DE102021203969A1

DE102021203969A1 - Vorrichtung zum Erhöhen einer Eingangsspannung für ein Elektrofahrzeug, Elektrofahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung

Info

Publication number: DE102021203969A1
Application number: DE102021203969.3A
Authority: DE
Inventors: Zbynek Stepan; Frank Seemann; Andre Ehrsam; Martin Mach; Vladimír Dvorák; Gabriel Scherer; Tato Gervais Amani; Matthias Engicht
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-10-27
Also published as: US20220340028A1; CN115214390A

Abstract

Eine Vorrichtung 102 zum Erhöhen einer Eingangsspannung 105 für ein Elektrofahrzeug 100 weist eine Energiebereitstellungsschnittstelle 110 zu einer Fahrzeugbatterie 114, einen Gleichspannungswandler 111 und einen Wechselrichter 112 auf. Der Gleichspannungswandler 111 weist einen ersten Anschluss 116 zum Verbinden mit der Energiebereitstellungsschnittstelle 110 und einen zweiten Anschluss 118 zum Verbinden mit dem Wechselrichter 112 auf, wobei der Gleichspannungswandler 111 ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Verstärkersignal 120 an dem zweiten Anschluss 118 eine Ausgangsspannung 122 bereitzustellen, die gegenüber einer an dem ersten Anschluss 116 anliegenden Eingangsspannung 105 erhöht ist. Der Wechselrichter 112 weist einen Wechselrichteranschluss 124 zum Verbinden des Wechselrichters 112 mit dem zweiten Anschluss 118 und eine Bestromungsschnittstelle 126 zum Bestromen zumindest eines mit der Bestromungsschnittstelle 126 gekoppelten Geräts auf, wobei der Wechselrichter 112 ausgebildet ist, um eine an dem Wechselrichteranschluss 124 anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und an die Bestromungsschnittstelle 126 bereitzustellen.

Description

Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erhöhen einer Eingangsspannung für ein Elektrofahrzeug, ein Elektrofahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung.
In der Industrie gewinnt elektrifiziertes Fahren im Zuge der Umweltfreundlichkeit immer mehr an Bedeutung mit dem Ziel, nicht nur Personenkraftwagen, sondern auch Nutzfahrzeuge elektrisch anzutreiben.
Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz eine verbesserte Vorrichtung zum Erhöhen einer Eingangsspannung für ein Elektrofahrzeug, ferner ein verbessertes Elektrofahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer verbesserten Vorrichtung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass eine von einer Fahrzeugbatterie bereitgestellte Gleichspannung erhöht werden kann, um zum Betreiben eines fahrzeuginternen oder fahrzeugexternen Geräts eine erforderliche elektrische Energie zuverlässig bereitstellen zu können.
Eine Vorrichtung zum Erhöhen einer Eingangsspannung für ein Elektrofahrzeug weist eine Energiebereitstellungsschnittstelle, einen Gleichspannungswandler und einen Wechselrichter auf. Die Energiebereitstellungsschnittstelle ist zum Verbinden der Vorrichtung mit einer Fahrzeugbatterie des Elektrofahrzeugs oder mit einer Fahrzeugbrennstoffzelle des Elektrofahrzeugs ausgeformt. Der Gleichspannungswandler weist einen ersten Anschluss zum Verbinden des Gleichspannungswandlers mit der Energiebereitstellungsschnittstelle und einen zweiten Anschluss zum Verbinden des Gleichspannungswandlers mit dem Wechselrichter auf, wobei der Gleichspannungswandler ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Verstärkersignal an dem zweiten Anschluss eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die gegenüber einer an dem ersten Anschluss anliegenden Eingangsspannung erhöht ist. Der Wechselrichter weist einen Wechselrichteranschluss zum Verbinden des Wechselrichters mit dem zweiten Anschluss und eine Bestromungsschnittstelle zum Bestromen zumindest eines mit der Bestromungsschnittstelle gekoppelten Geräts auf, wobei der Wechselrichter ausgebildet ist, um eine an dem Wechselrichteranschluss anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und an die Bestromungsschnittstelle bereitzustellen.
Das Elektrofahrzeug kann als ein elektrifiziertes Nutzfahrzeug, beispielsweise als ein Lastwagen realisiert sein. Die Bestromungsschnittstelle kann zum elektrischen Anschließen eines oder mehrerer fahrzeuginterner oder fahrzeugexterner Geräte ausgebildet sein. Der Wechselrichter kann ausgebildet sein, um ansprechend auf ein Wechselrichtersignal die an dem Wechselrichteranschluss anliegende Gleichspannung in die Wechselspannung umzuwandeln und an die Bestromungsschnittstelle bereitzustellen. Alternativ kann die der Wechselrichter aber auch ausgebildet sein, um automatisch bei Anliegen der Gleichspannung an dem Wechselrichteranschluss, die anliegende Gleichspannung in die Wechselspannung umzuwandeln und an die Bestromungsschnittstelle bereitzustellen. Dank der hier vorgestellten Vorrichtung kann sichergestellt werden, dass eine von einer Fahrzeugbatterie und/oder Fahrzeugbrennstoffzelle bereitgestellte Spannung bei Bedarf erhöht werden kann, bevor sie zum Versorgen eines Geräts genutzt wird. Dies kann hilfreich sein, da mit zunehmendem Alter der Fahrzeugbatterie oder Fahrzeugbrennstoffzelle deren bereitstellbare Spannung und Energie abfallen werden kann.
Der Gleichspannungswandler kann ausgebildet sein, um an dem zweiten Anschluss eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die der Eingangsspannung entspricht, wenn das Verstärkersignal nicht anliegt. So kann je nach Bedarf entweder eine unveränderte Ausgangsspannung oder eine erhöhte Ausgangsspannung bereitgestellt werden. Beispielsweise wird das Verstärkersignal nur dann erzeugt, wenn die gegenüber der Eingangsspannung erhöhte Ausgangsspannung benötigt wird.
Der Wechselrichter kann ausgebildet sein, um an der Bestromungsschnittstelle eine Wechselspannung von im Wesentlichen 400 bis 600 Volt oder 230 Volt und/oder in einem Frequenzbereich von im Wesentlichen 50 Hz bis 60 Hz bereitzustellen. So kann die Bestromungsschnittstelle zum Anschließen eines oder mehrerer fahrzeuginterner oder fahrzeugexterner Geräte ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Bestromungsschnittstelle hierzu mit einem Geräteanschluss für das Gerät gekoppelt oder koppelbar sein, welches innerhalb eines Toleranzbereichs von 15 % Abweichung mit 230 Volt, beispielsweise innerhalb eines Toleranzbereichs von 10 % Abweichung in einem Frequenzbereich von 50 Hertz bis 60 Hertz, oder innerhalb eines Toleranzbereichs von 15 % Abweichung 400 Volt bis 600 Volt Wechselspannung, beispielsweise innerhalb eines Toleranzbereichs von 10 % Abweichung in einem Frequenzbereich von 50 Hertz bis 60 Hertz, betrieben werden kann. Der Geräteanschluss kann als ein Stecker ausgeformt sein. Es können an der Bestromungsschnittstelle aber auch mehrere, beispielsweise drei derartige Geräteanschlüsse für drei Geräte, gekoppelt oder koppelbar sein, von welchen zumindest eines innerhalb eines Toleranzbereichs von 15 % Abweichung mit 230 Volt Wechselspannung, beispielsweise innerhalb eines Toleranzbereichs von 10 % Abweichung in einem Frequenzbereich von 50 Hertz bis 60 Hertz, und/oder zumindest eines innerhalb eines Toleranzbereichs von 15 % Abweichung mit 400 Volt bis 600 Volt, Wechselspannung beispielsweise innerhalb eines Toleranzbereichs von 10 % Abweichung in einem Frequenzbereich von 50 Hertz bis 60 Hertz, betrieben werden kann. So kann an die Bestromungsschnittstelle beispielsweise ein weiteres Elektrofahrzeug, beispielsweise eine weitere Fahrzeugbatterie des weiteren Elektrofahrzeugs zum Aufladen der weiteren Fahrzeugbatterie über die Fahrzeugbatterie und/oder Fahrzeugbrennstoffzelle, angeschlossen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Gleichspannungswandler ferner einen dritten Anschluss zum Verbinden des Gleichspannungswandlers mit einem weiteren Wechselrichter aufweisen, wobei der Gleichspannungswandler ausgebildet ist, um ansprechend auf das Verstärkersignal ferner an dem dritten Anschluss die Ausgangsspannung bereitzustellen, die gegenüber der an dem ersten Anschluss anliegenden Eingangsspannung erhöht ist. Alternativ kann der Gleichspannungswandler ausgebildet sein, um ansprechend auf ein weiteres Verstärkersignal an dem dritten Anschluss die Ausgangsspannung bereitzustellen, die gegenüber der an dem ersten Anschluss anliegenden Eingangsspannung erhöht ist. Der weitere Wechselrichter kann beispielsweise unter Verwendung der Ausgangsspannung zum Bereitstellen einer Betriebsenergie für einen Zusatzantrieb des Elektrofahrzeugs dienen. Der Zusatzantrieb kann beispielsweise ausgebildet sein, um eine über eine Fortbewegung des Elektrofahrzeugs hinausgehende Funktionalität bereitzustellen. Beispielsweise kann der Zusatzantrieb verwendet werden, um eine Baggerschaufel oder einen Kran des Elektrofahrzeugs anzutreiben. So kann vorteilhafterweise für den Zusatzantrieb die erhöhte Ausgangsspannung bereitstehen, um deren einwandfreien Betrieb sicherzustellen.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform den weiteren Wechselrichter aufweist, der einen vierten Anschluss zum Verbinden des weiteren Wechselrichters mit dem dritten Anschluss und einen fünften Anschluss zum Verbinden des weiteren Wechselrichters mit einem Zusatzantrieb aufweist, wobei der weitere Wechselrichter ausgebildet ist, um eine an dem vierten Anschluss anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und an den fünften Anschluss bereitzustellen. So kann eine Wechselspannung für den Zusatzantrieb bereitgestellt werden. Der weitere Wechselrichter kann ausgebildet sein, um ansprechend auf ein weiteres Wechselrichtersignal die an dem vierten Anschluss anliegende Gleichspannung in die Wechselspannung umzuwandeln und an den fünften Anschluss bereitzustellen. Alternativ kann die der weitere Wechselrichter aber auch ausgebildet sein, um automatisch bei Anliegen der Gleichspannung an dem vierten Anschluss, die anliegende Gleichspannung in die Wechselspannung umzuwandeln und an den fünften Anschluss bereitzustellen.
Der weitere Wechselrichter kann ausgebildet sein, um an dem fünften Anschluss eine Wechselspannung von im Wesentlichen 400 bis 600 Volt und/oder in einem Frequenzbereich von im Wesentlichen 50 Hz bis 60 Hz bereitzustellen. So kann auch die bereitgestellte Wechselspannung des weiteren Wechselrichters innerhalb eines Toleranzbereichs von 15 % Abweichung 400 bis 600 Volt und/oder innerhalb eines Toleranzbereichs von 10 % Abweichung in einem Frequenzbereich von 50 Hz bis 60 Hz, betragen. Eine solche Spannung eignet sich zum Betreiben des Zusatzantriebs.
Die Vorrichtung kann auch ferner den Zusatzantrieb mit einem Zusatzantriebsanschluss zum Verbinden mit dem fünften Anschluss aufweisen.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform eine Steuereinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um das Verstärkersignal auszugeben, um an dem zweiten Anschluss die Ausgangsspannung bereitzustellen, die gegenüber der an dem ersten Anschluss anliegenden Eingangsspannung erhöht ist. Die Steuereinrichtung kann auch ausgebildet sein, um ferner das weitere Verstärkersignal auszugeben, um an dem dritten Anschluss die Ausgangsspannung bereitzustellen, die gegenüber der an dem ersten Anschluss anliegenden Eingangsspannung erhöht ist. So kann nach Bedarf eine Erhöhung der Eingangsspannung angesteuert werden.
Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um das Verstärkersignal auszugeben, wenn die Eingangsspannung einen definierten Voltmindestgrenzwert aufweist oder unterschreitet. Der Voltmindestgrenzwert kann beispielsweise 500 Volt betragen. So kann sichergestellt werden, dass ein niedriger anliegenden Voltwert erhöht wird.
Die Steuereinrichtung kann ferner ausgebildet sein, um das Verstärkersignal nicht auszugeben, wenn die Eingangsspannung einen definierten Voltmindestgrenzwert überschreitet. Der Voltmindestgrenzwert kann beispielsweise 500 Volt betragen. So kann sichergestellt werden, dass ein bereits hoher anliegenden Voltwert nicht erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Gleichspannungswandler ausgebildet sein, um ansprechend auf das Verstärkersignal an dem zweiten Anschluss die Ausgangsspannung bereitzustellen, die mindestens 576 Volt aufweist. Entsprechend kann der Gleichspannungswandler ausgebildet sein, um ansprechend auf das Verstärkersignal oder weitere Verstärkersignal an dem dritten Anschluss die Ausgangsspannung bereitzustellen, die mindestens 576 Volt aufweist. So kann eine zum Betreiben eines Zusatzantriebs oder Aufrechterhalten eines Stromnetzes oder Laden einer weiteren Fahrzeugbatterie oder weiteren Fahrzeugbrennstoffzelle notwendige Spannung bereitgestellt werden.
Die Vorrichtung kann ferner die Fahrzeugbatterie und/oder Fahrzeugbrennstoffzelle aufweisen, die ausgebildet ist, um eine Gleichspannung zwischen 500 bis 650 Volt bereitzustellen. So kann eine gängige Fahrzeugbatterie eingesetzt werden, wobei dank der Vorrichtung bei einer beispielsweise altersbedingt niedrigen bereitgestellten Spannung von nur 500 Volt aber auch bei einer hohen bereitgestellten Spannung von 650 Volt dennoch eine Ausgangsspannung mit einem vorbestimmten Wert verfügbar ist.
Ein Elektrofahrzeug weist eine Vorrichtung auf, die in einer der vorangehend beschriebenen Varianten ausgeformt ist. Das Elektrofahrzeug kann als ein elektrifiziertes Nutzfahrzeug, beispielsweise als ein Lastwagen realisiert sein. Das Elektrofahrzeug kann ferner den mit dem fünften Anschluss elektrisch verbundenen Zusatzantrieb aufweisen.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung, die in einer der vorangehend beschriebenen Varianten ausgeformt ist, weist einen Schritt des Erhöhens und einen Schritt des Umwandelns auf. Im Schritt des Erhöhens wird eine an dem ersten Anschluss anliegenden Eingangsspannung ansprechend auf das Verstärkersignal erhöht und eine gegenüber der Eingangsspannung erhöhte Ausgangsspannung an dem zweiten Anschluss bereitgestellt. Im Schritt des Umwandelns wird eine an dem Wechselrichteranschluss anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt und die Wechselspannung an der Bestromungsschnittstelle bereitgestellt.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Erhöhen einer Eingangsspannung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs 100 mit einer Vorrichtung 102 zum Erhöhen einer Eingangsspannung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Lediglich beispielhaft ist die Vorrichtung 102 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in oder an dem Elektrofahrzeug 100 angeordnet. Das Elektrofahrzeug 100 ist beispielsweise als ein elektrifizierter Lastkraftwagen, beispielsweise mit einer Schrotmühle oder beispielsweise einer Betonpumpe realisiert. Die Vorrichtung 102 weist eine Energiebereitstellungsschnittstelle 110, einen Gleichspannungswandler 111 und einen Wechselrichter 112 auf. Die Energiebereitstellungsschnittstelle 110 ist zum Verbinden der Vorrichtung 102 mit einer Fahrzeugbatterie 114 des Elektrofahrzeugs 100 und/oder mit einer Fahrzeugbrennstoffzelle des Elektrofahrzeugs 100 ausgeformt. Der Gleichspannungswandler 111 weist einen ersten Anschluss 116 zum Verbinden des Gleichspannungswandlers 111 mit der Energiebereitstellungsschnittstelle 110 und einen zweiten Anschluss 118 zum Verbinden des Gleichspannungswandlers 111 mit dem Wechselrichter 112 auf. Der Gleichspannungswandler 111 ist ausgebildet, um ansprechend auf ein Verstärkersignal 120 an dem zweiten Anschluss 118 eine Ausgangsspannung 122 bereitzustellen, die gegenüber einer an dem ersten Anschluss 116 anliegenden Eingangsspannung 105 erhöht ist. Der Wechselrichter 112 weist einen Wechselrichteranschluss 124 zum Verbinden des Wechselrichters 112 mit dem zweiten Anschluss 118 und eine Bestromungsschnittstelle 126 zum Bestromen zumindest eines mit der Bestromungsschnittstelle 126 gekoppelten Geräts auf, wobei der Wechselrichter 112 ausgebildet ist, um eine an dem Wechselrichteranschluss 124 anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und an die Bestromungsschnittstelle 126 bereitzustellen.
Die Bestromungsschnittstelle 126 ist zum elektrischen Anschließen eines oder mehrerer fahrzeuginterner oder fahrzeugexterner Geräte ausgebildet. Der Wechselrichter 112 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um ansprechend auf ein Wechselrichtersignal 128 die an dem Wechselrichteranschluss 124 anliegende Gleichspannung in die Wechselspannung umzuwandeln und an die Bestromungsschnittstelle 126 bereitzustellen. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Wechselrichter 112 ausgebildet, um automatisch bei Anliegen der Gleichspannung an dem Wechselrichteranschluss 124, die anliegende Gleichspannung in die Wechselspannung umzuwandeln und an die Bestromungsschnittstelle 126 bereitzustellen. Der Gleichspannungswandler 111 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner ausgebildet, um an dem zweiten Anschluss 118 eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die der Eingangsspannung 105 entspricht, wenn das Verstärkersignal 120 nicht anliegt.
Der Wechselrichter 112 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um an der Bestromungsschnittstelle 126 eine Wechselspannung von 400 bis 600 Volt oder in eine Wechselspannung von 230 Volt bereitzustellen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Wechselspannung in einem Frequenzbereich von 50 Hz bis 60 Hz bereitgestellt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Gleichspannungswandler 111 optional ferner einen dritten Anschluss 130 zum Verbinden des Gleichspannungswandlers 111 mit einem weiteren Wechselrichter 132 auf, wobei der Gleichspannungswandler 111 ausgebildet ist, um ansprechend auf das Verstärkersignal 120 ferner an dem dritten Anschluss 130 die Ausgangsspannung 122 bereitzustellen, die gegenüber der an dem ersten Anschluss 116 anliegenden Eingangsspannung 105 erhöht ist. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Gleichspannungswandler 111 ausgebildet, um ansprechend auf ein weiteres Verstärkersignal an dem dritten Anschluss 130 die Ausgangsspannung 122 bereitzustellen, die gegenüber der an dem ersten Anschluss 116 anliegenden Eingangsspannung 105 erhöht ist. Der weitere Wechselrichter 132 dient gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung der Ausgangsspannung 122 zum Bereitstellen einer Betriebsenergie 134 für einen Zusatzantrieb 136 des Elektrofahrzeugs 100. Der Zusatzantrieb 136 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eine über eine Fortbewegung des Elektrofahrzeugs 100 hinausgehende Funktionalität bereitzustellen. Beispielsweise wird der Zusatzantrieb 136 verwendet, um eine Baggerschaufel oder einen Kran des Elektrofahrzeugs 100 anzutreiben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 102 ferner den weiteren Wechselrichter 132 auf, der einen vierten Anschluss 138 zum Verbinden des weiteren Wechselrichters 132 mit dem dritten Anschluss 130 und einen fünften Anschluss 140 zum Verbinden des weiteren Wechselrichters 132 mit einem Zusatzantrieb 136 aufweist, wobei der weitere Wechselrichter 132 ausgebildet ist, um eine an dem vierten Anschluss 138 anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und an den fünften Anschluss 140 bereitzustellen. Der weitere Wechselrichter 132 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um ansprechend auf ein weiteres Wechselrichtersignal die an dem vierten Anschluss 138 anliegende Gleichspannung in die Wechselspannung umzuwandeln und an den fünften Anschluss 140 bereitzustellen. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der weitere Wechselrichter 132 ausgebildet, um automatisch bei Anliegen der Gleichspannung an dem vierten Anschluss 138, die anliegende Gleichspannung in die Wechselspannung umzuwandeln und an den fünften Anschluss 140 bereitzustellen.
Der weitere Wechselrichter 132 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um an dem fünften Anschluss 140 eine Wechselspannung von im Wesentlichen 400 bis 600 Volt und/oder in einem Frequenzbereich von im Wesentlichen 50 Hz bis 60 Hz bereitzustellen.
Die Vorrichtung 102 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel auch ferner den Zusatzantrieb 136 mit einem Zusatzantriebsanschluss zum Verbinden mit dem fünften Anschluss 140 auf.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Steuereinrichtung 145, die ausgebildet ist, um das Verstärkersignal 120 auszugeben, um an dem zweiten Anschluss 118 die Ausgangsspannung 122 bereitzustellen, die gegenüber der an dem ersten Anschluss 116 anliegenden Eingangsspannung 105 erhöht ist. Die Steuereinrichtung 145 ist gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel auch ausgebildet, um das weitere Verstärkersignal auszugeben, um an dem dritten Anschluss 130 die Ausgangsspannung 122 bereitzustellen, die gegenüber der an dem ersten Anschluss 116 anliegenden Eingangsspannung 105 erhöht ist. Die Steuereinrichtung 145 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um das Verstärkersignal 120 auszugeben, wenn die Eingangsspannung 105 einen definierten Voltmindestgrenzwert aufweist oder unterschreitet. Der Voltmindestgrenzwert beträgt gemäß einem Ausführungsbeispiel beispielsweise 500 Volt. Die Steuereinrichtung 145 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner ausgebildet, um das Verstärkersignal 120 nicht auszugeben, wenn die Eingangsspannung 105 den definierten Voltmindestgrenzwert überschreitet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Gleichspannungswandler 111 ausgebildet, um ansprechend auf das Verstärkersignal 120 an dem zweiten Anschluss 118 die Ausgangsspannung 122 bereitzustellen, die mindestens 576 Volt aufweist. Entsprechend ist der Gleichspannungswandler 111 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um ansprechend auf das Verstärkersignal oder weitere Verstärkersignal an dem dritten Anschluss 130 die Ausgangsspannung 122 bereitzustellen, die mindestens 576 Volt aufweist.
Die Vorrichtung 102 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner die Fahrzeugbatterie 114 und/oder Fahrzeugbrennstoffzelle auf, die ausgebildet ist, um eine Gleichspannung zwischen 500 bis 650 Volt bereitzustellen.
Die hier vorgestellte Vorrichtung 102 ermöglicht dank des Gleichspannungswandlers 111, der auch als „DC/DC converter“ bezeichnet werden kann, vorteilhafterweise eine Boostfunktion für die Bestromungsschnittstelle 126 und/oder einen elektrisch betreibbaren Zusatzantrieb 136 mit einem Microgrid, also einem lokal abgegrenzten Stromnetz. Der Zusatzantrieb 136 kann auch als „ePower to work application“, kurz „ePTO“, bezeichnet werden kann.
Der Gleichspannungswandlers 111 ist hierbei zwischen der Fahrzeugbatterie 114 und/oder Fahrzeugbrennstoffzelle und dem Wechselrichter 112 und/oder weiteren Wechselrichter 132 geschaltet. Der Gleichspannungswandlers 111 ermöglich es vorteilhafterweise, die von der Fahrzeugbatterie 114 und/oder Fahrzeugbrennstoffzelle bereitgestellte Gleichspannung zu erhöhen - dies bedeutet eine Stabilisierung einer Gleichspannungs-Zwischenkreisspannung bei einer niedrigen bereitgestellten Spannung von der Fahrzeugbatterie 114 und/oder Fahrzeugbrennstoffzelle. Ferner wird dank des Gleichspannungswandlers 111 eine Optimierung des Betriebspunktes und/oder eine Verbesserung der Effizienz für den Zusatzantrieb 132, der auch als „eMotor“ bezeichnet werden kann, bewirkt. Weiterhin wird dank des Gleichspannungswandlers 111 eine Minimalspannung für das Stromnetz, das auch als „Microgrid“ bezeichnet werden kann, garantiert. Die Minimalspannung beträgt gemäß einem Ausführungsbeispiel 576 Volt Gleichspannung an dem zweiten Anschluss 118 und/oder dritten Anschluss 130 zum Bereitstellen einer Wechselspannung von beispielsweise 400VAC/50Hz an der Bestromungsschnittstelle 126 und/oder dem Zusatzantriebsanschluss. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 102 zumindest eine galvanische Isolierung.
Die mittels des Gleichspannungswandlers 111 durchführbare Boostfunktion garantiert ein ausreichendes Spannungslevel und eine einwandfreie Funktion bei Aufbau des Microgrids 400VAC/50Hz - beispielsweise wenn die Fahrzeugbatterie 114 und/oder Fahrzeugbrennstoffzelle mit einer Nennspannung von 650 Volt Gleichspannung eine Minimalspannung von ca 500 Volt Gleichspannung bereitstellt, was für den Aufbau des Microgrids 400VAC/50Hz nicht ausreicht. Um ein solches Microgrid aufzubauen, ist eine minimale Gleichspannung von 576 Volt nötig. Wenn die Spannung also unter diese minimale Gleichspannung von 576 Volt abfällt, erhöht der Gleichspannungswandlers 111 gemäß einem Ausführungsbeispiel die Spannung auf 576 Volt oder über 576 Volt Gleichspannung und garantiert somit die einwandfreie Funktion des Microgrids 400VAC/50Hz ohne Spannungsabfall.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 1 beschriebene Vorrichtung 102 handeln.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist außer der Fahrzeugbatterie 114 ferner eine Fahrzeugbrennstoffzelle 200 elektrisch an die Energiebereitstellungsschnittstelle 110 angeschlossen. Zwischen der Fahrzeugbrennstoffzelle 200 und der Energiebereitstellungsschnittstelle 110 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Step-Up-Einrichtung 205 kontaktiert, welche dazu ausgebildet ist, um eine von der Fahrzeugbrennstoffzelle 200 bereitgestellte Energie zu erhöhen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Fahrzeugbrennstoffzelle 200 und/oder Step-Up-Einrichtung 205 Teil der Vorrichtung 102.
Der Gleichspannungswandler 111 ist ausgebildet, um abhängig von einer Geschwindigkeit einer Schaltfrequenz von einem oder mehreren Gleichspannungswandlerschaltern 207, 208 des Gleichspannungswandlers 111 die Gleichspannung zu erhöhen oder zu senken. Die Umsetzung erfolgt mithilfe des oder der periodisch arbeitenden Gleichspannungswandlerschaltern 207, 208 und eines oder mehrerer Energiespeicher, hier in Form von Kondensatoren. Eine zur Zwischenspeicherung der Energie benutzte Induktivität 209 als induktiver Wandler besteht beispielsweise aus einer Spule oder einem Wandler-Transformator. Somit kann als Gleichspannungswandler 111 ein bekannter Wandler eingesetzt werden, der einen einstellbaren Verstärkungsfaktor aufweist.
Der Wechselrichter 112 und/oder weitere Wechselrichter 132 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest eine Brückenschaltung aus Schaltern, typischerweise Transistoren, auf. Als Wechselrichter 112, 132 kann auf bekannte Wechselrichter zurückgegriffen werden.
An die Bestromungsschnittstelle 126 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel drei Geräteanschlüsse 210, 215 für je fahrzeuginterne oder fahrzeugexterne Geräte elektrisch gekoppelt. Ein erster Geräteanschluss 210 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als ein erster Stecker ausgeformt, welcher ausgebildet ist, um innerhalb eines Toleranzbereichs von 15 % Abweichung 400 Volt bis 600 Volt Wechselspannung, beispielsweise innerhalb eines Toleranzbereichs von 10 % Abweichung in einem Frequenzbereich von 50 Hertz bis 60 Hertz, für ein erstes Gerät bereitzustellen. Ein zweiter Geräteanschluss 215 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als ein zweiter Stecker ausgeformt, welcher ausgebildet ist, um innerhalb eines Toleranzbereichs von 15 % Abweichung 230 Volt Wechselspannung, beispielsweise innerhalb eines Toleranzbereichs von 10 % Abweichung in einem Frequenzbereich von 50 Hertz bis 60 Hertz für ein zweites Gerät bereitzustellen. Ein weiterer zweiter Geräteanschluss 215 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als ein weiterer zweiter Stecker ausgeformt, welcher ausgebildet ist, innerhalb eines Toleranzbereichs von 15 % Abweichung 230 Volt Wechselspannung, beispielsweise innerhalb eines Toleranzbereichs von 10 % Abweichung in einem Frequenzbereich von 50 Hertz bis 60 Hertz für ein zweites Gerät bereitzustellen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der erste Geräteanschluss 210, zweite Geräteanschluss 215 und/oder weitere zweite Geräteanschluss 215 Teil der Vorrichtung 102. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 102 an der Bestromungsschnittstelle 126 weniger als die in 2 gezeigten Geräteanschlüsse 210, 215 oder eine beliebige Anzahl zusätzlicher erster Geräteanschlüsse 210 und/oder zusätzlicher zweiter Geräteanschlüsse 215 auf, die beispielsweise, wie in 2 dargestellt, in Form von Steckern ausgeformt sind.
Das Microgrid (400VAC/50Hz) repräsentiert gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Stromnetz mit einer Wechselspannung in Form von 3x 0..230V ± 15% oder 3x 0..400V ± 15%, beispielsweise in einem Frequenzbereich von 50Hz ± 10% oder 60Hz ± 10%.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 1 oder 2 beschriebene Vorrichtung in einer der vorgestellten Varianten handeln.
Das Verfahren 300 weist einen Schritt 305 des Erhöhens und einen Schritt 310 des Umwandelns auf. Im Schritt 305 des Erhöhens wird eine an dem ersten Anschluss anliegenden Eingangsspannung ansprechend auf das Verstärkersignal erhöht und eine gegenüber der Eingangsspannung erhöhte Ausgangsspannung an dem zweiten Anschluss bereitgestellt. Im Schritt 310 des Umwandelns wird eine an dem Wechselrichteranschluss anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt und die Wechselspannung an der Bestromungsschnittstelle bereitgestellt.
Bezugszeichenliste

100: Elektrofahrzeug
102: Vorrichtung
105: Eingangsspannung
110: Energiebereitstellungsschnittstelle
111: Gleichspannungswandler
112: Wechselrichter
114: Fahrzeugbatterie
116: erster Anschluss
118: zweiter Anschluss
120: Verstärkersignal
122: Ausgangsspannung
124: Wechselrichteranschluss
126: Bestromungsschnittstelle
128: Wechselrichtersignal
130: dritter Anschluss
132: weiterer Wechselrichter
134: Betriebsenergie
136: Zusatzantrieb
138: vierter Anschluss
140: fünfter Anschluss
145: Steuereinrichtung
200: Fahrzeugbrennstoffzelle
205: Step-Up-Einrichtung
210: erster Geräteanschluss
215: zweiter Geräteanschluss
300: Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung
305: Schritt des Erhöhens
310: Schritt des Umwandelns

Claims

Vorrichtung (102) zum Erhöhen einer Eingangsspannung (105) für ein Elektrofahrzeug (100), wobei die Vorrichtung (102) die folgenden Merkmale aufweist: eine Energiebereitstellungsschnittstelle (110) zum Verbinden der Vorrichtung (102) mit einer Fahrzeugbatterie (114) des Elektrofahrzeugs (100) und/oder mit einer Fahrzeugbrennstoffzelle (200) des Elektrofahrzeugs (100); einen Gleichspannungswandler (111) mit einem ersten Anschluss (116) zum Verbinden des Gleichspannungswandlers (111) mit der Energiebereitstellungsschnittstelle (110) und einem zweiten Anschluss (118) zum Verbinden des Gleichspannungswandlers (111) mit einem Wechselrichter (112), wobei der Gleichspannungswandler (111) ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Verstärkersignal (120) an dem zweiten Anschluss (118) eine Ausgangsspannung (122) bereitzustellen, die gegenüber einer an dem ersten Anschluss (116) anliegenden Eingangsspannung (105) erhöht ist; und den Wechselrichter (112) mit einem Wechselrichteranschluss (124) zum Verbinden des Wechselrichters (112) mit dem zweiten Anschluss (118) und zumindest einer Bestromungsschnittstelle (126) zum Bestromen zumindest eines mit der Bestromungsschnittstelle (126) gekoppelten Geräts, wobei der Wechselrichter (112) ausgebildet ist, um eine an dem Wechselrichteranschluss (124) anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und an die Bestromungsschnittstelle (126) bereitzustellen.
Vorrichtung (102) gemäß Anspruch 1, wobei der Gleichspannungswandler (111) ausgebildet ist, um an dem zweiten Anschluss (118) eine Ausgangsspannung (122) bereitzustellen, die der Eingangsspannung (105) entspricht, wenn das Verstärkersignal (120) nicht anliegt.
Vorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Wechselrichter (112) ausgebildet ist, um an der Bestromungsschnittstelle (126) eine Wechselspannung von im Wesentlichen 400 bis 600 Volt oder von 230 Volt und/oder in einem Frequenzbereich von im Wesentlichen 50 Hz bis 60 Hz bereitzustellen.
Vorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Gleichspannungswandler (111) einen dritten Anschluss (130) zum Verbinden des Gleichspannungswandlers (111) mit einem weiteren Wechselrichter (132) aufweist, wobei der Gleichspannungswandler (111) ausgebildet ist, um ansprechend auf das Verstärkersignal (120) ferner an dem dritten Anschluss (130) die Ausgangsspannung (122) bereitzustellen, die gegenüber der an dem ersten Anschluss (116) anliegenden Eingangsspannung (105) erhöht ist.
Vorrichtung (102) gemäß Anspruch 4, mit dem weiteren Wechselrichter (132), der einen vierten Anschluss (138) zum Verbinden des weiteren Wechselrichters (132) mit dem dritten Anschluss (130) und einen fünften Anschluss (140) zum Verbinden des weiteren Wechselrichters (132) mit einem Zusatzantrieb (136) aufweist, wobei der weitere Wechselrichter (132) ausgebildet ist, um eine an dem vierten Anschluss (138) anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und an den fünften Anschluss (140) bereitzustellen.
Vorrichtung (102) gemäß Anspruch 5, bei der der weitere Wechselrichter (132) ausgebildet ist, um an dem fünften Anschluss (140) eine Wechselspannung von im Wesentlichen 400 bis 600 Volt und/oder in einem Frequenzbereich von im Wesentlichen 50 Hz bis 60 Hz bereitzustellen.
Vorrichtung (102) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, mit dem Zusatzantrieb (136) mit einem Zusatzantriebsanschluss zum Verbinden mit dem fünften Anschluss (140).
Vorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Steuereinrichtung (145), die ausgebildet ist, um das Verstärkersignal (120) auszugeben, um an dem zweiten Anschluss (118) die Ausgangsspannung (122) bereitzustellen, die gegenüber der an dem ersten Anschluss (116) anliegenden Eingangsspannung (105) erhöht ist.
Vorrichtung (102) gemäß Anspruch 8, bei der die Steuereinrichtung (145) ausgebildet ist, um das Verstärkersignal (120) auszugeben, wenn die Eingangsspannung (105) einen definierten Voltmindestgrenzwert aufweist oder unterschreitet.
Vorrichtung (102) gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der die Steuereinrichtung (145) ausgebildet ist, um das Verstärkersignal (120) nicht auszugeben, wenn die Eingangsspannung (105) einen definierten Voltmindestgrenzwert überschreitet.
Vorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Gleichspannungswandler (111) ausgebildet ist, um ansprechend auf das Verstärkersignal (120) an dem zweiten Anschluss (118) die Ausgangsspannung (122) bereitzustellen, die mindestens 576 Volt aufweist.
Vorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit der Fahrzeugbatterie (114) und/oder Fahrzeugbrennstoffzelle (200), die ausgebildet ist, um eine Gleichspannung zwischen 500 bis 650 Volt bereitzustellen.
Elektrofahrzeug (100) mit einer Vorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
Verfahren (300) zum Betreiben einer Vorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (300) die folgenden Schritte umfasst: Erhöhen (305) einer an dem ersten Anschluss (116) anliegenden Eingangsspannung (105) ansprechend auf das Verstärkersignal (120), und Bereitstellen einer gegenüber der Eingangsspannung (105) erhöhten Ausgangsspannung (122) an dem zweiten Anschluss (118); und Umwandeln (310) einer an dem Wechselrichteranschluss (124) anliegenden Gleichspannung in eine Wechselspannung, und Bereitstellen der Wechselspannung an der Bestromungsschnittstelle (126).