-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung, die dazu ausgelegt ist, zum Laden der Batterie eines Fahrzeugs an Bord des Fahrzeugs zu sein.
-
STAND DER TECHNIK
-
In den vergangenen Jahren haben sich Technologien in Bezug auf elektrische oder hybride Fahrzeuge, die durch Elektrizität angetrieben werden, schnell entwickelt. Ein elektrisches oder ein hybrides Fahrzeug umfasst üblicherweise eine elektrische Maschine, die eine Drehkraft erzeugt, einen Inverter zum Steuern der elektrischen Maschine, eine Batterie zum Zuführen von Leistung zum Inverter und außerdem ein Getriebe zum Übertragen eines Drehmoments von der elektrischen Maschine an die Räder des Fahrzeugs. Eine Ladevorrichtung (auch als „Bordladegerät“ bekannt) ist üblicherweise zum Laden der Batterie des Fahrzeugs von einer externen Quelle von elektrischer Energie an Bord des Fahrzeugs.
-
Die Batterie eines Fahrzeugs kann durch ein elektrisches Wechselstromnetz geladen werden, wobei die Ladevorrichtung zum Laden der Batterie einen Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandelt. Es ist auch bekannt, die Batterie von einer Ladestation, insbesondere einer Gleichstromladestation, die einen Gleichstrom zur Batterie zuführt, zu laden. Jedoch kann es sein, dass die Spannung der Gleichstromladestation nicht an die Spannung der Batterie angepasst ist. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die Gleichstromladestation eine Nennspannung von 400 V aufweist, während die Batterie eine maximale Spannung von 800 V aufweist. In diesem Fall ist es bekannt, einen Gleichstrom-Gleichstrom-Boost-Wandler zum Verstärken der 400-V-Spannung der Gleichstromladestation auf 800 V zu verwenden, um ein schnelles Laden der 800-V-Batterie zu ermöglichen.
-
Jedoch kann der Umstand, eine elektronische Vorrichtung für die Wechselstromladung und eine andere elektronische Vorrichtung für die Gleichstromladung im Fahrzeug zu haben, die Montage von Teilen im Fahrzeug erschweren und das Gewicht des Fahrzeugs erhöhen. Hingegen ist eine vereinfachte Montage für die industrielle Fertigung des Fahrzeugs vorteilhaft und ist ein reduziertes Gewicht für den Energieverbrauch des Fahrzeugs wichtig.
-
Deshalb besteht eine Notwendigkeit, sowohl eine Wechselstrom- als auch eine Gleichstromladung der Batterie eines Fahrzeugs auf eine Weise zu ermöglichen, die im Fahrzeug nicht umständlich ist, wobei die Auswirkungen auf das Gewicht begrenzt sind. Dies wird durch die Erfindung wie nachstehend offenbart erreicht.
-
KURZDARSTELLUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung, die dazu ausgelegt ist, zum Laden der Batterie eines Fahrzeugs von einer Quelle von elektrischer Energie, insbesondere von einer äußeren Quelle von elektrischer Energie, an Bord des Fahrzeugs zu sein, umfassend:
- - eine elektronische Schaltung, die zum Ermöglichen einer Wechselstrom- und einer Gleichstromladung der Batterie ausgelegt ist,
- - ein Gehäuse, das die elektronische Schaltung aufnimmt, und
- - eine erste Schalteranordnung, die innerhalb des Gehäuses eingeschlossen ist und ein Umschalten zwischen einer Wechselstromladung und einer Gleichstromladung der Batterie ermöglicht.
-
Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung kann sowohl bei der Wechselstromladung als auch der Gleichstromladung verwendet werden. Es ist nicht erforderlich, eine dedizierte elektrische Vorrichtung für jede der Wechselstrom- und Gleichstromladungen bereitzustellen. Deshalb kann das Ermöglichen von sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromladungen der Batterie unter Verwendung von weniger Platz im Fahrzeug mit weniger Gewicht erreicht werden. Außerdem ist es durch das Integrieren der ersten Schalteranordnung in die Ladevorrichtung nicht erforderlich, diese außerhalb der Ladevorrichtung zu planen, was die Montage von Teilen im Fahrzeug vereinfacht.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse einen Wechselstromanschlussstecker, der mit einer Wechselstromquelle verbunden werden soll, und einen Gleichstromanschlussstecker, der mit einer Gleichstromquelle verbunden werden soll,
wobei die erste Schalteranordnung den Gleichstromanschlussstecker mit der elektronischen Schaltung der Ladevorrichtung verbindet, wenn eine Gleichstromladung ausgeführt wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladevorrichtung elektrische Leiter, die jeweils zwischen einer Phase oder einem Neutralleiter des Wechselstromanschlusssteckers und einem Anschluss der elektronischen Schaltung verbunden sind,
wobei die erste Schalteranordnung zumindest einen ersten Schalter, der zwischen einem positiven Stift des Gleichstromanschlusssteckers und einem ersten der Leiter verbunden ist, und zumindest einen zweiten Schalter, der zwischen einem negativen Stift des Gleichstromanschlusssteckers und einem zweiten der Leiter verbunden ist, umfasst.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Abschnitt der elektronischen Schaltung zur Verwendung sowohl bei der Wechselstromladung als auch bei der Gleichstromladung ausgelegt, um eine Energie von der Quelle elektrischer Energie zu empfangen und diese zur Zufuhr zur Batterie anzupassen.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Ladevorrichtung zum Erhöhen einer Gleichspannung, die zur Ladevorrichtung zugeführt wird, auf eine höhere Gleichspannung, die zur Batterie zugeführt werden soll, bei einer Gleichstromladung ausgelegt.
-
Gemäß einer Variante schließt die elektronische Schaltung eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung und einen isolierten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler ein, die zur Verwendung bei einer Wechselstromladung der Batterie ausgelegt sind, und die Leistungsfaktorkorrekturschaltung ist zum Ausführen der Erhöhung der Gleichspannung, die zur Ladevorrichtung zugeführt wird, ausgelegt.
-
Gemäß einer Variante umfasst die Ladevorrichtung ferner eine zweite Schalteranordnung, die innerhalb des Gehäuses eingeschlossen und zum Kurzschließen des isolierten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers, wenn eine Gleichstromladung ausgeführt wird, ausgelegt ist.
-
Gemäß einer Variante ist der isolierte Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler ein Resonanzwandler, insbesondere ein CLLC-Resonanzwandler.
-
Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
In den beigefügten Zeichnungen gilt:
- - 1 zeigt ein Beispiel der Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- - 2 stellt ein Beispiel der Ladevorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Das Beispiel einer Ladevorrichtung 100, die in 1 gezeigt ist, umfasst eine elektronische Schaltung 110, die eine Wechselstrom- oder eine Gleichstromladung einer Batterie eines Fahrzeugs, in dem die Ladevorrichtung 100 befestigt ist, ermöglicht. Insbesondere schließt die elektronische Schaltung eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung oder PFC 112 und einen isolierten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 114, der am Ausgang der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 112 verbunden ist, ein. Die elektronische Schaltung 110 kann außerdem eine erste Filterschaltung 116, die am Eingang der PFC 112 verbunden ist, und eine zweite Filterschaltung 118, die am Ausgang des isolierten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 114 verbunden ist, umfassen. Insbesondere kann der isolierte Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler ein Gleichstrom-Gleichstrom-Resonanzwandler, insbesondere ein CLLC-Gleichstrom-Gleichstrom-Resonanzwandler, sein.
-
Die Ladevorrichtung 100 schließt ferner ein Gehäuse 120 ein, das die elektronische Schaltung 110 aufnimmt. Insbesondere schließen die Wände des Gehäuses 120 einen Raum ab, in dem sich die elektronische Schaltung 110 befindet, insbesondere für eine Handhabung der Ladevorrichtung 100 als eine Komponente, die im Fahrzeug befestigt werden soll.
-
Die Ladevorrichtung 100 schließt eine erste Schalteranordnung 141 ein, die innerhalb des Gehäuses 120 eingeschlossen ist. Die erste Schalteranordnung 141 ermöglicht ein Umschalten zwischen einer Wechselstromladung und einer Gleichstromladung der Batterie, die mit der Ladevorrichtung 100 verbunden ist. Die Ladevorrichtung 100 kann deshalb sowohl bei der Wechselstromladung als auch der Gleichstromladung verwendet werden und integriert selbst die erste Schalteranordnung 141 zum Umschalten zwischen den Wechselstrom- und den Gleichstromlademodi.
-
Insbesondere umfasst das Gehäuse 120 einen Wechselstromanschlussstecker 132, der mit einer Wechselstromquelle verbunden werden soll, und einen Gleichstromanschlussstecker 134, der mit einer Gleichstromquelle verbunden werden soll. Eine Wechselstromquelle könnte ein beliebiges elektrisches Netz, dass eine elektrische Wechselstromenergie, zum Beispiel von außerhalb des Fahrzeugs, bereitstellt, wie zum Beispiel ein Haushaltsstromnetz, sein. Eine Gleichstromquelle könnte eine beliebige elektrische Versorgung, die eine elektrische Gleichstromenergie, zum Beispiel von außerhalb des Fahrzeugs, bereitstellt, wie zum Beispiel eine Gleichstromladestation, sein. Das Gehäuse 120 kann außerdem einen Batterieanschlussstecker 136 umfassen, der mit der Batterie des Fahrzeugs verbunden werden soll. Es ist anzumerken, dass der Wechselstromanschlussstecker 132 eine erste elektrische Schnittstelle des Gehäuses 120 bildet; der Gleichstromanschlussstecker 134 eine zweite elektrische Schnittstelle des Gehäuses 120 bildet und der Batterieanschlussstecker 136 eine dritte elektrische Schnittstelle des Gehäuses 120 bildet.
-
Insbesondere, wenn eine Gleichstromladung ausgeführt wird, verbindet die erste Schalteranordnung 141 den Gleichstromanschlussstecker 134 mit der elektronischen Schaltung 110 der Ladevorrichtung 100. Insbesondere sind elektrische Leiter 151-154 jeweils zwischen einer Phase L1-L3 oder einem Neutralleiter N des Wechselstromanschlusssteckers 132 und einem Anschluss der elektronischen Schaltung 110 verbunden. Insbesondere sind die elektrischen Leiter 151-154 mit einem Anschluss der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 112 zum Zuführen ihres Signals zur Leistungsfaktorkorrekturschaltung verbunden. Die Leiter können über die erste Filterschaltung 116 mit der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 112 verbunden werden.
-
In dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst die erste Schalteranordnung 141 einen ersten Schalter, der zwischen einem positiven Stift DC+ des Gleichstromanschlusssteckers 134 und einem ersten 151 der elektrischen Leiter verbunden ist. Ein zweiter Schalter ist zwischen einem negativen Stift DCdes Gleichstromanschlusssteckers 134 und einem zweiten 154 der elektrischen Leiter verbunden.
-
Wenn eine Wechselstromquelle mit dem Wechselstromanschlussstecker 132 verbunden ist, ist die erste Schalteranordnung 141 geöffnet. Konkret sind die Schalter der ersten Schalteranordnung 141 geöffnet. Die Ladevorrichtung 100 kann dann eine Wechselstromladung der Batterie, die mit ihrem Batterieanschlussstecker 136 verbunden ist, ausführen. Von dem Wechselstromanschlussstecker 132 fließt die elektrische Energie durch, und wird angepasst durch, die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 112 und den isolierten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 114, um der Batterie über den Batterieanschlussstecker 136 zugeführt zu werden.
-
Wenn eine Gleichstromquelle mit dem Gleichstromanschlussstecker 134 verbunden ist, ist die erste Schalteranordnung 141 geschlossen. Konkret sind die Schalter der ersten Schalteranordnung 141 geschlossen. Die Ladevorrichtung 100 kann dann eine Gleichstromladung der Batterie, die mit ihrem Batterieanschlussstecker 136 verbunden ist, ausführen. Von dem Gleichstromanschlussstecker 134 fließt die elektrische Energie durch, und wird angepasst durch, die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 112, um der Batterie über den Batterieanschlussstecker 136 zugeführt zu werden. In dem Beispiel von 1 fließt die elektrische Energie außerdem durch den isolierten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 114. Jedoch stellt der isolierte Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 114 bei der Gleichstromladung keine Verstärkung des elektrischen Signals, das durch die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 112 zugeführt wird, bereit. Deshalb, wie in dem Beispiel von 2 veranschaulicht, um unnötige Verluste in dem isolierten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 114 zu verhindern, kann die Ladevorrichtung 100 eine zweite Schalteranordnung 142a, 142b einschließen, die ein Umgehen des isolierten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 114 während der Gleichstromladung ermöglicht. Konkret ist die zweite Schalteranordnung 142a, 142b zum Kurzschließen des isolierten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 114, wenn eine Gleichstromladung ausgeführt wird, ausgelegt. Die zweite Schalteranordnung umfasst insbesondere einen ersten Schalter 142a, der zwischen einem High-Side-Eingang und einem High-Side-Ausgang des isolierten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 114 verbunden ist, und einen zweiten Schalter 142b, der zwischen einem Low-Side-Eingang und einem Low-Side-Ausgang des isolierten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 114 verbunden ist. Die zweite Schalteranordnung 142a,142b ist innerhalb des Gehäuses 120 eingeschlossen. Die Ladevorrichtung 100 von 2 ist ansonsten ähnlich wie die Ladevorrichtung von 1.
-
Die Ladevorrichtung 100 ist besonders vorteilhaft zum Ausführen einer Gleichstromladung von einer Gleichstromquelle, die eine Nennspannung aufweist, die kleiner als die maximale Spannung der Batterie ist. In einem solchen Fall erhöht die Ladevorrichtung 100 die Gleichspannung, die der Ladevorrichtung 100 über den Gleichstromanschlussstecker 134 zugeführt wird, auf eine höhere Gleichspannung, die zur Batterie zugeführt werden soll. Die Gleichstrom-Boost-Funktion kann durch die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 112 der Ladevorrichtung 100 ausgeführt werden. Zum Beispiel ist die Ladevorrichtung 100 mit einer 400-V-Gleichstromladestation und mit einer 800-V-Batterie des Fahrzeugs verbunden. Während der Gleichstromladung verstärkt die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 112 die Gleichspannung, die durch die 400-V-Gleichstromladestation zugeführt wird, zum Ermöglichen eines schnellen Ladens der 800-V-Batterie.
-
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die in den vorstehenden Absätzen beschriebenen spezifischen Beispiele beschränkt ist und dass eine Ladevorrichtung im Schutzumfang der Erfindung von einer oder einer Kombination der hierin beschriebenen Ausführungsformen oder Varianten erhalten werden kann.
