DE102019117790A1 - Process and bidirectional DC voltage converter for precharging a charging cable - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorladung eines Ladekabels, bei dem eine das Ladekabel aufweisende Ladesäule zu einem Gleichspannungsladen einer Batterie eines Elektrofahrzeuges bereitgestellt ist, bei dem die Ladesäule einen Ladestrom mit einer Ladespannung bereitstellt, bei dem die zu ladende Batterie eine gegenüber der Ladespannung höhere Klemmenspannung aufweist und bei dem sich zwischen Ladekabel und Batterie ein Gleichspannungswandler befindet, wobei der Gleichspannungswandler durch eine Ladungspumpe, welche die Ladespannung der Ladesäule der Klemmenspannung der Batterie anpasst, realisiert wird, wobei in der Ladungspumpe mind. ein unidirektionaler Strompfad angeordnet wird, welcher mind. zwei unidirektionale Schalter, mind. zwei Dioden und mind. zwei Kondensatoren umfasst, wobei in der Ladungspumpe mind. ein bidirektionaler Strompfad angeordnet wird, welcher mind. vier unidirektionale Schalter und mind. zwei Kondensatoren aufweist und aus einem unidirektionalen Strompfad, welcher anstelle von mind. zwei Dioden mind. zwei unidirektionale Schalter und demnach insgesamt mind. vier unidirektionale Schalter aufweist, erhalten wird, und wobei aus der Batterie über den mind. einen bidirektionalen Strompfad eine Vorladeleistung zur Vorladung des Ladekabels bereitgestellt wird. Ferner wird der Gleichspannungswandler mit dieser bidirektionalen Ladungspumpe beansprucht.The invention relates to a method for precharging a charging cable, in which a charging column having the charging cable is provided for direct voltage charging of a battery of an electric vehicle, in which the charging column provides a charging current with a charging voltage, in which the battery to be charged has a higher terminal voltage than the charging voltage and in which there is a DC / DC converter between the charging cable and the battery, the DC / DC converter being implemented by a charge pump which adapts the charging voltage of the charging column to the terminal voltage of the battery, with at least one unidirectional current path being arranged in the charge pump, which at least two unidirectional switches, at least two diodes and at least two capacitors, with at least one bidirectional current path being arranged in the charge pump, which has at least four unidirectional switches and at least two capacitors and consists of a unidirectional current path d, which instead of at least two diodes has at least two unidirectional switches and therefore a total of at least four unidirectional switches, and wherein a precharge power for precharging the charging cable is provided from the battery via the at least one bidirectional current path. Furthermore, the DC voltage converter is stressed with this bidirectional charge pump.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorladung eines Ladekabels mittels eines Gleichspannungswandlers mit einer bidirektionalen Ladungspumpe. Ferner wird der Gleichspannungswandler mit dieser bidirektionalen Ladungspumpe beansprucht.The present invention relates to a method for precharging a charging cable by means of a DC voltage converter with a bidirectional charge pump. Furthermore, the DC / DC converter is stressed with this bidirectional charge pump.

Bei allen weltweiten Ladestandards für ein Gleichspannungsladen, muss eine Spannung des Ladekabels an die Spannung einer Hochvoltbatterie bzw. Hochvolt-Batterie eines Elektrofahrzeuges angeglichen werden, bevor ein Ladevorgang beginnen kann. Bei den Ladenormen bzw. Ladestandards Chademo (Japan) und GBT (China) ist für ein Aufladen des Ladekabels das Elektrofahrzeug zuständig. Da das Ladekabel nur eine kleine Kapazität besitzt, darf laut Norm ein jeweiliges Laderelais des Elektroahrzeuges einfach geschlossen werden, um auf diese Weise das Ladekabel direkt an die Hochvolt-Batterie des Elektrofahrzeugs zu koppeln. Somit besitzt das Ladekabel die Spannung der Hochvolt-Batterie und das Laden kann beginnen.With all global charging standards for DC charging, the voltage of the charging cable must be matched to the voltage of a high-voltage battery or high-voltage battery of an electric vehicle before a charging process can begin. With the charging standards Chademo (Japan) and GBT (China), the electric vehicle is responsible for charging the charging cable. Since the charging cable only has a small capacity, according to the standard, a respective charging relay of the electric vehicle can simply be closed in order to connect the charging cable directly to the high-voltage battery of the electric vehicle. This means that the charging cable has the same voltage as the high-voltage battery and charging can begin.

Besitzt das Elektrofahrzeug eine 800 V Hochvolt-Batterie kann nicht direkt an einer 400 V Ladesäule geladen werden. Für diesen Fall ist im Elektrofahrzeug ein unidirektionaler Gleichspannungswandler verbaut, welcher die Spannung der Ladesäule verdoppelt - ein Vorgang, der durch eine Ladungspumpe realisiert wird - um auf diese Weise die Hochvolt-Batterie zu laden. Ein solcher Gleichspannungswandler besitzt intern mehrere parallele Pfade, vom Fachmann auch als Rails bezeichnet, die phasenversetzt zueinander betrieben werden, um Ströme in einzelnen Komponenten und resultierende Stromrippel klein zu halten.If the electric vehicle has an 800 V high-voltage battery, it cannot be charged directly at a 400 V charging station. In this case, a unidirectional DC / DC converter is installed in the electric vehicle, which doubles the voltage of the charging station - a process that is carried out by a charge pump - in order to charge the high-voltage battery in this way. Such a DC / DC converter has several parallel paths internally, also referred to as rails by those skilled in the art, which are operated out of phase with one another in order to keep currents in individual components and the resulting current ripples small.

Bei einem Ladevorgang über einen Gleichspannungswandler, gibt es keine direkte Verbindung zwischen dem Ladekabel und der Hochvolt-Batterie. Somit kann für das Aufladen des Ladekabels nicht direkt die Hochvolt-Batterie auf das Ladekabel geschaltet werden. Im Stand der Technik besitzt der Gleichspannungswandler daher eine zusätzliche Vorladeschaltung, welche das Ladekabel bei einem Ladestart auf eine Hälfte der Hochvolt-Batteriespannung vorladen kann. Jedoch ist bei diesem Vorgehen nachteilig, dass durch Begrenzungen bei Bauraum, Kosten und Gewicht diese separate Vorladeschaltung möglichst klein dimensioniert werden muss und damit auch nur eine begrenzte Leistung zum Vorladen des Ladekabels bereitstellen kann. Weitere Probleme sind durch fehlende normative Vorgaben gegeben, da im Stand der Technik bislang unklar oder zumindest unvollständig geregelt wurde, wieviel Leistung zum Vorladen des Ladekabels mindestens bereitgestellt werden muss. Praktische Erfahrungen aus dem Feld zeigen, dass eine bereitgestellte Vorladeleistung unter Umständen nicht für alle Ladesäulen ausreicht.When charging using a DC / DC converter, there is no direct connection between the charging cable and the high-voltage battery. This means that the high-voltage battery cannot be switched directly to the charging cable to charge the charging cable. In the prior art, the DC / DC converter therefore has an additional precharge circuit which can precharge the charging cable to half the high-voltage battery voltage when charging starts. However, this procedure has the disadvantage that, due to limitations in terms of installation space, costs and weight, this separate precharge circuit has to be dimensioned as small as possible and thus can only provide limited power for precharging the charging cable. Further problems are caused by the lack of normative specifications, since the state of the art has hitherto unclearly or at least incompletely regulated the minimum amount of power that must be provided for precharging the charging cable. Practical experience from the field shows that the pre-charging power provided may not be sufficient for all charging stations.

In der Druckschrift US 2018/0134167 A1 wird eine Ladungspumpe beschrieben, welche mindestens zwei Zwischenkreise aufweist. Damit kann zwischen mehreren Spannungsverhältnissen einer Eingangsspannung zur Batterie und einer Ausgangsspannung zur Ladestation gewechselt werden.In the pamphlet US 2018/0134167 A1 a charge pump is described which has at least two intermediate circuits. This allows you to switch between several voltage ratios of an input voltage to the battery and an output voltage to the charging station.

Die US-amerikanische Druckschrift US 2010/0097031 A1 offenbart einen bidirektionalen Gleichspannungswandler, über den in einer ersten Konfiguration ein Energiespeicher geladen wird. In einer zweiten Konfiguration wird elektrische Energie aus dem Energiespeicher über den bidirektionalen Gleichspannungswandler zu einer Last transferiert.The American pamphlet US 2010/0097031 A1 discloses a bidirectional DC voltage converter, via which an energy store is charged in a first configuration. In a second configuration, electrical energy is transferred from the energy store to a load via the bidirectional DC voltage converter.

In der Druckschrift US 2017/0054363 A1 wird eine Schaltung beschrieben, an deren Eingang ein Netzgerät angeschossen ist. Am Schaltungsausgang wird wahlweise sowohl eine niedrigere Ausgangsspannung als die Eingangsspannung als auch eine höhere Ausgangsspannung als die Eingangsspannung bereitgestellt.In the pamphlet US 2017/0054363 A1 describes a circuit with a power supply connected to its input. Both a lower output voltage than the input voltage and a higher output voltage than the input voltage are optionally provided at the circuit output.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Vorladung eines Ladekabels bereitzustellen, bei dem ein bereits für einen Ladevorgang einer Batterie vorhandener Gleichspannungswandler verwendet werden kann. Eine separate Vorladeschaltung soll damit überflüssig gemacht werden. Ferner soll dieser Gleichspannungswandler vorgestellt werden.Against this background, it is an object of the present invention to provide a method for precharging a charging cable in which a DC / DC converter that is already present for charging a battery can be used. A separate precharge circuit is to be made superfluous. This DC-DC converter will also be presented.

Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zur Vorladung eines Ladekabels vorgeschlagen, bei dem eine das Ladekabel aufweisende Ladesäule zu einem Gleichspannungsladen einer Batterie eines Elektrofahrzeuges bereitgestellt ist bzw. wird und bei dem die Ladesäule einen Ladestrom mit einer Ladespannung bereitstellt. Die zu ladende Batterie weist eine Klemmenspannung auf, welche höher als die Ladespannung ist. Zwischen dem Ladekabel und der Batterie befindet sich ein Gleichspannungswandler, wobei der Gleichspannungswandler durch eine Ladungspumpe, welche die Ladespannung der Ladesäule der Klemmenspannung der Batterie anpasst, realisiert wird. In der Ladungspumpe wird mindestens ein unidirektionaler Strompfad angeordnet, welcher mindestens zwei unidirektionale Schalter, mindestens zwei Dioden und mindestens zwei Kondensatoren umfasst. In der Ladungspumpe wird mindestens ein bidirektionaler Strompfad angeordnet, welcher mindestens vier unidirektionale Schalter und mindestens zwei Kondensatoren aufweist und aus einem unidirektionalen Strompfad, welcher anstelle von mindestens zwei Dioden mindestens zwei unidirektionale Schalter und demnach insgesamt mindestens vier unidirektionale Schalter aufweist, erhalten wird. Aus der Batterie wird über den mindestens einen bidirektionalen Strompfad eine Vorladeleistung zur Vorladung des Ladekabels bereitgestellt.To solve the above-mentioned object, a method for precharging a charging cable is proposed in which a charging column having the charging cable is or is provided for direct voltage charging of a battery of an electric vehicle and in which the charging column provides a charging current with a charging voltage. The battery to be charged has a terminal voltage which is higher than the charging voltage. A DC / DC converter is located between the charging cable and the battery, the DC / DC converter being implemented by a charge pump which adapts the charging voltage of the charging station to the terminal voltage of the battery. At least one unidirectional current path, which comprises at least two unidirectional switches, at least two diodes and at least two capacitors, is arranged in the charge pump. In the charge pump, at least one bidirectional current path is arranged, which has at least four unidirectional switches and at least two capacitors and a unidirectional current path, which instead of at least two diodes at least two unidirectional switches and therefore a total of at least four having unidirectional switches is obtained. A pre-charging power for pre-charging the charging cable is provided from the battery via the at least one bidirectional current path.

Durch den durch das erfindungsgemäße Verfahren bereitgestellten mindestens einen bidirektionalen Strompfad bzw. mindestens einen bidirektionalen Rail ist eine separate Vorladeschaltung damit vorteilhaft nicht länger notwendig. Gewöhnlich liegt die hierzu nötige Vorladeleistung zudem in einem Bereich einer voll übertragbaren Leistung in einem solchen bidirektionalen Strompfad. Schließlich wird dadurch auch eine Robustheit zu Ladebeginn erhöht.Due to the at least one bidirectional current path or at least one bidirectional rail provided by the method according to the invention, a separate precharge circuit is advantageously no longer necessary. Usually, the precharge power required for this is also in a range of fully transferable power in such a bidirectional current path. Finally, this also increases robustness at the start of charging.

Eine beispielhafte Anordnung der Ladungspumpe mit mindestens einem unidirektionalen Strompfad ist durch eine Schaltung realisiert, bei der zwischen einem positiven Eingangsanschluss und einem positiven Ausgangsanschluss seriell eine erste Diode mit ihrer Anode am positiven Eingangsanschluss und eine zweite Diode mit ihrer Kathode am positiven Ausgangsanschluss angeordnet sind. Ein negativer Eingangsanschluss und ein negativer Ausgangsanschluss sind direkt verbunden. Zwischen dem positiven Eingangsanschluss und dem negativen Eingangsanschluss sind seriell ein erster unidirektionaler Schalter, bspw. bei einem npn-Transistor mit seinem Kollektor an dem positiven Eingangsanschluss, und ein zweiter unidirektionaler Schalter, bspw. bei einem npn-Transistor mit seinem Emitter an dem negativen Eingangsanschluss angeordnet. Zwischen diesen beiden Schaltern befindet sich ein erster Anschluss eines ersten Kondensators, dessen zweiter Anschluss sich zwischen den beiden Dioden befindet. Schließlich ist zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen ein zweiter Kondensator angeschlossen.An exemplary arrangement of the charge pump with at least one unidirectional current path is implemented by a circuit in which a first diode with its anode at the positive input connection and a second diode with its cathode at the positive output connection are arranged in series between a positive input connection and a positive output connection. A negative input terminal and a negative output terminal are directly connected. Between the positive input connection and the negative input connection there is a first unidirectional switch in series, for example in the case of an npn transistor with its collector at the positive input connection, and a second unidirectional switch, for example in the case of an npn transistor with its emitter at the negative input connection arranged. A first connection of a first capacitor is located between these two switches, the second connection of which is located between the two diodes. Finally, a second capacitor is connected between the two output connections.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die unidirektionalen Schalter durch MOSFETs realisiert.In one embodiment of the method according to the invention, the unidirectional switches are implemented by MOSFETs.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Ladesäule eine Ladespannung von 400 V auf und die Batterie wird durch eine Hochvoltbatterie mit einer Klemmenspannung von 800 V realisiert.In a further embodiment of the method according to the invention, the charging column has a charging voltage of 400 V and the battery is implemented by a high-voltage battery with a terminal voltage of 800 V.

In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der mindestens eine bidirektionale Strompfad dazu ausgelegt, eine der Vorladeleistung entsprechende Leistung zu übertragen.In yet another embodiment of the method according to the invention, the at least one bidirectional current path is designed to transmit a power corresponding to the precharge power.

In einer fortgesetzt weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird über den mindestens einen bidirektionalen Strompfad zusätzlich ein Energieübertrag aus der Batterie in ein an der Ladesäule angeschlossenes Versorgungsnetz durchgeführt.In a continued further embodiment of the method according to the invention, energy is also transferred from the battery to a supply network connected to the charging station via the at least one bidirectional current path.

Ferner wird ein Gleichspannungswandler zur Vorladung eines Ladekabels beansprucht, bei dem eine das Ladekabel aufweisende Ladesäule zu einem Gleichspannungsladen einer Batterie eines Elektrofahrzeuges bereitgestellt ist und bei dem die Ladesäule einen Ladestrom mit einer Ladespannung bereitstellt. Die zu ladende Batterie weist eine gegenüber der Ladespannung höhere Klemmenspannung auf. Zwischen dem Ladekabel und der Batterie befindet sich ein Gleichspannungswandler, wobei der Gleichspannungswandler durch eine Ladungspumpe, welche die Ladespannung der Ladesäule der Klemmenspannung der Batterie anpasst, realisiert ist. Die Ladungspumpe umfasst mindestens einen unidirektionalen Strompfad, welcher mindestens zwei unidirektionale Schalter, mindestens zwei Dioden und mindestens zwei Kondensatoren aufweist. Weiter umfasst die Ladungspumpe mindestens einen bidirektionalen Strompfad, welcher mindestens vier unidirektionale Schalter und mindestens zwei Kondensatoren aufweist und durch einen unidirektionalen Strompfad, welcher anstelle von mindestens zwei Dioden mindestens zwei unidirektionale Schalter und demnach insgesamt mindestens vier unidirektionale Schalter aufweist, realisierbar ist. Der Gleichspannungswandler ist dazu konfiguriert, durch die Batterie über den mindestens einen bidirektionalen Strompfad eine Vorladeleistung zur Vorladung des Ladekabels bereitzustellen.Furthermore, a DC voltage converter for precharging a charging cable is claimed, in which a charging column having the charging cable is provided for direct voltage charging of a battery of an electric vehicle and in which the charging column provides a charging current with a charging voltage. The battery to be charged has a terminal voltage that is higher than the charging voltage. A DC / DC converter is located between the charging cable and the battery, the DC / DC converter being implemented by a charge pump that adapts the charging voltage of the charging station to the terminal voltage of the battery. The charge pump comprises at least one unidirectional current path which has at least two unidirectional switches, at least two diodes and at least two capacitors. The charge pump further comprises at least one bidirectional current path which has at least four unidirectional switches and at least two capacitors and can be implemented by a unidirectional current path which instead of at least two diodes has at least two unidirectional switches and therefore a total of at least four unidirectional switches. The DC / DC converter is configured to provide a pre-charging power for pre-charging the charging cable through the battery via the at least one bidirectional current path.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers ist ein jeweiliger unidirektionaler Schalter ein MOSFET.In one embodiment of the DC voltage converter according to the invention, a respective unidirectional switch is a MOSFET.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers weist die Ladesäule eine Ladespannung von 400 V auf und die Batterie ist eine Hochvoltbatterie mit einer Klemmenspannung von 800 V.In a further embodiment of the DC / DC converter according to the invention, the charging station has a charging voltage of 400 V and the battery is a high-voltage battery with a terminal voltage of 800 V.

In einer noch weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers ist mindestens ein bidirektionaler Strompfad dazu konfiguriert, eine der Vorladeleistung entsprechende Leistung zu übertragen.In yet another embodiment of the DC / DC converter according to the invention, at least one bidirectional current path is configured to transmit a power corresponding to the precharge power.

In einer fortgesetzt weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers ist der mindestens eine bidirektionale Strompfad dazu konfiguriert ist, zusätzlich einen Energieübertrag aus der Batterie in ein an der Ladesäule angeschlossenes Versorgungsnetz durchzuführen.In a continued further embodiment of the DC / DC converter according to the invention, the at least one bidirectional current path is configured to additionally carry out an energy transfer from the battery into a supply network connected to the charging station.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and configurations of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

  • 1 zeigt schematisch einen Ladevorgang mittels eines Gleichspannungswandlers aus dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt schematisch eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers.
It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
  • 1 shows schematically a charging process by means of a DC voltage converter from the prior art.
  • 2 shows schematically an embodiment of a DC voltage converter according to the invention.

In 1 wird schematisch ein Ladevorgang 100 mittels eines Gleichspannungswandlers 130 aus dem Stand der Technik gezeigt. Eine mit einem Versorgungsnetz verbundene Ladesäule 110 kann elektrische Energie 101 durch ein Ladekabel 120 bei einer Ladespannung 102 von 400 V zum Laden bereitstellen. Das Ladekabel 120 wird zum Laden einer Batterie 140 eines Elektrofahrzeuges mit einem Gleichspannungswandler 130 bei einer Ladespannung 102 von bspw. 400 V verbunden. Der auf Energieübertrag optimierte Gleichspannungswandler 130 weist insgesamt drei unidirektionale Strompfade 131, 132, 133, auch Rails genannt, auf, in den per Ladungspumpe die Gleichspannung, phasenversetzt zur Unterdrückung von Stromrippeln, auf eine der Klemmenspannung der Batterie 140 entsprechende Ladespannung 103 erhöht wird. In dem gezeigten Fall wird die Ladespannung 102 von 400 V durch den Gleichspannungswandler 130 auf eine Ladespannung 103 von 800 V zum Laden einer 800 V Hochvolt-Batterie 140 verdoppelt. Bedingt durch den Ladevorgang 100 mittels des Gleichspannungswandlers 130 besteht keine unmittelbare, direkte elektrische Verbindung zwischen dem Ladekabel 120 und der Batterie 140, wodurch das Ladekabel zu einem Vorladen nicht direkt auf die Hochvolt-Batterie 140 geschaltet werden kann. Daher wird im Gleichspannungswandler 130 eine Vorladeschaltung 139 angeordnet, welche eine von der Batterie 140 bereitgestellte Vorladeleistung 104 bei einer Hälfte der Hochvolt-Batteriespannung als Vorladeleistung 105 auf das Ladekabel 120 überträgt.In 1 is a schematic of a charging process 100 by means of a DC voltage converter 130 shown from the prior art. A charging station connected to a supply network 110 can electrical energy 101 through a charging cable 120 at a charging voltage 102 provide 400 V for charging. The charging cable 120 is used to charge a battery 140 of an electric vehicle with a DC / DC converter 130 at a charging voltage 102 of e.g. 400 V connected. The DC / DC converter optimized for energy transfer 130 has a total of three unidirectional current paths 131 , 132 , 133 , also called rails, in which the charge pump transfers the DC voltage, phase-shifted to suppress current ripples, to one of the battery terminals 140 corresponding charging voltage 103 is increased. In the case shown, the charging voltage 102 of 400 V through the DC voltage converter 130 to a charging voltage 103 from 800 V for charging an 800 V high-voltage battery 140 doubled. Due to the charging process 100 by means of the DC voltage converter 130 there is no immediate, direct electrical connection between the charging cable 120 and the battery 140 which means that the charging cable does not pre-charge directly on the high-voltage battery 140 can be switched. Therefore, in the DC-DC converter 130 a precharge circuit 139 arranged which one from the battery 140 provided precharge power 104 at half of the high-voltage battery voltage as pre-charging power 105 on the charging cable 120 transmits.

In 2 wird schematisch eine Ausgestaltung 200 eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers 230 mit bidirektionaler Ladungspumpe 236 gezeigt. Eine mit dem Versorgungsnetz verbundene Ladesäule 210 stellt elektrische Energie 201 durch ein Ladekabel 220 bei einer Ladespannung 202 von 400 V zum Laden bereit. Das Ladekabel 220 wird zum Laden einer Batterie 240 des Elektrofahrzeuges mit dem Gleichspannungswandler 230 bei einer Ladespannung 202 von 400 V verbunden. Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler 230 weist zwei unidirektionale Strompfade 231, 232 und einen bidirektionalen Strompfad 236 auf, in denen per jeweiliger Ladungspumpen-Schaltung die Gleichspannung, phasenversetzt zur Unterdrückung von Stromrippeln, auf eine der Klemmenspannung der Batterie 240 entsprechende Ladespannung 203 erhöht wird. In dem gezeigten Fall wird die Ladespannung 202 von 400 V durch den erfindungsgemäßen Gleichspannungswandler 230 auf eine Ladespannung 203 von 800 V zum Laden einer 800 V Hochvolt-Batterie 240 verdoppelt. Zusätzlich ermöglicht die bidirektionale Betriebsmöglichkeit der Ladungspumpe eine Übertragung einer Vorladeleistung 204 aus der Batterie 240 hin zum Ladekabel 220, um dieses zu einem Ladebeginn mit der nötigen Vorladeleistung 205, welche das Ladekabel 220 auf die Hälfte der Hochvolt-Batteriespannung vorlädt, zu versehen.In 2 is a schematic of an embodiment 200 a DC voltage converter according to the invention 230 with bidirectional charge pump 236 shown. A charging station connected to the supply network 210 represents electrical energy 201 through a charging cable 220 at a charging voltage 202 of 400 V ready for charging. The charging cable 220 is used to charge a battery 240 of the electric vehicle with the DC voltage converter 230 at a charging voltage 202 connected by 400 V. The DC voltage converter according to the invention 230 has two unidirectional current paths 231 , 232 and a bidirectional current path 236 in which the DC voltage, phase-shifted to suppress current ripples, is applied to one of the battery terminal voltages via the respective charge pump circuit 240 corresponding charging voltage 203 is increased. In the case shown, the charging voltage 202 of 400 V through the DC voltage converter according to the invention 230 to a charging voltage 203 from 800 V for charging an 800 V high-voltage battery 240 doubled. In addition, the bidirectional operating option of the charge pump enables a pre-charging power to be transmitted 204 from the battery 240 towards the charging cable 220 to start charging with the necessary pre-charging power 205 which the charging cable 220 precharges to half of the high-voltage battery voltage.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Verfahren zur Vorladung eines Ladekabels (220), bei dem eine das Ladekabel (220) aufweisende Ladesäule (210) zu einem Gleichspannungsladen einer Batterie (240) eines Elektrofahrzeuges bereitgestellt wird, bei dem die Ladesäule (210) einen Ladestrom mit einer Ladespannung (202) bereitstellt, bei dem die zu ladende Batterie (240) eine gegenüber der Ladespannung (202) höhere Klemmenspannung (203) aufweist und bei dem sich zwischen dem Ladekabel (220) und der Batterie (240) ein Gleichspannungswandler (230) befindet, wobei der Gleichspannungswandler (230) durch eine Ladungspumpe (231, 232, 236), welche die Ladespannung (202) der Ladesäule (210) der Klemmenspannung (203) der Batterie (240) anpasst, realisiert wird, wobei in der Ladungspumpe (231, 232, 236) mindestens ein unidirektionaler Strompfad (231, 232) angeordnet wird, welcher mindestens zwei unidirektionale Schalter, mindestens zwei Dioden und mindestens zwei Kondensatoren umfasst, wobei in der Ladungspumpe (231, 232, 236) mindestens ein bidirektionaler Strompfad (236) angeordnet wird, welcher mindestens vier unidirektionale Schalter und mindestens zwei Kondensatoren aufweist und aus einem unidirektionalen Strompfad, welcher anstelle von mindestens zwei Dioden mindestens zwei unidirektionale Schalter und demnach insgesamt mindestens vier unidirektionale Schalter aufweist, erhalten wird, und wobei aus der Batterie (240) über den mindestens einen bidirektionalen Strompfad (236) eine Vorladeleistung (204, 205) zur Vorladung des Ladekabels (220) bereitgestellt wird.Method for pre-charging a charging cable (220), in which a charging column (210) having the charging cable (220) is provided for direct voltage charging of a battery (240) of an electric vehicle, in which the charging column (210) supplies a charging current with a charging voltage (202) provides, in which the battery (240) to be charged has a terminal voltage (203) which is higher than the charging voltage (202) and in which a DC voltage converter (230) is located between the charging cable (220) and the battery (240), the DC voltage converter (230) by a charge pump (231, 232, 236), which adapts the charging voltage (202) of the charging column (210) to the terminal voltage (203) of the battery (240), wherein in the charge pump (231, 232, 236 ) at least one unidirectional current path (231, 232) is arranged, which comprises at least two unidirectional switches, at least two diodes and at least two capacitors, wherein in the charge pump (231, 232, 236) at least a bidirectional current path (236) is arranged, which has at least four unidirectional switches and at least two capacitors and is obtained from a unidirectional current path, which instead of at least two diodes has at least two unidirectional switches and therefore a total of at least four unidirectional switches, and from the battery (240) is provided with a pre-charging power (204, 205) for pre-charging the charging cable (220) via the at least one bidirectional current path (236). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die unidirektionalen Schalter durch MOSFETs realisiert werden.Procedure according to Claim 1 , in which the unidirectional switches are implemented by MOSFETs. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Ladesäule (210) eine Ladespannung (201) von 400 V aufweist und die Batterie (240) durch eine Hochvoltbatterie (140, 240) mit einer Klemmenspannung (203) von 800 V realisiert wird.Method according to one of the preceding claims, in which the charging column (210) has a charging voltage (201) of 400 V and the battery (240) is implemented by a high-voltage battery (140, 240) with a terminal voltage (203) of 800 V. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein bidirektionaler Strompfad (236) dazu ausgelegt wird, eine der Vorladeleistung (204, 205) entsprechende Leistung zu übertragen.Method according to one of the preceding claims, in which at least one bidirectional current path (236) is designed to transmit a power corresponding to the precharge power (204, 205). Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem über den mindestens einen bidirektionalen Strompfad (236) zusätzlich ein Energieübertrag (204) aus der Batterie (240) in ein an der Ladesäule (210) angeschlossenes Versorgungsnetz durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, in which an additional energy transfer (204) from the battery (240) into a supply network connected to the charging column (210) is carried out via the at least one bidirectional current path (236). Gleichspannungswandler (230) zur Vorladung eines Ladekabels (220), bei dem eine das Ladekabel (220) aufweisende Ladesäule (210) zu einem Gleichspannungsladen einer Batterie (240) eines Elektrofahrzeuges bereitgestellt ist, bei dem die Ladesäule (210) einen Ladestrom mit einer Ladespannung (201) bereitstellt, bei dem die zu ladende Batterie (240) eine gegenüber der Ladespannung (201, 202) höhere Klemmenspannung (203) aufweist und bei dem sich zwischen dem Ladekabel (220) und der Batterie (240) ein Gleichspannungswandler (230) befindet, wobei der Gleichspannungswandler (230) durch eine Ladungspumpe (231, 232, 236), welche die Ladespannung der Ladesäule (210) der Klemmenspannung (203) der Batterie (240) anpasst, realisiert ist, wobei die Ladungspumpe (231, 232, 236) mindestens einen unidirektionalen Strompfad (231, 232) umfasst, welcher mindestens zwei unidirektionale Schalter, mindestens zwei Dioden und mindestens zwei Kondensatoren aufweist, wobei die Ladungspumpe (231, 232, 236) mindestens einen bidirektionalen Strompfad (236) umfasst, welcher mindestens vier unidirektionale Schalter und mindestens zwei Kondensatoren aufweist und durch einen unidirektionalen Strompfad, welcher anstelle von mindestens zwei Dioden mindestens zwei unidirektionale Schalter und demnach insgesamt mindestens vier unidirektionale Schalter aufweist, realisierbar ist, und wobei der Gleichspannungswandler (230) dazu konfiguriert ist, durch die Batterie (240) über den mindestens einen bidirektionalen Strompfad (236) eine Vorladeleistung (204, 205) zur Vorladung des Ladekabels (220) bereitzustellen.DC voltage converter (230) for precharging a charging cable (220), in which a charging column (210) having the charging cable (220) is provided for direct voltage charging of a battery (240) of an electric vehicle, in which the charging column (210) supplies a charging current with a charging voltage (201), in which the battery (240) to be charged has a terminal voltage (203) that is higher than the charging voltage (201, 202) and in which there is a DC voltage converter (230) between the charging cable (220) and the battery (240) is located, wherein the DC voltage converter (230) is realized by a charge pump (231, 232, 236), which adapts the charging voltage of the charging station (210) to the terminal voltage (203) of the battery (240), the charge pump (231, 232, 236) comprises at least one unidirectional current path (231, 232), which has at least two unidirectional switches, at least two diodes and at least two capacitors, the charge pump (231, 232, 236) at least at least one bidirectional current path (236) which has at least four unidirectional switches and at least two capacitors and can be implemented by a unidirectional current path which, instead of at least two diodes, has at least two unidirectional switches and therefore a total of at least four unidirectional switches, and wherein the DC / DC converter (230) is configured to provide a pre-charging power (204, 205) for pre-charging the charging cable (220) through the battery (240) via the at least one bidirectional current path (236). Gleichspannungswandler (230) nach Anspruch 6, bei dem ein jeweiliger unidirektionaler Schalter ein MOSFET ist.DC / DC converter (230) according to Claim 6 , in which a respective unidirectional switch is a MOSFET. Gleichspannungswandler (230) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die Ladesäule (210) eine Ladespannung (202) von 400 V aufweist und die Batterie (240) eine Hochvoltbatterie (240) mit einer Klemmenspannung (203) von 800 V ist.DC voltage converter (230) according to one of the Claims 6 or 7th , in which the charging column (210) has a charging voltage (202) of 400 V and the battery (240) is a high-voltage battery (240) with a terminal voltage (203) of 800 V. Gleichspannungswandler (230) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem mindestens ein bidirektionaler Strompfad (236) dazu konfiguriert ist, eine der Vorladeleistung (204, 205) entsprechende Leistung (204, 205) zu übertragen.DC voltage converter (230) according to one of the Claims 6 to 8th wherein at least one bidirectional current path (236) is configured to transmit a power (204, 205) corresponding to the precharge power (204, 205). Gleichspannungswandler (230) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem der mindestens eine bidirektionale Strompfad (236) dazu konfiguriert ist, zusätzlich einen Energieübertrag aus der Batterie (240) in ein an der Ladesäule (210) angeschlossenes Versorgungsnetz durchzuführen.DC voltage converter (230) according to one of the Claims 6 to 9 , in which the at least one bidirectional current path (236) is configured to additionally carry out an energy transfer from the battery (240) into a supply network connected to the charging column (210).
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