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Die Erfindung betrifft ein Ladesystem für Fahrzeuge, insbesondere für Elektro- und Hybridfahrzeuge, mit einem Hochvoltzwischenkreis umfassend mindestens eine Versorgungsbatterie, wobei die Versorgungsbatterie mit einem Ladekreis umfassend eine Ladevorrichtung zum Laden der Versorgungsbatterie ladekreisseitig elektrisch unterbrechbar verbindbar ist, und einen Niedervoltzwischenkreis, welcher eine Batterieverwaltungseinheit zum Regeln und Überprüfen der Versorgungsbatterie aufweist, wobei der Hochvoltzwischenkreis und der Niedervoltzwischenkreis über einen Spannungsumwandler miteinander zumindest fahrzeugseitig verbindbar sind, gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruches 1.
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Es sind aus dem Stand der Technik Ladesysteme bekannt, die einen Hochvoltzwischenkreis des Fahrzeuges dazu verwenden, die Versorgungsbatterie zu laden. Bevorzugt ist die Versorgungsbatterie als eine Hochvoltbatterie ausgestaltet, die zum Betreiben eines Elektromotors vorgesehen ist.
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Im Stand der Technik sind hierbei die meisten Komponenten des Fahrzeugs während des Ladens der Versorgungsbatterie aktiv und verbrauchen Energie der Versorgungsbatterie, wodurch der Energieverbrauch während des Ladevorgangs der Versorgungsbatterie mehrere hundert Watt beträgt. Insbesondere ist ein Transformator, vorzugsweise ein Gleichspannungswandler, welcher zwischen dem Hochvoltzwischenkreis und dem Niedervoltzwischenkreis angeordnet ist, zum Betreiben des Bordnetzes des Fahrzeugs während des Ladevorgangs aktiv. Aus dem Stand der Technik werden weiter alle Komponenten des Hochvoltzwischenkreises zumindest mit einer Grundleistung versorgt. So werden während des Ladevorgangs beispielsweise eine Leistungselektronikeinheit für ein Antriebssystem, ein elektrischer Heizer und ein elektrischer Klimakompressor zumindest mit einer Grundleistung versorgt. Der Niedervoltzwischenkreis wird darüber hinaus zur Versorgung des Innenraumes verwendet, insbesondere für Multimedia, Bordbeleuchtung und dergleichen.
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EP 3 012 145 A1 beschreibt als ein Ziel, eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels welcher die Funktionsfähigkeit des Fahrzeugs verbessert werden kann, insbesondere soll durch die Vorrichtung das Fahrzeug zu jeder Zeit startbar sein. Hierzu weist die Vorrichtung einen Motor auf, welcher mittels einer Batterie mit Energie versorgt wird. Darüber hinaus weist die Vorrichtung eine zusätzliche Batterie auf, welche mit einer Steuereinheit und einem Startschalter verbunden ist. Weiter ist ein AC-Ladeanschluss sowie ein DC-Ladeanschluss zu erkennen, wobei der AC-Ladeanschluss mit einem ersten Wandler und einem Lader verbunden ist, wobei der erste Wandler mit der zusätzlichen Batterie und der Lader mit der Batterie elektrisch verbunden ist. Wird die Batterie über den AC-Ladeanschluss geladen, so ist der erste Wandler aktiv und die zusätzliche Batterie mittels des ersten Wandlers geladen. Wird die Batterie hingegen durch den DC-Ladeanschluss geladen, so wird die zusätzliche Batterie über den zweiten Wandler geladen. Eine Trennung zwischen Niedervolt- und Hochvoltkreis ist nicht zu erkennen.
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US 9 172 252 B2 zeigt ein Ladesystem und eine Methode für ein Elektrofahrzeug, wobei ein Stromerzeugungsmodus gewählt werden kann, sodass ein Ladegerät elektrische Energie von einer Hauptbatterie erhält, wobei die elektrische Energie in elektrische Wechselstromleistung umgewandelt wird und an eine Stromleitung abgegeben wird, wenn eine externe Stromversorgung nicht über ein Ladekabel mit einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug verbunden ist und eine Anforderung zur Ausgabe von elektrischer Energie aus einer Wechselstromsteckdose besteht. Im Stromerzeugungsmodus wird in Abhängigkeit von der an der Wechselstromsteckdose verwendeten elektrischen Leistung ein erster Modus oder ein zweiter Modus gewählt. Im Normalmodus wird ein DC/DC Hauptwandler angehalten, während ein AC/DC-Wandler zur Erzeugung von elektrischer Hilfsenergie betrieben wird. Im Hochleistungsmodus wird der DC/DC-Hauptwandler betrieben, um elektrische Hilfsenergie zu erzeugen, während der AC/DC-Wandler angehalten wird. In einem Ladezustand durch einen DC-Ladeausgang des Ladekreises ist der Hochvoltzwischenkreis von dem Niedervoltzwischenkreis fahrzeugtechnisch getrennt und der Niedervoltzwischenkreis mit dem Ladekreis elektrisch verbunden.
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WO 2015/ 140 618 A1 zeigt ein Ladesystem eines elektrischen Fahrzeuges, wobei die elektronische Steuereinheit so konfiguriert ist, dass die Ladung der Hilfsbatterie zusätzlich durch die Aktivierung eines DC/DC-Hauptwandler über die Hauptbatterie durchgeführt werden kann, wenn die Hauptbatterie von außerhalb des Fahrzeuges geladen wird und die Steuereinheit feststellt, dass eine Fahrzeugsituation eine Verringerung der Restkapazität der Hilfsbatterie verursacht, obwohl die Hilfsbatterie durch einen DC/DC-Subwandler geladen wird. Der Ladekreis wird dabei von einem AC-Ladeausgang einer Ladevorrichtung gespeist.
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US 8 692 512 B2 zeigt ein Leistungssteuergerät für ein Fahrzeug, umfassend eine erste Batterie, eine zweite Batterie, deren Spannung niedriger ist als die Spannung der ersten Batterie, und einen Transformator. Der Transformator enthält eine Primärspule, an die eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, eine erste Sekundärspule, an die die erste Batterie angeschlossen ist, und mindestens eine zweite Sekundärspule, an die die zweite Batterie angeschlossen ist. Ein Steuerteil lädt die erste Batterie unter Verwendung der Wechselstromquelle und versorgt gleichzeitig die zweite Batterie mit elektrischer Energie.
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Es ist demnach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mittels welcher die Zahl der aktiven Systeme des Fahrzeugs während des Ladevorgangs reduziert werden kann, wodurch der Energieverbrauch des Fahrzeugs während dem Laden erheblich reduziert werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Ladesystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 und dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 8.
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Kerngedanke der Erfindung ist es, ein Ladesystem für Fahrzeuge, insbesondere für Elektro- und Hybridfahrzeuge, bereitzustellen mit einem Hochvoltzwischenkreis umfassend mindestens eine Versorgungsbatterie, wobei die Versorgungsbatterie mit einem Ladekreis umfassend eine Ladevorrichtung zum Laden der Versorgungsbatterie ladekreisseitig elektrisch unterbrechbar verbindbar ist, und einen Niedervoltzwischenkreis, welcher eine Batterieverwaltungseinheit zum Regeln und Überprüfen der Versorgungsbatterie aufweist, wobei der Hochvoltzwischenkreis und der Niedervoltzwischenkreis über einen Spannungsumwandler miteinander zumindest fahrzeugseitig verbindbar sind, bereitzustellen, wobei in einem Ladezustand zum Laden der Versorgungsbatterie mittels des Ladekreises der Hochvoltzwischenkreis von dem Niedervoltzwischenkreis fahrzeugseitig elektrisch getrennt ist und der Niedervoltzwischenkreis mit dem Ladekreis elektrisch verbunden ist.
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Es ist jedoch auch denkbar, dass die Batterieverwaltungseinheit aufgrund seiner Bauart auch durch die Versorgungsbatterie gespeist wird, also mit dem Hochvoltzwischenkreis verbindbar ist.
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Es ist hierbei klar, dass vorzugsweise der Ladekreis und der Niedervoltzwischenkreis ebenfalls voneinander trennbar sind.
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Der „Hochvoltzwischenkreis“ ist eine Anordnung von verschiedenen Bauelementen, die mit einer hohen Spannung, typischerweise eine Spannung zwischen 200 und 900 V betrieben werden. Vorliegend umfasst der Hochvoltzwischenkreis eine Versorgungsbatterie, die die benötigte Spannung für den Hochvoltzwischenkreis bereitstellen kann, insbesondere für den Betrieb eines Elektromotors zum Antreiben des Fahrzeuges während eines nicht-Ladezustands. Der Hochvoltzwischenkreis umfasst dabei alle Bauteile, welche mit einer hohen Spannung versorgt werden müssen.
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Der „Niedervoltzwischenkreis“ ist eine Anordnung von verschiedenen Bauelementen, die mit einer geringen Spannung, fahrzeugtypisch mit 12, 24 oder 48 Volt versorgt werden. Vorzugsweise umfasst der Niedervoltzwischenkreis ein Bordnetz sowie die Batterieverwaltungseinheit. Allgemein umfasst der Niedervoltzwischenkreis alle Komponenten, an welchen eine geringe Spannung anliegt.
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Unter einer „Versorgungsbatterie“ ist eine Batterie bzw. ein Akkumulator zu verstehen, welche(r) zum Betrieb des Elektromotors des Fahrzeugs verwendet wird, also die vom Elektromotor benötigte Spannung bereitstellt.
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Der Hochvoltzwischenkreis kann bevorzugt noch weiter den Elektromotor und eine Leistungselektronikeinheit umfassen.
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Unter einer „Ladevorrichtung“ ist bevorzugt eine außerhalb des Fahrzeugs angeordnete Ladestation, mittels welcher das Fahrzeug, insbesondere die Versorgungsbatterie geladen werden kann. Die Ladevorrichtung stellt also zumindest die zum Laden der Versorgungsbatterie benötige Spannung bereit.
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Bei einer „Umwandlungseinheit“ handelt es sich um eine Einheit, mittels welcher es möglich ist, zumindest eine von der Ladevorrichtung bereitgestellte Spannung umzuwandeln, sowohl die Spannungshöhe und/oder die Stromstärke als auch die Spannungsart. Insbesondere ist es möglich, die Ladeleistung durch eine Veränderung der Spannung, was einer Spannungsregelung entspricht, oder durch Veränderung des Stromes, was einer Stromregelung entspricht, zu verändern. Bevorzugt handelt es sich bei einer Umwandlungseinheit um einen DC/DC-Wandler und/oder einen AC/DC-Wandler.
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Der „Spannungswandler“ ist eine Wandlungseinheit ähnlich der Umwandlungseinheit, jedoch ist der Spannungswandler hier zwischen dem Niedervolt- und dem Hochvoltzwischenkreis angeordnet, um in einem nicht-Ladezustand den Niedervoltzwischenkreis durch die Versorgungsbatterie mit Spannung zu versorgen.
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Eine „Batterieverwaltungseinheit“, synonym hierzu auch Batteriemanagementsystem (BMS), ist vorzugsweise eine elektronische Schaltung zur Überwachung und Regelung der Versorgungsbatterie. Standardfunktionen einer Batterieverwaltungseinheit sind beispielsweise die Ladekontrolle, die Bestimmung des Ladezustands und die Kommunikation mit anderen Systemen des Fahrzeuges. Vorzugsweise ist die Batterieverwaltungseinheit ein Teil des Niedervoltzwischenkreises, wobei auch denkbar ist, dass die Batterieverwaltungseinheit ein Teil des Hochvoltzwischenkreises sein kann.
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Die Begriffe „fahrzeugseitig“ und „ladekreisseitig“ betreffen zwei verschiedene Seiten bezogen auf die Versorgungsbatterie, da erfindungsgemäß die Versorgungsbatterie sowohl mit dem Hochvoltzwischenkreis als auch dem Ladekreis verbunden bzw. verbindbar ist. Grob gesagt betrifft „fahrzeugseitig“ die Komponenten, die im Fahrzeug angeordnet sind und „ladekreisseitig“ alle Komponenten, die mit dem Ladekreis in Verbindung stehen.
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Erfindungsgemäß weist das Ladesystem also einen separaten Ladeeingang auf, mittels welchem die Versorgungsbatterie geladen werden kann. Mittels dieses separaten Ladeeingangs ist es in einem Ladezustand die nicht benötigten Komponenten, vorzugsweise die Komponenten des Hochvoltzwischenkreises elektrisch abzutrennen, so dass es mittels des separaten Ladeeingangs möglich ist, nur die minimale Anzahl von Komponenten des Systems zu versorgen, so dass dadurch der gesamte Energiebedarf beim Laden der Versorgungsbatterie verringert werden kann. Es handelt sich vorliegend um eine Reduzierung des Energiebedarfs beim Laden der Versorgungsbatterie um bis zu einen Faktor 5 gegenüber dem Stand der Technik, abhängig von den verbauten und verwendeten Komponenten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Ladekreis eine erste Umwandlungseinheit zum Umwandeln einer Spannung der Ladevorrichtung auf. Vorzugsweise ist diese erste Umwandlungseinheit parallel zu der Versorgungsbatterie schaltbar und mit der Ladevorrichtung sowie dem Niedervoltzwischenkreis verbindbar.
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Hierdurch kann eine Spannung der Ladevorrichtung, die meist eine Hochvoltspannung ist, auf die vom Niedervoltzwischenkreis benötigte Spannung umgewandelt werden. Darüber hinaus kann durch die Umwandlungseinheit die Art der Spannung umgewandelt werden. Meist verfügen die Ladevorrichtungen, synonym Ladestationen, über einen DC-Ladeausgang und/oder einen AC-Ladeausgang. Soll die Versorgungsbatterie geladen werden, so muss dabei eine DC-Spannung vorliegen. Sollte also ein AC-Ladeausgang an der Ladevorrichtung vorgesehen sein, so ist es vorteilhaft, wenn eine AC/DC-Umwandlungseinheit vorhanden ist. Die Spannung des Niedervoltzwischenkreis beträgt dabei 12 V, 24 V oder 48 V.
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Erfindungsgemäß ist zusätzlich zur ersten Umwandlungseinheit eine zweite Umwandlungseinheit vorgesehen. Vorteilhaft handelt es sich bei der ersten Umwandlungseinheit um eine DC/DC-Umwandlungseinheit und bei der zweiten Umwandlungseinheit um eine AC/DC-Umwandlungseinheit.
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Erfindungsgemäß ist die zweite Umwandlungseinheit parallel zu der Versorgungsbatterie schaltbar und mit der Ladevorrichtung sowie dem Niedervoltzwischenkreis verbindbar.
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Die Spannung der Ladevorrichtung ist erfindungsgemäß an die Versorgungsbatterie anlegbar, um diese hierdurch aufzuladen. Gleichzeitig sind der Ladekreis und der Niedervoltzwischenkreis miteinander elektrisch verbunden, so dass mittels des Ladekreises die Batterieverwaltungseinheit mit Energie versorgt werden kann und nicht mehr, wie aus dem Stand der Technik bekannt, mittels des Hochvoltzwischenkreises.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Energiebedarf des Fahrzeuges in einem Ladezustand weiter verringerbar, wenn der Spannungsumwandler in dem Ladezustand elektrisch von dem Niedervoltzwischenkreis getrennt ist.
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Der Spannungswandler ist vorzugsweise ein DC/DC-Umwandler, der die Spannung des Niedervoltzwischenkreises in die Spannung des Hochvoltzwischenkreises umwandelt und umgekehrt. Die übliche maximale Leistungsaufnahme des Spannungswandlers beträgt in etwa 2-5 kW.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Niedervoltzwischenkreis ein Bordnetz, eine Fahrzeugbatterie und die Batterieverwaltungseinrichtung auf.
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Die Fahrzeugbatterie ist vorzugsweise die Batterie, mittels welcher im üblichen Sinne beispielsweise das Bordnetz, insbesondere Innenraumlicht, Multimedia, Fahrzeuglicht und dergleichen und optional der Anlasser betreibbar ist, falls es sich um ein Hybridfahrzeug handelt.
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Weiter wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst von einem Verfahren zum Laden einer Versorgungsbatterie durch ein Ladesystem für Fahrzeuge, insbesondere für Elektro- und Hybridfahrzeuge, mit einem Hochvoltzwischenkreis umfassend mindestens eine Versorgungsbatterie, wobei die Versorgungsbatterie mit einem Ladekreis umfassend eine Ladevorrichtung zum Laden der Versorgungsbatterie ladekreisseitig elektrisch verbunden wird, und einen Niedervoltzwischenkreis, welcher eine Batterieverwaltungseinheit zum Laden bzw. Entladen der Batterien, insbesondere zum geregelten Laden bzw. Entladen, und Überprüfen der Versorgungsbatterie aufweist, wobei der Hochvoltzwischenkreis und der Niedervoltzwischenkreis über einen Spannungsumwandler miteinander zumindest fahrzeugseitig verbindbar sind, gelöst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Ladekreisseitiges Verbinden des Ladekreises mit dem Niedervoltzwischenkreis; Fahrzeugseitiges elektrisches Trennen des Hochvoltzwischenkreises von dem Niedervoltzwischenkreis; Laden der Batterie durch den Ladekreis.
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Dabei ist bezüglich des DC-Ladens die folgende Reihenfolge besonders vorteilhaft. Zunächst wird in einem ersten Schritt der Ladekreis mit der Batterie verbunden und anschließend entsprechende Schütze geschlossen, so dass der Hochvoltzwischenkreis eine elektrische Verbindung zu dem Ladekreis aufweist. Durch die Energiezufuhr durch den Ladekreis, insbesondere der Ladestation, wird auch ein Spannungswandler, im vorliegenden Fall ein DC/DC-Wandler, ebenso mit Energie versorgt. Hierdurch ist es auch insbesondere möglich, die Niedervoltbatterie durch die Ladestation zu versorgen und vorzugsweise zu laden.
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Bezüglich des AC-Ladens ist die Reihenfolge ähnlich zu der des DC-Ladens, wobei nach der Energiezufuhr durch den Ladekreis die Versorgung durch den AC-Anteil, welcher parallel zu dem DC-Anteil ist, freigeschalten wird.
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Es ist auch denkbar, sowohl ein DC-Laden als auch ein AC-Laden der Versorgungsbatterie zu parallelisieren und somit schneller laden zu können, da insgesamt mehr Leistung durch die Ladestation bzw. dem Ladekreis bereitstellbar ist. Hierbei werden das AC-Laden und das DC-Laden parallelisiert, um eben mehr Leistung bereitstellen zu können.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann während dem Laden der Versorgungsbatterie, also in einem Ladezustand, die Anzahl der aktiven Komponenten erheblich reduziert werden durch die Trennung des Hochvoltzwischenkreises von dem Niedervoltzwischenkreis und einem zusätzlichen Ladeeingang der Versorgungsbatterie über den Ladekreis.
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Der Ladekreis ist vorzugsweise zumindest fahrzeugseitig von dem Hochvoltzwischenkreis getrennt.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Weitere Ziele, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden Erfindung sind der nachfolgenden von der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
- 1 Stand der Technik zum Laden einer Versorgungsbatterie;
- 2 Ladesystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- 3 Ladesystem in einem Ladezustand;
- 4 Ladesystem in einem nicht-Ladezustand;
- 5 Ausschnitt des Ladesystems gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
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Die 1 zeigt dabei den Stand der Technik, wobei nur die wesentlichen Komponenten aufgezeigt werden. Es wird dabei ein Hochvoltzwischenkreis 1 umfassend eine Versorgungsbatterie 2 gezeigt, wobei der Hochvoltzwischenkreis 1 elektrisch mit der Ladevorrichtung 4 mittels Verbindungsleitungen, vorliegend nur eine gezeigt, verbindbar ist. In einem Ladezustand ist der Schalter 10 geschlossen, so dass die Versorgungsbatterie 2 durch die Ladevorrichtung 4 geladen werden kann.
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Weiter zeigt die 1, dass der Hochvoltzwischenkreis 1 mit einem Niedervoltzwischenkreis 5 mittels eines Spannungswandlers 7 und Verbindungsleitungen elektrisch verbunden ist. Der Niedervoltzwischenkreis 5 umfasst hierbei ein Bordnetz 12 und eine Batterieverwaltungseinheit 6 (BMS), welche mit der Versorgungsbatterie 2 zumindest signaltechnisch, dargestellt durch die unterbrochene Linie, verbunden ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Batterieverwaltungseinheit 6 mit dem Hochvoltzwischenkreis 1 verbindbar ist. Der Niedervoltzwischenkreis 5 umfasst lediglich die Baugruppen und - elemente, die mit einer Spannung von vorliegend 12 oder 24 V betreibbar sind. Das Schalten von gegebenenfalls vorhandenen Schützen, das Messen einer Spannung und eines Stroms wird von der Batterieverwaltungseinheit 6 übernommen. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Batterieversorgungseinheit 6 durch den Hochvoltzwischenkreis 1 versorgbar ist.
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Dadurch, dass der gesamte Hochvoltzwischenkreis 1 mit der Ladevorrichtung 4 beim Laden der Versorgungsbatterie 2 verbunden ist, liegt eine gewisse Grundspannung an allen Komponenten des Hochvoltzwischenkreises 1 an, beispielsweise einem Klimakompressor (hier nicht gezeigt) oder einer Leistungselektronikeinheit (ebenfalls nicht gezeigt). Darüber hinaus ist zum Versorgen des Niedervoltzwischenkreises 5 mit Spannung der Spannungswandler 7 aktiv, welcher Energie verbraucht.
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2 stellt ein Ladesystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dar, wobei alle dargestellten Schalter 10 geöffnet sind. Ein Schalter 10 ist hierbei so zu verstehen, dass die entsprechende Verbindungsleitung unterbrechbar ist. Wie zu erkennen ist, umfasst hierbei der Ladekreis 3 eine Ladevorrichtung 4 und eine erste Umwandlungseinheit 8, welcher vorliegend als ein DC/DC-Umwandler ausgestaltet ist. Es ist auch denkbar, anstelle des DC/DC-Umwandlers einen AC/DC-Umwandler vorzusehen oder zusätzlich zur ersten Umwandlungseinheit 8 eine zweite Umwandlungseinheit 9 vorzusehen. Dies wird nachstehend näher in der 5 beschrieben.
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Zur Übersichtlichkeit umfasst in der 2 der Hochvoltzwischenkreis 1 eine Versorgungsbatterie 2, wobei der Hochvoltzwischenkreis 1 mittels des Spannungswandlers 7 mit dem Niedervoltzwischenkreis 5 verbindbar ist. Es ist vorliegend auch eine mittels eines Schalters 10 eine unterbrechbare Verbindung zwischen dem Niedervoltzwischenkreis 5 und dem Spannungswandler 7 gezeigt. Bei dem Schalter bzw. den Schaltern 10 kann es sich um einen Hardware-Schalter oder um einen Software-Schalter handeln. Alternativ oder kumulativ kann auch der Spannungswandler 7 an sich Software-seitig deaktiviert werden.
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Die 2 bis 4 zeigen dabei im Hochvoltzwischenkreis 1 einen oder mehrere Hochvolt-Verbraucher 17, beispielsweise eine Heizung, eine Klimaanlage etc., welche die benötigte Leistung der Versorgungsbatterie 2 entnehmen.
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Weiter vorzugsweise ist die Umwandlungseinheit 8 ein Bauteil des Fahrzeuges, ist gedanklich jedoch dem Ladekreis 3 zuzuordnen.
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Die Umwandlungseinheit 8 ist hierbei parallel zur Versorgungsbatterie 2 geschalten und mit der Ladevorrichtung 4 und dem Niedervoltzwischenkreis verbindbar. Erfindungsgemäß umfasst also die Versorgungsbatterie 2 einen separaten Ladeeingang 13.
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In der 3 wird das Ladesystem in einem Ladezustand gezeigt. Erfindungsgemäß ist in dem Ladezustand der Hochvoltzwischenkreis 1 von dem Niedervoltzwischenkreis 5 fahrzeugseitig elektrisch getrennt. Insbesondere ist hierbei auch der Spannungswandler 7 von dem Niedervoltzwischenkreis 5 getrennt. Zum besseren Verständnis einer Trennung verschiedener Zwischenkreise sind Schalter bzw. Schütze gezeichnet, wobei jedoch auch gar keine Schalter vorgesehen sein können.
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Darüber hinaus ist der Niedervoltzwischenkreis 5 erfindungsgemäß mit dem Ladekreis 3, insbesondere der Ladevorrichtung 4 elektrisch verbunden. Eine Spannungsversorgung des Niedervoltzwischenkreises 5 ist über die elektrische Verbindung mit dem Ladekreis 3 gegeben. Darüber hinaus wird mittels der ersten Umwandlungseinheit 8 die Spannung der Ladevorrichtung 4 auf die entsprechend benötigte Spannung des Niedervoltzwischenkreises 5 umgewandelt.
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4 zeigt das Ladesystem in einem nicht-Ladezustand, also beispielsweise einem Fahrzustand, in dem das Fahrzeug bewegt wird. Dabei ist die Ladevorrichtung 4 nicht mehr mit der Versorgungsbatterie 2 elektrisch verbunden und somit der Ladekreis 3 nicht mehr mit dem Niedervoltzwischenkreis 5. In einem nicht-Ladezustand sind der Niedervoltzwischenkreis 5, der Spannungswandler 7 und der Hochvoltzwischenkreis 1 miteinander elektrisch verbunden. Insbesondere wird in dem nicht-Ladezustand die Batterieverwaltungseinheit 6 mittels der Versorgungsbatterie 2 mit Energie versorgt, wobei mittels des Spannungswandlers 7 die Spannung des Hochvoltzwischenkreises 1 auf die Spannung des Niedervoltzwischenkreises 5 umgewandelt bzw. transformiert.
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Es wäre darüber hinaus auch denkbar, an dem separaten Ladeeingang 13 eine Diode oder dergleichen (hier nicht gezeigt) einzubauen, insbesondere elektrisch zwischen der Versorgungsbatterie 2 und der Umwandlungseinheit 8, um einen Stromfluss bzw. Spannungsabfall von der Umwandlungseinheit 8 über die erste Umwandlungseinheit 8 einzuschränken. Die 5 zeigt einen Ausschnitt des Ladesystems gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Die Ladevorrichtung 4 umfasst hierbei sowohl einen DC-Ladeausgang 14 als auch einen AC-Ladeausgang 15. Je nach Hersteller des Fahrzeuges wird entweder ein DC-Laden oder ein AC-Laden bevorzugt. Neuere Entwicklungen gehen jedoch in die Richtung, dass sowohl der DC-Ladeausgang als auch der AC-Ladeausgang miteinander zum Laden des Fahrzeuges verwendet werden können. Dieser Lader 16 weist im Gegensatz zu einem AC/DC-Wandler 9 eine deutlich höhere Leistungsaufnahme auf. Bevorzugt ist der Lader 16 parallel zu dem AC/DC-Wandler 9 geschalten.
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Es sind hierbei verschiedene Möglichkeiten des Ladens der 5 zu entnehmen. Zum einen ist es denkbar, dass die Versorgungsbatterie 2 nur über den DC-Ladeausgang 14 der Ladevorrichtung 4 geladen wird. Andererseits ist es ebenso denkbar, dass die Versorgungsbatterie 2 nur über den AC-Ladeausgang 15 der Ladevorrichtung 4 geladen wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass sowohl der AC- als auch der DC-Ladeausgang 14, 15 genutzt werden, um die Versorgungsbatterie 2 zu laden. Erfindungsgemäß wird im Falle eines Ladens auch der Niedervoltzwischenkreis 5 mit Energie versorgt, so dass keine Energie von der Versorgungsbatterie 2 beim Laden wieder entnommen werden muss, um den Niedervoltzwischenkreis 5 zu versorgen, was zu einer Minimierung der gesamten Energie zur Folge hat.
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Wird die Versorgungsbatterie 2 jedoch über den DC-Ladeausgang 14 der Ladevorrichtung 4 geladen, so kann diese Spannung direkt zum Laden verwendet werden. Soll die Versorgungsbatterie 2 über den AC-Ladeausgang 15 geladen werden, so ist es nötig, die AC-Spannung der Ladevorrichtung 4 zuerst in eine DC-Spannung umzuwandeln, was durch einen On-board charger 16, synonym hierzu Lader 16, durchgeführt wird.
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Bevorzugt steht die Batterieverwaltungseinheit 6 im Allgemeinen in signaltechnischer Verbindung mit der Ladevorrichtung 4, um den Ladevorgang der Versorgungsbatterie 2 möglichst gut überwachen und regeln zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochvoltzwischenkreis
- 2
- Versorgungsbatterie
- 3
- Ladekreis
- 4
- Ladevorrichtung
- 5
- Niedervoltzwischenkreis
- 6
- Batterieverwaltungseinheit
- 7
- Spannungswandler
- 8
- erste Umwandlungseinheit
- 9
- zweite Umwandlungseinheit
- 10
- Schalter
- 11
- Verbindungsleitung
- 12
- Bordnetz
- 13
- separater Ladeeingang
- 14
- DC-Ladeausgang
- 15
- AC-Ladeausgang
- 16
- Lader
- 17
- Hochvolt-Verbraucher
