WO2011147743A2 - Ladesystem zum laden der traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen kraftfahrzeugs - Google Patents

Ladesystem zum laden der traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen kraftfahrzeugs Download PDF

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Definitions

  • Rectifier the input side with an AC or
  • Three-phase supply network is electrically connected, and the output side is connected via a provided for stabilizing the DC voltage generated intermediate circuit with the input of an output side connected to the traction battery charging control circuit.
  • the electrical connection between the AC or three-phase supply network and the rectifier is usually made by connectors.
  • Connector provided charging cable of a stationary charging station with a present on the motor vehicle mating connector manually connected.
  • the present invention has for its object to form a charging system for charging the traction battery of an electrically driven motor vehicle so that it is as simple as possible, universal and comfortable
  • the components of the charging system according to the invention are preferably combined to form a device and surrounded by a common housing.
  • a common housing e.g. the first rectifier, the intermediate circuit and the charge control circuit be accommodated in a common housing, which is provided with a plug connection for electrical contacting of the
  • DC link is provided with the second rectifier.
  • first rectifier, the second rectifier, the intermediate circuit and the charge control circuit are accommodated in a common housing which is provided with a plug connection for electrically contacting the input of the second rectifier with the vehicle-side electrical winding ,
  • Basic equipment belonging components are each those in the previous paragraph as in a common housing
  • the single figure shows a schematic representation of a
  • Embodiment of a charging system according to the invention Shown here is a charging station 8, in which both a galvanic coupling of the
  • a significant advantage of the charging system according to the invention is that even the existence of one of these possibilities at a charging station 8 is sufficient to make a charge of the traction battery can. This makes the charging system much more flexible. So can
  • Handling steps is to use, while recharging on the road can be accessed at any time on the connection by means of cables and connectors, which may be found more frequently at publicly available charging stations, if necessary.
  • cables and connectors which may be found more frequently at publicly available charging stations, if necessary.
  • both transmission paths are provided at a charging station, both can be used in parallel.
  • AC or three-phase supply network 2 takes place, as seen in the drawing via a connector 10.
  • a connector 10 for inductive Energy transfer to the vehicle is in the charging station 8 an attachable to the motor vehicle coupling device available, which has a stationary electrical winding 9.
  • vehicle-side electrical winding 7 is disposed behind a license plate 1 1 of the motor vehicle.
  • On the outer surface of the license plate 1 1 is a contact surface of the
  • vehicle-side electrical winding as a secondary winding together form a transformer.
  • To achieve a high efficiency of energy transfer must be at the attachment of the contact surface of the
  • Both the first rectifier 3, the input side is galvanically connected to the AC or three-phase supply network 2, and the second rectifier 6, which is connected to the vehicle-side electrical winding 7, the output side are each connected to the DC bus 4 of the charging system.
  • the intermediate circuit 4 itself is in turn connected to the input of a charge control circuit 5, which is supplied with the electrical energy supplied to it, regardless of which of the two rectifiers 3, 6, the traction battery 1 of
  • Connection is provided via a cable with connectors, or in addition to such a connection, he adds the manual
  • Coupling device with the stationary electric winding 9 to the outside of the license plate 1 1, behind which the vehicle-side electrical winding 7 is arranged can also be carried out fully automatically, even without human intervention, e.g. a
  • Identification plate 1 1 detects and the Ankoppelvorraum exact position on the outer surface of the license plate 1 1 applies.

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Abstract

Ladesystem zum Laden der Traktionsbatterie (1) eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen ersten Gleichrichter (3), der eingangsseitig mit einem Wechselspannungs - oder Drehstrom-Versorgungsnetz (2) galvanisch verbindbar ist und der ausgangsseitig über einen zur Stabilisierung der erzeugten Gleichspannung vorgesehenen Zwischenkreis (4) mit dem Eingang einer ausgangsseitig mit der Traktionsbatterie (1) verbundenen Laderegelschaltung (5) verbunden ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreis (4) mit dem Ausgang eines zweiten Gleichrichters (6) verbunden ist, der eingangsseitig mit einer fahrzeugseitigen elektrischen Wicklung (7) verbunden ist, über die elektrische Energie aus einer an einem Wechselspannungs - oder Drehstrom-Versorgungsnetz (2) angeschlossenen Ladestation (8) mit einer an das Kraftfahrzeug anfügbaren, eine stationäre elektrische Wicklung (9) umfassenden Ankoppelvorrichtung induktiv auf das Kraftfahrzeug übertragen werden kann.

Description

Ladesystem zum Laden der Traktionsbatterie eines elektrisch
angetriebenen Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Ladesystem zum Laden der Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen ersten
Gleichrichter, der eingangsseitig mit einem Wechselspannungs- oder
Drehstrom-Versorgungsnetz galvanisch verbindbar ist, und der ausgangsseitig über einen zur Stabilisierung der erzeugten Gleichspannung vorgesehenen Zwischenkreis mit dem Eingang einer ausgangsseitig mit der Traktionsbatterie verbundenen Laderegelschaltung verbunden ist.
Bei derartigen Ladesystemen wird die galvanische Verbindung zwischen dem Wechselspannungs- oder Drehstrom-Versorgungsnetz und dem Gleichrichter in der Regel durch Steckverbinder hergestellt. Wenn die Traktionsbatterie des Fahrzeugs geladen werden soll, wird dazu ein mit einem entsprechenden
Steckverbinder versehenes Ladekabel einer stationären Ladestation mit einem an dem Kraftfahrzeug vorhandenen Gegensteckverbinder manuell verbunden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ladesystem zum Laden der Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs so auszubilden, dass es möglichst einfach, universell und komfortabel
verwendbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Zwischenkreis mit dem Ausgang eines zweiten Gleichrichters verbunden ist, der
eingangsseitig mit einer fahrzeugseitigen elektrischen Wicklung verbunden ist, über die elektrische Energie aus einer an einem Wechselspannungs- oder Drehstrom-Versorgungsnetz angeschlossenen Ladestation mit einer an das Kraftfahrzeug anfügbaren, eine stationäre elektrische Wicklung umfassenden Ankoppelvorrichtung induktiv auf das Kraftfahrzeug übertragen werden kann. Wenn die Ankoppelvorrichtung an das Kraftfahrzeug angefügt ist, bilden die stationäre elektrische Wicklung der Ladestation und die fahrzeugseitige elektrische Wicklung gemeinsam einen Transformator aus, wobei die stationäre elektrische Wicklung die Funktion der Primärwicklung und die fahrzeugseitige elektrische Wicklung die Funktion der Sekundärwicklung des Transformators erfüllen. Die elektrischen Wicklungen können dabei
beispielsweise als Luftspulen und/oder als Spulen mit magnetischem Kern ausgeführt sein, wobei Form und Querschnitt sowohl der Spulen als auch der ggf. vorhandenen Kerne an die jeweiligen Erfordernisse bezüglich Bauraum, möglicher Abstände der Spulen zueinander sowie zu übertragender
elektrischer Leistung angepasst werden können.
Die Komponenten des erfindungsgemäßen Ladesystems sind vorzugsweise zu einem Gerät zusammengefasst und von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben. Dabei können z.B. der erste Gleichrichter, der Zwischenkreis und die Laderegelschaltung in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sein, das mit einer Steckverbindung zur elektrischen Kontaktierung des
Zwischenkreises mit dem zweiten Gleichrichter versehen ist. Alternativ dazu ist aber auch eine Konfiguration möglich, bei der der erste Gleichrichter, der zweite Gleichrichter, der Zwischenkreis und die Laderegelschaltung in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sind, das mit einer Steckverbindung zur elektrischen Kontaktierung des Eingangs des zweiten Gleichrichters mit der fahrzeugseitigen elektrischen Wicklung versehen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Ladesystem ist es in beiden Fällen einfach möglich, die fahrzeugseitigen Komponenten zur induktiven
Energieübertragung als Nachrüstlösung vorzusehen, wobei die zur
Grundausstattung gehörenden Komponenten jeweils diejenigen sind, die in dem vorhergehenden Absatz als in einem gemeinsamen Gehäuse
aufgenommen beschrieben wurden. Im zweiten Falle müsste also z.B. lediglich die fahrzeugseitige elektrische Wicklung nachgerüstet und mit dem bereits in dem Grundgerät vorhandenen zweiten Gleichrichter über die vorhandene Steckverbindung mittels eines Kabels verbunden werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des
erfindungsgemäßen Ladesystems ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden anhand der Zeichnung erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Darstellung eine
Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ladesystems. Dargestellt ist hier eine Ladestation 8, bei der sowohl eine galvanische Kopplung des
fahrzeugseitigen Ladesystems mit einem Wechselspannungs- oder
Drehstrom-Versorgungsnetz 2 vorgesehen ist als auch eine galvanisch getrennte Kopplung mittels einer stationären elektrischen Wicklung 7. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Ladesystems besteht darin, dass bereits das Vorhandendsein einer dieser Möglichkeiten bei einer Ladestation 8 ausreichend ist um eine Ladung der Traktionsbatterie vornehmen zu können. Dadurch wird das Ladesystem wesentlich flexibler nutzbar. So kann
beispielsweise in der heimischen Garage ausschließlich eine induktive
Übertragung vorgesehen sein, die bequem und ohne umständliche
Handhabungsschritte zu nutzen ist, während zum Nachladen unterwegs auch jederzeit auf die Verbindung mittels Kabel und Steckverbinder zurückgegriffen werden kann, die etwa an öffentlich zugänglichen Ladestationen ggf. häufiger anzutreffen sein wird. Selbstverständlich können aber dort, wo an einer Ladestation beide Übertragungswege vorgesehen sind, auch beide parallel genutzt werden.
Die galvanische Kopplung des fahrzeugseitigen Ladesystems mit dem
Wechselspannungs- oder Drehstrom-Versorgungsnetz 2 erfolgt, wie in der Zeichnung zu sehen über eine Steckverbindung 10. Zur induktiven Energieübertragung auf das Fahrzeug ist in der Ladestation 8 eine an das Kraftfahrzeug anfügbare Ankoppelvorrichtung vorhanden, die eine stationäre elektrische Wicklung 9 aufweist. Die zur Kooperation mit dieser stationären elektrischen Wicklung 9 vorgesehene fahrzeugseitige elektrische Wicklung 7 ist hinter einem Kennzeichenschild 1 1 des Kraftfahrzeugs angeordnet. An die Außenfläche des Kennzeichenschildes 1 1 ist eine Anlagefläche der
Ankoppelvorrichtung der Ladestation 8 anfügbar, so dass die stationäre elektrische Wicklung der Ladestation als Primärwicklung und die
fahrzeugseitige elektrische Wicklung als Sekundärwicklung gemeinsam einen Transformator ausbilden. Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades der Energieübertragung muss bei der Anfügung der Anlagefläche der
Ankoppelvorrichtung an die Außenfläche des Kennzeichenschildes 1 1 ein möglichst geringer Abstand zwischen der Primärwicklung und der
Sekundärwicklung erreicht werden.
Sowohl der erste Gleichrichter 3, der eingangsseitig galvanisch mit dem Wechselspannungs- oder Drehstrom-Versorgungsnetz 2 verbunden ist, als auch der zweite Gleichrichter 6, der mit der fahrzeugseitigen elektrischen Wicklung 7 verbunden ist, sind ausgangsseitig jeweils mit dem Zwischenkreis 4 des Ladesystems verbunden. Der Zwischenkreis 4 selbst ist wiederum mit dem Eingang einer Laderegelschaltung 5 verbunden, die mit der ihr zugeführten elektrischen Energie, unabhängig davon, von welchem der beiden Gleichrichter 3, 6 diese zugeführt wird, die Traktionsbatterie 1 des
Kraftfahrzeugs lädt.
Zum Laden der Traktionsbatterien 1 fährt der Fahrer des elektrisch
angetriebenen Fahrzeugs an die Ladestation 8 heran und stellt manuell die galvanische Verbindung zur Ladestation 8 her, indem er einen Steckverbinder eines Ladekabels der Ladestation 8 mit einem an dem Kraftfahrzeug vorhandenen Gegensteckverbinder zur Bildung der Steckverbindung 10 koppelt. Diese Verbindung allein ist zum Laden der Traktionsbatterie 1 ausreichend, und bleibt auch, soweit keine andere Verbindung zusätzlich vorgesehen ist, die einzige. Alternativ dazu, wenn etwa bei der betreffenden Ladestation 8 keine
Verbindung über ein Kabel mit Steckverbinder vorgesehen ist, oder auch zusätzlich zu einer solchen Verbindung fügt er manuell die
Ankoppelvorrichtung mit dem stationären elektrischen Wicklung 9 an die Außenseite des amtlichen Kennzeichenschildes 1 1 an, hinter der der fahrzeugseitige elektrische Wicklung 7 angeordnet ist. Je nach Ausgestaltung der Ladestation 8 kann das Anfügen der Ankoppelvorrichtung auch ohne menschliche Mitwirkung vollautomatisch erfolgen, wobei z.B. eine
kameragestützte Positionierungsvorrichtung die genaue Lage des
Kennzeichenschildes 1 1 erkennt und die Ankoppelvorrichtung positionsgenau an die Außenfläche des Kennzeichenschildes 1 1 anlegt.

Claims

Patentansprüche
1 . Ladesystem zum Laden der Traktionsbatterie (1 ) eines elektrisch
angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen ersten Gleichrichter (3), der eingangsseitig mit einem Wechselspannungs- oder Drehstrom- Versorgungsnetz (2) galvanisch verbindbar ist und der ausgangsseitig über einen zur Stabilisierung der erzeugten Gleichspannung vorgesehenen Zwischenkreis (4) mit dem Eingang einer ausgangsseitig mit der
Traktionsbatterie (1 ) verbundenen Laderegelschaltung (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreis (4) mit dem Ausgang eines zweiten Gleichrichters (6) verbunden ist, der eingangsseitig mit einer fahrzeugseitigen elektrischen Wicklung (7) verbunden ist, über die elektrische Energie aus einer an einem Wechselspannungs- oder
Drehstrom-Versorgungsnetz (2) angeschlossenen Ladestation (8) mit einer an das Kraftfahrzeug anfügbaren, eine stationäre elektrische
Wicklung (9) umfassenden Ankoppelvorrichtung induktiv auf das
Kraftfahrzeug übertragen werden kann.
2. Ladesystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
stationäre elektrische Wicklung (9) der Ladestation (8) und die
fahrzeugseitige elektrische Wicklung (7) gemeinsam einen Transformator ausbilden.
3. Ladesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Wicklungen (7, 9) als Luftspulen und/oder als Spulen mit magnetischem Kern ausgeführt sind.
4. Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gleichrichter (3) eingangsseitig über eine Steckverbindung (10) mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz (2) verbindbar ist.
5. Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gleichrichter (3), der Zwischenkreis (4) und die
Laderegelschaltung (5) in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sind, das mit einer Steckverbindung zur elektrischen Kontaktierung des Zwischenkreises (4) mit dem zweiten Gleichrichter (6) versehen ist.
6. Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gleichrichter (3), der zweite Gleichrichter (6), der
Zwischenkreis (4) und die Laderegelschaltung (5) in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sind, das mit einer Steckverbindung zur elektrischen Kontaktierung des Eingangs des zweiten Gleichrichters (6) mit der fahrzeugseitigen elektrischen Wicklung (7) versehen ist.
7. Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die fahrzeugseitige elektrische Wicklung (7) hinter einem
Kennzeichenschild (1 1 ) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, und dass an die Außenfläche des Kennzeichenschildes eine Anlagefläche der
Ankoppelvorrichtung der Ladestation anfügbar ist.
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