DE102020209582B4 - Charging device and method for charging a high-voltage battery - Google Patents

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Abstract

Ladevorrichtung (1) zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Leistungselektronik (2) zum Bereitstellen eines Ladestroms zum Laden der Hochvoltbatterie und eine Gebläsevorrichtung (3) zum Kühlen der Leistungselektronik (2) mittels eines Luftstroms, wobei die Ladevorrichtung (1) eine Geräuschkompensationsvorrichtung (4) zum Erzeugen eines Kompensationsgeräuschs mit einer invertierten Phase zu einem Gebläsegeräusch der Gebläsevorrichtung (3) aufweist, wobei die Geräuschkompensationsvorrichtung (4) einen Frequenzgenerator (5) zum Generieren einer elektronischen Kodierung des Kompensationsgeräuschs und einen Lautsprecher (6) zum Ausgeben des Kompensationsgeräuschs auf Basis der elektronischen Kodierung aufweist, und wobei der Frequenzgenerator (5) ausgebildet ist, die elektronische Kodierung auf Basis eines Geräuschemissionskennfelds der Gebläsevorrichtung (3) und eines aktuellen Betriebszustands der Gebläsevorrichtung (3) zu generieren, wobei die Ladevorrichtung (1) einen Lautstärkesensor (7) zum Ermitteln einer Lautstärke aufweist, wobei der Frequenzgenerator (5) ausgebildet ist, die elektronische Kodierung in Abhängigkeit der ermittelten Lautstärke derart zu variieren, dass die ermittelte Lautstärke ein Minimum erreicht.Charging device (1) for charging a high-voltage battery of a motor vehicle, comprising power electronics (2) for providing a charging current for charging the high-voltage battery and a fan device (3) for cooling the power electronics (2) by means of an air flow, wherein the charging device (1) has a noise compensation device (4) for generating a compensation noise with an inverted phase to a fan noise of the fan device (3), wherein the noise compensation device (4) has a frequency generator (5) for generating an electronic coding of the compensation noise and a loudspeaker (6) for outputting the compensation noise on the basis of the electronic coding, and wherein the frequency generator (5) is designed to generate the electronic coding on the basis of a noise emission map of the fan device (3) and a current operating state of the fan device (3), wherein the charging device (1) has a volume sensor (7) for determining a volume, wherein the Frequency generator (5) is designed to vary the electronic coding depending on the determined volume such that the determined volume reaches a minimum.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs mittels einer gattungsgemäßen Ladevorrichtung.The present invention relates to a charging device for charging a high-voltage battery of a motor vehicle. The invention further relates to a method for charging a high-voltage battery of a motor vehicle by means of a generic charging device.

Es sind diverse Ladevorrichtungen bekannt, die zum Laden von Hochvoltbatterien von Kraftfahrzeugen ausgebildet sind. Grundsätzlich wird zwischen stationären und mobilen Ladestationen sowie zwischen einfachen und Schnellladestationen unterschieden. Stationäre Ladestationen sind grundsätzlich mit einem Fundament einer Aufstellungsstelle verankert und zum Bereitstellen der erforderlichen elektrischen Energie üblicherweise mit dem örtlichen Stromnetz elektrisch gekoppelt. Mobile Ladevorrichtungen sind flexibel an unterschiedlichen Orten aufstellbar und weisen zum Bereitstellen der erforderlichen elektrischen Energie oftmals einen Batteriespeicher auf. Schnellladestationen unterscheiden sich von einfachen Ladestationen in einer erzielbaren Ladeleistung und somit reduzierten Ladezeiten der Hochvoltbatterien. Zudem sind Schnellladestationen aufwendiger in der Anschaffung als einfache Ladestationen und stellen zum Betreiben mit ihrer maximalen Ladeleistung größere Anforderungen an das Stromnetz.Various charging devices are known that are designed to charge high-voltage batteries in motor vehicles. A basic distinction is made between stationary and mobile charging stations and between simple and fast charging stations. Stationary charging stations are basically anchored to a foundation at a location and are usually electrically coupled to the local power grid to provide the required electrical energy. Mobile charging devices can be set up flexibly in different locations and often have a battery storage unit to provide the required electrical energy. Fast charging stations differ from simple charging stations in the charging power that can be achieved and thus in the reduced charging times for the high-voltage batteries. In addition, fast charging stations are more expensive to purchase than simple charging stations and place greater demands on the power grid to operate at their maximum charging power.

Bekannte Ladevorrichtungen weisen eine Leistungselektronik zum Bereitstellen des Ladestroms zum Laden der Hochvoltbatterie auf. Mittels der Leistungselektronik ist die von der Stromquelle bereitgestellte Spannung transformierbar sowie der Ladestrom und somit die Ladeleistung steuerbar bzw. regelbar, um eine Beschädigung der Hochvoltbatterie zu vermeiden. Hierbei entstehen hohe Schaltverluste, welche bei Schnellladestationen oftmals Werte zwischen 6 kW und 10 kW annehmen können. Diese Verluste fallen überwiegend als Verlustwärme an.Known charging devices have power electronics to provide the charging current for charging the high-voltage battery. The power electronics can be used to transform the voltage provided by the power source and to control or regulate the charging current and thus the charging power in order to avoid damage to the high-voltage battery. This results in high switching losses, which can often reach values between 6 kW and 10 kW in fast charging stations. These losses are mainly generated as heat loss.

Zur Abfuhr der Verlustwärme weisen herkömmliche Ladestationen eine Flüssigkeitskühlung auf. Hierbei weist beispielsweise ein Gehäuse der Leistungselektronik Kühlflüssigkeitskanäle auf, durch welche Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Gehäuses durchleitbar ist. Die Verlustwärme der Leistungselektronik ist somit über das Gehäuse an die Kühlflüssigkeit ableitbar und über die Kühlflüssigkeit vom Gehäuse wegführbar.Conventional charging stations have liquid cooling to dissipate the waste heat. For example, a housing for the power electronics has cooling liquid channels through which cooling liquid can be passed to cool the housing. The waste heat from the power electronics can thus be dissipated via the housing to the cooling liquid and can be carried away from the housing via the cooling liquid.

Flüssigkeitskühlungen haben den Nachteil, dass sie besonders aufwendig in der Herstellung und somit sehr kostenintensiv sind, da sie eine Vielzahl an unterschiedlichen Komponenten erfordern. Benötigt werden insbesondere ein verzweigtes Rohrsystem mit zwei fluidgetrennten Kühlkreisen, eine oder mehrere Kühlflüssigkeitspumpen zum Fördern der Kühlflüssigkeit, mehrere Temperatursensoren, Kühlflüssigkeitsbehälter zum Speichern der Kühlflüssigkeit, einen Wärmetauscher mit Lüfter zum Kühlen der erwärmten Kühlflüssigkeit, eine Steuerungsvorrichtung und mehrere Liter an Kühlflüssigkeit.Liquid cooling systems have the disadvantage that they are particularly complex to manufacture and therefore very costly, as they require a large number of different components. In particular, a branched pipe system with two fluid-separated cooling circuits, one or more coolant pumps to pump the coolant, several temperature sensors, coolant containers to store the coolant, a heat exchanger with a fan to cool the heated coolant, a control device and several liters of coolant are required.

Als Ersatz für Flüssigkeitskühlungen könnte eine Luftkühlung zum Einsatz kommen. Gleichwohl besteht bereits bei induktiven Ladestationen mit Flüssigkeitskühlung das Problem hoher Betriebsgeräusche, insbesondere der Leistungselektronik der Ladestation. Luftkühlungen benötigen zur Erzielung derselben Kühlleistung wie Flüssigkeitskühlungen einen wesentlich stärkeren Luftstrom als der Flüssigkeitsstrom der Flüssigkeitskühlung. Demnach weisen Luftkühlungen eine erheblich höhere Geräuschemission auf als vergleichbare Flüssigkeitskühlungen und finden bei Ladestationen für Hochvoltbatterien daher kaum Anwendung. Zudem verhängt der Gesetzgeber an die Ladestationen, insbesondere bei Aufstellung im Stadtgebiet, zunehmend strengere Vorschriften bezüglich zulässiger Geräuschemissionsgrenzwerte, sodass der Trend bei der Entwicklung von Ladestationen für Hochvoltbatterien in Richtung Geräuschvermeidung, Geräuschdämmung und Geräuschkompensation geht.Air cooling could be used as a replacement for liquid cooling. However, inductive charging stations with liquid cooling already have the problem of high operating noise, especially in the charging station's power electronics. To achieve the same cooling performance as liquid cooling, air cooling requires a much stronger air flow than the liquid flow of liquid cooling. Accordingly, air cooling has a significantly higher noise emission than comparable liquid cooling and is therefore rarely used in charging stations for high-voltage batteries. In addition, the legislature is imposing increasingly strict regulations on permissible noise emission limits for charging stations, especially when installed in urban areas, so that the trend in the development of charging stations for high-voltage batteries is towards noise avoidance, noise insulation and noise compensation.

Aus der DE 10 2018 206 812 A1 ist ein Geräuschunterdrückungssystem bekannt, welches an einer Ladestation oder einem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Das Geräuschunterdrückungssystem ist ausgebildet, eine Geräuschemission der Leistungselektronik der Ladestation, beispielsweise beim Laden einer Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs an der Ladestation, mittels mehrerer Mikrofone aufzunehmen, eine oder mehrere Personen im Umfeld des Kraftfahrzeugs zu detektieren und bei Detektion einer Person im Umfeld des Kraftfahrzeugs Kompensationsgeräusche zum Kompensieren der Geräuschemission mittels mehrerer Lautsprecher zu erzeugen.From the EN 10 2018 206 812 A1 A noise suppression system is known which is arranged at a charging station or a motor vehicle. The noise suppression system is designed to record a noise emission from the power electronics of the charging station, for example when charging a high-voltage battery of the motor vehicle at the charging station, using several microphones, to detect one or more people in the vicinity of the motor vehicle and, when a person is detected in the vicinity of the motor vehicle, to generate compensation noises to compensate for the noise emission using several loudspeakers.

Die DE 10 2019 002 770 A1 offenbart eine induktive Ladestation, bei welcher ein Geräuschunterdrückungssystem im Bereich der Leistungselektronik zur Kompensation der Geräuschemission der Leistungselektronik angeordnet ist.The EN 10 2019 002 770 A1 discloses an inductive charging station in which a noise suppression system is arranged in the area of the power electronics to compensate for the noise emission of the power electronics.

Aus der DE 10 2017 107 538 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Geräuschunterdrückungssystem zum Kompensieren von Betriebsgeräuschen des Kraftfahrzeugs in einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs bekannt.From the EN 10 2017 107 538 A1 A motor vehicle with a noise suppression system for compensating operating noises of the motor vehicle in a passenger compartment of the motor vehicle is known.

Sämtliche dieser Geräuschunterdrückungssysteme weisen mehrere Mikrofone zum Erfassen der Geräuschemission sowie eine aufwendige Regelungsvorrichtung auf.All of these noise cancellation systems have several microphones to record the noise emissions as well as a complex control device.

Aus der CN 206 236 424 U ist eine Ladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Ladevorrichtung weist eine Geräuschkompensationsvorrichtung mit einer Geräuscherfassungsvorrichtung auf. Die DE 195 31 402 A1 offenbart eine Geräuschkompensationsvorrichtung zum Kompensieren von Geräuschen in einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs auf Basis von Betriebsdaten und Geräuschemissionskennfeldern. Das Dokument EP 0 528 817 B1 betrifft eine Geräuscherzeugungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Hervorheben von Betriebsgeräuschen. Die Dokumente DE 10 2008 026 232 A1 und EP 1 504 949 A1 zeigen unterschiedliche Vorrichtungen zur Steuerung eines Batterielüfters in einem Kraftfahrzeug.From the CN 206 236 424 U A charging device for a motor vehicle is known. The charging device has a noise compensation device with a noise detection device. The DE 195 31 402 A1 discloses a noise compensation device for compensating noise in a passenger compartment of a motor vehicle based on operating data and noise emission maps. The document EP 0 528 817 B1 relates to a noise generating device for a motor vehicle for emphasizing operating noises. The documents EN 10 2008 026 232 A1 and EP 1 504 949 A1 show different devices for controlling a battery fan in a motor vehicle.

Ferner ist aus der DE 10 2012 210 270 A1 eine Heißgetränkezubereitungsvorrichtung mit einer Steuerung bekannt, die dazu ausgebildet ist, einen elektroakustischen Aktor derart anzusteuern, dass ein Gegenschall emittiert wird, der von einer schallerzeugenden Komponente emittierte Schallwellen zumindest teilweise auslöscht.Furthermore, the EN 10 2012 210 270 A1 A hot beverage preparation device with a control is known which is designed to control an electroacoustic actuator in such a way that a counter sound is emitted which at least partially cancels out sound waves emitted by a sound-generating component.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Ladevorrichtung zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrichtung und ein Verfahren zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine Kühlung der Leistungselektronik gewährleisten und dabei ein Überschreiten der zulässigen Geräuschemissionsgrenzwerte vermeiden.It is therefore the object of the present invention to eliminate or at least partially eliminate the disadvantages described above in a charging device for charging a high-voltage battery of a motor vehicle. In particular, it is the object of the present invention to create a charging device and a method for charging a high-voltage battery of a motor vehicle, which ensure cooling of the power electronics in a simple and cost-effective manner and at the same time avoid exceeding the permissible noise emission limits.

Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine Ladevorrichtung zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.The above object is solved by the patent claims. Accordingly, the object is solved by a charging device for charging a high-voltage battery of a motor vehicle with the features of independent claim 1 and by a method for charging a high-voltage battery of a motor vehicle with the features of the independent claim 9. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the charging device according to the invention naturally also apply in connection with the method according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Ladevorrichtung zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs gelöst. Die Ladevorrichtung weist eine Leistungselektronik zum Bereitstellen eines Ladestroms zum Laden der Hochvoltbatterie und eine Gebläsevorrichtung zum Kühlen der Leistungselektronik mittels eines Luftstroms auf. Die Ladevorrichtung weist eine Geräuschkompensationsvorrichtung zum Erzeugen eines Kompensationsgeräuschs mit einer invertierten Phase zu einem Gebläsegeräusch der Gebläsevorrichtung auf. Die Geräuschkompensationsvorrichtung weist einen Frequenzgenerator zum Generieren einer elektronischen Kodierung des Kompensationsgeräuschs und einen Lautsprecher zum Ausgeben des Kompensationsgeräuschs auf Basis der elektronischen Kodierung auf, wobei der Frequenzgenerator ausgebildet ist, die elektronische Kodierung auf Basis eines Geräuschemissionskennfelds der Gebläsevorrichtung und eines aktuellen Betriebszustands der Gebläsevorrichtung zu generieren. Ferner weist die Ladevorrichtung einen Lautstärkesensor zum Ermitteln einer Lautstärke auf, wobei der Frequenzgenerator ausgebildet ist, die elektronische Kodierung in Abhängigkeit der ermittelten Lautstärke derart zu variieren, dass die ermittelte Lautstärke ein Minimum erreicht.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a charging device for charging a high-voltage battery of a motor vehicle. The charging device has power electronics for providing a charging current for charging the high-voltage battery and a fan device for cooling the power electronics by means of an air flow. The charging device has a noise compensation device for generating a compensation noise with an inverted phase to a fan noise of the fan device. The noise compensation device has a frequency generator for generating an electronic coding of the compensation noise and a loudspeaker for outputting the compensation noise based on the electronic coding, wherein the frequency generator is designed to generate the electronic coding based on a noise emission map of the fan device and a current operating state of the fan device. Furthermore, the charging device has a volume sensor for determining a volume, wherein the frequency generator is designed to vary the electronic coding depending on the determined volume such that the determined volume reaches a minimum.

Die Ladevorrichtung ist vorzugsweise als Ladesäule, besonders bevorzugt als Schnellladesäule und weiter bevorzugt als Hochleistungsladesäule, ausgebildet. Unter einer Schnellladesäule wird eine Ladesäule verstanden, welche eine maximale Ladeleistung von etwa zwischen 22 kW und 150 kW aufweist. Eine Hochleistungsladesäule ist eine Ladesäule mit einer maximalen Ladeleistung von ungefähr zwischen 150 kW und 350 kW. Vorzugsweise ist die Ladevorrichtung als stationäre Ladestation ausgebildet. Alternativ kann die Ladevorrichtung auch als mobile Ladestation ausgebildet sein. Weiter bevorzugt ist die Ladevorrichtung an ein Stromnetz anschließbar ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann die Ladevorrichtung einen eigenen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie, aufweisen.The charging device is preferably designed as a charging station, particularly preferably as a rapid charging station and more preferably as a high-performance charging station. A rapid charging station is understood to be a charging station that has a maximum charging power of approximately between 22 kW and 150 kW. A high-performance charging station is a charging station with a maximum charging power of approximately between 150 kW and 350 kW. The charging device is preferably designed as a stationary charging station. Alternatively, the charging device can also be designed as a mobile charging station. More preferably, the charging device is designed to be connectable to a power grid. Alternatively or additionally, the charging device can have its own energy storage device, in particular a battery.

Die Leistungselektronik ist zum Bereitstellen des Ladestroms zum Laden der Hochvoltbatterie ausgebildet. Vorzugsweise ist die Leistungselektronik zum Versorgen der Gebläsevorrichtung mit elektrischer Energie ausgebildet. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Leistungselektronik zum Transformieren eines von einem Stromnetz bereitgestellten Stroms zu einem zum Laden der Hochvoltbatterie ausgebildeten Ladestrom ausgebildet ist.The power electronics are designed to provide the charging current for charging the high-voltage battery. The power electronics are preferably designed to supply the blower device with electrical energy. It is preferred according to the invention that the power electronics are designed to transform a current provided by a power grid into a charging current designed to charge the high-voltage battery.

Die Gebläsevorrichtung weist einen Motor, vorzugsweise einen Elektromotor, mit einem Rotor und einem am Rotor gehaltenen Gebläseflügel zum Erzeugen des Luftstroms zum Kühlen der Leistungselektronik auf. Vorzugsweise weist die Gebläsevorrichtung einen Luftkanal zum Ansaugen von Frischluft sowie zum gezielten Leiten des Luftstroms zur Leistungselektronik auf. Vorzugsweise weist die Ladevorrichtung keine Wasserkühlvorrichtung auf. Im Betrieb erzeugt die Gebläsevorrichtung ein Gebläsegeräusch. Unter einem Gebläsegeräusch werden im Rahmen der Erfindung vorzugsweise Geräusche verstanden, welche aufgrund des Betriebs der Gebläsevorrichtung emittiert werden, wie beispielsweise ein Motorgeräusch des Motors der Gebläsevorrichtung oder Luftgeräusche am Gebläseflügel, am Luftkanaleingang, im Luftkanal, beim Strömen des Luftstroms gegen die Leistungselektronik oder beim Luftkanalausgang.The blower device has a motor, preferably an electric motor, with a rotor and a fan blade held on the rotor for generating the air flow for cooling the power electronics. The blower device preferably has an air duct for sucking in fresh air and for directing the air flow to the power electronics. The Charging device does not have a water cooling device. During operation, the blower device generates a blower noise. In the context of the invention, a blower noise is preferably understood to mean noises that are emitted due to the operation of the blower device, such as a motor noise of the motor of the blower device or air noises at the blower blade, at the air duct inlet, in the air duct, when the air flow against the power electronics or at the air duct outlet.

Ein Betriebszustand der Gebläsevorrichtung ist im Rahmen der Erfindung durch Betriebsparameter der Gebläsevorrichtung, wie beispielsweise die Rotordrehzahl, Leistungsaufnahme, Motortemperatur, den Alterungszustand der Gebläsevorrichtung oder dergleichen, bestimmt. Der Alterungszustand der Gebläsevorrichtung kann beispielsweise die gesamte Laufzeit und/oder die gesamte Laufleistung und/oder dass Alter der Gebläsevorrichtung berücksichtigen. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass zusätzlich Umgebungsparameter der Gebläsevorrichtung, wie beispielsweise Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck oder dergleichen, bei der Bestimmung des Betriebszustands der Gebläsevorrichtung berücksichtigt werden.An operating state of the blower device is determined within the scope of the invention by operating parameters of the blower device, such as the rotor speed, power consumption, motor temperature, the aging state of the blower device or the like. The aging state of the blower device can, for example, take into account the total running time and/or the total mileage and/or the age of the blower device. According to the invention, it is preferred that additional environmental parameters of the blower device, such as ambient temperature, air humidity, air pressure or the like, are taken into account when determining the operating state of the blower device.

Die durch den Betrieb der Gebläsevorrichtung bewirkte Geräuschemission ist vom Betriebszustand der Gebläsevorrichtung abhängig. Diese Abhängigkeit ist im Geräuschemissionskennfeld festgelegt. Demnach ist auf Basis des Betriebszustands der Gebläsevorrichtung und des Geräuschemissionskennfelds eine theoretische Geräuschemission der Gebläsevorrichtung bestimmbar, ohne dass es hierfür einer akustischen Messvorrichtung bedarf. Im Idealfall entspricht die theoretische Geräuschemission einer tatsächlichen Geräuschemission der Gebläsevorrichtung. Ein Unterschied zwischen der theoretischen Geräuschemission und der tatsächlichen Geräuschemission kann beispielsweise in Folge eines Verschleißes der Gebläsevorrichtung oder nicht berücksichtigter Umweltfaktoren entstehen. Das Geräuschemissionskennfeld kann beispielsweise durch Laborversuche, Modellberechnungen oder dergleichen ermittelt sein. Weiter bevorzugt ist das Geräuschemissionskennfeld bei der Inbetriebnahme der Ladevorrichtung auf die jeweilige Ladevorrichtung spezifisch kalibriert, um beispielsweise Fertigungstoleranzen Rechnung zu tragen. Es ist besonders bevorzugt, dass das Geräuschemissionskennfeld zusätzlich Betriebsgeräusche anderer Komponenten der Ladevorrichtung, wie beispielsweise der Leistungselektronik, in Abhängigkeit des Betriebszustands der jeweiligen Komponente berücksichtigt, sodass das Kompensationsgeräusch zum Kompensieren einer theoretischen Gesamtgeräuschemission der Ladevorrichtung ausgebildet ist.The noise emission caused by the operation of the blower device depends on the operating state of the blower device. This dependency is defined in the noise emission map. Accordingly, a theoretical noise emission of the blower device can be determined on the basis of the operating state of the blower device and the noise emission map, without the need for an acoustic measuring device. Ideally, the theoretical noise emission corresponds to an actual noise emission of the blower device. A difference between the theoretical noise emission and the actual noise emission can arise, for example, as a result of wear and tear on the blower device or environmental factors that are not taken into account. The noise emission map can be determined, for example, by laboratory tests, model calculations or the like. The noise emission map is also preferably calibrated specifically for the respective charging device when the charging device is put into operation, for example to take manufacturing tolerances into account. It is particularly preferred that the noise emission map additionally takes into account operating noises of other components of the charging device, such as the power electronics, depending on the operating state of the respective component, so that the compensation noise is designed to compensate for a theoretical total noise emission of the charging device.

Die Geräuschkompensationsvorrichtung ist zum Erzeugen des Kompensationsgeräuschs ausgebildet und weist zum Generieren der elektronischen Kodierung des Kompensationsgeräuschs den Frequenzgenerator und zum Ausgeben des Kompensationsgeräuschs auf Basis der elektronischen Kodierung mindestens einen Lautsprecher auf. Unter einer elektrischen Kodierung wird ein elektrisches Signal verstanden, welches mittels der Lautsprecher in ein akustisches Signal, nämlich das Kompensationsgeräusch, umwandelbar ist. Der Lautsprecher ist vorzugsweise auf einer Seite der Ladevorrichtung angeordnet, welche im aufgestellten Zustand der Ladevorrichtung dem Kraftfahrzeug abgewandt ist. Vorzugsweise weist die Geräuschkompensationsvorrichtung mehrere Lautsprecher auf, die vorzugsweise voneinander beabstandet an verschiedenen Stellen, insbesondere verschiedenen Seiten der Ladevorrichtung angeordnet sind.The noise compensation device is designed to generate the compensation noise and has the frequency generator for generating the electronic coding of the compensation noise and at least one loudspeaker for outputting the compensation noise based on the electronic coding. An electrical coding is understood to mean an electrical signal which can be converted into an acoustic signal, namely the compensation noise, by means of the loudspeaker. The loudspeaker is preferably arranged on a side of the charging device which faces away from the motor vehicle when the charging device is in the set-up state. The noise compensation device preferably has several loudspeakers which are preferably arranged at a distance from one another at different locations, in particular different sides of the charging device.

Das Kompensationsgeräusch ist vorzugsweise ausgebildet, eine möglichst maximale Kompensation der theoretischen Geräuschemission zu bewirken. Vorzugsweise weist das Kompensationsgeräusch eine Phasenverschiebung von 180° zur theoretischen Geräuschemission auf.The compensation noise is preferably designed to achieve the maximum possible compensation of the theoretical noise emission. The compensation noise preferably has a phase shift of 180° to the theoretical noise emission.

Der Lautstärkesensor weist vorzugsweise ein Mikrofon auf. Das Mikrofon ist vorzugsweise zum Erfassen eines Schalldrucks ausgebildet. Mittels des Mikrofons ist ein von der Ladevorrichtung emittiertes Gesamtgeräusch quantitativ erfassbar. Die Geräuschkompensationsvorrichtung ist ausgebildet, durch geringfügiges Variieren des Kompensationsgeräuschs eine Veränderung des Schalldrucks des emittierten Gesamtgeräuschs zu bewirken und diese Veränderung derart zu steuern bzw. zu regeln, dass das Gesamtgeräusch ein Schalldruckminimum aufweist. Auf diese Weise ist eine Nachjustierung der Geräuschkompensationsvorrichtung erzielbar. Die Geräuschkompensationsvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, eine derartige Anpassung der Geräuschkompensation in vorgegebenen Intervallen, wie beispielsweise ein oder zweimal während eines Ladevorgangs, alle zehn Minuten oder als Antwort einer Änderung des Betriebszustands der Gebläsevorrichtung, beispielsweise aufgrund der Überschreitung eines oberen Temperaturgrenzwerts, durchzuführen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein besonders lärmreduzierter Betrieb der Ladevorrichtung gewährleistet ist.The volume sensor preferably has a microphone. The microphone is preferably designed to detect a sound pressure. The microphone can be used to quantitatively detect an overall noise emitted by the charging device. The noise compensation device is designed to cause a change in the sound pressure of the emitted overall noise by slightly varying the compensation noise and to control or regulate this change in such a way that the overall noise has a minimum sound pressure. In this way, a readjustment of the noise compensation device can be achieved. The noise compensation device is preferably designed to carry out such an adjustment of the noise compensation at predetermined intervals, such as once or twice during a charging process, every ten minutes or in response to a change in the operating state of the blower device, for example due to an upper temperature limit being exceeded. This has the advantage that a particularly noise-reduced operation of the charging device is ensured using simple means and in a cost-effective manner.

Eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung hat gegenüber herkömmlichen Ladevorrichtungen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Laden, insbesondere Schnelladen, der Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs unter Einhaltung gesetzlicher Geräuschemissionsvorschriften gewährleistet ist. Durch das Ersetzen der Wasserkühlung durch eine Luftkühlung sind die Herstellungskosten sowie Betriebskosten der Ladevorrichtung gegenüber herkömmlichen wassergekühlten Ladevorrichtungen erheblich reduziert. Die gegenüber Wasserkühlungen höheren Betriebsgeräusche der Gebläsevorrichtung sind mittels der Geräuschkompensationsvorrichtung derart kompensierbar, dass die Gesamtgeräuschemission der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung eine Gesamtgeräuschemission einer vergleichbaren wassergekühlten Ladevorrichtung, insbesondere während eines Schnellladevorgangs bzw. Hochleistungsladevorgangs, nicht übersteigt.A charging device according to the invention has the advantage over conventional charging devices that charging, in particular rapid charging, of the high-voltage battery of the motor vehicle is ensured using simple means and in a cost-effective manner while complying with statutory noise emission regulations. By replacing the water cooling with air cooling, the manufacturing costs and operating costs of the charging device are significantly reduced compared to conventional water-cooled charging devices. The higher operating noise of the blower device compared to water cooling can be compensated by means of the noise compensation device in such a way that the total noise emission of the charging device according to the invention does not exceed the total noise emission of a comparable water-cooled charging device, in particular during a quick charging process or high-performance charging process.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Ladevorrichtung vorgesehen sein, dass das Geräuschemissionskennfeld als dreidimensionales Geräuschemissionskennfeld ausgebildet ist, wobei die Geräuschkompensationsvorrichtung mehrere über die Ladevorrichtung verteilte Lautsprecher aufweist, und wobei der Frequenzgenerator ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Geräuschemissionskennfelds der Gebläsevorrichtung und des aktuellen Betriebszustands der Gebläsevorrichtung für jeden Lautsprecher eine individuelle elektronische Kodierung zu generieren. Unter einem dreidimensionalen Geräuschemissionskennfeld wird ein raumbezogenes Geräuschemissionskennfeld verstanden, welches die Geräuschemissionen für definierte Raumpunkte in Abhängigkeit des Betriebszustands der Gebläsevorrichtung definiert. Mit anderen Worten beschreibt das Geräuschemissionskennfeld die betriebszustandsabhängige Geräuschemission für Punkte im Raum. Der mindestens eine Raumpunkt, an welchem der mindestens eine Lautsprecher angeordnet ist, wird vorzugsweise dem Generieren der elektronischen Kodierung des Kompensationsgeräuschs zugrunde gelegt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein besonders lärmreduzierter Betrieb der Ladevorrichtung gewährleistet ist.According to a preferred further development of the invention, in a charging device, the noise emission characteristic map can be designed as a three-dimensional noise emission characteristic map, wherein the noise compensation device has a plurality of loudspeakers distributed over the charging device, and wherein the frequency generator is designed to generate an individual electronic coding for each loudspeaker depending on the noise emission characteristic map of the blower device and the current operating state of the blower device. A three-dimensional noise emission characteristic map is understood to mean a spatial noise emission characteristic map which defines the noise emissions for defined points in space depending on the operating state of the blower device. In other words, the noise emission characteristic map describes the operating state-dependent noise emissions for points in space. The at least one point in space at which the at least one loudspeaker is arranged is preferably used as the basis for generating the electronic coding of the compensation noise. This has the advantage that particularly noise-reduced operation of the charging device is ensured using simple means and in a cost-effective manner.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Geräuschemissionskennfeld als Betriebszustände der Gebläsevorrichtung eine Rotordrehzahl eines Rotors der Gebläsevorrichtung und/oder eine Motortemperatur eines Motors der Gebläsevorrichtung und/oder die Luftstromtemperatur des mittels der Gebläsevorrichtung erzeugten Luftstroms und/oder einen Luftdruck des Luftstroms an einer oder mehreren Stellen innerhalb der Ladevorrichtung und/oder eine Luftfeuchtigkeit einer Umgebung der Ladevorrichtung und/oder eine Umgebungstemperatur der Umgebung der Ladevorrichtung und/oder einen Umgebungsdruck der Umgebung der Ladevorrichtung berücksichtigt. Diese Faktoren wirken sich direkt oder indirekt auf die Geräuschemission der Gebläsevorrichtung aus und sind beispielsweise mittels einer Steuerungselektronik der Gebläsevorrichtung, über entsprechend ausgebildete Sensoren, wie beispielsweise Temperatursensoren, Drucksensoren, Strömungssensoren, Feuchtesensoren oder dergleichen, sowie über eine Kommunikationsschnittstelle, beispielsweise eine Datenschnittstelle zu einer externen Wetterdatenquelle, ermittelbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein besonders genaues theoretisches Gebläsegeräusch bestimmbar und somit ein besonders lärmreduzierter Betrieb der Ladevorrichtung gewährleistet ist.It is preferred according to the invention that the noise emission map takes into account, as operating states of the blower device, a rotor speed of a rotor of the blower device and/or a motor temperature of a motor of the blower device and/or the air flow temperature of the air flow generated by the blower device and/or an air pressure of the air flow at one or more locations within the charging device and/or an air humidity of an environment of the charging device and/or an ambient temperature of the environment of the charging device and/or an ambient pressure of the environment of the charging device. These factors have a direct or indirect effect on the noise emission of the blower device and can be determined, for example, by means of control electronics of the blower device, via appropriately designed sensors, such as temperature sensors, pressure sensors, flow sensors, humidity sensors or the like, and via a communication interface, for example a data interface to an external weather data source. This has the advantage that a particularly precise theoretical fan noise can be determined using simple means and in a cost-effective manner, thus ensuring particularly noise-reduced operation of the charging device.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einer Ladevorrichtung vorgesehen sein, dass die Ladevorrichtung ausgebildet ist, das Geräuschemissionskennfeld in Abhängigkeit der ermittelten Lautstärken anzupassen. Vorzugsweise ist die Ladevorrichtung ausgebildet, eine systemisch bedingte Lautstärkeveränderung, wie beispielsweise aufgrund von Verschleiß oder Verschmutzung der Gebläsevorrichtung, von einer temporären Lautstärkeveränderung, wie beispielsweise aufgrund vorübergehendem Baulärm oder Straßenlärm, zu unterscheiden. Das geänderte Geräuschemissionskennfeld ermöglicht somit die Bestimmung eines theoretischen Gebläsegeräuschs, welches dem tatsächlichen Gebläsegeräusch näherkommt als bei Verwendung des unveränderten Geräuschemissionskennfelds. Auf diese Weise ist beispielsweise ein aktueller Verschleiß der Gebläsevorrichtung bei der Erzeugung des Kompensationsgeräuschs berücksichtigbar. Vorzugsweise erfolgt die Anpassung des Geräuschemissionskennfelds mittels künstlicher Intelligenz. Weiter bevorzugt weist die Ladevorrichtung eine Datenschnittstelle zum Übermitteln und/oder Empfangen eines geänderten Geräuschemissionskennfelds auf. Auf diese Weise sind die Geräuschemissionskennfelder von Ladevorrichtungen anpassbar, die kein Mikrofon aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein besonders lärmreduzierter Betrieb der Ladevorrichtung gewährleistet ist.In a particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided in a charging device that the charging device is designed to adapt the noise emission map depending on the determined volume levels. The charging device is preferably designed to distinguish a system-related volume change, such as due to wear or contamination of the blower device, from a temporary volume change, such as due to temporary construction noise or street noise. The modified noise emission map thus enables the determination of a theoretical blower noise that is closer to the actual blower noise than when using the unchanged noise emission map. In this way, for example, current wear of the blower device can be taken into account when generating the compensation noise. The noise emission map is preferably adapted using artificial intelligence. The charging device also preferably has a data interface for transmitting and/or receiving a modified noise emission map. In this way, the noise emission maps of charging devices that do not have a microphone can be adapted. This has the advantage that particularly noise-reduced operation of the charging device is ensured using simple means and in a cost-effective manner.

Vorzugsweise ist die Ladevorrichtung ausgebildet, die ermittelte Lautstärke mit einem für die jeweiligen Betriebszustände der Gebläsevorrichtung spezifischen Lautstärkeschwellwert zu vergleichen, wobei die Ladevorrichtung weiter ausgebildet ist, einen Fehleralarm auszugeben, wenn die ermittelte Lautstärke den Lautstärkeschwellwert in Abhängigkeit des Betriebszustands der Gebläsevorrichtung überschreitet. Der Lautstärkeschwellwert ist vorzugsweise in Abhängigkeit eines gesetzlich vorgeschriebenen Geräuschemissionsgrenzwerts festgelegt und ist vorzugsweise geringer als der Geräuschemissionsgrenzwert. Ein Überschreiten des Lautstärkeschwellwerts kann verschiedene Ursachen haben, wie beispielsweise Verschleiß oder Verschmutzung der Gebläsevorrichtung oder ein Defekt bzw. eine Fehlfunktion der Geräuschkompensationsvorrichtung. Der Fehleralarm kann erfindungsgemäß auf unterschiedliche Arten erfolgen, beispielsweise als Signal an eine zentrale Leitstelle zum Kontrollieren der Ladevorrichtung, als Ausgabe eines optischen und/oder akustischen Signals an der Ladestation, als Eintrag in einen Fehlerspeicher der Ladevorrichtung oder dergleichen. Es ist bevorzugt, dass der Fehleralarm eine Tonaufzeichnung der Geräuschemission der Ladevorrichtung umfasst. Vorzugsweise wird der Fehleralarm erst ausgegeben, wenn das Überschreiten des Lautstärkeschwellwerts eine vordefinierte Zeitdauer, beispielsweise eine oder mehrere Minuten, übersteigt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise zuverlässig auf Verschleiß oder Fehlfunktionen der Ladevorrichtung aufmerksam gemacht werden kann. Ein Betrieb der Ladevorrichtung ist weiterhin möglich und eine Wartung bzw. Reparatur der Ladevorrichtung rechtzeitig terminierbar.Preferably, the charging device is designed to compare the determined volume with a volume threshold value specific to the respective operating states of the blower device, wherein the charging device is further designed to issue an error alarm if the determined volume exceeds the volume threshold value depending on the operating state of the blower device. The volume threshold value is preferably set depending on a legally prescribed noise emission limit value and is preferably lower than the noise emission limit value. Exceeding the volume threshold value can have various causes, such as wear or contamination of the blower device or a defect or a malfunction of the noise compensation device. According to the invention, the error alarm can be issued in different ways, for example as a signal to a central control center for controlling the charging device, as an output of an optical and/or acoustic signal at the charging station, as an entry in an error memory of the charging device or the like. It is preferred that the error alarm comprises an audio recording of the noise emission of the charging device. Preferably, the error alarm is only issued when the volume threshold is exceeded for a predefined period of time, for example one or more minutes. This has the advantage that wear or malfunctions of the charging device can be reliably drawn to attention using simple means and in a cost-effective manner. The charging device can still be operated and maintenance or repair of the charging device can be scheduled in good time.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ladevorrichtung ausgebildet, die ermittelte Lautstärke mit einem für die jeweiligen Betriebszustände der Gebläsevorrichtung spezifischen Lautstärkeschwellwert zu vergleichen, wobei die Ladevorrichtung weiter ausgebildet ist, eine Rotordrehzahl der Gebläsevorrichtung zu verändern, wenn die ermittelte Lautstärke den Lautstärkeschwellwert in Abhängigkeit des Betriebszustands der Gebläsevorrichtung überschreitet. Mittels der Veränderung der Rotordrehzahl lassen sich Geräuschemissionen der Gebläsevorrichtung verändern. Somit sind beispielsweise Resonanzgeräusche, welche bei einer bestimmten Drehzahl ihr Maximum haben, oder drehzahlabhängige Reibungsgeräusche reduzierbar. Die Veränderung der Rotordrehzahl kann erfindungsgemäß durch Erhöhung der Rotordrehzahl und/oder Reduzierung der Rotordrehzahl erfolgen, wobei eine Erhöhung der Rotordrehzahl zur Vermeidung einer Überhitzung der Ladevorrichtung erfindungsgemäß bevorzugt ist. Vorzugsweise erfolgen Erhöhung und Reduzierung der Rotordrehzahlen abwechselnd, um in Durchschnitt eine bestimmungsgemäße Kühlleistung bereitzustellen und einen übermäßigen Energieverbrauch durch Überkühlen der Ladevorrichtung zu vermeiden. Es ist zudem bevorzugt, dass die Veränderung der Rotordrehzahl innerhalb eines vorgegebenen Rotordrehzahlbereichs, beispielsweise +/- 25%, insbesondere bevorzugt +/- 10 %, der ursprünglichen Rotordrehzahl, erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein besonders lärm reduzierter Betrieb der Ladevorrichtung gewährleistet ist.According to a preferred embodiment of the invention, the charging device is designed to compare the determined volume with a volume threshold value specific to the respective operating states of the blower device, wherein the charging device is further designed to change a rotor speed of the blower device if the determined volume exceeds the volume threshold value depending on the operating state of the blower device. By changing the rotor speed, noise emissions from the blower device can be changed. Thus, for example, resonance noises, which have their maximum at a certain speed, or speed-dependent friction noises can be reduced. The change in the rotor speed can be carried out according to the invention by increasing the rotor speed and/or reducing the rotor speed, wherein an increase in the rotor speed is preferred according to the invention to avoid overheating of the charging device. The rotor speeds are preferably increased and reduced alternately in order to provide an intended cooling performance on average and to avoid excessive energy consumption due to overcooling of the charging device. It is also preferred that the change in the rotor speed takes place within a predetermined rotor speed range, for example +/- 25%, particularly preferably +/- 10%, of the original rotor speed. This has the advantage that particularly noise-reduced operation of the charging device is ensured using simple means and in a cost-effective manner.

Besonders bevorzugt weist die Ladevorrichtung einen Luftauslass zum Auslassen des von der Leistungselektronik erwärmten Luftstroms auf, wobei der Lautsprecher im Bereich des Luftauslasses angeordnet ist. Der Lautsprecher ist in Strömungsrichtung des Luftstroms vorzugsweise vor einer Lüftungsblende, einem Lüftungsgitter oder dergleichen, angeordnet und ist somit vor äußeren Einflüssen geschützt. Durch den Luftauslass findet bei luftgekühlten Vorrichtungen üblicherweise eine besonders hohe Geräuschemission statt, sodass eine Kompensation des Gebläsegeräuschs an dieser Stelle besonders effektiv durchführbar ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein besonders lärmreduzierter Betrieb der Ladevorrichtung gewährleistet ist.The charging device particularly preferably has an air outlet for discharging the air flow heated by the power electronics, with the loudspeaker being arranged in the area of the air outlet. The loudspeaker is preferably arranged in front of a ventilation panel, a ventilation grille or the like in the direction of flow of the air flow and is thus protected from external influences. The air outlet usually results in a particularly high level of noise emission in air-cooled devices, so that compensation of the fan noise can be carried out particularly effectively at this point. This has the advantage that particularly noise-reduced operation of the charging device is guaranteed using simple means and in a cost-effective manner.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Ladevorrichtung zum kabelgebundenen Laden der Hochvoltbatterie ausgebildet ist. Hierfür ist vorzugsweise ein herkömmliches, insbesondere mehrpoliges Ladekabel verwendbar. Derartige Ladekabel existieren in unterschiedlichen Ausführungsformen mit verschiedenen Steckerformen und kommen bereits bei herkömmlichen Ladesäulen zum Einsatz. Weiter bevorzugt ist die Ladevorrichtung nicht zur Induktionsladung ausgebildet. Demnach ist es bevorzugt, dass ohne einen Einsatz der Gebläsevorrichtung die Betriebsgeräusche der Gebläsevorrichtung die Betriebsgeräusche der Leistungselektronik der Ladevorrichtung übersteigen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein besonders lärmreduzierter Betrieb der Ladevorrichtung gewährleistet ist.According to the invention, it is preferred that the charging device is designed for wired charging of the high-voltage battery. A conventional, in particular multi-pole charging cable can preferably be used for this purpose. Such charging cables exist in different designs with different plug shapes and are already used in conventional charging stations. It is also preferred that the charging device is not designed for induction charging. Accordingly, it is preferred that without using the blower device, the operating noise of the blower device exceeds the operating noise of the power electronics of the charging device. This has the advantage that particularly noise-reduced operation of the charging device is ensured using simple means and in a cost-effective manner.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs mittels einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

  • - Elektrisches Koppeln der Ladevorrichtung mit dem Kraftfahrzeug,
  • - Laden der Hochvoltbatterie mittels der Ladevorrichtung,
  • - Betreiben der Gebläsevorrichtung der Ladevorrichtung zum Kühlen der Leistungselektronik der Ladevorrichtung und
  • - Betreiben der Geräuschkompensationsvorrichtung zum Erzeugen eines Kompensationsgeräuschs auf Basis des Geräuschemissionskennfelds der Gebläsevorrichtung und des aktuellen Betriebszustands der Gebläsevorrichtung.
According to a second aspect of the invention, the object is achieved by a method for charging a high-voltage battery of a motor vehicle using a charging device according to the invention. The method comprises the following steps:
  • - Electrical coupling of the charging device to the motor vehicle,
  • - Charging the high-voltage battery using the charging device,
  • - Operating the charging device’s fan to cool the charging device’s power electronics and
  • - Operating the noise compensation device to generate a compensation noise based on the noise emission map of the blower device and the current operating state of the blower device.

Die Ladevorrichtung wird vorzugsweise mittels eines Ladekabels mit dem Kraftfahrzeug elektrisch gekoppelt. Hierfür weist das Kraftfahrzeug beispielsweise eine Ladebuchse auf. Vorzugsweise weist die Ladevorrichtung hierfür eine oder mehrere, insbesondere unterschiedlich ausgebildete Ladebuchsen auf. Das Laden der Hochvoltbatterie erfolgt mittels der Leistungselektronik der Ladevorrichtung. Vorzugsweise erfolgt das Laden gemäß einem Schnellladen oder Hochleistungsladen. Zur Vermeidung einer Überhitzung der Komponenten der Ladevorrichtung, insbesondere der Leistungselektronik, an welcher besonders viel Verlustwärme anfällt, wird die Gebläsevorrichtung betrieben. Mittels der Gebläsevorrichtung wird ein Luftstrom erzeugt. Hierbei wird Frischluft angesaugt und durch ein Gehäuse der Ladevorrichtung geführt. Verlustwärme der Komponenten der Ladevorrichtung, wie beispielsweise der Leistungselektronik, wird an den Luftstrom abgegeben. Anschließend wird der Luftstrom aus dem Gehäuse hinausgeführt. Hierbei entstehen vom Betriebszustand der Gebläsevorrichtung abhängige Gebläsegeräusche. Zur Kompensation der Gebläsegeräusche ermittelt die Geräuschkompensationsvorrichtung den Betriebszustand der Gebläsevorrichtung, vergleicht diesen mit dem Geräuschemissionskennfeld zur Ermittlung eines theoretischen Gebläsegeräuschs und erzeugt ein entsprechendes Kompensationsgeräusch, vorzugsweise mit einer Phasenverschiebung von 180° zum theoretischen Gebläsegeräusch. Vorzugsweise wird in diesem Rahmen auch eine Lautstärke eines Gesamtgeräuschs der Ladevorrichtung ermittelt und die Kompensation des Gebläsegeräuschs solange variiert, bis das Gesamtgeräusch ein Minimum, vorzugsweise ein lokales Minimum, aufweist.The charging device is preferably electrically coupled to the motor vehicle by means of a charging cable. For this purpose, the motor vehicle has, for example, a charging socket. The charging device preferably has one or more charging sockets, in particular of different designs. The high-voltage battery is charged by means of the power electronics of the charging device. Charging preferably takes place in accordance with rapid charging or high-performance charging. The blower device is operated to prevent overheating of the components of the charging device, in particular the power electronics, which generate a particularly high level of waste heat. An air flow is generated by means of the blower device. Fresh air is sucked in and guided through a housing of the charging device. Waste heat from the components of the charging device, such as the power electronics, is released into the air flow. The air flow is then guided out of the housing. This creates blower noises that depend on the operating state of the blower device. To compensate for the blower noise, the noise compensation device determines the operating state of the blower device, compares this with the noise emission map to determine a theoretical blower noise and generates a corresponding compensation noise, preferably with a phase shift of 180° to the theoretical blower noise. Preferably, in this context, a volume of an overall noise of the charging device is also determined and the compensation of the fan noise is varied until the overall noise has a minimum, preferably a local minimum.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Ladevorrichtung zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Laden, insbesondere Schnelladen, der Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs unter Einhaltung gesetzlicher Geräuschemissionsvorschriften gewährleistet ist. Durch das Verwenden einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung, bei welcher eine Wasserkühlung durch eine Luftkühlung ersetzt ist, kann das Laden mit reduzierten Betriebskosten erfolgen. Die gegenüber Wasserkühlungen höheren Betriebsgeräusche der Gebläsevorrichtung werden mittels der Geräuschkompensationsvorrichtung derart kompensiert, dass die Gesamtgeräuschemission bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Gesamtgeräuschemission der Durchführung eines herkömmlichen Verfahrens mit einer herkömmlichen wassergekühlten Ladevorrichtung, insbesondere während eines Schnellladevorgangs bzw. Hochleistungsladevorgangs, nicht übersteigt.The method according to the invention for charging a high-voltage battery of a motor vehicle results in all the advantages that have already been described for a charging device for charging a high-voltage battery of a motor vehicle according to the first aspect of the invention. Accordingly, the method according to the invention has the advantage over conventional methods that charging, in particular rapid charging, of the high-voltage battery of the motor vehicle is ensured using simple means and in a cost-effective manner while complying with statutory noise emission regulations. By using a charging device according to the invention in which water cooling is replaced by air cooling, charging can be carried out with reduced operating costs. The operating noise of the blower device, which is higher than that of water cooling, is compensated by the noise compensation device in such a way that the total noise emission when carrying out the method according to the invention does not exceed the total noise emission when carrying out a conventional method with a conventional water-cooled charging device, in particular during a rapid charging process or high-performance charging process.

Eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

  • 1 in einer perspektivischen Ansicht eine Ladevorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 in einem Ablaufdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
A charging device according to the invention and a method according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings. They show schematically:
  • 1 in a perspective view a charging device according to a preferred embodiment of the invention,
  • 2 in a flow chart a preferred embodiment of a method according to the invention.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 und 2 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are in the 1 and 2 each provided with the same reference symbols.

In 1 ist eine Ladevorrichtung 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Ladevorrichtung 1 ist als Ladesäule ausgebildet und weist ein Gehäuse 12 zum Schützen der elektronischen Komponenten der Ladevorrichtung 1 vor Umwelteinflüssen sowie mechanischen Beschädigungen auf. Zum Bereitstellen eines Ladestroms weist die Ladevorrichtung 1 eine Leistungselektronik 2 mit einem nicht dargestellten Stromeingang sowie einem Stromausgang auf. Der Stromeingang ist beispielsweise mit einem Stromnetz elektrisch koppelbar. Der Stromausgang ist mit einem ersten Ende eines Ladekabels 10 der Ladevorrichtung 1 elektrisch gekoppelt. An einem zweiten Ende des Ladekabels 10 ist ein Ladestecker 11 zum elektrischen Koppeln des Ladekabels 10 mit einem nicht abgebildeten Kraftfahrzeug angeordnet.In 1 a charging device 1 according to a preferred embodiment of the invention is shown schematically in a perspective view. The charging device 1 is designed as a charging column and has a housing 12 for protecting the electronic components of the charging device 1 from environmental influences and mechanical damage. To provide a charging current, the charging device 1 has power electronics 2 with a current input (not shown) and a current output. The current input can be electrically coupled to a power grid, for example. The current output is electrically coupled to a first end of a charging cable 10 of the charging device 1. At a second end of the charging cable 10, a charging plug 11 for electrically coupling the charging cable 10 to a motor vehicle (not shown) is arranged.

Zum Kühlen der Komponenten der Ladevorrichtung 1, insbesondere der Leistungselektronik 2, weist die Ladevorrichtung eine Gebläsevorrichtung 3 mit einem Lufteinlass 9 und einem Luftauslass 8 auf. Ein Gebläse der Gebläsevorrichtung mit einem Motor und einem Gebläseflügel ist nicht abgebildet. Im Betrieb erzeugt die Gebläsevorrichtung 3 ein Gebläsegeräusch.To cool the components of the charging device 1, in particular the power electronics 2, the charging device has a blower device 3 with an air inlet 9 and an air outlet 8. A fan of the blower device with a motor and a fan blade is not shown. During operation, the blower device 3 generates a blower noise.

Zum Kompensieren des Gebläsegeräuschs weist die Ladevorrichtung 1 eine Geräuschkompensationsvorrichtung 4 mit einem Frequenzgenerator 5, mehreren Lautsprechern 6 sowie einem Lautstärkesensor 7 auf. Der Frequenzgenerator ist zum Generieren einer elektronischen Kodierung des Kompensationsgeräuschs auf Basis eines aktuellen Betriebszustands der Gebläsevorrichtung 3 und eines Geräuschemissionskennfelds der Gebläsevorrichtung 3 ausgebildet. Die Lautsprecher 6 sind zum Umwandeln der elektronischen Kodierung des Kompensationsgeräuschs in das akustische Kompensationsgeräusch ausgebildet. Mittels des Kompensationsgeräuschs ist das Gebläsegeräusch der Gebläsevorrichtung kompensierbar bzw. zumindest teilweise kompensierbar. Der Lautstärkesensor 7 ist zum Ermitteln einer Gesamtgeräuschemission der Ladevorrichtung 1 ausgebildet. Die Geräuschkompensationsvorrichtung 4 ist beispielsweise ausgebildet, den Frequenzgenerator auf Basis der ermittelten Gesamtgeräuschemission zu steuern bzw. zu regeln, um somit die Gesamtgeräuschemission der Ladevorrichtung 1 zu reduzieren. Alternativ oder zusätzlich ist die Gebläsevorrichtung 3 ausgebildet, Betriebsparameter der Gebläsevorrichtung 3, wie beispielsweise eine Rotordrehzahl auf Basis der ermittelten Gesamtgeräuschemission, zu steuern bzw. zu regeln, um somit die Gesamtgeräuschemission der Ladevorrichtung 1 zu reduzieren.To compensate for the blower noise, the charging device 1 has a noise compensation device 4 with a frequency generator 5, several loudspeakers 6 and a volume sensor 7. The frequency generator is designed to generate an electronic coding of the compensation noise based on a current operating state of the blower device 3 and a noise emission map of the blower device 3. The loudspeakers 6 are designed to convert the electronic coding of the compensation noise into the acoustic compensation noise. The blower noise of the blower device can be compensated or at least partially compensated by means of the compensation noise. The volume sensor 7 is designed to determine a total noise emission of the charging device 1. The noise com The compensation device 4 is designed, for example, to control or regulate the frequency generator on the basis of the determined total noise emission in order to thus reduce the total noise emission of the charging device 1. Alternatively or additionally, the blower device 3 is designed to control or regulate operating parameters of the blower device 3, such as a rotor speed, on the basis of the determined total noise emission in order to thus reduce the total noise emission of the charging device 1.

2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einem Ablaufdiagramm. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird die Ladevorrichtung 1 mittels eines Ladekabels mit einer Ladebuchse eines Kraftfahrzeugs elektrisch gekoppelt. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 wird die Hochvoltbatterie mittels der Leistungselektronik 2 der Ladevorrichtung 1 geladen, vorzugsweise mit einer Ladeleistung oberhalb von 22 kW und weiter bevorzugt mit einer Ladeleistung unterhalb von 350 kW. In einem dritten Verfahrensschritt 300 wird die Gebläsevorrichtung 3 betrieben. Mittels der Gebläsevorrichtung 3 wird Frischluft über den Lufteinlass 9 angesaugt und somit ein Luftstrom erzeugt, der durch das Gehäuse 12 der Ladevorrichtung 1 geführt und über den Luftauslass 8 wieder aus dem Gehäuse 12 herausgeführt wird. Verlustwärme der Komponenten der Ladevorrichtung 1, wie beispielsweise der Leistungselektronik 2, an welcher besonders viel Verlustwärme anfällt, wird innerhalb des Gehäuses 12 an den Luftstrom abgegeben. Auf diese Weise werden die Komponenten der Ladevorrichtung 1, insbesondere die Leistungselektronik 2, gekühlt, sodass eine Überhitzung der Komponenten vermieden wird. Hierbei entstehen vom Betriebszustand der Gebläsevorrichtung 3 abhängige Gebläsegeräusche. In einem vierten Verfahrensschritt ermittelt die Geräuschkompensationsvorrichtung 4 zur Kompensation der Gebläsegeräusche den Betriebszustand der Gebläsevorrichtung 3, vergleicht diesen mit dem Geräuschemissionskennfeld zur Ermittlung eines theoretischen Gebläsegeräuschs und erzeugt ein entsprechendes Kompensationsgeräusch, vorzugsweise mit einer Phasenverschiebung von 180° zum theoretischen Gebläsegeräusch. Auf diese Weise ist eine Reduzierung einer Geräuschemission der Ladevorrichtung mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise realisiert. 2 shows a preferred embodiment of a method according to the invention schematically in a flow chart. In a first method step 100, the charging device 1 is electrically coupled to a charging socket of a motor vehicle by means of a charging cable. In a second method step 200, the high-voltage battery is charged by means of the power electronics 2 of the charging device 1, preferably with a charging power above 22 kW and more preferably with a charging power below 350 kW. In a third method step 300, the blower device 3 is operated. Fresh air is sucked in via the air inlet 9 by means of the blower device 3, thus generating an air flow which is guided through the housing 12 of the charging device 1 and guided out of the housing 12 again via the air outlet 8. Heat loss from the components of the charging device 1, such as the power electronics 2, which generates a particularly high amount of heat loss, is released into the air flow within the housing 12. In this way, the components of the charging device 1, in particular the power electronics 2, are cooled so that overheating of the components is avoided. This creates blower noises that depend on the operating state of the blower device 3. In a fourth method step, the noise compensation device 4 determines the operating state of the blower device 3 to compensate for the blower noise, compares this with the noise emission map to determine a theoretical blower noise and generates a corresponding compensation noise, preferably with a phase shift of 180° to the theoretical blower noise. In this way, a reduction in noise emissions from the charging device is achieved using simple means and in a cost-effective manner.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
LadevorrichtungCharging device
22
LeistungselektronikPower electronics
33
GebläsevorrichtungBlower device
44
GeräuschkompensationsvorrichtungNoise compensation device
55
FrequenzgeneratorFrequency generator
66
Lautsprecherspeaker
77
LautstärkesensorVolume sensor
88th
LuftauslassAir outlet
99
LufteinlassAir intake
1010
LadekabelCharging cable
1111
LadesteckerCharging plug
1212
GehäuseHousing
100100
erster Verfahrensschrittfirst procedural step
200200
zweiter Verfahrensschrittsecond process step
300300
dritter Verfahrensschrittthird procedural step
400400
vierter Verfahrensschrittfourth procedural step

Claims (9)

Ladevorrichtung (1) zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Leistungselektronik (2) zum Bereitstellen eines Ladestroms zum Laden der Hochvoltbatterie und eine Gebläsevorrichtung (3) zum Kühlen der Leistungselektronik (2) mittels eines Luftstroms, wobei die Ladevorrichtung (1) eine Geräuschkompensationsvorrichtung (4) zum Erzeugen eines Kompensationsgeräuschs mit einer invertierten Phase zu einem Gebläsegeräusch der Gebläsevorrichtung (3) aufweist, wobei die Geräuschkompensationsvorrichtung (4) einen Frequenzgenerator (5) zum Generieren einer elektronischen Kodierung des Kompensationsgeräuschs und einen Lautsprecher (6) zum Ausgeben des Kompensationsgeräuschs auf Basis der elektronischen Kodierung aufweist, und wobei der Frequenzgenerator (5) ausgebildet ist, die elektronische Kodierung auf Basis eines Geräuschemissionskennfelds der Gebläsevorrichtung (3) und eines aktuellen Betriebszustands der Gebläsevorrichtung (3) zu generieren, wobei die Ladevorrichtung (1) einen Lautstärkesensor (7) zum Ermitteln einer Lautstärke aufweist, wobei der Frequenzgenerator (5) ausgebildet ist, die elektronische Kodierung in Abhängigkeit der ermittelten Lautstärke derart zu variieren, dass die ermittelte Lautstärke ein Minimum erreicht.Charging device (1) for charging a high-voltage battery of a motor vehicle, comprising power electronics (2) for providing a charging current for charging the high-voltage battery and a fan device (3) for cooling the power electronics (2) by means of an air flow, wherein the charging device (1) has a noise compensation device (4) for generating a compensation noise with an inverted phase to a fan noise of the fan device (3), wherein the noise compensation device (4) has a frequency generator (5) for generating an electronic coding of the compensation noise and a loudspeaker (6) for outputting the compensation noise on the basis of the electronic coding, and wherein the frequency generator (5) is designed to generate the electronic coding on the basis of a noise emission map of the fan device (3) and a current operating state of the fan device (3), wherein the charging device (1) has a volume sensor (7) for determining a volume, wherein the Frequency generator (5) is designed to vary the electronic coding depending on the determined volume such that the determined volume reaches a minimum. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräuschemissionskennfeld als dreidimensionales Geräuschemissionskennfeld ausgebildet ist, wobei die Geräuschkompensationsvorrichtung (4) mehrere über die Ladevorrichtung (1) verteilte Lautsprecher (6) aufweist, und wobei der Frequenzgenerator (5) ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Geräuschemissionskennfelds der Gebläsevorrichtung (3) und des aktuellen Betriebszustands der Gebläsevorrichtung (3) für jeden Lautsprecher (6) eine individuelle elektronische Kodierung zu generieren.Loading device (1) after Claim 1 , characterized in that the noise emission characteristic map is designed as a three-dimensional noise emission characteristic map, wherein the noise compensation device (4) has a plurality of loudspeakers (6) distributed over the charging device (1), and wherein the frequency generator (5) is designed to generate an individual electronic coding for each loudspeaker (6) depending on the noise emission characteristic map of the blower device (3) and the current operating state of the blower device (3). Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräuschemissionskennfeld als Betriebszustände der Gebläsevorrichtung (3) eine Rotordrehzahl eines Rotors der Gebläsevorrichtung (3) und/oder eine Motortemperatur eines Motors der Gebläsevorrichtung (3) und/oder die Luftstromtemperatur des mittels der Gebläsevorrichtung (3) erzeugten Luftstroms und/oder einen Luftdruck des Luftstroms an einer oder mehreren Stellen innerhalb der Ladevorrichtung (1) und/oder eine Luftfeuchtigkeit einer Umgebung der Ladevorrichtung (1) und/oder eine Umgebungstemperatur der Umgebung der Ladevorrichtung (1) und/oder einen Umgebungsdruck der Umgebung der Ladevorrichtung (1) berücksichtigt.Loading device (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the noise emission map takes into account as operating states of the blower device (3) a rotor speed of a rotor of the blower device (3) and/or a motor temperature of a motor of the blower device (3) and/or the air flow temperature of the air flow generated by means of the blower device (3) and/or an air pressure of the air flow at one or more locations within the charging device (1) and/or an air humidity of an environment of the charging device (1) and/or an ambient temperature of the environment of the charging device (1) and/or an ambient pressure of the environment of the charging device (1). Ladevorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (1) ausgebildet ist, das Geräuschemissionskennfeld in Abhängigkeit der ermittelten Lautstärken anzupassen.Charging device (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the charging device (1) is designed to adapt the noise emission characteristic map depending on the determined volume levels. Ladevorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (1) ausgebildet ist, die ermittelte Lautstärke mit einem für die jeweiligen Betriebszustände der Gebläsevorrichtung (3) spezifischen Lautstärkeschwellwert zu vergleichen, wobei die Ladevorrichtung (1) weiter ausgebildet ist, einen Fehleralarm auszugeben, wenn die ermittelte Lautstärke den Lautstärkeschwellwert in Abhängigkeit des Betriebszustands der Gebläsevorrichtung (3) überschreitet.Charging device (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the charging device (1) is designed to compare the determined volume with a volume threshold value specific to the respective operating states of the blower device (3), wherein the charging device (1) is further designed to issue an error alarm if the determined volume exceeds the volume threshold value depending on the operating state of the blower device (3). Ladevorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (1) ausgebildet ist, die ermittelte Lautstärke mit einem für die jeweiligen Betriebszustände der Gebläsevorrichtung (3) spezifischen Lautstärkeschwellwert zu vergleichen, wobei die Ladevorrichtung weiter ausgebildet ist, eine Rotordrehzahl der Gebläsevorrichtung (3) zu verändern, wenn die ermittelte Lautstärke den Lautstärkeschwellwert in Abhängigkeit des Betriebszustands der Gebläsevorrichtung (3) überschreitet.Charging device (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the charging device (1) is designed to compare the determined volume with a volume threshold value specific to the respective operating states of the blower device (3), wherein the charging device is further designed to change a rotor speed of the blower device (3) when the determined volume exceeds the volume threshold value depending on the operating state of the blower device (3). Ladevorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (1) einen Luftauslass (8) zum Auslassen des von der Leistungselektronik (2) erwärmten Luftstroms aufweist, wobei der Lautsprecher (6) im Bereich des Luftauslasses (8) angeordnet ist.Charging device (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the charging device (1) has an air outlet (8) for discharging the air flow heated by the power electronics (2), wherein the loudspeaker (6) is arranged in the region of the air outlet (8). Ladevorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (1) zum kabelgebundenen Laden der Hochvoltbatterie ausgebildet ist.Charging device (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the charging device (1) is designed for wired charging of the high-voltage battery. Verfahren zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs mittels einer Ladevorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend die Schritte: - Elektrisches Koppeln der Ladevorrichtung (1) mit dem Kraftfahrzeug, - Laden der Hochvoltbatterie mittels der Ladevorrichtung (1), - Betreiben der Gebläsevorrichtung (3) der Ladevorrichtung (1) zum Kühlen der Leistungselektronik (2) der Ladevorrichtung (1) und - Betreiben der Geräuschkompensationsvorrichtung (4) zum Erzeugen eines Kompensationsgeräuschs auf Basis des Geräuschemissionskennfelds der Gebläsevorrichtung (3) und des aktuellen Betriebszustands der Gebläsevorrichtung (3).Method for charging a high-voltage battery of a motor vehicle by means of a charging device (1) according to at least one of the preceding claims, comprising the steps: - Electrically coupling the charging device (1) to the motor vehicle, - Charging the high-voltage battery by means of the charging device (1), - Operating the blower device (3) of the charging device (1) to cool the power electronics (2) of the charging device (1) and - Operating the noise compensation device (4) to generate a compensation noise based on the noise emission map of the blower device (3) and the current operating state of the blower device (3).
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