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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsbatterie, die zum solargestützten Laden eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zum solargestützten Laden der Antriebsbatterie.
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In modernen Kraftfahrzeugen, wie etwa Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, wird zusätzlich oder alternativ zu dem herkömmlichen Verbrennungsmotor ein elektrischer Antrieb als Antriebsmotor eingesetzt. Für den elektrischen Antrieb, also zum Beispiel einen oder mehrere Elektromotoren, kann in dem Kraftfahrzeug eine Antriebsbatterie als elektrischer Energiespeicher vorgesehen sein. Eine solche Antriebsbatterie ist üblicherweise als Hochvoltspeicher ausgebildet und kann somit zum Betreiben des elektrischen Antriebs beispielsweise eine elektrische Gleichspannung im Bereich von etwa 400 bis 800 Volt bereitstellen. Um die bereitgestellte Batteriespannung in eine zum Betreiben des elektrischen Antriebs geeignete elektrische Wechselspannung zu wandeln, wird zum Beispiel ein Wandlermodul, wie beispielsweise einen Gleichrichter, eingesetzt.
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Bei einem derartigen Betrieb wird die Antriebsbatterie mit der Zeit entladen. Um die Antriebsbatterie weiterhin bestimmungsgemäß zu nutzen, muss die Antriebsbatterie somit in regelmäßigen Abständen wieder aufgeladen werden. Dazu kann das Kraftfahrzeug zum Beispiel an eine Ladesäule angeschlossen werden, um mit elektrischer Energie aus einem Energieversorgungsnetz versorgt zu werden. Das Energieversorgungsnetz stellt dabei üblicherweise eine elektrische Wechselspannung zum Laden der Antriebsbatterie bereit, die länderspezifisch zum Beispiel 110 oder 220 Volt betragen kann. Um die bereitgestellte Versorgungsspannung in eine zum Laden der Antriebsbatterie geeignete elektrische Gleichspannung zu wandeln, wird zum Beispiel ein Wandlermodul, wie beispielsweise einen Wechselrichter, eingesetzt.
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Nachteilig beim Laden an einem Energieversorgungsnetz ist jedoch, dass das Aufladen der Antriebsbatterie nur dann möglich ist, wenn tatsächlich eine Ladestation verfügbar ist. Zudem muss das Kraftfahrzeug für die Dauer des Ladevorgangs abgestellt und der Ladevorgang abgewartet werden, bevor eine Fahrt fortgesetzt werden kann.
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Deshalb gibt es seit einiger Zeit die Idee, die Antriebsbatterie zusätzlich oder alternativ über ein Solarmodul aufzuladen. Dabei kann zum Beispiel eine Außenhaut des Kraftfahrzeugs, wie etwa eine Dachfläche, teilweise oder vollständig mit einem Solarmodul bestückt werden, um Sonnenstrahlung zur elektrischen Energieversorgung der Antriebsbatterie zu nutzen. Zum Einhalten von elektrischen Vorgaben wird ein solches Solarmodul üblicherweise so ausgelegt, dass eine bereitgestellte Solarmodulspannung in einem Niedervoltbereich liegt. Somit kann von dem Solarmodul zum Laden eine elektrische Gleichspannung von beispielsweise 12 bis 48 Volt bereitgestellt werden. Um die bereitgestellte Solarmodulspannung in die zum Laden der Antriebsbatterie geeignete elektrische Gleichspannung zu wandeln, wird wiederrum ein Wandlermodul eingesetzt. Dieses Wandlermodul ist insbesondere als Aufwärtswandler (Gleichspannungswandler) ausgebildet, um die Solarmodulspannung in eine elektrische Gleichspannung mit einem höheren Spannungsniveau als Versorgungsspannung für die Antriebsbatterie hochzusetzen.
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In diesem Zusammenhang zeigt zum Beispiel die
US 2019/0225090 A1 ein Kraftfahrzeug mit einem Solararray, das zum Laden der Batterie des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Die Batterie ist als Antriebsbatterie ausgebildet und über einen Inverter, also einen Wechselrichter, an den Elektromotor des Kraftfahrzeugs angeschlossen. Zum Laden der Batterie ist das Solararray über ein Batterieladegerät mit der Batterie verbunden.
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Aus der
CN 111497629 A ist außerdem ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem elektrische Energie zur Versorgung des Elektromotors entweder aus einer Batterie oder direkt aus einer Solarzelle des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden kann. Dabei sind die Solarzelle und die Batterie über einen Wandler an dem Motor angeschlossen.
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Weiterhin offenbart auch die
JP 2013-070546 A eine Solarzelle für ein Kraftfahrzeug, die zum Laden einer Antriebsbatterie des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann.
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Bei den bekannten Möglichkeiten zum solargestützten Laden der Antriebsbatterie werden somit zusätzliche Komponenten für die Wandlung eingesetzt oder es ist eine Veränderung in einer Topologie eines Systems notwendig, um ein Solarmodul für das Laden der Antriebsbatterie einsetzten zu können.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, das solargestützte Laden einer Antriebsbatterie zu ermöglichen und dabei Kosten zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, wie beispielsweise ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, mit einer Antriebsbatterie, wie sie beispielhaft zuvor beschrieben wurde. Die Antriebsbatterie ist zum solargestützten Laden eingerichtet. Dazu umfasst das Kraftfahrzeug eine Wechselspannungskomponente, die als elektrischer Versorger und/oder ein elektrischer Verbraucher für die Antriebsbatterie zum Bereitstellen und/oder Abgreifen einer elektrischen Wechselspannung als Komponentenspannung ausgebildet ist. Die Wechselspannungskomponente wirkt somit als Energiequelle oder Energiesenke für die Antriebsbatterie. Zum Beispiel kann die Wechselspannungskomponente ein elektrischer Antrieb des Kraftfahrzeugs sein. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug ein schaltbares oder steuerbares Wandlermodul, welches zum Wandeln zwischen der Komponentenspannung und einer Batteriespannung für die Antriebsbatterie in einem ersten Wandlermodus betreibbar ist. Bei dem ersten Wandlermodus kann es sich je nach Energieflussrichtung somit beispielsweise um einen Gleichrichter- oder Wechselrichtermodus handeln. Für das solargestützte Laden der Antriebsbatterie umfasst das Kraftfahrzeug zudem ein Solarmodul zum Bereitstellen einer elektrischen Gleichspannung als Solarmodulspannung, um die Antriebsbatterie zu versorgen oder zu laden. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug auch ein Schaltermodul, welches zum Durchschalten, also zum Verbinden oder Koppeln, des Solarmoduls und/oder der Komponente (also der Wechselspannungskomponente) an das Wandlermodul betreibbar ist. Schließlich umfasst das Kraftfahrzeug noch eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, entweder in einer ersten Steuerroutine das Schaltermodul anzusteuern, um die Komponente an das Wandlermodul durchzuschalten und zudem das Wandlermodul in dem ersten Wandlermodus zu betreiben oder in einer zweiten Steuerroutine das Schaltermodul anzusteuern, um das Solarmodul an das Wandlermoduls durchzuschalten und zudem das Wandlermodul in einem zweiten Wandlermodus zum Wandeln der Solarmodulspannung in die Batteriespannung zu betreiben.
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Somit wird nur noch ein gemeinsames Wandlermodul benötigt, um die Antriebsbatterie mittels der Wechselspannungskomponente und dem Solarmodul für die Energiewandlung zu koppeln. Dadurch das das Wandlermodul schaltbar ausgebildet ist, können die dafür benötigten unterschiedlichen Wandlermodi realisiert werden. Der erste Wandlermodus kann beispielsweise als Invertermodus bezeichnet werden. In diesem Invertermodus wird das Wandlermodul so angesteuert, dass die Komponentenspannung in die Batteriespannung gleichgerichtet und/oder die Batteriespannung in die Komponentenspannung wechselgerichtet wird. Das Wandlermodul wird somit als Wechselrichter oder Gleichrichter betrieben. Insbesondere ist das Wandlermodul beispielsweise bidirektional ausgebildet, sodass die Wandlung in beide Richtungen möglich ist. Der zweite Wandlermodus kann zum Beispiel als Konvertermodus bezeichnet werden. In diesem Konvertermodus wird das Wandlermodul so angesteuert, dass die Solarmodulspannung in die Batteriespannung gewandelt, insbesondre hochgestellt oder aufwärtsgewandelt wird. Das Wandlermodul wird somit als ein Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) beziehungsweise als sogenannter Boost-Konverter oder Aufwärtswandler betrieben. Die Aufwärtswandlung wird zum Beispiel dann eingesetzt, wenn die Solarmodulspannung geringeres Spannungsniveau aufweist als die Batteriespannung.
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Insbesondere ist das Wandlermodul ein bereits im Kraftfahrzeug vorhandenes Bauteil. Zum Beispiel wird als das Wandlermodul ein Wandlermodul genutzt, das bereits zur Spannungswandlung zwischen der Batterie und der Komponente eingesetzt wird. Das heißt, das Wandlermodul ist funktionell ursprünglich nur der Komponente zugeordnet.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass mit einer bestehenden Wandlertopologie des Wandlermoduls, welches bereits im Kraftfahrzeug vorhanden ist, zusätzlich das solargestützte Laden der Antriebsbatterie realisiert werden kann. Das Wandlermodul kann sozusagen wiederverwendet werden. Insbesondere brauchen keine zusätzlichen Komponenten, insbesondere kein zusätzlicher Gleichspannungswandler zum Realisieren des solargestützten Ladens eingebaut werden. Auch die Topologie des Wandlermoduls braucht in der Regel nicht angepasst zu werden. Insgesamt kann so das solargestützte Laden verbessert, indem Kosten und Bauraumbedarf reduziert werden. Zudem kann auch eine Verlustleistung, die sich beispielsweise beim Nutzen eines zusätzlichen Gleichspannungswandlers ergibt, vermieden werden.
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Die vorgenannte Wechselspannungskomponente kann zum Beispiel ein Elektromotor für einen elektrischen Antrieb oder ein On-Bord-Charger (Bordladegerät) des Kraftfahrzeugs sein. Auf konkrete Ausgestaltungsmöglichkeiten der Wechselspannungskomponente wir später nach näher eingegangen. Dementsprechend kann das Wandlermodul kann zum Beispiel ein ein- oder mehrphasiger Wechselrichter oder Inverter sein, wie er zum Beispiel vom Elektromotor oder von dem Bordladegerät zum Laden der Antriebsbatterie an einer Ladesäule bekannt ist. Ein solcher bekannter Inverter hat den Vorteil, dass alle Bauteile, die neben dem üblichen Invertermodus zum zusätzlichen Durchführen des Konvertermodus benötigt werden, in der Regel bereits in passender Verschaltung vorhanden sind. Dazu gehört zum Beispiel eine Schaltungsanordnung aus Halbleiterschaltern, eine elektrische Induktivität (Spule) und eine elektrische Kapazität (Kondensator). Durch die Schaltungsanordnung wird die Steuerbarkeit des Wandlermoduls ermöglicht. Dazu können die Halbleiterschalter in einem Schaltbetrieb nach einem vorgegebenen Taktmuster betrieben werden. Das Taktmuster kann beispielsweise ein PWM-Signal (Pulsweitenmodulationssignal) sein, das von der vorgenannten Steuereinrichtung bereitgestellt werden kann, um einen vorgegeben Steuerstrom oder eine vorgegebene Steuerspannung für den jeweiligen Halbleiterschalter vorzugeben. Die Halbleiterschalter können zum Beispiel als MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistor), IGBTs (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), Thyristoren oder beliebige elektronische Schalter ausgebildet sein.
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Bei einem Wandlermodul mit galvanischer Trennung können die Bauteile zum Beispiel in einer Resonanzwandlerschaltung (LLC-Schaltung) für einen Transformator als galvanisch trennendes Element vorgesehen sein. Bei einem Wandlermodul ohne galvanische Trennung können die Bauteile zum Beispiel teilweise von dem Wandlermodul und teilweise von der Komponente bereitgestellt sein. Zum Beispiel können die Schalteranordnung und die elektrische Kapazität dem Wandlermodul, zum Beispiel einem herkömmlichen Wechselrichter für den Elektromotor, zugeordnet sein. Dabei kann die elektrische Kapazität zum Beispiel ein sogenannter Zwischenkreiskondensator sein. Im Gegensatz dazu kann die Induktivität beispielsweise der Komponente zugeordnet sein. Zum Beispiel kann die Induktivität eine Spule des Elektromotors sein. Alternativ kann die Induktivität als zusätzliches Bauteil des Solarmoduls bereitgestellt sein.
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Die vorgenannte Steuereinrichtung kann zum Beispiel ein Mikrocontroller sein. Wie zuvor beschrieben, kann die Steuereinrichtung eingesetzt werden, um gemäß der jeweiligen Steuerroutine das vorgenannte Taktmuster zum Betreiben der Halbleiterschalter im Schaltbetrieb anzupassen. Zum Wechseln zwischen den unterschiedlichen Wandlermodi kann mittels der Steuereinrichtung zum Beispiel das vorgenannte PWM-Signal variiert werden.
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Das vorgenannte Solarmodul, auch als Photovoltaikmodul oder Solarpanel bekannt, kann beispielsweise eine oder mehrere photovoltaische Zellen oder Solarzellen umfassen, die in geeigneter Weise miteinander verschaltet sind. Um elektrische Vorgaben oder Richtlinien einzuhalten, kann das Solarmodul so dimensioniert, also zum Beispiel die Verschaltung so gewählt werden, dass die maximal bereitstellbare Solarmodulspannung im Niedervoltbereich liegt. Mit Niedervolt ist im vorliegenden Sinne gemeint, dass das Solarmodul eine Nennspannung kleiner als 60 Volt (Gleichspannung) bereitstellt. Beispielsweise kann die Nennspannung 12 Volt bis 48 Volt betragen. Natürlich hängt die tatsächlich bereitgestellte Solarmodulspannung in bekannter Weise von Umweltfaktoren, wie beispielsweise einer Bestrahlungsstärke des Sonnenlichts und/oder einer Umgebungstemperatur ab. Das Solarmodul kann an einer Außenhaut des Kraftfahrzeugs angebracht sein. Zum Beispiel kann eine Dachfläche oder Seitenflächen des Kraftfahrzeugs teilweise oder vollständig mit dem Solarmodul bestückt sein.
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Die vorgenannte Antriebsbatterie ist insbesondere als Hochvoltspeicher ausgebildet. Mit Hochvolt ist im vorliegenden Sinne gemeint, dass die Antriebsbatterie eine Nennspannung größer als 60 Volt (Gleichspannung), insbesondere etwa 400 Volt bis etwa 800 Volt, bereitstellen kann. Natürlich kann von der Antriebsbatterie auch eine andere als die genannte Gleichspannung bereitgestellt werden, wobei es darauf ankommt, dass die Nennspannung immer ein höheres Spannungsniveau aufweist, als es beispielsweise von Kleinbatterien oder üblichen Autobatterien, wie beispielsweise eine Starterbatterie, bekannt ist.
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Im Folgenden wird nun auf weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung eingegangen.
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Wie zuvor erwähnt, kann die Induktivität zum Beispiel als zusätzliches Bauteil des Solarmoduls bereitgestellt werden. Dazu ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Solarmodul eine elektrische Induktivität umfasst, über welche das Solarmodul mit dem Schaltermodul und dem Wandlermodul gekoppelt ist. Die elektrische Induktivität dient dabei als elektrischer Energiezwischenspeicher in dem zweiten Wandlermodus.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Wandlertopologie des Wandlermoduls selbst nicht verändert werden braucht, um den Konvertermodus zu realisieren. Zudem kann eine Dimensionierung der Induktivität an die Dimensionierung des Solarmoduls angepasst werden. Im Gegensatz zum Nutzen der Induktivität der Komponente kann somit die Dimensionierung der Induktivität passend gewählt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kraftfahrzeug eine Messeinrichtung zum Erfassen eines Betriebszustands der Wechselspannungskomponente und die Steuereinrichtung ist ausgebildet, die jeweilige Steuerroutine abhängig von dem erfassten Betriebszustand auszuführen. Der Betriebszustand gibt dabei beispielsweise an, ob die Komponente für den Betrieb des Kraftfahrzeugs aktuell genutzt wird. Somit lässt der Betriebszustand Rückschlüsse auf einen aktuellen Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs zu. Der Betriebszustand kann von der Messeinrichtung an die Steuereinrichtung bereitgestellt und ausgewertet werden, sodass die Steuereinrichtung abhängig von dem Betriebszustand die passende Steuerroutine auswählen kann. So kann zum Beispiel, wenn der Antriebsmotor als Komponente aktuell für den Fahrbetrieb genutzt wird, oder genutzt werden soll, von der Steuereinrichtung die erste Steuerroutine ausgewählt werden. Ansonsten und/oder beispielsweise, wenn die Batterie mit dem Solarmodul geladen werden soll, kann von der Steuereinrichtung die zweite Steuerroutine ausgewählt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kraftfahrzeug eine Messeinrichtung zum Erfassen eines Leistungswerts betreffend eine aktuelle Leistungserbringung des Solarmoduls und die Steuereinrichtung ist ausgebildet, die jeweilige Steuerroutine abhängig von dem erfassten Leistungswert auszuführen. Durch die Messeinrichtung kann beispielsweise ein MPP-Tracking (Maximum Power Point Tracking, maximale Leistungspunktermittlung) ausgeführt werden. Als Leistungswert kann beispielsweise eine Bestrahlungsstärke und/oder eine Temperatur erfasst werden. Mittels der Steuereinrichtung kann der Leistungswert beispielsweise mit einem vorgegebenen Leistungsgrenzwert verglichen werden und in Abhängigkeit von dem Vergleich die zweite Steuerroutine ausgewählt und ausgeführt werden, um mit dem Solarmodul die Antriebsbatterie zu laden.
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Insbesondere wird das Ausführen der jeweiligen Steuerroutine abhängig von dem erfassten Betriebszustand über das Ausführen der jeweiligen Steuerroutine abhängig von dem erfassten Leistungswert priorisiert. Obwohl ein passender Leistungswert vorliegt, kann somit zum Beispiel auf das Laden der Antriebsbatterie mit dem Solarmodul verzichtet werden, wenn die Antriebsbatterie aktuell zum Betrieb des Elektromotors genutzt wird oder demnächst genutzt werden soll.
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In den folgenden Ausführungsformen geht es nun um die vorgenannten konkreten Ausgestaltungsmöglichkeiten für die vorgenannte Komponente.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Komponente ein elektrischer Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs. Das Wandlermodul weist dementsprechend eine Wechselrichtertopologie zum Betreiben des Antriebsmotors mit der Antriebsbatterie und/oder umgekehrt auf. Somit kann sowohl ein Rekuperationsbetrieb als auch ein Fahrbetrieb umgesetzt werden.
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Insbesondere kann das Wandlermodul dabei dreiphasig ausgebildet sein und das Solarmodul kann an wenigstens einer der Phasen des Wandlermoduls angeschlossen sein. Zum Betreiben des Wandlermoduls im Konvertermodus können somit die übrigen Phasen des Wandlermoduls durch passendes Schalten oder Deaktivieren der Halbleiterschalter deaktiviert werden und in der Phase, in der das Solarmodul angeschlossen ist, werden die Halbleiterschalter weiter nach dem vorgenannten Taktmuster angesteuert. In der Regel ist ein solcher Wechselrichter ohne galvanische Trennung ausgeführt. Dementsprechend kann die elektrische Induktivität, die zum Betreiben des Wandlermoduls in dem Konvertermodus genutzt wird, beispielsweise von dem Antriebsmotor oder dem Solarmodul selbst bereitgestellt sein.
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Beim Nutzen des Wandlermoduls des Elektromotors kann das solargestützte Laden zum Beispiel während eines Segelbetriebs des Kraftfahrzeugs oder im Stand, zum Beispiel beim Parken, umgesetzt werden. Die solargestützte Ladung kann somit beispielsweise immer dann eingesetzt werden, wenn der Elektromotor für den Fahrbetrieb aktuell nicht genutzt wird. In einem Hybridfahrzeug kann das Solarmodul beispielsweise zum Laden der Antriebsbatterie verwendet werden, wenn der E-Motor aktuell nicht genutzt, also das Fahrzeug insbesondere mit dem Verbrennungsmotor betrieben wird
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Komponente wenigstens eine Bordsteckdose, also eine On-Bord-Steckdose, des Kraftfahrzeugs zum Bereitstellen einer vorgebbaren Netzspannung. Dementsprechend weist das Wandlermodul eine Wechselrichtertopologie zum Betreiben der Bordsteckdose mit der Antriebsbatterie auf. Das Wandlermodul kann somit wiederum als Wechselrichter oder Inverter, wie er für Bordsteckdosen allgemein bekannt ist, ausgebildet sein. Üblicherweise weist auch ein solcher Wechselrichter keine galvanische Trennung auf, sodass in diesem Fall die elektrische Induktivität für den zweiten Wandlermodus beispielsweise von dem Solarmodul bereitgestellt sein kann. An eine solche Bordsteckdose kann zum Beispiel ein zu ladendes Endgerät, wie beispielsweise ein Mobiltelefon oder ein Navigationsgerät, angeschlossen werden. Zum Laden des Endgeräts wird von der Bordsteckdose dabei eine Betriebsspannung bereitgestellt, die der vorgebbaren Netzspannung entspricht. Insbesondere ist die vorgebbare Netzspannung eine landesübliche Netzspannung sein. Zum Beispiel kann die Netzspannung in Europa in etwa 220 bis 230 Volt oder in Amerika beispielsweise in etwa 110 Volt betragen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Komponente eine Wechselspannungsladeeinrichtung, also insbesondere ein Ladegerät oder Onbord-Charger. Dementsprechend weist das Wandlermodul eine galvanisch getrennte Wechselrichtertopologie zum Betreiben, insbesondere zum Laden, der Antriebsbatterie über die Wechselspannungsladeeinrichtung und/oder umgekehrt auf. Entsprechend der galvanisch getrennten Wechselrichtertopologie weist das Wandlermodul dabei eine Primärseite mit einer ersten Wandlereinheit und eine davon galvanisch getrennte Sekundärseite mit einer zweiten Wandlereinheit auf. Das Solarmodul ist dabei über das Schaltermodul entweder mit der ersten Wandlereinheit oder mit der zweiten Wandlereinheit gekoppelt.
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Bei der ersten Wandlereinheit kann es sich beispielsweise um eine in bekannter Weise ausgestaltete Resonanzwandlerschaltung (LLC-Modul) handeln. Bei der zweiten Wandlereinheit kann es sich beispielsweise um eine in bekannter Weise ausgestaltete Inverterschaltung, also eine Wechselrichterschaltung, wie sie beispielhaft zuvor beschrieben wurde, handeln. Für die galvanische Trennung wird üblicherweise ein Transformator eingesetzt, um zwischen der Primärseite und der Sekundärseite unterschiedliche Bezugspotentiale zu realisieren.
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Eine solche Resonanzwandlerschaltung, also ein Resonanzwandler, hat in einer Wechselspannungsladeeinrichtung die Funktion, eine gleichgerichtete Wechselspannung, die aus einem Energieversorgungsnetz über einen Ladeanschluss des Ladegeräts bereitgestellt wird, zu empfangen und zum Bereitstellen an den Transformator in eine Wechselspannung mit einer höheren Frequenz als die bereitgestellte Wechselspannung zu wandeln. Dementsprechend kann die Solarzelle beispielsweise an den Gleichspannungsanschluss, über den die gleichgerichtete Wechselspannung an den Resonanzwandler bereitgestellt wird, angeschlossen sein. In diesem Fall kann die Aufwärtswandlung der Solarmodulspannung beispielsweise durch ein Windungsverhältnis des Transformators umgesetzt sein. Zum weiteren Erhöhen des Spannungsniveaus der von der Solarzelle über den Transformator bereitgestellten Spannung kann zusätzlich noch die vorgenannte Inverterschaltung mittels der Steuereinrichtung zum Hochsetzen angesteuert werden.
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Alternativ dazu kann das Solarmodul beispielsweise an die Inverterschaltung angeschlossen werden und diese, wie bereits zuvor beschrieben, in geeigneter Weise in dem Konvertermodus betrieben werden.
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Bei einer Ausgestaltung der Komponenten als Bordsteckdose oder Ladegerät ergibt sich der Vorteil, dass die Antriebsbatterie beispielsweise auch im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs und insbesondere dann, wenn aktuell keine Ladestation zum Laden zur Verfügung steht, geladen werden kann.
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Im Zusammenhang mit der Ausgestaltung der Komponente als Wechselspannungsladegerät ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, in einer dritten Steuerroutine die Antriebsbatterie von dem Wandlermodul zu entkoppeln, und das Schaltermodul anzusteuern, um die Wechselspannungsladeeinrichtung und das Solarmodul an das Wandlermodul durchzuschalten und zudem das Wandlermodul in einem dritten Wandlermodus zum Wandeln der Solarmodulspannung in die Komponentenspannung zu betreiben.
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Das Wandlermodul ist somit insbesondere bidirektional ausgebildet, sodass sowohl über den Ladeanschluss oder das Solarmodul elektrische Energie an die Antriebsbatterie als auch von dem Solarmodul an den Ladeanschluss elektrische Energie bereitgestellt werden kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bei Bedarf die von dem Solarmodul bereitgestellte Solarmodulspannung in ein Energieversorgungsnetz eingespeist werden kann. Das kann zum Beispiel sinnvoll sein, wenn die Antriebsbatterie vollgeladen ist und das Kraftfahrzeug aktuell immer noch über einen Ladeanschluss an ein Energieversorgungsnetz angeschlossen ist.
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Um die Antriebsbatterie von dem Wandlermodul zu entkoppeln, also insbesondere elektrisch zu trennen, kann das Kraftfahrzeug ein weiteres Schaltelement umfassen, das von der Steuereinrichtung beim Durchführen der dritten Steuerroutine ein- oder ausgeschaltet werden kann. Das Schaltelement kann zum Beispiel ein Halbleiterschalter sein.
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Im Zusammenhang mit der dritten Steuerroutine ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug eine Messeinrichtung zum Erfassen eines Ladezustands der Antriebsbatterie umfasst und die Steuereinrichtung ausgebildet ist, zwischen der dritten Steuerroutine einerseits und der ersten oder der zweiten Steuerroutine andererseits in Abhängigkeit von dem erfassten Ladezustand zu wechseln.
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So kann zum Beispiel ein Ladezustandsgrenzwert für die Antriebsbatterie vorgegeben sein, der angibt, ob ein Laden der Antriebsbatterie oder ein Rückführen oder Einspeisen von elektrischer Energie der Antriebsbatterie oder des Solarmoduls in das Energieversorgungsnetzt priorisiert wird. Um zwischen den Möglichkeiten auszuwählen, kann die Steuereinrichtung beispielsweise den erfassten Ladezustand mit dem Ladezustandsgrenzwert vergleichen und in Abhängigkeit von dem Vergleich dann die passende Steuerroutine auswählen. Als Ladezustandsgrenzwert kann beispielsweise ein fester Wert für den Ladezustand der Antriebsbatterie von beispielsweise 80 Prozent vorgegeben sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Ladezustandsgrenzwert zum Beispiel unter Berücksichtigung einer gewünschten Reichweite, die mit dem Kraftfahrzeug im Fahrbetrieb erreicht werden soll, variabel festgelegt werden. Die Reichweite kann beispielsweise von einem Nutzerwunsch oder bekannten oder üblichen Fahrrouten zu bestimmten Tageszeiten abgeleitet werden. Insgesamt kann dadurch zum Beispiel bei einem erfassten Ladezustand, der unterhalb des vorgegebenen Ladezustandsgrenzwerts liegt, das Laden der Antriebsbatterie über das Solarmodul oder die Ladeeinrichtung priorisiert werden. Ist die Batterie hingegen beispielsweise vollgeladen, oder weist einen Ladezustand von in etwa 100 Prozent auf, kann in Abhängigkeit von dem vorgenannten Leistungswert des Solarmoduls das Rückführen der Solarmodulspannung ins Energieversorgungsnetz priorisiert werden.
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Insbesondere erfolgt das Wechseln zwischen den Steuerroutinen unter Berücksichtigung eines Nutzerwunsches betreffend das Nutzen des Kraftfahrzeugs und/oder eines Einspeisungsbedarfs eines Netzanbieters des Energieversorgungsnetzes.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum solargestützten Laden einer Antriebsbatterie eines Kraftfahrzeugs, wie es zuvor beschrieben wurde. Dabei wird mittels der Steuereinrichtung gemäß einem vorbestimmten Auswahlkriterium eine der jeweiligen Steuerroutine ausgewählt. Das Auswahlkriterium kann beispielsweise den vorgenannten Betriebszustand, den Leistungswert oder den Ladezustand betreffen.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein vorhandenes Wandlermodul einer Wechselspannungskomponente genutzt wird, um elektrische Energie von einem Solarmodul zum Laden einer Antriebsbatterie des Kraftfahrzeugs zu nutzen; und
- 2 ein schematisches Prinzipschaltbild einer beispielhaften Ausgestaltung des Wandlermoduls.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug 1, welches beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Dabei weist das Kraftfahrzeug 1 eine Antriebsbatterie 2 auf, die als Hochvoltspeicher ausgebildet ist. Somit kann die Antriebsbatterie 2 beispielsweise eine Nennspannung von etwa 400 bis 800 Volt Gleichspannung bereitstellen. Das Kraftfahrzeug 1 weist zudem eine Wechselspannungskomponente 3 auf, die als ein elektrischer Versorger und/oder ein elektrischer Verbraucher für die Antriebsbatterie 2 ausgebildet ist. Somit kann die Wechselspannungskomponente 3 zum Beispiel eine elektrische Wechselspannung als Komponentenspannung zum Laden der Antriebsbatterie 2 bereitstellen oder die Komponentenspannung von der Antriebsbatterie 2 für die elektrische Energieversorgung bereitgestellt bekommen.
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Da die Antriebsbatterie 2 als Batteriespannung eine elektrische Gleichspannung liefert und zum Laden benötigt, umfasst das Kraftfahrzeug 1 zum Wandeln zwischen der Komponentenspannung und der Batteriespannung ein steuerbares oder schaltbares Wandlermodul 4. Das Wandlermodul 4 ist in 1 als Inverter (AC/DC-Wandler) dargestellt. Bevorzugt ist das Wandlermodul 4 bidirektional ausgebildet, sodass beide vorgenannten Übertragungsrichtungen denkbar sind. Zum Wandeln zwischen der Komponentenspannung und der Batteriespannung ist das Wandlermodul 4 dabei in einem ersten Wandlermodus betreibbar. Dieser Wandlermodus wird im Folgenden auch als Invertermodus bezeichnet.
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Bei der Wechselspannungskomponente 3 kann es sich, wie in 1 gezeigt, beispielsweise um einen Antriebsmotor 31, ein Wechselspannungsladegerät 32 (Wechselspannungsladeeinrichtung) oder eine Bordsteckdose 33 des Kraftfahrzeugs handeln. Abhängig von der Ausgestaltung der Wechselspannungskomponente 3 sind unterschiedliche Ausgestaltungsmöglichkeiten für eine Topologie des Wandlermoduls 4 denkbar. So kann das Wandlermodul 4 im Falle des Ladegeräts 32 beispielsweise als galvanisch getrennter Wechselrichter ausgebildet sein. Hingegen kann bei der Ausgestaltung der Komponente 3 als Elektromotor 31 oder als Bordsteckdose 33 eine Ausführung des Wandlermoduls ohne galvanische Trennung vorgesehen sein. Auf eine konkrete Ausgestaltungsmöglichkeit für die Wandlertopologie wird später im Zusammenhang mit 2 noch näher eingegangen.
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Um das Wandlermodul 4 steuerbar oder schaltbar auszubilden, wird zum Beispiel eine Schaltungsanordnung zum Beispiel aus einem oder mehreren Halbleiterschaltern oder elektronischen Schaltern eingesetzt. Diese können im Schaltbetrieb nach einem vorgegebenen Taktmuster betrieben werden. Das Taktmuster kann beispielsweise durch eine sogenannte Pulsweitenmodulation (PWM) vorgegeben sein. Der Aufbau, also eine Topologie eines solchen Wandlermoduls 4, der zur Spannungswandlung für die unterschiedlichen Komponenten 31, 32, 33 eingesetzt werden kann, ist dem Grunde nach bekannt.
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Um für die Antriebsbatterie 2 eine zusätzliche Lademöglichkeit bereitzustellen, umfasst das Kraftfahrzeug 1, wie in 1 gezeigt, zusätzlich noch ein Solarmodul 5. Das Solarmodul 5 kann beispielsweise eine oder mehrere Solarzellen umfassen, die in geeigneter Weise miteinander verschaltet sind, um eine vorbestimmte Solarmodulspannung bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Solarmodulspannung etwa 12 Volt bis etwa 48 Volt betragen. Um die bereitgestellte Solarmodulspannung zum Laden der Antriebsbatterie 2 nutzen zu können, wird das Solarmodul üblicherweise über ein zusätzliches Wandlermodul, nämlich einen Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) mit der Antriebsbatterie 2 gekoppelt. Ein solcher Gleichspannungswandler hat die Funktion, die niedrigere Solarmodulspannung in die höhere Batteriespannung hochzusetzen und ist dazu als ein sogenannter Aufwärtswandler oder Hochsetzsteller ausgebildet. Ein zusätzlicher Gleichspannungswandler benötigt jedoch zusätzlichen Bauraum und verursacht dadurch zusätzliche Kosten. Zudem kann es durch den Betrieb des zusätzlichen Bauteils zur Erhöhung der Verlustleistung kommen. Deshalb kann es sinnvoll sein, den Gleichspannungswandler als Zusatzkomponente zu vermeiden.
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Dazu wird, wie in 1 gezeigt, das bereits vorhandene Wandlermodul 4 für die Wechselspannungskomponente 3 wiederverwendet, um das solargestützte Laden der Antriebsbatterie 2 mit dem Solarmodul 5 zu realisieren. Das Solarmodul 5 ist dabei über das Wandlermodul 4 mit der Antriebsbatterie 2 gekoppelt. Das Solarmodul 5 und die Wechselspannungskomponente 3 sind zudem über ein Schaltermodul 6 an das Wandlermodul 4 angeschlossen. Das Schaltermodul 6 dient zum selektiven Durchschalten, also selektiven Verbinden oder Koppeln des Solarmoduls 5 und/oder der Komponente 3 an das Wandlermodul 4. Dazu kann das Schaltermodul beispielsweise einzelne Schaltelemente, wie beispielsweise Halbleiterschalter oder beispielsweise ein Relais umfassen, die im Schaltbetrieb betrieben werden können. Insbesondere können die Schaltelemente einzeln angesteuert werden, um entweder das Solarmodul 5 oder die Komponente 3 an das Wandlermodul 4 für den Betrieb der Antriebsbatterie 2 durchzuschalten.
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Zum Betreiben des Schaltermoduls 6 umfasst das Kraftfahrzeug 1 noch eine Steuereinrichtung 7, durch die das Umschalten zwischen dem Solarmodul 5 und der Komponente 3 umgesetzt werden kann. Zudem hat die Steuereinrichtung 7 die Funktion einen Wandlermodus für das Wandlermodul festzulegen. Dazu weist die Steuereinrichtung 7 unterschiedliche Steuerroutinen auf. In einer ersten Steuerroutine wird zum Beispiel das Schaltermodul 6 angesteuert, um die Komponente 3 an das Wandlermodul 4 durchzuschalten und zudem das Wandlermodul in dem vorgenannten ersten Wandlermodus betrieben, um die Komponentenspannung in die Batteriespannung zu wandeln oder umgekehrt. In dem ersten Wandlermodus wird somit ein Normalbetrieb des Wandlermoduls 4, also der vorgenannten Invertermodus, ausgeführt.
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Im Gegensatz dazu wird mittels der Steuereinrichtung 7 in einer zweiten Steuerroutine das Schaltermodul 6 angesteuert, um das Solarmodul 5 an das Wandlermodul 4 durchzuschalten. Zudem wird das Wandlermodul 4 von der Steuereinrichtung 7 dabei in einem zweiten Wandlermodus zum Wandeln der Solarmodulspannung in die Batteriespannung betrieben. Bei dem zweiten Wandlermodus geht es darum, mit dem Wandlermodul 4 die Aufwärtswandlerfunktion, die sonst üblicherweise von dem zusätzlichen Gleichspannungswandler durchgeführt wird, umzusetzen. Somit kann der zweite Wandlermodus auch als Konvertermodus bezeichnet werden.
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Um zwischen den Wandlermodi umzuschalten, können zum Beispiel der vorgenannte Schaltbetrieb und insbesondere ein Taktmuster der vorgenannten Schaltungsanordnung des Wandlermoduls 4 angepasst werden. Zum Beispiel kann von einem variablen Taktmuster im Invertermodus auf ein konstantes Taktmuster im Konvertermodus umgestellt werden. Dabei umfasst ein Wechselrichter als Wandlermodul 4, wie er für die vorgenannten Komponenten 31, 32, 33 eingesetzt wird, in der Regel bereits alle Bauteile in der passenden Verschaltung, um sowohl in dem Invertermodus als auch in dem Konvertermodus betrieben werden zu können.
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Um zwischen den verschiedenen Steuerroutinen der Steuereinrichtung 7 auszuwählen, kann die Steuereinrichtung 7 unterschiedliche Auswahlkriterien berücksichtigen. Zum Erfassen des jeweiligen Auswahlkriteriums umfasst das Kraftfahrzeug 1 in 1 beispielsweise eine Messeinrichtung 8. Die Messeinrichtung 8 kann das erfasste Auswahlkriterium an die Steuereinrichtung zum Auswerten in einer Auswahlroutine bereitstellen. Ein Auswahlkriterium kann beispielsweise ein vorbestimmter Betriebszustand B der Komponente 3 sein. Insbesondere kann der vorbestimmte Betriebszustand B beispielsweise eine aktuelle Nutzung oder eine Betriebsabsicht oder Nutzungsabsicht der Komponente 3 repräsentieren. Eine aktuelle Nutzung kann zum Beispiel durch einen angeschlossenen Zustand des Kraftfahrzeugs über einen Ladeanschluss des Ladegeräts 32 an eine Ladestation dargestellt sein. Die vorgenannte Nutzungsabsicht kann zum Beispiel ein Anfahren einer Ladestation oder ein Anschließen der Ladestation an den Ladeanschluss sein. Wird der vorbestimmte Betriebszustand B erkannt, kann von der Steuereinrichtung 7 beispielsweise die erste Steuerroutine ausgeführt werden. Im Gegensatz dazu kann beispielsweise im Fahrbetrieb, also wenn das Ladegerät 32 zum Laden aktuell nicht genutzt wird, ein anderer als der vorbestimmte Betriebszustand B erfasst werden, der darstellt, dass das Ladegerät 32 aktuell unbenutzt ist. Dann kann von der Steuereinrichtung 7 die zweite Steuerroutine ausgeführt werden. Für den Elektromotor 31 kann der vorbestimmte Betriebszustand B beispielsweise beim im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 oder beim Einsteigen eines Nutzers in das Kraftfahrzeug 1 oder beim Aktivieren einer Zündung des Kraftfahrzeugs 1 erkannt werden. Für die Bordsteckdose kann der vorbestimmte Betriebszustand B beispielsweise beim Anschließen oder im angeschlossenen Zustand des Endgeräts erkannt werden.
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Ein weiteres Auswahlkriterium kann beispielsweise ein Leistungswert P betreffend eine aktuelle Leistungserbringung des Solarmoduls 5 sein. Der Leistungswert kann beispielsweise mittels sogenannten MPP-Trackings (Maximum Power Point Tracking) zum Beispiel aus einer Bestrahlungsstärke und/oder einer Temperatur des Solarmoduls 5 bestimmt werden. Gemäß der Auswahlroutine kann die Steuereinrichtung den erfassten Leistungswert beispielsweise mit einem Leistungsgrenzwert vergleichen. Der Leistungsgrenzwert kann ein minimaler Leistungswert sein, der für das Solarmodul 5 festgelegt ist, um die Antriebsbatterie 2 mit der Solarmodulspannung effizient laden zu können. Überschreitet der erfasste Leistungswert den Leistungsgrenzwert, kann von der Steuereinrichtung 7 beispielsweise die zweite Steuerroutine für das solargestützte Laden ausgeführt werden. Ansonsten kann die erste Steuerroutine ausgeführt werden, sodass das Wandlermodul 4 seinen Inverterbetrieb beibehält oder einstellt.
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Für den Fall, dass die Komponente 3 als das Ladegerät 32 ausgebildet ist, kann neben der ersten und der zweiten Steuerroutine auch noch eine dritte Steuerroutine für die Steuereinrichtung vorgesehen sein. Dabei geht es darum, die bereitgestellte elektrische Energie des Solarmoduls 5 nicht an die Antriebsbatterie 2, sondern an das Ladegerät 32 zum Bereitstellen oder Rückspeisen in das angeschlossene Energieversorgungsnetz zu nutzen. Um eine derartige Energieübertragung zu realisieren, weist das Wandlermodul eine galvanisch getrennte Wechselrichtertopologie auf und umfasst dabei eine Primärseite mit einer ersten Wandlereinheit und eine davon galvanisch getrennte Sekundärseite mit einer zweiten Wandlereinheit. Bei der ersten Wandlereinheit handelt es sich um eine in bekannter Weise ausgestaltete Resonanzwandlerschaltung und bei der zweiten Wandlereinheit handelt es sich um eine Inverter- oder Wechselrichterschaltung. Mit Primärseite ist insbesondere die Seite des Wandlermoduls 4 gemeint, an der der Ladeanschluss des Ladegeräts 32 ausgeführt ist. Mit Sekundärseite ist insbesondere die Seite des Wandlermoduls 4 gemeint, an die die Antriebsbatterie 2 angeschlossen ist.
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Um die vorgenannte dritte Steuerroutine ausführen zu können, ist das Solarmodul 5 über das Schaltermodul 6 mit der zweiten Wandlereinheit, also der Inverterschaltung, gekoppelt. Zudem ist die Antriebsbatterie zum Beispiel über ein separates Schaltelement deaktivierbar und kann dadurch mittels der Steuereinrichtung 7 von dem Wandlermodul 4 entkoppelt, also elektrisch getrennt werden.
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Zum Durchführen der dritten Steuerroutine wird mittels der Steuereinrichtung 7 nun die Antriebsbatterie von dem Wandlermodul 4 entkoppelt und das Schaltermodul 6 angesteuert, um das Ladegerät 32 und das Solarmodul 5 an das Wandlermodul 4 durchzuschalten. Zudem wird das Wandlermodul 4 in einem dritten Wandlermodus zum Wandeln der Solarmodulspannung in die Komponentenspannung betrieben.
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Zur Auswahl der dritten Steuerroutine kann als ein Auswahlkriterium beispielsweise ein Ladezustand SOC der Antriebsbatterie 2 berücksichtigt werden. Gemäß der Auswahlroutine kann mittels der Steuereinrichtung 7 der erfasste Ladezustand SOC beispielsweise mit einem vorbestimmten Ladezustandsgrenzwert verglichen werden. Der Ladezustandsgrenzwert gibt zum Beispiel einen minimalen Ladezustand an, den die Antriebsbatterie 2 mindestens aufweisen muss, damit anstelle der Batteriespannung die Solarmodulspannung zur Energieversorgung über das Ladegerät 32 an das Energieversorgungsnetz durchgeschaltet werden kann. Bei dem Ladezustandsgrenzwert kann es sich beispielsweise um einen festgelegten Wert wie beispielsweise 80 Prozent handeln. Alternativ kann der Ladezustandsgrenzwert variabel, zum Beispiel unter Berücksichtigung eines Nutzerwunsches betreffend das Nutzen des Kraftfahrzeugs, oder eine Reichweitenprognose des Kraftfahrzeugs 1 festgelegt werden.
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Wenn der aktuell gemessene Ladezustand somit den Ladezustandsgrenzwert unterschreitet, kann zum Beispiel die erste oder zweite Steuerroutine zum solargestützten Laden oder Laden der Antriebsbatterie 2 über das Ladegerät 32 ausgewählt werden. Andernfalls kann die dritte Steuerroutine zum Einspeisen der Solarmodulspannung in das Energieversorgungsnetz gewählt werden. Weiterhin kann bei der Auswahl der dritten Steuerroutine zum Beispiel noch ein Einspeisungsbedarf eines Netzanbieters des Energieversorgungsnetzes, an das das Kraftfahrzeug 1 über das Ladegerät 32 angeschlossen ist, berücksichtigt werden.
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2 zeigt ein schematisches Prinzipschaltbild einer beispielhaften Ausgestaltungsmöglichkeit der Wandlertopologie des Wandlermoduls 4. Wie in 2 gezeigt, ist die Komponente 3 als der Elektromotor 31 ausgeführt. Der Elektromotor 31 ist gemäß 2 dreiphasig ausgebildet. Jeder Phase ist dabei, wie bei einem Elektromotor üblich, eine elektrische Induktivität I, also eine Leiterspule, zugeordnet, wobei die Leiterspule in 2 in einer Sternschaltung miteinander verschaltet sind. Zur Vereinfachung sind in 2 nur die Induktivitäten I als Bauteile des Elektromotors 31 dargestellt. Analog zu dem Elektromotor 31 ist auch das Wandlermodul 4 als dreiphasiger Wechselrichter ausgebildet und an den Elektromotor 31 angeschlossen. Dabei ist jeder Phase des Elektromotors 31 ein Strang aus in Serie geschalteten Halbleiterschaltern S zugeordnet. Die Halbleiterschalter S sind vorliegend insbesondere als MOSFETs dargestellt. Für die Halbleiterschalter können alternativ beispielsweise auch IGBTs eingesetzt werden. Jeder Strang aus Halbleiterschaltern S ist in einer Halbbrückenschaltung an eine zugeordnete Induktivität I des Elektromotors 31 angeschlossen. Die Stränge selbst sind untereinander in elektrischer Parallelschaltung zueinander verschaltet und bilden eine sogenannte B6-Brücke. Die in 2 gezeigten Stränge bilden dabei die zuvor beschriebene Schaltungsanordnung, durch die das Steuern des Wandlermoduls 4 ermöglicht wird. In elektrischer Parallelschaltung zu der Schalteranordnung 41 umfasst das Wandlermodul zudem einen Zwischenkreiskondensator 42. Die Antriebsbatterie 2 ist elektrisch parallel geschaltet an den Zwischenkreiskondensator angeschlossen. Zur besseren Übersicht, ist das Schaltermodul 6 zum selektiven Umschalten zwischen dem Solarmodul 5 und dem Elektromotor 31 in 2 nicht dargestellt. Eine mögliche Anordnung des Schaltermoduls 6 ergibt sich zum Beispiel im Zusammenhang mit 1.
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Insgesamt weist das Wandlermodul 4 gemäß 2 zusammen mit der Komponente 3, also dem Elektromotor 31, vorliegend alle Bauteile in passender Verschaltung auf, um neben dem Invertermodus auch den Konvertermodus, also das Aufwärtswandeln, realisieren zu können. Dazu können neben einer elektrischen Induktivität und einem Kondensator insbesondere auch ein Halbleiterschalter und eine Diode zählen. Die entsprechende Bauteilkombination für den Konvertermodus ist, wie in der Prinzipschaltung zu sehen, in jeder der Phasen des Wandlermoduls 4 in Verbindung mit dem Elektromotor 31 gegeben. Dementsprechend ist das Solarmodul 5, wie in 2 gezeigt, zwischen dem Wandlermodul 4 und dem Elektromotor 31 an eine der drei Phasen angeschlossen. In dem zweiten Wandlermodus, also dem Konvertermodus, können beispielsweise nur die Halbleiterschalter S in der angeschlossenen Phase im Schaltbetrieb nach einem gewünschten Taktmuster betrieben werden. Die übrigen Halbleiterschalter, also diejenigen Halbleiterschalter S, die einer Phase zugeordnet sind, an der das Solarmodul 5 nicht angeschlossen ist, werden hingegen deaktiviert. Im vorliegenden Beispiel können entsprechend zum Beispiel die Halbleiterschalter in der 2 oben links und unten rechts im Schaltbetrieb betrieben werden. Die übrigen Halbleiterschalter S können zum Beispiel geöffnet oder deaktiviert sein, sodass kein elektrischer Stromfluss über die Schalter möglich ist. Es ist somit insgesamt möglich, die Induktivitäten I des Elektromotors 31 zu nutzen, um die für in einem herkömmlichen Aufwärtswandler eingesetzte Induktivität zu ersetzen. Vorliegend können zum Beispiel die in 2 oben und unten eingezeichnete Induktivitäten I die Wandlerinduktivität für den Konvertermodus bilden.
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Alternativ zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die elektrische Induktivität zum Beispiel von dem Solarmodul 5 selbst bereitgestellt sein und als elektrischer Energiespeicher in dem zweiten Wandlermodus dienen.
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Insgesamt zeigen die Ausführungsbeispiele, wie ein solargestütztes Laden einer Antriebsbatterie 2 eines Kraftfahrzeugs 1 umgesetzt und dabei Kosten- und Bauraumbedarf eingespart werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Antriebsbatterie
- 3
- Wechselspannungskomponente
- 4
- Wandlermodul
- 5
- Solarmodul
- 6
- Schaltermodul
- 7
- Steuereinrichtung
- 8
- Messeinrichtung
- 31
- Elektromotor
- 32
- Ladegerät
- 33
- Bordsteckdose
- 41
- Schalteranordnung
- 42
- Zwischenkreiskondensator
- B
- Betriebszustand
- I
- Induktivität
- P
- Leistungswert
- S
- Halbleiterschalter
- SOC
- Ladezustand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2019/0225090 A1 [0006]
- CN 111497629 A [0007]
- JP 2013070546 A [0008]
