitze entwickelt und nicht zusätzlich geschützt werden muss. Auf der Ausgangsseite kann das zweite Kabel als ein Gleichstromkabel ausgebildet sein. Dabei ist es denkbar, dass das Kabel als ein DC/DC-Kabel ausgebildet sein kann, um zusätzlich als ein Gleichstromwandler zu wirken und die umgewandelte Spannung auf dem Ausgang zur Batterie entsprechend zu erhöhen.According to the invention, a first and a second cable can be provided in the context of the charging system together with the charging device in order to be able to use the removable power module as a separate charging device. In this case, the first cable can be designed as a cold device cable. This is possible because no higher currents flow on the input side, so that the power module does not have to develop high heat and does not need to be additionally protected. On the output side, the second cable may be formed as a DC cable. It is conceivable that the cable may be formed as a DC / DC cable to in addition to acting as a DC-DC converter and correspondingly increasing the converted voltage on the output to the battery.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung mit einem herausnehmbaren Leistungsmodul.
-
1 a charging device according to the invention with a removable power module.
Die
Durch den Einsatz von mehreren Leistungsmodulen
Wie die
Wie in der
Wie weiterhin in der
Unten in der
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Legal Events
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