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Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Durchführen eines Gleichstrom-Ladevorgangs zwischen einem ersten elektrisch betreibbaren Fahrzeug und einem zweiten elektrisch betreibbaren Fahrzeug.
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Zum Laden eines Hochvolt-Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mittels eines Hochvolt-Energiespeichers eines anderen elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit unterschiedlicher Spannungslage sind üblicherweise zusätzliche Ladekomponenten in wenigstens einem der beiden Fahrzeuge erforderlich.
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Die
DE 10 2019 202 173 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung in einem Fahrzeug zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers bzw. Speichers, beispielhaft zum Laden einer anschließbaren Batterie eines weiteren Fahrzeugs oder einer anschließbaren Ladestation. Die Schaltungsanordnung weist einen Wechselrichter zum Versorgen einer anschließbaren elektrischen Maschine mit Energie auf und ist eingerichtet, um eine zum Laden einer anschließbaren Batterie eines weiteren Fahrzeugs oder einer anschließbaren Ladestation erforderliche Spannung mittels des Wechselrichters in Verbindung mit Wicklungen der elektrischen Maschine bereitzustellen oder um die zum Laden der anschließbaren Batterie des Fahrzeugs erforderliche Spannung mittels des Wechselrichters in Verbindung mit Wicklungen der elektrischen Maschine bereitzustellen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes System zum Durchführen eines Gleichstrom-Ladevorgangs zwischen einem ersten elektrisch betreibbaren Fahrzeug und einem zweiten elektrisch betreibbaren Fahrzeug zu schaffen.
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Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Durchführen eines Gleichstrom-Ladevorgangs mittels eines solchen verbesserten Systems anzugeben.
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Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein System zum Durchführen eines Gleichstrom-Ladevorgangs zwischen einem ersten elektrisch betreibbaren Fahrzeug und einem zweiten elektrisch betreibbaren Fahrzeug vorgeschlagen, wobei das erste Fahrzeug wenigstens umfasst einen Hochvolt-Energiespeicher, eine Wandler-Einheit, eine Gleichstrom-Ladeschnittstelle, eine Steuervorrichtung, welche wenigstens zur Kommunikation mit dem zweiten Fahrzeug und zur Steuerung der Wandler-Einheit ausgebildet ist. Das zweite Fahrzeug umfasst wenigstens einen Hochvolt-Energiespeicher, eine Gleichstrom-Ladeschnittstelle, eine Steuervorrichtung, welche wenigstens zur Kommunikation mit dem ersten Fahrzeug ausgebildet ist. Zum Durchführen des Gleichstrom-Ladevorgangs sind die beiden Gleichstrom-Ladeschnittstellen miteinander elektrisch verbindbar ausgebildet. Dabei ist die Wandler-Einheit zur Anpassung einer Spannung des Hochvolt-Energiespeichers des ersten Fahrzeugs an eine Spannung des Hochvolt-Energiespeichers des zweiten Fahrzeugs ausgebildet.
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Zum Durchführen eines Gleichstrom (DC)-Ladevorgangs zwischen einem ersten elektrisch betreibbaren Fahrzeug und einem zweiten elektrisch betreibbaren Fahrzeug muss das Fahrzeug, das die Energie bereitstellt, wie eine DC-Ladestation agieren und die bereitgestellte Spannung auf das Batteriespannungsniveau des zu ladenden Fahrzeugs anpassen. Die benötigte Spannung des zu ladenden Fahrzeugs hängt ab von der Batteriekonfiguration und dem aktuellen Ladungszustand (SOC) und kann sich in einem gewissen Spannungsbereich bewegen. Die Spannung, die das Fahrzeug, das die Energie bereitstellt, bereitstellen kann, hängt wiederum ebenfalls von dessen Batteriekonfiguration und SOC ab und passt üblicherweise ohne Spannungswandlung durch einen DC/DC-Wandler nicht zur angeforderten Spannungslage.
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In Fahrzeugen, die auf 800V Batteriespannungslage ausgelegt sind, kann die Abwärtskompatibilität zu 400V DC-Ladestationen durch einen DC/DC-Wandler als sogenannten 400/800V Booster im Fahrzeug sichergestellt werden, der die 400V Spannung der Ladestation auf die 800V Fahrzeugbatteriespannung hochtransformiert. Dies ist eine zusätzliche, kostenintensive, schwere Komponente, die Bauraum benötigt.
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Für die Anpassung der Spannungslage im Falle eines Gleichstrom-Ladens mittels eines anderen Fahrzeugs über den Gleichstrom-Ladepfad ist deshalb üblicherweise ebenfalls ein zusätzlicher DC/DC-Wandler notwendig.
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Vorteilhaft kann in Fahrzeugen, die einen 400/800V Booster als Wandler-Einheit enthalten, diese genutzt werden, um für die Funktion des Gleichstrom-Ladens von Fahrzeug zu Fahrzeug über den Gleichstrom-Ladepfad die Spannung entsprechend der Anforderungen des zu ladenden Fahrzeugs anzupassen und bereitzustellen.
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Der Ladestrom und die Kommunikation zwischen den beiden Fahrzeugen fließen über ein Ladekabel zwischen den beiden Gleichstrom-Ladeschnittstellen der Fahrzeuge. Dafür kann ein spezielles Ladekabel mit einem DC-Ladestecker an jeder Seite eingesetzt werden.
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In beiden Fahrzeugen existiert ein Kommunikationsmodul als Steuervorrichtung, welche im normalen Ladefall der Ladestation signalisiert, welche Spannung von der Ladestation bereitgestellt werden muss. Die Steuervorrichtung ist im Fahrzeug, das die Energie bereitstellt, dahingehend erweitert, dass sie die Kommunikationssignale des zu ladenden Fahrzeugs auswerten und die Wandler-Einheit mit Fahrzeug-Fahrzeug-Ladefunktion steuern kann, die Spannung auf die gewünschte Spannungslage zu wandeln.
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Da die beiden Funktionen „400V auf 800V boosten“ und „Spannungslage anpassen für den Ladevorgang von Fahrzeug zu Fahrzeug“ nicht gleichzeitig stattfinden, können beide Funktionen in einer Komponente vereint werden und damit Kosten, Bauraum und Gewicht für eine zusätzliche Gleichstrom-Wandler-Einheit gespart werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems kann die Steuervorrichtung des ersten Fahrzeugs ausgebildet sein, die Wandler-Einheit so zu steuern, dass die Spannung des Hochvolt-Energiespeichers des ersten Fahrzeugs auf eine gewünschte Ladespannung des zweiten Fahrzeugs gewandelt wird. Vorteilhaft kann die Steuervorrichtung im Fahrzeug, das die Energie bereitstellt, dahingehend erweitert sein, dass sie die Kommunikationssignale des zu ladenden Fahrzeugs auswerten und die Wandler-Einheit mit Fahrzeug-Fahrzeug-Ladefunktion steuern kann, die Spannung auf die gewünschte Spannungslage zu wandeln.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems kann die Wandler-Einheit zum Laden des Hochvolt-Energiespeichers des ersten Fahrzeugs an einer Ladestation mit einer geringeren Spannung als der Spannung des Hochvolt-Energiespeichers ausgebildet sein. Insbesondere kann die Wandler-Einheit zum Laden eines 800V-Hochvolt-Energiespeichers an einer 400V-Ladestation ausgebildet sein. Vorteilhaft kann in Fahrzeugen, die einen 400/800V Booster als Wandler-Einheit enthalten, diese genutzt werden, um für die Funktion des Gleichstrom-Ladens von Fahrzeug zu Fahrzeug über den Gleichstrom-Ladepfad die Spannung entsprechend der Anforderungen des zu ladenden Fahrzeugs anzupassen und bereitzustellen. Beide Funktionen können zweckmäßigerweise in einer Komponente vereint werden und damit Kosten, Bauraum und Gewicht für eine zusätzliche Gleichstrom-Wandler-Einheit gespart werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems kann die Steuervorrichtung des ersten und des zweiten Fahrzeugs zur Kommunikation mit einer externen Ladestation ausgebildet sein. Auf diese Weise können die Fahrzeuge mit derselben Steuervorrichtung sowohl über externe Ladestationen geladen werden, als auch Energie an andere Fahrzeuge bereitstellen, bzw. von anderen Fahrzeugen empfangen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems kann die Steuervorrichtung des ersten Fahrzeugs konfiguriert sein, mit dem zweiten Fahrzeug als eine Ladestation zu kommunizieren. Dadurch kann das zweite Fahrzeug über das erste Fahrzeug geladen werden. Für das zweite Fahrzeug sieht es so aus, als ob das Fahrzeug mit einer externen Ladestation kommuniziert und darüber den Hochvolt-Energiespeicher lädt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems kann die Gleichstrom-Ladeschnittstelle des ersten Fahrzeugs zum Übertragen der elektrischen Leistung über Hochvolt-Leitungen als auch von Kommunikationssignalen über Signalleitungen zu dem zweiten Fahrzeug sowie zum Anschluss an einer externen Ladestation ausgebildet sein. Vorteilhaft können so zusätzliche Funktionen in der Gleichstrom-Ladeschnittstelle integriert sein, sodass der gesamte Ladevorgang über das eine Ladekabel erfolgen kann und keine zusätzliche Verbindung benötigt wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Durchführen eines Gleichstrom-Ladevorgangs zwischen einem ersten elektrisch betreibbaren Fahrzeug und einem zweiten elektrisch betreibbaren Fahrzeug mit einem System vorgeschlagen, wobei das erste Fahrzeug wenigstens umfasst einen Hochvolt-Energiespeicher, eine Wandler-Einheit, eine Gleichstrom-Ladeschnittstelle, eine Steuervorrichtung, welche wenigstens zur Kommunikation mit dem zweiten Fahrzeug und zur Steuerung der Wandler-Einheit ausgebildet ist. Das zweite Fahrzeug umfasst wenigstens einen Hochvolt-Energiespeicher, eine Gleichstrom-Ladeschnittstelle, eine Steuervorrichtung, welche wenigstens zur Kommunikation mit dem ersten Fahrzeug ausgebildet ist. Zum Durchführen des Gleichstrom-Ladevorgangs werden die beiden Gleichstrom-Ladeschnittstellen elektrisch miteinander verbunden. Dabei wird mittels der Wandler-Einheit eine Spannung des Hochvolt-Energiespeichers des ersten Fahrzeugs an eine Spannung des Hochvolt-Energiespeichers des zweiten Fahrzeugs angepasst.
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Zum Durchführen des Gleichstrom (DC)-Ladevorgangs zwischen dem ersten elektrisch betreibbaren Fahrzeug und dem zweiten elektrisch betreibbaren Fahrzeug agiert das Fahrzeug, das die Energie bereitstellt, wie eine DC-Ladestation und passt die bereitgestellte Spannung auf das Batteriespannungsniveau des zu ladenden Fahrzeugs an.
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Vorteilhaft wird in Fahrzeugen, die einen 400/800V Booster als Wandler-Einheit enthalten, diese genutzt, um für die Funktion des Gleichstrom-Ladens von Fahrzeug zu Fahrzeug über den Gleichstrom-Ladepfad die Spannung entsprechend der Anforderungen des zu ladenden Fahrzeugs anzupassen und bereitzustellen.
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In beiden Fahrzeugen existiert ein Kommunikationsmodul als Steuervorrichtung, welche im normalen Ladefall der Ladestation signalisiert, welche Spannung von der Ladestation bereitgestellt werden muss. Die Steuervorrichtung wertet im Fahrzeug, das die Energie bereitstellt, die Kommunikationssignale des zu ladenden Fahrzeugs aus und steuert die Wandler-Einheit mit Fahrzeug-Fahrzeug-Ladefunktion, die Spannung auf die gewünschte Spannungslage zu wandeln.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Wandler-Einheit so gesteuert werden, dass die Spannung des Hochvolt-Energiespeichers des ersten Fahrzeugs auf eine gewünschte Ladespannung des zweiten Fahrzeugs gewandelt wird. Vorteilhaft kann so in Fahrzeugen, die einen 400/800V Booster als Wandler-Einheit enthalten, diese genutzt werden, um für die Funktion des Gleichstrom-Ladens von Fahrzeug zu Fahrzeug über den Gleichstrom-Ladepfad die Spannung entsprechend der Anforderungen des zu ladenden Fahrzeugs anzupassen und bereitzustellen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Steuervorrichtung des ersten Fahrzeugs mit dem zweiten Fahrzeug als eine Ladestation kommunizieren. Auf diese Weise können die Fahrzeuge mit derselben Steuervorrichtung sowohl über externe Ladestationen geladen werden, als auch Energie an andere Fahrzeuge bereitstellen, bzw. von anderen Fahrzeugen empfangen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können über die Gleichstrom-Ladeschnittstelle des ersten Fahrzeugs die elektrische Leistung und Kommunikationssignale zu dem zweiten Fahrzeug übertragen werden. Vorteilhaft können so zusätzliche Funktionen in der Gleichstrom-Ladeschnittstelle integriert sein, sodass der gesamte Ladevorgang über das eine Ladekabel erfolgen kann und keine zusätzliche Verbindung benötigt wird.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigt:
- 1 eine Systemübersicht eines Systems zum Durchführen eines Gleichstrom-Ladevorgangs zwischen einem ersten elektrisch betreibbaren Fahrzeug und einem zweiten elektrisch betreibbaren Fahrzeug nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In der Figur sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figur zeigt lediglich ein Beispiel und ist nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt eine Systemübersicht eines Systems 100 zum Durchführen eines Gleichstrom-Ladevorgangs zwischen einem ersten elektrisch betreibbaren Fahrzeug 10 und einem zweiten elektrisch betreibbaren Fahrzeug 30 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das erste Fahrzeug 10 umfasst dabei einen Hochvolt-Energiespeicher 12, eine Wandler-Einheit 14, eine Gleichstrom-Ladeschnittstelle 18, sowie eine Steuervorrichtung 16, welche wenigstens zur Kommunikation mit dem zweiten Fahrzeug 30 und zur Steuerung der Wandler-Einheit 14 ausgebildet ist. Weiter weist das erste Fahrzeug 10 wie üblich einen Onboard-Lader 20 auf, der mit einer Wechselstrom-Ladeschnittstelle 24 elektrisch verbunden ist und über welchen der Hochvolt-Energiespeicher 12 durch eine externe AC-Ladestation aufgeladen werden kann. Außerdem weist das erste Fahrzeug 10 noch einen Niederspannungs-DC/DC-Wandler 22 auf, der über Niederspannungsleitungen 40 mit dem nicht dargestellten Niederspannungs-Bordnetz verbunden ist.
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Die Wandler-Einheit 14 des ersten Fahrzeugs 10 ist zum Laden des Hochvolt-Energiespeichers 12 des ersten Fahrzeugs 10 an einer Ladestation mit einer geringeren Spannung als der Spannung des Hochvolt-Energiespeichers 12 ausgebildet. Insbesondere ist die Wandler-Einheit 14 zum Laden eines 800V-Hochvolt-Energiespeichers 12 an einer 400V-Ladestation als sogenannter 400/800V-Booster ausgebildet.
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Das zweite Fahrzeug 30 umfasst einen Hochvolt-Energiespeicher 32, eine Gleichstrom-Ladeschnittstelle 38, sowie eine Steuervorrichtung 36, welche wenigstens zur Kommunikation mit dem ersten Fahrzeug 10 ausgebildet ist.
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Zum Durchführen des Gleichstrom-Ladevorgangs sind die beiden Gleichstrom-Ladeschnittstellen 18, 38 über Hochvolt-Leitungen 42 (durchgezogene Verbindungen) und über Steuerleitungen 42 (gestrichelte Verbindungen) miteinander elektrisch verbunden.
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Die Gleichstrom-Ladeschnittstelle 18 des ersten Fahrzeugs 10 ist zum Übertragen der elektrischen Leistung 46 über Hochvolt-Leitungen 42 als auch von Kommunikationssignalen über Signalleitungen 44 zu dem zweiten Fahrzeug 30 sowie zum Anschluss an einer externen Ladestation ausgebildet.
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Das Ladekabel 50 zwischen den beiden Gleichstrom-Ladeschnittstellen 18, 38 überträgt sowohl den Ladestrom als auch die Kommunikationssignale.
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Die Wandler-Einheit 14 ist zur Anpassung der Spannung des Hochvolt-Energiespeichers 12 des ersten Fahrzeugs 10 an die Spannung des Hochvolt-Energiespeichers 32 des zweiten Fahrzeugs 30 ausgebildet. Der Fluss der elektrischen Leistung 46, welcher mit Pfeilen dargestellt ist, verläuft deshalb von dem ersten Hochvolt-Energiespeicher 12 über die Wandler-Einheit 14 des ersten Fahrzeugs 10 über die beiden Gleichstrom-Ladeschnittstellen 18, 38 der beiden Fahrzeuge 10, 30 in den zweiten Hochvolt-Energiespeicher 32.
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Die Steuervorrichtung 16 des ersten Fahrzeugs 10 ist dabei ausgebildet, die Wandler-Einheit 14 so zu steuern, dass die Spannung des Hochvolt-Energiespeichers 12 des ersten Fahrzeugs 10 auf eine gewünschte Ladespannung des zweiten Fahrzeugs 30 gewandelt wird.
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Die Steuervorrichtung 16 des ersten und des zweiten Fahrzeugs 10, 30 sind zur Kommunikation mit einer externen Ladestation ausgebildet. So kann die Steuervorrichtung 16 des ersten Fahrzeugs 10 vorteilhaft konfiguriert sein, mit dem zweiten Fahrzeug 30 als eine Ladestation zu kommunizieren.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zum Durchführen des Gleichstrom-Ladevorgangs zwischen dem ersten elektrisch betreibbaren Fahrzeug 10 und dem zweiten elektrisch betreibbaren Fahrzeug 30 mit dem System 100 zuerst die beiden Gleichstrom-Ladeschnittstellen 18, 38 elektrisch miteinander verbunden. Dabei wird mittels der Wandler-Einheit 14 die Spannung des Hochvolt-Energiespeichers 12 des ersten Fahrzeugs 10 an die Spannung des Hochvolt-Energiespeichers 32 des zweiten Fahrzeugs 30 angepasst.
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Die Wandler-Einheit 14 wird dabei durch die Steuervorrichtung 16 so gesteuert, dass die Spannung des Hochvolt-Energiespeichers 12 des ersten Fahrzeugs 10 auf die gewünschte Ladespannung des zweiten Fahrzeugs 30 gewandelt wird.
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Über die Gleichstrom-Ladeschnittstelle 18 des ersten Fahrzeugs 10 werden sowohl die elektrische Leistung 46 als auch Kommunikationssignale zu dem zweiten Fahrzeug 30 übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 12
- Hochvolt-Energiespeicher
- 14
- Wandler-Einheit
- 16
- Steuervorrichtung
- 18
- Gleichstrom-Ladeschnittstelle
- 20
- Onboard-Lader
- 22
- LV-DC/DC-Wandler
- 24
- Wechselstrom-Ladeschnittstelle
- 30
- Fahrzeug
- 32
- Hochvolt-Energiespeicher
- 36
- Steuervorrichtung
- 38
- Gleichstrom-Ladeschnittstelle
- 40
- Niederspannung-Leitung
- 42
- Hochvolt-Leitung
- 44
- Steuerleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019202173 A1 [0003]
