EP4504554A1 - Ladeschaltung und verfahren zum aufladen einer traktionsbatterie, elektrofahrzeug - Google Patents

Ladeschaltung und verfahren zum aufladen einer traktionsbatterie, elektrofahrzeug

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EP4504554A1
EP4504554A1 EP23707722.7A EP23707722A EP4504554A1 EP 4504554 A1 EP4504554 A1 EP 4504554A1 EP 23707722 A EP23707722 A EP 23707722A EP 4504554 A1 EP4504554 A1 EP 4504554A1
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EP
European Patent Office
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frequency
alternating voltage
charging
charging circuit
input terminal
Prior art date
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Application number
EP23707722.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gholamabas Esteghlal
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J2207/00—Details of circuit arrangements for charging or discharging batteries or supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Definitions

  • the present invention relates to a charging circuit and a method for charging a traction battery.
  • the present invention further relates to an electric vehicle with such a charging circuit.
  • Vehicles that are fully or at least partially electrically powered have an electrical energy storage system, also known as a traction battery.
  • This traction battery can provide electrical energy to drive the vehicle.
  • a traction battery can also be charged from an external energy source.
  • Charging can generally be done using direct voltage (DC) or alternating voltage (AC). If charging takes place using a single- or multi-phase alternating voltage, a charging circuit is required which converts the alternating voltage into a direct voltage and, if necessary, adjusts the voltage level. Particularly if the alternating voltage is provided by an electrical energy supply network, specified framework conditions for the influence on the energy supply network must be taken into account when charging the traction battery.
  • the publication DE 10 2009 050 042 A1 describes a charging station for electric vehicles.
  • Grid stabilization is proposed here.
  • grid stabilization should be achieved by determining a grid frequency and controlling the load depending on the determined grid frequency.
  • the present invention provides a charging circuit and a method for charging a traction battery and an electric vehicle with the features of the independent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • a charging circuit for charging a traction battery with a detector device and a control device.
  • the detector device is designed to determine a frequency of an alternating voltage present at an input terminal of the charging circuit.
  • the control device is designed to adjust at least one of the operating characteristics of the charging circuit using the detected frequency of the alternating voltage at the input terminal.
  • the detector device is further designed to determine the frequency of the alternating voltage at the input connection using an initial starting value.
  • the detector device includes a non-volatile memory. This non-volatile memory is designed to store a frequency of the alternating voltage at the input terminal detected by the detector device. Furthermore, the memory is designed to provide the stored value of the detected frequency as an initial value for determining the network frequency.
  • a method of charging a traction battery includes a step for determining a frequency of an alternating voltage present at an input terminal.
  • the frequency of the AC voltage at the input terminal is determined using a provided initial starting value.
  • the initial starting value can be a non-volatile Storage is provided.
  • the method further comprises a step for providing at least one operating characteristic of a charging circuit for charging the traction battery.
  • the at least one operating characteristic is set using the detected frequency of the alternating voltage at the input connection.
  • the method further includes a step for storing the determined frequency of the alternating voltage present at the input terminal in the non-volatile memory.
  • the value of the determined frequency stored in this way in the non-volatile memory thus serves as a future initial starting value for a further determination of the frequency of the alternating voltage at the input connection at a later point in time.
  • the present invention is based on the knowledge that, in order to operate a charging circuit for charging a traction battery using alternating voltage from a power supply network, it may be necessary to know the network frequency, that is, the frequency of the alternating voltage provided by the power supply network.
  • the operating behavior of the charging circuit can be controlled or regulated based on this network frequency. This makes it possible, for example, to minimize repercussions of the charging circuit in the energy supply network while charging the traction battery.
  • the determined network frequency can be used, for example, to control the operating behavior of the charging circuit, which converts an alternating electrical voltage from a power supply network into a direct voltage for charging the traction battery.
  • the determined network frequency can be used to adjust a phase shift between an electrical current and an electrical voltage. This allows the reactive power share to be adjusted.
  • the operating behavior of the charging circuit can be adjusted in such a way that the reactive power component is minimized and thus a phase shift between electrical current and electrical voltage is minimized.
  • the charging circuit presents itself as an at least approximately ohmic consumer compared to the connected energy supply network.
  • the detector device for determining the frequency at the input terminal of the charging circuit comprises a proportional integral controller (PI controller).
  • PI controller can be designed to determine the frequency of the AC voltage at the input terminal using a comparison of the initial value for determining the grid frequency with a controlled variable.
  • the initial starting value for determining the network frequency can be viewed as a type of pre-control value.
  • the charging circuit comprises a position determining device.
  • the position determination device is designed to determine a geographical position.
  • a position can be determined using a satellite-based navigation system, such as GPS, Galileo or similar.
  • the detector device can thus carry out the determination of the frequency of the alternating voltage at the input terminal using the determined geographical position.
  • the detector device is designed to store a current value of the frequency of the alternating voltage at the input terminal as a new initial value in a non-volatile memory if a predetermined storage condition is met.
  • a predetermined storage condition can, for example, include a condition that the determined network frequency is within a predetermined value range over a predetermined period of time. In this way a new initial Size for a starting value for determining the network frequency can be stored in the non-volatile memory if a stable frequency has been determined while determining the currently valid network frequency.
  • control device is designed to adjust a phase shift between current and voltage using the detected frequency of the alternating voltage at the input terminal.
  • a phase shift between current and voltage can be minimized.
  • a reactive power component can be minimized, so that essentially only active power is drawn from the charging circuit.
  • FIG. 1 a schematic diagram to illustrate the charging of the traction battery of an electric vehicle with a charging circuit according to an embodiment
  • Fig. 3 a flowchart as underlying a method for charging a traction battery according to an embodiment. Description of embodiments
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a diagram to illustrate a charging process for charging a traction battery 20 in an electric vehicle 1.
  • the electric vehicle 1 can be parked at a charging station 2.
  • the charging station 2 can then be electrically connected to a charging circuit 10 of the electric vehicle 1. Electrical energy can then be provided from a power supply network 3 via the charging station 2 to the charging circuit 10 of the vehicle 1. If an electrical single- or multi-phase alternating voltage is provided by the charging station 2, this alternating voltage can be converted into a direct voltage by the charging circuit 10.
  • the voltage level of the direct voltage provided by the charging circuit 10 can be adjusted in such a way that it is suitable for charging the traction battery 20.
  • the traction battery 20 in the vehicle For charging the traction battery 20 in the vehicle 1, it is desirable that, if possible, only active power is transmitted from the charging station 2 to the electric vehicle 1. In order to keep the reactive power component as low as possible, electrical current and electrical voltage should be at least approximately in phase. In order to achieve such operating behavior, it may be necessary for the basic electrical frequency of the alternating voltage provided by the charging station 2 to be known or determined in the charging circuit 10. In this case, it is desirable to determine the fundamental frequency of the alternating voltage provided as quickly as possible. For such a determination of the fundamental frequency of an alternating voltage, it is advantageous to begin the determination of the fundamental frequency from an initial starting value which is as close as possible to the fundamental frequency of the alternating voltage.
  • the charging circuit 10 can be used to determine the fundamental frequency provided at an input terminal AC voltage adjust the value of the initial frequency to determine the mains frequency.
  • FIG. 2 shows a block diagram on the basis of a charging circuit 10 according to one embodiment.
  • An alternating electrical voltage can be provided at an input connection E.
  • This can be, for example, a single- or multi-phase electrical alternating voltage, as provided by a charging station 2.
  • This electrical alternating voltage provided at the input connection E can be converted by means of a voltage converter 19 into a direct voltage which is suitable for charging a traction battery 20 of the vehicle.
  • the voltage converter 19 can be controlled accordingly by a control device 15.
  • the voltage converter 19 should be controlled, among other things, in such a way that the phase difference between the electrical voltage and the electrical current of the electrical power flowing into the voltage converter 19 is as small as possible. In this way, the reactive power component can be minimized.
  • a detector device 12 can be provided in the charging circuit 10, which determines the fundamental frequency of the alternating voltage provided at the input connection E.
  • An initial starting value can be used to determine the electrical frequency of the alternating voltage provided at the input connection E.
  • the initial starting value can preferably be a value that comes as close as possible to the frequency of the alternating voltage to be analyzed. Since conventional approaches for determining the fundamental frequency of an alternating voltage using an initial starting value already exist, these will not be explained in more detail here. However, in order to take into account the fact that different energy supply networks with different basic frequencies exist worldwide, the initial starting value for determining the network frequency can be adjusted. For this purpose, for example, a previously determined value for the basic frequency of the alternating voltage provided at the input connection E can be used as the initial one Starting value is stored in a non-volatile memory 13. This stored value can be read out of the non-volatile memory 13 for a new determination of the frequency of the alternating voltage at the input connection E and used as a new initial starting value.
  • a suitable initial starting value is used as long as the vehicle 1 with the charging circuit 10 described is in an area with a corresponding network frequency. If such a vehicle is connected to an alternating electrical voltage with a different electrical frequency for the first time, a new initial value can be stored in the non-volatile memory 13 after a corresponding detection of the different frequency. The new initial value for determining the frequency of the alternating voltage is then available as a new starting value in the non-volatile memory 13. Accordingly, a suitable initial starting value can be used to determine the electrical frequency of the alternating voltage during further charging processes.
  • a corresponding position determination device 16 to determine a geographical position of the vehicle 1 with the charging circuit 10 described. Accordingly, the determined geographical position can also be taken into account in order to determine a suitable initial value for determining the frequency of an alternating voltage provided at the input connection E.
  • a position determination device 16 can be, for example, a satellite navigation system such as GPS, Galileo or similar.
  • any other position determination devices are also possible. Accordingly, it is possible to store several initial starting values with corresponding geographical positions in the non-volatile memory 13. Depending on the current geographical position, a suitable initial starting value for determining the frequency of the electrical alternating voltage at the input connection E can then be read out from the non-volatile memory 13 and used.
  • Frequency of the alternating voltage at the input connection E the determined value as a new initial value in the non-volatile memory 13.
  • an initial value for determining the frequency can only be stored in the non-volatile memory 13 if a predetermined period of time has passed since the last saving and/or the last determination of a value for the frequency of the alternating voltage at the input terminal E.
  • a new initial value can only be stored in the non-volatile memory 13 if further predetermined conditions are met for determining the current frequency.
  • a condition can, for example, include the condition that the determined frequency is within a predetermined value range, for example ⁇ a maximum of 1%, over a predetermined period of time.
  • the conditions for storing a new initial value in the non-volatile memory 13 can also take into account an amplitude or an effective value of the mains voltage.
  • a new initial value can only be stored in the non-volatile memory 13 if the value of the electrical voltage at the input terminal E is within a predetermined value range.
  • only those initial values for the frequency of an electrical voltage that meet predetermined conditions can be stored in the non-volatile memory 13.
  • several frequency ranges can be defined, which specify valid frequency ranges for network frequencies of energy supply networks. Such frequency ranges can include, for example, 50 Hz and 60 Hz, although tolerance ranges, for example ⁇ 1 Hz or the like, are also possible for such specific frequencies.
  • Figure 3 shows a flow chart as the basis for a method for charging a traction battery in an electric vehicle 1.
  • the method can include any steps that were previously used in connection with an electric vehicle 1 or a charging circuit Charging the traction battery 20 have been described.
  • the previously described charging circuit 10 for charging the traction battery 20 can also include any components, as described below in connection with the method.
  • step S1 a frequency of an alternating voltage present at an input terminal E is determined.
  • the frequency of the alternating voltage at the input connection E is determined in particular using an initial starting value provided. This initial starting value can be stored in a non-volatile memory 13 and made available to determine the frequency.
  • step S2 an operating characteristic for charging the traction battery 20 is set using the detected frequency of the alternating voltage at the input terminal E.
  • setting such an operating characteristic can include driving a voltage converter 19.
  • the voltage converter 19 can be controlled in such a way that a phase difference between electrical current and electrical voltage at the input connection E is minimized. In this way, a reactive power component can be minimized. This can ensure that the highest possible active power share is obtained for charging the traction battery 20.
  • the method can include a step S3 for storing the determined frequency of the alternating voltage present at the input terminal E in a non-volatile memory 13.
  • the value stored in this way can be used as a new initial starting value for further detecting the frequency of the alternating voltage at the input terminal E.
  • the present invention relates to charging a traction battery using alternating voltage, with a frequency of the alternating voltage used for this being taken into account during charging.
  • An initial starting value can be used to determine the frequency of the alternating voltage.
  • This initial starting value can be provided by non-volatile memory.
  • the initial starting value can be in the non-volatile memory can be adjusted if the frequency of the alternating voltage is detected to produce a value that deviates from this.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft das Aufladen einer Traktionsbatterie mittels Wechselspannung, wobei bei dem Aufladen eine Frequenz der hierfür verwendeten Wechselspannung berücksichtigt wird. Dabei kann für die Ermittlung der Frequenz der Wechselspannung ein initialer Startwert verwendet werden. Dieser initiale Startwert kann durch einen nichtflüchtigen Speicher bereitgestellt werden.

Description

Beschreibung
Titel
Ladeschaltung und Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie, Elektrofahrzeug
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeschaltung sowie ein Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Elektrofahrzeug mit einer solchen Ladeschaltung.
Stand der Technik
Ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge verfügen über einen elektrischen Energiespeicher, der auch als Traktionsbatterie bezeichnet wird. Diese Traktionsbatterie kann elektrische Energie zum Antrieb des Fahrzeugs bereitstellen. Darüber hinaus kann eine solche Traktionsbatterie auch von einer externen Energiequelle aufgeladen werden. Das Aufladen kann grundsätzlich mittels Gleichspannung (DC) oder Wechselspannung (AC) erfolgen. Erfolgt das Aufladen mittels einer ein- oder mehrphasigen Wechselspannung, so ist eine Ladeschaltung erforderlich, welche die Wechselspannung in eine Gleichspannung konvertiert und gegebenenfalls die Spannungshöhe anpasst. Insbesondere wenn die Wechselspannung von einem elektrischen Energieversorgungsnetz bereitgestellt wird, sind vorgegebene Rahmenbedingungen für den Einfluss auf das Energieversorgungsnetz während des Aufladens der Traktionsbatterie zu berücksichtigen.
Die Druckschrift DE 10 2009 050 042 Al beschreibt beispielsweise eine Ladestation für Elektrofahrzeuge. Hierbei wird eine Netzstabilisierung vorgeschlagen. Insbesondere soll die Netzstabilisierung dadurch erreicht werden, dass eine Netzfrequenz ermittelt wird und die Lastregelung in Abhängigkeit der ermittelten Netzfrequenz erfolgt.
Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung schafft eine Ladeschaltung sowie ein Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie und ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Ladeschaltung zum Aufladen einer Traktionsbatterie mit einer Detektoreinrichtung und einer Steuereinrichtung. Die Detektoreinrichtung ist dazu ausgelegt, eine Frequenz einer an einem Eingangsanschluss der Ladeschaltung anliegenden Wechselspannung zu ermitteln. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, mindestens eine der Betriebseigenschaften der Ladeschaltung unter Verwendung der detektierten Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss einzustellen. Die Detektoreinrichtung ist dabei ferner dazu ausgelegt, die Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss unter Verwendung eines initialen Startwerts zu ermitteln. Hierzu umfasst die Detektoreinrichtung einen nichtflüchtigen Speicher. Dieser nichtflüchtige Speicher ist dazu ausgelegt, eine von der Detektoreinrichtung detektierte Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss zu speichern. Ferner ist der Speicher dazu ausgelegt, den gespeicherten Wert der detektierten Frequenz als initialen Wert für eine Ermittlung der Netzfrequenz bereitzustellen.
Ferner ist vorgesehen:
Ein Elektrofahrzeug mit einer Traktionsbatterie und einer erfindungsgemäßen Ladeschaltung zum Aufladen der Traktionsbatterie.
Schließlich ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Ermitteln einer Frequenz einer an einem Eingangsanschluss anliegenden Wechselspannung. Die Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss wird unter Verwendung eines bereitgestellten initialen Startwerts ermittelt. Der initiale Startwert kann von einem nichtflüchtigen Speicher bereitgestellt werden. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt zum Bereitstellen mindestens einer Betriebseigenschaft einer Ladeschaltung zum Aufladen der Traktionsbatterie. Dabei wird die mindestens eine Betriebseigenschaft unter Verwendung der detektierten Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss eingestellt. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt zum Speichern der ermittelten Frequenz der an dem Eingangsanschluss anliegenden Wechselspannung in dem nichtflüchtigen Speicher. Der so gespeicherte Wert der ermittelten Frequenz in dem nichtflüchtigen Speicher dient somit als zukünftiger initialer Startwert für eine weitere Ermittlung der Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss zu einem späteren Zeitpunkt.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es für den Betrieb einer Ladeschaltung zum Aufladen einer Traktionsbatterie mittels Wechselspannung aus einem Energieversorgungsnetz erforderlich sein kann, die Netzfrequenz, das heißt die Frequenz der durch das Energieversorgungsnetz bereitgestellten Wechselspannung zu kennen. Auf Grundlage dieser Netzfrequenz kann das Betriebsverhalten der Ladeschaltung gesteuert oder geregelt werden. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, Rückwirkungen der Ladeschaltung in das Energieversorgungsnetz während des Aufladens der Traktionsbatterie zu minimieren.
Ferner ist es eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, dass nicht alle elektrischen Energieversorgungsnetze weltweit mit einer gleichen Netzfrequenz betrieben werden.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, die Ermittlung einer Netzfrequenz durch die Ladeschaltung eines Elektrofahrzeugs dadurch zu verbessern, dass die Ermittlung einer Netzfrequenz nicht von einem willkürlichen Startwert aus erfolgt, sondern als initialen Startwert zur Ermittlung der Netzfrequenz ein Wert einer zuvor ermittelten Netzfrequenz herangezogen wird. Auf diese Weise kann es erreicht werden, dass die Ermittlung der Netzfrequenz deutlich schneller konvertieren kann. Die ermittelte Netzfrequenz kann beispielsweise dazu genutzt werden, das Betriebsverhalten der Ladeschaltung zu steuern, welche eine elektrische Wechselspannung von einem Energieversorgungsnetz in eine Gleichspannung zum Aufladen der Traktionsbatterie konvertiert. Beispielsweise kann die ermittelte Netzfrequenz dazu genutzt werden, eine Phasenverschiebung zwischen einem elektrischen Strom und einer elektrischen Spannung anzupassen. Hierdurch kann der Blindleistungsanteil angepasst werden. Insbesondere kann auf Grundlage der ermittelten Netzfrequenz das Betriebsverhalten der Ladeschaltung derart angepasst werden, dass der Blindleistungsanteil minimiert wird und somit eine Phasenverschiebung zwischen elektrischem Strom und elektrischer Spannung minimiert wird. Auf diese Weise stellt sich die Ladeschaltung gegenüber dem angeschlossenen Energieversorgungsnetz als ein zumindest annähernd ohmscher Verbraucher dar.
Obwohl Energieversorgungsnetze in der Regel mit einer zumindest annähernd gleichen Netzfrequenz betrieben werden, ist es dennoch möglich, dass aufgrund regionaler Unterschiede ein Elektrofahrzeug an Energieversorgungsnetze mit unterschiedlichen Netzfrequenzen angeschlossen werden kann. Daher ist es möglich, dass die für eine Ladeschaltung zugrundeliegende Netzfrequenz sich zumindest gelegentlich ändern kann. Würde jedoch stets von einer gleichen fest vorgegebenen Netzfrequenz aus die Ermittlung der jeweils zugrundeliegenden Netzfrequenz gestartet werden, so würde dies insbesondere in Bereichen mit einer davon abweichenden Netzfrequenz dazu führen, dass das Ermitteln der Netzfrequenz hier stets signifikant länger dauern würde, bis die Netzfrequenz zuverlässig ermittelt worden ist.
Erfindungsgemäß ist es daher möglich, die initiale Netzfrequenz, welche der Ermittlung der jeweils aktuellen Netzfrequenz zugrunde liegt, anzupassen. Insbesondere kann jeweils stets die zuvor ermittelte Netzfrequenz als initiale Startgröße herangezogen werden. Somit kann jeweils solange eine sehr rasche Ermittlung der jeweiligen Netzfrequenz erfolgen, bis das Fahrzeug erstmalig in einer Region mit einer davon abweichenden Netzfrequenz aufgeladen werden soll. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Detektoreinrichtung zur Ermittlung der Frequenz am Eingangsanschluss der Ladeschaltung einen Proportional- Integral-Regler (PI-Regler). Der PI-Regler kann dazu ausgelegt sein, die Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss unter Verwendung eines Vergleichs des initialen Werts für die Ermittlung der Netzfrequenz mit einer Regelgröße zu ermitteln. Auf diese Weise kann der initiale Startwert für die Ermittlung der Netzfrequenz als eine Art Vorsteuerwert angesehen werden. Für die weitere Ermittlung der genauen Netzfrequenz ist es daraufhin lediglich erforderlich, eine Abweichung von dieser initialen Größe zu ermitteln. Entspricht die aktuelle Netzfrequenz dabei zumindest annähernd der jeweils aktuellen Netzfrequenz, so kann auf diese Weise eine sehr rasche Ermittlung der Netzfrequenz erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladeschaltung eine Positionsbestimmungseinrichtung. Die Positionsbestimmungseinrichtung ist dazu ausgelegt, eine geographische Position zu ermitteln. Beispielsweise kann eine Position mittels eines Sattelitengestützten Navigationssystem, wie zum Beispiels GPS, Galileo o.ä. ermittelt werden. Somit kann die Detektoreinrichtung die Ermittlung der Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss unter Verwendung der ermittelten geographischen Position ausführen. In diesem Fall ist es auch möglich, für unterschiedliche geographische Positionen jeweils korrespondierende Größen für einen initialen Startwert zur Bestimmung der Wechselspannung am Eingangsanschluss der Ladeschaltung abzulegen und für die Ermittlung der Netzfrequenz heranzuziehen. Somit kann auch bei einer regelmäßigen Nutzung von Ladepunkten mit unterschiedlicher Netzfrequenz jeweils sehr rasch eine Ermittlung der jeweils anliegenden Netzfrequenz erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Detektoreinrichtung dazu ausgelegt, einen aktuellen Wert der Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss als neuen initialen Wert in einem nichtflüchtigen Speicher abzuspeichern, falls eine vorgegebene Speicherbedingung erfüllt ist. Eine solche vorgegebene Speicherbedingung kann beispielsweise eine Bedingung umfassen, dass sich die ermittelte Netzfrequenz über eine vorgegebene Zeitdauer hinweg innerhalb eines vorgegebenen Wertebereiches befindet. Auf diese Weise kann eine neue initiale Größe für einen Startwert zur Ermittlung der Netzfrequenz in dem nichtflüchtigen Speicher abgelegt werden, wenn während des Ermittelns der jeweils aktuell gültigen Netzfrequenz eine stabile Frequenz ermittelt worden ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung unter Verwendung der detektierten Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss anzupassen. Insbesondere kann eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung hierbei minimiert werden. Auf diese Weise kann ein Blindleistungsanteil minimiert werden, sodass im Wesentlichen durch die Ladeschaltung nur Wirkleistung bezogen wird.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1: ein Prinzipschaubild zur Veranschaulichung des Aufladens der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mit einer Ladeschaltung gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 2: ein Blockschaubild einer Ladeschaltung gemäß einer Ausführungsform; und
Fig. 3: ein Ablaufdiagramm wie es einem Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaubilds zur Veranschaulichung eines Ladevorgangs zum Aufladen einer Traktionsbatterie 20 in einem Elektrofahrzeug 1. Zum Aufladen der Traktionsbatterie 20 kann das Elektrofahrzeug 1 an einer Ladestation 2 abgestellt werden. Daraufhin kann die Ladestation 2 elektrisch mit einer Ladeschaltung 10 des Elektrofahrzeugs 1 verbunden werden. Daraufhin kann elektrische Energie von einem Energieversorgungsnetz 3 über die Ladestation 2 an der Ladeschaltung 10 des Fahrzeugs 1 bereitgestellt werden. Wird von der Ladestation 2 eine elektrische ein- oder mehrphasige Wechselspannung bereitgestellt, so kann diese Wechselspannung von der Ladeschaltung 10 in eine Gleichspannung konvertiert werden. Ferner kann die Spannungshöhe der bereitgestellten Gleichspannung von der Ladeschaltung 10 in der Spannungshöhe derart angepasst werden, dass sie zum Aufladen der Traktionsbatterie 20 geeignet ist.
Für das Aufladen der Traktionsbatterie 20 in dem Fahrzeug 1 ist es dabei wünschenswert, dass möglichst ausschließlich Wirkleistung von der Ladestation 2 an das Elektrofahrzeug 1 übertragen wird. Um den Blindleistungsanteil möglichst gering zu halten, sollten daher elektrischer Strom und elektrische Spannung zumindest annähernd in Phase sein. Um ein solches Betriebsverhalten zu erreichen, kann es erforderlich sein, dass in der Ladeschaltung 10 die elektrische Grundfrequenz der von der Ladestation 2 bereitgestellten Wechselspannung bekannt ist bzw. ermittelt wird. In diesem Fall ist es wünschenswert, die Grundfrequenz der bereitgestellten Wechselspannung möglichst rasch zu ermitteln. Für eine solche Ermittlung der Grundfrequenz einer Wechselspannung ist es vorteilhaft, die Ermittlung der Grundfrequenz von einem initialen Startwert aus zu beginnen, welcher möglichst nahe an der Grundfrequenz der Wechselspannung liegt. Da jedoch weltweit verschiedene Energieversorgungsnetze mit zum Teil unterschiedlichen Grundfrequenzen existieren, kann kein einheitlicher initialer Startwert für die Ermittlung der Grundfrequenz bereitgestellt werden, welcher für alle Anwendungsfälle ein Optimum darstellt. Daher kann die Ladeschaltung 10 zur Ermittlung der Grundfrequenz einer an einem Eingangsanschluss bereitgestellten Wechselspannung den Wert der initialen Frequenz zur Ermittlung der Netzfrequenz anpassen.
Figur 2 zeigt ein Blockschaubild, wie es einer Ladeschaltung 10 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. An einem Eingangsanschluss E kann eine elektrische Wechselspannung bereitgestellt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine ein- oder mehrphasige elektrische Wechselspannung handeln, wie sie von einer Ladestation 2 bereitgestellt wird. Diese am Eingangsanschluss E bereitgestellte elektrische Wechselspannung kann mittels eines Spannungskonverters 19 in eine Gleichspannung konvertiert werden, die dazu geeignet ist, eine Traktionsbatterie 20 des Fahrzeugs aufzuladen. Dabei kann der Spannungskonverter 19 durch eine Steuereinrichtung 15 entsprechend angesteuert werden. Wie zuvor bereits angeführt, soll die Ansteuerung des Spannungskonverters 19 unter anderem derart erfolgen, dass ein möglichst geringer Phasenunterschied zwischen elektrischer Spannung und dem elektrischem Strom der in den Spannungskonverter 19 hineinfließenden elektrischen Leistung entsteht. Auf diese Weise kann der Blindleistungsanteil minimiert werden. Für eine derartige Steuerung kann die Kenntnis der jeweiligen Grundfrequenz der am Eingangsanschluss E bereitgestellten Wechselspannung erforderlich sein. Hierzu kann in der Ladeschaltung 10 eine Detektoreinrichtung 12 vorgesehen sein, welche die Grundfrequenz der am Eingangsanschluss E bereitgestellten Wechselspannung ermittelt. Dabei kann für die Ermittlung der elektrischen Frequenz der am Eingangsanschluss E bereitgestellten Wechselspannung ein initialer Startwert zugrunde gelegt werden.
Vorzugsweise kann es sich bei dem initialen Startwert um einen Wert handeln, welcher möglichst nahe an die Frequenz der zu analysierenden Wechselspannung herankommt. Da bereits konventionelle Ansätze zum Ermitteln der Grundfrequenz einer Wechselspannung unter Verwendung eines initialen Startwerts existieren, werden diese hier nicht näher erläutert. Um jedoch der Eigenschaft Rechnung zu tragen, dass weltweit verschiedene Energieversorgungsnetze mit unterschiedlichen Grundfrequenzen existieren, kann der initiale Startwert zur Ermittlung der Netzfrequenz angepasst werden. Hierzu kann beispielsweise ein zuvor ermittelter Wert für die Grundfrequenz der am Eingangsanschluss E bereitgestellten Wechselspannung als initialer Startwert in einem nichtflüchtigen Speicher 13 abgespeichert werden. Dieser abgespeicherte Wert kann für eine neue Ermittlung der Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss E aus dem nichtflüchtigen Speicher 13 ausgelesen werden und als neuer initialer Startwert herangezogen werden. Auf diese Weise wird jeweils ein geeigneter initialer Startwert verwendet, solange sich das Fahrzeug 1 mit der beschriebenen Ladeschaltung 10 in einem Bereich mit einer entsprechenden Netzfrequenz befindet. Wird ein solches Fahrzeug erstmalig an eine elektrische Wechselspannung mit einer abweichenden elektrischen Frequenz angeschlossen, so kann nach einer entsprechenden Detektion der abweichenden Frequenz ein neuer initialer Wert in dem nichtflüchtigen Speicher 13 abgespeichert werden. Daraufhin liegt der neue initiale Wert für die Ermittlung der Frequenz der Wechselspannung als neuer Startwert in dem nichtflüchtigen Speicher 13 bereit. Entsprechend kann bei weiteren Ladevorgängen ein geeigneter initiale Startwert für die Ermittlung der elektrischen Frequenz der Wechselspannung genutzt werden.
Darüber hinaus ist es auch möglich, mittels einer entsprechenden Positionsbestimmungseinrichtung 16 jeweils eine geographische Position des Fahrzeugs 1 mit der beschriebenen Ladeschaltung 10 zu ermitteln. Entsprechend kann auch die ermittelte geographische Position mitberücksichtigt werden, um einen jeweils geeigneten initialen Startwert für die Ermittlung der Frequenz einer am Eingangsanschluss E bereitgestellten Wechselspannung zu bestimmen. Bei einer solchen Positionsbestimmungseinrichtung 16 kann es sich beispielsweise um ein Satellitennavigationssystem wie zum Beispiel GPS, Galileo oder Ähnliches handeln. Darüber hinaus sind auch beliebige andere Positionsbestimmungseinrichtungen möglich. Entsprechend ist es möglich, mehrere initiale Startwerte mit korrespondierenden geographischen Positionen in dem nichtflüchtigen Speicher 13 abzuspeichern. Daraufhin kann je nach aktueller geographischer Position jeweils ein geeigneter initialer Startwert für die Bestimmung der Frequenz der elektrischen Wechselspannung am Eingangsanschluss E aus dem nichtflüchtigen Speicher 13 ausgelesen und genutzt werden.
Grundsätzlich ist es möglich, nach jeder Ermittlung der jeweils aktuellen
Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss E den ermittelten Wert als neuen initialen Wert in dem nichtflüchtigen Speicher 13 abzuspeichern. Darüber hinaus ist es auch möglich, das Abspeichern eines geeigneten initialen Werts für die Ermittlung der Frequenz an weitere Bedingungen zu knüpfen. Beispielsweise kann ein initialer Wert für die Ermittlung der Frequenz auch nur dann in dem nichtflüchtigen Speicher 13 abgespeichert werden, wenn seit dem letzten Abspeichern und/oder der letzten Ermittlung eines Werts für die Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss E eine vorbestimmte Zeitdauer vergangen ist.
Ferner kann gegebenenfalls auch nur dann ein neuer initialer Wert in dem nichtflüchtigen Speicher 13 abgespeichert werden, wenn für die Ermittlung der aktuellen Frequenz weitere vorgegebene Bedingungen erfüllt sind. Eine solche Bedingung kann beispielsweise die Bedingung umfassen, dass sich die ermittelte Frequenz über eine vorgegebene Zeitdauer innerhalb eines vorgegebenen Wertebereiches, beispielsweise von ± maximal 1 % befindet.
Darüber hinaus können die Bedingungen für das Abspeichern eines neuen initialen Wertes in dem nichtflüchtigen Speicher 13 auch eine Amplitude bzw. einen Effektivwert der Netzspannung berücksichtigen. Zum Beispiel kann nur dann ein neuer initialer Wert in dem nichtflüchtigen Speicher 13 abgespeichert werden, wenn sich der Wert der elektrischen Spannung am Eingangsanschluss E innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs befindet. Analog können auch nur solche initiale Werte für die Frequenz einer elektrischen Spannung in dem nichtflüchtigen Speicher 13 abgespeichert werden, welche vorgegebene Bedingungen erfüllen. Hierzu können beispielsweise mehrere Frequenzbereiche definiert werden, welche gültige Frequenzbereiche für Netzfrequenzen von Energieversorgungsnetzen spezifizieren. Solche Frequenzbereiche können beispielsweise 50 Hz sowie 60 Hz umfassen, wobei für derartige konkrete Frequenzen auch Toleranzbereiche, beispielsweise ±1 Hz oder Ähnliches möglich sind.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie in einem Elektrofahrzeug 1 zugrunde liegt. Das Verfahren kann grundsätzlich beliebige Schritte umfassen, wie sie zuvor bereits in Zusammenhang mit einem Elektrofahrzeug 1 bzw. einer Ladeschaltung zum Aufladen der Traktionsbatterie 20 beschrieben worden sind. Analog kann auch die zuvor beschriebene Ladeschaltung 10 zum Aufladen der Traktionsbatterie 20 beliebige Komponenten umfassen, wie sie nachfolgend in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben werden.
In Schritt S1 erfolgt ein Ermitteln einer Frequenz einer an einem Eingangsanschluss E anliegenden Wechselspannung. Die Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss E wird insbesondere unter Verwendung eines bereitgestellten initialen Startwerts ermittelt. Dieser initiale Startwert kann in einem nichtflüchtigen Speicher 13 gespeichert und zur Ermittlung der Frequenz bereitgestellt werden.
In Schritt S2 erfolgt ein Einstellen einer Betriebseigenschaft zum Aufladen der Traktionsbatterie 20 unter Verwendung der detektierten Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss E. Insbesondere kann das Einstellen einer solchen Betriebseigenschaft das Ansteuern eines Spannungskonverters 19 umfassen. Dabei kann der Spannungskonverter 19 derart angesteuert werden, dass ein Phasenunterschied zwischen elektrischem Strom und elektrischer Spannung am Eingangsanschluss E minimiert wird. Auf diese Weise kann ein Blindleistungsanteil minimiert werden. Hierdurch kann erreicht werden, dass für das Aufladen der Traktionsbatterie 20 ein möglichst hoher Wirkleistungsanteil bezogen wird.
Ferner kann das Verfahren einen Schritt S3 zum Speichern der ermittelten Frequenz der an dem Eingangsanschluss E anliegenden Wechselspannung in einem nichtflüchtigen Speicher 13 umfassen. Der so gespeicherte Wert kann als neuer initialer Startwert für ein weiteres Detektieren der Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss E verwendet werden.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung das Aufladen einer Traktionsbatterie mittels Wechselspannung, wobei bei dem Aufladen eine Frequenz der hierfür verwendeten Wechselspannung berücksichtigt wird. Dabei kann für die Ermittlung der Frequenz der Wechselspannung ein initialer Startwert verwendet werden. Dieser initiale Startwert kann durch einen nichtflüchtigen Speicher bereitgestellt werden. Insbesondere kann der initiale Startwert in dem nichtflüchtigen Speicher angepasst werden, falls sich bei der Detektion der Frequenz der Wechselspannung ein hiervon abweichender Wert ergibt.

Claims

Ansprüche
1. Ladeschaltung (10) zum Aufladen einer Traktionsbatterie (20), mit: einer Detektoreinrichtung (12), die dazu ausgelegt ist, eine Frequenz einer an einem Eingangsanschluss (E) der Ladeschaltung (10) anliegenden Wechselspannung zu ermitteln; und einer Steuereinrichtung (15), die dazu ausgelegt ist, Betriebseigenschaften der Ladeschaltung (10) unter Verwendung der detektierten Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss (E) einzustellen, wobei die Detektoreinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, die Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss (E) unter Verwendung eines initialen Startwerts zu ermitteln, und wobei die Detektoreinrichtung (12) einen nichtflüchtigen Speicher (13) umfasst, der dazu ausgelegt ist, eine von der Detektoreinrichtung (12) detektierte Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss (E) zu speichern und als initialen Wert für eine Ermittlung der Netzfrequenz bereitzustellen.
2. Ladeschaltung (10) nach Anspruch 1, wobei die Detektoreinrichtung (12) einen Proportional-Integral-Regler umfasst, der dazu ausgelegt ist, die Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss (E) unter Verwendung eines Vergleichs des initialen Werts für eine Ermittlung der Netzfrequenz mit einer Regelgröße zu ermitteln.
3. Ladeschaltung (10) nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Positionsbestimmungseinrichtung (16), die dazu ausgelegt ist, eine geographische Position zu ermitteln und eine Ermittlung der die Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss (E) unter Verwendung der ermittelten geographischen Position auszuführen.
4. Ladeschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Detektoreinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, einen aktuellen Wert der Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss (E) als neuen initialen Wert in dem nichtflüchtigen Speicher (13) abzuspeichern, falls eine vorgegebenen Speicherbedingung erfüllt ist. Ladeschaltung (10) nach Anspruch 4, wobei die vorgegebene Speicherbedingung eine zumindest annähernd konstante Frequenz über eine vorbestimmte Zeitdauer umfasst. Ladeschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (15) dazu ausgelegt ist, eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung unter Verwendung der detektierten Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss (E) anzupassen. Ladeschaltung (10) nach Anspruch 6, mit einem Spannungswandler (19), der dazu ausgelegt ist, die am Eingangsanschluss bereitgestellte elektrische Spannung in eine Gleichspannung zu konvertieren, die dazu geeignet ist, die Traktionsbatterie (20) aufzuladen. Elektrofahrzeug (1), mit: einer Traktionsbatterie (20), einer Ladeschaltung (10) zum Aufladen einer Traktionsbatterie (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie (20), mit den Schritten:
Ermitteln (Sl) einer Frequenz einer an einem Eingangsanschluss (E) anliegenden Wechselspannung, wobei die Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss (E) unter Verwendung eines bereitgestellten initialen Startwerts ermittelt wird, und wobei der initiale Startwert in einen nichtflüchtigen Speicher (13) gespeichert ist; Einstellen (S2) einer Betriebseigenschaften zum Aufladen der Traktionsbatterie (20) unter Verwendung der detektierten Frequenz der Wechselspannung am Eingangsanschluss (E); und Speichern (S3) der ermittelten Frequenz der an dem Eingangsanschluss
(I) anliegenden Wechselspannung in dem nichtflüchtigen Speicher (13) als zukünftigen initialen Startwert.
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