DE102019120530A1 - Elektrofahrzeug mit Heizelement und Onboard-Ladegerät - Google Patents

Elektrofahrzeug mit Heizelement und Onboard-Ladegerät Download PDF

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Abstract

Es wird ein Elektrofahrzeug (100) mit einem Onboard-Ladegerät (1) zum Laden einer Hochvoltbatterie (2) des Elektrofahrzeugs (100) und einem Heizelement (4) vorgeschlagen, wobei das Onboard-Ladegerät (1) in einem Zwischenkreis (3') einen Zwischenkreiskondensator (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) am Zwischenkreis (3') elektrisch angeschlossen ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit einem Onboard-Ladegerät zum Laden einer Hochvoltbatterie des Elektrofahrzeugs und einem Heizelement, wobei das Onboard-Ladegerät in einem Zwischenkreis einen Zwischenkreiskondensator aufweist.
  • Bei modernen Elektrofahrzeugen besteht die Notwendigkeit, Heizelemente vorzusehen. Diese Heizelemente versorgen beispielsweise die Heizung des Fahrgastraumes des Elektrofahrzeugs mit Wärme und/oder werden zur Temperierung einer Batterie des Elektrofahrzeugs eingesetzt. Als zusätzliches einzelnes Bauteil wird das Heizelement üblicherweise von einer Hochvoltbatterie des Elektrofahrzeugs mit Energie beliefert. Durch das, mitunter hochfrequente, Schalten des Heizelementes können im Bordnetz des Elektrofahrzeugs Strom- und Spannungsripple entstehen, welche aufwendig durch die Verwendung von EMV-Filtern reduziert werden müssen.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, welches die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern es ermöglicht, die durch das Schalten des Heizelementes verursachten Strom- und Spannungsripple zu reduzieren.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Elektrofahrzeug mit einem Onboard-Ladegerät zum Laden einer Hochvoltbatterie des Elektrofahrzeugs und einem Heizelement, wobei das Onboard-Ladegerät in einem Zwischenkreis einen Zwischenkreiskondensator aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement am Zwischenkreis elektrisch angeschlossen ist.
  • Das erfindungsgemäße Elektrofahrzeug ermöglicht es, dass an den elektrischen Ein- und Ausgängen des Heizelementes beim Schalten des Heizelementes entstehenden Strom- und/oder Spannungsripple vom Zwischenkreiskondensator gedämpft werden. Durch die Dämpfung der Ripple können zusätzliche EMV-Filter deutlich kleiner ausgelegt werden oder es kann auf solche vollständig verzichtet werden.
  • Ein Onboard-Ladegerät im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein im Elektrofahrzeug angeordnetes Ladegerät zum Laden oder Entladen der Hochvoltbatterie des Elektrofahrzeugs. Denkbar ist, dass das Onboard-Ladegerät ein Ladegerät zum Laden oder Entladen der Hochvoltbatterie des Elektrofahrzeugs an einem externen Stromnetz ist. Denkbar ist, dass das Onboard-Ladegerät einen AC/DC-Wandler und einen DC/DC-Wandler aufweist, wobei der Zwischenkreis zwischen dem AC/DC-Wandler und dem DC/DC-Wandler angeordnet ist. Ein Elektrofahrzeug im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine zur Erzeugung von Traktion. Elektrofahrzeuge umfassen daher neben rein elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen auch solche, welche zusätzlich zu einer elektrischen Maschine zur Erzeugung von Traktion auch einen Verbrennungsmotor aufweisen, insbesondere also auch sogenannte Hybridfahrzeuge.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Heizelement ein Wasserheizer ist. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise das einfache Erzeugen von Wärme durch elektrischen Strom, verbunden mit der Möglichkeit, die erzeugte Wärme schnell und genau zu transportieren. Denkbar ist, dass der Wasserheizer einen Heizwiderstand zum konduktiven Heizen aufweist, wobei der Wasserheizer zum Erwärmen von Wasser durch den Heizwiderstand vorgesehen ist. Alternativ kann das Heizelement als Ölheizer oder Luftheizer ausgebildet sein.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Heizelement mit dem Zwischenkreiskondensator parallel verschaltet ist. Dies ermöglicht eine hervorragende Dämpfung von beim Schalten des Heizelementes entstehenden Strom- und/oder Spannungsripplen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Heizelement zum Betrieb mit einer Buck-Stufe und/oder einer Boost-Stufe des Onboard-Ladegerätes vorgesehen ist. Dies reduziert die erforderliche Anzahl der benötigten Bauteile des Elektrofahrzeugs und spart somit Kosten, Gewicht und Bauraum. Denkbar ist, dass der DC/DC-Wandler des Onboard-Ladegerätes die Buck-Stufe und/oder die Boost-Stufe aufweist. Denkbar ist, dass der DC/DC-Wandler des Onboard-Ladegerätes bidirektional vorgesehen ist, dass er also in zwei Richtungen betrieben werden kann. So ist es beispielsweise möglich, dass die Buck-Stufe und/oder die Boost-Stufe zum Wandeln von Strom und Spannung beim Laden der Hochvoltbatterie genutzt werden und dass die Buck-Stufe und/oder die Boost-Stufe ferner zum Wandeln von Strom und Spannung beim Betrieb des Heizelementes unter Versorgung des Heizelementes mit elektrischer Energie durch die Hochvoltbatterie betrieben werden kann. Eine Buck-Stufe im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Abwärtswandler zur Reduzierung einer elektrischen Spannung. Eine Boost-Stufe im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Aufwärtswandler zur Erhöhung einer elektrischen Spannung. Denkbar ist, dass der DC/DC-Wandler des Onboard-Ladegerätes eine Buck-Boost-Stufe aufweist, welche bidirektional genutzt werden kann. Eine Buck-Boost-Stufe im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Wandler, welcher als Abwärtswandler zur Reduzierung einer elektrischen Spannung oder als Aufwärtswandler zur Erhöhung der elektrischen Spannung genutzt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Onboard-Ladegerät ein Leistungsfaktorkorrekturfilter aufweist. Dies ermöglicht die Korrektur des Leistungsfaktors beim Laden der Hochvoltbatterie. Denkbar ist, dass das Leistungsfaktorkorrekturfilter ein aktives Leistungsfaktorkorrekturfilter oder ein passives Leistungsfaktorkorrekturfilter ist. Denkbar ist, dass das Leistungsfaktorkorrekturfilter in den AC/DC-Wandler integriert ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Onboard-Ladegerät zum Laden und Entladen der Hochvoltbatterie vorgesehen ist. Dies ermöglicht es auf vorteilhafte Weise, dass nicht nur die Hochvoltbatterie mit dem Onboard-Ladegerät geladen werden kann, sondern dass die Hochvoltbatterie auch entladen werden kann. Denkbar ist, dass das Onboard-Ladegerät zum Entladen der Hochvoltbatterie in ein externes Stromnetz vorgesehen ist. Alternativ oder zusätzlich dazu ist denkbar, dass das Onboard-Ladegerät zum Entladen der Hochvoltbatterie durch Betrieb des Heizelementes vorgesehen ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Onboard-Ladegerät zum Anschluss an ein externes Stromnetz vorgesehen ist, wobei das Onboard-Ladegerät zum Versorgen des Heizelementes mit elektrischer Energie aus dem externen Stromnetz vorgesehen ist. Dies ermöglicht es auf vorteilhafte Weise, dass das Heizelement betrieben werden kann, ohne die Hochvoltbatterie zu entladen. Vorteilhaft ist dies beispielsweise bei kalter Witterung und einem an einer Ladestation angeschlossenen Elektrofahrzeug als Standheizung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Onboard-Ladegerät zum Versorgen des Heizelementes mit elektrischer Energie aus der Hochvoltbatterie vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine Versorgung des Heizelementes mit konstanter elektrischer Spannung unabhängig vom Ladezustand der Hochvoltbatterie. Der DC/DC-Wandler des Onboard-Ladegerätes ist dabei vorzugsweise dazu vorgesehen, die an dem Heizelement anliegende elektrische Spannung stabil einzuregeln. Zusätzliche Wandler zum stabilen Betrieb des Heizelementes sind dadurch nicht nötig, was Kosten, Gewicht und Bauraum spart.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Heizelement zum Heizen eines Fahrgastraumes des Elektrofahrzeugs vorgesehen ist. Dies ermöglicht ein komfortables Reisen mit dem Elektrofahrzeug.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Heizelement zum Heizen der Hochvoltbatterie vorgesehen ist. Dadurch kann auf vorteilhafte Weise die Temperatur der Hochvoltbatterie bei kalter Witterung oberhalb einer Mindesttemperatur gehalten werden, was der Leistungsfähigkeit der Hochvoltbatterie und damit der Reichweite des Elektrofahrzeugs zugutekommt. Zudem kann durch das Heizen die Ladeperformance der Hochvoltbatterie gesteigert werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Onboard-Ladegerät einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme auf das Heizelement aufweist, wobei das Onboard-Ladegerät vorzugsweise einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme von dem Zwischenkreiskondensator auf das Heizelement aufweist und/oder wobei das Onboard-Ladegerät vorzugsweise einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme von einem AC/DC-Wandler des Onboard-Ladegerätes auf das Heizelement aufweist und/oder wobei das Onboard-Ladegerät vorzugsweise einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme von einem DC/DC-Wandler des Onboard-Ladegerätes auf das Heizelement aufweist. Dies ermöglicht es, am Onbard-Ladegerät entstehende Abwärme vorteilhaft zu nutzen und so Energie einzusparen.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
    • 1 zeigt schematisch ein Onboard-Ladegerät und ein Heizelement eines Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 zeigt schematisch ein Elektrofahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 1 ist schematisch ein Onboard-Ladegerät 1 und ein Heizelement 4 eines Elektrofahrzeugs 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Onboard-Ladegerät 1 ist zum Anschluss an ein externes Stromnetz 8 vorgesehen. Mittels eines AC/DC-Wandlers 6 wird eine Wechselspannung aus dem externen Stromnetz 8 gleichgerichtet. Zwischen dem AC/DC-Wandler 6 und einem DC/DC-Wandler 7 des Onboard-Ladegerätes 1 ist ein Zwischenkreis 3' mit einem Zwischenkreiskondensator 3 angeordnet. Der DC/DC-Wandler 7 wandelt die gleichgerichtete Spannung so um, dass diese über ein Bordnetz 9 des Elektrofahrzeugs zum Laden einer Hochvoltbatterie 2 bereitgestellt werden kann. Für den Anschluss an das externe Stromnetz 8 weist der AC/DC-Wandler 6 ein Leistungsfaktorkorrekturfilter 5 auf.
  • Im Zwischenkreis 3' ist ferner ein als Wasserheizer ausgeführtes Heizelement 4 angeordnet. Das Heizelement 4 ist parallel zum Zwischenkreiskondensator 3 angeschlossen. Zur Einstellung einer Heizleistung des Heizelementes 4 wird dieses geschaltet. Die dabei entstehenden Strom- und Spannungsripple werden von dem Zwischenkreiskondensator 3 so gedämpft, dass keine aufwendige EMV-Filterung am Heizelement 4 nötig ist und im Bordnetz 9 keine nennenswerten Störungen durch Rippleströme entstehen.
  • Das Heizelement 4 kann bei an das externe Stromnetz 8 angeschlossenem Onboard-Ladegerät 1 durch das externe Stromnetz 8 mit elektrischer Energie versorgt werden. Ferner ist aber auch der DC/DC-Wandler 7 als bidirektionaler DC/DC-Wandler ausgeführt, so dass das Heizelement 4 auch von der Hochvoltbatterie 2 mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Dabei wird die am Heizelement 4 anliegende Spannung vom DC/DC-Wandler 7 so eingeregelt, dass sie unabhängig vom Ladezustand der Hochvoltbatterie 2 immer gleich ist. Neben der Möglichkeit, die Hochvoltbatterie 2 in das externe Stromnetz 8 zu entladen, was beispielsweise bei der Nutzung des Elektrofahrzeugs als Pufferspeicher für elektrische Energie sinnvoll ist, bietet sich so die Möglichkeit, die Hochvoltbatterie 2 über das Heizelement 4 zu entladen. Der DC/DC-Wandler 7 weist eine Buck-Boost-Stufe auf, welche sowohl zum Laden und Entladen der Hochvoltbatterie 2 als auch zur Versorgung des Heizelementes 4 mit elektrischer Energie durch die Hochvoltbatterie 2 verwendet wird. Das Heizelement 4 benötigt damit keine eigene Buck- bzw. Boost-Stufe, was Bauraum, Gewicht und Kosten spart.
  • Der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellt sind Wärmeübertrager, welche Abwärme vom Zwischenkreiskondensator 3, vom AC/DC-Wandler 6 und vom DC/DC-Wandler 7 auf das Heizelement 4 übertragen und somit zu einer Steigerung der Effizienz des Elektrofahrzeugs beitragen.
  • In 2 ist schematisch ein Elektrofahrzeug 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Elektrofahrzeug weist das in 1 gezeigte Onboard-Ladegerät 1 mit dem im Zwischenkreis 3' angeordneten Heizelement 4 auf. Das Heizelement 4 ist zum Heizen eines Fahrgastraumes und einer hier nicht dargestellten Hochvoltbatterie des Elektroahrzeugs 100 vorgesehen.

Claims (11)

  1. Elektrofahrzeug (100) mit einem Onboard-Ladegerät (1) zum Laden einer Hochvoltbatterie (2) des Elektrofahrzeugs (100) und einem Heizelement (4), wobei das Onboard-Ladegerät (1) in einem Zwischenkreis (3') einen Zwischenkreiskondensator (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) am Zwischenkreis (3') elektrisch angeschlossen ist.
  2. Elektrofahrzeug (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) ein Wasserheizer oder ein Ölheizer oder ein Luftheizer ist.
  3. Elektrofahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) mit dem Zwischenkreiskondensator (3) parallel verschaltet ist.
  4. Elektrofahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) zum Betrieb mit einer Buck-Stufe und/oder einer Boost-Stufe des Onboard-Ladegerätes (1) vorgesehen ist.
  5. Elektrofahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Onboard-Ladegerät (1) ein Leistungsfaktorkorrekturfilter (5) aufweist.
  6. Elektrofahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Onboard-Ladegerät (1) zum Laden und Entladen der Hochvoltbatterie (2) vorgesehen ist.
  7. Elektrofahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Onboard-Ladegerät (1) zum Anschluss an ein externes Stromnetz (8) vorgesehen ist, wobei das Onboard-Ladegerät (1) zum Versorgen des Heizelementes (4) mit elektrischer Energie aus dem externen Stromnetz (8) vorgesehen ist.
  8. Elektrofahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Onboard-Ladegerät (1) zum Versorgen des Heizelementes (4) mit elektrischer Energie aus der Hochvoltbatterie (2) vorgesehen ist.
  9. Elektrofahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) zum Heizen eines Fahrgastraumes des Elektrofahrzeugs (100) vorgesehen ist.
  10. Elektrofahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) zum Heizen der Hochvoltbatterie (2) vorgesehen ist.
  11. Elektrofahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Onboard-Ladegerät (1) einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme auf das Heizelement (4) aufweist, wobei das Onboard-Ladegerät (1) vorzugsweise einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme von dem Zwischenkreiskondensator (3) auf das Heizelement (4) aufweist und/oder wobei das Onboard-Ladegerät (1) vorzugsweise einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme von einem AC/DC-Wandler (6) des Onboard-Ladegerätes (1) auf das Heizelement (4) aufweist und/oder wobei das Onboard-Ladegerät (1) vorzugsweise einen Wärmeübertrager (6) zum Übertragen von Wärme von einem DC/DC-Wandler (7) des Onboard-Ladegerätes (1) auf das Heizelement (4) aufweist.
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