DE102019200909A1 - Method for charging a configurable vehicle battery and vehicle electrical system - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Laden eines konfigurierbaren Fahrzeugakkumulators (AK) umfasst die Schritte: Erfassen einer Phasenzahl einer Wechselspannung an einem Wechselstromanschluss (WA); Wandeln der Wechselspannung in eine gleichgerichtete Gleichspannung mittels eines Gleichrichters (GR); und Laden des Fahrzeugakkumulators (AK) mittels der gleichgerichteten Gleichspannung. Bei einer ersten Phasenzahl wird der Fahrzeugakkumulator (AK) gemäß einer ersten Konfiguration konfiguriert und bei einer zweiten, zur ersten verschiedenen Phasenzahl der Fahrzeugakkumulator (AK) wird gemäß einer zweiten, zur ersten verschiedenen Konfiguration konfiguriert, bevor das Wandeln und Laden ausgeführt wird.Ferner ist ein Fahrzeugbordnetz (BN) eingerichtet zur Ausführung des Verfahrens beschrieben.A method for charging a configurable vehicle accumulator (AK) comprises the steps: detecting a number of phases of an alternating voltage at an alternating current connection (WA); Converting the AC voltage into a rectified DC voltage by means of a rectifier (GR); and charging the vehicle accumulator (AK) by means of the rectified DC voltage. In the case of a first phase number, the vehicle accumulator (AK) is configured in accordance with a first configuration and in the case of a second phase number which is different from the first, the vehicle accumulator (AK) is configured in accordance with a second, different configuration before the conversion and charging is carried out a vehicle electrical system (BN) described to carry out the method.
Description
Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, das heißt rein elektrisch fahrende Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge, weisen einen Akkumulator auf. Es ist bekannt, mittels einer Wechselstrom-Ladesäule elektrische Leistung an den Akkumulator zu übertragen, um diesen aufzuladen. Wenn sich die Akkumulatorspannung von der gleichgerichteten Wechselspannung signifikant unterscheidet, wird zur Anpassung der unterschiedlichen Spannungslagen üblicherweise ein Wandler eingesetzt. Da Ladesäulen oder andere Ladeschnittstellen spezifische Spannungen bereitstellen, die sich je nach Ausprägung der Ladesäule bzw. Ladeschnittstelle - insbesondere in Hinblick auf unterschiedliche Phasenanzahlen - unterscheiden können, besteht die Aufgabe, kostengünstig zu ermöglichen, dass mit unterschiedlichen Spannungen geladen werden kann.Vehicles with an electric drive, that is purely electric vehicles and hybrid vehicles, have an accumulator. It is known to transmit electrical power to the rechargeable battery by means of an AC charging station in order to charge it. If the battery voltage differs significantly from the rectified AC voltage, a converter is usually used to adapt the different voltage levels. Since charging stations or other charging interfaces provide specific voltages, which can differ depending on the design of the charging station or charging interface - particularly with regard to different phase numbers - the task is to make it possible to charge differently with different voltages.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Ausführungsformen, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Figuren.This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Further features, embodiments, properties and advantages result from the dependent claims, the description and the figures.
Es wird vorgeschlagen, bei unterschiedlichen (aktiv genutzten) Phasenzahlen eines Wechselstromanschlusses den Akkumulator unterschiedlich zu konfigurieren, wobei unterschiedliche Konfigurationen des Akkumulators zu unterschiedlichen Klemmenspannungen (d.h. Gesamtspannungen der Akkumulatoreinheiten des Akkumulators) führen. Zur Anpassung an die Spannungslage der Gleichspannung, die aus der Wechselspannung des Wechselstromanschlusses durch Gleichrichten erzeugt wurde, wird die Klemmenspannung des Akkumulators angepasst, indem dessen Konfiguration angepasst wird. Akkumulatoren lassen sich parallel konfigurieren, wobei dann Akkumulatoreinheiten des Akkumulators (d.h. Untergruppen von Akkumulatorzellen) parallel miteinander verbunden sind. Akkumulatoren lassen sich seriell konfigurieren, wobei dann Akkumulatoreinheiten des Akkumulators (d.h. Untergruppen von Akkumulatorzellen) seriell geschaltet werden. Die Zellen innerhalb der Akkumulatoreinheiten bzw. der Untergruppen können (nicht konfigurierbar) in vollständig in Reihe geschaltet sein, vollständig parallel geschaltet sein, oder in einer Kombination von Reihen- und Parallelschaltung miteinander verbunden sein (etwa als Parallelschaltung von Reihenschaltungen von Zellen oder als Reihenschaltung von Parallelschaltungen von Zellen).It is proposed to configure the accumulator differently with different (actively used) phase numbers of an AC connection, different configurations of the accumulator leading to different terminal voltages (i.e. total voltages of the accumulator units of the accumulator). In order to adapt to the voltage level of the direct voltage, which was generated from the alternating voltage of the alternating current connection by rectification, the terminal voltage of the accumulator is adapted by adapting its configuration. Accumulators can be configured in parallel, in which case accumulator units of the accumulator (i.e. subgroups of accumulator cells) are connected to one another in parallel. Accumulators can be configured in series, in which case accumulator units of the accumulator (i.e. subgroups of accumulator cells) are connected in series. The cells within the accumulator units or the subgroups can (not configurable) be connected completely in series, connected completely in parallel, or connected to one another in a combination of series and parallel connection (for example as a parallel connection of series connections of cells or as a series connection of Parallel connection of cells).
Beispielsweise kann an einem Wechselspannungsanschluss die Wechselspannung einphasig vorliegen oder kann dreiphasig vorliegen, beispielsweise abhängig von der Realisierung einer Wechselspannungsquellenschnittstelle, etwa eine Steckdose. Liegt die Wechselspannung einphasig mit einer Effektivspannung von 230 V vor, beträgt der Netzkuppenwert ca. 325 V; die gleichgerichtete Spannung kann dann etwa 450 V betragen, insbesondere wenn die Wechselspannung von einem Leistungsfaktorkorrekturfilter gleichgerichtet wird. Dies würde zu einer Akkumulatorspannung von 235 V - 410 V passen, um den Akkumulator aufzuladen. In diesem Fall wäre der Akkumulator in einer ersten Konfiguration, die gegenüber einer zweiten Konfiguration eine niedrigere (Klemmen-)Spannung des Akkumulators vorsieht. Die erste Konfiguration kann daher eine Parallelkonfiguration sein. Liegt die Wechselspannung mit einer Effektivspannung von 230 V hingegen dreiphasig vor, beträgt der Netzkuppenwert ca. 565 V (aufgrund des höheren Verkettungsfaktors); die gleichgerichtete Spannung kann dann etwa 850 V betragen, insbesondere wenn die Wechselspannung von einem Leistungsfaktorkorrekturfilter gleichgerichtet wird. Dies würde zu einer Akkumulatorspannung von 470 V - 820 V passen, um den Akkumulator aufzuladen. In diesem Fall wäre der Akkumulator in der zweiten Konfiguration, die gegenüber der ersten Konfiguration eine höhere (Klemmen-)Spannung des Akkumulators vorsieht. Die zweite Konfiguration kann daher eine Seriellkonfiguration sein, wobei dieses Beispiel eine Parallel-/Seriell-Konfiguration von zwei Akkumulatoreinheiten betrifft. Die Konfiguration des Akkumulators wird daher genutzt, um die gleichgerichtete Spannung bzw. den gleichgerichteten Spannungsbereich an die Klemmenspannung des Akkumulators anzupassen, um so eine Anpassung an unterschiedliche Ladevorgänge (mittels einer fahrzeugexternen Spannungsquelle) zu ermöglichen.For example, the AC voltage can be single-phase at an AC voltage connection or can be three-phase, for example depending on the implementation of an AC voltage interface, for example a socket. If the AC voltage is single-phase with an effective voltage of 230 V, the top of the network is approx. 325 V; the rectified voltage can then be approximately 450 V, in particular if the AC voltage is rectified by a power factor correction filter. This would match a battery voltage of 235 V - 410 V to charge the battery. In this case, the accumulator would be in a first configuration, which provides for a lower (terminal) voltage of the accumulator compared to a second configuration. The first configuration can therefore be a parallel configuration. On the other hand, if the AC voltage is three-phase with an effective voltage of 230 V, the net crest value is approx. 565 V (due to the higher chaining factor); the rectified voltage can then be approximately 850 V, in particular if the AC voltage is rectified by a power factor correction filter. This would match a battery voltage of 470 V - 820 V to charge the battery. In this case, the accumulator would be in the second configuration, which provides for a higher (terminal) voltage of the accumulator compared to the first configuration. The second configuration can therefore be a serial configuration, this example relating to a parallel / serial configuration of two accumulator units. The configuration of the rechargeable battery is therefore used to adapt the rectified voltage or the rectified voltage range to the terminal voltage of the accumulator, in order to enable adaptation to different charging processes (by means of a voltage source external to the vehicle).
Da somit durch die Konfiguration des Akkumulators die Anpassung an eine gleichgerichtete Spannung einer Wechselspannungsquelle erreicht werden kann, sind die Anforderungen zur weiteren Anpassung an andere Komponenten, etwa an einen (optionalen) Wandler oder an einen steuerbaren Gleichrichter, nicht mehr so hoch. Insbesondere ist dadurch möglich, dass weder Gleichspannungswandler (falls vorhanden) noch Gleichrichter in einem besonders breiten Spannungsbereich arbeiten müssen, und insbesondere in Teilbereichen arbeiten müssen, in denen die betreffenden Komponenten einen geringeren Wirkungsgrad aufweisen als in anderen Unterbereichen. Insbesondere ist es möglich, dass die Spannungsanpassung alleine mittels des steuerbaren Gleichrichters und der einstellbaren Konfiguration durchgeführt wird.Since the configuration of the accumulator can thus be used to adapt to a rectified voltage of an AC voltage source, the requirements for further adaptation to other components, for example to an (optional) converter or to a controllable rectifier, are no longer as high. In particular, this makes it possible that neither DC voltage converters (if present) nor rectifiers have to work in a particularly wide voltage range, and in particular have to work in subregions in which the components in question have a lower efficiency than in other subregions. In particular, it is possible that the voltage adjustment is carried out solely by means of the controllable rectifier and the adjustable configuration.
Es wird somit ein Verfahren zum Laden eines konfigurierbaren Fahrzeugakkumulators wie folgt vorgeschlagen. Zunächst wird eine Phasenanzahl einer Wechselspannung an einem Wechselstromanschluss erfasst. Jedoch wird insbesondere nicht die allgemein verfügbare Phasenanzahl erfasst, sondern die tatsächlich einem Gleichrichter zugeführte Anzahl von aktiven Phasen. Wenn somit bei einem dreiphasigen Anschluss nur eine Phase hiervon gleichgerichtet wird, ist die Phasenanzahl eins, da die Anzahl der aktiven Phasen eins beträgt. Werden alle drei Phasen zur Gleichrichtung verwendet, ergibt sich auch ein höherer Verkettungsfaktor und somit auch eine höhere Anzahl an aktiven Phasen, nämlich eine Phasenanzahl von drei. Der Wechselstromanschluss ist insbesondere ein Wechselstromanschluss eines Fahrzeugbordnetzes, in dem auch der Fahrzeugakkumulator vorgesehen ist. Die Anzahl der (aktiven) Phasen kann mittels einer Steuereinheit erfasst werden oder auch eingestellt werden. Der letztgenannte Fall entspricht die erfasste Phasenzahl der eingestellten Phasenzahl.A method for charging a configurable vehicle accumulator is thus proposed as follows. First, a number of phases of an alternating voltage at an alternating current connection is detected. However, the generally available number of phases is not recorded, but rather the number of active phases actually supplied to a rectifier. So if at one three-phase connection only one phase is rectified, the number of phases is one, since the number of active phases is one. If all three phases are used for rectification, there is also a higher chaining factor and thus also a higher number of active phases, namely a phase number of three. The AC connection is in particular an AC connection of a vehicle electrical system, in which the vehicle accumulator is also provided. The number of (active) phases can be recorded or set using a control unit. The latter case corresponds to the recorded phase number of the set phase number.
Weiterhin die Wechselspannung in eine erste Gleichspannung mittels eines Gleichrichters gewandelt. Insbesondere wird hierbei die Wechselspannung in die erste Gleichspannung mittels eines steuerbaren Gleichrichters gewandelt. Der Gleichrichter hat vorzugsweise eine Hochsetz-Funktion und erzeugt somit eine höhere gleichgerichtete Spannung, als ein ungesteuerter Vollwellengleichrichter (nach Glättung) erzeugen würde. Der Gleichrichter kann temporäre Speicherelemente wie Spulen umfassen und kann insbesondere als Leistungsfaktorkorrekturfilter, etwa als Vienna-Gleichrichter, ausgebildet sein. Der Gleichrichter ist vorzugsweise ein steuerbarer Gleichrichter.Furthermore, the AC voltage is converted into a first DC voltage by means of a rectifier. In particular, the AC voltage is converted into the first DC voltage by means of a controllable rectifier. The rectifier preferably has a step-up function and thus generates a higher rectified voltage than an uncontrolled full-wave rectifier (after smoothing) would produce. The rectifier can include temporary storage elements such as coils and can in particular be designed as a power factor correction filter, for example as a Vienna rectifier. The rectifier is preferably a controllable rectifier.
In einer Ausführungsform wird mittels eines Gleichspannungswandlers die gleichgerichtete Gleichspannung in eine gewandelte Gleichspannung gewandelt. Dies dient zur Anpassung an eine aktuell geforderte Spannung am Fahrzeugakkumulator. Der Gleichspannungswandler kann zur Steuerung oder Regelung des Ladevorgangs des Fahrzeugakkumulators eingerichtet sein. Die gewandelte Gleichspannung wird an den Akkumulator angelegt (über die Konfigurationsschaltung). Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die gleichgerichtete Gleichspannung (ohne Wandlung) an den Akkumulator bzw. an die Konfigurationsschaltung angelegt wird. Die gleichgerichtete Gleichspannung kann daher direkt oder über einen Gleichspannungswandler an den Akkumulator (insbesondere über die Konfigurationsschaltung) angelegt werden.In one embodiment, the rectified DC voltage is converted into a converted DC voltage by means of a DC voltage converter. This is used to adapt to a currently required voltage on the vehicle battery. The DC-DC converter can be set up to control or regulate the charging process of the vehicle battery. The converted DC voltage is applied to the accumulator (via the configuration circuit). Another embodiment provides that the rectified DC voltage (without conversion) is applied to the accumulator or to the configuration circuit. The rectified DC voltage can therefore be applied to the accumulator (in particular via the configuration circuit) directly or via a DC voltage converter.
Der Fahrzeugakkumulator wird geladen durch Anlegen der gleichgerichteten Gleichspannung (d.h. der Ausgangsspannung des Gleichrichters) an den Fahrzeugakkumulator, insbesondere wenn kein Wandler zwischen Gleichrichter und Akkumulator vorgesehen ist. Der Fahrzeugakkumulator wird geladen durch Anlegen der gewandelten Gleichspannung (d.h. der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers) an den Fahrzeugakkumulator, wenn zwischen Gleichrichter und Akkumulator der Gleichspannungswandler vorgesehen ist.The vehicle accumulator is charged by applying the rectified DC voltage (i.e. the output voltage of the rectifier) to the vehicle accumulator, in particular if no converter is provided between the rectifier and the accumulator. The vehicle battery is charged by applying the converted DC voltage (i.e., the output voltage of the DC-DC converter) to the vehicle battery when the DC-DC converter is provided between the rectifier and the battery.
In Ausführungsformen, in denen der Gleichspannungswandler vorgesehen ist bzw. die gleichgerichtete Spannung mittels des Gleichspannungswandler gewandelt wird, kann der Gleichspannungswandler somit auch zur Anpassung der gleichgerichteten Gleichspannung an eine Soll-Ladespannung bzw. an eine Nennspannung des Fahrzeugakkumulators dienen. Neben (oder statt) der Anpassung mittels des Gleichspannungswandlers (und ggf. auch des Gleichrichters) kann eine Konfiguration des Fahrzeugakkumulators zur Anpassung wie folgt beitragen. Bei einer ersten Phasenzahl wird der Fahrzeugakkumulator gemäß einer ersten Konfiguration konfiguriert. Bei einer zweiten, zur ersten verschiedenen (d. h. größer oder kleineren) Phasenzahl wird der Fahrzeugakkumulator gemäß einer anderen (d. h. zweiten, zur ersten Konfiguration verschiedenen) Konfiguration konfiguriert. Das Einstellen der Konfiguration findet statt, bevor das Laden und das Wandeln ausgeführt werden. Nachdem die Phasenanzahl erfasst wird, wird somit konfiguriert, wobei nach dem Konfigurieren das Wandeln und das Laden stattfindet.In embodiments in which the DC voltage converter is provided or the rectified voltage is converted by means of the DC voltage converter, the DC voltage converter can therefore also be used to adapt the rectified DC voltage to a target charging voltage or to a nominal voltage of the vehicle battery. In addition to (or instead of) the adaptation by means of the DC voltage converter (and possibly also the rectifier), a configuration of the vehicle accumulator can contribute to the adaptation as follows. In the case of a first number of phases, the vehicle accumulator is configured in accordance with a first configuration. In a second, different (i.e. larger or smaller) phase number, the vehicle accumulator is configured according to a different (i.e. second, different to the first configuration) configuration. The configuration is set before the loading and conversion are carried out. After the number of phases has been recorded, the configuration is carried out, with the conversion and the loading taking place after the configuration.
Vorzugsweise ist bei einer ersten Ausgestaltung die erste Phasenzahl kleiner als die zweite Phasenzahl, und die erste Konfiguration (welche bei der ersten Phasenzahl eingestellt wird) ist eine Parallelkonfiguration des Fahrzeugakkumulators. In einer zweiten Ausgestaltung ist die erste Phasenzahl kleiner als die zweite Phasenzahl, und die erste Konfiguration (welche bei der ersten Phasenzahl eingestellt wird) ist eine Seriellkonfiguration des Fahrzeugakkumulators. Die zweite Ausgestaltung wird insbesondere verwendet, wenn der Fahrzeugakkumulator einen Ladezustand unter einem Schwellenwert hat, während erste Ausgestaltung verwendet wird, wenn der Ladezustand nicht unter dem Schwellenwert liegt. Beide Ausgestaltungen können als unterschiedliche Ladephasen desselben Verfahrens realisiert sein. Der Schwellenwert kann einem Ladezustand entsprechen, in dem die Klemmenspannung des Akkumulators im Parallelzustand (entsprechend der Klemmenspannung einer Akkumulatoreinheit) bei nicht mehr als 60%, 55% oder 50% der Nennspannung beträgt. Der Schwellenwert kann beispielsweise ca. 215 V, 220 V, 225 V oder 230 V betragen.In a first embodiment, the first phase number is preferably smaller than the second phase number, and the first configuration (which is set for the first phase number) is a parallel configuration of the vehicle accumulator. In a second embodiment, the first phase number is smaller than the second phase number, and the first configuration (which is set for the first phase number) is a serial configuration of the vehicle accumulator. The second embodiment is used in particular if the vehicle accumulator has a state of charge below a threshold value, while the first embodiment is used if the state of charge is not below the threshold value. Both configurations can be implemented as different charging phases of the same method. The threshold value can correspond to a state of charge in which the terminal voltage of the battery in parallel (corresponding to the terminal voltage of an accumulator unit) is not more than 60%, 55% or 50% of the nominal voltage. The threshold value can be, for example, approximately 215 V, 220 V, 225 V or 230 V.
Ferner wird bei der zweiten Phasenzahl die zweite Konfiguration als Seriellkonfiguration des Fahrzeugakkumulators ausgeführt. Mit anderen Worten wird bei der ersten Phasenzahl, die geringer als die zweite Phasenzahl ist, als die erste Konfiguration des Fahrzeugakkumulators eine Parallelkonfiguration des Fahrzeugakkumulators vorgesehen. Dies wird ausgeführt, wenn die erste Phasenzahl erfasst wird. Wird die zweite Phasenzahl erfasst, die größer als die erste Phasenzahl ist, dann wird als die zweite Konfiguration eine Seriellkonfiguration des Fahrzeugakkumulators vorgesehen. Eine Parallelkonfiguration des Fahrzeugakkumulators wird vorgesehen, indem eine erste Akkumulatoreinheit parallel zu mindestens einer zweiten Akkumulatoreinheit geschaltet wird. Eine Seriellkonfiguration wird vorgesehen, indem eine erste Akkumulatoreinheit in Serie zu mindestens einer weiteren, zweiten Akkumulatoreinheit geschaltet wird.Furthermore, in the second phase number, the second configuration is carried out as a serial configuration of the vehicle accumulator. In other words, in the first phase number, which is less than the second phase number, a parallel configuration of the vehicle battery is provided as the first configuration of the vehicle battery. This is done when the first phase number is detected. If the second phase number that is greater than the first phase number is detected, then a serial configuration of the vehicle accumulator is provided as the second configuration. A parallel configuration of the vehicle battery is provided by connecting a first battery unit in parallel with at least one second battery unit. A serial configuration is provided by connecting a first accumulator unit in series to at least one further, second accumulator unit.
Die Akkumulatoreinheiten sind Teil des Fahrzeugakkumulators. In einer spezifischen Ausführungsform umfasst der Fahrzeugakkumulator zwei Akkumulatoreinheiten, nämlich eine erste und eine zweite Akkumulatoreinheit, die gleich groß sind und jeweils in sich gleich verschaltet sind. Mit anderen Worten bieten die Akkumulatoreinheiten vorzugsweise die gleiche Nennspannung. Die Akkumulatoreinheiten sind zudem vorzugsweise hinsichtlich ihrer Kapazität, ihres Typs und/oder ihres Nenn- oder Maximalstroms identisch.The battery units are part of the vehicle battery. In a specific embodiment, the vehicle accumulator comprises two accumulator units, namely a first and a second accumulator unit, which are of the same size and are each connected in the same way. In other words, the accumulator units preferably offer the same nominal voltage. The accumulator units are also preferably identical in terms of their capacity, their type and / or their nominal or maximum current.
Der Fahrzeugakkumulator wird mittels einer Konfigurationsschaltung konfiguriert. Diese kann Teil des Fahrzeugakkumulators sein, kann jedoch auch zwischen den Gleichspannungswandler und den Fahrzeugvorakkumulator vorgesehen sein. Die Konfigurationsschaltung verbindet einstellbar mehrere Akkumulatoreinheiten (beispielsweise zwei) des Fahrzeugakkumulators wahlweise parallel oder seriell miteinander. Bei der Parallelschaltung ergibt sich eine Gesamt-Klemmenspannung, die der Klemmenspannung bzw. Nennspannung einer der Akkumulatoreinheiten entspricht. Bei einer Seriellkonfiguration ergibt sich eine Gesamt-Klemmenspannung, die der Summe der Trennungsspannungen der Akkumulatoreinheiten entspricht. Mit zwei Akkumulatoreinheiten ergibt sich somit bei Seriellkonfiguration eine Klemmenspannung, die doppelt so groß ist wie die Klemmenspannung bei Parallelkonfiguration. Die Gesamt-Klemmenspannung kann einer Spannung entsprechen, die an einem Akkumulatoranschluss vorliegt, über den die Konfigurationsschaltung bzw. der Fahrzeugakkumulator mit dem Gleichspannungswandler verbunden ist.The vehicle accumulator is configured using a configuration circuit. This can be part of the vehicle accumulator, but can also be provided between the DC voltage converter and the vehicle pre-accumulator. The configuration circuit connects several accumulator units (for example two) of the vehicle accumulator selectively in parallel or in series with one another. The parallel connection results in a total terminal voltage which corresponds to the terminal voltage or nominal voltage of one of the accumulator units. In the case of a serial configuration, the total terminal voltage corresponds to the sum of the separation voltages of the accumulator units. With two accumulator units, this results in a terminal voltage in a serial configuration that is twice as large as the terminal voltage in a parallel configuration. The total terminal voltage can correspond to a voltage that is present at an accumulator connection, via which the configuration circuit or the vehicle accumulator is connected to the DC voltage converter.
Der Gleichspannungswandler ist, falls vorgesehen, vorzugsweise als Abwärtswandler ausgestaltet. Mit anderen Worten kann das Wandeln einem Abwärtswandeln entsprechen. Der Gleichspannungswandler kann als unidirektionaler Wandler ausgestaltet sein. Bei der Darstellung als Abwärtswandler umfasst dieser an einer Eingangsseite einen Schalter und eine dazu in Reihe angeschlossene Diode, wobei der sich ergebende Verbindungspunkt über eine Induktivität (insbesondere eine dezidierte Spule) mit dem Ausgang des Wandlers verbunden ist. Es ergibt sich eine besonders einfache Ausführungsform des Gleichspannungswandlers. Dies ist möglich, da die Konfiguration des Fahrzeugakkumulators zumindest einen Teil der Anpassung zwischen Klemmspannung und (gleichgerichteter) Ladespannung, d. h. erste Gleichspannung, ermöglicht.If provided, the DC-DC converter is preferably designed as a step-down converter. In other words, the conversion can correspond to a downward conversion. The DC-DC converter can be designed as a unidirectional converter. When represented as a step-down converter, this comprises a switch on one input side and a diode connected in series therewith, the resulting connection point being connected to the output of the converter via an inductance (in particular a dedicated coil). The result is a particularly simple embodiment of the DC-DC converter. This is possible because the configuration of the vehicle battery packs at least part of the adjustment between the clamping voltage and the (rectified) charging voltage, i. H. first DC voltage.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Gleichspannungswandler vorgesehen und ist bidirektional ausgestaltet. Insbesondere ist hierbei der Gleichspannungswandler als Synchronwandler ausgestaltet. In diesem Fall umfasst der Gleichspannungswandler an der Eingangsseite zwei in Serie geschaltete Schalter, wobei der sich ergebende Verbindungspunkt über eine (dezidierte) Spule mit einer Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers verbunden ist. In diesem Fall können statt Eingangs- und Ausgangsseite die Begriffe erste und zweite Seite verwendet werden, da der sich ergebende Wandler bidirektional arbeiten kann und somit eine Seite sowohl Eingangs- als auch Ausgangsseite sein kann, abhängig vom Anwendungsfall. Bei einem bidirektionalen Gleichspannungswandler kann Spannung aus dem Traktionsakkumulator an den Ladeanschluss rückgespeist werden.In a further embodiment, the DC-DC converter is provided and is designed bidirectionally. In particular, the DC-DC converter is designed as a synchronous converter. In this case, the DC-DC converter comprises two switches connected in series on the input side, the resulting connection point being connected to an output side of the DC-DC converter via a (dedicated) coil. In this case, the terms first and second side can be used instead of the input and output side, since the resulting converter can work bidirectionally and thus one side can be both input and output side, depending on the application. With a bidirectional DC voltage converter, voltage can be fed back from the traction accumulator to the charging connection.
Die Wechselspannung wird vorzugsweise mittels eines Leistungsfaktor-Korrekturfilters in die erste Gleichspannung gewandelt. Mit anderen Worten ist der Gleichrichter vorzugsweise als Leistungsfaktor-Korrekturfilter ausgeführt. Andere Ausführungsformen sehen vor, dass der Gleichrichter ein gesteuerter Gleichrichter ist. Es kann somit vorgesehen sein, dass die Wechselspannung in die erste Gleichspannung mittels eines gesteuerten Gleichrichters gewandelt wird. Als gesteuerte Gleichrichter werden Gleichrichter bezeichnet, bei denen nicht nur die Stromrichtung eine Auswirkung auf den Stromfluss hat, sondern auch ein (weiteres) Stellsignal. Insbesondere wird die Wechselspannung in die erste Gleichspannung gewandelt, wobei gleichzeitig ein Hochsetzstellen durchgeführt wird. Etwa bei Leistungsfaktor-Korrekturfiltern oder bei Vienna-Filtern kann diese Funktion genutzt werden. Mit anderen Worten kann der Gleichrichter wie erwähnt als Leistungsfaktor-Korrekturfilter und insbesondere als Vienna-Gleichrichter ausgestaltet sein. The AC voltage is preferably converted into the first DC voltage by means of a power factor correction filter. In other words, the rectifier is preferably designed as a power factor correction filter. Other embodiments provide that the rectifier is a controlled rectifier. It can thus be provided that the AC voltage is converted into the first DC voltage by means of a controlled rectifier. Controlled rectifiers are rectifiers in which not only the current direction has an effect on the current flow, but also an (additional) control signal. In particular, the AC voltage is converted into the first DC voltage, with a step-up being carried out at the same time. This function can be used, for example, with power factor correction filters or with Vienna filters. In other words, the rectifier can, as mentioned, be designed as a power factor correction filter and in particular as a Vienna rectifier.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die erste Gleichspannung geglättet wird. Hierzu kann ein Zwischenkreiskondensator vorgesehen sein. Dieser ist dem Gleichrichter nachgeschaltet und kann in einem Beispiel zwischen dem Gleichrichter und dem Gleichspannungswandler angeordnet sein. Der Zwischenkreiskondensator ist hierbei in Parallelschaltung an die beiden Potentiale angeschlossen, die die gleichgerichtete Gleichspannung darstellen.It can further be provided that the first DC voltage is smoothed. For this purpose, an intermediate circuit capacitor can be provided. This is connected downstream of the rectifier and, in one example, can be arranged between the rectifier and the DC converter. The intermediate circuit capacitor is connected in parallel to the two potentials which represent the rectified DC voltage.
In einer spezifischen Ausführungsform ist die erste Phasenzahl eins und die zweite Phasenzahl drei. Wird somit als Phasenzahl eins erkannt, entspricht dies einer einphasigen Wechselspannung an dem Wechselstromanschluss. Wird als Phasenzahl drei erkannt, entspricht dies einer dreiphasigen Wechselspannung an den Wechselstromanschluss. Bei einer Wechselspannung mit einer (einphasigen) Effektivspannung von 230 V, entsprechend dem europäischen öffentlichen Wechselstromnetz, kann mittels des Gleichrichters eine erste Gleichspannung in Höhe von 450 V erreicht werden. Hierbei wird insbesondere die Gleichspannung nicht nur gleichgerichtet, sondern auch von dem Gleichrichter hochgesetzt, etwa mittels eines Leistungsfaktorkorrekturfilters als Gleichrichter. Bei einer Phasenzahl von eins wird ferner der Akkumulator an eine Zwischenkreisspannung von 450 V angepasst, indem der Fahrzeugakkumulator in Parallelkonfiguration vorgesehen wird. Hierbei ist der Fahrzeugakkumulator vorzugsweise zweiteilig vorgesehen, d. h. umfasst zwei (und vorzugsweise nicht mehr als zwei) Akkumulatoreinheiten. Diese weisen beispielsweise jeweils eine Nennspannung von ca. 400 V oder 410 Volt auf. Mit einer Spannung von 450 V als erste Gleichspannung kann somit der Gleichspannungswandler den Traktionsakkumulator laden, der eine Gesamt-Klemmspannung von 410 V bei vollem Ladezustand aufweisen kann. Abhängig vom Ladezustand des Traktionsakkumulators kann die Klemmenspannung 235 V (oder auch nur 220 V) bis 410 V betragen (abhängig vom Akkumulatortyp), wobei der Gleichspannungswandler insbesondere als Tiefsetzsteller ausgestaltet ist und somit ausgehend von einer ersten Gleichspannung von 450 V den gesamten Spannungsbereich 235 bis 410 V als zweite Gleichspannung ausgeben kann.In a specific embodiment, the first phase number is one and the second phase number is three. If one is thus recognized as the number of phases, this corresponds to a single-phase AC voltage at the AC connection. If three is recognized as the number of phases, this corresponds to a three-phase AC voltage to the AC connection. With an AC voltage with a (single-phase) effective voltage of 230 V, corresponding to the European public AC network, the rectifier can be used to achieve a first DC voltage of 450 V. Here, in particular, the DC voltage is not only rectified, but also boosted by the rectifier, for example by means of a power factor correction filter as a rectifier. If the number of phases is one, the accumulator is also adapted to an intermediate circuit voltage of 450 V by providing the vehicle accumulator in a parallel configuration. The vehicle battery is preferably provided in two parts, ie comprises two (and preferably not more than two) battery units. These each have a nominal voltage of approximately 400 V or 410 V, for example. With a voltage of 450 V as the first DC voltage, the DC-DC converter can thus charge the traction accumulator, which can have a total clamping voltage of 410 V with a fully charged state. Depending on the state of charge of the traction accumulator, the terminal voltage can be 235 V (or only 220 V) to 410 V (depending on the type of accumulator), whereby the DC-DC converter is designed as a step-down converter and thus, based on a first DC voltage of 450 V, covers the entire voltage range 235 to Can output 410 V as a second DC voltage.
Wenn in diesem Fall die Phasenzahl drei beträgt, kann die zweite Gleichspannung (auch als Zwischenkreisspannung bezeichnet) beispielsweise 850 V betragen. In this case, if the number of phases is three, the second DC voltage (also referred to as an intermediate circuit voltage) can be, for example, 850 V.
Hierbei ist nicht nur der Verkettungsfaktor des dreiphasigen Ladens zu berücksichtigen, sondern auch die hochsetzstellende Funktion des Gleichrichters, der wie erwähnt als Leistungsfaktor-Korrekturfilter ausgestaltet sein kann. Der Fahrzeugakkumulator befindet sich hierbei vorzugsweise in Seriellkonfiguration, wobei bei der genannten Zweiteiligkeit des Akkumulators die Akkuspannung beispielsweise 470 V bis 820 V betragen kann (entsprechend den doppelten Werten des einphasigen Pfads bzw. der Parallelkonfiguration). Ausgehend von 850 V kann somit der Gleichspannungswandler aus der ersten Gleichspannung (850 V) eine Spannung von 820 Volt bei einem vollständig vollgeladenen Akkumulator erzeugen. Weiterhin kann abhängig vom Ladezustand die Akkuspannung zwischen 470 V und 820 V variieren, wobei dieser Bereich vollständig von dem vorzugsweise tiefsetzstellenden Gleichspannungswandler abgedeckt ist, sofern beispielsweise 850 V als erste Gleichspannung eingestellt werden.Not only the chaining factor of three-phase charging has to be taken into account here, but also the step-up function of the rectifier, which, as mentioned, can be designed as a power factor correction filter. The vehicle battery is preferably in a serial configuration, with the battery being two-part, the battery voltage can be, for example, 470 V to 820 V (corresponding to the double values of the single-phase path or the parallel configuration). Starting from 850 V, the DC-DC converter can thus generate a voltage of 820 V from the first DC voltage (850 V) with a fully charged battery. Furthermore, depending on the state of charge, the battery voltage can vary between 470 V and 820 V, this range being completely covered by the preferably low-setting DC voltage converter, provided that 850 V is set as the first DC voltage, for example.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Gleichrichter eine gleichgerichtete Gleichspannung erzeugt, die mindestens 5%, 10%, 15% oder 20% über der Nennspannung oder Maximalspannung des Fahrzeugakkumulators liegt. Insbesondere liegt die gleichgerichtete Gleichspannung nicht mehr als 25, 20, 15 oder 10% über der Maximalspannung oder Nennspannung des Fahrzeugakkumulators. Die Maximalspannung kann der Spannung des Akkumulators entsprechen, die dieser bei einem Ladezustand von 100 % aufweist. Wie erwähnt ist hierbei die Spannung des Fahrzeugakkumulators abhängig von dessen Konfiguration. Die Höhe der ersten Gleichspannung (d. h. die Höhe der gleichrichtenden Spannung) ist abhängig vom Verkettungsfaktor und somit von der Phasenzahl.It can also be provided that the rectifier generates a rectified DC voltage which is at least 5%, 10%, 15% or 20% above the nominal voltage or maximum voltage of the vehicle battery. In particular, the rectified DC voltage is not more than 25, 20, 15 or 10% above the maximum voltage or nominal voltage of the vehicle battery. The maximum voltage can correspond to the voltage of the accumulator, which the latter has with a charge state of 100%. As mentioned, the voltage of the vehicle battery depends on its configuration. The level of the first DC voltage (i.e. the level of the rectifying voltage) depends on the chaining factor and thus on the number of phases.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Gleichrichter steuerbar ist und somit bei gleicher Eingangsspannung verschiedene Ausgangsspannungen (je nach Einstellung) erzeugen kann. Es ist jedoch vorzuziehen, dass die erste Gleichspannung, d. h. die Zwischenkreisspannung nur um einen Spannungsbereich (aufgrund variabler Ladezuständen) variieren kann, der nicht größer als 25 Volt bis 85 Volt ist. Die verbleibende Anpassung kann wie erwähnt durch die Konfiguration des Fahrzeugakkumulators erreicht werden, sowie durch die Einstellung des Gleichspannungswandlers.In particular, it can be provided that the rectifier can be controlled and thus can generate different output voltages (depending on the setting) with the same input voltage. However, it is preferred that the first DC voltage, i. H. the intermediate circuit voltage can only vary by a voltage range (due to variable charge states) that is not greater than 25 volts to 85 volts. As mentioned, the remaining adjustment can be achieved by configuring the vehicle battery and by adjusting the DC / DC converter.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Akkumulator zweiteilig ausgebildet ist (und somit zwei Akkumulatoreinheiten aufweist). In einer ersten Verfahrensphase wird in dieser Ausführungsform der Akkumulator seriell konfiguriert und es wird ein einphasiger Strom (Phasenzahl = 1) gleichgerichtet. Dies wird insbesondere ausgeführt, wenn die Klemmenspannung der Akkumulatoreinheiten jeweils unter einem Schwellenwert - der auch als erstgenannter Schwellenwert bezeichnet wird - von beispielsweise 220 V, 230 V oder 240 V liegt. Der (erstgenannte) Schwellenwert kann ferner 250 V, 300 V oder 320 V betragen. In diesem Fall wird bei der Verwendung eines hochsetzstellenden Gleichrichters, etwa einem Vienna-Gleichrichter, aus einer einphasigen Wechselspannung mit einem Effektivwert von 230 V (Scheitelspannung 325 V) eine Spannung durch Hochsetzen erzeugt, die zum Laden geeignet ist, entweder durch direktes Anlegen der derart gleichgerichteten Spannung, oder durch Wandeln der gleichgerichteten Spannung und Anlegen der gewandelten Spannung an den Akkumulator. Es kann vorgesehen sein, dass bei Erreichen eines weiteren Schwellenwerts (durch die jeweiligen Klemmenspannung der Akkumulatoreinheiten) im Rahmen einer zweiten, nachfolgenden Verfahrensphase, die Konfiguration auf eine Parallelkonfiguration umgestellt wird. Der weitere Schwellenwert ist größer als der erstgenannte Schwellenwert. Der weitere Schwellenwert kann beispielsweise 300 V, 320 V oder 350 V oder auch 370 V betragen. Ferner kann nach oder mit dem Einstellen der Parallelkonfiguration eine zweite Verfahrensphase beginnen. In der zweiten Verfahrensphase wird vorzugsweise ein einphasiger Wechselstrom (Phasenzahl = 1) gleichgerichtet. In der zweiten Verfahrensphase wird vorzugsweise eine Parallelkonfiguration vorgesehen. Es kann eine dritte Verfahrensphase vorgesehen sein, in der ein dreiphasiger Wechselstrom gleichgerichtet wird (Phasenzahl = 3). In der dritten Verfahrensphase kann eine Seriellkonfiguration des Akkumulators vorgesehen sein. Die dritte Verfahrensphase folgt vorzugsweise auf die zweite Verfahrensphase. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die dritte Verfahrensphase auf die erste Verfahrensphase folgt (ohne zweite Verfahrensphase). Diese Ausführungsform sieht vorzugsweise vor, dass die gleichgerichtete Gleichspannung gewandelt wird und die gewandelte Gleichspannung an den Akkumulator angelegt wird. Die dritte Verfahrensphase beginnt vorzugsweise, wenn ein zusätzlicher Schwellenwert (durch die jeweiligen Klemmenspannung der Akkumulatoreinheiten) überschritten wird, etwa ein zusätzlicher Schwellenwert von 350 V oder 370 V oder 385 V. Der zusätzliche Schwellenwert ist größer als der weitere Schwellenwert. Der zusätzliche Schwellenwert ist größer als der erstgenannte Schwellenwert.One embodiment provides that the accumulator is formed in two parts (and thus has two accumulator units). In a first process phase, in this embodiment the accumulator is configured serially and a single-phase current (number of phases = 1) is rectified. This is carried out in particular if the terminal voltage of the accumulator units is below a threshold value - which is also referred to as the first-mentioned threshold value - of, for example, 220 V, 230 V or 240 V. The (first mentioned) threshold value can also be 250 V, 300 V or 320 V. In this case, when using a step-up rectifier, such as a Vienna rectifier, a single-phase AC voltage with an effective value of 230 V (peak voltage 325 V) is used to generate a voltage that is suitable for charging, either by directly applying it or by charging it rectified voltage, or by converting the rectified voltage and applying the converted voltage to the accumulator. Provision can be made for the configuration to be changed over to a parallel configuration when a further threshold value is reached (due to the respective terminal voltage of the battery units) as part of a second, subsequent method phase. The further threshold is greater than the first-mentioned threshold. The further threshold value can be, for example, 300 V, 320 V or 350 V or even 370 V. Furthermore, after or with the setting of the parallel configuration, a second one Start process phase. In the second process phase, a single-phase alternating current (number of phases = 1) is preferably rectified. A parallel configuration is preferably provided in the second process phase. A third process phase can be provided in which a three-phase alternating current is rectified (number of phases = 3). In the third process phase, a serial configuration of the accumulator can be provided. The third process phase preferably follows the second process phase. One embodiment provides that the third process phase follows the first process phase (without a second process phase). This embodiment preferably provides that the rectified DC voltage is converted and the converted DC voltage is applied to the accumulator. The third process phase preferably begins when an additional threshold value (due to the respective terminal voltage of the battery units) is exceeded, for example an additional threshold value of 350 V or 370 V or 385 V. The additional threshold value is greater than the further threshold value. The additional threshold is greater than the former threshold.
Der Fahrzeugakkumulator (kurz: Akkumulator) kann geladen werden, indem die gleichgerichteten Gleichspannung an den Fahrzeugakkumulator angelegt wird. Alternativ kann der Fahrzeugakkumulator geladen werden, indem die gleichgerichteten Gleichspannung von einem Gleichspannungswandler (
Ferner wird ein Fahrzeugbordnetz beschrieben, dass zur Ausführung des hier erwähnten Verfahrens eingerichtet ist. Das Fahrzeugbordnetz hat eine Steuereinheit. Diese ist mit dem Wechselstromanschluss verbunden. Die Steuereinheit ist eingerichtet, die Phasenzahl an dem Wechselstromanschluss zu erfassen. Ein Gleichrichter des Fahrzeugbordnetzes ist eingerichtet, das Wandeln der Wechselspannung in die erste Gleichspannung auszuführen. Wie erwähnt kann dieser Gleichrichter, der zum Wandeln der Wechselspannung in die erste Gleichspannung verwendet wird, ein gesteuerter Gleichrichter sein, insbesondere ein Leistungsfaktor-Korrekturfilter, wie ein Vienna-Filter. Der Gleichrichter ist insbesondere mehrphasig ausgestaltet kann jedoch auch einphasig betrieben werden (etwa wenn alle Phasen des Gleichrichters inaktiv sind bis auf eine), abhängig von der Phasenzahl an dem Wechselstromanschluss und ggf. gemäß einem gewünschten Lademodus mit spezifischer Phasenzahl. Die Phasenzahl entspricht insbesondere der Anzahl der aktiven Phasen des Gleichrichters.Furthermore, a vehicle electrical system is described that is set up to carry out the method mentioned here. The vehicle electrical system has a control unit. This is connected to the AC connection. The control unit is set up to detect the number of phases at the AC connection. A rectifier of the vehicle electrical system is set up to convert the AC voltage into the first DC voltage. As mentioned, this rectifier, which is used to convert the AC voltage into the first DC voltage, can be a controlled rectifier, in particular a power factor correction filter, such as a Vienna filter. The rectifier is in particular of a multi-phase design, but can also be operated in a single phase (for example if all phases of the rectifier are inactive except for one), depending on the number of phases at the AC connection and possibly according to a desired charging mode with a specific number of phases. The number of phases corresponds in particular to the number of active phases of the rectifier.
Das Fahrzeugbordnetz kann ferner einen Gleichspannungswandler aufweisen. Dieser ist eingerichtet, die gleichgerichtete Gleichspannung (des Gleichrichters) in eine gewandelte Gleichspannung auszuführen. Der Fahrzeugakkumulator ist in dieser Variante über den Gleichspannungswandler mit dem Gleichrichter verbunden. Der Gleichrichter verbindet somit in diesem Fall den Wechselstromanschluss mit dem Gleichspannungswandler. Alternativ kann der Gleichrichter wandlerfrei mit dem Fahrzeugakkumulator verbunden sein. In diesem Fall liegt die gleichgerichtete Gleichspannung (des Gleichrichters) am Fahrzeugakkumulator an. Der Gleichrichter ist eingerichtet, bei gleicher Wechselspannung einstellbar unterschiedlich hohe Gleichspannungen zu erzeugen.The vehicle electrical system can also have a DC voltage converter. This is set up to execute the rectified DC voltage (of the rectifier) into a converted DC voltage. In this variant, the vehicle accumulator is connected to the rectifier via the DC voltage converter. In this case, the rectifier connects the AC connection to the DC converter. Alternatively, the rectifier can be connected to the vehicle accumulator without a converter. In this case, the rectified DC voltage (of the rectifier) is applied to the vehicle battery. The rectifier is set up to generate differently high DC voltages with the same AC voltage.
Das Konfigurieren wird mittels der Steuereinheit ausgeführt. Hierzu ist die Steuereinheit ansteuernd mit dem konfigurierbaren Fahrzeugakkumulator verbunden. Insbesondere ist die Steuereinheit mit einer Konfigurationsschaltung des Fahrzeugakkumulators (oder einer dem Akkumulator vorgeschalteten Konfigurationsschaltung) ansteuernd verbunden. Die Steuereinheit ist eingerichtet, die Konfiguration des Fahrzeugakkumulators einzustellen. Die Steuereinheit ist ausgebildet, bei verschiedenen erfassten Phasenzahlen den Fahrzeugakkumulator gemäß den unterschiedlichen Konfigurationen zu konfigurieren. Die Steuereinheit ist wie erwähnt vorzugsweise dazu ausgebildet, bei einer ersten Phasenzahl, die kleiner ist als eine zweite Phasenzahl den Fahrzeugakkumulator in einer Parallelkonfiguration vorzusehen, und ist ferner eingerichtet, bei der erfassten zweiten (größeren) Phasenzahl den Fahrzeugakkumulator in Seriellkonfiguration zu konfigurieren. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zunächst bei einer ersten Phasenzahl, die kleiner ist als eine zweite Phasenzahl den Fahrzeugakkumulator in einer Parallelkonfiguration vorzusehen, und ist ferner eingerichtet, danach, bei der erfassten zweiten (größeren) Phasenzahl, den Fahrzeugakkumulator in Seriellkonfiguration zu konfigurieren. Die Steuereinheit kann in einer weiteren Ausführungsform eingerichtet sein, zunächst bei einer ersten Phasenzahl (etwa 1) eine serielle Konfiguration vorzusehen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, danach kann eine parallele Konfiguration anzusteuern. Die parallele Konfiguration kann mit der gleichen oder einer höheren Phasenzahl (etwa 3) verknüpft sein. Die Steuereinheit kann insbesondere eingerichtet sein, nach der seriellen Konfiguration bei der ersten Phasenzahl zunächst bei der gleichen Phasenzahl eine parallele Konfiguration anzusteuern, und danach bei einer zweiten (im Vergleich zu ersten) höheren Phasenzahl eine serielle Konfiguration anzusteuern.The configuration is carried out by means of the control unit. For this purpose, the control unit is connected to the configurable vehicle accumulator in a driving manner. In particular, the control unit is connected to a configuration circuit of the vehicle battery (or a configuration circuit upstream of the battery) in a driving manner. The control unit is set up to set the configuration of the vehicle battery. The control unit is designed to configure the vehicle accumulator in accordance with the different configurations when the number of phases is detected. As mentioned, the control unit is preferably designed to provide the vehicle accumulator in a parallel configuration for a first phase number that is smaller than a second phase number, and is further configured to configure the vehicle accumulator in a serial configuration for the detected second (larger) phase number. The control unit can be set up to initially provide the vehicle accumulator in a parallel configuration for a first phase number that is smaller than a second phase number, and is also set up to then configure the vehicle accumulator in a serial configuration for the detected second (larger) number of phases. In a further embodiment, the control unit can be set up to initially provide a serial configuration for a first number of phases (approximately 1). The control unit can be set up, after which a parallel configuration can be controlled. The parallel configuration can be linked to the same or a higher number of phases (approximately 3). In particular, the control unit can be set up to control a parallel configuration for the same phase number after the serial configuration for the first phase number, and then to control a serial configuration for a second (compared to the first) higher phase number.
Die Steuereinheit ist eingerichtet, bei einer ersten Phasenzahl, die kleiner ist als die zweite Phasenzahl, mittels einer einstellbaren Konfigurationsschaltung als die erste Konfiguration des Fahrzeugakkumulators eine Parallelkonfiguration (dieses Akkumulators) einzustellen. Die Konfigurationsschaltung kann Teil des Fahrzeugakkumulators sein, oder kann diesem vorgeschaltet sein. Die Steuereinheit ist ferner eingerichtet, mittels der einstellbaren Konfigurationsschaltung als die zweite Konfiguration eine Seriellkonfiguration des Fahrzeugakkumulators einzustellen, falls die zweite Phasenanzahl erfasst wird. Wie erwähnt kann die Konfigurationsschaltung auch dem Fahrzeugakkumulator vorgeschaltet sein und somit dem Fahrzeugakkumulator mit dem Gleichspannungswandler verbinden. Letztlich ist die Konfigurationsschaltung den Akkumulatoreinheiten des Fahrzeugakkumulators vorgeschaltet. Die Konfigurationsschaltung kann (als Teil des Fahrzeugakkumulators oder diesem vorgeschaltet) die Akkumulatoreinheiten mit dem Gleichspannungswandler verbinden. Durch die Verbindung zwischen Akkumulatoreinheiten und Konfigurationsschaltung ist es möglich, dass mittels der Konfigurationsschaltung verschiedene Konfigurationen der Akkumulatoreinheiten vorgesehen sein können. Die Steuerung kann dem Gleichrichter vorgeschaltet sein und eingerichtet sein, die Anzahl der (aktiven) Phasen anzusteuern. Die Steuerung kann daher eingerichtet sein, die Phasenzahl einzustellen. Das Erfassen der Phasenzahl entspricht dann beispielsweise einer Weitergabe oder Nutzung eines Signals, das die (anzusteuernde) Phasenzahl wiedergibt.The control unit is set up to set a parallel configuration (this battery) as the first configuration of the vehicle battery by means of an adjustable configuration circuit for a first phase number that is smaller than the second phase number. The Configuration circuit can be part of the vehicle battery or can be connected upstream of this. The control unit is further configured to use the adjustable configuration circuit to set a serial configuration of the vehicle accumulator as the second configuration if the second number of phases is detected. As mentioned, the configuration circuit can also be connected upstream of the vehicle accumulator and thus connect the vehicle accumulator to the DC voltage converter. Ultimately, the configuration circuit is connected upstream of the battery units of the vehicle battery. The configuration circuit can (as part of the vehicle battery or upstream of this) connect the battery units to the DC / DC converter. The connection between the accumulator units and the configuration circuit makes it possible to provide different configurations of the accumulator units by means of the configuration circuit. The controller can be connected upstream of the rectifier and can be set up to control the number of (active) phases. The controller can therefore be set up to set the number of phases. The detection of the number of phases then corresponds, for example, to the forwarding or use of a signal which reproduces the (to be controlled) number of phases.
Der Fahrzeugakkumulator kann mehrere Akkumulatoreinheiten aufweisen. Diese sind mit der einstellbaren Konfigurationsschaltung verbunden. Zusammen mit der Konfigurationsschaltung sind die Akkumulatoreinheiten eingerichtet, wahlweise in Parallelschaltung miteinander oder in Seriellschaltung miteinander verbunden zu werden. Vorzugsweise ist der Fahrzeugakkumulator mit zwei (und nicht mit mehr als zwei) Akkumulatoreinheiten ausgestattet. Diese können seriell oder parallel miteinander verbunden werden mittels der Konfigurationsschaltung. Es ergibt sich eine einfache oder mehrfache Klemmenspannung (zweifache Klemmenspannung bei zwei Akkumulatoreinheiten) in Richtung des Gleichspannungswandlers je nach Konfiguration. Als einfache Spannung wird hierbei eine Spannung einer Akkumulatoreinheit bezeichnet; die doppelte Spannung ergibt sich bei der Seriellschaltung von zwei der Akkumulatoreinheiten, insbesondere wenn der Akkumulator zwei (und nicht mehr als zwei) Akkumulatoreinheiten aufweist.The vehicle accumulator can have a plurality of accumulator units. These are connected to the adjustable configuration circuit. Together with the configuration circuit, the accumulator units are set up to be connected to one another either in parallel or in series. The vehicle accumulator is preferably equipped with two (and not with more than two) accumulator units. These can be connected to each other in series or in parallel using the configuration circuit. The result is a single or multiple terminal voltage (twice the terminal voltage for two accumulator units) in the direction of the DC-DC converter, depending on the configuration. A voltage of an accumulator unit is referred to here as a simple voltage; The double voltage results when two of the accumulator units are connected in series, in particular if the accumulator has two (and not more than two) accumulator units.
Die Akkumulatoreinheiten sind ferner über die Konfigurationsschaltung mit dem Gleichspannungswandler verbunden, falls dieser vorliegt. Die Akkumulatoreinheiten können auch (wandlerfrei) über die Konfigurationsschaltung mit dem Gleichrichter verbunden sein. Wie erwähnt kann die Konfigurationsschaltung hierbei Teil des Fahrzeugakkumulators sein, oder kann zwischen dem Gleichspannungswandler bzw. dem Gleichrichter einerseits und dem Fahrzeugakkumulator andererseits vorgesehen sein.The accumulator units are also connected to the DC / DC converter via the configuration circuit, if this is present. The accumulator units can also be connected (converter-free) to the rectifier via the configuration circuit. As mentioned, the configuration circuit can be part of the vehicle battery or can be provided between the DC voltage converter or the rectifier on the one hand and the vehicle battery on the other.
Der Fahrzeugakkumulator ist insbesondere ein Hochvoltakkumulator. Der Fahrzeugakkumulator kann als Lithiumakkumulator ausgestaltet sein. Der Fahrzeugakkumulator ist insbesondere ein Traktionsakkumulator.The vehicle battery is in particular a high-voltage battery. The vehicle battery can be configured as a lithium battery. The vehicle accumulator is in particular a traction accumulator.
Das Fahrzeugbordnetz kann insbesondere einen Zwischenkreiskondensator umfassen, der dem Gleichrichter nachgeschaltet ist, dem Gleichspannungswandler (falls vorhanden) vorgeschaltet ist oder zwischen Gleichrichter und Gleichspannungswandler angeschlossen ist. Der Zwischenkreiskondensator ist als Glättungskondensator geschaltet und somit parallel an die betreffenden Gleichspannungspotentiale angeschlossen. Der Zwischenkreiskondensator kann der Konfigurationsschaltung (direkt) vorgeschaltet sein, insbesondere wenn der Gleichrichter wandlerfrei mit dem Akkumulator bzw. mit der Konfigurationsschaltung verbunden ist.The vehicle electrical system can in particular comprise an intermediate circuit capacitor which is connected downstream of the rectifier, is connected upstream of the DC voltage converter (if present) or is connected between the rectifier and the DC voltage converter. The intermediate circuit capacitor is connected as a smoothing capacitor and is therefore connected in parallel to the relevant DC voltage potentials. The intermediate circuit capacitor can be connected (directly) upstream of the configuration circuit, in particular if the rectifier is connected to the accumulator or to the configuration circuit without transformers.
Die Steuereinheit kann ferner ansteuernd mit dem Gleichspannungswandler (falls vorhanden) und/oder mit dem Gleichrichter verbunden sein. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Gleichrichter steuerbar ist. Die Steuereinheit ist eingerichtet, den Gleichrichter auswählbar zu deaktivieren und zu aktivieren. Die Steuereinheit kann ferner eingerichtet sein, den Gleichspannungswandler auswählbar zu deaktivieren und zu aktivieren. Insbesondere ist die Steuereinheit eingerichtet, einen Betriebsparameter des Wandlers (falls vorhanden) und/oder des Gleichrichters einzustellen. Als Betriebsgrößen kommen hierbei die Spannung, insbesondere die erste oder die zweite Spannung, in Frage, sowie der Strom oder die Leistung über den Gleichrichter bzw. den Wandler. Zudem kann die Betriebsgröße für den Gleichspannungswandler einem Übersetzungsverhältnis (Verhältnis der Spannungen zu beiden Seiten des Wandlers) entsprechen. Ferner kann die Betriebsgröße einem Tastverhältnis in dem Gleichrichter und/oder dem Gleichspannungswandler entsprechen. Als Betriebsgröße kommt ferner die Anzahl der aktiven Phasen des Gleichrichters in Betracht. Die Steuereinheit ist eingerichtet, nicht nur den Gleichrichter (und ggf. den Gleichspannungswandler) zu aktivieren oder zu deaktivieren, sondern auch, die Anpassungen ausgehend von der (Höhe der verketteten) Wechselspannung an dem Wechselspannungsanschluss einzustellen.The control unit can also be connected to the DC-DC converter (if present) and / or to the rectifier. This is particularly the case if the rectifier is controllable. The control unit is set up to selectively deactivate and activate the rectifier. The control unit can also be set up to selectively deactivate and activate the DC voltage converter. In particular, the control unit is set up to set an operating parameter of the converter (if present) and / or the rectifier. The operating variables here are the voltage, in particular the first or the second voltage, and the current or the power via the rectifier or the converter. In addition, the operating variable for the DC-DC converter can correspond to a transmission ratio (ratio of the voltages on both sides of the converter). Furthermore, the operating variable can correspond to a pulse duty factor in the rectifier and / or the DC-DC converter. The number of active phases of the rectifier can also be considered as the operating variable. The control unit is set up not only to activate or deactivate the rectifier (and possibly the DC-DC converter), but also to adjust the adjustments based on the (level of the chained) AC voltage at the AC voltage connection.
Das Fahrzeugbordnetz kann ferner einen Wechselspannungsanschluss aufweisen, der über den Gleichrichter mit dem Gleichspannungswandler (falls vorhanden) oder dem Akkumulator bzw. der Konfigurationsschaltung (insbesondere bei Ausführungsformen ohne Gleichspannungswandler) verbunden ist.The vehicle electrical system can also have an AC voltage connection, which is connected via the rectifier to the DC voltage converter (if present) or to the accumulator or the configuration circuit (in particular in embodiments without a DC voltage converter).
Insbesondere kann als Teil des Fahrzeugbordnetzes eine Ladeschaltung vorgesehen sein, die einen Wechselspannungsanschluss, einen Gleichrichter, einen Gleichspannungswandler und einen Akkumulatoranschluss umfasst. Diese können wie die hier dargestellten, gleichnamigen Komponenten ausgestaltet sein. Zudem kann die Ladeschaltung einen Zwischenkreiskondensator aufweisen. Die Ladeschaltung kann ferner eine Steuereinheit aufweisen, wie sie hierin beschrieben ist. Über den Gleichrichter ist der Wechselspannungsanschluss der Ladeschaltung mit dem Gleichspannungswandler verbunden. Der Gleichspannungswandler verbindet den Gleichrichter mit dem Akkumulatoranschluss. Der Akkumulatoranschluss ist eingerichtet, an den Fahrzeugakkumulator angeschlossen zu werden. Der Fahrzeugakkumulator ist jedoch nicht Teil der Ladeschaltung.In particular, a charging circuit can be provided as part of the vehicle electrical system comprises an AC voltage connection, a rectifier, a DC voltage converter and an accumulator connection. These can be configured like the components of the same name shown here. In addition, the charging circuit can have an intermediate circuit capacitor. The charging circuit may further include a control unit as described herein. The AC voltage connection of the charging circuit is connected to the DC voltage converter via the rectifier. The DC-DC converter connects the rectifier to the battery connection. The accumulator connection is set up to be connected to the vehicle accumulator. However, the vehicle battery is not part of the charging circuit.
Die
Die
Das Bordnetz
Es ist eine einstellbare Konfigurationsschaltung
Es ist zu erkennen, dass zwischen der Konfigurationsschaltung
Es kann vorgesehen sein, dass, wie durch den gestrichelten Pfeil dargestellt, die Steuereinheit C eine Phasenanzahl am Wechselspannungsanschluss
Eine Möglichkeit ist es, dass die Phasenzahl eingestellt wird mittels der Steuereinrichtung C. Hierzu ist die Steuereinheit C wie mit dem punktliniert dargestellten Pfeil dargestellt ansteuernd mit dem Wechselspannungsanschluss bzw. mit einer Einstellvorrichtung verbunden (die Einstellvorrichtung ist nicht konkret dargestellt). Eine derartige Einstellvorrichtung hat den Zweck des symbolisch dargestellten Schalters und wählt die Anzahl der Phasen aus. In einem einfachen Fall liegen drei Phasen vor, jedoch werden in einem ersten Zustand (der von der Steuereinheit definierbar ist) nur eine Phase (und der Neutralleiter) mit dem Wechselspannungsanschluss
Denkbar ist auch eine Ansteuerung des steuerbaren Gleichrichters derart, dass in dem ersten Zustand nicht alle und insbesondere nur eine Phase des Gleichrichters aktiv ist, während die anderen keinen Strom führen. In einem zweiten Zustand kann vorgesehen sein, dass der steuerbare Gleichrichter
Wie erwähnt kann somit eine Einstellvorrichtung die Anzahl der Phasen bestimmen, oder der Gleichrichter
Die dargestellte Schaltung ist vorzugsweise für Wechselstromquellen mit einer effektiven Nennspannung von 230 V verwendet, die insbesondere ein- oder dreiphasig sein kann. Abhängig von dieser Phasenanzahl bzw. der Anzahl der tatsächlich auch verwendeten Phasen der Wechselspannungsquelle wird die Konfiguration des Fahrzeugakkumulators eingestellt.The circuit shown is preferably used for alternating current sources with an effective nominal voltage of 230 V, which can in particular be single or three-phase. The configuration of the vehicle accumulator is set as a function of this number of phases or the number of phases of the AC voltage source that are actually also used.
Mit dem Begriff „konfigurierbar Fahrzeugakkumulator“ werden Fahrzeugakkumulatoren bezeichnet, die Zellengruppen aufweisen, die entweder parallel oder seriell geschaltet und somit konfiguriert werden können. Dies kann vorgesehen werden, indem der Fahrzeugakkumulator
In dem dargestellten Beispiel umfasst die Ladeschaltung
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021115167A1 (en) | 2021-06-11 | 2022-12-15 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Motor vehicle high-voltage electrical system |
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DE102016002459A1 (en) * | 2016-03-01 | 2016-09-29 | Daimler Ag | Electrical system for an electrically driven motor vehicle |
DE102017010998A1 (en) * | 2017-11-28 | 2018-05-30 | Daimler Ag | Energy storage device and energy systems for a motor vehicle |
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2019
- 2019-01-24 DE DE102019200909.3A patent/DE102019200909A1/en active Pending
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