DE102017213682A1

DE102017213682A1 - Akkuladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betreiben einer kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung, Hochvoltbordnetz und Verwendung einer Akkuladevorrichtung

Info

Publication number: DE102017213682A1
Application number: DE102017213682.0A
Authority: DE
Inventors: Franz Pfeilschifter; Martin Götzenberger
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2019-02-07
Also published as: JP2020529823A; WO2019030125A1; US20200180453A1; US11207993B2; KR102419697B1; JP7078709B2; KR20200035124A; CN110945740A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Akkuladevorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), welche zur Anordnung im Kraftfahrzeug (1) ausgebildet ist, mit einer ersten Stufe (11), welche ein Leistungskorrekturfilter (14) aufweist, und einer zweiten Stufe (12), welche einen Wechselrichter (15) aufweist, wobei die erste Stufe (11) mit der zweiten Stufe (12) über einen Zwischenpunkt (20) elektrisch verbunden ist, wobei der Zwischenpunkt (20) direkt mit einem Einspeisungsanschluss (21) für Gleichspannung elektrisch verbunden ist, welcher zu direkten elektrischen Kopplung mit einem Hochvoltbordnetz (2) des Kraftfahrzeugs (1) eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Akkuladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Akkuladevorrichtung ist zur Anordnung im Kraftfahrzeug ausgebildet. Weiterhin weist die Akkuladevorrichtung eine erste Stufe auf, welche ein Leistungskorrekturfilter aufweist und die Akkuladevorrichtung weist eine zweite Stufe auf, welche einen Wechselrichter aufweist. Die erste Stufe ist mit der zweiten Stufe über einen Zwischenpunkt elektrisch verbunden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer dementsprechenden kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug, mit einer dementsprechenden kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung. Zudem betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Akkuladevorrichtung.
Akkuladvorrichtungen sind bekannt. Vorliegend betrifft die Erfindung eine im Kraftfahrzeug verbaute Akkuladevorrichtung für Wechselspannung. An die Akkuladevorrichtung wird üblicherweise eine kraftfahrzeugexterne Wechselspannungsquelle angeschlossen, um einen Hochvoltakku des Kraftfahrzeugs aufzuladen. Der Hochvoltakku dient beispielsweise der Energieversorgung einer Traktionseinheit des Kraftfahrzeugs. Die im Kraftfahrzeug verbaute Akkuladevorrichtung kann auch als OBC (On-Board Charger) bezeichnet werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Akkuladevorrichtung, ein Verfahren, ein Hochvoltbordnetz sowie eine Verwendung einer Akkuladevorrichtung zu schaffen, mit welchem bzw. bei welchem eine funktionsreichere Nutzung der Akkuladevorrichtung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Akkuladevorrichtung, ein Verfahren, ein Hochvoltbordnetz und eine Verwendung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Eine erfindungsgemäße Akkuladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug ist zur Anordnung im Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Akkuladevorrichtung weist eine erste Stufe auf, welche einen Leistungskorrekturfilter aufweist, und die Akkuladevorrichtung weist eine zweite Stufe auf, welche einen Wechselrichter aufweist. Die erste Stufe ist mit der zweiten Stufe, insbesondere nur, über einen Zwischenpunkt elektrisch verbunden. Als ein wichtiger Gedanke ist vorgesehen, dass der Zwischenpunkt direkt mit einem Einspeisungsanschluss der Akkuladevorrichtung elektrisch verbunden ist, welcher zur direkten elektrischen Kopplung mit einem Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Akkuladevorrichtung neben ihrer Funktion als Gleichrichter auch als Gleichspannungswandler genutzt werden kann. Insbesondere kann die zweite Stufe der Akkuladevorrichtung als Gleichspannungswandler genutzt werden.
Vorteilhaft ist die Nutzung der Akkuladevorrichtung als Gleichspannungswandler, da nun auf einen separaten Gleichspannungswandler im Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs verzichtet werden kann. Die Akkuladevorrichtung ist durch den Einspeisungsanschluss also dazu ausgebildet die Funktion eines Gleichspannungswandlers zu übernehmen.
Besonders vorteilhaft ist die Nutzung der zweiten Stufe als Gleichspannungswandler, da die zweite Stufe durch einen insbesondere in der zweiten Stufe angeordneten Trafo bzw. Transformator eine galvanische Trennung zwischen dem Einspeisungsanschluss und einem Ausgabeanschluss der zweiten Stufe bereitstellt. Durch die galvanische Trennung kann beispielswiese eine 400 V Seite mit einer 800 V Seite sicher verbunden werden. So kann beispielsweise am Einspeisungsanschluss eine elektrische Spannung von 400 V anliegen, während am Ausgabeanschluss eine elektrische Spannung von 800 V anliegt. In bestimmten Fehlerfällen, wie beispielsweise einem durchlegierten Halbleiterschalter, welcher zu einem ungewollten Dauer-An führt sind die Konsequenzen für das Hochvoltbordnetz dadurch geringer, als wenn die erste Stufe der Akkuladevorrichtung zur Gleichspannungswandlung genutzt werden würde.
Der Einspeisungsanschluss ist insbesondere nur zum Einspeisen von elektrischer Gleichspannung ausgebildet. Der Einspeisungsanschluss kann beispielsweise als Steckverbinder ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Zwischenpunkt direkt mit dem Wechselrichter der zweiten Stufe elektrisch verbunden ist. Der Wechselrichter ist insbesondere als erster Wechselrichter der zweiten elektrischen Stufe ausgebildet und ist dadurch bezüglich des Einspeisungsanschlusses vor einem weiteren Wechselrichter der zweiten Stufe und/oder einem Trafo der zweiten Stufe in der zweiten Stufe angeordnet. Der Zwischenpunkt kann beispielsweise auf einer Verbindungsleitung zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe angeordnet sein oder aber direkt an dem Wechselrichter der zweiten Stufe. Durch das Anordnen des Zwischenpunkts direkt an dem Wechselrichter wird die Akkuladevorrichtung effektiver betrieben, da eine kürzere Leitung für den Einspeisungsanschluss benötigt wird und so Störinduktivitäten kleiner ausfallen.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Stufe an einer den Zwischenpunkt abgewandten Seite der zweiten Stufe mit einem Ausgabeanschluss, insbesondere direkt, elektrisch verbunden ist, wobei die zweite Stufe eingerichtet ist während der Kopplung des Zwischenpunkts mit einer ersten elektrischen Gleichspannung eine von der ersten elektrischen Gleichspannung unterschiedliche zweite elektrische Spannung bereitzustellen. Vorzugsweise weist die zweite elektrische Stufe einen Wechselrichter und einen Gleichrichter auf, welche über einen Trafo elektrisch miteinander verbunden sind. Durch die beiden Stromrichter ist es der zweiten Stufe möglich bei Eingabe der ersten elektrischen Gleichspannung die zweite elektrische Gleichspannung auszugeben bzw. bereitzustellen. Vorzugsweise wird die Akkuladevorrichtung genutzt, um Gleichspannung hochzusetzen. Dementsprechend ist die zweite elektrische Gleichspannung vorzugsweise größer, insbesondere doppelt so hoch, wie die erste elektrische Gleichspannung. Die erste elektrische Gleichspannung kann beispielsweise 400 V betragen während die zweite elektrische Gleichspannung beispielsweise 800 V betragen kann.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Stufe einen Gleichrichter, welcher bezüglich des Zwischenpunkts vor dem Leistungsfaktorkorrekturfilter angeordnet ist, aufweist. Insbesondere ist die Akkuladevorrichtung als Wechselspannungsakkuladevorrichtung ausgebildet. Es wird also insbesondere eine kraftfahrzeugexterne Wechselspannungsquelle an die Akkuladevorrichtung angeschlossen. Diese Wechselspannung von der kraftfahrzeugexternen Wechselspannungsquelle wird zuerst in den Gleichrichter der ersten Stufe geführt und dann unmittelbar in den Leistungsfaktorkorrekturfilter. Die erste Stufe der Akkuladevorrichtung wird vorzugsweise nicht zur Gleichspannungswandlung genutzt, da die erste Stufe keinen Trafo und somit keine galvanische Trennung bereitstellen kann.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Stufe einen Transformator bzw. einen Trafo, welcher bezüglich des Zwischenpunkts nach dem Wechselrichter angeordnet ist, und/oder einen Gleichrichter, welcher bezüglich des Zwischenpunkts nach dem Wechselrichter angeordnet ist, aufweist. Durch den Transformator wird eine galvanische Trennung zwischen dem Zwischenpunkt und dem Ausgabeanschluss bereitgestellt. Die Akkuladevorrichtung wird also sicherer betrieben. Durch den Gleichrichter der zweiten Stufe wird die am Transformator vorherrschende Wechselspannung wieder in Gleichspannung umgewandelt.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die dem Zwischenpunkt abgewandte Seite der ersten Stufe mit einem Ladeanschluss für Wechselspannung elektrisch verbunden ist, welche eingerichtet ist direkt mit einer kraftfahrzeugexternen Wechselspannungsquelle elektrisch verbunden zu werden. Der Ladeanschluss ist insbesondere auch zum mehrphasigen Anschluss einer Wechselspannung, insbesondere Dreiphasenwechselspannung bzw. als Drehstromanschluss ausgebildet. Der Ladeanschluss kann beispielsweise als Steckverbindung ausgebildet sein. Die kraftfahrzeugexterne Wechselspannungsquelle kann beispielsweise als öffentliche Ladesäule ausgebildet sein.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Stufe und die zweite Stufe durch einen Kondensator elektrisch verbunden sind und der Zwischenpunkt zwischen dem Kondensator und der zweiten Stufe angeordnet ist. Durch das Anordnen des Zwischenpunkts zwischen dem Kondensator und der zweiten Stufe wird die erste Gleichspannung also näher am Wechselrichter der zweiten Stufe eingespeist, als dies der Fall wäre, wenn der Zwischenpunkt zwischen der ersten Stufe und dem Kondensator angeordnet ist. Der Kondensator ist insbesondere als parallelgeschalteter Kondensator beziehungsweise als Glättungskondensator ausgebildet. Der Kondensator bildet einen Tiefpass, der zu Masse geführt wird.
Durch den Kondensator können Wechselspannungsanteile nach Masse abgeleitet werden.
Es kann aber auch sein, dass der Zwischenpunkt zwischen der ersten Stufe und dem Kondensator angeordnet ist.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Stufe drei Phasen aufweist und der Zwischenpunkt, und insbesondere der Ausgabeanschluss, nur mit einer der drei Phasen elektrisch verbunden ist. Dadurch wird lediglich eine der drei Phasen der zweiten Stufe für die Gleichspannungswandlung bzw. Gleichspannungsanpassung genutzt. Vorteilhaft ist dies, da weniger elektrische Verbindungen benötigt werden als wenn zwei oder drei Phasen der zweiten Stufe zum Anpassen der Gleichspannung genutzt werden würden.
Alternativ kann es vorzugsweise aber auch vorgesehen sein, dass die zweite Stufe drei Phasen aufweist und der Zwischenpunkt, und insbesondere der Ausgabeanschluss, mit zumindest zwei der drei Phasen elektrisch verbunden ist. Durch das Verbinden des Zwischenpunkts mit zumindest zwei der drei Phasen können mehrere Phasen der zweiten Stufe zur Spannungsanpassung bzw. Gleichspannungsanpassung genutzt werden. Vorteilhaft an der Nutzung von den zumindest zwei Phasen ist, dass Gleichspannung mit einer höheren Leistung angepasst werden kann. Beispielsweise ist die zweite Stufe der Akkuladevorrichtung, falls der Zwischenpunkt nur mit einer der Phasen elektrisch verbunden ist, lediglich für eine Leistung von im Wesentlichen 3, 6 kW Gleichstrom ausgelegt, während die zweite Stufe bei der Verbindung des Zwischenpunkts mit allen drei Phasen für bis zu 11 kW Gleichstrom ausgelegt sein kann.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine kraftfahrzeugseitige Akkuladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug betrieben. Es wird eine erste elektrische Gleichspannung aus einem Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs an einem Einspeisungsanschluss der Akkuladevorrichtung in die Akkuladevorrichtung eingekoppelt und, insbesondere direkt, über einen Zwischenpunkt zu einer zweiten Stufe der Akkuladevorrichtung weitergeführt. Die erste elektrische Gleichspannung wird in der zweiten Stufe zu einer von der ersten elektrischen Gleichspannung unterschiedlichen zweiten elektrischen Gleichspannung angepasst und insbesondere wird die zweite elektrische Gleichspannung nach dem Anpassen an einem Ausgabeanschluss der Akkuladevorrichtung bereitgestellt.
Vorzugsweise wird die Akkuladevorrichtung - neben ihrer eigentlichen Funktion als Wechselspannungsladevorrichtung für einen Hochvoltakku des Kraftfahrzeugs - zum Hochsetzen von Gleichspannung betrieben. Es wird also die erste elektrische Gleichspannung in der zweiten Stufe zur zweiten elektrischen Gleichspannung hochgesetzt. Vorzugsweise wird die erste elektrische Gleichspannung bis zu doppelt so hoch gesetzt, sodass die zweite elektrische Gleichspannung dann bis zu zwei Mal so groß ist wie die erste elektrische Gleichspannung.
Weiterhin vorzugsweise kann die zweite Stufe auch bezüglich einer Sollausgangsspannung der Akkuladevorrichtung gesteuert werden. So kann die Sollausgangsspannung beispielsweise als die zweite Gleichspannung eingestellt bzw. vorgegeben werden. Die zweite Stufe, insbesondere der Gleichrichter der zweiten Stufe, kann dazu anhand eines Steuersignals derart geregelt werden, dass die Sollausgangsspannung am Ausgabeanschluss bereitgestellt wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug. Das Hochvoltbordnetz weist eine kraftfahrzeugseitige erfindungsgemäße Akkuladevorrichtung auf. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise als reines Elektrofahrzeug oder aber Hybridfahrzeug ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein Einspeisungsanschluss der Akkuladevorrichtung direkt mit einem Einspeiseschalter des Hochvoltbordnetzes elektrisch verbunden ist. Über den Einspeiseschalter kann dann gesteuert werden, ob eine zweite Stufe der Akkuladevorrichtung zum Anpassen von elektrischer Gleichspannung genutzt werden soll. Bei Schließen des Einspeiseschalters wird vorzugsweise eine erste elektrische Gleichspannung zur zweiten Stufe zugeführt und insbesondere wird dann an einem Ausgabeanschluss der zweiten Stufe eine zweite elektrische Gleichspannung bereitgestellt. Der Einspeiseschalter ist vorzugsweise als Schütz ausgebildet.
Weiterhin ist der Einspeiseschalter vorzugsweise als Plus- und Minusschalter ausgebildet, sodass Plus und Minus gleichzeitig weggeschaltet werden können. Der Einspeiseschalter ermöglicht also insbesondere eine allpolige Unterbrechung bzw. Wegschaltung.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Einspeiseschalter auf einer der Akkuladevorrichtung abgewandten Seite des Einspeiseschalters, insbesondere direkt, mit einer Gleichstromladeleitung, welche direkt mit einer kraftfahrzeugexternen Gleichspannungsquelle elektrisch koppelbar ist, elektrisch verbunden ist. Durch das Koppeln des Einspeiseschalters mit der Gleichstromladeleitung kann beispielsweise Gleichstrom von der Gleichspannungsquelle ohne großen Aufwand direkt zum Einspeiseanschluss geführt werden. Vorteilhaft ist dies wenn die Gleichspannungsquelle beispielsweise nur 400 V bereitstellt, im Hochvoltbordnetz aber 800 V, beispielsweise für Hochvoltverbraucher, benötigt werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Einspeise schalter auf einer der Akkuladevorrichtung abgewandten Seite des Einspeiseschalters, insbesondere direkt und/oder insbesondere schalterlos, mit einem Hochvoltakku des Hochvoltbordnetzes elektrisch verbunden ist.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Einspeiseschalter auf einer der Akkuladevorrichtung abgewandten Seite des Einspeiseschalters, insbesondere direkt und/oder insbesondere schalterlos, mit einem Hochvoltbordnetzzweig, welcher zumindest einen Hochvoltverbraucher aufweist, des Hochvoltbordnetzes elektrisch verbunden ist. Der Hochvoltverbraucher kann beispielsweise als Heizeinheit oder Klimakompressor ausgebildet sein. Insbesondere ist der Hochvoltbordnetzzweig als nicht-stabilisierter Bordnetzzweig ausgebildet.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Verwendung einer zweiten Stufe einer kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung als Gleichspannungswandler zum Wandeln von Gleichspannung, welche über einen direkt mit einem Zwischenpunkt der Akkuladevorrichtung verbundenen Einspeisungsanschluss der Akkuladevorrichtung in die Akkuladevorrichtung eingespeist wird, wobei der Zwischenpunkt zwischen der zweiten Stufe und einer ersten Stufe der Akkuladevorrichtung angeordnet ist.
Bei der Verwendung der Akkuladevorrichtung des Kraftfahrzeugs, welche als Wechselspannungsladevorrichtung ausgebildet ist, zur Gleichspannungsanpassung bzw. Gleichspannungswandlung, wird eine erste elektrische Gleichspannung aus einem Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs, insbesondere nur, in die zweite Stufe der Akkuladevorrichtung eingespeist und eine zweite elektrische Gleichspannung wird von, insbesondere der zweiten Stufe, der Akkuladevorrichtung ausgegeben.
Vorteilhafte Ausführungen der Akkuladevorrichtung sind als vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens und des Hochvoltbordnetzes anzusehen. Die gegenständlichen Komponenten der Akkuladevorrichtung und des Hochvoltbordnetzes sind jeweils dazu ausgebildet, die jeweiligen Verfahrensschritte durchzuführen.
Direkt elektrisch verbunden bedeutet vorliegend insbesondere, dass eine Verbindung ohne Änderung der Spannungshöhe oder der Stromart vorliegt. Weiterhin bedeutet direkt elektrisch verbunden insbesondere, dass die Verbindung schalterlos, wandlerlos und inverterlos vorliegt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. 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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochvoltbordnetzes mit einer Akkuladevorrichtung;
2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Hochvoltbordnetzes mit der Akkuladevorrichtung;
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Hochvoltbordnetzes mit der Akkuladevorrichtung, wobei ein Einspeiseschalter der Akkuladevorrichtung direkt mit einem Hochvoltakku des Hochvoltbordnetzes elektrisch verbunden ist;
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Hochvoltbordnetzes mit der Akkuladevorrichtung, wobei der Einspeiseschalter direkt mit einem Hochvoltbordnetzzweig des Hochvoltbordnetzes elektrisch verbunden ist; und
5 eine schematische Darstellung eines Hochvoltbordnetzes mit einer Akkuladevorrichtung, wobei die Akkuladevorrichtung in einer dritten Stufe einen Gleichspannungswandler aufweist.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1, mit einem Hochvoltbordnetz 2. Das Hochvoltbordnetz 2 weist eine Akkuladevorrichtung 3 auf. Die Akkuladevorrichtung 3 ist als kraftfahrzeuginterne Wechselspannungsakkuladevorrichtung ausgebildet. Zu diesem Zweck weist die Akkuladevorrichtung 3 einen Ladeanschluss 4 auf. Der Ladeanschluss 4 ist dazu ausgelegt direkt und gleichrichterlos mit einer Wechselspannungsquelle 5 elektrisch verbunden zu werden. Die Wechselspannungsquelle 5 ist kraftfahrzeugextern angeordnet und kann beispielsweise als öffentliche Ladesäule ausgebildet sein oder aber als privater Hausanschluss.
Weiterhin weist das Hochvoltbordnetz 2 einen Hochvoltakku 6 auf. Der Hochvoltakku 6 kann beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Hochvoltakku 6 als umschaltbarer Akku ausgebildet, welcher mit einer Nennspannung von 400 V oder 800 V betrieben werden kann. So kann der Hochvoltakku 6 beispielsweise zwei Akkueinheiten aufweisen, welche parallel oder in Reihe geschaltet werden können. Durch Parallelschalten der Akkueinheiten wird der Hochvoltakku 6 dann beispielsweise mit 400 V betrieben werden. Alternativ kann der Hochvoltakku 6 durch in Serie schalten der Akkueinheiten mit 800 V betrieben werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist das Hochvoltbordnetz 2 auch einen Gleichspannungsladeanschluss 7 auf. Der Gleichspannungsladeanschluss 7 ist dazu ausgebildet direkt mit einer kraftfahrzeugexternen Gleichspannungsquelle 8 elektrisch verbunden zu werden. Der Gleichspannungsladeanschluss 7 wird insbesondere spannungsanpassungslos mit der Gleichspannungsquelle 8 verbunden. Die Gleichspannungsquelle 8 kann beispielsweise als öffentliche Gleichspannungsladesäule ausgebildet sein.
Weiterhin weist das Hochvoltbordnetz 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel auch einen Traktionsinverter 9 und eine Traktionseinheit 10 auf. Die Traktionseinheit 10 ist insbesondere als Hauptantriebseinheit des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Akkuladevorrichtung 3 mit einem Ausführungsbeispiel des Hochvoltbordnetzes 2.
Die Akkuladevorrichtung 3 weist eine erste Stufe 11 und zweite Stufe 12 auf. Die erste Stufe 11 umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Gleichrichter 13 und ein Leistungsfaktorkorrekturfilter 14. Der Gleichrichter 13 ist bezüglich des Ladeanschlusses 4 der Akkuladevorrichtung 3 vor das Leistungsfaktorkorrekturfilter 14 angeordnet.
Die zweite Stufe 12 der Akkuladevorrichtung 3 weist einen Wechselrichter 15, einen Transformator 16 und einen Gleichrichter 17 auf.
Zwischen der ersten Stufe 11 und der zweiten Stufe 12 ist ein Kondensator 18 angeordnet. Über den Kondensator 18 sind die erste Stufe 11 und die zweite Stufe 12 miteinander elektrisch verbunden. Der Kondensator 18 ist parallelgeschalteter Kondensator beziehungsweise als Glättungskondensator ausgebildet und vorliegend symbolhaft als Kasten dargestellt.
Durch einer dem Ladeanschluss 4 entgegengesetzten Seite der Akkuladevorrichtung 3 weist die Akkuladevorrichtung 3 einen Ausgabeanschluss 19 auf. Der Ausgabeanschluss 19 ist direkt mit dem Gleichrichter 17 der zweiten Stufe 12 elektrisch verbunden.
Weiterhin ist die erste Stufe 11 mit der zweiten Stufe 12 über einen Zwischenpunkt 20 elektrisch verbunden. Der Zwischenpunkt 20 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel zwischen dem Kondensator 18 und der zweiten Stufe 12 angeordnet. Direkt mit dem Zwischenpunkt 20 verbunden sind somit insbesondere der Kondensator 18, der Wechselrichter 15 und ein Einspeisungsanschluss 21. Der Einspeisungsanschluss 21 kann beispielsweise als Steckverbindung ausgebildet sein und ist dazu ausgebildet mit elektrischer Gleichspannung aus dem Hochvoltbordnetz 2 versorgt zu werden bzw. mit dem Hochvoltbordnetz 2 direkt und spannungsanpassungslos mit dem Hochvoltbordnetz 2 elektrisch gekoppelt zu werden. Von dem Zwischenpunkt 20 aus gesehen folgt nach dem Einspeisungsanschluss ein Einspeiseschalter 22. Der Einspeiseschalter 22 ist dazu ausgebildet die Einspeisung von Gleichstrom über den Einspeisungsanschluss 21 zu unterbrechen oder zu ermöglichen bzw. freizuschalten.
Über den Einspeisungsanschluss 21 wird eine erste elektrische Gleichspannung 23 in die Akkuladevorrichtung 3 eingespeist, falls der Einspeiseschalter 22 geschlossen ist. Die erste elektrische Gleichspannung 22 wird dann durch die zweite Stufe 12 angepasst, insbesondere hochgesetzt, und schließlich am Ausgabeanschluss 19 als eine zweite elektrische Gleichspannung 24 bereitgestellt. Dadurch wird also die zweite Stufe 12 zum Anpassen von Gleichspannung aus dem Hochvoltbordnetz 2 verwendet. Das Anpassen der Gleichspannung kann beispielsweise nötig sein, falls die Gleichspannungsquelle 8 lediglich eine unpassende Spannung für beispielsweise den Traktionsinverter 9, die Traktionseinheit 10 oder den Hochvoltakku 6 bereitstellt. Es kann aber auch sein, dass der Hochvoltakku 6 nicht die Gleichspannung bereitstellen kann, welche einer Nennspannungsauslegung des Traktionsinverter 9 oder der Traktionseinheit 10 entspricht. So kann der Hochvoltakku 6 beispielsweise durch zwei Akkueinheiten ausgebildet sein, welche beispielsweise in Serie oder parallel geschalten sind. Fällt beispielsweise eine der beiden Akkueinheiten aus, so kann der Hochvoltakku 6 trotzdem noch mit einer Akkueinheit betrieben werden, dann aber lediglich beispielsweise 400 V bereitstellen anstatt 800 V.
Das Hochvoltbordnetz 2 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel auch einen Niedergleichspannungswandler 25 auf. Der Niedergleichspannungswandler 25 führt ein Tiefstellen der Gleichspannung des Hochvoltbordnetzes 2 durch, sodass ein Niedervoltverbraucher 26 mit Niederspannung 27 versorgt werden kann. Die Niederspannung 27 beträgt insbesondere 12 V.
Weiterhin weist das Hochvoltbordnetz 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel einen ersten Schalter 28 und einen zweiten Schalter 29 auf. Der erste Schalter 28 ist zwischen den Ausgabeanschluss 19 und den Hochvoltakku 6 angeordnet. Der zweite Schalter 29 hingegen ist zwischen dem Einspeiseschalter 22 und dem Hochvoltakku 6 angeordnet. Durch den ersten Schalter 28 kann eine direkte Verbindung zwischen dem Traktionsinverter 9 und dem Hochvoltakku 6 unterbrochen werden. Die Verbindung kann dann beispielsweise über den geschlossenen zweiten Schalter 29, den geschlossenen Einspeiseschalter 22 und die zweite Stufe 12 vom Hochvoltakku 6 vom Traktionsinverter 9 hergestellt werden.
Über den zweiten Schalter 29 kann eine direkte Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle 8 und dem Hochvoltakku 6 unterbrochen werden. Die Verbindung kann nun alternativ beispielsweise über den geschlossenen Einspeiseschalter 22, die zweite Stufe 12 und den geschlossenen ersten Schalter 28 hergestellt werden. Dies ist beispielsweise vorgesehen, falls der Hochvoltakku 6 bei 800 V betrieben wird und die Gleichspannungsquelle 8 lediglich 400 V bereitstellen kann.
Die erste Stufe 11 und die zweite Stufe 12 der Akkuladevorrichtung 3 können beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein oder aber jeweils separat oder aber in verschiedenen Teilgehäusen. Auch der Ladeanschluss 4 kann beispielsweise in dem Gehäuse der Akkuladevorrichtung 3 angeordnet sein oder aber außerhalb des Gehäuses und dann mit einer Stromleitung mit der ersten Stufe 11 elektrisch verbunden. Auch der Einspeisungsanschluss 21 oder der Ausgabeanschluss 19 können beispielsweise außerhalb oder innerhalb des Gehäuses der Akkuladevorrichtung 3 angeordnet sein. Auch der Einspeiseschalter 22 kann beispielsweise außerhalb oder innerhalb des Gehäuses der Akkuladevorrichtung 3 angeordnet sein. Die Akkuladevorrichtung 3 kann beispielsweise auch gehäuselos ausgebildet sein oder für jedes einzelne Bauteil ein separates Gehäuse aufweisen. Vorzugsweise ist die Akkuladevorrichtung 3 allerdings kompakt ausgebildet, so dass die Bestandteile der Akkuladevorrichtung 3 möglichst nahe und bauraumsparend zueinander angeordnet sind.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Wechselspannungsquelle 5 über einen Wechselspannungsschalter 30 mit dem Hochvoltbordnetz 2 verbindbar. Auch die Gleichspannungsquelle 8 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel über einen Gleichspannungsschalter 31 mit dem Hochvoltbordnetz 2 elektrisch verbindbar.
Gemäß 2 ist der Kasten mit dem Bezugszeichen 3 also als Grenze, oder insbesondere Gehäuse, der Akkuladevorrichtung 3 zu sehen, während die übrigen durchgezogenen Linien als elektrische Leitungen gesehen werden können. Die elektrischen Leitungen sind insbesondere mehrphasig ausgebildet.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hochvoltbordnetzes 2 mit einem ersten Bordnetzzweig 32 und einem zweiten Bordnetzzweig 33. Der erste Bordnetzzweig 32 umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Heizeinheit 34 und einen Klimakompressor 35. Der erste Bordnetzzweig 32 kann weitere Hochvoltverbraucher aufweisen. Der zweite Bordnetzzweig 33 umfasst den Niedergleichspannungswandler 25 und den Niedervoltverbraucher 26. Auch der zweite Bordnetzzweig 33 kann weitere Niedervoltverbraucher aufweisen.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der erste Bordnetzzweig 32 als nicht stabilisierter Bordnetzzweig ausgebildet und der zweite Bordnetzzweig 33 ist als stabilisierter Bordnetzzweig ausgebildet. Ein Bordnetz ist stabilisiert, wenn für dieses mit einem verbundenen Gleichspannungswandler variabel eine von der Nennspannung des Hochvoltakkus 6 abweichende Spannung eingestellt werden kann.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass der zweite Bordnetzzweig 33, d. h. der stabilisierte Bordnetzzweig nicht mit dem Ladeanschluss 4 elektrisch verbunden ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Zwischenpunkt 20 nicht mit dem zweiten Bordnetzzweig 33 direkt elektrisch verbunden ist. Zu diesem Zweck ist der zweite Bordnetzzweig 33 vom ersten Bordnetzzweig 32 über einen dritten Schalter 36 abtrennbar. Durch den dritten Schalter 36 kann der zweite Bordnetzzweig 33 also vom Hochvoltbordnetz 22 abgetrennt werden. Dies ist insbesondere sinnvoll, falls der Einspeiseschalter 22 und der erste Schalter 28 geschlossen sind. Durch den geöffneten dritten Schalter 36 wird dann eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Zwischenpunkt 20 und dem zweiten Bordnetzzweig 33 unterbunden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Einspeiseschalter 22 also direkt und schalterlos mit dem Hochvoltakku 6 elektrisch verbunden.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hochvoltbordnetzes 2. Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist die zweite Stufe 12 drei Phasen auf und der Zwischenpunkt 20 und vorzugsweise auch der Ausgabe 19 sind nur mit einer Phase der drei Phasen der zweiten Stufe 12 elektrisch verbunden.
In der zweiten Stufe 12 liegt der Wechselrichter 15, der Transformator 16 und der Gleichrichter 17 der zweiten Stufe 12 gemäß dem Ausführungsbeispiel jeweils für eine der drei Phasen vor.
Weiterhin ist gemäß dem Ausführungsbeispiel an dem Niedergleichspannungswandler 25 ein Niedervoltakku 37 angeschlossen. Der Niedervoltakku 37 ist vorzugsweise als 12 V-Akku ausgebildet.
Das Hochvoltbordnetz 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel weist einen vierten Schalter 38 und einen fünften Schalter 39 auf. Der vierte Schalter 38 ist derart im Hochvoltbordnetz 2 angeordnet, dass eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Niedergleichspannungswandler 25 und dem Hochvoltakku 6 unterbrochen werden kann. Der fünfte Schalter 39 hingegen ist derart im Hochvoltbordnetz 2 angeordnet, dass eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Ausgabeanschluss 19 und dem Niedergleichspannungswandler 25 unterbrochen werden kann.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hochvoltbordnetzes 2. Die Akkuladevorrichtung 3 weist gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform eine dritte Stufe 41 auf. Die dritte Stufe 41 ist zwischen der zweiten Stufe 12 und dem Ausgabeanschluss 19 angeordnet. Die dritte Stufe 41 der Akkuladevorrichtung 3 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Gleichspannungswandler 40 auf. Der Gleichspannungswandler 40 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel zwischen dem Gleichrichter 17 der zweiten Stufe 12 und dem Ausgabeanschluss 19 angeordnet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist zwischen der zweiten Stufe 12 und der dritten Stufe 41 ein Verbindungspunkt 42 angeordnet. Die zweite Stufe 12 und die dritte Stufe 41 sind dann nur über den Verbindungspunkt 42 elektrisch verbunden. Die Spannungsanpassung von der ersten elektrischen Gleichspannung 23 zur zweiten elektrischen Gleichspannung 24 wird gemäß dem Ausführungsbeispiel nur durch den Gleichspannungswandler 40 der dritten Stufe 41 durchgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Hochvoltbordnetz
3: Akkuladevorrichtung
4: Ladeanschluss
5: Wechselspannungsquelle
6: Hochvoltakku
7: Gleichspannungsladeanschluss
8: Gleichspannungsquelle
9: Traktionsinverter
10: Traktionseinheit
11: erste Stufe
12: zweite Stufe
13: Gleichrichter der ersten Stufe
14: Leistungsfaktorkorrekturfilter
15: Wechselrichter
16: Transformator
17: Gleichrichter der zweiten Stufe
18: Kondensator
19: Ausgabeanschluss
20: Zwischenpunkt
21: Einspeisungsanschluss
22: Einspeiseschalter
23: erste elektrische Gleichspannung
24: zweite elektrische Gleichspannung
25: Niedergleichspannungswandler
26: Niedervoltverbraucher
27: Niederspannung
28: erster Schalter
29: zweiter Schalter
30: Wechselspannungsschalter
31: Gleichspannungsschalter
32: erster Bordnetzzweig
33: zweiter Bordnetzzweig
34: Heizeinheit
35: Klimakompressor
36: dritter Schalter
37: Niedervoltakku
38: vierter Schalter
39: fünfter Schalter
40: Gleichspannungswandler
41: dritte Stufe
42: Verbindungspunkt

Claims

Akkuladevorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), welche zur Anordnung im Kraftfahrzeug (1) ausgebildet ist, mit einer ersten Stufe (11), welche ein Leistungsfaktorkorrekturfilter (14) aufweist, und einer zweiten Stufe (12), welche einen Wechselrichter (15) aufweist, wobei die erste Stufe (11) mit der zweiten Stufe (12) über einen Zwischenpunkt (20) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenpunkt (20) direkt mit einem Einspeisungsanschluss (21) für Gleichspannung (23) elektrisch verbunden ist, welcher zur direkten elektrischen Koppelung mit einem Hochvoltbordnetz (2) des Kraftfahrzeugs (1) eingerichtet ist.
Akkuladevorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenpunkt (20) direkt mit dem Wechselrichter (15) der zweiten Stufe (12) elektrisch verbunden ist.
Akkuladevorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe (12) an einer dem Zwischenpunkt (20) abgewandten Seite der zweiten Stufe (12) mit einem Ausgabeanschluss (19) elektrisch verbunden ist, wobei die zweite Stufe (12) eingerichtet ist während der Kopplung des Zwischenpunkts (20) mit einer ersten elektrischen Gleichspannung (23) eine von der ersten elektrischen Gleichspannung (23) unterschiedliche zweite elektrische Gleichspannung (24) bereitzustellen.
Akkuladevorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe (11) einen Gleichrichter (13), welcher bezüglich des Zwischenpunkts (20) vor dem Leistungsfaktorkorrekturfilter (14) angeordnet ist, aufweist.
Akkuladevorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe (12) einen Transformator (16), welcher bezüglich des Zwischenpunkts (20) nach dem Wechselrichter (15) angeordnet ist, aufweist und/oder einen Gleichrichter (17), welcher bezüglich des Zwischenpunkts (20) nach dem Wechselrichter (15) angeordnet ist, aufweist.
Akkuladevorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Zwischenpunkt (20) abgewandte Seite der ersten Stufe (11) mit einem Ladeanschluss (4) für Wechselspannung elektrisch verbunden ist, welcher eingerichtet ist direkt mit einer kraftfahrzeugexternen Wechselspannungsquelle (5) elektrisch verbunden zu werden.
Akkuladevorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe (11) und die zweite Stufe (12) durch einen Kondensator (18) elektrisch verbunden ist und der Zwischenpunkt (20) zwischen dem Kondensator (18) und der zweiten Stufe (12) angeordnet ist.
Akkuladevorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe (12) drei Phasen aufweist und der Zwischenpunkt (20) nur mit einer der drei Phasen elektrisch verbunden ist.
Akkuladevorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe (12) drei Phasen aufweist und der Zwischenpunkt (20) mit zumindest zwei der drei Phasen elektrisch verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben einer kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), bei welcher eine erste elektrische Gleichspannung (23) aus einem Hochvoltbordnetz (2) des Kraftfahrzeugs (1) an einem Einspeisungsanschluss (21) der Akkuladevorrichtung (3) in die Akkuladevorrichtung (3) eingekoppelt wird und über einen Zwischenpunkt (20) zu einer zweite Stufe (12) der Akkuladevorrichtung (3) weitergeführt wird, wobei die erste elektrische Gleichspannung (23) in der zweiten Stufe (12) auf eine von der ersten elektrischen Gleichspannung (23) unterschiedlichen zweiten elektrischen Gleichspannung (24) angepasst wird.
Hochvoltbordnetz (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einer kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Hochvoltbordnetz (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einspeisungsanschluss (21) der Akkuladevorrichtung (3) direkt mit einem für Gleichspannung eingerichteten Einspeiseschalter (22) des Hochvoltbordnetzes elektrisch verbunden ist.
Hochvoltbordnetz (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspeiseschalter (22) direkt mit einem Hochvoltakku (6) des Hochvoltbordnetzes (2) elektrisch verbunden ist.
Hochvoltbordnetz (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspeiseschalter (22) direkt mit einem Hochvoltbordnetzzweig (32), welcher zumindest einen Hochvoltverbraucher (9, 10, 34, 35) aufweist, des Hochvoltbordnetzes (2) elektrisch verbunden ist.
Verwendung einer zweiten Stufe (12) einer kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung (3) als Gleichspannungswandler zum Wandeln von Gleichspannung (23), welche über einen direkt mit einem Zwischenpunkt der Akkuladevorrichtung (3) verbundenen Einspeisungsanschluss (21) der Akkuladevorrichtung (3) in die Akkuladevorrichtung (3) eingespeist wird, wobei der Zwischenpunkt (20) zwischen der zweiten Stufe (12) und einer ersten Stufe (11) der Akkuladevorrichtung (3) angeordnet ist.