EP4140015A1 - Batterie-ladesystem sowie batterieeinrichtung - Google Patents

Batterie-ladesystem sowie batterieeinrichtung

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Publication number
EP4140015A1
EP4140015A1 EP21720426.2A EP21720426A EP4140015A1 EP 4140015 A1 EP4140015 A1 EP 4140015A1 EP 21720426 A EP21720426 A EP 21720426A EP 4140015 A1 EP4140015 A1 EP 4140015A1
Authority
EP
European Patent Office
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battery
charging system
charging
battery charging
primary side
Prior art date
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Pending
Application number
EP21720426.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Fischer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4140015A1 publication Critical patent/EP4140015A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H—ELECTRICITY
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H02J7/00034—Charger exchanging data with an electronic device, i.e. telephone, whose internal battery is under charge
    • H—ELECTRICITY
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a battery charging system.
  • the invention further relates to a battery device for a battery charging system.
  • Known battery chargers usually include an AC-DC stage and a galvanically isolated DC-DC stage.
  • the DC-DC stage can be divided into a primary side and a secondary side due to the galvanic isolation.
  • the AC-DC stage rectifies the AC voltage drawn from the supply network (energy extraction) into a DC voltage.
  • the following DC-DC stage generates a voltage required or suitable for the battery from the rectified AC voltage.
  • the battery usually includes a battery management system, which is used to protect and monitor the battery, for example in order to boost currents that are too high or to avoid the like when charging the battery.
  • a battery management system which is used to protect and monitor the battery, for example in order to boost currents that are too high or to avoid the like when charging the battery.
  • Both the battery management system and the secondary side of the charger partially have the same functionalities.
  • the present invention provides a battery charging system comprising a charging device for connection to an electrical power supply, the charging device comprising a primary device which forms a primary side to a secondary side, the primary device being formed is to prepare the voltage provided by an electrical power supply, and a battery device, which has a battery and a secondary device, wherein the secondary device forms a secondary side to the primary side of the charging device, and which is connected to the primary side for the transmission of electrical energy and from this is galvanically separated.
  • the present invention provides a battery device for a battery charging system according to one of claims 1-9, comprising a battery and a secondary device, the secondary device forming a secondary side to a primary side of a charging device of the battery charging system , and which can be connected to the primary side for the transmission of electrical energy in a galvanically separated manner.
  • One of the advantages achieved in this way is that the installation space required can be reduced overall: For example, the number of electrical components required can be reduced, as can the conductor area and the housing area or volume, without restricting the functionality as a whole. Another advantage is that it can also reduce the overall power loss.
  • the charging device comprises a rectifier, a power factor correction device, a line filter, and / or an EMC filter.
  • the charging device can be adapted or connected to a wide variety of electrical energy supply networks in a simple manner.
  • the battery device is connected to the charging device via a galvanically separated data connection.
  • data can be transmitted from the charging device to the battery device, which data can then be used by the battery device for optimal charging the battery.
  • the connection can be galvanically separated, for example capacitive or optical, or wireless.
  • the data connection is bidirectional. This increases flexibility: the battery device can then provide the charging device with data on the charging process, etc., which the charging device can use to control its components, for example power factor correction or the like. Overall, this improves the reliability of charging the battery.
  • the battery device has a regulating device for regulating the energy consumption and / or energy output of the battery. This enables efficient charging and discharging of the battery.
  • control device is connected to the charging device for exchanging data for controlling the energy consumption of the battery. This enables particularly efficient charging of the battery.
  • the secondary device comprises a microcontroller.
  • the advantage of this is a simple, space-saving integration of the secondary side.
  • the charging device has an output unit which is connected to the secondary device in the battery device.
  • the advantage of this is greater flexibility. In this way, additional functions or controls for providing the electrical energy for the battery can be implemented in the charger.
  • the output unit has a DC voltage converter.
  • the advantage of this is that a suitable voltage for the battery can be provided by the charging device.
  • Figure 1 shows a battery charging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a battery charging system 1 in schematic form.
  • the battery charging system 1 comprises a charging device 2 and, galvanically separated therefrom, a battery device 3 with a battery 3 a.
  • the battery device 3 further comprises a secondary device 3b, which acts as a secondary side to a primary side device 2a of the charging device 2 and a control device 6.
  • the control device 6 is used to control the current and voltage of the battery, i.e. either the respective current or the voltage for Charging of the battery or delivery of stored electrical energy when connecting a consumer to the battery device 3.
  • the battery device 3, more precisely the secondary device 3b comprises an interface, for example an optical or capacitive interface or the like, for bidirectional data transmission with a Interface 2c of the charging device 2.
  • the secondary device 3b of the battery device 3 also has the task of converting the voltage or current provided by an additional output unit 2b of the charging device 2 into a direct voltage or direct current.
  • the additional output unit 2b of the charging device 2 can, for example, be implemented as a DC-DC converter without a secondary side in the charging device.
  • the primary device 2a in the charging device 2 can include, for example, a rectifier, a power factor correction device, a line filter, and / or an EMC filter.
  • At least one of the embodiments of the invention has at least one of the following advantages:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batterie-Ladesystem, umfassend eine Ladeeinrichtung zum Anschluss an eine elektrische Energieversorgung, wobei die Ladeeinrichtung eine Primäreinrichtung umfasst, die eine Primärseite zu einer Sekundärseite bildet, wobei die Primäreinrichtung ausgebildet ist, die von einer elektrischen Energieversorgung bereitgestellte Spannung aufzubereiten, und eine Batterieeinrichtung, die eine Batterie und eine Sekundäreinrichtung aufweist, wobei die Sekundäreinrichtung eine Sekundärseite zur Primärseite der Ladeeinrichtung bildet, und die mit der Primärseite zur Übertragung von elektrischer Energie verbunden ist und von dieser galvanisch getrennt ist.

Description

Batterie-Ladesystem sowie Batterieeinrichtung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Batterie-Ladesystem.
Die Erfindung betrifft weiter eine Batterieeinrichtung für ein Batterie-Ladesystem.
Stand der Technik
Bekannte Batterie-Ladegeräte umfassen üblicherweise eine AC-DC-Stufe sowie eine galvanisch getrennte DC-DC-Stufe. Die DC-DC-Stufe kann auf Grund der galvani schen Trennung in eine Primärseite und eine Sekundärseite unterteilt werden. Hierbei übernimmt die AC-DC-Stufe die Gleichrichtung der aus dem Versorgungsnetz bezo genen Wechselspannung (Energieentnahme) in eine Gleichspannung. Die nachfol gende DC-DC-Stufe erzeugt aus der gleichgerichteten Wechselspannung eine für die Batterie benötigte oder geeignete Spannung.
Die Batterie umfasst üblicherweise ein Batteriemanagement-System, welches zum Schutz und zur Überwachung der Batterie dient, beispielsweise um zu große Strom stärken oder dergleichen beim Aufladen der Batterie zu vermeiden. Hierbei weisen sowohl das Batteriemanagement-System als auch die Sekundärseite des Ladegerä tes teilweise die gleichen Funktionalitäten auf.
Offenbarung der Erfindung
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Batterie-Ladesystem bereit, umfassend eine Ladeeinrichtung zum Anschluss an eine elektrische Energieversorgung, wobei die Ladeeinrichtung eine Primäreinrichtung umfasst, die eine Primär seite zu einer Sekundärseite bildet, wobei die Primäreinrichtung ausgebildet ist, die von einer elektrischen Energieversorgung bereitgestellte Spannung aufzubereiten, und eine Batterieeinrichtung, die eine Batterie und eine Sekundäreinrichtung auf weist, wobei die Sekundäreinrichtung eine Sekundärseite zur Primärseite der Ladeeinrichtung bildet, und die mit der Primärseite zur Übertragung von elektri scher Energie verbunden ist und von dieser galvanisch getrennt ist.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Batterieein richtung für ein Batterie-Ladesystem gemäß einem der Ansprüche 1-9 bereit, umfas send eine Batterie und eine Sekundäreinrichtung, wobei die Sekundäreinrichtung eine Sekundärseite zu einer Primärseite einer Ladeeinrichtung des Batterie-Ladesys- tems bildet, und die mit der Primärseite zur Übertragung von elektrischer Energie galvanisch getrennt verbindbar ist.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit der benötigte Bauraum insgesamt reduziert werden kann: So können beispielsweise die Anzahl der insgesamt nötigen elektrischen Bauelemente reduziert werden, ebenso wie Leiterfläche als auch Ge häusefläche beziehungsweise -volumen, ohne die Funktionalität insgesamt einzu schränken. Ein weiterer Vorteil ist, dass damit auch die Verlustleistung insgesamt re duziert werden kann.
Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Ladeeinrichtung einen Gleich richter, eine Leistungsfaktorkorrektureinrichtung, einen Netzfilter, und/oder einen EMV-Filter. Damit kann auf einfache Weise die Ladeeinrichtung an verschiedenste elektrische Energieversorgungsnetze angepasst beziehungsweise angeschlossen werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Batterieeinrichtung mit der Ladeeinrichtung über eine galvanisch getrennte Datenverbindung verbunden. Damit können Daten von der Ladeeinrichtung an die Batterieeinrichtung übertragen werden, die dann von der Batterieeinrichtung genutzt werden können, um ein optimales Laden der Batterie bereitzustellen. Die Verbindung kann dabei galvanisch getrennt, bei spielsweise auf kapazitivem oder optischem Weg, oder auch drahtlos erfolgen.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Datenverbindung bidirektio nal ausgebildet. Damit wird die Flexibilität erhöht: Die Batterieeinrichtung kann dann der Ladeeinrichtung Daten über den Ladevorgang etc. bereitstellen, welche wiede rum die Ladeeinrichtung zur Steuerung ihrer Komponenten, beispielsweise Leis tungsfaktorenkorrektur oder dergleichen nutzen kann. Insgesamt wird damit die Zu verlässigkeit des Ladens der Batterie verbessert.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Batterieeinrichtung eine Regeleinrichtung zur Regelung der Energieaufnahme und/oder Energieabgabe der Batterie auf. Damit wird ein effizientes Laden und Entladen der Batterie ermöglicht.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Regeleinrichtung mit der La deeinrichtung zum Austausch von Daten zur Regelung der Energieaufnahme der Bat terie verbunden. Damit wird ein besonders effizientes Laden der Batterie ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Sekundäreinrichtung einen Mikrocontroller. Vorteil hiervon ist eine einfache, platzsparende Integration der Sekundärseite möglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Ladeeinrichtung eine Ausgabeeinheit auf, die mit der Sekundäreinrichtung in der Batterieeinrichtung ver bunden ist. Vorteil hiervon ist eine höhere Flexibilität. So können im Ladegerät weitere Funktionen oder Steuerungen zur Bereitstellung der elektrischen Energie für die Bat terie implementiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Ausgabeeinheit einen Gleichspannungswandler auf. Vorteil hiervon ist, dass eine geeignete Spannung für die Batterie durch die Ladeeinrichtung bereitgestellt werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unter- ansprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung an hand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläu ternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich nungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Dabei zeigt in schematischer Form
Figur 1 ein Batterie-Ladesystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Im Detail zeigt Figur 1 in schematischer Form ein Batterie-Ladesystem 1. Das Batte- rie-Ladesystem 1 umfasst eine Ladeeinrichtung 2 und hiervon galvanisch getrennt eine Batterieeinrichtung 3 mit einer Batterie 3a. Die Batterieeinrichtung 3 umfasst wei ter eine Sekundäreinrichtung 3b, die als Sekundärseite zu einer Primärseiteneinrich tung 2a der Ladeeinrichtung 2 fungiert und eine Regeleinrichtung 6. Die Regeleinrich tung 6 dient zur Regelung von Strom und Spannung der Batterie, also entweder des jeweiligen Stroms beziehungsweise der Spannung zur Aufladung der Batterie oder bei einem Abgeben von gespeicherter elektrischer Energie beim Anschluss eines Verbrauchers an die Batterieeinrichtung 3. Weiterhin umfasst die Batterieeinrichtung 3, genauer die Sekundäreinrichtung 3b, eine Schnittstelle, beispielsweise eine opti sche oder kapazitive Schnittstelle oder dergleichen, zur bidirektionalen Datenübertra gung mit einer Schnittstelle 2c der Ladeeinrichtung 2. Mittels der Regeleinrichtung 6 und mit den Daten, die von der Ladeeinrichtung 2 bereitgestellt werden, kann ein entsprechender Regelkreis zum optimalen Aufladen der Batterie implementiert wer den.
Weiter hat die Sekundäreinrichtung 3b der Batterieeinrichtung 3 die Aufgabe, die von einer zusätzlichen Ausgabeeinheit 2b der Ladeeinrichtung 2 bereitgestellten Span nung beziehungsweise Strom in eine Gleichspannung beziehungsweise Gleichstrom umzuwandeln. Die zusätzliche Ausgabeeinheit 2b der Ladeeinrichtung 2 kann bei spielsweise als DC-DC-Wandler ohne Sekundärseite in der Ladeeinrichtung imple mentiert werden.
Die Primäreinrichtung 2a in der Ladeeinrichtung 2 kann beispielsweise einen Gleich richter, eine Leistungsfaktorkorrektureinrichtung, einen Netzfilter, und/oder einen EMV-Filter umfassen.
Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsformen der Erfindung zu mindest einen der folgenden Vorteile auf:
- Weniger Bauraum
- Weniger benötigte elektrische beziehungsweise elektronische Bauteile
- Reduzierung von Leiterfläche, Gehäusefläche und -volumen
- Reduzierung der Verlustleistung
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele be schrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modi fizierbar.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Batterie-Ladesystem (1), umfassend eine Ladeeinrichtung (2) zum Anschluss an eine elektrische Energieversorgung, wo bei die Ladeeinrichtung (2) eine Primäreinrichtung (2a) umfasst, die eine Primärseite zu einer Sekundärseite bildet, wobei die Primäreinrichtung (2a) ausgebildet ist, die von einer elektrischen Energieversorgung bereitgestellte Spannung aufzubereiten, und eine Batterieeinrichtung (3), die eine Batterie und eine Sekundäreinrichtung (3b) auf weist, wobei die Sekundäreinrichtung (3b) eine Sekundärseite zur Primärseite der Ladeeinrichtung (2) bildet, und die mit der Primärseite zur Übertragung von elektri scher Energie verbunden ist und von dieser galvanisch getrennt ist.
2. Batterie-Ladesystem gemäß Anspruch 1 , wobei die Ladeeinrichtung (2) einen Gleichrichter, eine Leistungsfaktorkorrektureinrichtung, einen Netzfilter, und/oder ei nen EMV-Filter umfasst.
3. Batterie-Ladesystem gemäß einem der Ansprüche 1-2, wobei die Batterieein richtung (3) mit der Ladeeinrichtung (2) über eine galvanisch getrennte Datenverbin dung (5) verbunden ist.
4. Batterie-Ladesystem gemäß Anspruch 3, wobei die Datenverbindung (5) bidi rektional ausgebildet ist.
5. Batterie-Ladesystem gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei die Batterieein richtung (3) eine Regeleinrichtung (6) zur Regelung der Energieaufnahme und/oder Energieabgabe der Batterie (3a) aufweist.
6. Batterieladesystem gemäß Anspruch 3 und 5, wobei die Regeleinrichtung mit der Ladeeinrichtung (2) zum Austausch von Daten zur Regelung der Energieauf nahme der Batterie (3a) verbunden ist.
7. Batterie-Ladesystem gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei die Sekundä reinrichtung (3b) einen Mikrocontroller umfasst.
8. Batterie-Ladesystem gemäß einem der Ansprüche 1-7, wobei die Ladeeinrich tung (2) eine Ausgabeeinheit (2c) aufweist, die mit der Sekundäreinrichtung (3b) in der Batterieeinrichtung (3) verbunden ist.
9. Batterie-Ladesystem gemäß Anspruch 8, wobei die Ausgabeeinheit (2c) einen
Gleichspannungswandler aufweist.
10. Batterieeinrichtung (3) für ein Batterie-Ladesystem (1) gemäß einem der An sprüche 1-9, umfassend eine Batterie (3a) und eine Sekundäreinrichtung (3b), wobei die Sekundäreinrichtung (3b) eine Sekundärseite zu einer Primärseite einer Ladeein richtung (2) des Batterie-Ladesystems (1) bildet, und die mit der Primärseite zur Über tragung von elektrischer Energie galvanisch getrennt verbindbar ist.
11. Batterieeinrichtung gemäß Anspruch 10, wobei eine Regeleinrichtung (6) zur Regelung der Energieaufnahme und/oder Energieabgabe der Batterie (3a) angeord net ist.
12. Batterieeinrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Regeleinrichtung (6) zu mindest eine Schnittstelle (3c) zum Empfang und/oder Senden von Daten aufweist.
EP21720426.2A 2020-04-23 2021-04-19 Batterie-ladesystem sowie batterieeinrichtung Pending EP4140015A1 (de)

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