DE102021201963A1

DE102021201963A1 - system

Info

Publication number: DE102021201963A1
Application number: DE102021201963.3A
Authority: DE
Inventors: Henrik Schwarze; Tobias Freitag; Andreas Lange; Lars BAUMANN; Torsten Stichowski
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-09-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (2) mit einem einen Hochvoltenergiespeicher (10) aufweisenden Kraftfahrzeug (4) und mit einem Inselnetz (32), das eine mit einem Wechselspannungs-Versorgungsnetz (30), das von einer Stromquelle (34) gespeist ist, verbundene bidirektionale Gleichspannungsladestation (18) aufweist. Die bidirektionale Gleichspannungsladestation (18) umfasst einen Gleichspannungswandler (20) und einen mittels eines Gleichspannungszwischenkreises (26) damit elektrisch kontaktierten Wechselrichter (24). Es ist ein Niedervoltenergiesystem (14) zur Inbetriebnahme der bidirektionalen Gleichspannungsladestation (18) bei ausgefallener Stromquelle (34) vorhanden. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren (42) zum Betrieb eines Systems (2).The invention relates to a system (2) with a motor vehicle (4) having a high-voltage energy store (10) and with an island grid (32) which is connected to an AC voltage supply grid (30) fed by a power source (34). having bidirectional DC voltage charging station (18). The bidirectional DC voltage charging station (18) comprises a DC voltage converter (20) and an inverter (24) which is electrically connected to it by means of a DC voltage intermediate circuit (26). There is a low-voltage energy system (14) for starting up the bidirectional DC voltage charging station (18) if the power source (34) fails. The invention also relates to a method (42) for operating a system (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein System mit einem Kraftfahrzeug, das einen Hochvoltenergiespeicher umfasst, und mit einem Inselnetz, das ein von einer Stromquelle gespeistes Wechselspannungs-Versorgungsnetz aufweist.The invention relates to a system with a motor vehicle that includes a high-voltage energy store, and with an island grid that has an AC voltage supply grid that is fed by a power source.

Zur Bereitstellung von elektrischer Energie werden üblicherweise Stromnetze herangezogen, die eine Wechselspannung führen, wie beispielsweise 230 V oder 110 V. Üblicherweise sind hierbei einzelne Haushalte mit dem Stromnetz elektrisch verbunden, sodass die einzelnen elektrischen Geräte jedes Haushalts über das Stromnetz betrieben werden können. Das Stromnetz wiederum wird mittels mehrerer Großkraftwerke gespeist. Diese werden in Abhängigkeit einer aktuellen Last betrieben und somit die zur Verfügung gestellt elektrische Energie angepasst.To provide electrical energy, power grids are usually used that carry an AC voltage, such as 230 V or 110 V. Usually, individual households are electrically connected to the power grid, so that the individual electrical devices in each household can be operated via the power grid. The power grid, in turn, is fed by several large power plants. These are operated depending on a current load and thus the electrical energy provided is adjusted.

Im Zuge der Dezentralisierung und der Nutzung von regenerativen Energien ist es jedoch auch bekannt, Inselnetze vorzusehen. Bei diesen sind eine oder mehrere Kleinkraftwerke vorhanden, wie beispielsweise Photovoltaikmodule oder Windkraftwerke. Da die mittels dieser Kleinkraftwerke bereitgestellte elektrische Energie vergleichsweise gering ist, ist an das Inselnetz meist lediglich einer oder wenige Haushalte angeschlossen. Somit ist es auch möglich, Haushalte in vergleichsweise entlegenen Gegenden mit elektrischer Energie zu versorgen, ohne dass ein flächendeckender Ausbau des Stromnetzes erforderlich ist. Mittels einer entsprechenden Transformation wird von den Kleinkraftwerken ebenfalls eine elektrische Wechselspannung von 230 V oder 110 V bereitgestellt, sodass im Haushalts gewöhnliche elektrische Geräte verwendet werden können.In the course of decentralization and the use of regenerative energies, however, it is also known to provide stand-alone grids. These have one or more small power plants, such as photovoltaic modules or wind power plants. Since the electrical energy provided by these small power plants is comparatively small, only one or a few households are usually connected to the stand-alone grid. It is therefore also possible to supply households in comparatively remote areas with electrical energy without the need for a nationwide expansion of the power grid. By means of a corresponding transformation, the small power plants also provide an electrical AC voltage of 230 V or 110 V, so that normal household electrical appliances can be used.

Falls die Kleinkraftwerke aufgrund von aktuellen Gegebenheiten jedoch keine elektrische Energie bereitstellen, beispielsweise Photovoltaikanlagen in der Nacht, und dennoch eine Versorgung der Haushalte erfolgen soll, ist es erforderlich, einen Pufferspeicher vorzusehen, der von dem Kleinkraftwerk bei Betrieb geladen wird, und aus dem eine Energieentnahme für den Haushalt erfolgt, wenn von dem Kleinkraftwerke keine elektrische Energie bereitgestellt wird. Derartige Pufferspeicher sind jedoch vergleichsweise kostenintensiv.However, if the small power plants do not provide any electrical energy due to current circumstances, for example photovoltaic systems at night, and households are still to be supplied, it is necessary to provide a buffer storage tank that is charged by the small power plant during operation, and from which energy can be drawn for the household takes place when no electrical energy is provided by the small power plant. However, such buffer stores are comparatively expensive.

Eine Lösung hierfür sieht daher vor, als Pufferspeicher einen Hochvoltenergiespeicher eines Kraftfahrzeugs zu verwenden, sodass der Hochvoltenergiespeicher zwei unterschiedliche Aufgaben wahrnimmt. So wird dieser einerseits zur Bestromung eines zumindest einen Elektromotor aufweisenden Hauptantriebs des Kraftfahrzeugs verwendet, wenn mittels dessen ein Transport von Personen oder Gütern erfolgen soll. Andererseits wird der Hochvoltenergiespeicher als Pufferspeicher des Inselnetzes verwendet, wenn das Kraftfahrzeug elektrisch mit dem Inselnetz verbunden ist und nicht anderweitig verwendet wird.A solution to this therefore provides using a high-voltage energy store of a motor vehicle as a buffer store, so that the high-voltage energy store performs two different tasks. On the one hand, this is used to energize a main drive of the motor vehicle that has at least one electric motor if it is intended to be used to transport people or goods. On the other hand, the high-voltage energy store is used as a buffer store for the stand-alone grid when the motor vehicle is electrically connected to the stand-alone grid and is not used for any other purpose.

Die elektrische Verbindung des Kraftfahrzeugs mit dem Inselnetz erfolgt üblicherweise über bidirektionale Gleichspannungsladestation. Da für den Betrieb des Elektromotors des Kraftfahrzeugs üblicherweise eine Gleichspannung mit mehr als 300 V verwendet wird, jedoch in dem Inselnetz eine Wechselspannung vom 230 V geführt wird, ist es erforderlich mittels der Gleichspannungsladestation eine Transformation der elektrischen Spannungen, je nach Flussrichtung des elektrischen Stroms von oder zu dem Hochvoltenergiespeicher durchzuführen. Zur Anpassung der elektrischen Spannung ist es hierbei elektrische Energie erforderlich, die üblicherweise dem Inselnetz entnommen wird.The electrical connection of the motor vehicle to the stand-alone grid usually takes place via a bidirectional DC voltage charging station. Since a DC voltage of more than 300 V is usually used to operate the electric motor of the motor vehicle, but an AC voltage of 230 V is carried in the island grid, it is necessary to use the DC voltage charging station to transform the electrical voltages, depending on the direction of flow of the electric current or to carry out the high-voltage energy storage device. In order to adapt the electrical voltage, electrical energy is required here, which is usually taken from the stand-alone grid.

Falls nun das Kleinkraftwerk unerwartet keine elektrische Energie mehr bereitstellt, ist ein Betrieb der Gleichspannungsladestation nicht mehr möglich. Wenn anschließend das Kraftfahrzeug elektrisch mit der Gleichspannungsladestation verbunden wird, ist daher trotzdem kein Einspeisen von elektrischer Energie in das Inselnetz möglich. Zur Vermeidung hiervon umfasst die Gleichspannungsladestation üblicherweise eine weitere Hochspannungsbatterie, mittels derer eine elektrische Spannung geführt wird, die in Abhängigkeit der von dem Inselnetz geführten elektrische Spannung gewählt ist. Mittels der Hochspannungsbatterie wird ein Betriebszustand der Hochspannungsbatterie aufrechterhalten, wenn das Kleinkraftwerk ausgefallen ist. Somit ist die Gleichspannungsladestation auch weiterhin bereit, wenn nachfolgend das Kraftfahrzeug mit dieser elektrisch verbunden ist, sodass elektrische Energie in das Inselnetz eingespeist werden kann. Infolgedessen sind jedoch Herstellungskosten der Gleichspannungsladestation erhöht. Auch ist bei einer Fehlfunktion oder einer Entladung der Hochspannungsbatterie weiterhin kein Einspeisen von elektrischer Energie möglich.If the small power station unexpectedly no longer provides electrical energy, operation of the DC voltage charging station is no longer possible. If the motor vehicle is then electrically connected to the DC voltage charging station, it is still not possible to feed electrical energy into the island grid. To avoid this, the DC voltage charging station usually includes a further high-voltage battery, by means of which an electrical voltage is supplied which is selected as a function of the electrical voltage supplied by the island grid. An operating state of the high-voltage battery is maintained by means of the high-voltage battery when the small power station has failed. The DC voltage charging station is therefore still ready when the motor vehicle is subsequently electrically connected to it, so that electrical energy can be fed into the stand-alone grid. As a result, however, manufacturing costs of the DC voltage charging station are increased. In the event of a malfunction or a discharge of the high-voltage battery, it is still not possible to feed in electrical energy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeignetes System und ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines Systems anzugeben, wobei vorteilhafterweise eine Zuverlässigkeit erhöht und/oder Herstellungskosten verringert sind. The invention is based on the object of specifying a particularly suitable system and a particularly suitable method for operating a system, with reliability being advantageously increased and/or production costs being reduced.

Hinsichtlich des Systems wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 7 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.With regard to the system, this object is achieved by the features of claim 1 and with regard to the method by the features of claim 7. Advantageous developments and refinements are the subject of the respective dependent claims.

Das System umfasst ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt landgebunden und weist vorzugsweise eine Anzahl an Rädern auf, von denen zumindest eines, vorzugsweise mehrere oder alle, mittels eines Antriebs angetrieben sind. Geeigneterweise ist eines, vorzugsweise mehrere, der Räder steuerbar ausgestaltet. Somit ist es möglich, das Kraftfahrzeug unabhängig von einer bestimmten Fahrbahn, beispielsweise Schienen oder dergleichen, zu bewegen. Dabei ist es zweckmäßigerweise möglich, das Kraftfahrzeug im Wesentlichen beliebig auf einer Fahrbahn zu positionieren, die insbesondere aus einem Asphalt, einem Teer oder Beton gefertigt ist. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Nutzkraftwagen, wie ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Bus. Besonders bevorzugt jedoch ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (Pkw).The system includes a motor vehicle. The motor vehicle is preferably land-based and preferably has a number of wheels, of which at least one, preferably several or all, are driven by a drive. Suitably one, preferably several, of the wheels is designed to be steerable. It is thus possible to move the motor vehicle independently of a specific roadway, for example rails or the like. It is expediently possible to position the motor vehicle essentially anywhere on a roadway that is made of asphalt, tar or concrete in particular. The motor vehicle is, for example, a commercial vehicle, such as a truck (truck) or a bus. However, the motor vehicle is particularly preferably a passenger car.

Das Kraftfahrzeug umfasst einen Hochvoltenergiespeicher. Hierbei ist es vorzugsweise möglich, elektrische Energie in den Hochvoltenergiespeicher einzuleiten und nachfolgend diesem zu entnehmen. Mit anderen Worten dient der Hochvoltenergiespeicher der Zwischenspeicherung von elektrischer Energie. Der Hochvoltenergiespeicher dient zweckmäßigerweise der Bereitstellung einer elektrischen Gleichspannung. Hierfür ist der Hochvoltenergiespeicher geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Mittels der Hochvoltbatterie wird geeigneterweise eine elektrische Gleichspannung bereitgestellt, wobei die elektrische Spannung zum Beispiel zwischen 200 V und 800 V und beispielsweise im Wesentlichen 400 V beträgt.The motor vehicle includes a high-voltage energy store. In this case, it is preferably possible to introduce electrical energy into the high-voltage energy store and then to remove it from it. In other words, the high-voltage energy store is used to temporarily store electrical energy. The high-voltage energy store is expediently used to provide an electrical DC voltage. The high-voltage energy store is suitable for this, in particular provided and set up. An electrical DC voltage is suitably provided by means of the high-voltage battery, the electrical voltage being between 200 V and 800 V, for example, and essentially 400 V, for example.

Beispielsweise umfasst der Hochvoltenergiespeicher einen oder mehrere Kondensatoren. Besonders bevorzugt jedoch weist der Hochvoltenergiespeicher einen oder mehrere Batterien auf, die zweckmäßigerweise auf mehrere Batteriemodule aufgeteilt sind. Die Batterien jedes Batteriemoduls sind vorzugsweise zumindest teilweise elektrisch parallel und teilweise elektrisch in Reihe geschaltet, sodass die mittels jedes Batteriemoduls bereitgestellte elektrische Spannung einem Vielfachen der mittels einer einzigen Batterie bereitgestellten elektrischen Energie entspricht. Alternativ oder in Kombination hierzu sind die Batteriemodule zumindest teilweise elektrisch in Reihe und oder teilweise elektrisch parallel geschaltet.For example, the high-voltage energy store includes one or more capacitors. However, the high-voltage energy store particularly preferably has one or more batteries, which are expediently divided among a number of battery modules. The batteries of each battery module are preferably connected at least partially electrically in parallel and partially electrically in series, so that the electrical voltage provided by each battery module corresponds to a multiple of the electrical energy provided by a single battery. Alternatively or in combination with this, the battery modules are at least partly electrically connected in series and/or partly electrically in parallel.

Der Hochvoltenergiespeicher ist zweckmäßigerweise vorgesehen, einen Hauptantrieb des Kraftfahrzeugs mit elektrischen Energie zu versorgen, der einen Elektromotor umfasst. Hierfür ist der Hochvoltenergiespeicher geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Der Hauptantrieb dient dabei der Fortbewegung des Kraftfahrzeugs, und vorzugsweise ist zwischen dem Hochvoltenergiespeicher und dem Elektromotor ein elektrischer Umrichter angeordnet, mittels dessen die Bestromung des Elektromotors eingestellt wird. Das Kraftfahrzeugs ist beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybrid-Kraftfahrzeug, dessen Hauptantrieb zusätzlich einen Verbrennungsmotor aufweist.The high-voltage energy store is expediently provided to supply electrical energy to a main drive of the motor vehicle, which includes an electric motor. The high-voltage energy store is suitable for this, in particular provided and set up. The main drive is used to move the motor vehicle, and an electrical converter is preferably arranged between the high-voltage energy store and the electric motor, by means of which the energization of the electric motor is adjusted. The motor vehicle is, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle whose main drive also has an internal combustion engine.

Das System umfasst ferner ein Inselnetz, das beispielsweise der Bestromung eines Haushalts oder mehrerer Haushalte dient. Hierfür ist das Inselnetz geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Dabei ist es Inselnetz zweckmäßigerweise abgeschlossen, sodass lediglich eine bestimmte Anzahl an Haushalten mittels des Inselnetzes versorgt wird, wobei die Anzahl zweckmäßigerweise geringer als 100, geringer als 50 oder geringer als 10 ist. Das Inselnetz umfasst ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz, mittels dessen eine elektrische Wechselspannung geführt wird. Insbesondere beträgt diese 230 V oder 110 V und ist zum Beispiel einphasig oder dreiphasig. Somit ist es möglich, elektrische Geräte mittels des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes zu betreiben. Das Wechselspannungs-Versorgungsnetz ist von einer Stromquelle gespeist. Die Stromquelle umfasst beispielsweise einen Energiespeicher, wie eine Batterie. Alternativ oder in Kombination hierzu umfasst die Stromquelle ein Kleinkraftwerk, wie beispielsweise eine Photovoltaikanlage mit einem oder mehreren Photovoltaikmodulen und/oder eine Windkraftanlage. Insbesondere wird von der Stromquelle die elektrische Wechselspannung bereitgestellt, und die Stromquelle umfasst zweckmäßigerweise einen geeigneten Transformator. Dieser ist beispielsweise zwischen das Kleinkraftwerk und das Wechselspannungs-Versorgungsnetz geschaltet, insbesondere sofern mittels des Kleinkraftwerks eine elektrische Gleichspannung bereitgestellt wird.The system also includes an island grid, which is used, for example, to supply electricity to a household or to several households. The stand-alone grid is suitable for this, in particular provided and set up. In this case, the stand-alone grid is expediently closed, so that only a certain number of households is supplied by means of the stand-alone grid, with the number expediently being less than 100, less than 50 or less than 10. The island grid includes an AC voltage supply grid, by means of which an electrical AC voltage is conducted. In particular, this is 230 V or 110 V and is, for example, single-phase or three-phase. It is thus possible to operate electrical devices using the AC voltage supply network. The AC voltage supply network is fed by a current source. The power source includes, for example, an energy store such as a battery. Alternatively or in combination with this, the power source includes a small power plant, such as a photovoltaic system with one or more photovoltaic modules and/or a wind power plant. In particular, the electrical AC voltage is provided by the power source, and the power source expediently comprises a suitable transformer. This is connected, for example, between the small power station and the AC voltage supply network, in particular if an electrical DC voltage is provided by means of the small power station.

Ferner umfasst das Inselnetz eine bidirektionale Gleichspannungsladestation. Die bidirektionale Gleichspannungsladestation umfasst beispielsweise einen Stecker mit einem Kabel oder einer sonstige Leitung, sodass eine elektrische Verbindung zwischen der bidirektionalen Gleichspannungsladestation und dem Kraftfahrzeug herstellbar ist. Insbesondere genügte hierbei die bidirektionale Gleichspannungsladestation, vorzugsweise der Stecker, einem bestimmten Standard, beispielsweise dem vom Typ 1 oder Typ 2. Die bidirektionale Gleichspannungsladestation, im Weiteren auch lediglich als Gleichspannungsladestation bezeichnet, umfasst einen Gleichspannungswandler und einen Wechselrichter, die mittels eines Gleichspannungszwischenkreises elektrisch miteinander kontaktiert sind.The stand-alone grid also includes a bidirectional DC voltage charging station. The bidirectional DC voltage charging station includes, for example, a plug with a cable or other line, so that an electrical connection can be made between the bidirectional DC voltage charging station and the motor vehicle. In particular, the bidirectional DC voltage charging station, preferably the plug, satisfies a certain standard, for example type 1 or type 2. The bidirectional DC voltage charging station, also simply referred to below as a DC voltage charging station, comprises a DC voltage converter and an inverter, which make electrical contact with one another by means of a DC voltage intermediate circuit are.

Bei Betrieb der bidirektionalen Gleichspannungsladestation, ist es dabei vorzugsweise möglich, den Hochvoltenergiespeicher des Kraftfahrzeugs aus dem Inselnetz zu laden, wenn das Kraftfahrzeug elektrisch mit dem Inselnetz verbunden ist. Ferner ist es vorzugsweise möglich, elektrische Energie aus dem Hochvoltenergiespeicher des Kraftfahrzeugs in das Inselnetz einzuspeisen, insbesondere in das Wechselspannungs-Versorgungsnetz. Somit ist es einerseits möglich, das Kraftfahrzeug für den Transport von Personen oder Gütern zu verwenden, wobei hierfür die von der Stromquelle bereitgestellte elektrische Energie zu dem Kraftfahrzeug transferiert wird. Hierfür wird die Verbindung zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Inselnetz gelöst, insbesondere der etwaige Stecker gezogen. Somit ist es möglich, das Kraftfahrzeug von dem Inselnetz weg zu bewegen, und für die weiteren Aufgaben zu verwenden. Auch ist es möglich, das Kraftfahrzeug, nämlich den Hochvoltenergiespeicher, als Pufferspeicher zu verwenden, sodass elektrische Energie, die von der Stromquelle bereitgestellt wird, und die dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz anderweitig nicht entnommen wird, in den Hochvoltenergiespeicher eingespeist wird. Diese kann nachfolgend zur Versorgung des Wechselspannungs-Versorgungsnetz es verwendet werden, wenn von der Stromquelle keine elektrische Energie bereitgestellt wird.When operating the bidirectional DC voltage charging station, it is preferably possible to charge the high-voltage energy store of the motor vehicle from the stand-alone grid when the motor vehicle is electrically connected to the stand-alone grid. Furthermore, it is preferably possible to electr to feed cal energy from the high-voltage energy storage device of the motor vehicle into the island grid, in particular into the AC voltage supply grid. It is thus possible on the one hand to use the motor vehicle to transport people or goods, with the electrical energy provided by the power source being transferred to the motor vehicle for this purpose. For this purpose, the connection between the motor vehicle and the island network is released, in particular any plug is pulled. It is thus possible to move the motor vehicle away from the isolated network and to use it for further tasks. It is also possible to use the motor vehicle, namely the high-voltage energy store, as a buffer store, so that electrical energy that is provided by the power source and that is not otherwise taken from the AC voltage supply network is fed into the high-voltage energy store. This can subsequently be used to supply the AC voltage supply network if no electrical energy is provided by the power source.

Insbesondere sind der Wechselrichter und der Gleichspannungswandler geregelt betrieben, sodass eine entsprechende Anpassung der elektrische Spannungen erfolgen kann. Mittels des Gleichspannungswandlers ist es hierbei möglich, die in dem Gleichspannungszwischenkreis geführte elektrische Spannung auf die elektrische Spannung anzupassen, die mittels des Hochvoltenergiespeichers geführt wird. Vorzugsweise umfasst der Wechselrichter eine Brückenschaltung, wie eine B6-Schaltung. In dem Gleichspannungszwischenkreis wird geeigneterweise eine elektrische Spannung geführt, die auf das elektrische Wechselspannungs-Versorgungsnetz angepasst ist. Insbesondere beträgt hierbei diese zwischen 200 V und 300 V. Somit ist bei entsprechendem Betrieb des Wechselrichters ein effizientes Einspeisen von elektrischer Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis in das Wechselspannungs-Versorgungsnetz möglich. Vorzugsweise ist hierbei der Wechselrichter zumindest indirekt mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz verbunden, und über den Gleichspannungszwischenkreis sowie den Gleichspannungswandler mit dem Kraftfahrzeug, sofern dieses elektrischen mit dem Inselnetz verbunden ist.In particular, the inverter and the DC voltage converter are operated in a regulated manner, so that the electrical voltages can be adjusted accordingly. In this case, it is possible by means of the DC voltage converter to adapt the electrical voltage carried in the DC voltage intermediate circuit to the electrical voltage which is carried by means of the high-voltage energy store. Preferably, the inverter comprises a bridge circuit, such as a B6 circuit. An electrical voltage that is adapted to the electrical AC voltage supply network is suitably carried in the DC voltage intermediate circuit. In particular, this is between 200 V and 300 V. With appropriate operation of the inverter, it is thus possible to efficiently feed electrical energy from the DC voltage link into the AC voltage supply network. In this case, the inverter is preferably connected at least indirectly to the AC voltage supply network, and via the DC voltage intermediate circuit and the DC voltage converter to the motor vehicle, provided this is electrically connected to the island grid.

Zudem umfasst das System ein Niedervoltenergiesystem, mittels dessen insbesondere lediglich maximal eine elektrische Spannung von 100 V, 70 V, 60 V, 50 V oder 30 V geführt werden kann. Hierfür ist das Niedervoltenergiesystem geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Infolgedessen sind lediglich vergleichsweise kostengünstige Komponenten zur Realisierung des Niedervoltenergiesystem erforderlich, weswegen Herstellungskosten reduziert sind. Auch ist aufgrund der vergleichsweise geringen elektrischen Spannung eine Anforderung an einen Berührschutz zur Bereitstellung eine Sicherheit verringert, sodass auf diese Weise ebenfalls Herstellungskosten verringert sind.In addition, the system includes a low-voltage energy system, by means of which, in particular, only a maximum electrical voltage of 100 V, 70 V, 60 V, 50 V or 30 V can be conducted. The low-voltage energy system is suitable for this, in particular provided and set up. As a result, only comparatively inexpensive components are required to implement the low-voltage energy system, which is why manufacturing costs are reduced. Also, due to the comparatively low electrical voltage, a requirement for protection against accidental contact to provide safety is reduced, so that production costs are also reduced in this way.

Das Niedervoltenergiesystem dient der Inbetriebnahme der bidirektionalen Gleichspannungsladestation, wenn die Stromquelle ausgefallen ist. Hierfür ist das Niedervoltenergiesystem geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Vorzugsweise ist das Niedervoltenergiesystem hierfür geeignet mit der bidirektionalen Gleichspannungsladestation verschaltet oder zumindest verschaltbar. Unter ausgefallener Stromquelle wird insbesondere verstanden, dass von der Stromquelle beispielsweise überhaupt keine elektrische Energie mehr bereitgestellt wird, oder dass diese geringer als ein bestimmter Grenzwert ist. Insbesondere ist die von der Stromquelle bereitgestellte elektrische Spannung unterhalb eines bestimmten Grenzwerts. Alternativ hierzu weist die Stromquelle beispielsweise ein Fehlverhalten auf oder ist von dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz getrennt. Falls es sich bei der Stromquelle um eine Batterie handelt, ist diese beispielsweise vollständig oder zumindest teilweise geleert.The low-voltage energy system is used to start up the bidirectional DC voltage charging station if the power source has failed. The low-voltage energy system is suitable for this, in particular provided and set up. For this purpose, the low-voltage energy system is preferably connected or at least can be connected in a suitable manner to the bidirectional DC voltage charging station. A failed power source is understood in particular to mean that the power source no longer provides any electrical energy, for example, or that this is less than a specific limit value. In particular, the electrical voltage provided by the power source is below a specific limit value. As an alternative to this, the power source exhibits a malfunction, for example, or is disconnected from the AC voltage supply network. If the power source is a battery, it is completely or at least partially empty, for example.

Aufgrund des Niedervoltenergiesystems ist es somit stets möglich, die bidirektionale Gleichspannungsladestation in Betrieb zu nehmen und somit elektrische Energie von dem Kraftfahrzeug in das Inselnetz einzuspeisen. Folglich ist bei einem Fehlverhalten der Stromquelle auch weiterhin eine Entnahme von elektrischer Energie aus dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz, beispielsweise durch etwaige Haushalte, möglich, sodass eine Zuverlässigkeit erhöht ist. Hierbei wird beispielsweise lediglich ermöglicht, Grundbedürfnisse mit der bereitgestellten elektrischen Energie zu decken, insbesondere sofern die Stromquelle ultimativ ausgefallen ist. Alternativ hierzu ist, vorzugsweise bei lediglich einer temporären Unverfügbarkeit der Stromquelle, eine vollständige Überbrückung mittels der Hochvoltenergiespeichers Kraftfahrzeugs möglich. Beispielsweise ist lediglich ein einziges bestimmtes Kraftfahrzeug dem System zugeordnet, oder es sind unterschiedliche Kraftfahrzeuge dem System zuordenbar oder zugeordnet. Mit anderen Worten können unterschiedliche Kraftfahrzeuge zur Versorgung des Inselnetzes verwendet werden. Mittel des Niedervoltenergiesystems wird beispielsweise eine elektrische Gleichspannung von 12 V, 24 V oder 48 V geführt, oder diese wird zumindest verwendet, wenn die Gleichspannungsladestation in Betrieb genommen wird.Due to the low-voltage energy system, it is thus always possible to put the bidirectional DC voltage charging station into operation and thus to feed electrical energy from the motor vehicle into the island grid. Consequently, if the power source malfunctions, it is still possible for electrical energy to be drawn from the AC voltage supply network, for example by any households, so that reliability is increased. In this case, for example, it is only possible to cover basic needs with the electrical energy provided, in particular if the power source has ultimately failed. As an alternative to this, complete bridging by means of the high-voltage energy storage device of the motor vehicle is possible, preferably if the power source is only temporarily unavailable. For example, only a single specific motor vehicle is assigned to the system, or different motor vehicles can be assigned or are assigned to the system. In other words, different motor vehicles can be used to supply the island grid. By means of the low-voltage energy system, an electrical direct voltage of 12 V, 24 V or 48 V is conducted, for example, or this is at least used when the direct voltage charging station is put into operation.

Zusammenfassend ist somit bei vollständig ausgefallenem Inselnetz, also wenn mittels der Stromquelle keine elektrische Energie mehr bereitgestellt wird und die Gleichspannungsladestation infolgedessen außer Betrieb ist, es möglich, die Gleichspannungsladestation mittels der Niedervoltenergiesystem in Betrieb zu nehmen, wobei dies beispielsweise vor, bei oder nach einem elektrischen Verbinden des Kraftfahrzeugs mit der Gleichspannungsladestation erfolgt. Im Anschluss hieran ist es möglich, elektrische Energie aus dem Hochvoltenergiespeicher in das Inselnetz einzuspeisen, sodass erneut ein Betrieb möglich ist.In summary, when the stand-alone grid fails completely, i.e. when no more electrical energy is provided by the power source, and the DC voltage charging station consequently out of operation, it is possible to put the DC voltage charging station into operation by means of the low-voltage energy system, this being done, for example, before, during or after an electrical connection of the motor vehicle to the DC voltage charging station. It is then possible to feed electrical energy from the high-voltage energy storage device into the stand-alone grid, so that operation is possible again.

Hierbei sind aufgrund des Niedervoltenergiesystems die Herstellungskosten vergleichsweise gering und eine Zuverlässigkeit bei der Nutzung des Systems ist erhöht. Auch ist ein vorausschauende Bereitstellen und elektrisches Verbinden des Kraftfahrzeugs mit dem Inselnetz nicht erforderlich, was eine Flexibilität bei der Nutzung des Kraftfahrzeugs erhöht. So ist es beispielsweise möglich, nach Ankunft bei einem das Inselnetz aufweisenden Ferienhaus, das lediglich mittels des Inselnetzes gespeist wird, das Inselnetz mittels des Niedervoltenergiesystems in Betrieb zu nehmen und anschließend mittels des Kraftfahrzeugs das Wechselspannungs-Versorgungsnetz zu speisen, bis die Stromquelle aktiviert wird.In this case, due to the low-voltage energy system, the production costs are comparatively low and reliability when using the system is increased. Also, anticipatory provision and electrical connection of the motor vehicle to the island grid is not required, which increases flexibility when using the motor vehicle. For example, after arriving at a holiday home that has the island grid and is only fed by the island grid, it is possible to put the island grid into operation by means of the low-voltage energy system and then to feed the AC voltage supply grid by means of the motor vehicle until the power source is activated.

Beispielsweise ist das Niedervoltenergiesystem ein Bestandteil des Inselnetzes, vorzugsweise ein Bestandteil der Gleichspannungsladestation. Insbesondere umfasst hierbei das Niedervoltenergiesystem eine Batterie, beispielsweise eine primäre oder eine sekundäre Batterie, die somit wiederladbar ist. Diese dient somit als Notenergiespeicher und weist beispielsweise eine vergleichsweise kleine Kapazität auf, weswegen Herstellungskosten und Betriebskosten nicht übermäßig erhöht sind. Falls die Batterie hierbei entladen oder defekt, beispielsweise aufgrund einer Tiefentladung, sein sollte, ist es möglich, diese auszutauschen, ohne dass hierfür eine spezielle Schulung und/oder Qualifikation erforderlich ist. Alternativ oder in Kombination hierzu ist es bei einer Entladung der Batterie möglich, diese mittels einer Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs zu laden, insbesondere mittels eines Starthilfekabels. Die Fahrzeugbatterie erstellt hierbei insbesondere eine elektrische Gleichspannung von 12 V, 24 V oder 48 V bereit, also zweckmäßigerweise eine Niedervoltspannung. Beispielsweise weist die Batterie die gleiche Nennspannung wie die Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs auf. Somit kann als Batterie eine Fahrzeugbatterie verwendet werden, die jedoch nicht in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist. Infolgedessen sind Herstellungskosten reduziert. Zusammenfassend ist es insbesondere möglich, die Gleichspannungsladestation nach einem Totalausfall mittels des Kraftfahrzeugs erneut in Betrieb zu nehmen.For example, the low-voltage energy system is part of the island grid, preferably part of the DC voltage charging station. In particular, the low-voltage energy system includes a battery, for example a primary or a secondary battery, which is therefore rechargeable. This thus serves as an emergency energy store and has, for example, a comparatively small capacity, which is why production costs and operating costs are not excessively increased. If the battery should be discharged or defective, for example due to deep discharge, it is possible to replace it without requiring special training and/or qualifications. Alternatively or in combination with this, when the battery is discharged, it is possible to charge it using a vehicle battery of the motor vehicle, in particular using a jumper cable. In this case, the vehicle battery provides in particular an electrical direct voltage of 12 V, 24 V or 48 V, that is to say expediently a low-voltage voltage. For example, the battery has the same nominal voltage as the vehicle battery of the motor vehicle. A vehicle battery can thus be used as the battery, but it is not installed in a motor vehicle. As a result, manufacturing costs are reduced. In summary, it is possible in particular to use the motor vehicle to put the DC voltage charging station back into operation after a total failure.

Besonders bevorzugt jedoch ist das Niedervoltenergiesystem ein Bestandteil des Kraftfahrzeugs. Somit sind einerseits Herstellungskosten der Gleichspannungsladestation verringert. Auch ist auf diese Weise eine Unabhängigkeit des Inselnetzes erhöht, und es ist auch eine Inbetriebnahme des Gleichspannungsladestation möglich, wenn die Stromquelle bereits eine vergleichsweise lange Zeitdauer ausgefallen ist. Mit anderen Worten ist eine Entladung des Niedervoltenergiesystems über die Zeit bei einem nicht verwendeten Inselnetz vermieden, und das Niedervoltenergiesystem stets geladen, wenn das Kraftfahrzeug zu der bidirektionalen Gleichspannungsladestation bewegt wird.However, the low-voltage energy system is particularly preferably a component of the motor vehicle. Thus, on the one hand, manufacturing costs of the DC voltage charging station are reduced. This also increases the independence of the stand-alone grid, and it is also possible to start up the DC voltage charging station if the power source has already failed for a comparatively long period of time. In other words, a discharge of the low-voltage energy system over time is avoided when an island network is not used, and the low-voltage energy system is always charged when the motor vehicle is moved to the bidirectional DC voltage charging station.

Hierbei erfolgten die elektrische Verbindung insbesondere über den etwaigen Stecker, mittels dessen das Kraftfahrzeug mit der bidirektionalen Gleichspannungsladestation verbunden/verbindbar ist. Der etwaige Stecker der Gleichspannungsladestation umfasst somit insbesondere mehrere separate Leitungen oder Kabel, beispielsweise Adern wobei mittels einiger hiervon die mittels des Hochvoltenergiespeichers geführte elektrische (Hoch-)Spannung und mittels zumindest einer oder mehrerer davon die mittels des Niedervoltenergiesystems bereitgestellte (Nieder-)Spannung geführt wird.In this case, the electrical connection is made in particular via the possible plug, by means of which the motor vehicle is/can be connected to the bidirectional DC voltage charging station. The possible plug of the DC voltage charging station thus comprises in particular several separate lines or cables, for example wires, some of which are used to carry the electrical (high) voltage carried by the high-voltage energy storage device and at least one or more of them to carry the (low) voltage provided by the low-voltage energy system .

Beispielsweise wird das Niedervoltenergiesystem ebenfalls über den Hochvoltenergiespeicher des Kraftfahrzeugs gespeist. Hierfür weist das Kraftfahrzeug zweckmäßigerweise einen entsprechenden Gleichspannungswandler auf, über den das Niedervoltenergiesystem mit dem Hochvoltenergiespeicher elektrisch verbunden ist. Besonders bevorzugt jedoch umfasst das Niedervoltenergiesystem eine Fahrzeugbatterie, die insbesondere der Bestromung eines Niedervoltbordnetzes des Kraftfahrzeugs dient. Vorzugsweise ist hierbei mit der Fahrzeugbatterie eine elektrische Gleichspannung von 12 V, 24 V oder 48 V bereitgestellt. Somit ist es möglich, die Fahrzeugbatterie für die Inbetriebnahme zu verwenden, die auch zum Betrieb von Nebenaggregaten des Kraftfahrzeugs verwendet wird, sodass keine zusätzlichen Komponenten erforderlich sind. Infolgedessen sind Herstellungskosten reduziert. Falls die Fahrzeugbatterie dabei entladen oder defekt, beispielsweise aufgrund einer Tiefentladung, sein sollte, ist es möglich, diese auszutauschen, ohne dass hierfür eine spezielle Schulung und/oder Qualifikation erforderlich ist.For example, the low-voltage energy system is also fed via the high-voltage energy storage device of the motor vehicle. For this purpose, the motor vehicle expediently has a corresponding DC-DC converter, via which the low-voltage energy system is electrically connected to the high-voltage energy store. However, the low-voltage energy system particularly preferably includes a vehicle battery, which serves in particular to supply current to a low-voltage vehicle electrical system of the motor vehicle. In this case, an electrical direct voltage of 12 V, 24 V or 48 V is preferably provided by the vehicle battery. It is thus possible to use the vehicle battery for start-up, which is also used to operate ancillary units of the motor vehicle, so that no additional components are required. As a result, manufacturing costs are reduced. If the vehicle battery is discharged or defective, for example due to deep discharge, it is possible to replace it without requiring special training and/or qualifications.

Beispielsweise umfasst die bidirektionale Gleichspannungsladestation eine Steuereinheit, mittels derer der Gleichspannungswandler betrieben ist. Insbesondere werden mittels der Steuereinheit etwaige Halbleiterschalter des Gleichspannungswandler betätigt. Zum Beispiel ist die Steuereinheit elektrisch mit dem Niedervoltenergiesystem verbunden oder zumindest verbindbar. Aufgrund der Versorgung der Steuereinheit mittels des Niedervoltenergiesystems ist es somit auch möglich, den Gleichspannungswandler zu betreiben, sodass zur in Inbetriebnahme der Gleichspannungszwischenkreis über den Gleichspannungswandler mittels der mittels des Hochvoltenergiespeichers bereitgestellten elektrischen Spannung geladen wird, die geeignet umgeformt wird.For example, the bidirectional DC voltage charging station includes a control unit, by means of which the DC voltage converter is operated. In particular, any semiconductor switches of the DC voltage converter are actuated by means of the control unit. For example, the control unit is electrically connected or at least connectable to the low-voltage energy system. Due to the supply of the control unit by means of the low-voltage energy system, it is therefore also possible Operate the DC-DC converter, so that the DC voltage intermediate circuit is charged via the DC-DC converter by means of the electrical voltage provided by the high-voltage energy storage device, which is converted in a suitable manner.

Alternativ oder in Kombination hierzu ist das Niedervoltenergiesystem mit dem Gleichspannungszwischenkreis elektrisch kontaktiert, wobei zwischen diesen ein weiterer Gleichspannungswandler angeordnet ist. Der weitere Gleichspannung ist beispielsweise ein Bestandteil der bidirektionalen Gleichspannungsladestation oder des Kraftfahrzeugs, sofern das Niedervoltenergiesystem ein Bestandteil des Kraftfahrzeugs ist. Besonders bevorzugt jedoch ist auch in diesem Fall der weitere Gleichspannungswandler ein Bestandteil der bidirektionalen Gleichspannungsladestation, sodass ein Gewicht des Kraftfahrzeugs nicht übermäßig erhöht ist. Insbesondere wird der weitere Gleichspannungswandler mittels des Niedervoltenergiesystems betrieben, vorzugsweise eine etwaige weitere Steuereinheit hiervon. Mittels des weiteren Gleichspannungswandlers wird bei Betrieb geeigneterweise die mittels des Niedervoltenergiesystems bereitgestellte elektrische Spannung auf die Betriebsspannung des Gleichspannungszwischenkreises transformiert. Insbesondere wird hierbei mittels des weiteren Gleichspannungswandlers der Gleichspannungszwischenkreis vorgeladen. Infolgedessen ist nachfolgend die bidirektionale Gleichspannungsladestation im Betriebszustand, sodass bei einer nachfolgenden Entnahmen der elektrischen Energie aus dem Hochvoltenergiespeicher diese im Wesentlichen unverzügliches in das Wechselspannungs-Versorgungsnetz eingespeist werden kann. Zudem ist es möglich, eine Steuereinheit und/oder den Gleichspannungswandler der bidirektionalen Gleichspannungsladestation stets über den Gleichspannungszwischenkreis zu bestromen und somit mittels dessen zu betreiben. Infolgedessen ist es möglich, den bidirektionalen Gleichspannungsladestation vergleichsweise kostengünstig auszugestalten und eine weitere Energieversorgung oder Verschaltungen der etwaigen Steuereinheit, mittels derer der Gleichspannungswandler betrieben ist, ist nicht erforderlich.Alternatively or in combination with this, the low-voltage energy system is in electrical contact with the DC link, with a further DC converter being arranged between them. The additional DC voltage is, for example, a component of the bidirectional DC voltage charging station or of the motor vehicle if the low-voltage energy system is a component of the motor vehicle. In this case too, however, the additional DC voltage converter is particularly preferably a component of the bidirectional DC voltage charging station, so that the weight of the motor vehicle is not excessively increased. In particular, the further DC-DC converter is operated by means of the low-voltage energy system, preferably any further control unit thereof. During operation, the electrical voltage provided by means of the low-voltage energy system is suitably transformed to the operating voltage of the DC voltage intermediate circuit by means of the additional DC voltage converter. In particular, the DC voltage intermediate circuit is precharged here by means of the further DC voltage converter. As a result, the bidirectional DC voltage charging station is subsequently in the operating state, so that when electrical energy is subsequently drawn from the high-voltage energy store, it can be fed into the AC voltage supply network essentially immediately. In addition, it is possible to always energize a control unit and/or the DC voltage converter of the bidirectional DC voltage charging station via the DC voltage intermediate circuit and thus to operate it by means of it. As a result, it is possible to design the bidirectional DC voltage charging station in a comparatively cost-effective manner, and a further energy supply or circuitry of any control unit by means of which the DC voltage converter is operated is not required.

Beispielsweise ist der Wechselrichter direkt mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz verbunden. Hierbei erfolgt beispielsweise dann, wenn an dem Gleichspannungszwischenkreis eine bestimmte elektrische Spannung anliegt, ein direktes Einspeisen dieser in das Wechselspannungs-Versorgungsnetz. Besonders bevorzugt jedoch ist der Wechselrichter mittels eines Trennelements mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz verbunden. Hierbei ist vorzugsweise für jede etwaige Phase ein entsprechender Schalter des Trennelements vorhanden, sodass sämtliche Phasen mittels des Trennelements unterbrochen werden können. Vorzugsweise werden hierfür sämtliche Schalter des Trennelements gleichzeitig betätigt. Somit ist es möglich, in dem Gleichspannungszwischenkreis eine bestimmten Spannung zu halten/aufzubauen, ohne dass eine Rückwirkung in das Wechselspannungs-Versorgungsnetz erfolgt. Auf diese Weise ist eine Vorladung des Gleichspannungszwischenkreises erleichtert. Insbesondere ist das Trennelement mit der etwaigen Steuereinheit betrieben, mittels derer auch der Gleichspannungswandler betrieben ist. Alternativ oder in Kombination hierzu ist das Trennelement mit der gleichen Steuereinheit betrieben, mittels derer auch der Wechselrichter betrieben ist. In jedem Fall ist ein abgestimmtes Verhalten ermöglicht, was eine Fehleranfälligkeit verringert. Insbesondere ist das Trennelement derart verschaltet, dass bei Ausfall der Stromquelle der Wechselrichter elektrisch von dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz getrennt wird, insbesondere automatisch. Infolgedessen wird noch eine vergleichsweise lange Zeitdauer die Gleichspannung in dem Gleichspannungszwischenkreis gehalten. Auch ist ein Vorladen des Gleichspannungszwischenkreises im Anschluss erleichtert.For example, the inverter is connected directly to the AC voltage supply network. In this case, for example, when a specific electrical voltage is applied to the DC voltage intermediate circuit, this is fed directly into the AC voltage supply network. However, the inverter is particularly preferably connected to the AC voltage supply network by means of an isolating element. In this case, a corresponding switch of the isolating element is preferably present for each possible phase, so that all phases can be interrupted by means of the isolating element. For this purpose, all switches of the separating element are preferably actuated at the same time. It is thus possible to maintain/build up a specific voltage in the DC voltage intermediate circuit without there being any reaction to the AC voltage supply network. In this way, pre-charging of the intermediate DC circuit is facilitated. In particular, the separating element is operated with the possible control unit, by means of which the DC-DC converter is also operated. Alternatively or in combination with this, the separating element is operated with the same control unit that is also used to operate the inverter. In any case, coordinated behavior is made possible, which reduces the susceptibility to errors. In particular, the separating element is connected in such a way that if the power source fails, the inverter is electrically separated from the AC voltage supply network, in particular automatically. As a result, the DC voltage is maintained in the DC voltage intermediate circuit for a comparatively long period of time. A pre-charging of the DC voltage intermediate circuit afterwards is also made easier.

Das Verfahren dient dem Betrieb eines Systems mit einem einen Hochvoltenergiespeicher aufweisenden Kraftfahrzeug und mit einem Inselnetz. Das Inselnetz weist ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz auf, das von einer Stromquelle gespeist ist, und eine bidirektionale Gleichspannungsladestation, die mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz (elektrisch) verbunden ist. Die bidirektionale Gleichspannungsladestation umfasst einen Gleichspannungswandler und einen mittels eines Gleichspannungszwischenkreises damit elektrisch kontaktierten/verbundenen Wechselrichter. Vorzugsweise umfasst die Gleichspannungsladestation einen Stecker, der, beispielsweise direkt, mit dem Gleichspannungswandler verbunden ist. Zumindest jedoch wird der Stecker mittels des Gleichspannungswandlers bestromt oder ist mittels dessen bestrombar. Mittels des Steckers ist hierbei insbesondere möglich, das Kraftfahrzeug lösbar mit dem Inselnetz elektrisch zu verbinden. Hierfür ist der Stecker geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Das System weist ferner ein Niedervoltenergiesystem zur Inbetriebnahme der bidirektionalen Gleichspannungsladestation bei ausgefallener Stromquelle auf.The method is used to operate a system with a motor vehicle having a high-voltage energy storage device and with an island grid. The island grid has an AC voltage supply network that is fed by a power source and a bidirectional DC voltage charging station that is (electrically) connected to the AC voltage supply network. The bidirectional DC voltage charging station comprises a DC voltage converter and an inverter electrically contacted/connected to it by means of a DC voltage intermediate circuit. The DC voltage charging station preferably includes a plug which is connected, for example directly, to the DC voltage converter. However, at least the plug is energized by means of the DC voltage converter or can be energized by means of it. In particular, the plug can be used to electrically connect the motor vehicle to the island grid in a detachable manner. The plug is suitable for this, in particular provided and set up. The system also has a low-voltage energy system for starting up the bidirectional DC voltage charging station when the power source fails.

Gemäß dem Verfahren wird bei ausgefallener Stromquelle mittels des Niedervoltenergiesystems die bidirektionale Gleichspannungsladestation in Betrieb genommen. Mit anderen Worten wird zunächst bestimmt, dass die Stromquelle ausgefallen ist, und dass sich insbesondere die bidirektionale Gleichspannungsladestation nicht in Betrieb befindet. Nachfolgend wird die bidirektionale Gleichspannungsladestation in Betrieb genommen. Vorzugsweise umfasst das System, beispielsweise das Kraftfahrzeug und/oder die Gleichspannungsladestation eine Steuereinheit, mittels der zumindest teilweise das Verfahren durchgeführt wird. Folglich ist das System gemäß dem Verfahren betrieben.According to the method, when the power source fails, the bidirectional DC voltage charging station is put into operation by means of the low-voltage energy system. In other words, it is first determined that the power source has failed and, in particular, that the bidirectional DC voltage charging station is not in operation. Below is the bidirectional DC span charging station put into operation. The system, for example the motor vehicle and/or the DC voltage charging station, preferably comprises a control unit, by means of which the method is carried out at least partially. Consequently, the system is operated according to the method.

Beispielsweise erfolgt das jeweilige Bestimmen anhand der Durchführung einzelner Prozessschritte. Alternativ hierzu wird dies aufgrund einer geeigneten Verschaltung direkt durchgeführt. Hierfür umfasst beispielsweise der bidirektionale Gleichspannungsladestation eine entsprechende Verschaltung. Insbesondere wird bei angeschlossenem Niedervoltenergiesystem, zum Beispiel sofern dieses ein Bestandteil des Kraftfahrzeugs ist, der Gleichspannungszwischenkreis mittels des Niedervoltenergiesystems vorgeladen, wofür zweckmäßigerweise der etwaige weiteren Gleichspannungswandler verwendet wird. Das Vorladen erfolgt vorzugsweise lediglich dann, wenn an dem Gleichspannungszwischenkreis keine elektrische Spannung anliegt oder diese unterhalb eines bestimmten Schwellwerts ist. Ein derartiger Fall tritt dabei insbesondere lediglich dann ein, wenn die bidirektionale Gleichspannungsladestation nicht in Betrieb ist, und die bidirektionale Gleichspannungsladestation ist vorzugsweise stets dann in Betrieb, wenn die Stromquelle in Betrieb ist.For example, the respective determination is based on the implementation of individual process steps. As an alternative to this, this is carried out directly on the basis of a suitable interconnection. For this purpose, for example, the bidirectional DC voltage charging station includes a corresponding circuit. In particular, when the low-voltage energy system is connected, for example if this is part of the motor vehicle, the DC voltage intermediate circuit is precharged by means of the low-voltage energy system, for which purpose any additional DC-DC converter is expediently used. The pre-charging preferably takes place only when no electrical voltage is present at the DC voltage intermediate circuit or when this voltage is below a specific threshold value. Such a case occurs in particular only when the bidirectional DC voltage charging station is not in operation, and the bidirectional DC voltage charging station is preferably always in operation when the power source is in operation.

Beispielsweise ist das Niedervoltenergiesystem ein Bestandteil des bidirektionalen Gleichspannungsladestation, und sobald die Stromquelle ausgefallen ist, wird nachfolgend die bidirektionale Gleichspannungsladestation im Wesentlichen unverzüglich erneut in Betrieb genommen. Besonders bevorzugt jedoch erfolgt eine Inbetriebnahme lediglich dann, wenn das Kraftfahrzeug elektrisch mit der bidirektionalen Gleichspannungsladestation verbunden ist. Mit anderen Worten wird zunächst bestimmt, dass eine elektrische Verbindung des Kraftfahrzeugs mit der bidirektional Gleichspannungsladestation erfolgt ist oder erfolgt. Im Anschluss hieran wird die bidirektionale Gleichspannungsladestation in Betrieb genommen. Somit ist die bidirektionale Gleichspannungsladestation lediglich dann in Betrieb, wenn diese verwendet werden soll, sodass eine Entladung des Gleichspannungszwischenkreises oder dergleichen über die Zeit vermieden ist.For example, the low-voltage power system is part of the bi-directional DC charging station, and once the power source has failed, the bi-directional DC charging station is subsequently restarted substantially instantaneously. Particularly preferably, however, commissioning only takes place when the motor vehicle is electrically connected to the bidirectional DC voltage charging station. In other words, it is first determined that the motor vehicle is or is being electrically connected to the bidirectional DC voltage charging station. The bidirectional DC voltage charging station is then put into operation. The bidirectional DC voltage charging station is therefore only in operation when it is to be used, so that a discharge of the DC voltage intermediate circuit or the like over time is avoided.

Besonders bevorzugt wird nach Inbetriebnahme der bidirektionalen Gleichspannungsladestation, wenn die Stromquelle ausgefallen ist, und das Kraftfahrzeug elektrisch mit der bidirektional Gleichspannungsladestation verbunden ist, elektrische Energie aus dem Hochvoltenergiespeicher in das Inselnetz eingespeist. Insbesondere erfolgt hierbei das Einspeisen der elektrischen Energie in das Wechselspannungs-Versorgungsnetz über die bidirektionale Gleichspannungsladestation. Hierfür wird zweckmäßigerweise mittels des Gleichspannungswandlers die von dem Hochvoltenergiespeicher bereitgestellte elektrische Spannung auf die für den Betrieb des Gleichspannungszwischenkreises erforderliche elektrische Gleichspannung und die elektrische Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises mittels des Wechselrichters in eine Wechselspannung transformiert, die in das Wechselspannungs-Versorgungsnetz eingespeist wird. Geeigneterweise wird zudem das etwaige Trennelement, sofern dieses vorhanden ist, entsprechend angesteuert. Vorzugsweise erfolgt hierbei eine Einspeisung entsprechend der jeweiligen Phasen der Wechselspannung des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes.Electrical energy is particularly preferably fed from the high-voltage energy store into the island grid after the bidirectional DC voltage charging station has been put into operation, when the power source has failed and the motor vehicle is electrically connected to the bidirectional DC voltage charging station. In particular, the electrical energy is fed into the AC voltage supply network via the bidirectional DC voltage charging station. For this purpose, the electrical voltage provided by the high-voltage energy storage device is expediently transformed by means of the DC voltage converter to the electrical DC voltage required for the operation of the DC voltage intermediate circuit and the electrical DC voltage of the DC voltage intermediate circuit by means of the inverter into an AC voltage, which is fed into the AC voltage supply network. In addition, any separating element, if present, is suitably controlled accordingly. Feeding preferably takes place here in accordance with the respective phases of the AC voltage of the AC voltage supply network.

Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das vorzugsweise landgebunden ist. Beispielsweise ist das Kraftfahrzeug ein Nutzkraftwagen, wie ein Lastkraftwagen (Lkw) oder Bus. Bevorzugt ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (Pkw). Das Kraftfahrzeug umfasst ein Hochvoltenergiespeicher, der insbesondere der Bestromung eines Hauptantriebs des Kraftfahrzeugs dient. Hierfür ist der Hochvoltenergiespeicher geeignet, zweckmäßigerweise vorgesehen und eingerichtet. Zudem ist das Kraftfahrzeug vorgesehen und eingerichtet, ein Bestandteil eines Systems mit einem Inselnetz zu sein. Insbesondere ist hierbei das Kraftfahrzeug zumindest teilweise entsprechend des Verfahrens betrieben.The invention also relates to a motor vehicle, which is preferably land-based. For example, the motor vehicle is a commercial vehicle, such as a truck (lorry) or bus. The motor vehicle is preferably a passenger car (car). The motor vehicle includes a high-voltage energy store, which serves in particular to supply current to a main drive of the motor vehicle. For this purpose, the high-voltage energy store is suitable, expediently provided and set up. In addition, the motor vehicle is provided and set up to be part of a system with an island network. In particular, the motor vehicle is operated at least partially in accordance with the method.

Zudem betrifft die Erfindung auch eine Steuereinheit, die geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet ist, das Verfahren durchzuführen. Beispielsweise ist die Steuereinheit ein Bestandteil des Kraftfahrzeugs, ein Bestandteil des Inselnetzes oder auf die beiden aufgeteilt. Zum Beispiel ist die Steuereinheit mittels eines anwendungsspezifischen Schaltkreises (ASIC) gebildet oder umfasst zumindest diesen. Alternativ oder in Kombination hierzu umfasst die Steuereinheit einen Computer, der insbesondere programmierbar ausgestaltet ist, und zweckmäßigerweise ein Computerprogrammprodukt, das mehrere Befehle umfasst, die bei Ausführung durch den Computer diesen veranlassen, das Verfahren durchzuführen.In addition, the invention also relates to a control unit that is suitable, in particular provided and set up, to carry out the method. For example, the control unit is part of the motor vehicle, part of the island network, or is divided between the two. For example, the control unit is formed by, or at least includes, an application specific integrated circuit (ASIC). Alternatively or in combination with this, the control unit comprises a computer, which in particular is designed to be programmable, and expediently a computer program product which comprises a number of commands which, when executed by the computer, cause the computer to carry out the method.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Niedervoltenergiesystems zur Inbetriebnahme einer bidirektionalen Gleichspannungsladestation eines Inselnetzes bei ausgefallener Stromquelle.The invention also relates to the use of a low-voltage energy system for starting up a bidirectional DC voltage charging station of an island grid when the power source fails.

Die im Zusammenhang mit dem System beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren/das Kraftfahrzeug/die Steuereinheit/ die Verwendung und untereinander zu übertragen und umgekehrt.The advantages and developments described in connection with the system can also be transferred to the method/the motor vehicle/the control unit/the use and to each other and vice versa.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch vereinfacht ein System mit einem Kraftfahrzeug, das einen Hochvoltenergiespeicher umfasst, und mit einem Inselnetz, und
2 ein Verfahren zum Betrieb des Systems.

Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show in it:

1 schematically simplified a system with a motor vehicle that includes a high-voltage energy storage device, and with an island grid, and
2 a method of operating the system.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

In 1 ist schematisch vereinfacht ein System 2 dargestellt, das ein Kraftfahrzeug 4 aufweist. Das Kraftfahrzeug 4 ist als Personenkraftwagen (Pkw) ausgestaltet und umfasst mehrere Räder 6, mittels derer ein Kontakt zu einer nicht näher dargestellten Fahrbahn erfolgt. Einige der Räder 6 sind mittels eines Hauptantriebs 8 angetrieben, der einen oder mehrere Elektromotoren aufweist, die mittels eines Umrichters oder mehrerer Umrichter bestromt sind. Der Hauptantrieb 8 weist keinen Verbrennungsmotor auf, sodass das Kraftfahrzeug 4 als Elektrofahrzeug ausgestaltet ist.In 1 a system 2 is shown schematically simplified, which has a motor vehicle 4 . The motor vehicle 4 is designed as a passenger car (car) and includes a plurality of wheels 6, by means of which there is contact with a roadway (not shown). Some of the wheels 6 are driven by a main drive 8, which has one or more electric motors that are powered by a converter or converters. The main drive 8 does not have an internal combustion engine, so that the motor vehicle 4 is designed as an electric vehicle.

Der Hauptantrieb 8 ist mittels eines Hochvoltenergiespeichers 10 in Form einer Hochvoltbatterie bestromt, die mehrere Batteriemodule umfasst, die zueinander elektrisch teilweise parallel und teilweise in Reihe geschaltet sind. Jedes Batteriemodul umfasst wiederum mehrere Batterien, die ebenfalls zueinander elektrisch in Reihe und teilweise elektrisch parallel geschaltet sind. Mittels des Hochvoltenergiespeichers 10 wird dabei eine elektrische Gleichspannung von 400 V oder 800 V bereitgestelltThe main drive 8 is supplied with current by means of a high-voltage energy store 10 in the form of a high-voltage battery, which comprises a number of battery modules which are electrically connected in part in parallel and in part in series with one another. Each battery module in turn comprises a plurality of batteries which are also electrically connected to one another in series and in some cases electrically in parallel. An electrical DC voltage of 400 V or 800 V is provided by means of the high-voltage energy store 10

Zudem weist das Kraftfahrzeug 4 eine Fahrzeugbatterie 12 auf, die der Bestromung nicht näher dargestellter Nebenaggregate dient, und die ein Bestandteil eines Niedervoltenergiesystems 14 ist. Das Niedervoltenergiesystem 14 ist ein Bestandteil des Kraftfahrzeugs 4 und mittels eines entsprechenden Niedervoltbordnetzes gebildet. Mittels des Niedervoltenergiesystems 14 wird, je nach verwendeter Fahrzeugbatterie 12, eine elektrische Gleichspannung von 12 V, 24 V oder 48 V geführt.In addition, the motor vehicle 4 has a vehicle battery 12 which is used to supply power to ancillary units (not shown in detail) and which is part of a low-voltage energy system 14 . The low-voltage energy system 14 is a component of the motor vehicle 4 and is formed by means of a corresponding low-voltage vehicle electrical system. Depending on the vehicle battery 12 used, an electrical direct voltage of 12 V, 24 V or 48 V is conducted by means of the low-voltage energy system 14 .

Das Kraftfahrzeug 4 ist lösbar mit einem Stecker 16 einer bidirektionalen Gleichspannungsladestation 18 verbunden, wobei der Stecker 16 mehrere Leitungen umfasst. Eine dieser Leitungen, die mehrere Adern umfasst, ist elektrisch mit einem Gleichspannungswandler 20 der bidirektionalen Gleichspannungsladestation 18 verbunden. Auch ist diese Leitung mit dem Hochvoltenergiespeicher 10 elektrisch kontaktiert. Eine andere der Leitungen, die ebenfalls mehrere Adern oder Litzen umfasst, ist mit einem weiteren Gleichspannungswandler 22 der bidirektionalen Gleichspannungsladestation 18 verbunden sowie mit dem Niedervoltenergiesystem 14.The motor vehicle 4 is detachably connected to a plug 16 of a bidirectional DC voltage charging station 18, the plug 16 comprising a plurality of lines. One of these lines, which includes a plurality of wires, is electrically connected to a DC voltage converter 20 of the bidirectional DC voltage charging station 18 . This line is also in electrical contact with the high-voltage energy store 10 . Another of the lines, which also includes a plurality of wires or strands, is connected to a further DC voltage converter 22 of the bidirectional DC voltage charging station 18 and to the low-voltage energy system 14.

Die bidirektionale Gleichspannungsladestation 18 umfasst ferner einen Wechselrichter 24, der über einen Gleichspannungszwischenkreis 26 mit dem Gleichspannungswandler 20 elektrisch verbunden ist. Der Wechselrichter 24 weist eine nicht näher dargestellte Brückenschaltung auf, nämlich eine B6-Brücke. Somit sind auf der Wechselspannungsseite des Wechselrichters 24 drei (elektrische) Phasen vorhanden, die mit einem Trennelement 28 der bidirektionalen Gleichspannungsladestation 18 verbunden sind, das für jede der Phasen einen Schalter umfasst. Das Trennelement 28 ist mit einem Wechselspannungs-Versorgungsnetz 30 elektrisch verbunden, das ebenfalls dreiphasig ausgestaltet und mit der bidirektionalen Gleichspannungsladestation 18 verbunden ist. Bei Betätigung des Trennelements 28 wird hierbei die elektrische Verbindung zwischen dem Wechselrichter 24 und dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz 30 erstellt oder unterbrochen.The bidirectional DC voltage charging station 18 also includes an inverter 24 which is electrically connected to the DC voltage converter 20 via a DC voltage intermediate circuit 26 . The inverter 24 has a bridge circuit, not shown in detail, namely a B6 bridge. There are thus three (electrical) phases on the AC voltage side of the inverter 24, which are connected to an isolating element 28 of the bidirectional DC voltage charging station 18, which comprises a switch for each of the phases. The separating element 28 is electrically connected to an AC voltage supply network 30 which is also designed with three phases and is connected to the bidirectional DC voltage charging station 18 . When the separating element 28 is actuated, the electrical connection between the inverter 24 and the AC voltage supply network 30 is established or interrupted.

Die bidirektionale Gleichspannungsladestation 18 und das Wechselspannungs-Versorgungsnetz 30 sind ein Bestandteil eines Inselnetzes 32 des Systems 2, das zudem eine Stromquelle 34 umfasst. Die Stromquelle 34 weist ein nicht näher dargestelltes Kleinkraftwerk in Form von Photovoltaikmodulen sowie einen Transformator auf, und mittels der Stromquelle 34 wird bei Betrieb des Kleinkraftwerks eine elektrische Wechselspannung in das Wechselspannungs-Versorgungsnetz 30 eingespeist, die 230 V beträgt. Mit anderen Worten ist das Wechselspannungs-Versorgungsnetz 30 von der Stromquelle 34 gespeist.The bidirectional DC voltage charging station 18 and the AC voltage supply network 30 are part of an island network 32 of the system 2, which also includes a power source 34. The power source 34 has a small power plant (not shown) in the form of photovoltaic modules and a transformer, and the power source 34 feeds an electrical AC voltage into the AC voltage supply network 30 when the small power plant is in operation, which is 230 V. In other words, the AC voltage supply network 30 is fed by the current source 34 .

Mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz 30 ist zudem ein Haushalt 36 elektrisch verbunden, der mehrere elektrische Geräte 38 umfasst, wie eine Waschmaschine oder ein Herd. Dabei werden die elektrischen Geräte 38 mittels des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes 30 bestromt.A household 36 is also electrically connected to the AC voltage supply network 30 and includes a number of electrical appliances 38 such as a washing machine or a cooker. In this case, the electrical devices 38 are supplied with current by means of the AC voltage supply network 30 .

Auch ist es möglich, in einem bestimmten Betriebsmodus, aus dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz 30 mittels der bidirektionalen der bidirektionalen Gleichspannungsladestation 18 elektrische Energie zu entnehmen. In diesem Fall ist das Trennelement 28 geschlossen, und der Wechselrichter 24 wird als Gleichrichter betrieben, sodass die aus dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz 30 entnommene elektrische Energie in den Gleichspannungszwischenkreis 26 eingespeist wird. Dieser führt infolgedessen eine elektrische Gleichspannung von 300 V, sodass an dem Gleichspannungswandler 20 an der einen Seite 300 V anliegen.It is also possible, in a specific operating mode, to draw electrical energy from the AC voltage supply network 30 by means of the bidirectional DC voltage charging station 18 . In this case, the separating element 28 is closed and the inverter 24 is operated as a rectifier, so that the electrical energy drawn from the AC voltage supply network 30 is fed into the DC voltage intermediate circuit 26 . As a result, this carries an electrical DC voltage of 300 V, so that 300 V are present on the DC voltage converter 20 on one side.

Mittels einer nicht näher dargestellten Verschaltung wird eine Steuereinheit 40 aus dem Gleichspannungszwischenkreis 26 versorgt, mittels derer der Gleichspannungswandler 20 betrieben wird. Zudem wird mit der Steuereinheit 40, die insbesondere die Funktion als Energiemanagement-Systems übernimmt, auch der Wechselrichter 24 sowie das etwaige Trennelement 28 gesteuert. Mittels des Gleichspannungswandler 20 wird die elektrische Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises 26 geeignet transformiert, nämlich auf 400 V oder 800 V und über den Stecker 16 in den Hochvoltenergiespeicher 10 eingespeist. Wenn dieser vollständig oder bis zu einem gewünschten Wert geladen ist, ist es möglich, den Stecker 16 zu lösen und das Kraftfahrzeug 4 von dem Inselnetz 32 zu entfernen. In diesem Fall ist es möglich, das Kraftfahrzeug 4 für den Transport von Gütern oder Personen zu verwenden.A control unit 40, by means of which the DC voltage converter 20 is operated, is supplied from the DC voltage intermediate circuit 26 by means of an interconnection that is not shown in detail. In addition, with the control unit 40, which in particular functions as an energy management system tems takes over, and the inverter 24 and any separating element 28 controlled. The electrical DC voltage of the DC voltage intermediate circuit 26 is suitably transformed by means of the DC voltage converter 20 , namely to 400 V or 800 V and is fed into the high-voltage energy store 10 via the plug 16 . When this is charged completely or to a desired value, it is possible to unplug the plug 16 and to remove the motor vehicle 4 from the island grid 32 . In this case it is possible to use the motor vehicle 4 for the transport of goods or people.

Falls das Kraftfahrzeug 4 nicht entfernt werden soll, und mittels der Stromquelle 34 keine elektrische Energie bereitgestellt wird, diese also ausgefallen ist, beispielsweise aufgrund eines Fehlverhaltens oder weil keine Sonne scheint, ist es möglich elektrische Energie aus dem Hochvoltenergiespeicher 10 über den Gleichspannungswandler 20 in den Gleichspannungszwischenkreis 26 einzuspeisen. Von dort wird die elektrische Energie mittels des Wechselrichters 24 in eine Wechselspannung transformiert, die über das Trennelement 28 in das Wechselspannungs-Versorgungsnetz 30 eingespeist wird. Infolgedessen erfolgt auch weiterhin eine Versorgung des Haushalts 36 mit elektrischer Energie, und der Hochvoltenergiespeicher 10 wird als Pufferspeicher für das Inselnetz 32 verwendet.If motor vehicle 4 is not to be removed and no electrical energy is provided by power source 34, i.e. if it has failed, for example due to a malfunction or because the sun is not shining, it is possible to transfer electrical energy from high-voltage energy storage device 10 via DC-DC converter 20 to the DC voltage intermediate circuit 26 to feed. From there, the electrical energy is transformed by means of the inverter 24 into an AC voltage, which is fed into the AC voltage supply network 30 via the isolating element 28 . As a result, the household 36 continues to be supplied with electrical energy, and the high-voltage energy store 10 is used as a buffer store for the island grid 32 .

Da das Kraftfahrzeug 4 hierbei auch bei und während des Ausfalls der Stromquelle 34 mit der bidirektionalen Gleichspannungsladestation 18 elektrisch kontaktiert ist, führt der Gleichspannungszwischenkreis 26 im Wesentlichen ununterbrochen die gewünschte Gleichspannung, weswegen stets ein Betrieb der Steuereinheit 40 möglich ist, mittels derer bei ausgefallener Stromquelle 34 der Energietransfer von dem Kraftfahrzeug 4 in das Inselnetz 32 gesteuert wird. Dabei wird mittels der Steuereinheit 40 sichergestellt, dass die elektrische Spannung in dem Gleichspannungszwischenkreis 26 stets vorhanden ist, sodass die Steuereinheit 40 auch stets betrieben werden kann.Since motor vehicle 4 is also in electrical contact with bidirectional DC voltage charging station 18 during and during the failure of power source 34, DC voltage intermediate circuit 26 carries the desired DC voltage essentially without interruption, which is why it is always possible to operate control unit 40, by means of which if power source 34 fails the energy transfer from motor vehicle 4 to island grid 32 is controlled. In this case, the control unit 40 ensures that the electrical voltage is always present in the DC voltage intermediate circuit 26, so that the control unit 40 can also always be operated.

Falls die Stromquelle 34 jedoch ausfällt, wenn das Kraftfahrzeug 4 nicht mit dem Stecker 16 verbunden ist, ist zunächst kein Einspeisen von elektrischer Energie in das Inselnetz 32 möglich. Damit hierbei über einen bestimmten Zeitraum auch weiterhin ein Betrieb der elektrischen Geräte 38 des Haushalts 36 möglich ist, wird die restliche in dem Gleichspannungszwischenkreis 26 vorhandene elektrische Spannung über den Wechselrichter 24 abgebaut und die elektrische Energie in das Wechselspannungs-Versorgungsnetz 30 eingespeist. Wenn diese abgeklungen ist, führt das Wechselspannungs-Versorgungsnetz 30 keine elektrische Spannung mehr. Auch ist ein Betrieb der Steuereinheit 40 nicht mehr möglich.However, if the power source 34 fails when the motor vehicle 4 is not connected to the plug 16, it is initially not possible to feed electrical energy into the island grid 32. So that the electrical appliances 38 of the household 36 can continue to be operated over a certain period of time, the electrical voltage remaining in the DC voltage intermediate circuit 26 is reduced via the inverter 24 and the electrical energy is fed into the AC voltage supply network 30 . When this has subsided, the AC voltage supply network 30 no longer carries any electrical voltage. Operation of the control unit 40 is also no longer possible.

In diesem Fall wird ein in 2 dargestelltes Verfahren 42 durchgeführt, das somit ausgeführt wird, wenn die Stromquelle 34 ausgefallen ist. In einem ersten Arbeitsschritt 44 wird das Kraftfahrzeug 4 mit dem Stecker 16 elektrisch kontaktiert und somit der Hochvoltenergiespeicher 10 mit dem Gleichspannungswandler 20. Da die Steuereinheit 40 jedoch über den Gleichspannungszwischenkreis 26 bestromt wird, ist zunächst ein Betrieb des Gleichspannungswandler 20 nicht möglich. Ferner wird mittels des Steckers 16 das Niedervoltenergiesystem 14 mit dem weiteren Gleichspannungswandler 22 elektrisch kontaktiert, der mittels einer nicht näher dargestellten weiteren Steuereinheit gesteuert wird, die mittels des Niedervoltenergiesystems 14 bestromt wird. Mittels des weiteren Gleichspannungswandlers 22 wird die von dem Niedervoltenergiesystem 14 bereitgestellte elektrische Spannung von 12 V, 24 V bzw. 48 V auf die 300 V des Gleichspannungszwischenkreises 26 gewandelt und in diesen eingespeist. Somit erfolgt ein Vorladen des Gleichspannungszwischenkreises 26 mittels des weiteren Gleichspannungswandlers 22, und das Niedervoltenergiesystem 14 ist über den weiteren Gleichspannungswandler 22 mit dem Gleichspannungszwischenkreis 26 elektrisch kontaktiert.In this case, an in 2 illustrated method 42 performed, which is thus executed when the power source 34 has failed. In a first work step 44, the motor vehicle 4 is electrically contacted with the plug 16 and thus the high-voltage energy store 10 with the DC-DC converter 20. However, since the control unit 40 is energized via the DC voltage intermediate circuit 26, operation of the DC-DC converter 20 is initially not possible. Furthermore, the low-voltage energy system 14 is electrically contacted with the additional DC-DC converter 22 by means of the plug 16 , which is controlled by means of an additional control unit, not shown in detail, which is supplied with current by means of the low-voltage energy system 14 . The electrical voltage of 12 V, 24 V or 48 V provided by the low-voltage energy system 14 is converted to the 300 V of the DC voltage intermediate circuit 26 by means of the additional DC voltage converter 22 and fed into it. Thus, the DC voltage intermediate circuit 26 is precharged by means of the further DC voltage converter 22 , and the low-voltage energy system 14 is electrically connected to the DC voltage intermediate circuit 26 via the further DC voltage converter 22 .

Wenn der Gleichspannungszwischenkreis 26 ausreichend vorgeladen wurde, ist in einem anschließenden zweiten Arbeitsschritt 46 ein Betrieb der Steuereinheit 40 möglich, und mittels dieser wird, sofern das Trennelement 28 noch geschlossen ist, dieses geöffnet. Ferner wird mittels der Steuereinheit 40 der Gleichspannungswandler 20 betrieben, sodass aus dem Hochvoltenergiespeicher 10 des Kraftfahrzeugs 4 elektrische Energie entnommen und in den Gleichspannungszwischenkreis 26 eingespeist und dieser auf seine Nennspannung geladen wird.If the DC voltage intermediate circuit 26 has been sufficiently precharged, operation of the control unit 40 is possible in a subsequent second work step 46, and this is used to open the separating element 28 if it is still closed. Furthermore, the DC-DC converter 20 is operated by the control unit 40, so that electrical energy is taken from the high-voltage energy store 10 of the motor vehicle 4 and fed into the DC voltage intermediate circuit 26, which is charged to its rated voltage.

In einer Alternative ist die Steuereinheit 40 elektrisch direkt mit dem Niedervoltenergiesystem 14, nämlich der entsprechenden Leitung des Steckers 16 verbunden, sodass das Vorladen des Gleichspannungszwischenkreises 26 ebenfalls mittels des Gleichspannungswandler 20 erfolgt, der entsprechend betrieben wird. In diesem Fall ist der weitere Gleichspannungswandler 22 nicht vorhanden, oder dieser wird zur Unterstützung verwendet.In an alternative, the control unit 40 is electrically connected directly to the low-voltage energy system 14, namely the corresponding line of the plug 16, so that the DC voltage intermediate circuit 26 is also precharged by means of the DC voltage converter 20, which is operated accordingly. In this case, the further DC-DC converter 22 is not present, or it is used for support.

In einem dritten Arbeitsschritt 48 wird das Trennelement 28 geschlossen, und der Wechselrichter 24 betrieben, sodass die elektrische Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis 26 in das Wechselspannungs-Versorgungsnetz 30 als Wechselspannung eingespeist wird. Hierbei wird auch weiterhin elektrische Energie aus dem Hochvoltenergiespeicher 10 entnommen, sodass der Gleichspannungszwischenkreis 26 bis zur Erschöpfung des Hochvoltenergiespeichers 10 oder zur Wiederinbetriebnahme der Stromquelle 34 im Wesentlichen eine konstante Gleichspannung aufweist. Zusammenfassend wird somit bei ausgefallener Stromquelle 34 die bidirektionale Gleichspannungsladestation 18 in Betrieb genommen, wofür das Niedervoltenergiesystem 14 verwendet wird. Da dieses ein Bestandteil des Kraftfahrzeugs 4 ist, ist die Inbetriebnahme hierbei lediglich dann möglich, wenn das Kraftfahrzeug 4 elektrisch mit der bidirektionalen Gleichspannungsladestation 18, nämlich dem Stecker 16, verbunden ist. Auch wird nach der Inbetriebnahme der bidirektionalen Gleichspannungsladestation 18 elektrische Energie aus dem Hochvoltenergiespeicher 10 in das Inselnetz 32 eingespeist.In a third work step 48, the separating element 28 is closed and the inverter 24 is operated, so that the electrical energy from the DC voltage intermediate circuit 26 is fed into the AC voltage supply network 30 as AC voltage. Here, electrical energy continues to be generated from the high-voltage energy memory 10 is removed, so that the DC voltage link 26 has a constant DC voltage until the high-voltage energy storage device 10 is exhausted or when the power source 34 is restarted. In summary, when the power source 34 fails, the bidirectional DC voltage charging station 18 is put into operation, for which the low-voltage energy system 14 is used. Since this is part of the motor vehicle 4, it can only be put into operation if the motor vehicle 4 is electrically connected to the bidirectional DC voltage charging station 18, namely the plug 16. Electrical energy from the high-voltage energy store 10 is also fed into the island grid 32 after the bidirectional DC voltage charging station 18 has been put into operation.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described above. On the contrary, other variants of the invention can also be derived from this by a person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the individual exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.

BezugszeichenlisteReference List

22: Systemsystem
44: Kraftfahrzeugmotor vehicle
66: Radwheel
88th: Hauptantriebmain drive
1010: Hochvoltenergiespeicherhigh-voltage energy storage
1212: Fahrzeugbatterievehicle battery
1414: Niedervoltenergiesystemlow-voltage energy system
1616: Steckerplug
1818: bidirektionale Gleichspannungsladestationbidirectional DC charging station
2020: GleichspannungswandlerDC converter
2222: weiterer Gleichspannungswandleranother DC converter
2424: Wechselrichterinverter
2626: GleichspannungszwischenkreisDC intermediate circuit
2828: Trennelementseparator
3030: Wechselspannungs-VersorgungsnetzAC power supply network
3232: Inselnetzisland grid
3434: Stromquellepower source
3636: Haushalthousehold
3838: elektrisches Gerätelectric device
4040: Steuereinheitcontrol unit
4242: Verfahrenprocedure
4444: erster Arbeitsschrittfirst step
4646: zweiter Arbeitsschrittsecond step
4848: dritter Arbeitsschrittthird step

Claims

System (2) with a motor vehicle (4) having a high-voltage energy store (10) and with an island grid (32) which has a bidirectional DC voltage charging station (18 ), which comprises a DC voltage converter (20) and an inverter (24) electrically connected to it by means of a DC voltage intermediate circuit (26), and having a low-voltage energy system (14) for starting up the bidirectional DC voltage charging station (18) if the power source (34) fails.

system (2) after claim 1 , characterized in that the low-voltage energy system (14) is a part of the motor vehicle (4).

system (2) after claim 2 , characterized in that the low-voltage energy system (14) comprises a vehicle battery (12).

System (2) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that a control unit (40), by means of which the DC voltage converter (20) is operated, is electrically connected to the low-voltage energy system (14).

System (2) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the low-voltage energy system (14) is electrically contacted via a further DC voltage converter (22) with the DC voltage intermediate circuit (26).

System (2) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the inverter (24) is connected to the AC voltage supply network (30) by means of an isolating element (28).

Method (42) for operating a system (2) according to one of Claims 1 until 6 , in which when the power source (34) fails, the bidirectional DC voltage charging station (18) is put into operation by means of the low-voltage energy system (14).

Method (42) according to claim 7 , characterized in that the commissioning only takes place when the motor vehicle (4) electrically with which the bidirectional DC voltage charging station (18) is connected.

Method (42) according to claim 8 , characterized in that after commissioning electrical energy from the high-voltage energy storage device (10) is fed into the island grid (32).