DE102018000491A1 - Storage device for a motor vehicle, in particular for an electric vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Energiespeicher (12), welcher wenigstens zwei Teilstränge (14) zum Speichern von elektrischer Energie aufweist, mit wenigstens einem Ladeanschluss (16), über welchen die Teilstränge (14) mit einer Stromquelle verbindbar und mit von der Stromquelle bereitgestellter elektrischer Energie versorgbar und dadurch zu laden sind, und mit einer Schalteinrichtung (20), welche zwischen wenigstens einem ersten Schaltzustand, in welchem zum Einstellen einer ersten elektrischen Spannung des Energiespeichers (12) die Teilstränge (14) in Reihe geschaltet sind, und wenigstens einem zweiten Schaltzustand umschaltbar ist, in welchem zum Einstellen einer gegenüber der ersten elektrischen Spannung geringeren zweiten elektrischen Spannung des Energiespeichers (12) die Teilstränge (14) parallel geschaltet sind, wobei ein einen galvanisch isolierenden Spannungswandler (24) umfassender Bordlader (22) vorgesehen ist.The invention relates to a memory device (10) for a motor vehicle, comprising at least one energy store (12) which has at least two partial strands (14) for storing electrical energy, with at least one charging connection (16) via which the partial strands (14) A power source can be connected and supplied with electrical energy provided by the power source and thereby to be charged, and with a switching device (20) which between at least a first switching state, in which for setting a first electrical voltage of the energy store (12) the partial strands (14 ) are connected in series, and at least a second switching state is switchable, in which for setting a relation to the first electrical voltage lower second electrical voltage of the energy store (12), the partial strands (14) are connected in parallel, wherein a galvanically insulating voltage transformer (24 ) comprehensive on-board loader (22) vorgese hen is.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a storage device for a motor vehicle, in particular for an electric vehicle, according to the preamble of patent claim 1.
  • Eine solche Speichereinrichtung für ein beispielsweise als Elektrofahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug ist bereits der DE 10 2016 008 052 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Speichereinrichtung umfasst wenigstens einen beispielsweise als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildeten Energiespeicher, welcher wenigstens zwei Teilstränge zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom aufweist. Außerdem weist die Speichereinrichtung wenigstens einen Ladeanschluss auf, über welchen die Teilstränge mit einer bezüglich der Speichereinrichtung externen Stromquelle verbindbar sind. Die Stromquelle ist beispielsweise eine Ladesäule und kann elektrische Energie bereitstellen, sodass die Teilstränge über den Ladeanschluss mit von der Stromquelle bereitgestellter elektrischer Energie versorgbar sind. Dadurch können die Teilstränge und somit der Energiespeicher insgesamt mit elektrischer Energie geladen werden.Such a storage device for a motor vehicle, for example, designed as an electric vehicle is already the DE 10 2016 008 052 A1 to be known as known. The memory device comprises at least one, for example, as a battery, in particular as a high-voltage battery (HV battery), formed energy storage, which has at least two sub-strands for storing electrical energy or electric current. In addition, the memory device has at least one charging connection, via which the partial strands can be connected to an external power source with respect to the memory device. The power source is for example a charging station and can provide electrical energy so that the sub-strands can be supplied via the charging connection with electrical energy provided by the current source. As a result, the partial strands and thus the energy storage can be charged with electrical energy.
  • Der Weiteren ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, welche zwischen wenigstens einem ersten Schaltzustand und wenigstens einem zweiten Schaltzustand umschaltbar ist. In dem ersten Schaltzustand sind die Teilstränge in Reihe geschaltet, sodass eine erste elektrische Spannung des Energiespeichers eingestellt ist beziehungsweise sodass der Energiespeicher eine erste elektrische Spannung aufweist oder bereitstellt. In dem zweiten Schaltzustand sind die Teilstränge parallel geschaltet, wodurch eine gegenüber der ersten elektrischen Spannung geringere zweite elektrische Spannung des Energiespeichers eingestellt ist. Mit anderen Worten weist der Energiespeicher in dem zweiten Schaltzustand eine zweite elektrische Spannung auf beziehungsweise der Energiespeicher stellt in dem zweiten Schaltzustand eine zweite elektrische Spannung bereit, welcher geringer als die erste elektrische Spannung ist. Somit sind die Teilstränge mittels der Schalteinrichtung wahlweise in Reihe oder parallel schaltbar.Furthermore, a switching device is provided which can be switched between at least one first switching state and at least one second switching state. In the first switching state, the partial strands are connected in series, so that a first electrical voltage of the energy store is set or so that the energy store has or provides a first electrical voltage. In the second switching state, the sub-strings are connected in parallel, whereby a relation to the first electrical voltage lower second electrical voltage of the energy storage is set. In other words, the energy store in the second switching state, a second electrical voltage or the energy storage provides in the second switching state, a second electrical voltage, which is less than the first electrical voltage. Thus, the sub-strands are selectively switchable in series or in parallel by means of the switching device.
  • Des Weiteren offenbart die DE 10 2016 002 459 A1 eine elektrische Anlage für ein elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug.Furthermore, the DE 10 2016 002 459 A1 an electrical system for an electrically driven motor vehicle.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speichereinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Speichereinrichtung besonders vorteilhaft mit elektrischer Energie geladen werden kann.Object of the present invention is to develop a memory device of the type mentioned in such a way that the memory device can be charged particularly advantageous with electrical energy.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Speichereinrichtung mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a memory device having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
  • Um eine Speichereinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Speichereinrichtung besonders vorteilhaft mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom geladen werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Speichereinrichtung einen Bordlader umfasst, welcher einen galvanisch isolierenden Spannungswandler aufweist. Der Bordlader ist zumindest in dem zweiten Schaltzustand über den Ladeanschluss mit einer bezüglich der Speichereinrichtung externen Stromquelle verbindbar und somit mit einer von der Stromquelle bereitgestellten und der zweiten elektrischen Spannung entsprechenden dritten elektrischen Spannung versorgbar. Mittels des Bordladers, insbesondere mittels des Spannungswandlers, kann die dritte elektrische Spannung in eine der ersten elektrischen Spannung entsprechende vierte elektrische Spannung umgewandelt werden, wobei wenigstens ein von dem Energiespeicher unterschiedlicher Nebenverbraucher in dem zweiten Schaltzustand über den Bordlader mit der vierten elektrischen Spannung versorgbar ist. Auf diese Weise können im zweiten Schaltzustand die Teilstränge mit der der zweiten elektrischen Spannung entsprechenden dritten elektrischen Spannung versorgt werden, sodass beispielsweise in dem zweiten Schaltzustand der Energiespeicher mittels der dritten Spannung mit elektrischem Strom beziehungsweise mit elektrischer Energie versorgt und dadurch geladen werden kann. Dadurch kann beispielsweise der Energiespeicher vollständig mit elektrischer Energie geladen werden, wenn die Stromquelle lediglich die der zweiten elektrischen Spannung entsprechende dritte elektrische Spannung bereitstellt, welche geringer als die erste elektrische Spannung ist. Während dieses Ladens des Energiespeichers in dem zweiten Schaltzustand ist es jedoch möglich, die von der Stromquelle bereitgestellte dritte elektrische Spannung mittels des Bordladers in die der ersten elektrischen Spannung entsprechende vierte elektrische Spannung umzuwandeln, sodass der wenigstens eine Nebenverbraucher mit der gegenüber der dritten elektrischen Spannung größeren vierten elektrischen Spannung versorgt werden kann, während der Energiespeicher mittels der dritten elektrischen Spannung geladen wird. Dadurch kann beispielsweise der Nebenverbraucher mittels der vierten elektrischen Spannung betrieben werden, während der Energiespeicher mittels der dritten elektrischen Spannung geladen wird und obwohl die Stromquelle lediglich beziehungsweise maximal die dritte elektrische Spannung bereitstellt beziehungsweise bereitstellen kann.In order to develop a memory device specified in the preamble of claim 1 type such that the memory device can be charged particularly advantageous with electrical energy or electrical current, it is inventively provided that the memory device comprises a on-board charger, which has a galvanically insulating voltage converter. At least in the second switching state, the on-board charger can be connected via the charging connection to an external power source with respect to the storage device and can thus be supplied with a third electrical voltage provided by the current source and corresponding to the second electrical voltage. By means of the on-board charger, in particular by means of the voltage converter, the third electrical voltage can be converted into a fourth electrical voltage corresponding to the first electrical voltage, wherein at least one of the energy storage different auxiliary consumers in the second switching state via the on-board charger with the fourth electrical voltage can be supplied. In this way, in the second switching state, the partial strands can be supplied with the third electrical voltage corresponding to the second electrical voltage, so that, for example, in the second switching state, the energy store can be supplied with electrical current or electrical energy by means of the third voltage and thereby charged. As a result, for example, the energy store can be completely charged with electrical energy if the current source only provides the third electrical voltage corresponding to the second electrical voltage, which is lower than the first electrical voltage. During this charging of the energy store in the second switching state, however, it is possible to convert the third electrical voltage provided by the current source by means of the on-board charger in the first electrical voltage corresponding fourth electrical voltage, so that the at least one secondary consumers with respect to the third electrical voltage larger fourth electrical voltage can be supplied while the energy storage is charged by means of the third electrical voltage. As a result, for example, the auxiliary load can be operated by means of the fourth electrical voltage, while the energy storage is charged by means of the third electrical voltage and although the power source provides or can provide only the third or the maximum electrical voltage.
  • Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass beispielsweise ein als Batterie ausgebildeter Energiespeicher gar nicht oder zumindest nicht vollständig geladen werden kann, wenn dessen beispielsweise auch als Energiespannung bezeichnete elektrische Spannung abhängig von einem Ladezustand des Energiespeichers vollständig oder teilweise oberhalb einer elektrischen Ausgangsspannung liegt, die maximal von einer bezüglich des Energiespeichers externen Stromquelle wie beispielsweise einer Ladesäule bereitgestellt werden kann. Dieses Problem kann mittels der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung gelöst werden, indem der zweite Schaltzustand eingestellt wird, das heißt indem die Teilstränge parallel geschaltet werden. Dann weist der Energiespeicher die gegenüber der ersten elektrischen Spannung geringere zweite elektrische Spannung auf, sodass beispielsweise dann, wenn eine Ladesäule zwar nicht die erste elektrische Spannung, jedoch die zweite elektrische Spannung als Ausgangsspannung bereitstellen kann, der Energiespeicher vollständig geladen werden kann. Mittels der Schalteinrichtung, welche beispielsweise mehrere Schalter umfasst, ist es somit möglich, eine im ersten Schaltzustand eingestellte Reihenschaltung der Teilstränge in eine Parallelschaltung zu überführen, in dem der zweite Schaltzustand eingestellt wird. Hierdurch kann der Energiespeicher mittels der dritten Spannung geladen werden, welche geringer als die erste Spannung ist. Mit anderen Worten kann durch die Parallelschaltung der Teilstränge der Energiespeicher auch bei gegenüber der ersten elektrischen Spannung deutlich geringerer Ausgangsspannung der beispielsweise als Ladesäule ausgebildeten Stromquelle vollständig geladen werden. The invention is based in particular on the finding that, for example, a battery designed as energy storage can not or at least not fully charged, if its example, also called energy voltage electrical voltage depends on a state of charge of the energy storage is completely or partially above an electrical output voltage which can be provided by a maximum of a respect to the energy storage external power source such as a charging station. This problem can be solved by means of the memory device according to the invention by the second switching state is set, that is, by the partial strands are connected in parallel. The energy store then has the second electrical voltage that is lower than the first electrical voltage, so that, for example, when a charging station can not provide the first electrical voltage but the second electrical voltage as the output voltage, the energy store can be completely charged. By means of the switching device, which comprises, for example, a plurality of switches, it is thus possible to convert a set in the first switching state series connection of the sub-strands in a parallel circuit, in which the second switching state is set. As a result, the energy store can be charged by means of the third voltage, which is lower than the first voltage. In other words, can be completely charged by the parallel connection of the sub-strands of energy storage even with respect to the first electrical voltage significantly lower output voltage of the example designed as a charging station power source.
  • Die Erfindung berücksichtigt jedoch auch die Versorgung von etwaigen Nebenverbrauchern mit elektrischer Energie während des Ladens des Energiespeichers. Hierzu wird beispielsweise der galvanisch isolierende Spannungswandler in dem Bordlader verwendet. Mittels des Spannungswandlers wird die von der Stromquelle bereitgestellte dritte elektrische Spannung in die der ersten elektrischen Spannung entsprechende vierte elektrische Spannung umgewandelt, mittels welcher beispielsweise der wenigstens eine Nebenverbraucher betrieben werden kann, während der Energiespeicher mittels der dritten elektrischen Spannung geladen wird.However, the invention also takes into account the supply of any auxiliary consumers with electrical energy during charging of the energy storage. For this purpose, for example, the galvanically insulating voltage converter is used in the on-board charger. By means of the voltage converter, the third electrical voltage provided by the current source is converted into the fourth electrical voltage corresponding to the first electrical voltage, by means of which, for example, the at least one secondary consumer can be operated, while the energy store is charged by means of the third electrical voltage.
  • Der Spannungswandler ist vorzugsweise nur unidirektional ausgeführt, kann jedoch optional bidirektional ausgeführt sein, um beispielsweise die Funktionalität eines bidirektionalen Ladens zu ermöglichen. Zur Vermeidung von DC-Fehlerströmen im Falle eines Isolationsfehlers in einem HV-System (Hochvolt-System) des Kraftfahrzeugs, der einen AC-Fehlerstromschalter in der Haustechnik unwirksam machen würde, sind vorzugsweise Trennschalter im Bordlader zu DC-Ladeleitungen vorgesehen. Dadurch wird eine Isolationsauslegung des gesamten HV-Systems auf eine verstärkte Isolation vermieden.The voltage converter is preferably designed to be unidirectional, but may optionally be designed to be bidirectional in order, for example, to enable the functionality of bidirectional charging. To avoid DC leakage currents in the event of an insulation fault in a HV system (high voltage system) of the motor vehicle, which would render ineffective an AC residual current switch in the building services, disconnectors are preferably provided in the on-board charger to DC charging lines. This avoids insulation design of the entire HV system for increased isolation.
  • Insgesamt kann mittels der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung der Vorteil realisiert werden, dass der Energiespeicher auch mittels solcher externer Stromquellen vollständig geladen werden kann, welche maximal eine gegenüber der ersten elektrischen Spannung geringere Ausgangsspannung bereitstellen. Ferner kann eine Mehrfachnutzung des galvanisch trennenden Spannungswandlers im Bordlader realisiert werden, sodass die Teileanzahl und somit das Gewicht, der Bauraumbedarf und die Kosten der Speichereinrichtung besonders gering gehalten werden können.Overall, by means of the memory device according to the invention, the advantage can be realized that the energy store can also be completely charged by means of such external current sources, which provide at most a lower output voltage than the first electrical voltage. Furthermore, a multiple use of the galvanically isolating voltage converter can be realized in the on-board charger, so that the number of parts and thus the weight, the space requirement and the cost of the storage device can be kept particularly low.
  • 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.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
  • Die Zeichnung zeigt in:
    • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug;
    • 2 eine weitere schematische Darstellung der Speichereinrichtung in einem ersten Schaltzustand;
    • 3 eine weitere schematische Darstellung der Speichereinrichtung in einem zweiten Schaltzustand; und
    • 4 eine weitere schematische Darstellung der Speichereinrichtung bei einem Wechselstromladen.
    The drawing shows in:
    • 1 a schematic representation of a memory device according to the invention for a motor vehicle;
    • 2 a further schematic representation of the memory device in a first switching state;
    • 3 a further schematic representation of the memory device in a second switching state; and
    • 4 a further schematic representation of the memory device in an AC charging.
  • In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Hybrid-Fahrzeug oder besonders vorzugsweise als Elektrofahrzeug ausgebildet und weist somit wenigstens eine elektrische Maschine auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch antreibbar ist. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird die Speichereinrichtung 10 genutzt, um die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise mit elektrischem Strom zu versorgen, wodurch die elektrische Maschine als Elektromotor betrieben werden kann. Mittels des Elektromotors kann dann das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden. 1 shows a schematic representation of a generally designated 10 storage device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle such as a passenger car. The motor vehicle is designed for example as a hybrid vehicle or particularly preferably as an electric vehicle and thus has at least one electric machine by means of which the motor vehicle is electrically driven. As will be explained in more detail below, the memory device 10 used to supply the electric machine with electrical energy or with electric current, whereby the electric machine can be operated as an electric motor. By means of the electric motor, the motor vehicle can then be driven electrically.
  • Die Speichereinrichtung 10 umfasst wenigstens einen Energiespeicher 12, welcher als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildet ist. Der Energiespeicher 12 umfasst wenigstens zwei Teilstränge 14 zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom. Außerdem umfasst die Speichereinrichtung 10 einen ersten Ladeanschluss 16, welcher als Gleichspannungsanschluss ausgebildet ist. Über den Ladeanschluss 16 können der Energiespeicher 12 und somit die Teilstränge 14 mit bezüglich der Speichereinrichtung 10 externen Stromquellen wie beispielsweise Ladesäulen verbunden werden, um über den Ladeanschluss 16 die Teilstränge 14 mit von der Stromquelle bereitgestellter elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgen und dadurch laden zu können. Die jeweilige Stromquelle stellt beispielsweise eine auch als Ausgangsspannung bezeichnete elektrische Spannung beziehungsweise elektrische Energie mit der Ausgangsspannung bereit. Die Ausgangsspannung ist beispielsweise eine Gleichspannung, sodass über den Ladeanschluss 16 ein so genanntes Gleichspannungsladen des Energiespeichers 12 durchgeführt werden kann. Im Rahmen des Gleichspannungsladens werden der Energiespeicher 12 und somit die Teilstränge 14 mittels der von der jeweiligen Stromquelle bereitgestellten Gleichspannung geladen.The storage device 10 includes at least one energy store 12 which is designed as a battery, in particular as a high-voltage battery (HV battery). The energy storage 12 comprises at least two sub-strands 14 for storing electrical energy or electric current. In addition, the memory device comprises 10 a first charging port 16 , which is designed as a DC voltage connection. About the charging port 16 can the energy storage 12 and thus the partial strands 14 with respect to the storage device 10 external power sources such as charging stations are connected to the charging port 16 the partial strands 14 be supplied with electrical power or electrical power provided by the power source and thereby load. The respective current source provides, for example, an electrical voltage or electrical energy, also referred to as output voltage, with the output voltage. The output voltage is, for example, a DC voltage, so via the charging port 16 a so-called DC charging the energy storage 12 can be carried out. As part of the DC charging the energy storage 12 and thus the partial strands 14 charged by means of the DC voltage provided by the respective current source.
  • Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, umfasst die Speichereinrichtung 10 wenigstens einen zusätzlich zu dem Ladeanschluss 16 vorgesehenen zweiten Ladeanschluss 18, welcher als Wechselspannungsanschluss ausgebildet ist. Über den Ladeanschluss 18 können die Teilstränge 14 und somit der Energiespeicher 12 mit solchen, beispielsweise als Ladesäulen ausgebildeten und bezüglich der Speichereinrichtung 10 externen Stromquellen verbunden werden, die zum Laden des Energiespeichers 12 mit elektrischer Energie eine jeweilige Wechselspannung als Ausgangsspannung bereitstellen. Somit kann über den Ladeanschluss 18 ein so genanntes Wechselspannungsladen durchgeführt werden, in dessen Rahmen der Energiespeicher 12 mittels der jeweiligen Wechselspannung der jeweiligen Stromquelle mit elektrischer Energie beziehungsweise mit elektrischem Strom geladen werden kann.As will be explained in more detail below, the memory device comprises 10 at least one in addition to the charging port 16 provided second charging port 18 , which is designed as an AC voltage connection. About the charging port 18 can the substrings 14 and thus the energy storage 12 with such, for example, designed as charging stations and with respect to the storage device 10 External power sources are connected to charge the energy storage 12 provide with electrical energy a respective AC voltage as the output voltage. Thus, via the charging port 18 a so-called AC voltage charging are performed, in the context of the energy storage 12 can be charged by means of the respective AC voltage of the respective power source with electrical energy or with electrical current.
  • Die Speichereinrichtung 10 umfasst ferner eine Schalteinrichtung 20 mit Schaltern S1, S2 und S3. Die Schalteinrichtung 20 und somit die Schalter S1, S2 und S3 sind zwischen wenigstens einem ersten Schaltzustand und wenigstens einem zweiten Schaltzustand umschaltbar. In dem ersten Schaltzustand sind die Teilstränge 14 mittels der Schalteinrichtung 20 in Reihe geschaltet sind, sodass der Energiespeicher 12 eine durch die Teilstränge 14 bewirkte beziehungsweise bereitgestellte erste elektrischen Spannung aufweist beziehungsweise bereitstellt, wobei die erste elektrische Spannung auch als erste Batteriespannung bezeichnet wird. Mit anderen Worten ist in dem ersten Schaltzustand durch die Schalteinrichtung 20 eine Reihenschaltung der Teilstränge 14 eingestellt, wodurch die erste Batteriespannung des Energiespeichers 12 eingestellt ist. Die erste Batteriespannung beträgt beispielsweise 800 Volt.The storage device 10 further comprises a switching device 20 with switches S1, S2 and S3. The switching device 20 and thus the switches S1, S2 and S3 are switchable between at least a first switching state and at least a second switching state. In the first switching state, the partial strands 14 by means of the switching device 20 are connected in series, so the energy storage 12 one through the partial strands 14 has or provides provided or provided first electrical voltage, wherein the first electrical voltage is also referred to as the first battery voltage. In other words, in the first switching state by the switching device 20 a series connection of the partial strands 14 adjusted, reducing the first battery voltage of the energy storage 12 is set. The first battery voltage is for example 800 volts.
  • In dem zweiten Schaltzustand sind die Teilstränge 14 mittels der Schalteinrichtung 20 und somit mittels der Schalter S1, S2 und S3 parallel geschaltet, sodass in dem zweiten Schaltzustand mittels der Schalteinrichtung 20 eine Parallelschaltung der Teilstränge 14 bewirkt beziehungsweise eingestellt ist. Durch diese Parallelschaltung ist eine gegenüber der ersten elektrischen Spannung geringere und durch die Teilstränge 14 bewirkte beziehungsweise bereitgestellte zweite elektrische Spannung des Energiespeichers 12 eingestellt, wobei die zweite elektrische Spannung auch als zweite Batteriespannung bezeichnet wird. die zweite Batteriespannung beträgt beispielsweise 400 Volt. Könnte nun beispielsweise lediglich beziehungsweise ausschließlich der erste Schaltzustand eingestellt werde, sodass lediglich die erste Batteriespannung eingestellt werden könnte beziehungsweise sodass die Batterie lediglich die erste Batteriespannung aufweist, so könnte der Energiespeicher 12 nur durch solche externen Stromquellen vollständig aufgeladen werden, deren jeweilige Ausgangsspannung der ersten Batteriespannung entspricht und somit 800 Volt beträgt. Durch die Schalteinrichtung 20 ist es nun jedoch möglich, wahlweise die erste Batteriespannung oder die zweite Batteriespannung einzustellen, sodass es möglich ist, den Energiespeicher 12 durch Stromquellen besonders schnell aufzuladen, deren jeweilige Ausgangsspannung 800 Volt beträgt. Ferner ist es möglich, den Energiespeicher 12 durch solche Stromquellen vollständig aufzuladen, deren jeweilige Ausgangsspannung lediglich 400 Volt beträgt. Auf diese Weise ist es möglich, über den Ladeanschluss 16 in dem ersten Schaltzustand ein Gleichspannungsladen mit 800 Volt Gleichspannung durchzuführen. Ferner ist es möglich, über den Ladeanschluss 16 in dem zweiten Schaltzustand ein Gleichspannungsladen mit 400 Volt Gleichspannung durchzuführen.In the second switching state, the partial strands 14 by means of the switching device 20 and thus connected in parallel by means of the switches S1, S2 and S3, so that in the second switching state by means of the switching device 20 a parallel connection of the partial strands 14 causes or is set. By this parallel circuit is compared to the first electrical voltage lower and through the sub-strands 14 caused or provided second electrical voltage of the energy storage 12 set, wherein the second electrical voltage is also referred to as the second battery voltage. the second battery voltage is for example 400 volts. If, for example, only or only the first switching state could be set, so that only the first battery voltage could be adjusted, or so that the battery has only the first battery voltage, then the energy store could 12 be fully charged only by such external power sources whose respective output voltage corresponds to the first battery voltage and thus is 800 volts. Through the switching device 20 However, it is now possible to optionally set the first battery voltage or the second battery voltage, so that it is possible, the energy storage 12 be charged very quickly by current sources whose respective output voltage is 800 volts. Furthermore, it is possible to store the energy 12 fully charged by such power sources whose respective output voltage is only 400 volts. In this way it is possible over the charging port 16 perform in the first switching state a DC charging with 800 volts DC. Furthermore, it is possible via the charging port 16 in the second switching state to perform a DC charging with 400 volts DC.
  • Um nun die Speichereinrichtung 10 besonders vorteilhaft laden zu können, umfasst die Speichereinrichtung 10 einen Bordlader 22, welcher einen galvanisch isolierenden Spannungswandler 24 und beispielsweise einen Gleichrichter 26, insbesondere als Leistungsfaktorkorrekturfilter, aufweist. Der Bordlader 22 ist zumindest in dem zweiten Schaltzustand über den ersten Ladeanschluss 16 mit einer von einer Stromquelle bereitgestellten und der zweiten elektrischen Spannung entsprechenden dritten elektrischen Spannung versorgbar, welche mittels des Bordladers 22 in eine der ersten elektrischen Spannung entsprechende vierte elektrische Spannung umwandelbar ist, mit welcher wenigstens ein von dem Energiespeicher 12 unterschiedlicher und einfach auch als Verbraucher bezeichneter Nebenverbraucher 28 versorgbar ist.Now to the storage device 10 The storage device can be loaded particularly advantageously 10 a on-board loader 22 , which is a galvanically insulating voltage converter 24 and for example a rectifier 26 , in particular as a power factor correction filter. Of the board charger 22 is at least in the second switching state via the first charging port 16 can be supplied with a third electrical voltage provided by a current source and corresponding to the second electrical voltage, which by means of the on-board charger 22 in a fourth electrical voltage corresponding to the first electrical voltage is convertible, with which at least one of the energy storage 12 different and simply referred to as consumers secondary consumers 28 is available.
  • Mit anderen Worten, wird beispielsweise der Energiespeicher 12 über den ersten Ladeanschluss 16 mit einer beispielsweise als Ladesäule ausgebildeten Stromquelle verbunden, welche als Ausgangsspannung maximal 400 Volt Gleichspannung bereitstellen kann, so ist es auf die beschriebene Weise möglich, den Energiespeicher 12 mittels dieser Ausgangsspannung vollständig aufzuladen. Hierzu wird der zweite Schaltzustand eingestellt. Während des Ladens des Energiespeichers 12 und somit während der zweite Schaltzustand eingestellt ist wird der Bordlader 22 über den Ladeanschluss 16 mit der Ausgangsspannung der elektrisch mit dem Ladeanschluss 16 verbundenen Stromquelle versorgt, sodass der Bordlader 22 mit 400 Volt Gleichspannung versorgt wird. Mittels der Bordladers 22, insbesondere mittels des Spannungswandlers 24, wird die von der Stromquelle bereitgestellte dritte elektrische Spannung, das heißt werden die 400 Volt Gleichspannung, in die vierte elektrische Spannung umgewandelt. Da die vierte elektrische Spannung der ersten elektrischen Spannung entspricht, beträgt die vierte elektrische Spannung 800 Volt Gleichspannung. Die vierte elektrische Spannung wird von dem Bordlader 22 bereitgestellt, derart, dass der Nebenverbraucher 28 mit der von dem Bordlader 22 bereitgestellten vierten elektrischen Spannung versorgt wird. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, den Nebenverbraucher 28 mittels der von dem Bordlader 22 bereitgestellten vierten elektrischen Spannung zu betreiben, während der Energiespeicher 12 mittels der dritten elektrischen Spannung geladen wird, das heißt während ein Gleichspannungsladen mit 400 Volt Gleichspannung durchgeführt wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt kann der Nebenverbraucher 28 mit 800 Volt Gleichspannung versorgt und mittels 800 Volt Gleichspannung betrieben werden, während ein Gleichspannungsladen des Energiespeichers 12 mit 400 Volt durchgeführt wird.In other words, for example, the energy storage 12 over the first charging port 16 connected to a trained example as a charging station power source, which can provide a maximum of 400 volts DC as output voltage, it is possible in the manner described, the energy storage 12 Fully charge by means of this output voltage. For this purpose, the second switching state is set. While charging the energy storage 12 and thus while the second switching state is set becomes the on-board loader 22 via the charging port 16 with the output voltage of the electric with the charging port 16 connected power source, so that the on-board loader 22 supplied with 400 volts DC. By means of the on-board loader 22 in particular by means of the voltage converter 24, the third electrical voltage provided by the current source, that is to say the 400 V DC voltage, is converted into the fourth electrical voltage. Since the fourth electrical voltage corresponds to the first electrical voltage, the fourth electrical voltage is 800 volts DC. The fourth electrical voltage is from the on-board loader 22 provided such that the secondary consumer 28 with that of the on-board loader 22 supplied fourth electrical voltage is supplied. In this way it is possible, for example, the secondary consumer 28 by means of the on-board loader 22 to operate provided fourth electrical voltage while the energy storage 12 is charged by means of the third electrical voltage, that is, while a DC charging is performed with 400 volts DC. Again, in other words, the secondary consumer 28 supplied with 800 volts DC and operated by 800 volts DC, while a DC charging the energy storage 12 carried out with 400 volts.
  • Der Nebenverbraucher 28 ist beispielsweise eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Energiespeichers 12. Somit ist es möglich, den Energiespeicher 12 effizient und effektiv mittels der Kühleinrichtung zu kühlen, während der Energiespeicher 12 mittels 400 Volt Gleichspannung geladen wird. Der Nebenverbraucher 28 ist beispielsweise in einem Bordnetz 30 angeordnet, welches mittels des Bordladers 22 mit der vierten elektrischen Spannung versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird. Die vierte elektrische Spannung resultiert dabei aus der dritten elektrischen Spannung, welche mittels des Bordladers 22 in die vierte elektrische Spannung umgewandelt wird.The secondary consumer 28 is for example a cooling device for cooling the energy storage 12 , Thus, it is possible the energy storage 12 to cool efficiently and effectively by means of the cooling device, while the energy storage 12 is charged by means of 400 volts DC. The secondary consumer 28 is for example in a vehicle electrical system 30 arranged, which by means of the on-board loader 22 can be supplied with the fourth electrical voltage or is supplied. The fourth electrical voltage results from the third electrical voltage, which by means of the on-board charger 22 is converted into the fourth electrical voltage.
  • 2 zeigt das Gleichspannungsladen mit 800 Volt Gleichspannung. Um die erste Batteriespannung einzustellen, ist der Schalter S3 geschlossen, während die Schalter S1 und S2 offen sind. Dabei veranschaulichen in 2 Pfeile einen elektrischen Strom mit 800 Volt Gleichspannung. Die Schalteinrichtung 20 umfasst ferner weitere Schalter S4, S5, S6 und S7. Bei dem Gleichspannungsladen mit 800 Volt sind die Schalter S4, S5, S6 und S7 geschlossen. Der Bordlader 22 weist darüber hinaus interne Schalter 32 auf, welche beim Gleichspannungsladen mit 800 Volt geöffnet sind. Ferner ist der interne Spannungswandler beim Gleichstromladen mit 800 Volt inaktiv, und der Nebenverbraucher 28 in dem Bordnetz 30 wird über den Ladeanschluss 16 von der Stromquelle mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischer Spannung versorgt. 2 shows the DC charging with 800 volts DC. To set the first battery voltage, the switch S3 is closed while the switches S1 and S2 are open. This illustrate in 2 Arrows an electric current with 800 volts DC. The switching device 20 further comprises further switches S4, S5, S6 and S7. In the DC charging with 800 volts, the switches S4, S5, S6 and S7 are closed. The on-board loader 22 also has internal switches 32 which are open at 800 volts DC charging. Furthermore, the internal voltage converter is inactive at 800 volts DC, and the secondary consumer 28 in the electrical system 30 is via the charging port 16 supplied by the power source with electrical energy or electrical voltage.
  • 3 veranschaulicht ein Gleichspannungsladen mit 400 Volt. Um die zweite Batteriespannung einzustellen, ist der Schalter S3 offen, während die Schalter S1 und S2 geschlossen sind. Bei dem Gleichspannungsladen mit 400 Volt sind die Schalter S6 und S7 geschlossen, während die Schalter S4 und S5 offen sind. Ferner sind bei dem Gleichspannungsladen mit 400 Volt Gleichspannung beide internen Schalter 32 des Bordladers 22 geschlossen, und der interne Spannungswandler 24 ist aktiv, um den Nebenverbraucher 28 in dem Bordnetz 30 mit 800 Volt Gleichspannung, das heißt mit der vierten elektrischen Spannung zu versorgen. Dabei veranschaulichen in 3 durchgezogene Pfeile einen elektrischen Strom mit 800 Volt Gleichspannung, während gestrichelte Pfeile einen elektrischen Strom mit 400 Volt Gleichspannung veranschaulichen. 3 illustrates a 400 volt DC charging. To set the second battery voltage, the switch S3 is open while the switches S1 and S2 are closed. In 400 volt DC charging, switches S6 and S7 are closed while switches S4 and S5 are open. Furthermore, in the DC charging with 400 volts DC both internal switches 32 of the on-board loader 22 closed, and the internal voltage converter 24 is active to the secondary consumer 28 in the electrical system 30 with 800 volts DC, that is to supply with the fourth electrical voltage. This illustrate in 3 solid arrows represent an electrical current of 800 volts DC, while dashed arrows illustrate an electrical current of 400 volts DC.
  • Schließlich veranschaulicht 4 ein Wechselspannungsladen des Energiespeichers 12 über den zweiten Ladeanschluss 18. Bei dem Wechselspannungsladen sind die Schalter S4 und S5 geschlossen, während die Schalter S6 und S7 offen sind. Die internen Schalter 32 des Bordladers 22 sind geöffnet, und der interne Spannungswandler 24 ist aktiv. Während in 4 durchgezogene Pfeile einen elektrischen Strom mit 800 Volt Gleichspannung veranschaulichen, veranschaulicht in 4 ein gestrichelter Pfeil einen elektrischen Strom mit beispielsweise 230 Volt oder 400 Volt Wechselspannung, welche beispielsweise von einer entsprechenden Ladequelle beziehungsweise Stromquelle bereitgestellt wird. Die vorherigen und folgenden Ausführungen zum Wechselspannungsladen können ohne weiteres auch auf ein Fahren beziehungsweise auf eine Fahrt des Kraftfahrzeugs übertragen werden, welches während seiner Fahrt mittels der elektrischen Maschine elektrisch angetrieben wird.Finally illustrated 4 an AC charging of the energy storage 12 via the second charging port 18 , In AC charging, the switches S4 and S5 are closed while the switches S6 and S7 are open. The internal switches 32 of the on-board charger 22 are open, and the internal voltage converter 24 is active. While in 4 solid arrows illustrate an electrical current of 800 volts DC, illustrated in FIG 4 a dashed arrow an electric current with, for example, 230 volts or 400 volts AC, which is provided for example by a corresponding charging source or power source. The previous and following versions of the AC voltage charging can be easily transferred to driving or on a journey of the motor vehicle, which is electrically driven during its journey by means of the electric machine.
  • BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1010
    Speichereinrichtungmemory device
    1212
    Energiespeicherenergy storage
    1414
    Teilsträngesubsections
    1616
    erster Ladeanschlussfirst charging port
    1818
    zweiter Ladeanschlusssecond charging port
    2020
    Schalteinrichtungswitching device
    2222
    Bordladerboard charger
    2424
    SpannungswandlerDC converter
    2626
    Gleichrichterrectifier
    2828
    NebenverbraucherIn addition to consumer
    3030
    Bord netzBoard network
    3232
    Schalterswitch
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte PatentliteraturCited patent literature
    • DE 102016008052 A1 [0002]DE 102016008052 A1 [0002]
    • DE 102016002459 A1 [0004]DE 102016002459 A1 [0004]

Claims (3)

  1. Speichereinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Energiespeicher (12), welcher wenigstens zwei Teilstränge (14) zum Speichern von elektrischer Energie aufweist, mit wenigstens einem Ladeanschluss (16), über welchen die Teilstränge (14) mit einer Stromquelle verbindbar und mit von der Stromquelle bereitgestellter elektrischer Energie versorgbar und dadurch zu laden sind, und mit einer Schalteinrichtung (20), welche zwischen wenigstens einem ersten Schaltzustand, in welchem zum Einstellen einer ersten elektrischen Spannung des Energiespeichers (12) die Teilstränge (14) in Reihe geschaltet sind, und wenigstens einem zweiten Schaltzustand umschaltbar ist, in welchem zum Einstellen einer gegenüber der ersten elektrischen Spannung geringeren zweiten elektrischen Spannung des Energiespeichers (12) die Teilstränge (14) parallel geschaltet sind, gekennzeichnet durch einen einen galvanisch isolierenden Spannungswandler (24) umfassenden Bordlader (22), welcher zumindest in dem zweiten Schaltzustand über den Ladeanschluss (16) mit einer von einer Stromquelle bereitgestellten und der zweiten elektrischen Spannung entsprechenden dritten elektrischen Spannung versorgbar ist, welche mittels des Bordladers (22) in eine der ersten elektrischen Spannung entsprechende vierte elektrische Spannung umwandelbar ist, mit welcher wenigstens ein von dem Energiespeicher (12) unterschiedlicher Nebenverbraucher (28) versorgbar ist.Memory device (10) for a motor vehicle, comprising at least one energy store (12) which has at least two sub-strands (14) for storing electrical energy, with at least one charging connection (16), via which the sub-strands (14) can be connected to a power source and with electrical power provided by the power source and thereby to be charged, and with a switching device (20) connected in series between at least a first switching state in which for setting a first electrical voltage of the energy store (12) the sub-strands (14) are, and at least a second switching state is switchable, in which for setting a relation to the first electrical voltage lower second electrical voltage of the energy storage device (12), the partial strands (14) are connected in parallel, characterized by a galvanically insulating voltage converter (24) comprehensive on-board loader (22), which at least in the second switching state via the charging port (16) is supplied with a third electrical voltage provided by a power source and the second electrical voltage, which by means of the on-board charger (22) in one of the first electrical voltage corresponding fourth electrical voltage is convertible, with which at least one of the energy store (12) of different auxiliary consumers (28) can be supplied.
  2. Speichereinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeanschluss (16) als Gleichspannungsanschluss ausgebildet ist.Memory device (10) after Claim 1 , characterized in that the charging connection (16) is designed as a DC voltage connection.
  3. Speichereinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (10) einen zusätzlich zu dem Ladeanschluss (16) vorgesehenen und als Wechselspannungsanschluss ausgebildeten zweiten Ladeanschluss (18) aufweist, über welchen der Bordlader (22) mit einer von einer Stromquelle bereitgestellten Wechselspannung versorgbar ist, wobei der der Bordlader (22) einen Gleichrichter (26) aufweist, mittels welchem die Wechselspannung in eine der ersten Spannung entsprechende Gleichspannung umwandelbar ist, mit welcher sowohl die Teilstränge (14) als auch der wenigstens eine Nebenverbraucher (28) in dem ersten Schaltzustand versorgbar sind.Memory device (10) after Claim 1 or 2 Characterized in that the memory device (10) comprises in addition to the charging port (16) provided and configured as AC voltage terminal second charging port (18) through which the board loader (22) is supplied with a supplied from a power source AC voltage, wherein the the On-board loader (22) comprises a rectifier (26) by means of which the AC voltage is converted into a DC voltage corresponding to the first voltage, with which both the partial strands (14) and the at least one secondary consumer (28) can be supplied in the first switching state.
DE102018000491.1A 2018-01-22 2018-01-22 Storage device for a motor vehicle, in particular for an electric vehicle Pending DE102018000491A1 (en)

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