DE102017004467A1 - Zuführen von elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen elektrischen Ladestation zu einem elektrischen Bordnetz eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen von elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen elektrischen Ladestation (20) zu einem elektrischen Bordnetz (12, 14, 16) eines Kraftfahrzeugs (10), welches eine elektrische Bordnetzspannung (U_Batt) bereitstellt, wobei die Ladestation (20) an einen mit dem Bordnetz (12, 14, 16) elektrisch gekoppelten Ladesteckverbinder (18) angeschlossen wird, der für einen Betrieb bei einer elektrischen Bemessungsspannung ausgebildet ist, die größer als die Bordnetzspannung (U_Batt) ist, wobei die Ladestation (20) eine elektrische Spannung bereitstellt, die der Bemessungsspannung entspricht, und der Ladesteckverbinder (18) mit dem Bordnetz (12, 14, 16) mittels eines Spannungswandlers (22) gekoppelt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen von elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen elektrischen Ladestation zu einem elektrischen Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, welches eine elektrische Bordnetzspannung bereitstellt, wobei die Ladestation an einen mit dem Bordnetz elektrisch gekoppelten Ladesteckverbinder angeschlossen wird, der für einen Betrieb bei einer elektrischen Bemessungsspannung ausgebildet ist, die größer als die Bordnetzspannung ist. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Anlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem elektrischen Bordnetz, welches eine elektrische Bordnetzspannung bereitstellt, und einem mit dem Bordnetz elektrisch gekoppelten Ladesteckverbinder zum Zuführen von elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen elektrischen Ladestation zum Bordnetz, wobei der Ladesteckverbinder für einen Betrieb bei einer elektrischen Bemessungsspannung ausgebildet ist, die größer als die Bordnetzspannung ist.
  • Gattungsgemäße Verfahren, elektrische Anlagen von Kraftfahrzeugen sowie Kraftfahrzeuge sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es hierfür dem Grunde nach eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises nicht bedarf. Kraftfahrzeuge weisen eine elektrische Anlage auf, die elektrische Einrichtungen und Einheiten umfasst.
  • Darüber hinaus umfasst die elektrische Anlage ein elektrisches Bordnetz, an dem zumindest ein Teil der elektrischen Einrichtungen beziehungsweise Einheiten angeschlossen ist. Das Bordnetz dient somit der Verteilung der elektrischen Energie innerhalb des Kraftfahrzeugs. Nicht nur aber besonders bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen ist es darüber hinaus erforderlich, zumindest in bestimmten Zeitabschnitten dem Kraftfahrzeug elektrische Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb zuzuführen. Zu diesem Zweck ist das Bordnetz mit einem Ladesteckverbinder elektrisch gekoppelt, der es erlaubt, eine leitungsgebundene elektrische Verbindung zu einer Ladestation herzustellen, die elektrische Energie bereitstellt. Gerade elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge verfügen in der Regel über eine elektrische Antriebseinrichtung, die zumindest teilweise dem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs dient. Damit das Kraftfahrzeug im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb mit elektrischer Energie versorgt werden kann, umfasst das Bordnetz in der Regel einen elektrischen Energiespeicher, der vorzugsweise nach Art eines Akkumulators, beispielsweise durch eine Hochvoltbatterie oder dergleichen, gebildet ist. Während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs reduziert sich der Energieinhalt des elektrischen Energiespeichers mit der Zeit, wodurch bei Erreichen eines vorgebbaren unteren Ladungszustands ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers erforderlich wird. Die hierfür benötigte elektrische Energie wird von der Ladestation bereitgestellt, zu welchem Zweck das Kraftfahrzeug an einer Ladestation während des Zuführens von elektrischer Energie abgestellt und mit dieser elektrisch gekoppelt wird.
  • Die elektrische Energie wird vorliegend mittels der Ladestation zur Verfügung gestellt, die ihrerseits an eine elektrische Energiequelle, vorzugsweise an ein öffentliches Energieversorgungsnetz oder alternativ oder ergänzend auch an einen elektrischen Generator, an eine Solaranlage, an eine Windkraftanlage und/oder dergleichen angeschlossen ist. Über eine Anschlussleitung, die an den Ladesteckverbinder lösbar angeschlossen ist, wird die elektrische Energie dem Bordnetz zugeführt und in dem elektrischen Energiespeicher gespeichert.
  • Elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es diesbezüglich eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist ein schienenungebundenes Fahrzeug, welches eine elektrische Antriebseinrichtung aufweist, mittels der das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb zumindest teilweise angetrieben werden kann. Die elektrische Antriebseinrichtung weist hierfür üblicherweise eine oder mehrere rotierende elektrische Maschinen auf, die mittels eines geeignet ausgebildeten Energiewandlers in vorgebbarer Weise gesteuert werden können. Ein derartiger Energiewandler kann zum Beispiel ein Wechselrichter, ein Gleichspannungswandler, beispielsweise ein DC/DC-Wandler, und/oder dergleichen sein.
  • Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Bei einem Elektrofahrzeug ist die elektrische Antriebseinrichtung in der Regel die einzige Einrichtung, die dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs dient. Ein Elektrofahrzeug der gattungsgemäßen Art ist zum Beispiel aus der DE 10 2015 101 187 A1 bekannt.
  • Bei einem Hybridfahrzeug ist dagegen üblicherweise eine weitere Antriebseinrichtung vorhanden, die in der Regel in Form einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine kann ebenso für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb genutzt werden, wie die elektrische Antriebseinrichtung. Es können auch beide Antriebseinrichtungen kombiniert miteinander betrieben werden. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Kraftwagen, vorzugsweise ein Personenkraftwagen.
  • Insbesondere bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen erweist es sich als nachteilig, dass der Vorgang des Aufladens des elektrischen Energiespeichers im Vergleich zu einem Tankvorgang bei einem konventionellen Kraftfahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine erheblich länger dauert. Um die Zeit zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers zu reduzieren, sind mittlerweile Ladestationen bekannt, die für ein Schnellladen ausgebildet sind und eine entsprechend hohe Ladeleistung zur Verfügung stellen können. Es hat sich zwischenzeitlich jedoch gezeigt, dass die Zeitdauer zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers, insbesondere bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen mit einem vergleichsweise großen elektrischen Energiespeicher dadurch begrenzt wird, dass ein standardisierter Ladestecker am Kraftfahrzeug aufgrund seiner Auslegung nur einen begrenzten maximalen Strom zulässt, der geringer als ein zulässiger maximaler Ladestrom des elektrischen Energiespeichers ist. Die Ladestation selbst könnte – ebenso wie der Energiespeicher – einen höheren Strom als den Maximalstrom des Ladesteckers bereitstellen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zeitdauer für das Aufladen des elektrischen Energiespeichers zu reduzieren.
  • Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren sowie eine elektrische Anlage gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
  • Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Ladestation eine elektrische Spannung bereitstellt, die im Wesentlichen der Bemessungsspannung entspricht, und der Ladesteckverbinder mit dem Bordnetz mittels eines Spannungswandlers gekoppelt wird.
  • Anlagenseitig wird für eine gattungsgemäße elektrische Anlage insbesondere vorgeschlagen, dass diese einen Spannungswandler zum elektrischen Koppeln der eine elektrische Spannung etwa in Höhe von der Bemessungsspannung bereitstellenden Ladestation mit dem Bordnetz aufweist.
  • Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass die Ladezeit dadurch verkürzt werden kann, dass die Ladeleistung, die im Stand der Technik durch den Ladesteckverbinder begrenzt ist, dadurch erhöht wird, dass die durch den Ladestecker maximal mögliche Ladeleistung an der Ladestation eingestellt wird. Zu diesem Zweck wird die elektrische Spannung, die durch die Ladestation bereitgestellt wird, auf die Bemessungsspannung des Ladesteckverbinders eingestellt. Wird zugleich die maximale Strombelastung des Ladesteckverbinders realisiert, kann die durch den Ladesteckverbinder maximal mögliche Leistung erreicht werden, wodurch die Ladezeit entsprechend reduziert werden kann. Dabei beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass bei heutigen leistungsfähigen elektrischen Energiespeichern der Maximalstrom durch den Ladesteckverbinder beschränkt ist und nicht durch die Strombelastbarkeit des elektrischen Energiespeichers. Die Ladespannung ergibt sich dabei aus einer Klemmenspannung des elektrischen Energiespeichers während des Ladevorgangs. Die Ladeleistung entspricht dem Produkt aus der Klemmenspannung und dem Ladestrom. Deshalb könnte der elektrische Energiespeicher schneller geladen werden. Die Erfindung nutzt diese Erkenntnis. Um die Ladezeit zu verkürzen, wird die elektrische Spannung am Ladesteckverbinder auf die Bemessungsspannung erhöht. Bei zugleich maximalem Ladestrom kann somit auch entsprechend die elektrische Leistung erhöht werden, die dem Bordnetz und somit auch dem elektrischen Energiespeicher zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Vorzugsweise ist die elektrische Spannung am Ladesteckverbinder immer auf die maximal mögliche Betriebsspannung beziehungsweise die Bemessungsspannung gelegt. Die Bemessungsspannung beträgt häufig etwa 500 V. Der Ladestrom kann zudem auf seinen maximalen Wert gelegt werden, wodurch eine maximale Ladeleistung für ein Hochvoltsystem bei einer Bemessungsspannung von kleiner als 500 V erreicht werden kann.
  • Mittels des Spannungswandlers kann dann die am Ladesteckverbinder bereitgestellte maximale elektrische Spannung in die Bordnetzspannung gewandelt werden beziehungsweise an diese angepasst werden. Der Spannungswandler ist vorzugsweise ein DC/DC-Wandler, der in einem Tiefsetzbetrieb betrieben wird. Ein solcher getakteter Energiewandler, der auch Tiefsetzsteller oder Buck-Wandler genannt wird, kann eine elektrische Leistung, die bei einer ersten Gleichspannung zugeführt wird, die der Bemessungsspannung entspricht, in eine elektrische Leistung wandeln, die bei einer zweiten Gleichspannung, die kleiner als die erste Gleichspannung ist und die der Bordnetzspannung entspricht, abgegeben wird. Der Spannungswandler kann kostenoptimiert zumindest für einen unidirektionalen Betrieb der Energiewandlung ausgebildet sein, er kann aber auch bidirektional ausgeführt sein, um zum Beispiel die Funktionalität des bidirektionalen Ladens zu realisieren. Im einfachsten Fall braucht somit lediglich die am Ladesteckverbinder bereitgestellte elektrische Leistung mittels des Spannungswandlers dem Bordnetz zugeführt zu werden. Dabei erhöht sich natürlich der Ladestrom auf der Bordnetzseite entsprechend, weil sich die Leistung unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads des Spannungswandlers lediglich geringfügig ändert. Der Spannungswandler stellt somit die Ladespannung bereit, die sich am elektrischen Energiespeicher einstellt, wenn dieser mit der entsprechenden Ladeleistung beaufschlagt wird. Bei einer Hochvoltbatterie als elektrischem Energiespeicher kann diese Spannung von einem Ladungszustand der Hochvoltbatterie, auch State-of-Charge genannt (SOC), sowie auch von dem Ladestrom abhängig sein, beispielsweise aufgrund eines Spannungsabfalls an einem Innenwiderstand der Hochvoltbatterie. Insgesamt kann die Ladeleistung entsprechend erhöht und die Ladezeit verkürzt werden.
  • Dabei braucht der Spannungswandler keine galvanische Trennung bereitzustellen. Es kann somit ein einfacher Spannungswandler eingesetzt werden, der nicht nur kostengünstig ist, sondern auch einen geringen Bauraum und ein geringes Gewicht aufweist. Dies ist für die Anwendung bei Kraftfahrzeugen von Vorteil. Die Erfindung eignet sich somit insbesondere für Bordnetze, die mit einer Gleichspannung von etwa 400 bis 450 V betrieben werden. Bei solchen Bordnetzen ist der Ladesteckverbinder in der Regel für eine Bemessungsspannung von 500 V ausgelegt. Dadurch, dass der Ladesteckverbinder über den Spannungswandler entkoppelt mit der Bemessungsspannung betrieben werden kann, kann somit eine Leistungsmaximierung in Bezug auf die Ladeleistung erreicht werden.
  • Dies kann ferner berücksichtigen, dass Bordnetze für derartige Spannungsbereiche standardisiert sind, beispielsweise gemäß einem Standard LV123 oder dergleichen, und insbesondere Kriech- und Luftstrecken entsprechend ausgebildet sind.
  • Dabei ist die Bordnetzspannung in der Regel kleiner, vorzugsweise höchstens gleich, der Bemessungsspannung. Unter Berücksichtigung der Norm LV123 kann die Bemessungsspannung beispielsweise 500 V betragen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Spannungsgrenze begrenzt.
  • Der Ladesteckverbinder ist vorzugsweise eine elektromechanische Komponente, die es erlaubt, eine lösbare Steckverbindung bereitzustellen, an die ein mit einem entsprechend komplementär ausgebildeten Steckverbinder verbundenes Ladekabel angeschlossen werden kann. Das Ladekabel ist seinerseits an die Ladestation angeschlossen. Dadurch kann der Ladesteckverbinder des Kraftfahrzeugs an die Ladestation angeschlossen werden. Es handelt sich hierbei also um eine leitungsgebundene energietechnische Kopplung.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Dabei zeigen:
  • 1 In einer schematischen Darstellung eine erste Ausgestaltung einer elektrischen Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs mit einem mittels eines Spannungswandlers mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs elektrisch gekoppelten Ladesteckverbinder;
  • 2 In einer schematischen Darstellung eine zweite Ausgestaltung einer elektrischen Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, die auf der Ausgestaltung gemäß 1 basiert, wobei eine elektrische Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs ladesteckverbinderseitig am Spannungswandler angeschlossen ist; und
  • 3 In einer schematischen Darstellung eine dritte Ausgestaltung einer elektrischen Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, die auf der Ausgestaltung gemäß 1 basiert, wobei bordnetzseitig ausschließlich eine Hochvoltbatterie am Spannungswandler angeschlossen ist.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausgestaltung einer elektrischen Anlage 28 eines Kraftfahrzeugs 10, welches vorliegend als Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Die elektrische Anlage 28 weist ein elektrisches Bordnetz 12 auf, welches eine elektrische Bordnetzspannung U_Batt bereitstellt. Ferner umfasst die elektrische Anlage 28 einen mit dem Bordnetz 12 elektrisch gekoppelten Ladesteckverbinder 18 zum Zuführen von elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen elektrischen Ladestation 20 zum Bordnetz 12. Der Ladesteckverbinder 18 ist hinsichtlich des bestimmungsgemäßen Betriebs für eine elektrische Bemessungsspannung von vorliegend 500 V ausgebildet. Die Messungsspannung ist größer als die Bordnetzspannung U_Batt.
  • Aus 1 ist ersichtlich, dass die elektrische Anlage 28 einen Spannungswandler 22 umfasst, der vorliegend als DC/DC-Wandler nach Art eines Tiefsetzstellers ausgebildet ist. Um die maximal mögliche Ladeleistung beim Zuführen von elektrischer Energie von der Ladestation 20 zum Bordnetz 12 erreichen zu können, stellt die Ladestation 20 eine elektrische Spannung bereit, die der Bemessungsspannung des Ladesteckverbinders 18 entspricht. Vorliegend sind dies somit etwa 500 V.
  • Aus 1 ist ferner ersichtlich, dass der Ladesteckverbinder 18 mittels des Spannungswandlers 22 das Bordnetz 12 elektrisch koppelt. In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Spannungswandler 22 in einer kostenoptimierten Version für eine unidirektionale Energiewandlung ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung ist deshalb lediglich ein Zuführen von elektrischer Energie von der Ladestation 20 zum Bordnetz 12 möglich. Alternativ kann der Spannungswandler 22 aber auch bidirektional ausgeführt sein, um die Funktionalität des bidirektionalen Ladens noch zu gewährleisten.
  • Aus der 1 ist ferner ersichtlich, dass die Ladestation 20 ein Ladekabel 34 aufweist, welches endseitig beziehungsweise anschlussseitig einen komplementär zum Ladesteckverbinder 18 ausgebildeten Ladesteckverbinder 38 aufweist. Der Ladesteckverbinder 36 kann nach Art einer Steckverbindung mit dem Ladesteckverbinder 18 des Kraftfahrzeugs 10 mechanisch und elektrisch gekoppelt werden, um die elektrische Verbindung zwischen dem Ladesteckverbinder 18 und der Ladestation 20 herstellen zu können.
  • Aus 1 ist weiterhin ersichtlich, dass die elektrische Anlage 28 eine elektrische Antriebseinrichtung 24 umfasst, die dem Antrieb des Kraftfahrzeugs 10 dient. Die Antriebseinrichtung 24 ist von der elektrischen Anlage 28 umfasst und an das Bordnetz 12 der elektrischen Anlage 28 angeschlossen. Die Antriebseinrichtung 24 umfasst eine nicht weiter spezifizierte rotierende elektrische Maschine 38, die über einen entsprechend angepasst ausgebildeten Wechselrichter 40 an das Bordnetz 12 angeschlossen ist. Das Bordnetz 12 stellt die Bordnetzspannung U_Batt bereit.
  • An das Bordnetz 12 sind ferner weitere elektrische Einrichtungen beziehungsweise Einheiten angeschlossen, die mit dem Symbol 42 gekennzeichnet sind. Das Bordnetz 12 umfasst ferner eine Hochvoltbatterie 26 als elektrischen Energiespeicher, die vorliegend 90 Batteriezellen umfasst, die in Reihe geschaltet sind. Die einzelnen Batteriezellen sind in der 1 nicht dargestellt. Jede der Batteriezellen stellt im entladenen Zustand eine Zellenspannung von 3,4 V und im aufgeladenen Zustand eine Zellenspannung von 4,2 V zur Verfügung. Dadurch, dass die Bordnetzspannung U_Batt von der Hochvoltbatterie 26 bestimmt ist, ergibt sich ein Spannungsbereich für die Bordnetzspannung U_Batt von 306 V im entladenen Zustand bis 378 V im aufgeladenen Zustand. Je nach Art der Hochvoltbatterie kann die Spannung natürlich variieren. Sie kann darüber hinaus auch von der Art der jeweils gewählten Zellchemie der Batteriezellen abhängig sein. In der vorliegenden Ausgestaltung sind die Batteriezellen als Lithium-Ion-Batteriezellen ausgebildet. Die Gesamtkapazität der Hochvoltbatterie 26 ist vorliegend etwa 90 kWh.
  • Mit dem Spannungswandler 22, der vorliegend als Tiefsetzsteller ausgebildet ist, wird die von der Ladestation 20 zugeführte elektrische Leistung bei einer Spannung von 500 V in die entsprechende aktuelle Bordnetzspannung U_Batt gewandelt. Dabei weist der Spannungswandler 22 vorliegend einen Wirkungsgrad von etwa 99% auf.
  • Dadurch, dass die maximal mögliche Übertragungsleistung des Ladesteckverbinders 18 ausgenutzt werden kann, kann die Ladeleistung, die von der Ladestation 20 bereitgestellt wird, maximiert werden. Begrenzt wird die Ladeleistung lediglich durch den Ladesteckverbinder 18, der vorliegend standardisiert ist.
  • Dadurch, dass auch die elektrische Anlage 28 des Kraftfahrzeugs 10 standardisierte Komponenten aufweist, ist es mit der Erfindung möglich, lediglich durch Hinzufügung des Spannungswandlers 22 die Ladezeit zu verkürzen und/oder die Ladeleistung zu erhöhen. Dabei berücksichtigt die Erfindung, dass die Hochvoltbatterie 26 die Ladeleistung nicht begrenzt. Die Begrenzung ist kraftfahrzeugseitig durch den Ladesteckverbinder 18 gegeben. Wäre der Spannungswandler 22 nicht vorhanden, würde die Ladespannung, die von der Ladestation 20 bereitzustellen ist, der Bordnetzspannung U_Batt entsprechen. Dadurch, dass die Bordnetzspannung U_Batt jedoch mittels des Spannungswandlers 22 von der Ladespannung, die durch die Ladestation 20 bereitgestellt wird, elektrisch entkoppelt ist, kann die Ladeleistung entsprechend erhöht werden. Der Spannungswandler 22 passt die von der Ladestation 20 bereitgestellte Ladespannung der Bordnetzspannung U_Batt an. Dabei ist zu beachten, dass die Ladeleistung unter Berücksichtigung des hohen Wirkungsgrads des Spannungswandlers 22 nahezu erhalten bleibt, sodass ein Ladestrom bordnetzseitig höher ist, als er von der Ladestation 20 bereitgestellt wird.
  • Beträgt beispielsweise der Ladestrom am Steckverbinder 18 etwa 200 A, kann eine Ladedauer ohne Spannungswandler 22 von 81 Minuten erreicht werden. Wird der Spannungswandler 22 hinzugefügt, so wie es in 1 dargestellt ist, und die Ladespannung auf 500 V erhöht, um die maximale Spannungsfestigkeit des Ladesteckverbinders 18 voll auszunutzen, kann die Ladedauer auf 58 Minuten reduziert werden. Entsprechende Verhältnisse ergeben sich, wenn der Ladestrom am Steckverbinder 18 350 A beträgt, wobei die Ladedauer ohne den Spannungswandler 22 46 Minuten betragen würde, wohingegen sie mit dem Spannungswandler 22 auf 34 Minuten begrenzt werden kann. Bei einem Ladestrom von 500 A am Ladesteckverbinder 18 kann ohne den Spannungswandler 22 eine Ladedauer von 32 Minuten erreicht werden. Wird hingegen der Spannungswandler 22 genutzt, wie es mit der Erfindung anhand von 1 dargestellt ist, kann die Ladedauer auf 25 Minuten reduziert werden.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß 1 verdeutlicht also, wie mittels der Erfindung die Ladezeit deutlich reduziert werden kann, weil die Ladeleistung, die bei modernen Kraftfahrzeugen 10 durch den Ladesteckverbinder 18 begrenzt ist, verbessert werden kann.
  • 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung für eine elektrische Anlage 30 eines Kraftfahrzeugs 10, welches ebenso wie das Kraftfahrzeug 10 der 1 ein Elektrofahrzeug ist. Die in 2 dargestellten Komponenten entsprechen denen, wie sie bereits anhand des ersten Ausführungsbeispiels zur 1 erläutert worden sind, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Im Folgenden sollen lediglich die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 erläutert werden.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, ist im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 1 die elektrische Antriebseinrichtung 24 nunmehr nicht am Bordnetz unmittelbar angeschlossen, sondern stattdessen ladesteckverbinderseitig unmittelbar am Spannungswandler 22 und somit auch an dem Ladesteckverbinder 18. Der Spannungswandler 22 ist vorliegend für eine bidirektionale Energiewandlung ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, die Antriebseinrichtung 24 hinsichtlich der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs 10 im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb angepasst mit elektrischer Spannung aus dem Bordnetz 14 zu versorgen. Dadurch ist es möglich, die Spannungsversorgung der elektrischen Antriebseinrichtung 24 hinsichtlich des Wirkungsgrads während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs zu optimieren. Alternativ oder ergänzend kann natürlich auch vorgesehen sein, dass die Spannungsversorgung für die Antriebseinrichtung 24 zur Bereitstellung einer möglichst gleichmäßigen oder hohen Fahrleistung auch bei einer entladenen Hochvoltbatterie 26 bereitgestellt wird oder eine Drehzahl der elektrischen Maschine 38 möglichst hoch gehalten wird.
  • 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit einer elektrischen Anlage 32 des Kraftfahrzeugs 10, die ein Bordnetz 16 umfasst. Dem Grunde nach basiert diese Ausgestaltung auf der Ausgestaltung, wie sie bereits anhand von 2 erläutert worden ist, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird.
  • Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 2 ist bei der Ausgestaltung gemäß 3 vorgesehen, dass auch die weiteren elektrischen Einheiten beziehungsweise Einrichtungen, die mit dem Bezugszeichen 42 gekennzeichnet sind, nunmehr ladesteckverbinderseitig am Spannungswandler 22 angeschlossen sind. Der Spannungswandler 22 ist somit ausschließlich für den Anschluss der Hochvoltbatterie 26 vorgesehen. Dadurch kann nicht nur die Spannungsversorgung für die Antriebseinrichtung 24 gemäß der Fahrsituation angepasst werden, wie zuvor erläutert, sondern auch die weiteren Hochvoltkomponenten, die mit dem Bezugszeichen 42 dargestellt sind, können entsprechend unabhängig von der aktuellen Bordnetzspannung U_Batt der Hochvoltbatterie 26 betrieben werden.
  • Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken. Die für das erfindungsgemäße Verfahren angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich gleichermaßen auch für das mit der elektrischen Anlage der Erfindung ausgerüstete Kraftfahrzeug und umgekehrt. Insofern können für Verfahrensmerkmale auch Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt formuliert sein.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    Bordnetz
    14
    Bordnetz
    16
    Bordnetz
    18
    Ladesteckverbinder
    20
    Ladestation
    22
    Spannungswandler
    24
    Antriebseinrichtung
    26
    Hochvoltbatterie
    28
    elektrische Anlage
    30
    elektrische Anlage
    32
    elektrische Anlage
    34
    Ladekabel
    36
    Ladesteckverbinder
    38
    elektrische Maschine
    40
    Wechselrichter
    42
    elektrische Einrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015101187 A1 [0006]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Standard LV123 [0018]
    • Norm LV123 [0019]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Zuführen von elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen elektrischen Ladestation (20) zu einem elektrischen Bordnetz (12, 14, 16) eines Kraftfahrzeugs (10), welches eine elektrische Bordnetzspannung (U_Batt) bereitstellt, wobei die Ladestation (20) an einen mit dem Bordnetz (12, 14, 16) elektrisch gekoppelten Ladesteckverbinder (18) angeschlossen wird, der für einen Betrieb bei einer elektrischen Bemessungsspannung ausgebildet ist, die größer als die Bordnetzspannung (U_Batt) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (20) eine elektrische Spannung bereitstellt, die der Bemessungsspannung entspricht, und der Ladesteckverbinder (18) mit dem Bordnetz (12, 14, 16) mittels eines Spannungswandlers (22) gekoppelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (22) elektrische Energie bidirektional wandelt und eine elektrische Antriebseinrichtung (24) des Kraftfahrzeugs (10) über den Spannungswandler (22) aus dem Bordnetz (14, 16) mit elektrischer Energie versorgt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs (10) die der Antriebseinrichtung (24) mittels des Spannungswandlers (22) bereitgestellte elektrische Spannung abhängig von einem Wirkungsgrad der Antriebseinrichtung (24) eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (22) ausschließlich einen elektrischen Energiespeicher (26) des Bordnetzes (16) mit dem Ladesteckverbinder (18) energietechnisch bidirektional koppelt.
  5. Elektrische Anlage (28, 30, 32) eines Kraftfahrzeugs (10), mit einem elektrischen Bordnetz (12, 14, 16), welches eine elektrische Bordnetzspannung (U_Batt) bereitstellt, und einem mit dem Bordnetz (12, 14, 16) elektrisch gekoppelten Ladesteckverbinder (18) zum Zuführen von elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen elektrischen Ladestation (20) zum Bordnetz (12, 14, 16), wobei der Ladesteckverbinder (18) für einen Betrieb bei einer elektrischen Bemessungsspannung ausgebildet ist, die größer als die Bordnetzspannung (U_Batt) ist, gekennzeichnet durch einen Spannungswandler (22) zum elektrischen Koppeln der eine elektrische Spannung in Höhe von der Bemessungsspannung bereitstellenden Ladestation (20) mit dem Bordnetz (12, 14, 16).
  6. Elektrische Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ladesteckverbinderseitig eine elektrische Antriebseinrichtung (24) des Kraftfahrzeugs (10) unmittelbar am Spannungswandler (22) angeschlossen ist.
  7. Elektrische Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bordnetz (16) einen elektrischen Energiespeicher (26) umfasst und die elektrische Anlage (32) ausgebildet ist, mittels des Spannungswandlers (22) ausschließlich den Energiespeicher (26) mit dem Ladesteckverbinder (18) energietechnisch bidirektional zu koppeln.
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