DE102017006199A1

DE102017006199A1 - Ladevorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs, sowie Fahrzeug mit einer solchen Ladevorrichtung

Info

Publication number: DE102017006199A1
Application number: DE102017006199.8A
Authority: DE
Inventors: Urs Böhme; Jörg Weigold
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2019-01-03
Also published as: WO2019001943A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (26) zum Laden eines zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichers (12) eines Fahrzeugs, mit einer Konvertereinrichtung (28), welche aufweist:
- einen ersten Betriebszustand, in welchem die Konvertereinrichtung (28) eine erste Spannungslage einer Energiequelle zum Laden des Energiespeichers (12) in eine zum Laden des Energiespeichers (12) vorgesehene zweite Spannungslage umwandelt, wenn die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage abweicht; und
- einen zweiten Betriebszustand, in welchem eine durch die Konvertereinrichtung (28) bewirkte Umwandlung der ersten Spannungslage unterbleibt, wenn die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage entspricht;
wobei die Konvertereinrichtung (28) aufweist:
- elektrotechnische Drosseln (30), über welche die Konvertereinrichtung (28) von der Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers (12) in dem ersten Betriebszustand und in dem zweiten Betriebszustand leitet; und
- eingangsseitig mit den Drosseln (30) verbundene Halbleiterschalter (36), welche mit den Drosseln (30) einen galvanisch gekoppelten Abwärtswandler (38) bilden, mittels welchem die Konvertereinrichtung (28) in dem ersten Betriebszustand die erste Spannungslage in die zweite Spannungslage umwandelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden eines zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichers eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer solchen Ladevorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.
Eine solche Ladevorrichtung zum Laden eines zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichers eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie ein solches Fahrzeug mit einer solchen Ladevorrichtung sind beispielsweise bereits der DE 10 2015 101 187 A1 als bekannt zu entnehmen. Dabei weist die Ladevorrichtung eine Konvertereinrichtung auf, welche wiederum einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand aufweist beziehungsweise zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand umschaltbar und somit, insbesondere wahlweise, in dem ersten Betriebszustand und in dem zweiten Betriebszustand betreibbar ist.
In dem ersten Betriebszustand wandelt die Konvertereinrichtung eine erste Spannungslage einer Energiequelle zum Laden des Energiespeichers in eine zum Laden des Energiespeichers vorgesehene zweite Spannungslage um, wenn die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage abweicht. Mit anderen Worten ist in dem ersten Betriebszustand mittels der Konvertereinrichtung die erste Spannungslage der Energiequelle in die zweite Spannungslage umwandelbar, wenn die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage abweicht, wobei beispielsweise die zweite Spannungslage vorgesehen beziehungsweise erforderlich ist, um den Energiespeicher mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom, die beziehungsweise der von der Energiequelle bereitgestellt wird, zu laden. Die Konvertereinrichtung ist somit dazu ausgebildet, die zweite Spannungslage zum Laden des Energiespeichers einzustellen, da die zweite Spannungslage zum Laden des Energiespeichers vorgesehen beziehungsweise erforderlich ist. Insbesondere ist die zweite Spannungslage eine Spannungslage des Energiespeichers. Mit anderen Worten kann beispielsweise der Energiespeicher die zweite Spannungslage aufweisen beziehungsweise erfordern.
In dem zweiten Betriebszustand unterbleibt eine durch die Konvertereinrichtung bewirkte Umwandlung der ersten Spannungslage, wenn die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage entspricht. Mit anderen Worten, entspricht die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage, so wandelt die Konvertereinrichtung die erste Spannungslage nicht in die zweite Spannungslage um, da die erste Spannungslage bereits ausreicht beziehungsweise hinreichend hoch oder niedrig ist, um den Energiespeicher mit von der Energiequelle bereitgestellter elektrischer Energie über die Ladevorrichtung zu laden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ladevorrichtung und ein Fahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Umwandlung der ersten Spannungslage in die zweite Spannungslage realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Ladevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden eines zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildeten Energiespeichers eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Der Energiespeicher ist beispielsweise eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), wobei die Batterie auch als Traktionsbatterie bezeichnet wird. Dabei umfasst beispielsweise das Fahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den Energiespeicher, insbesondere die Batterie, und wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs beziehungsweise das Kraftfahrzeug insgesamt antreibbar ist. Da die elektrische Maschine dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Rad des Kraftfahrzeugs beziehungsweise das Kraftfahrzeug insgesamt anzutreiben, wird die elektrische Maschine auch als Traktionsmaschine bezeichnet. Um das wenigstens eine Rad beziehungsweise das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine anzutreiben, wird diese in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Hierzu wird die elektrische Maschine mit in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie versorgt. Somit wird in dem Motorbetrieb die Traktionsmaschine mittels des Energiespeichers mit elektrischer Energie versorgt, sodass die Batterie auch als Traktionsbatterie bezeichnet wird.
Durch Versorgen der elektrischen Maschine mit in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie wird der Energiespeicher entladen. Dies bedeutet, dass eine Menge an in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie abnimmt. Die Ladevorrichtung wird dabei genutzt, um den Energiespeicher zu laden, das heißt um die in dem Energiespeicher gespeicherte Menge an elektrischer Energie wieder zu erhöhen. Hierzu wird über die Ladevorrichtung elektrische Energie, welche von einer Energiequelle bereitgestellt wird, zu dem Energiespeicher geleitet und insbesondere in dem Energiespeicher eingespeist.
Dabei umfasst die Ladevorrichtung eine Konvertereinrichtung, welche einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand aufweist. Mit anderen Worten ist die Konvertereinrichtung zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand umschaltbar und somit, insbesondere wahlweise, in dem ersten Betriebszustand und in dem zweiten Betriebszustand betreibbar. In dem ersten Betriebszustand wandelt die Konvertereinrichtung eine erste Spannungslage der genannten Energiequelle zum Laden des Energiespeichers in eine zum Laden des Energiespeichers vorgesehene beziehungsweise erforderliche zweite Spannungslage, insbesondere des Energiespeichers, um, wenn die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage abweicht. Dies bedeutet, dass die zweite Spannungslage vorgesehen beziehungsweise erforderlich ist, um den Energiespeicher zu laden beziehungsweise laden zu können. Die zweite Spannungslage ist somit beispielsweise eine Spannungslage des Energiespeichers, welcher die zweite Spannungslage beispielsweise benötigt, um geladen zu werden. Die Konvertereinrichtung beziehungsweise die Ladevorrichtung insgesamt ist somit dazu ausgebildet, die etwaig von der zweiten Spannungslage abweichende erste Spannungslage in die zweite Spannungslage umzuwandeln, um dadurch den Energiespeicher besonders vorteilhaft laden zu können. Somit ist mittels der Konvertereinrichtung in dem ersten Betriebszustand die erste Spannungslage der Energiequelle in die zweite Spannungslage, insbesondere des Energiespeichers, umwandelbar.
In dem zweiten Betriebszustand unterbleibt eine durch die Konvertereinrichtung bewirkte Umwandlung der ersten Spannungslage, wenn die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage entspricht. Mit anderen Worten, weicht die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage ab, wobei beispielsweise ein Unterschied zwischen den Spannungslagen einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, so wird die Konvertereinrichtung in dem ersten Betriebszustand betrieben beziehungsweise die Konvertereinrichtung nimmt ihren ersten Betriebszustand ein, sodass die erste Spannungslage in die zweite Spannungslage umgewandelt wird. Dadurch kann der Energiespeicher dann und insbesondere auch dann geladen werden, wenn die Energiequelle die erste Spannungslage bereitstellt, welche von der zweiten Spannungslage abweicht. Entspricht jedoch die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage beziehungsweise unterschreitet eine etwaige Differenz zwischen den Spannungslagen den zuvor genannten Schwellenwert, so wird die Konvertereinrichtung in dem zweiten Betriebszustand betrieben beziehungsweise die Konvertereinrichtung nimmt ihren zweiten Betriebszustand ein, sodass dann, wenn die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage entspricht, die Konvertereinrichtung die erste Spannungslage nicht umwandelt. Entspricht die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage, so eignet sich die erste Spannungslage ohne mittels der Konvertereinrichtung umgewandelt zu werden, um den Energiespeicher zu laden beziehungsweise laden zu können. Mit anderen Worten, entspricht die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage, so ist die erste Spannungslage - ohne mittels der Konvertereinrichtung umgewandelt worden zu sein beziehungsweise umgewandelt zu werden - bereits hinreichend gering beziehungsweise hinreichend hoch, um mittels der ersten Spannungslage den Energiespeicher zu laden beziehungsweise laden zu können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einer beziehungsweise unter der jeweiligen Spannungslage nicht notwendigerweise eine elektrische Spannung an sich, sondern beispielsweise ein jeweiliger Wert einer solchen elektrischen Spannung zu verstehen. Somit charakterisiert beziehungsweise bezeichnet beispielsweise die erste Spannungslage einen ersten Wert oder erste Werte einer ersten elektrischen Spannung, welche von der Energiequelle bereitgestellt wird. Die zweite Spannungslage bezeichnet beziehungsweise charakterisiert beispielsweise einen zweiten Wert oder zweite Werte einer zweiten elektrischen Spannung, welche vorgesehen beziehungsweise erforderlich ist, um den Energiespeicher zu laden beziehungsweise beispielsweise welche von der Ladevorrichtung beziehungsweise von der Konvertereinrichtung bereitgestellt wird, um mittels der zweiten elektrischen Spannung beziehungsweise der zweiten Spannungslage den Energiespeicher zu laden.
Darunter, dass in dem zweiten Betriebszustand eine Umwandlung der ersten Spannungslage unterbleibt, ist somit insbesondere zu verstehen, dass der erste Wert der ersten elektrischen Spannung nicht geändert wird beziehungsweise dass der zweite Wert der zweiten elektrischen Spannung dem ersten Wert der ersten elektrischen Spannung entspricht, wobei jedoch in dem zweiten Betriebszustand gegebenenfalls die erste elektrische Spannung an sich in die zweite elektrische Spannung an sich umgewandelt werden kann. Unter der im ersten Betriebszustand stattfindenden Umwandlung der Spannungslage ist insbesondere zu verstehen, dass der erste Wert der ersten elektrischen Spannung in den zweiten Wert der zweiten elektrischen Spannung umgewandelt wird, sodass sich der zweite Wert von dem ersten Wert unterscheidet. Auf diese Weise kann mittels der Ladevorrichtung der Energiespeicher mittels des zweiten Werts der zweiten elektrischen Spannung beziehungsweise mittels der zweiten elektrischen Spannung geladen werden. Insbesondere ermöglicht es die Ladevorrichtung, den Energiespeicher sowohl dann mittels der zweiten Spannungslage, das heißt beispielsweise mittels des zweiten Werts der zweiten elektrischen Spannung beziehungsweise mittels der zweiten elektrischen Spannung zu laden, wenn die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage entspricht als auch dann, wenn die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage abweicht. Mit anderen Worten ermöglicht es die Ladevorrichtung, den Energiespeicher sowohl dann zu laden, wenn die Energiequelle eine elektrische Spannung mit der zweiten Spannungslage aufweist, als auch dann, wenn die Energiequelle eine elektrische Spannung mit einer von der zweiten Spannungslage unterschiedlichen Spannungslage aufweist.
Um nun die Umwandlung der ersten Spannungslage in die zweite Spannungslage besonders vorteilhaft, insbesondere besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstig realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Konvertereinrichtung elektrotechnische Drosseln aufweist, über welche die Konvertereinrichtung von der Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers in dem ersten Betriebszustand und in dem zweiten Betriebszustand leitet. Mit anderen Worten wird von der Energiequelle bereitgestellte Energie, mit welcher der Energiespeicher geladen wird, sowohl in dem ersten Betriebszustand als auch in dem zweiten Betriebszustand über die Drosseln geleitet, sodass die Drosseln sowohl in dem ersten Betriebszustand als auch in dem zweiten Betriebszustand genutzt werden, um den Energiespeicher zu laden, das heißt um den Energiespeicher mit von der Energiequelle bereitgestellter elektrischer Energie zu versorgen.
Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Konvertereinrichtung eingangsseitig mit den Drosseln verbundene Halbleiterschalter aufweist, welche mit den Drosseln einen galvanisch gekoppelten Abwärtswandler bilden. Der Abwärtswandler wird auch als Tiefsetzsteller, Abwärtsregler oder, englisch, als Step-Down-Converter oder Buck-Converter bezeichnet, wobei mittels des Abwärtswandlers die Konvertereinrichtung in dem ersten Betriebszustand die erste Spannungslage in die zweite Spannungslage umwandelt. Dies bedeutet, dass der Abwärtswandler in dem ersten Betriebszustand die Halbleiterschalter und die Drosseln nutzt, um die erste Spannungslage in die zweite Spannungslage umzuwandeln. Somit werden die Drosseln sowohl in dem ersten Betriebszustand als auch in dem zweiten Betriebszustand genutzt, um elektrische Energie zum Aufladen des Energiespeichers zu führen beziehungsweise zu leiten. Hierdurch ist eine Mehrfach- beziehungsweise Doppelnutzung der Drosseln realisiert, sodass die Teileanzahl und somit die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf der beispielsweise als Bordlader (On-Board-Loader) ausgebildeten Ladevorrichtung besonders gering gehalten werden können. Im Folgenden ist mit Bordlader eine Vorrichtung bezeichnet, welche einem deutschen Fachmann im Allgemeinen auch als An-Bord-Lader oder besser On-Board-Loader bekannt ist.
Durch die Nutzung der Drosseln und der Halbleiterschalter zum Bilden des Abwärtswandlers kann ein separater Konverter, insbesondere ein separater Gleichspannungswandler, wie er im Stand der Technik vorgesehen ist, vermieden werden, da ein solcher Gleichspannungswandler durch die beschriebene Schaltung aus den Drosseln und den Halbleiterschaltern unter Bildung des Abgaswandlers vermieden werden kann. Gleichzeitig ermöglicht es die Ladevorrichtung, den Energiespeicher sowohl dann zu laden, wenn die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage entspricht als auch dann, wenn die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage abweicht. Beispielsweise ausgehend von einem Lader, welcher die Halbleiterschalter und somit den Abgaswandler nicht umfasst, kann bei der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung ein besonders hoher Wirkungsgrad eines solchen Laders beibehalten und auch bei der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung umgesetzt werden, sodass die erfindungsgemäße Ladevorrichtung ein besonders effizientes und effektives Laden des Energiespeichers ermöglicht. Ferner kann ein zuvor genannter Lader besonders einfach zu der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung ergänzt beziehungsweise erweitert werden, wobei ein grundsätzlicher Aufbau des genannten Laders zumindest nahezu unverändert bleiben kann. Im Vergleich zu einem solchen Lader entsteht ein nur minimaler Mehraufwand an Bauteilen, wobei jedoch der zuvor genannte Lader alleine es nicht ermöglicht, den Energiespeicher dann aufzuladen, wenn die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage abweicht. Herkömmlicherweise muss dann ein zusätzlich zu dem Lader vorgesehener und separat vom Lader ausgebildeter Gleichspannungswandler zum Einsatz kommen, was nun jedoch erfindungsgemäß vermieden werden kann. Ausgehend von einem solchen Lader, welcher beispielsweise bereits die Drosseln aufweist, können die Halbleiterschalter in den Lader integriert werden, um dadurch den Abwärtswandler zu bilden, welcher in den Lader integriert wird beziehungsweise ist. Der Abwärtswandler kann beispielsweise die erste Spannungslage auf die zweite Spannungslage herabsetzen. Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung ermöglicht es im Vergleich zu herkömmlichen Ladevorrichtungen ferner, wenigstens eine Sicherung in dem Energiespeicher, wenigstens zwei Hochvolt-Leitungen und einen Y-Verteiler, insbesondere des Fahrzeugs, entfallen zu lassen, sodass der Bauraumbedarf, das Gewicht und die Kosten des Fahrzeugs insgesamt besonders gering gehalten werden können.
Es ist denkbar, dass die zweite Spannungslage 400 Volt betragen kann. Entspricht die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage, so beträgt beispielsweise die erste Spannungslage 400 Volt. Weicht beispielsweise die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage ab, so beträgt beispielsweise die erste Spannungslage 800 Volt. Davon unterschiedliche Werte sind ohne weiteres denkbar. Die erste Spannungslage ist beispielsweise eine Spannungslage einer Gleichspannung, wobei alternativ oder zusätzlich die zweite Spannungslage beispielsweise die Spannungslage einer Gleichspannung ist.
Im Vergleich zu dem zuvor genannten Lader kommen bei der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung beispielsweise lediglich die Halbleiterschalter zusätzlich zum Einsatz, welche insbesondere an einem netzseitigen Eingang der Drosseln derart angeschlossen und insbesondere derart mit den Drosseln elektrisch verbunden sind, dass die Drosseln und die Halbleiterschalter den genannten Abwärtswandler bilden, welcher galvanisch gekoppelt ist. Unter einem solchen galvanisch gekoppelten Abwärtswandler ist insbesondere zu verstehen, dass der Abwärtswandler einen Eingang und einen Ausgang aufweist, welche galvanisch miteinander gekoppelt beziehungsweise verbunden sind. Durch den Einsatz der Halbleiterschalter wird die Möglichkeit beibehalten, den Energiespeicher zu laden, wenn die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage entspricht. Des Weiteren wird durch die Verwendung der Halbleiterschalter eine zusätzliche Möglichkeit geschaffen, um den Energiespeicher auch dann zu laden, wenn die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage abweicht. Die Realisierung dieser beiden Lademöglichkeiten kann dabei ohne übermäßige konstruktive baulichen Maßnahmen realisiert werden, sodass eine besonders vorteilhafte Nutzbarkeit der Ladevorrichtung ohne übermäßige Kosten-, Gewichts- und Bauraumzunahme dargestellt werden kann.
Unter der zuvor genannten Ausgestaltung der Ladevorrichtung als Bordlader ist insbesondere zu verstehen, dass die Ladevorrichtung Bestandteil beziehungsweise Komponente des Fahrzeugs und nicht etwa eine separat von dem Fahrzeug ausgebildete und in dessen Umgebung angeordnete Komponente ist, sondern die Ladevorrichtung ist insbesondere an beziehungsweise in dem Fahrzeug gehalten beziehungsweise angeordnet.
Um den Energiespeicher besonders vorteilhaft laden und dabei die Teileanzahl, das Gewicht und den Bauraumbedarf der Ladevorrichtung besonders gering halten zu können, ist es in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Drosseln Teile eines Leistungsfaktorkorrekturfilters der Konvertereinrichtung sind. Die Drosseln werden somit nicht nur in den Betriebszuständen genutzt, um von der Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie zu dem Energiespeicher zu führen, sondern die Drosseln bilden, gegebenenfalls mit weiteren Bauteilen, einen Leistungsfaktorkorrekturfilter, sodass die Drosseln beispielsweise als PFC-Drosseln (PFC - Powerfactor Correction - Leistungsfaktorkorrekturfilter) ausgebildet sind. Die Drosseln sind dabei beispielsweise in einer Totem-Pole-Schaltung angeordnet beziehungsweise vorgesehen, sodass der Leistungsfaktorkorrekturfilter beispielsweise eine Totem-Pole-Schaltung aufweist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Konvertereinrichtung einen galvanisch getrennten Gleichspannungswandler aufweist, sodass beispielsweise der Gleichspannungswandler in die Ladevorrichtung, das heißt insbesondere in den zuvor genannten Bordlader beziehungsweise Lader, integriert ist. Der Gleichspannungswandler weist dabei beispielsweise einen Ausgang und einen Eingang auf, wobei der Eingang des Gleichspannungswandlers und der Ausgang des Gleichspannungswandlers galvanisch voneinander getrennt sind.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Gleichspannungswandler mit einem Ausgang des Abwärtswandlers verbunden ist. Der Abwärtswandler kann somit über seinen Ausgang beispielsweise eine elektrische Spannung mit der zweiten Spannungslage bereitstellen, sodass die elektrische Spannung mit der zweiten Spannungslage an den Gleichspannungswandler angelegt werden kann. Der Gleichspannungswandler ist dabei ein zusätzlich zu dem Abwärtswandler vorgesehener Wandler, wobei der Abwärtswandler eine Form von eines Gleichspannungswandlers ist. Dabei ist beispielsweise der Abwärtswandler durch eine erste elektrische Schaltung gebildet, wobei der Gleichspannungswandler durch eine zweite elektrische Schaltung gebildet ist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass sich die erste Schaltung und die zweite Schaltung voneinander unterscheiden beziehungsweise dass die erste Schaltung und die zweite Schaltung keine Bauteile zum Bilden der Schaltungen gemeinsam haben.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Gleichspannungswandler einen Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 aufweist, wodurch der Energiespeicher besonders vorteilhaft und insbesondere bauraum-, kosten- und gewichtsgünstig geladen werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung stellt der Abwärtswandler, insbesondere über seinen Ausgang, in dem ersten Betriebszustand und in dem zweiten Betriebszustand eine erste elektrische Spannung mit der zweiten Spannungslage bereit, wobei der Gleichspannungswandler über seinen Eingang die von dem Abwärtswandler bereitgestellte erste elektrische Spannung aufnimmt, in eine zweite elektrische Spannung mit der zweiten Spannungslage umwandelt und die zweite elektrische Spannung bereitstellt. Dadurch kann die Ladevorrichtung eine elektrische Spannung mit der zweiten Spannungslage besonders kosten-, bauraum- und gewichtsgünstig bereitstellen.
Um die Kosten und das Gewicht der Ladevorrichtung besonders gering halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest einer der Halbleiterschalter als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder als MetallOxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ausgebildet ist.
Insbesondere können dabei auch zwei, mehrere oder auch alle Halbleiterschalter als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) und/oder als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ausgebildet sein. In einer alternativen Ausführung der Erfindung hingegen ist zumindest einer der Halbleiterschalter als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder als MetallOxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ausgebildet wobei zumindest ein anderer Halbleiterschalter als Diode ausgeführt sein kann.
Schließlich hat es sich bei dem ersten Aspekt der Erfindung als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Ladevorrichtung als Bordlader beziehungsweise als Bordlader und dadurch als eine Komponente des Fahrzeugs ausgebildet ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem zum Laden eines zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichers, und mit einer Ladevorrichtung mit einer Konvertereinrichtung. Insbesondere ist die Ladevorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die Konvertereinrichtung bei dem zweiten Aspekt der Erfindung weist einen ersten Betriebszustand auf, in welchem die Konvertereinrichtung eine erste Spannungslage einer Energiequelle zum Laden des Energiespeichers in eine zum Laden des Energiespeichers vorgesehene Spannungslage umwandelt, wenn die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage abweicht. Die Konvertereinrichtung weist ferner einen zweiten Betriebszustand auf, in welchem eine durch die Konvertereinrichtung bewirkte Umwandlung der ersten Spannungslage unterbleibt, wenn die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage entspricht.
Um nun die erste Spannungslage besonders einfach und insbesondere besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstig umwandeln zu können, weist die Konvertereinrichtung erfindungsgemäß elektrotechnische Drosseln auf, über welche die Konvertereinrichtung von der Energiequelle bereitgestellte Energie zum Laden des Energiespeichers in dem ersten Betriebszustand und in dem zweiten Betriebszustand leitet. Außerdem weist die Konvertereinrichtung eingangsseitig mit den Drosseln verbundene Halbleiterschalter auf, welche mit den Drosseln einen galvanisch gekoppelten Abwärtswandler bilden, mittels welchem die Konvertereinrichtung in dem ersten Betriebszustand die erste Spannungslage in die zweite Spannungslage umwandelt. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. 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.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung zum Laden eines zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichers eines Fahrzeugs;
2a-c jeweils eine schematische Darstellung eines Schaltzustands des Energiespeichers;
3 ausschnittsweise eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung; und
4 eine schematische Darstellung der Ladevorrichtung gemäß 3.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Ladevorrichtung zum Laden eines zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichers 12 eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet. Das Fahrzeug umfasst beispielsweise in seinem vollständig hergestellten Zustand die Ladevorrichtung 10, den Energiespeicher 12 und wenigstens eine in den Fig. nicht erkennbare elektrische Maschine, welche auch als Traktionsmaschine bezeichnet wird. Mittels der elektrischen Maschine ist wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs beziehungsweise das Kraftfahrzeug insgesamt antreibbar. Hierzu wird die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt, die beziehungsweise der in dem Energiespeicher 12 gespeichert ist. Der Energiespeicher 12 ist beispielsweise als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet. Um beispielsweise besonders hohe elektrische Leistungen zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zu realisieren, weist die Batterie eine Spannungslage von mehreren 100 Volt, insbesondere von 400 Volt, auf, wobei die Spannungslage der HV-Batterie, welche einfach auch als Batterie bezeichnet wird, beispielsweise vorgesehen beziehungsweise erforderlich ist, um den Energiespeicher 12 mit elektrischer Energie zu laden. Mit anderen Worten muss beispielsweise an die Batterie die genannte Spannungslage der Batterie angelegt werden, um die Batterie zu laden.
Wird die elektrische Maschine mit in der Batterie gespeicherter elektrischer Energie versorgt, so nimmt eine in der Batterie gespeicherte Menge an elektrischer Energie ab. Um die in der Batterie (Energiespeicher 12) gespeicherte Menge an elektrischer Energie zu erhöhen, wird die Batterie geladen, insbesondere mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom, die beziehungsweise der von einer Energiequelle bereitgestellt wird. Diese Energiequelle ist insbesondere eine bezogen auf das Kraftfahrzeug externe Energiequelle, die in der Umgebung des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Insbesondere ist die Energiequelle beispielsweise eine Ladesäule. Das Kraftfahrzeug, insbesondere die Ladevorrichtung 10, umfasst beispielsweise eine auch als DC-Box bezeichnete Steckereinrichtung 14, über welche die Ladevorrichtung 10 beziehungsweise der Energiespeicher 12 mit der externen Energiequelle elektrisch verbunden werden kann. Die Energiequelle stellt beispielsweise eine elektrische Spannung mit einer Spannungslage und somit elektrischer Energie bereit, welche, insbesondere über die Steckereinrichtung 14 und die Ladevorrichtung 10, in den Energiespeicher 12 eingespeist werden kann, um dadurch den Energiespeicher 12 mit der von der Energiequelle bereitgestellten elektrischen Energie zu laden.
Die Spannungslage der Energiequelle beziehungsweise die von der Energiequelle bereitgestellte Spannungslage kann dabei der Spannungslage der Batterie beziehungsweise der zum Laden der Batterie vorgesehenen beziehungsweise erforderlichen Spannungslage entsprechen oder die Spannungslage der Energiequelle kann von der zum Laden des Energiespeichers 12 vorgesehenen beziehungsweise erforderlichen Spannungslage abweichen. Somit kann beispielsweise die Spannungslage der Energiequelle 400 Volt betragen, oder aber die Spannungslage der Energiequelle beträgt beispielsweise 800 Volt. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ermöglicht es die Ladevorrichtung 10, den Energiespeicher 12 sowohl dann zu laden, wenn die Spannungslage der Energiequelle der zum Laden des Energiespeichers 12 vorgesehen Spannungslage entspricht als auch dann, wenn die Spannungslage der Energiequelle von der zum Laden des Energiespeichers 12 vorgesehenen Spannungslage abweicht. Mit anderen Worten ermöglicht somit die Ladevorrichtung 10, den Energiespeicher 12 beispielsweise sowohl mittels 400 Volt als auch mittels 800 Volt aufzuladen. Beträgt die Spannungslage der Energiequelle beispielsweise 400 Volt, und wird der Energiespeicher 12 mittels dieser 400 Volt geladen, so wird dies auch als 400-Volt-Laden der Batterie bezeichnet. Beträgt die Spannungslage der Energiequelle beispielsweise 800 Volt, und wird der Energiespeicher 12 mittels der 800 Volt geladen, so wird dies auch als 800-Volt-Laden bezeichnet. Das Laden mit 800 Volt ermöglicht dabei eine besonders hohe Ladeleistung, sodass der Energiespeicher 12 beispielsweise besonders schnell mit einer besonders großen Menge an elektrischer Energie geladen werden kann.
Aus 1 bis 2c ist erkennbar, dass die Ladevorrichtung 10 beziehungsweise die Batterie mehrere Schalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 und S7 aufweisen kann, welche geöffnet und geschlossen werden können. In 1 sind die Schalter S1-7 allesamt geöffnet. Außerdem zeigt 1 besonders schematisch ein Bordnetz 16 des Fahrzeugs, wobei das Bordnetz 16 eine Spannungslage beziehungsweise eine elektrische Spannung von 400 Volt aufweist. Ferner kann die Batterie eine Schützmatrix 18 aufweisen, welche beispielsweise die Schalter S1-7 sowie gegebenenfalls Sicherungen 20 aufweisen kann.
Die Ladevorrichtung 10 ist beispielsweise ein sogenannter Bordlader oder Bordlader, welcher Komponente beziehungsweise Bestandteil des Fahrzeugs ist. Über diesen Bordlader kann die Batterie beispielsweise dann geladen werden, wenn die Spannungslage der Energiequelle der Spannungslage der Batterie entspricht und somit beispielsweise 400 Volt beträgt. Um nun beispielsweise auch das 800-Volt-Laden zu ermöglichen, ist eine zusätzlich zu dem Bordlader vorgesehene, bezüglich des Bordladers externen Komponente 22 vorgesehen, welche als DC/DC-Wandler, das heißt als Gleichspannungswandler, ausgebildet ist. Der Gleichspannungswandler (Komponente 22) und die Schützmatrix 18 sind nur notwendig für das 800-Volt-Laden und stellen somit zusätzliche Bauteile dar, welche entfallen könnten, wenn lediglich das 400-Volt-Laden vorgesehen wäre. Es ist jedoch wünschenswert, nicht nur das 400-Volt-Laden, sondern auch das 800-Volt-Laden zu realisieren, um dadurch die Batterie besonders vorteilhaft und flexibel aufladen zu können. Sind keine entsprechenden Maßnahmen getroffen, so sind zum Realisieren des 800-Volt-Ladens zusätzliche Bauteile in Form der Komponente 22 und der Schützmatrix 18 erforderlich.
2a zeigt die Batterie während des 800-Volt-Ladens. 2b zeigt die Batterie während des 400-Volt-Ladens. Das 800-Volt-Laden und das 400-Volt-Laden sind jeweilige Ladevorgänge, in deren Rahmen elektrische Energie in die Batterie eingespeist wird. Dabei zeigt 2c einen Fahrbetrieb der Batterie. In dem Fahrbetrieb wird die elektrische Maschine mit in der Batterie gespeicherter elektrischer Energie versorgt, sodass die Batterie während des Fahrbetriebs entladen und während des jeweiligen Ladevorgangs geladen wird.
Um sowohl das 400-Volt-Laden als auch das 800-Volt-Laden kosten-, gewichts- und bauraumgünstig realisieren zu können, ist eine Zusammenfassung des Bordladers und der Komponente 22 (Gleichspannungswandler) wünschenswert, wobei die Komponente 22 auch als 800-Volt-/400-Volt-DC/DC-Wandler bezeichnet wird, da die Komponente 22 genutzt wird, um dann, wenn die Spannungslage der Energiequelle 800 Volt beträgt, die von der Energiequelle bereitgestellte Spannungslage von 800 Volt in die zum Laden der Batterie vorgesehene Spannungslage von 400 Volt umzuwandeln.
3 zeigt nun teilweise beziehungsweise ausschnittsweise eine Ladevorrichtung 24 (4) zum Laden des Energiespeichers 12, wobei beispielsweise ein in 3 gezeigter Teil der Ladevorrichtung 24 einen mit 26 bezeichneten Bordlader bildet beziehungsweise Bestandteil eines solchen Bordladers 26 ist. Der Bordlader 26 wird auch als An-BordLader, Lader oder On-Board-Loader bezeichnet und ermöglicht beispielsweise für sich betrachtet das zuvor beschriebene 400-Volt-Laden, insbesondere dann, wenn die Spannungslage der Energiequelle der zum Laden des Energiespeichers 12 vorgesehenen Spannungslage entspricht.
Die Spannungslage der Energiequelle, das heißt die von der Energiequelle bereitgestellte Spannungslage, wird im Folgenden auch als erste Spannungslage bezeichnet, wobei die zum Laden des Energiespeichers 12 vorgesehene beziehungsweise erforderliche Spannungslage, das heißt die Spannungslage des Energiespeichers 12, auch als zweite Spannungslage bezeichnet wird. Der Bordlader 26 ist beispielsweise auch bei der in 1 gezeigten Ladevorrichtung 10 vorgesehen und gemäß 1 um die Komponente 22 und die Schützmatrix 18 ergänzt, um - wie zuvor beschrieben - nicht nur das 400-Volt-Laden, sondern auch das 800-Volt-Laden zu ermöglichen.
Bei der in 3 und 4 veranschaulichten Ladevorrichtung 24 jedoch ist zusätzlich zu dem 400-Volt-Laden auch das 800-Volt-Laden möglich, und zwar mit einer wesentlich geringeren Teileanzahl und somit wesentlich bauraum-, kosten- und gewichtsgünstiger als mittels der in 1 veranschaulichten Ladevorrichtung 10. Bei der Ladevorrichtung 24 nämlich ist die zusätzliche Komponente 22 nicht vorgesehen und nicht erforderlich.
Die Ladevorrichtung 24, insbesondere der Bordlader 26, weist eine im Ganzen mit 28 bezeichnete Konvertereinrichtung auf, welche ihrerseits einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand aufweist beziehungsweise zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand umschaltbar und somit sowohl im ersten Betriebszustand als auch im zweiten Betriebszustand, insbesondere wahlweise, betreibbar ist. In dem ersten Betriebszustand wandelt die Konvertereinrichtung 28 die erste Spannungslage der Energiequelle in die zum Laden des Energiespeichers 12 vorgesehene zweite Spannungslage um, wenn die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage abweicht, das heißt beispielsweise wenn die erste Spannungslage 800 Volt und die zweite Spannungslage 400 Volt beträgt. In dem zweiten Betriebszustand unterbleibt eine durch die Konvertereinrichtung 28 bewirkte Umwandlung der ersten Spannungslage, wenn die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage entspricht. Beträgt bereits die erste Spannungslage 400 Volt, so ist schon die erste Spannungslage geeignet, um den Energiespeicher 12 zu laden, und die erste Spannungslage muss nicht umgewandelt werden und wird nicht umgewandelt.
Um nun sowohl das 400-Volt-Laden als auch das 800-Volt-Laden besonders bauraum-, gewichts- und kostengünstig realisieren zu können, umfasst die Konvertereinrichtung 28 elektrotechnische Drosseln 30, über welche die Konvertereinrichtung 28 von der Energiequelle bereitgestellte Energie zum Laden des Energiespeichers 12 sowohl in dem ersten Betriebszustand als auch in dem zweiten Betriebszustand leitet. Bei dem in den 3 und 4 veranschaulichten Ausführungsbespiel sind die Drosseln 30 als PFC-Drosseln ausgebildet und dabei Bestandteile einer PFC-Schaltung, das heißt eines Leistungsfaktorkorrekturfilters 32, welcher beispielsweise auch Schalter, insbesondere Halbleiterschalter 34, aufweist. Bei dem in 3 und 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die PFC-Schaltung eine Totem-Pole-Schaltung auf. Des Weiteren weist die Konvertereinrichtung 28 - wie aus 4 erkennbar ist - eingangsseitig beziehungsweise netzseitig mit den Drosseln 30 elektrisch verbundene Halbleiterschalter 36 auf, welche zusammen mit den Drosseln 30 einen galvanisch gekoppelten Abwärtswandler 38 bilden, mittels welchem die Konvertereinrichtung 28 in dem ersten Betriebszustand die erste Spannungslage in die zweite Spannungslage umwandelt.
Des Weiteren umfasst die Konvertereinrichtung 28 einen galvanisch getrennten und somit isolierenden Gleichspannungswandler 40, welcher beispielsweise mit einem Ausgang 42 des Abwärtswandlers 38 elektrisch verbunden ist. Dabei weist beispielsweise der Gleichspannungswandler 40 einen Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis ü von 1 auf. Mit anderen Worten gilt vorzugsweise: ü = 1.
Die Energiequelle, welche beispielsweise ein Stromnetz ist beziehungsweise an ein Stromnetz angeschlossen ist, stellt beispielsweise eine erste elektrische Spannung HV1 bereit, welche die erste Spannungslage und somit beispielsweise 800 Volt aufweist.
Insbesondere handelt es sich bei der ersten Spannung HV1 um eine Gleichspannung, wobei die erste Spannung HV1 an die Ladevorrichtung 24, insbesondere über die Steckereinrichtung 14, angelegt wird. Die beispielsweise als IGBTs oder als MOSFETs ausgebildeten Halbleiterschalter 36 sind nun netzseitig beziehungsweise eingangsseitig derart angeschlossen beziehungsweise mit den Drosseln 30 verbunden, dass daraus in Verbindung mit den Drosseln 30 der galvanisch gekoppelte Abwärtswandler 38 resultiert, welcher auch als Step-Down-Konverter bezeichnet wird.
An diesen wird die erste elektrische Spannung HV1 mit der ersten Spannungslage (800 Volt) angelegt. Der Abwärtswandler 38 wandelt die erste elektrische Spannung HV1 mit der ersten Spannungslage von vorliegend 800 Volt in eine zweite elektrische Spannung HV2 mit der zweiten Spannungslage von 400 Volt um. Mit anderen Worten setzt der Abwärtswandler 38 die erste Spannung HV1 beziehungsweise die erste Spannungslage in die zweite elektrische Spannung HV2 beziehungsweise in die zweite Spannungslage herab. Dabei stellt beispielsweise der Abwärtswandler 38 die zweite elektrische Spannung HV2 und somit die zweite Spannungslage an dem Ausgang 42 bereit.
In einer alternativen nicht dargestellten Ausführung der Erfindung ist nur einer der beiden , mit den Drosseln verbundene Halbleiterschalter, insbesondere der in 4 obere dargestellte Halbleiterschalter, beispielsweise als IGBTs oder als MOSFETs ausgebildet und der andere mit den Drosseln verbundene Halbleiterschalter, insbesondere der in 4 untere dargestellte Halbleiterschalter, ist beispielsweise als Diode ausgebildet. Hierdurch kann eine noch weitere Vereinfachung des Systems erreicht werden, was auch zu Kosten-, Gewicht- und Bauraumersparnis beiträgt.
Der Gleichspannungswandler 40 ist über seinen Eingang 44 mit dem Ausgang 42 elektrisch verbunden, sodass die zweite elektrische Spannung HV2 mit der zweiten Spannungslage an den Eingang 44 beziehungsweise an den Gleichspannungswandler 40 angelegt wird. Mittels des galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers 40 wird die zweite elektrische Spannung HV2 mit der zweiten Spannungslage in eine dritte elektrische Spannung HV3 umgewandelt, welche die zweite Spannungslage aufweist. Somit unterbleibt ein durch den Gleichspannungswandler 40 bewirktes Umwandeln der zweiten Spannungslage, sodass zwar die elektrische Spannung HV2 in die elektrische Spannung HV3 gewandelt wird, jedoch weisen die Spannungen HV2 und HV3 die gleiche Spannungslage, nämlich die zweite Spannungslage von 400 Volt, auf.
Weist bereits die erste elektrische Spannung HV1 die zweite Spannungslage von 400 Volt auf, so weisen die elektrischen Spannungen HV1 und HV2 die gleichen Spannungslagen vorliegend in Form von 400 Volt auf, sodass keine mittels des Abwärtswandlers 38 bewirkte Umwandlung der ersten Spannungslage erfolgt.
Insgesamt ist erkennbar, dass der das 400-Volt-Laden ermöglichende Bordlader 26 lediglich dadurch dazu ertüchtigt wird, auch das 800-Volt-Laden zu ermöglichen, dass die Halbleiterschalter 36 vorgesehen und mit den Drosseln 30 zu dem Abwärtswandler 38 verbunden werden. Somit ist das 400-Volt-Laden weiterhin möglich, insbesondere infrastrukturabhängig, wobei auch das 800-Volt-Laden mit erhöhter Ladeleistung darstellbar ist. Der galvanisch getrennte Gleichspannungswandler 40 ermöglicht dabei eine Potenzialtrennung zwischen der gegebenenfalls 800 Volt betragenden ersten Spannungslage und der 400 Volt betragenden zweiten Spannungslage. Somit ist die elektrische Spannung HV3 von der elektrischen Spannung HV2 elektrisch isoliert.
Der Bordlader 26 beziehungsweise die Ladevorrichtung 24 verwenden beispielsweise eine Stern-Spannung der beispielsweise als Hausanschluss ausgebildeten Energiequelle, um als Grundentwicklung für weltweiten Einsatz ausgelegt zu sein. Eine Leistungsskalierung erfolgt beispielsweise unter Verwendung mehrerer Phasen, wodurch der Energiespeicher 12 auch mittels eines in Europa typischen Drehstromnetzes geladen werden kann. Durch Verwendung einer Stern-Spannung ist ein Einsatz von Bauteilen der 600-700-Volt-Spannungsfestigkeitsklasse möglich. Der als isolierender DC/DC-Wandler ausgebildete Gleichspannungswandler 40 weist den genannten Transformator mit dem Übersetzungsverhältnis von 1:1 auf, insbesondere sofern die Spannungslage des Energiespeichers 12 ebenfalls in diesem Spannungsbereich liegt. Ansonsten ist eine Anpassung im Übersetzungsverhältnis denkbar oder eine Anpassung im Modulationsverhältnis der H-Brücke auf der Primärseite des Transformators.
Bezugszeichenliste

10: Ladevorrichtung
12: Energiespeicher
14: Steckereinrichtung
16: Bordnetz
18: Schützmatrix
20: Sicherung
22: Komponente
24: Ladevorrichtung
26: Bordlader
28: Konvertereinrichtung
30: Drosseln
32: Leistungsfaktorkorrekturfilter
34: Halbleiterschalter
36: Halbleiterschalter
38: Abwärtswandler
40: Gleichspannungswandler
42: Ausgang
44: Eingang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015101187 A1 [0002]

Claims

Ladevorrichtung (26) zum Laden eines zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichers (12) eines Fahrzeugs, mit einer Konvertereinrichtung (28), welche aufweist: - einen ersten Betriebszustand, in welchem die Konvertereinrichtung (28) eine erste Spannungslage einer Energiequelle zum Laden des Energiespeichers (12) in eine zum Laden des Energiespeichers (12) vorgesehene zweite Spannungslage umwandelt, wenn die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage abweicht; und - einen zweiten Betriebszustand, in welchem eine durch die Konvertereinrichtung (28) bewirkte Umwandlung der ersten Spannungslage unterbleibt, wenn die erste Spannungslage der zweiten Spannungslage entspricht; dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertereinrichtung (28) aufweist: - elektrotechnische Drosseln (30), über welche die Konvertereinrichtung (28) von der Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers (12) in dem ersten Betriebszustand und in dem zweiten Betriebszustand leitet; und - eingangsseitig mit den Drosseln (30) verbundene Halbleiterschalter (36), welche mit den Drosseln (30) einen galvanisch gekoppelten Abwärtswandler (38) bilden, mittels welchem die Konvertereinrichtung (28) in dem ersten Betriebszustand die erste Spannungslage in die zweite Spannungslage umwandelt.
Ladevorrichtung (24) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseln (30) Teile eines Leistungsfaktorkorrekturfilters (32) der Konvertereinrichtung (28) sind.
Ladevorrichtung (24) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertereinrichtung (28) einen galvanisch getrennten Gleichspannungswandler (40) aufweist.
Ladevorrichtung (24) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (40) mit einem Ausgang (42) des Abwärtswandlers (38) verbunden ist.
Ladevorrichtung (24) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (40) einen Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 aufweist.
Ladevorrichtung (24) nach einem der Ansprüche Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abwärtswandler (38) in dem ersten Betriebszustand und in dem zweiten Betriebszustand eine erste elektrische Spannung (HV2) mit der zweiten Spannungslage bereitstellt, wobei der Gleichspannungswandler (40) über seinen Eingang (44) die erste elektrische Spannung (HV2) aufnimmt, in eine zweite elektrische Spannung (HV3) mit der zweiten Spannungslage umwandelt und die zweite elektrische Spannung (HV3) bereitstellt.
Ladevorrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Halbleiterschalter (36), die mit den Drosseln (30) verbunden sind, als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode oder Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgebildet ist.
Ladevorrichtung (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (24) als Bordlader und dadurch als Komponente des Fahrzeugs ausgebildet ist.
Fahrzeug, mit wenigstens einem zum Laden eines zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichers (12), und mit einer Ladevorrichtung (24) mit einer Konvertereinrichtung (28), welche aufweist: - einen ersten Betriebszustand, in welchem die Konvertereinrichtung (28) eine erste Spannungslage einer Energiequelle zum Laden des Energiespeichers (12) in eine zum Laden des Energiespeichers (12) vorgesehene zweite Spannungslage umwandelt, wenn die erste Spannungslage von der zweiten Spannungslage abweicht; und - einen zweiten Betriebszustand, in welchem eine durch die Konvertereinrichtung (28) bewirkte Umwandlung der ersten Spannungslage unterbleibt, wenn die erste Spannungslage der zweite Spannungslage entspricht; dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertereinrichtung (28) aufweist: - elektrotechnische Drosseln (30), über welche die Konvertereinrichtung (28) von der Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers (12) in dem ersten Betriebszustand und in dem zweiten Betriebszustand leitet; und - eingangsseitig mit den Drosseln (30) verbundene Halbleiterschalter (36), welche mit den Drosseln (30) einen galvanisch gekoppelten Abwärtswandler (38) bilden, mittels welchem die Konvertereinrichtung (28) in dem ersten Betriebszustand die erste Spannungslage in die zweite Spannungslage umwandelt.
Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.