WO2013041286A2 - Ladevorrichtung, insbesondere für kraftfahrzeuge, verfahren und kraftfahrzeug - Google Patents

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Definitions

  • Loading device in particular for motor vehicles, methods and motor vehicle
  • the present invention relates to a loading device, in particular for motor vehicles. Furthermore, the present invention relates to a method for loading, in particular for motor vehicles, and a motor vehicle.
  • the charging of vehicle batteries is known, for example, from DE 102009028500 A1.
  • Vehicles have at least one traction drive which is e.g. drives the wheels of a vehicle to allow the vehicle to travel.
  • this traction drive consists of a gasoline-powered internal combustion engine.
  • a battery is used as an electrical energy store in an electric vehicle, this battery must be charged before the electric vehicle is moved can.
  • this battery is also advantageous if the battery is already charged at the start of the journey, since otherwise it has to be charged by the internal combustion engine. This in turn means increased fuel consumption and higher emissions.
  • the present invention discloses a loading device having the features of patent claim 1, a method having the features of patent claim 10 and a motor vehicle having the features of patent claim 15.
  • a charging device in particular for motor vehicles, having at least two power input terminals, which can be coupled with respective different electrical energy sources, with a power output terminal, which can be coupled to a battery, in particular a vehicle high-voltage battery, and to a controllable switching device, which is designed to turn on and / or interrupt an electrical connection between at least one of the power input terminals and the power output terminal.
  • a method for charging, in particular for motor vehicles with the steps of providing at least two power input terminals, providing a power output which is coupled to a battery, in particular a vehicle high-voltage battery, and switching on and / or interrupting an electrical connection between at least one of the power input terminals and the power output connector.
  • a motor vehicle in particular an automobile, with a charging device according to one of claims 1 to 9 and with a vehicle battery, in particular a vehicle high-voltage battery, which is coupled to the charging device.
  • the insight underlying the present invention is that different energy sources can be used to charge the battery of an automobile, particularly a plug-in hybrid vehicle or electric vehicle.
  • the idea underlying the present invention is now to take this knowledge into account and to provide a charging device for vehicles, which can be coupled with different energy sources in order to charge a battery.
  • the energy sources can deliver different currents at different voltages. Further, the power sources may provide DC or AC power.
  • a charging device which can use different energy sources to charge the battery of a vehicle, a flexible use of such a vehicle becomes possible. For example, at different locations, e.g. at a place of residence and in a workplace, different sources of energy exist. If a charging device, which is designed to charge the battery of the vehicle with these different energy sources, is integrated into a vehicle, it is possible to connect the vehicle to e.g. load overnight at home and lay by day on an energy source that is available at the respective workplace. As a result, the greatest possible range for the vehicle is always available.
  • Such a charging device can have a controllable switching device, with which the different energy sources can be connected to the battery in such a way that a DC voltage for charging the battery is safely available.
  • an integrated charging device according to the invention can be constructed very simply and inexpensively, since a plurality of components can be used multiple times. For example, in a vehicle having a charging device according to the invention, which can be charged via two different energy sources, certain sections of the wiring must be installed only once in the vehicle. Likewise, a control device must be installed only once in the vehicle. This one control device can control the charging with different energy sources.
  • a first power input terminal which is couplable to a DC power source, a second power input terminal which is coupleable to a household power source, and a third power input terminal which is coupleable to a wireless power source are disposed in the charger.
  • the vehicle can be charged via a household power source, for example with 3.3 kW.
  • the vehicle may be charged, for example, at parking lots providing a wireless charge by means of a wireless power source, without the driver of the vehicle having to connect a cable to the vehicle.
  • a wireless power source may be regularly charged by means of a wireless power source and charged in emergencies via a household power outlet.
  • a charging device according to the invention may have more than three power input terminals. For example, an interface for charging with high voltage alternating current can be arranged in the charging device.
  • the third power input terminal can be coupled to a wireless energy source by means of an inductive interface and / or a capacitive interface and / or a light interface, in particular a laser interface.
  • a wireless energy source can transmit energy to a vehicle by conductor loops embedded in the ground or lying on the ground.
  • a vehicle can be charged at a traffic light during the stance phase if an induction loop is embedded in the ground in front of the traffic light.
  • a receiver conductor loop may be mounted in the vehicle, for example under the front axle of the vehicle.
  • the receiver conductor loop may be arranged in the region of the rear axle of the vehicle or in the roof of the vehicle.
  • a light interface allows energy transfer by means of a laser. This electrical energy is converted into a laser light and converted back into electrical energy in the vehicle. With a laser electrical energy can be transmitted usually over greater distances than by means of an inductive or capacitive energy transfer.
  • a wireless energy transmission to the vehicle can also be effected by microwaves.
  • At least one power input terminal has a conversion electronics which is designed to convert the electrical energy obtained from an electrical energy source into a suitable electrical energy for charging the battery, wherein the conversion electronics in particular a rectifier and / or a voltage converter and / or an inverter of an electric vehicle drive, which serves in a driving operation of the motor vehicle to convert the DC voltage of the battery into an AC voltage for an electric motor of the motor vehicle has.
  • the conversion electronics in particular a rectifier and / or a voltage converter and / or an inverter of an electric vehicle drive, which serves in a driving operation of the motor vehicle to convert the DC voltage of the battery into an AC voltage for an electric motor of the motor vehicle has.
  • the electrical voltage of the energy source can be converted into a DC voltage by means of a conversion electronics which is designed as a rectifier.
  • a DC voltage having a voltage higher or lower than that required to charge the battery may be provided by a voltage converter electronics, e.g. a buck-boost converter, to be converted to a voltage necessary for charging the battery.
  • an inverter which generates an alternating current for operating the electric motor of the vehicle during vehicle operation of the vehicle from a direct current of the vehicle battery, generate a DC voltage for charging the vehicle battery during charging operation from an alternating current of a voltage source.
  • a single rectifier may be used for a variety of AC sources.
  • synchronous rectifiers are suitable for this, since in these a rectification of an input AC voltage can be done by a suitable control for different frequencies.
  • Such an embodiment can therefore be operated with alternating voltage sources of different frequencies.
  • a single transducer electronics is provided for all power input terminals.
  • Such a converter electronics is arranged between the power input terminals and the switching device and has a controllable rectifier and a controllable voltage converter. As a result, both DC voltages and AC voltages of different levels can be converted into a DC voltage required for charging the battery.
  • the inverter which is used in a driving operation of the vehicle to convert the DC voltage of the battery into an AC voltage for the electric motor of the vehicle, can be used to convert a voltage applied to the power input terminals into a voltage suitable for charging the battery.
  • the conversion electronics are not disposed in a power input terminal but disposed in the power output terminal.
  • the switching device is configured in each case to couple a single power input terminal to the power output terminal, wherein the switching device couples that power input terminal to the power output terminal coupled to an electrical power source and via which the largest electrical power is receivable. If only one power input terminal is coupled to the power output terminal in each case, a very simple control of the switching device is made possible.
  • the switching device is configured to simultaneously couple those power input terminals to the power output terminal, which are coupled to an electrical power source.
  • the switching device has two switches for each power input terminal, and the switching device has a control device which is designed to control the switches, wherein the control device is designed to control the switches in dependence on which the power input terminals are connected to a power source and / or a load instruction has been given by a user. If two switches are provided for each power input terminal, which are controlled by a single control device, a very simple construction of the switching device becomes possible. Furthermore, a single control device can be used to perform all control tasks in the switching device. This reduces the complexity and cost of a charging device according to the invention.
  • control device has a program-controlled device and / or a microcontroller and / or a configurable logic module and / or an FPGA and / or a CPLD and / or an application-specific integrated circuit and / or a computer and / or an embedded computer , If different possibilities are provided to execute the control device, a flexible adaptation of the control device to different requirements and applications becomes possible.
  • the switches have relays and / or semiconductor relays and / or semiconductor switches and / or FETs and / or MOSFETs and / or IGBTs. If different possibilities are provided to execute the switches, a flexible adaptation of the charging device to different requirements and applications becomes possible.
  • a charging device according to the invention can also be used in aircraft and spacecraft, boats and the like or in other objects than vehicles.
  • Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of a charging device according to the invention.
  • Fig. 2 is a flowchart of an embodiment of a procedural inventive method.
  • FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of a vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of a charging device 1 according to the invention.
  • the charging device 1 in FIG. 1 has two power input terminals 2, 3 and a power output terminal 5, between which a controllable switching device 6 is coupled. Further, in the charging device 1 designed as a microcontroller 15 control device 15 is arranged, which is coupled to the switching device 6 in order to control these.
  • the power input terminals 2, 3 are each coupled to an energy source 20, 21, which supply the charging device 1 with electrical energy. Further, the power output terminal 5 is coupled to a vehicle high-voltage battery 17.
  • the microcontroller 15 is adapted to the
  • the power source 20, 21 provides the largest electrical power. Furthermore, the switching device 6 relay as a switch.
  • the controller 15 may be implemented as a configurable logic device or an FPGA or CPLD, an application-specific integrated circuit or an embedded computer.
  • the switching device 6 as a switch instead of relays may also have semiconductor relays, semiconductor switches, FETs, MOSFETs and / or IGBTs.
  • step S1 at least two power input terminals 2, 3, 4 are provided.
  • a power output 5 is provided, which can be coupled to a battery 17, in particular a vehicle high-voltage battery 17.
  • step S3 an electrical connection between at least one of the power input terminals 2, 3, 4 and the power output terminal 5 is switched on and / or interrupted.
  • an electrical connection between at least one of the power input terminals 2, 3, 4 and the power output terminal 5 can be turned on when at least one of the power input terminals 2, 3, 4 is coupled to an electrical power source 20, 21, 22 and a driver commands to charge the battery 17 has.
  • the battery 17 is also charged when the driver has not given a command to charge the battery 17, but the battery 17 is not fully charged.
  • 3 shows a block diagram of an embodiment of a vehicle 18 according to the invention.
  • the vehicle 18 in FIG. 3 has a vehicle high-voltage battery 17, which is coupled to an embodiment of a charging device 1 according to the invention.
  • the charging device 1 has three power input terminals 2, 3, 4, one of which is in each case coupled to a power source 20, 21, 22.
  • the power input terminals 2, 3, 4 are each coupled via two separate electrical lines with a switching device 6.
  • the switching device 6 in each case two switches 9, 10, 1 1, 12, 13, 14 for each of the power input terminals 2, 3, 4.
  • the switching device 6 is coupled to a power output terminal 5, wherein in each case the lines of the switches 9, 1 1, 13 and the switch 10, 12, 14 are guided to a common point and then coupled to the power output terminal 5.
  • the power input terminals 3 and 4 each have a conversion electronics 8 in the form of a rectifier 8.
  • the power input terminal 2 is coupled to a DC high-voltage power source 20. Furthermore, the second power input terminal 3 is coupled to a household power source 21. Finally, the third power input terminal 4 is coupled to a wireless power source 22. In further embodiments, further energy sources, such as e.g. Wind turbines, three-phase power sources or the like with the power input terminals 2, 3, 4 be coupled.
  • further energy sources such as e.g. Wind turbines, three-phase power sources or the like with the power input terminals 2, 3, 4 be coupled.
  • a single combined conversion electronics 8 may be provided which has a controllable rectifier and a voltage converter.
  • This conversion electronics can be connected upstream of the switching device 6 or e.g. also be arranged in the power output terminal 5.
  • the charging device 1 can be connected to different power sources 20, 21, 22, which supply different types of voltages, e.g. DC voltage and AC voltage, and different voltages, e.g. 230 volts AC, 400 volts DC, 1 10 volts AC or the like.
  • the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways.
  • the invention can be varied or modified in many ways without deviating from the gist of the invention.
  • the embodiment of a charging device according to the invention from FIG. 3 can also be used in objects other than vehicles, which have a battery as a power supply.
  • the battery can be used as a power supply for any electrical and / or electronic devices that do not necessarily serve to drive an object.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Ladevorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zumindest zwei Leistungseingangsanschlüssen, welche mit jeweils voneinander unterschiedlichen elektrischen Energiequellenkoppelbar sind, mit einem Leistungsausgangsanschluss, welcher mit einer Batterie, insbesondere einer Fahrzeughochvoltbatterie, koppelbar ist und mit einer steuerbaren Schalteinrichtung,welche dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einem der Leistungseingangsanschlüsse und dem Leistungsausgangsanschluss einzuschalten und/oder zu unterbrechen. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein Fahrzeug.

Description

Beschreibung Titel
Ladevorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, Verfahren und Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ladevorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Laden, insbesondere für Kraftfahrzeuge, und ein Kraftfahrzeug. Das Laden von Fahrzeugbatterien ist beispielsweise aus der DE 102009028500 A1 bekannt.
Stand der Technik
Fahrzeuge weisen mindestens einen Traktionsantrieb auf, welcher z.B. die Räder eines Fahrzeugs antreibt, um eine Fortbewegung des Fahrzeugs zu ermöglichen. Üblicherweise ist besteht dieser Traktionsantrieb aus einem mit Benzin angetriebenen Verbrennungsmotor.
Da heute die Senkung des Kraftstoffverbrauchs und des Ausstoßes von umweltschädlichen Abgasen in der Entwicklung von Automobilen eines der wichtigsten Ziele eines Entwicklungsingenieurs ist, werden in modernen Kraftfahrzeugen die Verbrennungsmotoren durch elektrische Antriebssysteme unterstützt oder durch diese ersetzt. Wird ein Fahrzeug beispielsweise mit einem Elektromotor angetrieben, erzeugt es während dem Betrieb keinerlei Emissionen. Daher ist ein emissionsarmer oder emissionsfreier Betrieb eines Automobils mit elektrischem Antriebssystem möglich.
Um ein Automobil mit einem elektrischen Antriebssystem, z.B. ein Hybrid- oder Elektro- fahrzeug, betreiben zu können, ist es notwendig, einen Energiespeicher für elektrische Energie in dem Fahrzeug mitzuführen, welcher das elektrische Antriebssystem mit elektrischer Energie versorgen kann. Als elektrische Energiespeicher für Hybridfahrzeuge oder dergleichen werden heute Batterien, Batteriestapel eingesetzt.
Wird in einem Elektrofahrzeug z.B. eine Batterie als elektrischer Energiespeicher eingesetzt, muss diese Batterie aufgeladen werden, bevor das Elektrofahrzeug bewegt werden kann. In einem Hybridfahrzeug ist es ebenfalls von Vorteil, wenn die Batterie bei Fahrtantritt bereits geladen ist, da diese ansonsten durch den Verbrennungsmotor geladen werden muss. Dies wiederum bedeutet einen erhöhten Kraftstoffverbrauch und einen höheren Emissionsausstoß.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Ladevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und ein Kraft- fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Ladevorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zumindest zwei Leistungsein- gangsanschlüssen, welche mit jeweils voneinander unterschiedlichen elektrischen Energiequellen koppelbar sind, mit einem Leistungsausgangsanschluss, welcher mit einer Batterie, insbesondere einer Fahrzeughochvoltbatterie, koppelbar ist und mit einer steuerbaren Schalteinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einem der Leistungseingangsanschlüsse und dem Leistungsausgangsan- schluss einzuschalten und/oder zu unterbrechen.
Ein Verfahren zum Laden, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit den Schritten Bereitstellen von zumindest zwei Leistungseingangsanschlüssen, Bereitstellen eines Leistungsausgangs, welcher mit einer Batterie, insbesondere einer Fahrzeughochvoltbatterie, kop- pelbar ist und Einschalten und/oder Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen zumindest einem der Leistungseingangsanschlüsse und dem Leistungsausgangsanschluss.
Ein Kraftfahrzeug, insbesondere Automobil, mit einer Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und mit einer Fahrzeugbatterie, insbesondere einer Fahrzeughochvoltbatterie, welche mit der Ladevorrichtung gekoppelt ist.
Vorteile der Erfindung Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass unterschiedliche Energiequellen verwendet werden können, um die Batterie eines Automobils, insbesondere eines Plug-In-Hybridfahrzeugs oder Elektrofahrzeugs, zu laden. Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Ladevorrichtung für Fahrzeuge vorzusehen, welche mit unterschiedlichen Energiequellen koppelbar ist, um eine Batterie zu laden.
Die Energiequellen können dabei unterschiedlich starke Ströme bei unterschiedlichen Spannungen liefern. Ferner können die Energiequellen Gleichstrom oder Wechselstromliefern.
Wird eine Ladevorrichtung vorgesehen, welche unterschiedliche Energiequellen nutzen kann, um die Batterie eines Fahrzeugs zu laden, wird ein flexibler Einsatz eines solchen Fahrzeugs möglich. Beispielsweise können an unterschiedlichen Standorten, z.B. an einem Wohnort und an einem Arbeitsplatz, unterschiedliche Energiequellen vorhanden sein. Integriert man in ein Fahrzeug eine Ladevorrichtung, welche dazu ausgebildet ist die Batterie des Fahrzeugs mit diesen unterschiedlichen Energiequellen zu laden, kann man das Fahrzeug z.B. über Nacht zu hause laden und Tagsüber an einer Energiequelle la- den, welche an dem jeweiligen Arbeitsplatz bereitsteht. Dadurch steht immer die größtmögliche Reichweite für da Fahrzeug zur Verfügung.
Eine solche Ladevorrichtung kann eine steuerbare Schaltvorrichtung aufweisen, mit welcher die unterschiedlichen Energiequellen derart mit der Batterie verbunden werden kön- nen, dass eine Gleichspannung zum Laden der Batterie sicher zur Verfügung steht.
Ferner kann eine erfindungsgemäße integrierte Ladevorrichtung sehr einfach und kostengünstig aufgebaut werden, da eine Vielzahl von Komponenten mehrfach verwendet werden können. So müssen beispielsweise in einem Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung, welches über zwei unterschiedliche Energiequellen geladen werden kann, bestimmte Abschnitte der Verkablung nur ein einziges Mal in dem Fahrzeug verbaut werden. Ebenso muss eine Steuereinrichtung nur ein einziges Mal in dem Fahrzeug verbaut werden. Diese eine Steuereinrichtung kann das Laden mit unterschiedlichen Energiequellen steuern.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren. In einer Ausführungsform sind ein erster Leistungseingangsanschluss, welcher mit einer Gleichspannungshochenergiequelle koppelbar ist, ein zweiter Leistungseingangsanschluss, welcher mit einem Haushaltsstromquelle koppelbar ist, und ein dritter Leistungs- eingangsanschluss, welcher mit einer kabellosen Energiequelle koppelbar ist, in der Ladevorrichtung angeordnet. Dadurch wird es möglich, die Batterie eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie aus drei unterschiedlichen Energiequellen zu laden. Es kann ein Schnellladung der Batterie über die Gleichspannungshochenergiequelle mit z.B. 50 kW erfolgen, wenn eine solche Energiequelle vorhanden ist. Ferner kann das Fahrzeug über eine Hausaltsstromquelle z.B. mit 3.3 kW geladen werden. Schließlich kann das Fahrzeug z.B. an Parkplätzen, welche eine kabellose Ladung bereitstellen, mittels einer kabellosen Energiequelle geladen werden, ohne dass der Fahrer des Fahrzeugs ein Kabel mit dem Fahrzeug verbinden müsste. Dies ermöglicht eine sehr flexible Ladung des Fahrzeugs und ermöglicht es, die die Batterie in unterschiedlichen Situationen, wie z.B. Parken in der Garage des Besitzer, Parken an einem Einkaufszentrum oder bei einem Bekannten des Besitzers, zu laden. Beispielsweise kann das Fahrzeug regelmäßig mittels einer kabellosen Energiequelle geladen werden und in Notfällen über eine Haushaltsteckdose geladen werden. In weiteren Ausführungsformen kann eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung mehr als drei Leistungseingangsanschlüsse aufweisen. Beispielsweise kann eine Schnittstelle für das Laden mit Hochspannungs-Wechselstrom in der Ladevorrichtung angeordnet werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist der dritte Leistungseingangsanschluss mittels einer induktiven Schnittstelle und/oder einer kapazitiven Schnittstelle und/oder einer Lichtschnittstelle, insbesondere einer Laserschnittstelle, mit einer kabellosen Energiequelle koppelbar. Werden unterschiedliche kabellose Energiequellen und Energieübertragungsarten vorgesehen, wird eine flexible Anpassung der Ladevorrichtung an unterschiedliche Anwendungen möglich. Beispielsweise können induktive Energiequellen durch im Boden eingelassene oder auf dem Boden liegende Leiterschleifen Energie an ein Fahrzeug übertragen. So kann ein Fahrzeug z.B. während der Standphase an einer Ampel geladen werden, wenn vor der Ampel eine Induktionsschleife im Boden eingelassen ist. Wird die elektrische Energie induktiv an das Fahrzeug übertragen, kann in dem Fahrzeug eine Empfängerleiterschleife zum Beispiel unter der Vorderachse des Fahrzeugs angebracht sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Empfängerleiterschleife in dem Bereich der Hinterachse des Fahrzeugs oder in dem Dach des Fahrzeugs angeordnet sein. Eine Lichtschnittstelle ermöglicht beispielsweise eine Energieübertragung mittels einem Laser. Dabei wird elektrische Energie in ein Laserlicht umgewandelt und in dem Fahrzeug wieder zurück in elektrische Energie gewandelt. Mit einem Laser kann dabei elektrische Energie üblicherweise über größere Entfernungen übertragen werden, als mittels einer induktiven oder kapazitiven Energieübertragung.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine kabellose Energieübertragung an das Fahrzeug auch durch Mikrowellen erfolgen.
In einer Ausführungsform weist zumindest ein Leistungseingangsanschluss eine Wandelelektronik auf, welche dazu ausgebildet ist, die von einer elektrischen Energiequelle erhaltene elektrische Energie in eine zum Laden der Batterie geeignete elektrische Energie zu wandeln, wobei die Wandelelektronik insbesondere einen Gleichrichter und/oder einen Spannungswandler und/oder einen Wechselrichter eines elektrischen Fahrzeugantriebs, welcher in einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs dazu dient, die Gleichspannung der Batterie in eine Wechselspannung für einen Elektromotor des Kraftfahrzeugs zu wandeln, aufweist. Dadurch wird es möglich, jede beliebige Energiequelle zu nutzen, um die Batterie des Fahrzeugs zu laden. Eine Batterie benötigt zum Laden üblicherweise einen Gleichstrom bzw. eine Gleichspannung einer bestimmten Stärke. Wird die Ladevorrichtung mit einer Energiequelle gekoppelt, welche z.B. Wechselstrom liefert, kann die Batterie nicht direkt aus dieser Energiequelle geladen werden. Die elektrische Spannung der Energiequelle kann in einer Ausführungsform durch eine Wandelelektronik, welche als Gleichrichter ausgebildet ist, in eine Gleichspannung gewandelt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann eine Gleichspannung, welche eine höhere oder eine niedrigere Spannung aufweist, als zum Laden der Batterie notwendig ist, durch eine Spannungswandlerelektronik, z.B. einen Buck-Boost-Wandler, auf eine Spannung gewandelt werden, welche zum Laden der Batterie notwendig ist. In einer Ausführungsform kann ein Wechselrichter, welcher im Fahrbetrieb des Fahrzeugs aus einem Gleichstrom der Fahrzeug- batterie einen Wechselstrom zum Betrieb des Elektromotors des Fahrzeugs erzeugt, im Ladebetrieb aus einem Wechselstrom einer Spannungsquelle eine Gleichspannung zum Laden der Fahrzeugbatterie erzeugen.
In weiteren Ausführungsformen kann ein einzelner Gleichrichter für eine Vielzahl von Wechselspannungsquellen eingesetzt werden. Insbesondere sind dazu Synchrongleichrichter geeignet, da bei diesen eine Gleichrichtung einer Eingangswechselspannung durch eine geeignete Ansteuerung für unterschiedliche Frequenzen erfolgen kann. Eine solche Ausführungsform kann also mit Wechselspannungsquellen unterschiedlicher Frequenzen betrieben werden. In noch einer weiteren Ausführungsform ist eine einzelne Wandlerelektronik für alle Leistungseingangsanschlüsse vorgesehen. Eine solche Wandlerelektronik ist zwischen den Leistungseingangsanschlüssen und der Schalteinrichtung angeordnet und weist einen steuerbaren Gleichrichter und einen steuerbaren Spannungswandler auf. Dadurch können sowohl Gleichspannungen als auch Wechselspannungen unterschiedlicher Höhe in eine zum Laden der Batterie benötigte Gleichspannung gewandelt werden. Insbesondere kann der Wechselrichter, welcher in einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs dazu dient, die Gleichspannung der Batterie in eine Wechselspannung für den Elektromotor des Fahrzeugs zu wandeln, dazu verendet werden, eine an den Leistungseingangsanschlüssen anliegende Spannung in eine zum Laden der Batterie geeignete Spannung zu wandeln. Dies ermög- licht eine Integration unterschiedlicher Ladesubsysteme in eine einzige Ladevorrichtung und damit einen sehr einfachen, wenig komplexen und damit kostengünstigen Aufbau einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung. In einer Ausführungsform ist die Wandelelektronik nicht in einem Leistungseingangsanschluss angeordnet sondern in dem Leistungs- ausgangsanschluss angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Schalteinrichtung dazu ausgebildet, jeweils einen einzelnen Leistungseingangsanschluss mit dem Leistungsausgangsanschluss zu koppeln, wobei die Schalteinrichtung denjenigen Leistungseingangsanschluss mit dem Leistungsausgangsanschluss koppelt, welcher mit einer elektrischen Energiequelle ge- koppelt ist, und über welchen die größte elektrische Leistung empfangbar ist. Wird jeweils nur ein Leistungseingangsanschluss mit dem Leistungsausgangsanschluss gekoppelt wird eine sehr einfache Steuerung der Schalteinrichtung ermöglicht.
In einer Ausführungsform ist die Schalteinrichtung dazu ausgebildet, jeweils diejenigen Leistungseingangsanschlüsse gleichzeitig mit dem Leistungsausgangsanschluss zu koppeln, welche mit einer elektrischen Energiequelle gekoppelt sind. Werden jeweils alle Leistungseingangsanschlüsse mit dem Leistungsausgangsanschluss gekoppelt, welche mit einer Energiequelle gekoppelt sind, kann eine höhere Menge an elektrischer Energie in das Fahrzeug übertragen werden. Dadurch wird ein schnelleres Aufladen der Batterie möglich. ln einer weiteren Ausführungsform weist die Schalteinrichtung für jeden Leistungsein- gangsanschluss jeweils zwei Schalter auf und weist die Schalteinrichtung eine Steuereinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, die Schalter zu steuern, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Schalter in Abhängigkeit davon zu steuern, welcher der Leistungseingangsanschlüsse mit einer Energiequelle verbunden ist, und/oder ob ein Ladebefehl durch einen Benutzer gegeben wurde. Werden für jeden Leistungseingangsan- schluss zwei Schalter vorgesehen, die von einer einzelnen Steuereinrichtung gesteuert werden, wird ein sehr einfacher Aufbau der Schalteinrichtung möglich. Ferner kann eine einzige Steuereinrichtung dazu verwendet werden, alle Steueraufgaben in der Schaltein- richtung durchzuführen. Dies reduziert die Komplexität und die Kosten einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Steuereinrichtung eine programmgesteuerte Vorrichtung und/oder einen Mikrocontroller und/oder einen konfigurierbarer Logikbaustein und/oder einen FPGA und/oder einen CPLD und/oder einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis und/oder einen Computer und/oder einen embedded Computer auf. Werden unterschiedliche Möglichkeiten vorgesehen, die Steuereinrichtung auszuführen, wird eine flexible Anpassung der Steuereinrichtung an unterschiedliche Anforderungen und Anwendungen möglich.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Schalter Relais und/oder Halbleiter-Relais und/oder Halbleiterschalter und/oder FETs und/oder MOSFETs und/oder IGBTs auf. Werden unterschiedliche Möglichkeiten vorgesehen, die Schalter auszuführen, wird eine flexible Anpassung der Ladevorrichtung an unterschiedliche Anforderungen und Anwendungen möglich.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung auch in Luft- und Raumfahrzeugen, Booten und dergleichen oder auch in anderen Objekten als Fahrzeugen eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung.
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfah rens.
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts Anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung 1 .
Die Ladevorrichtung 1 in Fig. 1 weist zwei Leistungseingangsanschlüsse 2, 3 und einen Leistungsausgangsanschluss 5 auf, zwischen welche eine steuerbare Schalteinrichtung 6 gekoppelt ist. Ferner ist in der Ladevorrichtung 1 eine als Mikrocontroller 15 ausgebildete Steuereinrichtung 15 angeordnet, welche mit der Schalteinrichtung 6 gekoppelt ist, um diese zu steuern. Die Leistungseingangsanschlüsse 2, 3 sind jeweils mit einer Energiequelle 20, 21 gekoppelt, welche die Ladevorrichtung 1 mit elektrischer Energie versorgen. Ferner ist der Leistungsausgangsanschluss 5 mit einer Fahrzeughochvoltbatterie 17 gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform ist der Mikrocontroller 15 dazu ausgebildet, die
Schalteinrichtung 6 derart zu steuern, dass jeweils derjenige Leistungseingangsanschluss 2, 3 mit dem Leistungsausgangsanschluss 5 gekoppelt wird, dessen Energiequelle 20, 21 die größte elektrische Leistung liefert. Ferner weist die Schalteinrichtung 6 Relais als Schalter auf.
In weiteren Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 15 als ein konfigurierbarer Logikbaustein bzw. ein FPGA oder CPLD, ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis oder ein embedded Computer ausgeführt sein. Ferner kann die Schalteinrichtung 6 als Schalter anstatt Relais auch Halbleiter-Relais, Halbleiterschalter, FETs, MOS- FETs und/oder IGBTs aufweisen.
Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt S1 werden zumindest zwei Leistungseingangsanschlüsse 2, 3, 4 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt S2 wird ein Leistungsausgang 5 bereitgestellt, welcher mit einer Batterie 17, insbesondere einer Fahrzeughochvoltbatterie 17, koppelbar ist. Schließlich wird in einem dritten Schritt S3 eine elektrischen Verbindung zwischen zumindest einem der Leistungseingangsanschlüsse 2, 3, 4 und dem Leistungsausgangsan- schluss 5 eingeschaltet und/oder unterbrochen.
Beispielsweise kann eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einem der Leistungseingangsanschlüsse 2, 3, 4 und dem Leistungsausgangsanschluss 5 eingeschaltet werden, wenn zumindest einer der Leistungseingangsanschlüsse 2, 3, 4 mit einer elektri- sehen Energiequelle 20, 21 , 22 gekoppelt ist und ein Fahrer einen Befehl zum Laden der Batterie 17 geben hat. In weiteren Ausführungsformen wird die Batterie 17 auch geladen, wenn der Fahrer keinen Befehl zum Laden der Batterie 17 gegeben hat, aber die Batterie 17 nicht voll geladen ist. Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 18. Das Fahrzeug 18 in Fig. 3 weist eine Fahrzeughochvoltbatterie 17 auf, welche mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung 1 gekoppelt ist. Die Ladevorrichtung 1 weist drei Leistungseingangsanschlüsse 2, 3, 4 auf, von denen jeweils einer mit einer Energiequelle 20, 21 , 22 gekoppelt ist. Die Leistungseingangsanschlüsse 2, 3, 4 sind jeweils über zwei eigene elektrische Leitungen mit einer Schaltvorrichtung 6 gekoppelt. Dabei weist die Schaltvorrichtung 6 jeweils zwei Schalter 9, 10, 1 1 , 12, 13, 14 für jeden der Leistungseingangsanschlüsse 2, 3, 4 auf. Auf der Ausgangsseite ist die Schalteinrichtung 6 mit einem Leistungsausgangsanschluss 5 gekoppelt, wobei jeweils die Leitungen der Schalter 9, 1 1 , 13 und der Schalter 10, 12, 14 auf einen gemeinsamen Punkt geführt und dann mit dem Leistungsausgangsanschluss 5 gekoppelt werden. Schließlich weisen die Leistungseingangsanschlüsse 3 und 4 jeweils eine Wandelelektronik 8 in Form eines Gleichrichters 8 auf.
In Fig. 3 ist der Leistungseingangsanschluss 2 mit einer Gleichspannungshochenergiequelle 20 gekoppelt. Ferner ist der zweite Leistungseingangsanschluss 3 mit einer Haushaltsstromquelle 21 gekoppelt. Schließlich ist der dritte Leistungseingangsanschluss 4 mit einer kabellosen Energiequelle 22 gekoppelt. In weiteren Ausführungsformen können wei- tere Energiequellen, wie z.B. Windräder, Drehstromquellen oder dergleichen mit den Leistungseingangsanschlüssen 2, 3, 4 gekoppelt sein.
In noch weiteren Ausführungsformen kann eine einzelne kombinierte Wandelelektronik 8 vorgesehen werden, welche einen steuerbaren Gleichrichter und einen Spannungswand- ler aufweist. Diese Wandelelektronik kann der Schalteinrichtung 6 vorgeschaltet werden oder z.B. auch in dem Leistungsausgangsanschluss 5 angeordnet werden. Mit einer solchen Wandelelektronik 8 kann die Ladevorrichtung 1 an unterschiedliche Energiequellen 20, 21 , 22 angeschlossen werden, welche unterschiedliche Arten von Spannungen, z.B. Gleichspannung (DC) und Wechselspannung (AC), und unterschiedlich starke Spannun- gen, z.B. 230 Volt AC, 400 Volt DC, 1 10 Volt AC oder dergleichen aufweisen.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung aus Fig. 3 auch in anderen Objekten als Fahrzeugen eingesetzt werden, welche eine Batterie als Energieversorgung aufweisen. Dabei kann die Batterie als Energieversorgung für beliebige elektrische und/oder elektronische Vorrichtungen genutzt werden, die nicht zwin- gend dem Antrieb eines Objekts dienen.

Claims

Ansprüche 1 . Ladevorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zumindest zwei Leistungseingangsanschlüssen (2, 3; 2, 3, 4), welche mit jeweils voneinander unterschiedlichen elektrischen Energiequellen (20, 21 ; 20, 21 , 22) koppelbar sind; mit einem Leistungsausgangsanschluss (5), welcher mit einer Batterie (17), insbesondere einer Fahrzeughochvoltbatterie, koppelbar ist; mit einer steuerbaren Schalteinrichtung (6), welche dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einem der Leistungseingangsanschlüsse (2, 3; 2, 3, 4) und dem Leistungsausgangsanschluss (5) einzuschalten und/oder zu unterbrechen.
2. Ladevorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein erster Leistungseingangsanschluss (2), welcher mit einer Gleichspannungshochenergiequelle (20) koppelbar ist, ein zweiter Leistungseingangsanschluss (3), welcher mit einem Haushaltsstromquelle (21 ) koppelbar ist, und ein dritter Leistungseingangsanschluss (4), welcher mit einer kabellosen Energiequelle (22) koppelbar ist, in der Ladevorrichtung (1 ) angeordnet sind.
3. Ladevorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der dritte Leistungseingangsanschluss (4) mittels einer induktiven Schnittstelle und/oder einer kapazitiven Schnittstelle und/oder einer Lichtschnittstelle, insbesondere einer Laserschnittstelle, und/oder einer Mikrowellenschnittstelle mit einer kabellosen Energiequelle (22) koppelbar ist.
4. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Leistungseingangsanschluss (2, 3; 2, 3, 4) eine Wandelelektronik (8) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, die von einer elektrischen Energiequelle (20, 21 ; 20, 21 , 22) erhaltene elektrische Energie in eine zum Laden der Batterie (17) geeignete elektrische Energie zu wandeln, wobei die Wandelelektronik (8) insbesondere einen Gleichrichter und/oder einen Spannungswandler und/oder einen Wechselrichter eines elektrischen Fahrzeugantriebs, welcher in einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs dazu dient, die Gleichspannung der Batterie in eine Wechselspannung für einen Elektromotor des Kraftfahrzeugs zu wandeln, aufweist.
5. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schalteinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, jeweils einen einzelnen Leistungseingangsanschluss (2, 3; 2, 3, 4) mit dem Leistungsausgangsanschluss (5) zu koppeln, wobei die Schalteinrichtung (6) denjenigen Leistungseingangsanschluss (2, 3; 2, 3, 4) mit dem Leistungsausgangsanschluss (5) koppelt, welcher mit einer elektrischen Energiequelle (20, 21 ; 20, 21 , 22) gekoppelt ist, und über welchen die größte elektrische Leistung empfangbar ist.
6. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schalteinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, jeweils diejenigen Leistungseingangs- anschlüsse (2, 3; 2, 3, 4) gleichzeitig mit dem Leistungsausgangsanschluss (5) zu koppeln, welche mit einer elektrischen Energiequelle (20, 21 ; 20, 21 , 22) gekoppelt sind.
7. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schalteinrichtung (6) für jeden Leistungseingangsanschluss (2, 3; 2, 3, 4) jeweils zwei Schalter (9, 10, 1 1 , 12, 13, 14) aufweist und eine Steuereinrichtung (15) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, die Schalter (9, 10, 1 1 , 12, 13, 14) zu steuern, wobei die Steuereinrichtung (15) dazu ausgebildet ist, die Schalter (9, 10, 1 1 , 12, 13, 14) in Abhängigkeit davon zu steuern, welcher der Leistungseingangsanschlüsse (2, 3; 2, 3, 4) mit einer Energiequelle (20, 21 ; 20, 21 , 22) verbunden ist, und/oder ob ein Ladebefehl durch einen Benutzer gegeben wurde.
8. Ladevorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (15) eine programmgesteuerte Vorrichtung und/oder einen MikroController und/oder einen konfigurierbarer Logikbaustein und/oder einen FPGA und/oder einen CPLD und/oder einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis und/oder einen Computer und/oder einen embedded Computer aufweist.
9. Ladevorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schalter (9, 10, 1 1 , 12, 13, 14) Relais und/oder Halbleiter-Relais und/oder Halbleiterschalter und/oder FETs und/oder MOSFETs und/oder IGBTs aufweisen.
10. Verfahren zum Laden, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
mit den Schritten:
Bereitstellen (S1 ) von zumindest zwei Leistungseingangsanschlüssen (2, 3; 2, 3, 4);
Bereitstellen (S2) eines Leistungsausgangsanschlusses (5), welcher mit einer Batterie (17), insbesondere einer Fahrzeughochvoltbatterie, koppelbar ist;
Einschalten und/oder Unterbrechen (S3) einer elektrischen Verbindung zwischen zumindest einem der Leistungseingangsanschlüsse (2, 3; 2, 3, 4) und dem Leistungsausgangs- anschluss (5).
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10
wobei beim Bereitstellen (S1 ) von zumindest zwei Leistungseingangsanschlüssen (2, 3; 2, 3, 4) ein erster Leistungseingangsanschluss (2), welcher mit einer Gleichspannungshochenergiequelle (20) koppelbar ist, ein zweiter Leistungseingangsanschluss (3), welcher mit einer Haushaltsstromquelle (21 ) koppelbar ist, und ein dritter Leistungseingangsanschluss (4), welcher mit einer kabellosen Energiequelle (22) koppelbar ist, in der Ladevorrichtung (1 ) bereitgestellt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 1 1 ,
wobei ferner zumindest die über einen der Leistungseingangsanschlüsse (2, 3; 2, 3, 4) erhaltene elektrische Energie in eine zum Laden der Batterie (17) geeignete elektrische Energie gewandelt wird, wobei die elektrische Energie insbesondere gleichgerichtet oder spannungsgewandelt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
wobei beim Einschalten und/oder Unterbrechen (S3) jeweils ein einzelner Leistungsein- gangsanschluss (2, 3; 2, 3, 4) mit dem Leistungsausgangsanschluss (5) gekoppelt wird, wobei derjenige Leistungseingangsanschluss (2, 3; 2, 3, 4) mit dem Leistungsausgangs- anschluss (5) gekoppelt wird, welcher mit einer elektrischen Energiequelle (20, 21 ; 20, 21 , 22) gekoppelt ist und über welchen die größte elektrische Leistung empfangbar ist;
und/oder
wobei beim Einschalten und/oder Unterbrechen (S3) jeweils diejenigen Leistungseingangsanschlüsse (2, 3; 2, 3, 4) gleichzeitig mit dem Leistungsausgangsanschluss (5) ge- koppelt werden, welche in dem Moment des Einschaltens und/oder Unterbrechens (S3) mit einer elektrischen Energiequelle (20, 21 ; 20, 21 , 22) gekoppelt sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
wobei beim Einschalten und/oder Unterbrechen (S3) für jeden Leistungseingangsan- schluss (2, 3; 2, 3, 4) jeweils zwei Schalter (9, 10, 1 1 , 12, 13, 14) gesteuert werden, wobei die Schalter (9, 10, 1 1 , 12, 13, 14) in Abhängigkeit davon gesteuert werden, welcher der Leistungseingangsanschlüsse (2, 3; 2, 3, 4) mit einer Energiequelle (20, 21 ; 20, 21 , 22) verbunden ist, und/oder ob ein Ladebefehl durch einen Benutzer gegeben wurde.
15. Kraftfahrzeug, insbesondere Automobil, mit einer Ladevorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; mit einer Fahrzeugbatterie (17), insbesondere einer Fahrzeughochvoltbatterie, welche mit der Ladevorrichtung (1 ) gekoppelt ist.
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