WO2017134052A1 - Fahrzeug-hochvoltbordnetz sowie stationäre anschlussvorrichtung - Google Patents

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WO2017134052A1
WO2017134052A1 PCT/EP2017/052052 EP2017052052W WO2017134052A1 WO 2017134052 A1 WO2017134052 A1 WO 2017134052A1 EP 2017052052 W EP2017052052 W EP 2017052052W WO 2017134052 A1 WO2017134052 A1 WO 2017134052A1
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WO
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converter
electrical system
stationary
voltage
vehicle electrical
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PCT/EP2017/052052
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Mühlbauer
Martin Brüll
Franz Pfeilschifter
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks

Definitions

  • Plug-in hybrid vehicles can be charged using AC or DC power.
  • DC is used for fast charging in particular DC.
  • a converter which converts the alternating current of a stationary AC network into direct current and a power ⁇ factor correction (PFC, power factor compensation), which is interposed between the stationary alternating current network and the converter, to reduce reactive power.
  • PFC power ⁇ factor correction
  • the energy storage and the DC / DC converter are thus mobile or arranged in a vehicle. Furthermore, the vehicle electrical system includes a DC charging port.
  • the energy storage, the DC / DC converter and the DC charging connection are high-voltage components and especially for voltages over 60 V, 100 volts or 300 or 350 volts, for example, for an operating voltage of 360 - 400 volts.
  • the DC charging port is connected to the electrical energy storage via the DC / DC converter.
  • the DC / DC converter connects the DC charging connection to the energy store.
  • the DC charging port can be generally referred to as a (mobile) DC port, since it is not used (only) for the function of charging, but possibly also for the recovery of energy from the vehicle electrical system.
  • the vehicle electrical system has a controller, which is drivingly connected to the DC / DC converter.
  • the controller is configured to set an output voltage at a first terminal of the DC / DC converter according to a voltage setpoint.
  • the controller can also be regarded as a voltage regulator since it (together with the DC / DC converter controlled by it) realizes a voltage conversion according to a (predetermined) voltage setpoint.
  • the controller can have a voltage setpoint input at which the voltage setpoint can be entered or set.
  • the output voltage is stabilized in particular, for example by the regulator.
  • DC / DC converter is referred to as an intermediate circuit, further components can be connected to the ge ⁇ if necessary.
  • the DC charging port is connected to the electrical energy storage via the DC / DC converter.
  • the DC link ie the side of the DC / DC converter, which faces away from the electrical energy ⁇ storage, electrical energy is supplied during charging, which is converted by the DC / DC converter, in particular ⁇ special voltage converted. This allows the energy storage to be charged.
  • the vehicle electrical system also includes the
  • DC charging terminal which is connected to the intermediate circuit and thus to that side of the DC / DC converter, which faces away from the electrical energy storage.
  • the intermediate circle ie at the DC / DC converter can also be connected to an inverter, so that the DC / DC converter takes on the further task to take electrical or electrically assisted driving electrical power to the energy storage, convert and supply the inverter.
  • the DC / DC converter is arranged to change the voltage level at its output, it is possible that the voltage of the energy storage is increased or decreased from the voltage at the DC charging terminal, and the voltage thus adapted to the energy ⁇ memory is supplied. As a result, the electrical energy store can be operated at high power. Furthermore, during the feeding back, ie if the DC / DC converter is bidirectional, the voltage at the DC connection of the
  • Vehicle electrical system can be changed or adapted to the voltage of the energy storage, and can be changed or adjusted or regulated in particular, in order to increase or decrease the voltage at the DC charging port against the voltage of the energy storage, for example.
  • the input voltage of the DC / DC converter is the voltage at the DC charging port and the output voltage is the voltage at the energy storage.
  • the input voltage of the DC / DC converter is the voltage at the energy storage and the output voltage is the voltage at the DC charging connection.
  • a higher voltage than the voltage of the energy store may be available on an optionally present inverter if the DC / DC converter is an up-converter or increases the battery voltage and outputs the thus increased voltage to the inverter.
  • the DC / DC converter connects the DC link to the electrical energy storage.
  • the DC / DC converter connects the DC connection to the electrical energy storage. If an inverter is present, the DC / DC converter, the inverter or its DC side with the electrical energy storage.
  • the DC / DC converter or its energy storage applied side is directly connected to the DC charging port.
  • the DC / DC converter or its side connected to the DC charging port is directly connected to the electrical energy store.
  • the DC link is directly with the
  • a direct connection in particular a compound is be ⁇ draws, which does not include voltage or current conversion or power ⁇ control.
  • a direct connection is also called a connection to the ⁇ particular, the security mechanisms such as contactors, fuses or include similar, or which are preferably but not controlled by a pulse width modulation and thus can adjust the transmitted power, other switches.
  • Complete disconnection or complete connection (corresponding to a 0% or 100% duty cycle) is not considered a direct connection.
  • Intermediate duty cycles are suitable for setting the effective power, and are preferably not considered as a direct connection.
  • a connection through a filter are also considered as a direct connection, especially if their damping factor at a frequency of 0 hertz is about 1.
  • the DC / DC converter is configured to transfer power from the DC charging port to the battery, and is also configured to adjust, control, or regulate the output voltage.
  • the output voltage DC / DC converter is the voltage which prevails at the terminal of the DC / DC converter, at which (possibly depending on the operating mode) the electric power is output, which is converted by the DC / DC converter.
  • the DC / DC converter has a charging function.
  • the DC / DC converter is preferably configured to convert energy that is output from the electrical energy store. This is called recovery.
  • the power conversion of the DC / DC converter involves no conversion of the current type. This allows the output voltage to be adjusted, controlled or regulated.
  • the DC / DC converter can also have the function of the power conditioning for the traction mode of the inverter if the vehicle electrical system has an inverter. It can be seen that the DC / DC converter is preferably constructed in a bidirectional manner, so that power, in particular in the charging function, power can be transmitted to the energy store, and power can be output from the energy store to the DC connection for the purpose of feeding back energy. In the (optional) conditioning function for the traction drive, power can be taken from the energy store in order to supply it to the inverter (prepared). As a result, the DC / DC converter can be used both in driving mode, in recuperation mode, in charging mode and also in regenerative mode. The same power semiconductors are used for these modes of operation, so that the overall costs, in particular on the stationary side, are reduced.
  • the controller is part of the electrical system (not necessarily a high voltage section of the Bordnet ⁇ zes), but can also be part of the. Due to the function
  • the controller is configured to control an output voltage of the DC / DC converter.
  • This output voltage is delivered via the DC / DC converter to the electrical energy storage.
  • the output voltage may be that which is output from the DC current terminal (for example, from the DC link) to the energy storage via the DC / DC converter. This is the case in the loading mode.
  • the output voltage that which, from the energy storage via the DC / DC converter to the DC charging connection (such as to the DC link) is discharged.
  • the controller may be part of a controller of the powertrain DC / DC converter.
  • the function of the controller may be at least partially realized as a program code, so that in particular the controller whose function can be implemented as program code, which are provided for execution on a processor.
  • Secondary cells or series circuits of secondary cells are particularly suitable as an electrical energy store.
  • the electrical energy storage device can have a nominal voltage of more than 40 volts, preferably a rated voltage greater than 100 volts, for example ⁇ play a nominal voltage of approximately 300, 350, 400, 600 or 800 volts or more. Since the DC / DC converter is interposed between the intermediate circuit (ie between the DC charging connection) and the energy store, the rated voltage of the energy store can deviate from the voltage at the DC link or at the DC charging connection. In particular, the nominal voltage of the energy store can be higher than the voltage of the
  • the DC charging connection are. If, for example, the DC connection is designed for 400 volts, the battery voltage can still be 600 or 800 volts. The higher voltage of the energy storage can be realized higher achievable performances.
  • the DC / DC converter is preferably designed to be bidirectional in order, as mentioned, to be able to transmit energy to and from the energy store.
  • the DC / DC converter can be designed for a given rated power.
  • the DC / DC converter may be designed, for example, in a conversion direction, which is directed towards the energy storage, for a higher power, as in the reverse direction. For energy storage down the
  • DC / DC converter designed with a rated power, with a rated current or even with a maximum power or a maximum current that is 20 or 50, 100 or 200% above the corresponding size in the opposite direction of conversion.
  • the conditioning function can be used for the so-called boost mode, by the optional inverter more power can be supplied, as in an operation in which the inverter is directly connected to the energy storage (without the DC / DC converter).
  • the butteraufberei ⁇ tion function can be provided in particular by a current or voltage adjustment or control or regulation available, for example, realized by a conditioning control or in other functions (such as in the feed-back function and / or in the charging function) becomes.
  • the optional inverter has a DC side which is connected to the DC link or to the DC / DC converter or to the DC charging connection. Since the direct connection, the DC side of the inverter and also facing away from the energy storage side of the DC / DC converter are connected together in the form of the intermediate circuit, which be ⁇ striking connection points (that is, the connection or pages) can be interchanged.
  • the optional inverter is designed in particular for a three-phase ⁇ machine and preferably has an AC side, which is three- or multi-phase, for example, six-phase.
  • the DC side of the inverter and the two direct current side of the DC / DC converter preferably have a po ⁇ sitiven and a negative terminal, in particular a positive terminal and a ground terminal.
  • the power semiconductors of the DC / DC converter can thus be used twice, depending on the function, so that the same semiconductors can be used for the realization of the two functions mentioned above (charging function on the one hand and regenerative power or, if appropriate, power conditioning for traction operation).
  • DC / DC converter can not be used to control the charging process, but also to adjust different voltage levels.
  • the vehicle electrical system thus has an electrical energy store, a DC charging connection (also referred to as a direct current connection) and a DC / DC converter.
  • the DC connection is connected via the DC / DC converter with the electrical energy storage.
  • the vehicle electrical system has a controller. This is driving with the
  • the controller is configured to set an output voltage at a first terminal of the DC / DC converter according to a voltage setpoint.
  • the voltage ⁇ setpoint can be set by an overriding control device which is part of the vehicle electrical system is present in ⁇ nergur of the vehicle (and not necessarily part of the vehicle electrical system), or which is stationary and connected an excusend via a communications interface with the controller is.
  • an external, higher-level control ⁇ apparatus via the communication interface to control the controller a higher-level control device, which is present within the vehicle or part of the vehicle electrical system. The latter control device controls the controller with a voltage setpoint.
  • the entity that controls the regulator may itself be two-stage and have two cascaded control devices (one stationary or part of the attachment device, one in-vehicle) which cascade the controller in such a way.
  • the controller directly superordinate control device can also be controlled by means of a voltage setpoint, optionally from the Control device which is superordinate to the regulator directly, is forwarded unchanged to the controller, or that is forwarded ge ⁇ optionally modified according to an input of said control device.
  • the control device which is superordinate to the regulator can directly modify or correct so specifications of an external control device, such as an energy storage or conversion operation ⁇ condition which comes from the energy storage device, the DC / DC converter of the electrical system or the battery management apparatus.
  • an external control device such as an energy storage or conversion operation ⁇ condition which comes from the energy storage device, the DC / DC converter of the electrical system or the battery management apparatus.
  • Component 32 acts, said component 22 at least can provide an Be ⁇ operating parameters for component 34th
  • the arrow "->" should represent a driving connection according to the direction of the arrow.
  • the DC / DC converter can be bidirectional.
  • the DC / DC converter and / or the controller may be arranged in a state of charge (or in a charging operation) to regulate the output ⁇ voltage which prevails at a first terminal of the DC / DC converter according to the voltage setpoint.
  • Terminal is connected to the DC terminal, and is preferably connected directly to it.
  • the DC / DC converter and / or the controller may further be configured to regulate an output voltage at a second connection of the DC / DC converter in a regenerative state.
  • the first and the second connection of the DC / DC converter are opposite in relation to the DC / DC converter.
  • the DC / DC converter is configured to convert power between the first and second ports.
  • the controller can have a voltage setpoint input. This can be connected to a higher-level control device of the vehicle electrical system or can be connected to an external, To be connected to higher-level control device.
  • the higher-level control device may be provided inside the vehicle, in which the electrical system is located, or may be provided outside the vehicle (stationary).
  • the controller which may preferably be regarded as a controller or part of the controller of the DC / DC converter, has an input to an actual parameters such as power, current and voltage in the DC link or DC connection and / or power, voltage and / or to capture power to the energy storage or between energy storage and DC / DC converter. If the DC / DC converter is operated in a charging function, then the controller which controls the DC / DC converter preferably detects the voltage of the intermediate circuit and the voltage of the battery. Furthermore, operating parameters such as temperature or aging state of the battery can also be transmitted from the battery to the controller or, preferably, to a higher-level control device (in particular via a battery management device).
  • the controller in particular the parent Steuerungsvor ⁇ direction can be configured, the energy storage device according to a specification such as:
  • DC / DC converter or the higher-level control device to be equipped with a safety mechanism, for example with an overcurrent or overtemperature detection, which is configured to detect a fault or overload and accordingly to interrupt the charging process or to significantly reduce the charging power.
  • a safety mechanism for example with an overcurrent or overtemperature detection, which is configured to detect a fault or overload and accordingly to interrupt the charging process or to significantly reduce the charging power.
  • Control device and / or the controller can with a Be connected battery management device that outputs operating parameters of the energy storage.
  • the controller may have a first operating mode (charging mode) in which it acts as a charge controller and a second operating mode (regenerative mode) in which it is used for power conditioning, power adaptation or
  • the DC / DC converter can be offset in opposite directions in different modes.
  • the parent Steue ⁇ device is connected approximately anticiannd with the DC / DC converter to specify the operation mode, and thus to drive the controller and the transducer accordingly.
  • the controller or the master control device may be set up in the regenerative mode to increase the voltage at the direct ⁇ power connection means of the DC / DC converter with respect to the voltage at the energy storage or decrease.
  • the controller or the higher-level control apparatus can therefore adjust the voltage difference between energy storage and direct current terminal in accordance with a target power signal or a target ⁇ current signal, such as the higher-level control apparatus.
  • the controller controls the DC / DC converter in such a way that the corresponding specifications (in particular with regard to the setpoint voltage) are maintained with the least possible error.
  • the controller has as mentioned preferably has a voltage ⁇ setpoint input, the parent with a
  • Control device of the vehicle electrical system is connected or drivingly connected to an external, higher-level control device.
  • controller has the voltage setpoint input
  • this is connected to the higher-level control device of the vehicle electrical system.
  • the Control device is preferably arranged to control or regulate the power and / or the output current of the DC / DC converter (30) by controlling the DC / DC converter (30) via the controller.
  • the higher-level control apparatus is adapted to determine a target power or a target current to determine (as based on a specification of an energy management ⁇ system or based on user inputs or inputs from a stationary loading system), and according to this, a target voltage as the regulator Target size is supplied.
  • a communication interface can be provided, via which the higher-level control device receives inputs, for example from a stationary device.
  • the vehicle electrical system may have a battery management device connected to the electrical energy store. This is preferably set up to determine at least one operating parameter of the electrical energy store. This operating parameter may be the open circuit voltage, the current terminal voltage, the current current, the current temperature, the state of charge or the state of aging.
  • This at least one operating parameter can be fed directly to the controller. Further, the at least one operation parameter ⁇ can be supplied to the controller indirectly, such as via the superordinate control device. In this case, the operating parameter itself or a quantity derived therefrom (such as the resulting desired voltage) can be supplied to the controller. The at least one operating parameter can therefore be supplied directly or indirectly to the controller as a variable within the control. Alternatively, the at least one operating parameter can be supplied as a variable derived therefrom in the control ⁇ nergur.
  • the higher-level control device is preferably arranged, Be ⁇ operating variables such as an actual current, an actual voltage or an actual power to detect applied to the DC / DC converter and is transmitted therefrom. Furthermore, the parent
  • Control device configured to detect a fault condition or an operating temperature of the DC / DC converter. These quantities can be detected directly by the DC / DC converter, may be detected by a measuring device such as a sensor, in particular a current sensor, or by a transducer (A / D converter) connected to the DC / DC converter, or may be controlled by the controller (such as a variable included within the Regulation is used).
  • the operating variables can be determined at a connection of the DC / DC converter, in particular at that connection which is connected to the electrical energy store, and / or at that connection which is connected to the DC charging connection.
  • Voltage sensor may be provided, which is configured to transmit detected current or voltage values to the higher-level control ⁇ device. This may alternatively or in combination herewith also apply to the controller, which in this case is designed like the control device for detection or is connected to a relevant sensor or a measuring device.
  • the higher-level control device can have a (preferably wireless) communication interface, via which a stationary device (such as a charging station or a stationary connection) is connected in a driving manner.
  • the controller may be a (preferably wireless) communication interface ⁇ site, via which received the parent Steuerungsvor- direction (optionally stationary) drive signals to the controller.
  • the vehicle electrical system may have a battery management device connected to the electrical energy store. This is arranged to monitor at least one operation parameter ⁇ the electrical energy store or to detect. Further, the battery management apparatus is adapted to intervene directly (by driving the controller) or indirectly (via the higher-level control device) in the control of the controller, especially if the Be ⁇ operating parameters is outside a predetermined interval be ⁇ place. The interval is limited on both sides or one-sided.
  • the electrical energy store may be equipped with a battery management device.
  • the battery management device may also be generally considered part of the electrical system and is not necessarily part of the energy storage.
  • the battery management device is connected to the controller for the transmission of at least one operating parameter of the energy store. In combination or alternatively, the battery management device with the controller for transmitting at least one operating parameter of a
  • Target charging power signal which is intended for the charge controller connected.
  • the operating parameters of the energy storage can be its terminal or open circuit voltage, its short-circuit current, its temperature, its power, its operating time, its state of charge or its aging state.
  • the vehicle electrical system may have an inverter with a DC side, which is connected directly to the DC / DC converter, in particular to the second terminal of the DC / DC converter.
  • An AC side of the inverter may be directly connected to an electric machine.
  • the inverter and the machine are in particular high-voltage components.
  • the vehicle electrical system may further comprise an AC / DC charging converter. This one has a DC side that with the
  • the AC / DC charging converter is a rectifier which allows energy to be fed into the electrical system via an AC connection, which is connected to the AC / DC charging converter, into the intermediate circuit and thus via the DC / DC converter ,
  • the DC side of the AC / DC charge converter is in particular connected to the DC / DC converter (i.e., its side facing away from the energy store), preferably to the second terminal.
  • the AC / DC charging converter may further include an AC side. This is directly connected to an AC power connection.
  • the AC charging connection or the alternating The current side of the charging transducer can be designed in a multi-phase, in particular three-phase or multi-phase with a phase number of more than three.
  • the AC charging port may be, in particular, a three-phase charging port.
  • a direct connection as mentioned above, all direct connections that do not include power control are considered.
  • a direct connection may comprise a filter, a switch or even a fuse, as long as the switch is not driven with a duty factor greater than 0% and less than 100%.
  • Such switches can be, for example, changeover switch, which at
  • the AC / DC converter charging may be bidirectionally particular forms ⁇ .
  • energy can be taken from the energy store via the DC / DC converter and output via the DC link and the AC / DC charge converter at the AC charging connection, in particular to stationary AC networks.
  • the electrical system may further comprise an electric machine. This is designed in particular for the traction of a vehicle in which the drive train is located. However, the electric machine may also drive other components of the vehicle. For example, the electric machine may be an electric machine of an electric air conditioning compressor or a brake pressure assist pump.
  • the electrical machine is connected to the DC link via the inverter.
  • the inverter has as mentioned the function, from the DC voltage of the
  • the DC link to produce currents that lead in the electric machine to a rotating magnetic field.
  • the electric machine operates as a generator
  • kinetic energy of the vehicle converts into electrical energy
  • This power can then also be fed via the DC / DC converter in the electrical energy storage, so that during braking kinetic energy can be recovered and can be retrieved later from the energy storage.
  • the inverter is designed in particular as a B6C bridge, ie as a full-wave bridge, which is designed to be three-phase, with half or all switches of the bridge being controllable.
  • the DC / DC converter can also be designed with semiconductor-based circuit breakers, in particular in the form of transistors, preferably MOSFETs or IGBTs.
  • a stationary connection device is also described.
  • This has an AC / DC converter, which has a change ⁇ current side.
  • This AC side is equipped for connection to a stationary AC mains.
  • AC / DC converter also has a DC side.
  • a stationary power connector i.e.
  • the AC / DC converter can be uncontrolled or controlled.
  • the term "uncontrolled” means in this case that parameters of the converter operation are defined only by the converter itself, by the input voltage and the output current and no change of the converter power is possible by a drive signal.
  • the AC / DC converter may include, for example, the transformer described below. Since its windings are connected directly to the stationary alternating current network or to the stationary power connections, such an AC / DC converter is uncontrolled.
  • the AC / DC converter may comprise a rectifying power correction filter. This comprises a full-wave rectifier bridge, which is controlled in particular.
  • the full wave rectifier bridge can be designed as a B6C bridge.
  • each arm of the rectifier bridge in addition to a switching element has a diode which is connected in series with the switching element.
  • the AC / DC converter is not regenerative, ie a unidirectional converter.
  • the AC / DC converter can be a rectifier which is connected directly to the stationary power connection is connected, and which is connected directly to the stationary Wech ⁇ selstromnetzes.
  • the AC / DC converter may be a bidirectional converter or may be a unidirectional converter configured to output power to the stationary power connector or to the DC bus.
  • the AC / DC converter can be designed as a fixed-set B6C bridge (i.e.
  • the AC / DC converter of the stationary connection device is in particular capable of regenerating.
  • the AC / DC converter may further include a transformer having a group of delta-connected windings and a group of star-connected windings. The groups are connected to the stationary power connector (ie, with charging power connectors), preferably in a direct manner.
  • the transformer also has a further winding, which is connected to a rectified ⁇ judge, via which the transformer can be connected to the stationary AC power, preferably in a direct manner.
  • charging current connections is not intended to limit the function of the ⁇ be taken components on the shop. If the AC / DC converter of the stationary connection device is configured bidirectionally, energy can be transmitted to the stationary AC network via the charging current connections. For this reason, the “charging power connections” are generally to be understood as power connections, to which a vehicle electrical system can be coupled.
  • the stationary connection device may comprise a contactor which is connected between the AC / DC converter of the stationary connection device and the DC busbar. This does not require any of the stationary
  • the stationary connection device can in particular have a communication interface. This may be connected to the AC / DC converter of the stationary connection device or be part of this AC / DC converter.
  • the communication interface is preferably set up, at least one current operating parameter such as utilization, a power transmitted by the AC / DC converter, a current voltage at the power connections, a current fault state of the stationary connection device or the connected stationary AC network, a user verification request, deliver a desired power value, a desired voltage value or a desired current value.
  • the communication ⁇ interface can be configured to deliver at least one static property of the stationary connection device, such as a maximum or rated current, a maximum or nominal voltage, or a maximum or rated power, or even a number of simultaneously connectable vehicles.
  • the at least one current operating parameter and / or the at least one static property can be delivered to a vehicle electrical system or to a communication interface of the driving ⁇ generating electrical system or a vehicle in particular.
  • the communication interface is further preferably incorporated ⁇ directed to receive signals, the operating state of an error status of an on-board network of a connected vehicle or a loading reflect a component of the electrical system.
  • the operating state of a component is, in particular, a temperature, a state of charge, an aging state or a degree of utilization of an energy store and / or a converter of the vehicle electrical system.
  • the AC / DC converter is stationary.
  • the AC side of the converter is configured for connection to a stationary AC network, by ent ⁇ speaking terminals or connectors are provided.
  • the AC / DC converter of the stationary terminal device is arranged to supply power from the AC side to the DC line.
  • the DC bus allows to operate several charging stations by means of one and the same AC / DC charging converter at the charging station.
  • the AC / DC charging converter for a vehicle that does not have a vehicle electrical system according to the invention can set a specific DC voltage on the DC bus that is suitable for charging this vehicle.
  • the DC / DC converter provided there can carry out the voltage adjustment (which can not be carried out by the first-mentioned vehicle) within the vehicle electrical system and set the voltage in accordance with the requirements of Adjust the energy storage or the charge even without a specified setpoint input voltage at the DC charging port.
  • each DC / DC converter of the plurality of vehicle electrical systems can be operated individually in each case suitable for the battery condition, and the desired loading ⁇ operating mode.
  • the respective controllers can operate the DC / DC converter of the respective vehicle electrical system individually, without the stationary connection device having to make adjustments. This can be particularly beneficial ⁇ staltet the stationary connection device.
  • the controller of the stationary connection device regulates the output voltage of the stationary AC / DC converter, in particular according to a predetermined setpoint voltage. This can be specified for example by the communication interface of the stationary connection device the controller.
  • the communication interface of the stationary terminal ⁇ device can receive a specification that reflects this desired voltage from the communication interface of the driving ⁇ generating electrical system or from a superordinate
  • the stationary AC network can be a public
  • AC mains or a stand-alone grid For example, an isolated grid with at least one power plant, which uses renewable energies.
  • the stationary connection device on one or more compounds or the aforementioned terminals or plugs, which are suitable to connect the connection ⁇ device to one or more (staitonäre) AC networks and / or (stationary) direct current networks.
  • Such connections may be connections in the form of plug or screw connections which are suitable for connecting two stationary components.
  • the DC or AC networks can correspond to networks of individual power plants or energy ⁇ memory, for example, local water power or wind power plants.
  • a DC / AC converter is preferably provided, via which the respective DC voltage levels are connected to the charging station.
  • the stationary connection device can be set up to be connected to one or more DC power plants or memories, in particular to an example local DC network.
  • connections via which the one or more DC power plants, memories or the local DC network are connected to the connection device are connected via a direct connection (optionally also via a DC / DC converter for voltage adjustment) to the stationary power connection, which is connected to the connection is designed to a vehicle electrical system.
  • the DC network to which the stationary terminal device is connectable may include one or more stationary storage, one or more electrolyzers, or one or more generators of a wind or heating power plant configured to deliver DC power.
  • stationary DC storage or stationary DC power plants such as photovoltaic systems, stationary accumulators or wind or hydroelectric power stations with downstream switched rectifier
  • one or more such island power plants or island storage can be connected to each other via the DC bus.
  • the DC / DC converter of the vehicle electrical system or also the AC / DC charging converter of the connecting device being set up are to feed energy in a corresponding regenerative mode in a stationary accumulator or a stationary accumulator network (or DC network).
  • the DC bus or at least the DC side of the AC / DC charging converter of the charging station may be used to power a vehicle electrical system or more
  • the stationary terminal may also include a voltage regulator.
  • This voltage regulator is drivingly connected to the stationary AC / DC converter.
  • the stationary AC / DC converter has an input connected to at least one of the stationary power terminals.
  • the input of the stationary AC / DC converter is connected to the DC bus.
  • the stationary AC / DC charging converter can be connected to the stationary alternating current network, for instance to detect its voltage, frequency and / or phase.
  • the voltage regulator is preferably set up to use a voltage detected at the input as the control reference variable. This allows the stationary AC / DC converter in particular as
  • Voltage regulators operate to provide a nominal voltage at the stationary power connections (DC).
  • the stationary AC / DC converter may be configured to perform the function of phase correction (ie, reactive power reduction).
  • FIG. 1 shows an exemplary vehicle electrical system and an infrastructure with an exemplary stationary connection device for exemplifying the description described here.
  • the drive train 10 ⁇ is shown only schematically and can be constructed as the drive train 10, or deviate from this, provided that it has a DC charging port, with which a connection to the stationary connection device 100 can be produced.
  • the vehicle electrical system 10 has an electrical energy store 20 in the form of a rechargeable battery, which has a battery management device 22.
  • the electrical energy store 20 is connected via a DC voltage line to a first converter side or to a first terminal 31 a of a DC / DC converter 30 of the vehicle electrical system 10.
  • the second converter side or the second terminal 31 b of the DC / DC converter 30 is connected to DC charging terminals 12 of the vehicle electrical system 10.
  • the DC charging terminals 12 may be referred to as a direct current terminals of the driving ⁇ generating electrical system 10 also generally, particularly if these are not only for supplying energy to the vehicle electrical system 10 (for example during a charging operation), but also for return of energy starting from the vehicle electrical system 10.
  • the second converter side or the second terminal 31 b of the DC / DC converter 30 is connected to a DC link 70. Of the Intermediate circuit 70 is in particular connected to the Gleichstromladean ⁇ circuits.
  • the second side (corresponding to the second terminal 31 b) of the DC / DC converter 30 is connected to a DC side of an inverter 40 (via the DC link 70).
  • the inverter 40 has an associated AC side connected to an electric machine 50.
  • the AC side of the inverter 40 is three-phase like the electric machine 50, so that the connection between the electric machine 50 and the inverter 40 is three-phase.
  • an optional AC / DC converter 60 is connected to the DC side of the inverter 40. Its AC side is connected to an optional AC charging port 14. The AC side of the optional AC / DC charging converter 60 as well as the AC charging port 14 are three-phase.
  • the optional AC / DC charging converter 60 of the vehicle electrical system 10 is further connected to an AC / DC controller 62, which drives the AC / DC converter 60.
  • the AC / DC controller 62 further includes inputs that detect voltage, current, and / or power signals of the DC bus 70 or the AC charging port 14. This is represented by the relevant dashed arrows shown.
  • the DC / DC converter 30 is controlled by a controller 32.
  • a higher-level control device 34 is connected to the controller 32.
  • the control device 34 is superior to the controller 32 in terms of the drive hierarchy.
  • Control device 34 is part of the vehicle electrical system 10th
  • the possibility of the higher-level device Steue ⁇ approximately 34 '' outside the vehicle electrical system is provided 10, and to provide outside the vehicle.
  • the control device 34 '' is stationary and in particular part of a charging station or the stationary connection device mentioned herein, see for example reference numeral 100.
  • the vehicle electrical system 10 has (in this case in particular) a communication interface 36. This is arranged to communicate with the higher level control device 34 ".
  • the higher-level control device 34 " can be connected to the controller 32 and to the battery management device 22 via the communication interface 36. This possibility is also shown with dashed lines.
  • the control device 34, 34 'and 34'' receives energy storage operating parameters from the battery management device 22. In the control device 34''these are transmitted via the communication interface 36 (not shown for the sake of clarity).
  • the controller 32 is configured to set the voltage at that terminal 31a, b of the DC / DC converter 30 in accordance with a target voltage at which power is supplied from the DC / DC converter 30, ie at the (current) output of the DC / DC converter 30.
  • the converter 30 is preferably used for bidirectional voltage Conversion designed.
  • the target voltage is', 34 'defined by the überge ⁇ associated control device 34, 34'.
  • the controller 34 detects either directly from the relevant output or via the battery management device 22 an actual voltage. Based on the comparison of the actual voltage with the target voltage, an error is calculated which the controller 32 reduces by driving the DC / DC converter 30 as far as possible (in terms of the amount).
  • the controller 32 activates in at least one operating parameter of the DC / DC converter 30 a.
  • the controller 32 controls the duty cycle or switching points of the DC / DC converter 30.
  • a voltage regulation results for stable setting of a voltage by the DC / DC converter 30 at that terminal 31a, b of the DC / DC converter 30, which Gives off energy (ie at the output).
  • the setpoint voltage is output as a voltage setpoint, for example in the form of a signal whose amplitude, duty cycle or frequency reproduces the voltage setpoint, or carries the information by coding which reproduces the voltage setpoint.
  • the higher-level control device 34, 34 ', 34 "is set up to execute a charging mode.
  • power is transmitted from the DC connection 12 to the energy store 20 by means of the DC / DC converter 30.
  • the higher-level control device 34, 34 ', 34 can be set up to execute a regenerative mode. In the regenerative mode, power is transferred from the energy storage device 20 to the DC connection 12 via the DC / DC converter 30.
  • the higher-level control device 34, 34 ', 34'' detects operating parameters from the battery management device 22, in particular a desired charging voltage and / or a desired charging current or a nominal charging power. Furthermore, parameters such as temperature, state of aging or state of charge can be transmitted as a signal to the higher-level control device 34, 34 ', 34''. In addition, the higher-level control device 34, 34 ', 34''can detect approximately the voltage in the intermediate circuit 70 or at the DC connection 12 or also a current or a power that comes from the DC connection 12 to the DC / DC converter 30 is supplied in the opposite direction from this. These detecting or driving connections are shown in Figure 1 with arrows, which are shown as a dashed line.
  • the higher-level control device 34, 34 ', 34'' may be connected to and configured with a further, higher-level control unit (not shown), parameters such as a desired power, a desired voltage or a desired current from the higher-level Control unit to receive.
  • the higher-level control unit such as a power management unit is drivingly connected to the DC / DC converter 30 and possibly to the inverter 40.
  • the higher-level control unit can thus specify at least parameters according to which the DC / DC converter 30 is to be operated in the regenerative mode.
  • DC charging terminal 12 (which may also be more generically referred to as DC terminal 12) includes two contacts (positive or negative and positive and ground contacts, respectively).
  • the charging station 100 comprises, in addition to the charging current connection 13 and the optional further charging connection 13 ⁇ (or further charging current connections), which are designed for direct current, an optional AC connection 14 (illustrated in FIG. 1 as three-phase).
  • the stationary connection device 100 has a
  • the stationary alternating current network 80 may be an AC island grid be ( "Micro-grid") or may be a public exchange ⁇ power-supply network.
  • the AC / DC converter 82 may be bidirectional to realize a charging function as well as a regenerative function. However, the AC / DC converter 82 may also be unidirectional and designed only for transmission to the DC side.
  • One embodiment provides that the AC / DC converter 82 or the connection device 100 is unregulated and, in particular, operating parameters such as duty cycle (if applicable) or the like are fixed immutable.
  • FIG. 1 shows another embodiment in which the stationary connection device 100 comprises a voltage regulator 84. This covers in particular the
  • Voltage at the DC side of the AC / DC converter 82 uses this voltage, for example, as a control guide size to the AC / DC converter 82 to control so that at its DC side as possible a (predetermined) target voltage occurs.
  • the voltage regulator 84 may receive operating parameters from the stationary AC grid 80, such as a voltage, a phase, or a frequency.
  • the connection between stationary AC network 80 and charging converter 82 is an AC connection which, as shown, is three-phase.
  • the AC side of the AC / DC converter 82 is also three-phase.
  • a Kommunikati ⁇ onstrestelle 86 of the stationary terminal apparatus 100 is connected to the AC / DC converter 82nd Via this communication interface 86, a communication with a communication interface 36 of the vehicle electrical system 10 can be established.
  • the communication interfaces 36 and 86 may exchange data regarding error conditions or operating parameters of the controller 32, the higher-level controller 34, 34 ', the battery management device 22, or the energy storage 20.
  • the vehicle on-board network 10, 10 'to be connected can be authorized via these communication interfaces 36 and 86 before energy is transmitted.
  • the stationary terminal device 100 does not include the stationary alternating current network 80 and also not another supply alternating current network 80 ⁇ or related power plants, but in particular comprises the AC / DC converter 82, its (optional) voltage regulator 84, the DC bus 90 and the charging current terminals 13, 13 ⁇ and 14.
  • the stationary connection device 100 also includes in particular ⁇ special connections 81, such as in the form of terminals that allow connection to another AC power supply 18 ⁇ .
  • the DC busbar 90 also has such a connection 81 '(or corresponding mains connections), which, however, is suitable for connection to at least one DC network 80 "(for example a stand-alone grid, for example with a photovoltaic system or another DC generating station).
  • the DC busbar 90 not only supplies the charging current connection 13, but also a power connection 13 with which the further electrical vehicle electrical system 10 ⁇ (for example, another vehicle) can be charged. Energy can also be fed back from the vehicle electrical system 10 'via the same connection. It is shown that even more DC charging connections (in addition to the terminals 13 and 13 ⁇ ) can be provided.
  • the DC bus 90 is shown with dotted lines and is not connected to the connections 81.
  • the charging power connections 13 ⁇ are shown as contacts, symbolically by means of an arrow, which is directed to the electrical system 10 ', one of the possible connection direction or a possible charging power flow to another electrical system 10 ⁇ is shown.
  • connections of the vehicle electrical system can be designed as sockets, which are accessible from the outside in the outer skin of a vehicle.
  • a wireless AC transmission can be provided, in particular an inductive transmission to the AC / DC charging converter 60 of the ⁇ drivetrain out.
  • the illustrated contacts of the DC ⁇ current terminal 12 (or the contacts of the AC power connector of the drive train 10) can be summarized as plug ⁇ plug, wherein the complementary thereto contacts can be summarized as a plug.
  • FIG. 1 illustrates that simultaneous AC and DC charging across terminals 12, 13 and 14 is possible. Furthermore, several electric vehicles can be charged simultaneously. In this case, the DC busbar 90 distributes the power to a plurality of vehicles starting from only one stationary converter 82 or starting from only one DC voltage grid 80 ''. If the multiple vehicles with an inventive
  • Vehicle on-board network are configured so takes the Fahr ⁇ zeug-board network in each vehicle, the adaptation of the voltage or power to the requirements of the respective energy storage, so that a stationary individual
  • DC voltage control or charging control can be omitted.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Fahrzeug-Bordnetz (10) mit einem elektrischen Energiespeicher (20), einem Gleichstromladeanschluss (12) und einem DC/DC-Wandler (30) beschrieben. Der Gleichstromladeanschluss (12) ist über den DC/DC-Wandler (30) mit dem elektrischen Energiespeicher (20) verbunden. Das Fahrzeug-Bordnetz weist einen Regler (32) auf. Der Regler (32) ist ansteuernd mit dem DC/DC-Wandler (30) verbunden. Der Regler (32) ist eingerichtet ist, eine Ausgangsspannung an einem ersten Anschluss des DC/DC-Wandler (30) gemäß einem Spannungssollwert einzustellen. Ferner wird eine stationäre Anschlussvorrichtung beschrieben (100) mit einem AC/DC-Wandler (82) beschrieben. Der AC/DC-Wandler (82) weist eine Wechselstromseite auf, die zum Anschluss an ein stationäres Wechselstromnetzes (80) ausgestattet ist. Der AC/DC-Wandler (82) weist eine Gleichstromseite auf, an die ein stationärer Stromanschluss (13) oder eine Gleichstromsammelschiene (90) mit mehreren stationären Stromanschlüssen (13, 13') angeschlossen ist.

Description

Beschreibung
Fahrzeug-Hochvoltbordnetz sowie stationäre Anschlussvorrichtung
Es ist bekannt, dass elektrische Fahrzeuge oder sog.
Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge mittels Wechselstrom oder Gleichstrom geladen werden können. Zum Schnellladen wird insbesondere Gleichstrom verwendet. Hierbei befindet sich in der Ladestation ein Wandler, der den Wechselstrom eines stationären Wechselstromnetzes in Gleichstrom umwandelt, sowie ein Leistungs¬ faktorkorrekturfilter (PFC, power factor compensation) , der zwischen dem stationären Wechselstromnetz und dem Wandler zwischengeschaltet ist, um Blindleistungen zu vermindern.
Gerade für hohe Leistungen sind somit hohe Kosten für La¬ destationen verbunden, insbesondere wenn diese für mehrere Ladeplätze auszulegen sind. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich der Aufwand für Leistungshalbleiter, die zum Laden von elektrisch betriebenen Fahrzeugen erforderlich sind, verringert werden kann. Darstellung von Ausführungsformen
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Eigenschaften und Ausführungs¬ formen ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen sowie mit der folgenden Beschreibung.
Es wird ein elektrisches Fahrzeug-Bordnetz mit einem
elektrischen Energiespeicher und einem DC/DC-Wandler beschrieben. Der Energiespeicher und der DC/DC-Wandler sind somit mobil bzw. in einem Fahrzeug angeordnet. Ferner umfasst das Fahrzeug-Bordnetz einen Gleichstromladeanschluss . Der Energiespeicher, der DC/DC-Wandler und der Gleichstromladeanschluss sind Hochvoltkomponenten und insbesondere für Spannungen über 60 V, 100 Volt oder 300 bzw. 350 Volt ausgelegt, beispielsweise für eine Betriebsspannung von 360 - 400 Volt.
Der Gleichstromladeanschluss ist über den DC/DC-Wandler mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden. Der DC/DC-Wandler verbindet insbesondere den Gleichstromladeanschluss mit dem Energiespeicher. Der Gleichstromladeanschluss kann allgemein als (mobiler) Gleichstromanschluss bezeichnet werden, da er nicht (nur) für die Funktion des Aufladens verwendet wird, sondern gegebenenfalls auch zum Rückspeisen von Energie aus dem Fahrzeug-Bordnetz .
Das Fahrzeug-Bordnetz weist einen Regler auf, der ansteuernd mit dem DC/DC-Wandler verbunden. Der Regler ist eingerichtet, eine Ausgangsspannung an einem ersten Anschluss des DC/DC-Wandler gemäß einem Spannungssollwert einzustellen. Der Regler kann auch als Spannungsregler betrachtet werden, da er (zusammen mit dem von diesem angesteuerten DC/DC-Wandler) eine Spannungswandlung gemäß einem (vorgegebenen) Spannungssollwert realisiert. Der Regler kann einen Spannungssollwert-Eingang aufweisen, an dem der Spannungssollwert eingegeben bzw. eingestellt werden kann. Die Ausgangsspannung ist insbesondere stabilisiert, etwa durch den Regler. Die Verbindung zwischen Gleichstromladeanschluss und
DC/DC-Wandler wird als Zwischenkreis bezeichnet, an den ge¬ gebenenfalls weitere Komponenten angeschlossen sein können.
Der Gleichstromladeanschluss ist über den DC/DC-Wandler mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden . Dem Zwischenkreis, d. h. der Seite des DC/DC-Wandlers , die dem elektrischen Energie¬ speicher abgewandt ist, wird beim Laden elektrische Energie zugeführt, die von dem DC/DC-Wandler gewandelt wird, insbe¬ sondere spannungsgewandelt . Dadurch kann der Energiespeicher geladen werden. Das Fahrzeug-Bordnetz umfasst auch den
Gleichstromladeanschluss, der mit dem Zwischenkreis und somit mit derjenigen Seite des DC/DC-Wandlers verbunden ist, die dem elektrischen Energiespeicher abgewandt ist. An den Zwischen- kreis, d. h. an dem DC/DC-Wandler kann auch ein Inverter angeschlossen sein, so dass der DC/DC-Wandler die weitere Aufgabe übernimmt, beim elektrischen oder elektrisch unterstützten Fahren elektrische Leistung dem Energiespeicher zu entnehmen, zu wandeln und dem Inverter zuzuführen.
Da der DC/DC-Wandler eingerichtet ist, die Spannungshöhe an seinem Ausgang zu ändern bzw. einzustellen oder zu regeln, ist es möglich, dass die Spannung des Energiespeichers gegenüber der Spannung am Gleichstromladeanschluss beispielsweise erhöht oder verringert wird und die so angepasste Spannung dem Energie¬ speicher zugeführt wird. Dadurch kann der elektrische Energiespeicher mit hoher Leistung betrieben werden. Ferner kann beim Rückspeisen, d.h. falls der DC/DC-Wandler bidirektional aus- gestaltet ist, die Spannung am Gleichstromanschluss des
Fahrzeug-Bordnetzes gegenüber der Spannung des Energiespeichers verändert bzw. angepasst werden, und kann insbesondere geändert bzw. eingestellt oder geregelt werden, um die Spannung am Gleichstromladeanschluss gegenüber der Spannung des Energie- Speichers beispielsweise zu erhöhen oder zu verringern. Beim Laden ist die Eingangsspannung des DC/DC-Wandlers die Spannung am Gleichstromladeanschluss und die Ausgangsspannung ist die Spannung am Energiespeicher. Beim Rückspeisen ist die Eingangsspannung des DC/DC-Wandlers die Spannung am Energiespeicher und die Ausgangsspannung ist die Spannung am Gleichstromladeanschluss .
Insbesondere kann an einem gegebenenfalls vorhandenen Inverter eine höhere Spannung als die Spannung des Energiespeichers zur Verfügung stehen, wenn der DC/DC-Wandler ein Aufwärtswandler ist bzw. die Batteriespannung erhöht und die so erhöhte Spannung an den Inverter abgibt.
Wie erwähnt, verbindet der DC/DC-Wandler den Zwischenkreis mit dem elektrischen Energiespeicher. Mit anderen Worten verbindet der DC/DC-Wandler den Gleichstromanschluss mit dem elektrischen Energiespeicher. Falls ein Inverter vorhanden ist, verbindet der DC/DC-Wandler den Inverter bzw. dessen Gleichstromseite mit dem elektrischen Energiespeicher.
Der DC/DC-Wandler bzw. dessen dem Energiespeicher angewandte Seite ist direkt mit dem Gleichstromladeanschluss verbunden. Der DC/DC-Wandler bzw. dessen dem Gleichstromladeanschluss ange¬ wandte Seite ist direkt mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden. Zudem ist der Zwischenkreis direkt mit dem
Gleichstromladeanschluss verbunden .
Als direkte Verbindung wird insbesondere eine Verbindung be¬ zeichnet, die keine Spannungs- oder Stromwandlung oder Leis¬ tungssteuerung beinhaltet. Als direkte Verbindung wird ins¬ besondere auch eine Verbindung bezeichnet, die Sicherheits- mechanismen wie Schütze, Sicherungen oder ähnliches umfassen, oder auch andere Schalter, welche jedoch vorzugsweise nicht mittels einer Pulsweitenmodulation angesteuert werden und somit die übertragene Leistung einstellen können. Ein vollständiges Trennen oder ein vollständiges Verbinden (entsprechend einem Tastverhältnis von 0% oder 100%) wird hierbei nicht als direkte Verbindung betrachtet . Dazwischenliegende Tastverhältnisse sind geeignet, die Effektivleistung einzustellen, und werden vorzugsweise nicht als direkte Verbindung betrachtet. Auch eine Verbindung über einen Filter (zwischen DC/DC-Wandler bzw. Inverter einerseits und Gleichstromladeanschluss andererseits) werden ebenso als direkte Verbindung betrachtet, insbesondere wenn deren Dämpfungsfaktor bei einer Frequenz von 0 Hertz ungefähr 1 beträgt. Der DC/DC-Wandler ist eingerichtet, Leistung von den Gleichstromladeanschluss an die Batterie zu übertragen, wobei er ebenso eingerichtet ist, die Ausgangsspannung einzustellen, zu steuern oder zu regeln. Die Ausgangsspannung DC/DC-Wandler ist diejenige Spannung, welche an dem Anschluss des DC/DC-Wandler herrscht, an dem (gegebenenfalls abhängig von Betriebsmodus) die elektrische Leistung abgegeben wird, welche von dem DC/DC-Wandler gewandelt wird . Der DC/DC-Wandler weist eine Ladefunktion auf. Darüber hinaus ist der DC/DC-Wandler vorzugsweise eingerichtet, Energie, die von dem elektrischen Energiespeicher abgegeben wird, zu wandeln. Dies wird als Rückspeisung bezeichnet. Die Leistungswandlung des DC/DC-Wandlers wird beinhaltet keine Wandlung der Stromart. Dadurch kann die Ausgangsspannung eingestellt, gesteuert oder geregelt werden.
Der DC/DC-Wandler kann ferner die Funktion der Leistungsauf- bereitung für den Traktionsbetrieb des Inverters haben, falls das Fahrzeug-Bordnetz einen Inverter aufweist. Es ist ersichtlich, dass der DC/DC-Wandler vorzugsweise bidektional aufgebaut ist, so dass Leistung insbesondere in der Ladefunktion Leistung zum Energiespeicher hin übertragen werden kann, und zur Rückspeisung Leistung vom Energiespeicher an den Gleichstromanschluss abgegeben werden kann. In der (optionalen) Aufbereitungsfunktion für den Traktionsantrieb kann dem Energiespeicher Leistung entnommen werden kann, um diese dem Inverter (aufbereitet) zuzuführen. Hierdurch kann der DC/DC-Wandler sowohl im Fahr- betrieb, im Rekuperationsbetrieb, im Ladebetrieb und auch im Rückspeisungsbetrieb verwendet werden. Es werden für diese Betriebsweisen die gleichen Leistungshalbleiter verwendet, so dass die Gesamtkosten, insbesondere auf der stationären Seite, verringert sind.
Es ist ein Regler vorgesehen, der ansteuernd mit dem
DC/DC-Wandler verbunden ist. Der Regler ist Teil des Bordnetzes (nicht notwendigerweise eines Hochvoltabschnitt des Bordnet¬ zes) , kann aber aufgrund der Funktion auch als Teil des
DC/DC-Wandlers betrachtet werden. Der Regler ist eingerichtet, eine Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers zu steuern. Diese Ausgangsspannung wird über den DC/DC-Wandler an den elektrischen Energiespeicher abgegeben. Mit anderen Worten kann die Ausgangsspannung diejenige sein, welche von dem Gleichstromla- denanschluss (etwa von dem Zwischenkreis) über den DC/DC-Wandler an den Energiespeicher abgegeben wird. Dies ist im Ladebetrieb der Fall. Im Rückspeisebetrieb die Ausgangsspannung diejenige, welche von dem Energiespeicher über den DC/DC-Wandler an den Gleichstromladenanschluss (etwa an den Zwischenkreis) abgegeben wird .
Der Regler kann Teil einer Steuerung des DC/DC-Wandlers des Antriebsstrangs sein. Die Funktion des Reglers kann zumindest teilweise als Programmcode realisiert sein, so dass insbesondere der Regler dessen Funktion als Programmcode realisiert sein kann, die zum Ablauf auf einem Prozessor vorgesehen sind.
Als elektrischer Energiespeicher kommen insbesondere Sekund- ärzellen bzw. Serienschaltungen von Sekundärzellen in Frage, beispielsweise Lithiumakkumulatoren. Der elektrische Energiespeicher kann eine Nennspannung von mehr als 40 Volt haben, vorzugsweise eine Nennspannung von mehr als 100 Volt, bei¬ spielsweise eine Nennspannung von ca. 300, 350, 400, 600 oder 800 Volt oder auch mehr . Da zwischen dem Zwischenkreis (d. h. zwischen dem Gleichstromladeanschluss ) und dem Energiespeicher der DC/DC-Wandler zwischengeschaltet ist, kann die Nennspannung des Energiespeichers von der Spannung am Zwischenkreis bzw. am Gleichstromladeanschluss abweichen. Insbesondere kann die Nennspannung des Energiespeichers über der Spannung des
Gleichstromladeanschlusses liegen. Falls beispielsweise der Gleichstromanschluss für 400 Volt ausgelegt ist, so kann die Batteriespannung dennoch 600 oder 800 Volt betragen. Der höheren Spannung des Energiespeichers lassen sich höhere abzurufende Leistungen realisieren.
Der DC/DC-Wandler ist vorzugsweise bidirektional ausgestaltet, um wie erwähnt Energie zum und vom Energiespeicher gewandelt übertragen zu können. Der DC/DC-Wandler ist in der Übertra- gungsrichtung zum Energiespeicher hin gemäß einer Nennleistung ausgelegt, die beispielsweise dem Maximalladestrom des Ener¬ giespeichers entspricht. In der Wandlungsrichtung vom Energiespeicher zum Gleichstromanschluss hin kann der DC/DC-Wandler für eine vorgegebene Nennleistung ausgelegt sein. Ferner kann, falls ein Inverter vorgesehen ist, in der Wandlungsrichtung vom Energiespeicher zum Inverter hin, der DC/DC-Wandler für eine vorgegebene Nennleistung ausgelegt sein die etwa der Maxi¬ malleistung des Inverters bzw. der daran angeschlossenen elektrischen Maschine entspricht. Die genannten Werte können sich unterscheiden. Hierbei kann der DC/DC-Wandler beispielsweise in einer Wandlungsrichtung, die zum Energiespeicher hin gerichtet ist, für eine höhere Leistung ausgelegt sein, als in umgekehrter Richtung. Zum Energiespeicher hin kann der
DC/DC-Wandler mit einer Nennleistung, mit einem Nennstrom oder auch mit einer Maximalleistung oder einem Maximalstrom ausgelegt sein, der bzw. die 20, 50, 100 oder 200% über der entsprechenden Größe in entgegengesetzter Wandlungsrichtung liegt.
Insbesondere die Aufbereitungsfunktion kann für den sogenannten Boost-Betrieb verwendet werden, indem dem optionalen Inverter mehr Leistung zugeführt werden kann, als in einem Betrieb, in welchem der Inverter direkt mit dem Energiespeicher (ohne über den DC/DC-Wandler) verbunden ist. Die Leistungsaufberei¬ tungsfunktion kann insbesondere von einer Strom- oder Spannungsanpassung oder -Steuerung oder -regelung zur Verfügung gestellt werden, die beispielsweise von einer Aufbereitungs- steuerung oder auch in anderen Funktionen (etwa in der Rück- speisefunktion und/oder in der Ladefunktion) realisiert wird.
Der optionale Inverter weist eine Gleichstromseite auf, die mit dem Zwischenkreis bzw. mit dem DC/DC-Wandler bzw. mit dem Gleichstromladeanschluss verbunden ist. Da der Gleichstrom- anschluss, die Gleichstromseite des Inverters und auch die dem Energiespeicher abgewandte Seite des DC/DC-Wandlers miteinander verbunden sind in Form des Zwischenkreises, können die be¬ treffenden Verbindungspunkte (d.h. der Anschluss bzw. die Seiten) gegeneinander ausgetauscht werden.
Der optionale Inverter ist insbesondere für eine Drehstrom¬ maschine ausgelegt und weist vorzugsweise eine Wechselstromseite auf, die drei- oder mehrphasig ist, beispielsweise sechsphasig. Die Gleichstromseite des Inverters und auch die zwei Gleich- Stromseiten des DC/DC-Wandlers weisen vorzugsweise einen po¬ sitiven und einen negativen Anschluss auf, insbesondere einen positiven Anschluss und einen Masseanschluss . Die Leistungshalbleiter des DC/DC-Wandlers können somit je nach Funktion doppelt verwendet werden, so dass für die Realisierung von den genannten zwei Funktionen (Ladefunktion einerseits und Rückspeisung oder gegebenenfalls Leistungsaufbereitung für den Traktionsbetrieb) die gleichen Halbleiter verwendet werden können. Darüber hinaus ist es möglich, den Gleichstromlade- anschluss mit einer Spannung zu betreiben, die sich deutlich von der Spannung des Energiespeichers unterscheidet, da der
DC/DC-Wandler nicht zur Steuerung des Ladeprozesses verwendet werden kann, sondern auch zur Anpassung unterschiedlicher Spannungspegel .
Das Fahrzeug-Bordnetz weist somit einen elektrischen Energiespeicher, einen Gleichstromladeanschluss (auch als Gleich- stromanschluss bezeichnet) und einen DC/DC-Wandler auf. Der Gleichstromanschluss ist über den DC/DC-Wandler mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden. Das Fahrzeug-Bordnetz weist einen Regler auf. Dieser ist ansteuernd mit dem
DC/DC-Wandler verbunden. Der Regler ist eingerichtet, eine Ausgangsspannung an einem ersten Anschluss des DC/DC-Wandler gemäß einem Spannungssollwert einzustellen. Der Spannungs¬ sollwert kann von einer übergeordneten Steuerungsvorrichtung vorgegeben werden, die Teil des Fahrzeug-Bordnetzes ist, in¬ nerhalb des Fahrzeugs vorliegt (und nicht notwendigerweise Teil des Fahrzeug-Bordnetzes ist) oder die stationär ist und über eine Kommunikationsschnittstelle mit dem Regler ansteuernd verbunden ist. Alternativ kann eine externe, übergeordnete Steuerungs¬ vorrichtung über Kommunikationsschnittstelle die eine dem Regler übergeordnete Steuerungsvorrichtung ansteuern, welche innerhalb des Fahrzeugs vorliegt oder Teil des Fahrzeug-Bordnetzes ist. Die letztgenannte Steuerungsvorrichtung steuert den Regler mit einem Spannungssollwert an. Mit anderen Worten kann die Entität, welche den Regler ansteuert, selbst zweistufig sein und zwei kaskadierte Steuerungsvorrichtungen (eine stationär bzw. Teil der An- Schlussvorrichtung, eine fahrzeugintern) aufweisen, welche derart kaskadiert den Regler ansteuern. Die dem Regler direkt übergeordnete Steuerungsvorrichtung kann ebenso mittels eines Spannungssollwert angesteuert werden, der gegebenenfalls von der Steuerungsvorrichtung, die dem Regler direkt übergeordnet ist, an den Regler unverändert weitergeleitet wird, oder die ge¬ gebenenfalls gemäß einer Eingabe dieser Steuerungsvorrichtung modifiziert weitergeleitet wird. Die Steuerungsvorrichtung, die dem Regler direkt übergeordnet ist, kann so Vorgaben einer externen Steuerungsvorrichtung modifizieren oder korrigieren, etwa gemäß eines Energiespeicher- oder Wandler-Betriebs¬ zustands, der von dem Energiespeicher, dem DC/DC-Wandler des Bordnetzes oder der Batteriemanagementvorrichtung stammt. In der Figur 1 entspricht dies dem Steuerungskaskade mit den Komponenten 34' ' --> 36 --> 34 --> 32 --> 30, wobei Komponente 22 zumindest einen Betriebsparameter für Komponente 34 liefern kann, oder alternativ der Steuerungskaskade mit den Komponenten 34' ' --> 36 --> 32, d.h. einer Ansteuerung ausgehend von Komponenten 34 ' ' , die direkt auf Komponente 32 wirkt, welche auf direkt auf
Komponente 32 wirkt, wobei Komponente 22 zumindest einen Be¬ triebsparameter für Komponente 34 liefern kann. Der Pfeil "-->" soll hierbei eine ansteuernde Verbindung darstellen gemäß der Pfeilrichtung .
Der DC/DC-Wandler kann bidirektional ausgebildet sein. Der DC/DC-Wandler und/oder der Regler können eingerichtet sein, in einem Ladezustand (bzw. in einem Ladebetrieb) die Ausgangs¬ spannung, welche an einem ersten Anschluss des DC/DC-Wandler herrscht gemäß dem Spannungssollwert zu regeln. Der erste
Anschluss ist mit dem Gleichstromanschluss verbunden, und ist vorzugsweise direkt mit diesem verbunden. Der DC/DC-Wandler und/oder der Regler können ferner eingerichtet sein, in einem Rückspeisezustand eine Ausgangsspannung an einem zweiten An- schluss des DC/DC-Wandlers zu regeln. Der erste und der zweite Anschluss des DC/DC-Wandlers sind - bezogen auf den DC/DC-Wandler - entgegengesetzt. Der DC/DC-Wandler ist eingerichtet, Leistung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss zu wandeln bzw. zu übertragen .
Der Regler kann einen Spannungssollwert-Eingang aufweisen. Dieser kann mit einer übergeordneten Steuerungsvorrichtung des Fahrzeug-Bordnetzes verbunden sein oder kann mit einer externen, übergeordneten Steuerungsvorrichtung ansteuernd verbunden sein. Die übergeordnete Steuerungsvorrichtung kann innerhalb des Fahrzeugs vorgesehen sein, in dem sich auch das Bordnetz befindet, oder kann außerhalb des Fahrzeugs (stationär) vorgesehen sein.
Der Regler, welcher vorzugsweise als Steuerung oder Teil der Steuerung des DC/DC-Wandlers angesehen werden kann, weist einen Eingang auf, um einen Ist-parameter wie Leistung, Strom und Spannung im Zwischenkreis bzw. am Gleichstromanschluss und/oder Leistung, Spannung und/oder Strom an dem Energiespeicher bzw. zwischen Energiespeicher und DC/DC-Wandler zu erfassen. Wird der DC/DC-Wandler in Ladefunktion betrieben, dann erfasst der Regler, welcher den DC/DC-Wandler ansteuert, vorzugsweise die Spannung des Zwischenkreises und die Spannung der Batterie. Ferner können auch Betriebsparameter wie Temperatur oder Alterungszustand der Batterie von der Batterie an den Regler oder vorzugsweise an eine übergeordnete Steuerungsvorrichtung (insbesondere über eine Batteriemanagementvorrichtung) über- tragen werden.
Der Regler und insbesondere die übergeordnete Steuerungsvor¬ richtung kann ausgestaltet sein, den Energiespeicher gemäß einer Vorgabe wie:
(1) minimale Ladezeit,
(2) möglichst geringe Alterung
(3) möglichst geringe Kosten bei verschiedenen Stromtarifen oder ähnlichem zu laden oder zu entladen. Gleichzeitig kann der Regler bzw. die Steuerung des
DC/DC-Wandlers bzw. die übergeordnete Steuerungsvorrichtung mit einem Sicherheitsmechanismus ausgestattet sein, beispielsweise mit einer Überstrom- oder Übertemperaturerfassung, die eingerichtet ist, einen Fehler bzw. eine Überlast zu erkennen und dementsprechend den Ladevorgang zu unterbrechen oder die Ladeleistung signifikant zu reduzieren. Die übergeordnete
Steuerungsvorrichtung und/oder der Regler kann mit einer Batteriemanagementvorrichtung verbunden sein, die Betriebsparameter des Energiespeichers abgibt.
Der Regler kann wie erwähnt einen ersten Betriebsmodus (La- demodus) aufweisen, in dem dieser als Laderegler arbeitet, und einen zweiten Betriebsmodus (Rückspeisemodus) aufweisen, in dem dieser zur Leistungsaufbereitung, Leistungsanpassung bzw.
Strom- oder zur Spannungsaufbereitung oder -anpassung zwischen Energiespeicher und Gleichstromanschluss dient. Hierbei kann der DC/DC-Wandler bei unterschiedlichen Modi in entgegengesetzte Wandlerrichtungen versetzt werden. Die übergeordnete Steue¬ rungsvorrichtung ist mit dem DC/DC-Wandler ansteuernd verbunden, um den Betriebsmodus vorzugeben und den Regler und somit den Wandler entsprechend anzusteuern.
Der Regler bzw. die übergeordnete Steuerungsvorrichtung kann im Rückspeisemodus eingerichtet sein, die Spannung am Gleich¬ stromanschluss mittels des DC/DC-Wandlers gegenüber der Spannung am Energiespeicher zu erhöhen oder zu verringern. Der Regler bzw. die übergeordnete Steuerungsvorrichtung kann daher die Spannungsdifferenz zwischen Energiespeicher und Gleichstromanschluss gemäß einem Sollleistungssignal oder einem Soll¬ stromsignal, etwa der übergeordneten Steuerungsvorrichtung, einstellen .
Der Regler steuert den DC/DC-Wandler derart an, dass die entsprechenden Vorgaben (insbesondere bezüglich der Sollspannung) mit möglichst geringem Fehler eingehalten werden. Der Regler weist wie erwähnt vorzugsweise einen Spannungs¬ sollwert-Eingang aufweist, der mit einer übergeordneten
Steuerungsvorrichtung des Fahrzeug-Bordnetzes verbunden ist oder mit einer externen, übergeordneten Steuerungsvorrichtung ansteuernd verbunden ist.
In einer Ausführungsform, in der Regler den Spannungssollwert-Eingang aufweist, ist dieser mit der übergeordneten Steuerungsvorrichtung des Fahrzeug-Bordnetzes verbunden. Die Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, durch Ansteuerung des DC/DC-Wandlers (30) über den Regler die Leistung und/oder den abgegebenen Strom des DC/DC-Wandlers (30) zusteuern oder zu regeln. Die übergeordnete Steuerungsvorrichtung ist eingerichtet, eine Soll-Leistung oder eine Soll-Strom zu ermitteln (etwa anhand einer Vorgabe eines Energiemanagement¬ systems oder anhand von Nutzereingaben, oder Eingaben durch ein stationäres Ladesystem) und gemäß dieser eine Sollspannung zu ermitteln, die dem Regler als Sollgröße zugeführt wird. Es kann eine Kommunikationsschnittstelle vorgesehen sein, über die die übergeordnete Steuerungsvorrichtung Eingaben, etwa von einer stationären Vorrichtung, erhält.
Das Fahrzeug-Bordnetz kann eine mit dem elektrischen Ener- giespeicher verbundene Batteriemanagementvorrichtung aufweisen. Diese ist vorzugsweise eingerichtet, zumindest einen Betriebsparameter des elektrischen Energiespeichers zu ermitteln. Dieser Betriebsparameter kann die LeerlaufSpannung, die aktuelle Klemmenspannung, der aktuelle Strom, die aktuelle Temperatur, der Ladezustand oder der Alterungszustand sein.
Dieser mindestens eine Betriebsparameter kann direkt dem Regler zugeführt werden. Ferner kann der mindestens eine Betriebs¬ parameter dem Regler indirekt zugeführt werden, etwa über die übergeordnete Steuerungsvorrichtung. In diesem Fall kann der Betriebsparameter selbst oder eine daraus abgeleitete Größe (etwa die sich dadurch ergebende Sollspannung) dem Regler zugeführt werden. Der mindestens eine Betriebsparameter kann daher direkt oder indirekt dem Regler als eine Größe innerhalb der Regelung zugeführt werden. Alternativ kann der mindestens eine Betriebsparameter als eine daraus abgeleitete Größe in¬ nerhalb der Regelung zugeführt werden. Die übergeordnete Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, Be¬ triebsgrößen wie einen Ist-Strom, eine Ist-Spannung oder eine Ist-Leistung zu erfassen, die an dem DC/DC-Wandler anliegt bzw. von diesem übertragen wird. Ferner kann die übergeordnete
Steuerungsvorrichtung eingerichtet sein, einen Fehlerzustand oder eine Betriebstemperatur des DC/DC-Wandlers zu erfassen. Diese Größen können direkt von dem DC/DC-Wandler erfasst werden, können von einer Messvorrichtung wie einem Sensor, insbesondere ein Stromsensor oder von einem Messwandler (A/D-Wandler) ermittelt werden, der an den DC/DC-Wandler angeschlossen ist, oder können von dem Regler (etwa als eine Größe, die innerhalb der Regelung verwendet wird) abgegeben werden. Die Betriebsgrößen können an einem Anschluss des DC/DC-Wandlers ermittelt werden, insbesondere an demjenigen Anschluss, der mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden ist, und/oder an demjenigen Anschluss, der mit dem Gleichstromladeanschluss verbunden ist. An dem Gleichstromladeanschluss kann ein Stromsensor und/oder ein
Spannungssensor vorgesehen sein, der eingerichtet ist, erfasste Strom- oder Spannungswerte an die übergeordnete Steuerungs¬ vorrichtung zu übertragen. Dies kann alternativ oder in Kombination hiermit auch für den Regler gelten, der in diesem Fall wie die Steuerungsvorrichtung zur Erfassung ausgestaltet ist oder mit einem betreffenden Sensor oder einer Messvorrichtung verbunden ist.
Die übergeordnete Steuerungsvorrichtung kann eine (vorzugsweise drahtlose) Kommunikationsschnittstelle aufweisen, über die eine stationäre Vorrichtung (etwa eine Ladestation oder ein stationärer Anschluss) ansteuernd angeschlossen ist. Ferner kann der Regler eine (vorzugsweise drahtlose) Kommunikationsschnitt¬ stelle aufweisen, über die die übergeordnete Steuerungsvor- richtung (gegebenenfalls stationär) dem Regler Ansteuersignale übermittelt .
Das Fahrzeug-Bordnetz kann wie erwähnt eine mit dem elektrischen Energiespeicher verbundene Batteriemanagementvorrichtung aufweisen. Diese ist eingerichtet, zumindest einen Betriebs¬ parameter des elektrischen Energiespeichers zu überwachen oder zu erfassen. Ferner ist die Batteriemanagementvorrichtung eingerichtet, direkt (durch Ansteuern des Reglers) oder indirekt (über die übergeordnete Steuerungsvorrichtung) in die Regelung des Reglers einzugreifen, insbesondere falls sich der Be¬ triebsparameter außerhalb eines vorgegebenen Intervalls be¬ findet. Das Intervall ist beidseitig oder einseitig beschränkt. Wie erwähnt kann der elektrische Energiespeicher mit einer Batteriemanagementvorrichtung ausgestattet sein. Die Batteriemanagementvorrichtung kann auch allgemein als Teil des Bordnetzes angesehen werden und ist nicht notwendigerweise Teil des Energiespeichers. Die Batteriemanagementvorrichtung ist mit dem Regler zur Übermittlung mindestens eines Betriebsparameters des Energiespeichers verbunden. In Kombination oder alternativ hierzu ist die Batteriemanagementvorrichtung mit dem Regler zur Übermittlung mindestens eines Betriebsparameters eines
Soll-Ladeleistungssignals, welches für den Laderegler bestimmt ist, verbunden. Die Betriebsparameter des Energiespeichers können dessen Klemmen- oder LeerlaufSpannung, dessen Kurzschlussstrom, dessen Temperatur, dessen Leistung, dessen Betriebsdauer, dessen Ladezustands oder dessen Alterungszustands sein.
Das Fahrzeug-Bordnetz kann einen Inverter mit einer Gleichstromseite aufweisen, die direkt mit dem DC/DC-Wandler verbunden ist, insbesondere mit dem zweiten Anschluss des DC/DC-Wandlers . Eine Wechselstromseite des Inverters kann direkt mit einer elektrischen Maschine verbunden sein. Der Inverter und die Maschine sind insbesondere Hochvoltkomponenten.
Das Fahrzeug-Bordnetz kann ferner einen AC/DC-Ladewandler aufweisen. Dieser hat eine Gleichstromseite, die mit dem
Zwischenkreis bzw. mit dem DC/DC-Wandler und insbesondere mit dessen zweiten Anschluss verbunden ist. Der AC/DC-Ladewandler ist insbesondere ein Gleichrichter, der es erlaubt, Energie in das Bordnetz über einen Wechselstromanschluss , der mit dem AC/DC-Ladewandler verbunden ist, in den Zwischenkreis und somit über den DC/DC-Wandler in den Energiespeicher einzuspeisen. Die Gleichstromseite des AC/DC-Ladewandlers ist insbesondere mit dem DC/DC-Wandler (d.h. dessen dem Energiespeicher abgewandte Seite) verbunden, vorzugsweise mit dem zweiten Anschluss.
Der AC/DC-Ladewandler kann ferner eine Wechselstromseite aufweisen. Diese ist direkt mit einem Wechselstromanschluss verbunden. Der Wechselstromladeanschluss bzw. die Wechsel- stromseite des Ladewandlers können mehrphasig ausgestaltet sein, insbesondere dreiphasig oder mehrphasig mit einer Phasenzahl von mehr als drei. Der Wechselstromladeanschluss kann insbesondere ein Drehstrom-Ladeanschluss sein. Als direkte Verbindung werden wie oben erwähnt alle direkten Verbindungen betrachtet, die keine Leistungssteuerung beinhalten . Beispielsweise kann eine direkte Verbindung ein Filter, ein Schalter oder auch eine Sicherung umfassen, sofern der Schalter nicht mit einem Tastverhältnis größer als 0% und kleiner als 100% angesteuert wird. Derartige Schalter können beispielsweise Umschalter sein, die bei
Funktions- oder Modusänderungen umgestellt werden. Derartige Schalter bilden keine Leistungssteuerung, so dass eine Verbindung über einen derartigen Schalter als direkte Verbindung betrachtet wird.
Der AC/DC-Ladewandler kann insbesondere bidirektional ausge¬ bildet sein. Dadurch kann über den DC/DC-Wandler dem Energiespeicher Energie entnommen werden und über den Zwischenkreis und dem AC/DC-Ladewandler am Wechselstromladeanschluss abge- geben werden, insbesondere an stationäre Wechselstromnetze.
Das Bordnetz kann ferner eine elektrische Maschine aufweisen. Dies ist insbesondere zur Traktion eines Fahrzeugs ausgestaltet, in dem sich der Antriebsstrang befindet . Die elektrische Maschine kann jedoch auch andere Komponenten des Fahrzeugs antreiben. Beispielsweise kann die elektrische Maschine eine elektrische Maschine eines elektrischen Klimakompressors sein oder einer Bremsdruckunterstützungspumpe. Die elektrische Maschine ist über den Inverter mit dem Zwischenkreis verbunden. Der Inverter hat wie erwähnt die Funktion, aus der Gleichspannung des
Zwischenkreises Ströme zu erzeugen, die in der elektrischen Maschine zu einem rotierenden Magnetfeld führen. Als weitere Funktion des AC/DC-Ladewandlers kann die Rekuperation genannt werden, wobei in diesem Fall die elektrische Maschine als Generator arbeitet, kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umwandelt, diese an den Inverter weitergeht, welcher wiederum aufgrund der bidirektionalen Ausgestaltung die betreffende elektrische Leistung an den Zwischenkreis abgeben kann. Diese Leistung kann dann ferner über den DC/DC-Wandler in den elektrischen Energiespeicher eingespeist werden, so dass beim Bremsvorgang kinetischer Energie zurückgewonnen werden kann und später aus dem Energiespeicher abgerufen werden kann. Der Inverter ist insbesondere als B6C-Brücke ausgestaltet, d. h. als Vollwellenbrücke, die dreiphasig ausgebildet ist, wobei die Hälfte oder alle Schalter der Brücke steuerbar sind. Wie auch der Inverter kann auch der DC/DC-Wandler mit Leistungsschaltern auf Halbleiterbasis ausgestaltet sein, insbesondere in Form von Transistoren vorzugsweise MOSFETs oder IGBTs.
Es wird ferner eine stationäre Anschlussvorrichtung beschrieben. Diese weist einen AC/DC-Wandler auf, der über eine Wechsel¬ stromseite verfügt. Diese Wechselstromseite ist zum Anschluss an ein stationäres Wechselstromnetzes ausgestattet. Der
AC/DC-Wandler weist ferner eine Gleichstromseite auf. An die Gleichstromseite ist ein stationärer Stromanschluss (d.h.
Gleichstromanschluss ) oder eine Gleichstromsammelschiene mit mehreren stationären Stromanschlüssen angeschlossen. Der AC/DC-Wandler kann ungesteuert oder gesteuert sein. Der Begriff "ungesteuert" bedeutet in diesem Fall, dass Parameter des Wandlerbetriebs nur durch den Wandler selbst, durch die Eingangsspannung und den Ausgangsstrom definiert sind und keine Änderung der Wandlerleistung durch ein Ansteuersignal möglich ist. Der AC/DC-Wandler kann etwa den im Weiteren beschriebenen Transformator umfassen. Da dessen Wicklungen direkt mit dem stationären Wechselstromnetz bzw. mit den stationären Stromanschlüssen verbunden ist, ist ein derartiger AC/DC-Wandler ungesteuert. Der AC/DC-Wandler kann insbesondere einen gleichrichtenden Leistungskorrekturfilter aufweisen. Dieser umfasst eine Vollwellen-Gleichrichterbrücke, die inbesondere gesteuert ist. Die Vollwellen-Gleichrichterbrücke kann als B6C-Brücke ausgestaltet sein. In jedem Arm der Gleichrichter-Brücke weist neben einem Schaltelement eine Diode auf, die in Reihe zu dem Schaltelement angeschlossen ist. In diesem Fall ist der AC/DC-Wandler nicht rückspeisefähig, d.h. ein unidi- rektionaler Wandler. Der AC/DC-Wandler kann insbesondere ein Gleichrichter sein, der direkt an den stationären Stromanschluss angeschlossen ist, und der direkt an das stationäres Wech¬ selstromnetzes angeschlossen ist.
Der AC/DC-Wandler kann ein bidirektionaler Wandler sein oder kann ein unidirektionaler Wandler sein, der eingerichtet zur Leistungsabgabe an den stationären Stromanschluss oder an die Gleichstromsammelschiene .
Der AC/DC-Wandler kann als B6C-Brücke mit fest eingestelltem Schaltschema (d.h. mit festem Tastverhältnis bzw. fester
Frequenz) ausgebildet sein. Der AC/DC-Wandler der stationären Anschlussvorrichtung ist insbesondere rückspeisefähig. Der AC/DC-Wandler kann ferner einen Transformator umfassen, der eine Gruppe von Wicklungen in Dreieckschaltung und eine Gruppe von Wicklungen in Sternschaltung aufweist. Die Gruppen sind mit dem stationären Stromanschluss (d.h. mit Ladestromanschlüssen) verbunden , vorzugsweise in direkter Weise. Der Transformator weist ferner eine weitere Wicklung auf, die mit einem Gleich¬ richter verbunden ist, über den der Transformator mit dem stationären Wechselstromnetz verbunden werden kann, vorzugsweise in direkter Weise.
Der Begriff "Ladestromanschlüsse" soll die Funktion der be¬ treffenden Komponenten nicht auf das Laden beschränken. Falls der AC/DC-Wandler der stationären Anschlussvorrichtung bidirek- tional ausgestaltet ist, kann über die Ladestromanschlüsse auf Energie zu dem stationären Wechselstromnetz übertragen werden. Aus diesem Grund sind die "Ladestromanschlüsse" allgemein als Stromanschlüsse zu verstehen, an die ein Fahrzeug-Bordnetz angekoppelt werden kann.
Die stationäre Anschlussvorrichtung kann einen Schütz aufweisen, der zwischen dem AC/DC-Wandler der stationäre Anschlussvorrichtung und der Gleichstromsammelschiene ange¬ schlossen ist. Dadurch muss nicht jeder der stationären
Stromanschlüsse, die an die Gleichstromsammelschiene ange¬ schlossen sind, mit einem eigenen Schütz gesichert sein. Die stationäre Anschlussvorrichtung kann insbesondere eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen. Diese kann mit dem AC/DC-Wandler der stationären Anschlussvorrichtung verbunden sein oder ein Teil dieses AC/DC-Wandlers sein. Die Kommuni- kationsschnittstelle ist vorzugsweise eingerichtet, zumindest einen aktuellen Betriebsparameter wie Auslastung, eine von dem AC/DC-Wandler übertragene Leistung, eine aktuelle Spannung an den Stromanschlüssen, einen aktuellen Fehlerzustand der stationären Anschlussvorrichtung oder des angeschlossenen sta- tionären Wechselstromnetzes, eine Nutzerverifikationsanfrage, einen Soll-Leistungswert, einen Soll-Spannungswert oder einen Soll-Stromwert abzugeben. Ferner kann die Kommunikations¬ schnittstelle eingerichtet sein, zumindest eine statische Eigenschaft der stationären Anschlussvorrichtung abzugeben, etwa einen Maximal- oder Nennstrom, eine Maximal- oder Nennspannung, oder eine Maximal- oder Nennleistung, oder auch ein Anzahl von gleichzeitig anschließbaren Fahrzeugen. Der zumindest eine aktuelle Betriebsparameter und/oder die zumindest eine statische Eigenschaft kann insbesondere an ein Fahrzeug-Bordnetz bzw. an eine Kommunikationsschnittstelle des Fahr¬ zeug-Bordnetzes oder eines Fahrzeugs abgegeben werden. Die Kommunikationsschnittstelle ist ferner vorzugsweise einge¬ richtet, Signale zu empfangen, die einen Fehlerstatus eines Bordnetzes eines angeschlossenen Fahrzeugs oder einen Be- triebszustand einer Komponente des Bordnetzes wiedergeben. Als Betriebszustand einer Komponente kommt insbesondere eine Temperatur, ein Ladezustand, ein Alterungszustand oder ein Auslastungsgrad eines Energiespeichers und/oder eines Wandlers des Fahrzeug-Bordnetzes in Betracht.
Es wird somit eine (stationäre) Anschlussvorrichtung be¬ schrieben, die auch als rückspeisefähige oder nicht-rückspeise¬ fähige Ladestation betrachtet werden kann. Der AC/DC-Wandler ist stationär. Die Wechselstromseite des Wandlers ist zum Anschluss an ein stationäres Wechselstromnetz ausgestaltet, indem ent¬ sprechende Anschlussklemmen oder -Stecker vorgesehen sind. Der AC/DC-Wandler der stationären Anschlussvorrichtung ist eingerichtet, Leistung von der Wechselstromseite in die Gleich- Stromseite hinein zu wandeln und kann gegebenenfalls rück¬ speisefähig ausgestaltet sein, d.h. kann zudem eingerichtet sein, Leistung in die entgegengesetzte Richtung zu wandeln. Die Gleichstromsammelschiene erlaubt, mehrere Ladeplätze mittels ein und demselben AC/DC-Ladewandler an der Ladestation zu betreiben. So kann beispielsweise der AC/DC-Ladewandler für ein Fahrzeug, das kein erfindungsgemäßes Fahrzeug-Bordnetz auf¬ weist, eine bestimmte Gleichspannung an der Gleichstromsammelschiene einstellen, die zum Laden dieses Fahrzeug geeignet ist. Ist ferner an diese Gleichstromsammelschiene ein weiteres Fahrzeug angeschlossen, das ein erfindungsgemäßes Fahrzeug- Bordnetz aufweist, so kann der dort vorgesehene DC/DC-Wandler innerhalb des Bordnetzes die Spannungsanpassung (welche das erstgenannte Fahrzeug nicht durchführen kann) vornehmen und die Spannung gemäß den Anforderungen des Energiespeichers anpassen bzw. den Ladevorgang auch ohne vorgegebene Soll-Eingangsspannung am Gleichstromladeanschluss durchführen. Sind mehrere Fahr¬ zeug-Bordnetze an die Gleichstromsammelschiene angeschlossen, so kann jeder DC/DC-Wandler der mehreren Fahrzeug-Bordnetze jeweils passend zum Batteriezustand und dem gewünschten Be¬ triebsmodus individuell betrieben werden. Insbesondere können die jeweiligen Regler die DC/DC-Wandler der jeweiligen Fahrzeug-Bordnetze individuell betreiben, ohne dass die stationäre Anschlussvorrichtung Anpassungen vornehmen muss. Dadurch kann die stationäre Anschlussvorrichtung besonders günstig ausge¬ staltet werden. Der Regler der stationären Anschlussvorrichtung regelt die Ausgangsspannung des stationären AC/DC-Wandlers, insbesondere gemäß einer vorgegebenen Sollspannung. Diese kann beispielsweise von der Kommunikationsschnittstelle der sta- tionären Anschlussvorrichtung dem Regler vorgegeben werden. Die der Kommunikationsschnittstelle der stationären Anschluss¬ vorrichtung kann eine Vorgabe, die diese Sollspannung wiedergibt, von der Kommunikationsschnittstelle des Fahr¬ zeug-Bordnetzes empfangen bzw. von einer übergeordneten
Steuervorrichtung des Fahrzeug-Bordnetzes (vorzugsweise über die Kommunikationsschnittstelle des Fahrzeug-Bordnetzes) . Das stationäre Wechselstromnetzes kann ein öffentliches
Wechselstrom-Versorgungsnetz oder ein Inselnetz sein, bei- spielsweise ein Inselnetz mit zumindest einem Kraftwerk, welches regenerative Energien nutzt.
Vorzugsweise weist die stationäre Anschlussvorrichtung eine oder mehrere Verbindungen oder auch die bereits erwähnten Anschlussklemmen oder -Stecker auf, die geeignet sind, die Anschluss¬ vorrichtung an ein oder mehrere (staitonäre) Wechselstromnetze und/oder (stationäre) Gleichstromnetze anzuschließen . Derartige Verbindungen können Anschlüsse etwa in Form von Steck- oder Schraubverbindungen sein, die zur Verbindung von zwei stationären Komponenten geeignet sind. Die Gleichstrom- bzw. Wechselstromnetze können Netzen einzelner Kraftwerke oder Energie¬ speicher entsprechen, beispielsweise lokale Wasserkraft oder Windkraftwerke. Im Falle von Photovoltaikanlagen oder stati- onären Akkumulatoranlagen ist vorzugsweise ein DC/AC-Wandler vorgesehen, über den die betreffenden Gleichspannungsebenen an die Ladestation angeschlossen werden.
Insbesondere kann die stationäre Anschlussvorrichtung einge- richtet sein, an ein oder mehrere Gleichstromkraftwerke oder -Speicher angeschlossen zu werden, insbesondere an ein beispielsweise lokales Gleichstromnetz. Hierbei sind Anschlüsse, über die die ein oder mehreren Gleichstromkraftwerke, -Speicher oder das lokale Gleichstromnetz an die Anschlussvorrichtung angeschlossen werden, über eine direkte Verbindung (gegebenenfalls ferner über einen DC/DC-Wandler zur Spannungsanpassung) mit dem stationären Stromanschluss verbunden, der zum Anschluss an ein Fahrzeug-Bordnetz ausgestaltet ist. Das Gleichstromnetz, an die die stationäre Anschlussvorrichtung anschließbar ist, kann ein oder mehrere stationäre Speicher, ein oder mehrere Elektrolyseure, oder ein oder mehrere Generatoren eines Wind- oder Heizkraftwerks, die zur Abgabe von Gleichstrom ausgestaltet sind, umfassen.
Falls stationäre Gleichstromspeicher oder stationäre Gleich- stromkraftwerke vorliegen wie Photovoltaikanlagen, stationäre Akkumulatoren oder Wind- oder Wasserkraftwerke mit nachge- schalteten Gleichrichter, dann können ein oder mehrere derartige Inselkraftwerke oder Inselspeicher über die Gleichstromsam- melschiene miteinander verbunden werden. Im Falle eines stationären Akkumulators oder eines stationären Akkumulatornetzes wäre auch eine Energieübertragung über die Gleichstromsam- melschiene zu dem Akkumulator bzw. dem Akkumulatornetz hin denkbar, wobei der DC/DC-Wandler des Fahrzeug-Bordnetzes oder auch der AC/DC-Ladewandler der Anschlussvorrichtung eingerichtet sind, in einem entsprechenden Rückspeisemodus Energie in einen stationären Akkumulator oder ein stationäres Akkumulatornetz (bzw. Gleichstromnetz) einzuspeisen.
Es kann eine Photovoltaikanlage, eine Windkraftanlage, eine Biogas-Anlage, oder auch (anstatt oder neben einem Kraftwerk) ein stationärer Speicher wie eine stationäre Akkumulatoreinrichtung verwendet werden. Die Gleichstromsammelschiene oder zumindest die Gleichstromseite des AC/DC-Ladewandlers der Ladestation kann verwendet werden, um ein Fahrzeug-Bordnetz oder mehrere
Fahrzeug-Bordnetz mit Gleichspannung aufzuladen oder zur Rückspeisung an das stationäre Wechselstrom- oder Gleichstromnetz anzukoppeln.
Gemäß einem Aspekt kann die stationäre Anschlussvorrichtung auch einen Spannungsregler aufweisen. Dieser Spannungsregler ist ansteuernd mit dem stationären AC/DC-Wandler verbunden. Der stationäre AC/DC-Wandler weist einen Eingang auf, der mit zumindest einem der stationären Stromanschlüsse verbunden ist. Insbesondere ist der Eingang des stationären AC/DC-Wandlers mit der Gleichstromsammelschiene verbunden. Alternativ oder in Kombination hierzu kann der stationäre AC/DC-Ladewandler mit dem stationären Wechselstromnetz verbunden sein, etwa um dessen Spannung, Frequenz und/oder Phase zu erfassen. Der Spannungsregler ist vorzugsweise eingerichtet, eine am Eingang erfasste Spannung als Regelungs-Führungsgröße zu verwenden. Dadurch kann der stationäre AC/DC-Wandler insbesondere als
Spannungsregler arbeiten, um an den stationären Stromanschlüssen (Gleichstrom) eine Sollspannung darzustellen. Der stationäre AC/DC-Wandler kann eingerichtet sein, die Funktion einer Phasenkorrektur (d. h. einer Blindleistungsreduktion) auszuführen. Kurzbeschreibung der Figur 1
Die Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Fahrzeug-Bordnetz sowie eine Infrastruktur mit einer beispielhaften stationären Anschlussvorrichtung zur beispielhaften Erläuterung des hier Beschriebenen.
Die Figur 1 zeigt ein erstes elektrisches Fahrzeug-Bordnetz 10, ein zweites elektrisches Fahrzeug-Bordnetz 10 λ sowie eine stationäre Anschlussvorrichtung 100, an der die Antriebsstränge insbesondere zum Laden und gegebenenfalls zum Rückspeisen elektrisch angeschlossen sind. Der Antriebsstrang 10 λ ist nur schematisch dargestellt und kann wie der Antriebsstrang 10 aufgebaut sein, oder hiervon abweichen, sofern dieser einen Gleichstromladeanschluss aufweist, mit dem sich eine Verbindung zur stationären Anschlussvorrichtung 100 herstellen lässt.
Das Fahrzeug-Bordnetz 10 weist einen elektrischen Energiespeicher 20 in Form eines Akkumulators auf, der über eine Batteriemanagementvorrichtung 22 verfügt. Der elektrische Energiespeicher 20 ist über eine Gleichspannungsleitung mit einer ersten Wandlerseite bzw. mit einem ersten Anschluss 31a eines DC/DC-Wandlers 30 des Fahrzeug-Bordnetzes 10 verbunden. Die zweite Wandlerseite bzw. der zweite Anschluss 31b des DC/DC-Wandlers 30 ist mit Gleichstromladeanschlüssen 12 des Fahrzeug-Bordnetzes 10 verbunden . Die Gleichstromladeanschlüsse 12 können auch allgemein als Gleichstromanschlüsse des Fahr¬ zeug-Bordnetzes 10 bezeichnet werden, insbesondere wenn diese nicht nur zur Einspeisung von Energie in das Fahrzeug-Bordnetzes 10 dienen (etwa im Rahmen eines Ladevorgangs) , sondern auch zur Rückspeisung von Energie ausgehend von dem Fahrzeug-Bordnetz 10. Die zweite Wandlerseite bzw. der zweite Anschluss 31b des DC/DC-Wandlers 30 ist mit einem Zwischenkreis 70 verbunden. Der Zwischenkreis 70 ist insbesondere mit den Gleichstromladean¬ schlüssen verbunden.
Insbesondere ist die zweite Seite (entsprechend dem zweiten Anschluss 31b) des DC/DC-Wandlers 30 (über den Zwischenkreis 70) mit einer Gleichstromseite eines Inverters 40 verbunden. Der Inverter 40 weist eine zugehörige Wechselstromseite auf, die an einer elektrischen Maschine 50 angeschlossen ist. Die Wechselstromseite des Inverters 40 ist wie auch die elektrische Maschine 50 dreiphasig, so dass die Verbindung zwischen elektrischer Maschine 50 und Inverter 40 dreiphasig ausgestaltet ist .
An die Gleichstromseite des Inverters 40 ist neben dem Zwi- schenkreis 70 bzw. dem DC/DC-Wandler bzw. dessen zweiter Anschluss 31b ein optionaler AC/DC-Wandler 60 angeschlossen. Dessen Wechselstromseite ist mit einem optionalen Wechsel- stromladeanschluss 14 verbunden. Die Wechselstromseite des optionalen AC/DC-Ladewandlers 60 sowie auch der Wechsel- stromladeanschluss 14 sind dreiphasig ausgebildet . Der optionale AC/DC-Ladewandler 60 des Fahrzeug-Bordnetzes 10 ist ferner mit einer AC/DC-Steuerung 62 verbunden, die den AC/DC-Wandler 60 ansteuert. Die AC/DC-Steuerung 62 umfasst ferner Eingänge, die Spannungs-, Strom- und/oder Leistungssignale des Zwischen- kreises 70 oder des Wechselstromladeanschlusses 14 erfassen. Dies ist durch die betreffenden gestrichelt dargestellten Pfeile wiedergegeben .
Der DC/DC-Wandler 30 wird von einem Regler 32 angesteuert. An den Regler 32 ist eine übergeordnete Steuerungsvorrichtung 34 angeschlossen. Die Steuerungsvorrichtung 34 ist hinsichtlich der Ansteuerungshierarchie dem Regler 32 übergeordnet.
Die mit durchgehenden Linien dargestellte übergeordnete
Steuerungsvorrichtung 34 ist Teil des Fahrzeug-Bordnetzes 10.
Eine weitere Möglichkeit ist es, die übergeordnete Steue¬ rungsvorrichtung 34' außerhalb des Fahrzeug-Bordnetzes 10 vorzusehen, jedoch innerhalb des Fahrzeuges. Die mit gestri¬ chelten Linien dargestellte übergeordnete Steuerungsvorrichtung 34' kann insbesondere einer (zentralen) Energiemanage¬ ment-Einheit oder einer Antriebsteuereinheit des Fahrzeugs nachgeschaltet sein oder ein Teil dieser sein.
Ferner besteht die Möglichkeit, die übergeordnete Steue¬ rungsvorrichtung 34'' außerhalb des Fahrzeug-Bordnetzes 10 vorzusehen und außerhalb des Fahrzeuges vorzusehen. Hierbei ist die Steuerungsvorrichtung 34'' stationär und insbesondere Teil einer Ladestation oder der hierin erwähnten stationären Anschlussvorrichtung, siehe beispielsweise Bezugszeichen 100. Das Fahrzeug-Bordnetz 10 weist (insbesondere in diesem Fall) eine Kommunikationsschnittstelle 36 auf. Diese ist eingerichtet, mit der übergeordneten Steuerungsvorrichtung 34 ' ' zu kommunizieren. Dadurch kann die übergeordneten Steuerungsvorrichtung 34 ' ' über die Kommunikationsschnittstelle 36 mit dem Regler 32 und mit der Batteriemanagementvorrichtung 22 verbunden werden. Auch diese Möglichkeit ist mit Strichlinien dargestellt.
Die Steuerungsvorrichtung 34, 34' und 34'' erhält Energiespeicher-Betriebsparameter von der Batteriemanagementvorrichtung 22. Bei der Steuerungsvorrichtung 34 ' ' werden diese über die Kommunikationsschnittstelle 36 übermittelt (der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt) . Die Steuerungsvorrichtung 34, 34' und 34' ' gibt Steuersignale an den Regler 32 ab. Ist eine interne Steuerungsvorrichtung 34 und eine externe Steue¬ rungsvorrichtung 34 ' ' vorgesehen, so kann die externe Steuerungsvorrichtung 34 ' ' der internen Steuerungsvorrichtung 34 übergeordnet sein, welche wiederum dem Regler 32 übergeordnet ist. Dieser Steuerungspfad ist ebenso in der Figur mit ge¬ strichelten Linien dargestellt.
Der Regler 32 ist eingerichtet, die Spannung an demjenigen Anschluss 31a, b des DC/DC-Wandlers 30 gemäß einer Sollspannung einzustellen, an der Energie von dem DC/DC-Wandlers 30 abgegeben wird, d.h. an dem (aktuellen) Ausgang des DC/DC-Wandlers 30. Der Wandler 30 ist vorzugsweise zur bidirektionalen Spannungs- Wandlung ausgestaltet. Die Sollspannung wird von der überge¬ ordneten Steuerungsvorrichtung 34, 34', 34'' vorgegeben. Der Regler 34 erfasst entweder direkt vom betreffenden Ausgang oder über die Batteriemanagementvorrichtung 22 eine Ist-Spannung. Anhand des Vergleichs der Ist-Spannung mit der Soll-Spannung wird ein Fehler errechnet, den der Regler 32 durch Ansteuern des DC/DC-Wandlers 30 so weit wie möglich (hinsichtlich des Betrags) verringert. Hierzu greift der Regler 32 ansteuernd in zumindest einen Betriebsparameter des DC/DC-Wandlers 30 ein. Insbesondere steuert der Regler 32 das Tastverhältnis oder Schaltpunkte des DC/DC-Wandlers 30. Es ergibt sich eine Spannungsregelung zur stabilen Einstellung einer Spannung durch den DC/DC-Wandlers 30 an demjenigen Anschluss 31a, b des DC/DC-Wandlers 30, welcher Energie abgibt (d.h. am Ausgang) . Die Soll-Spannung wird als Spannungssollwert abgegeben, etwa in Form eines Signals, dessen Amplitude, Tastverhältnis oder Frequenz den Spannungssollwert wiedergibt, oder das Information durch Kodierung trägt, welches den Spannungssollwert wiedergibt. Die übergeordnete Steuerungsvorrichtung 34, 34', 34'' ist zur Ausführung eines Lademodus eingerichtet. Hierbei wird Leistung mittels des DC/DC-Wandlers 30 vom Gleichstromanschluss 12 zum Energiespeicher 20 übertragen. Ferner kann die übergeordnete Steuerungsvorrichtung 34, 34', 34'' ist zur Ausführung eines Rückspeisemodus eingerichtet sein. In dem Rückspeisemodus wird Leistung mittels des DC/DC-Wandlers 30 vom Energiespeicher 20 an den Gleichstromanschluss 12 übertragen.
Die übergeordnete Steuerungsvorrichtung 34, 34', 34'' erfasst Betriebsparameter von der Batteriemanagementvorrichtung 22, insbesondere eine Soll-Ladespannung und/oder einen Soll-Ladestrom oder eine Soll-Ladeleistung. Ferner können Parameter wie Temperatur, Alterungszustand oder Ladezustand als Signal an die übergeordnete Steuerungsvorrichtung 34, 34', 34'' übertragen werden. Zudem kann die übergeordnete Steuerungsvorrichtung 34, 34', 34'' etwa die Spannung im Zwischenkreis 70 bzw. an dem Gleichstromanschluss 12 erfassen oder auch einen Strom oder eine Leistung, die von dem Gleichstromanschluss 12 dem DC/DC-Wandler 30 zugeführt wird in umgekehrter Richtung von diesem abgeht. Diese erfassenden bzw. ansteuernden Verbindungen sind in Figur 1 mit Pfeilen dargestellt, die als Strichlinie dargestellt sind. Dies betrifft die Ladefunktion bzw. den Lademodus sowie auch den Rückspeisemodus bzw. die Rückspeisefunktion. Betreffend den Rückspeisemodus kann die übergeordnete Steuerungsvorrichtung 34, 34', 34'' mit einer weiteren, übergeordneten Steuereinheit (nicht dargestellt) verbunden sein und eingerichtet sein, Parameter wie eine Soll-Leistung, eine Soll-Spannung oder einen Soll-Strom von der übergeordneten Steuereinheit zu empfangen. Vorzugsweise ist die übergeordneten Steuereinheit, etwa eine Energiemanagement-Einheit ansteuernd mit dem DC/DC-Wandler 30 und ggf. mit dem Inverter 40 verbunden. Im Rückspeisemodus der übergeordneten Steuerungsvorrichtung 34, 34', 34'' kann so die übergeordnete Steuereinheit zumindest Parameter vorgeben, gemäß dem der DC/DC-Wandler 30 im Rückspeisemodus zu betreiben ist.
Die dem Energiespeicher 20 abgewandte Seite des DC/DC-Wandlers 30 (d. h. die zweite Wandlerseite bzw. der zweite Anschluss 31b) ist mit dem Zwischenkreis 70 und auch mit einem Gleichstrom- ladeanschluss 12 verbunden. Der Gleichstromladeanschluss 12 (der auch allgemeiner als Gleichstromanschluss 12 bezeichnet werden kann) umfasst zwei Kontakte (einen positiven oder negativen bzw. einen positiven und einen Massekontakt) .
In dem Gleichstromladeanschluss 12 des elektrischen Antriebs 10 können Ladestromanschlüsse 13 bzw. deren Kontakte der La¬ destation 100 eingreifen. Die Ladestation 100 umfasst neben dem Ladestromanschluss 13 und dem optionalen weiteren Ladeanschluss 13 λ (oder weiteren Ladestromanschlüsse), die für Gleichstrom ausgelegt sind, einen optionalen Wechselstromanschluss 14 (in Figur 1 dreiphasig dargestellt) .
Die stationäre Anschlussvorrichtung 100 weist einen
AC/DC-Wandler 82 auf, insbesondere einen Gleichrichter, der die stationären Gleichstromladeanschlüsse 13, 13 λ bzw. eine daran angeschlossene Gleichstromsammelschiene 90 leistungsübertra- gend mit einem stationären Wechselstromnetz 80 verbindet. Das stationäre Wechselstromnetz 80 kann eine Wechselstrom-Inselnetz sein ( "Micro-Grid" ) oder kann ein öffentliches Wechsel¬ strom-Versorgungsnetz sein. Der AC/DC-Wandler 82 kann bidirektional ausgebildet sein, um eine Ladefunktion als auch eine Rückspeisefunktion zu realisieren. Der AC/DC-Wandler 82 kann jedoch auch unidirektional sein und nur zur Übertragung zur Gleichstromseite hin ausgebildet sein. Eine Ausführungsform sieht vor, dass der AC/DC-Wandler 82 bzw. die Anschlussvorrichtung 100 ungeregelt bzw. ungesteuert ist und insbesondere Betriebsparameter wie Tastverhältnis (falls zutreffend) oder ähnliches unveränderlich vorgegeben sind.
Ferner kann der Figur 1 eine andere Ausführungsform entnommen werden, bei der die stationäre Anschlussvorrichtung 100 einen Spannungsregler 84 umfasst. Dieser erfasst insbesondere die
Spannung an der Gleichspannungsseite des AC/DC-Wandlers 82 und verwendet diese Spannung beispielsweise als Regelungs-Führungs- größe, um den AC/DC-Wandlers 82 so anzusteuern, dass an dessen Gleichspannungsseite möglichst eine (vorgegebene) Soll-Spannung auftritt. Darüber hinaus kann der Spannungsregler 84 von dem stationären Wechselstromnetz 80 Betriebsparameter erhalten, beispielsweise eine Spannung, eine Phase oder eine Frequenz. Die Verbindung zwischen stationären Wechselstromnetz 80 und dem Ladewandler 82 ist eine Wechselstromverbindung, die wie dar- gestellt dreiphasig ist. Somit ist auch die Wechselstromseite des AC/DC-Wandlers 82 dreiphasig ausgebildet. Eine Kommunikati¬ onsschnittstelle 86 der stationären Anschlussvorrichtung 100 ist mit dem AC/DC-Wandler 82 verbunden. Über diese Kommunikationsschnittstelle 86 kann eine Kommunikation mit einer Kommu- nikationsschnittstelle 36 des Fahrzeug-Bordnetzes 10 aufgebaut werden. Die Kommunikationsschnittstellen 36 und 86 können Daten betreffend Fehlerzustände oder Betriebsparameter des Reglers 32, der übergeordneten Steuerung 34, 34', der Batteriemanagementvorrichtung 22 oder des Energiespeichers 20 austauschen. Insbesondere kann über diese Kommunikationsschnittstellen 36 und 86 das anzuschließende Fahrzeugbordnetz 10, 10' autorisiert werden, bevor Energie übertragen wird. Die stationäre Anschlussvorrichtung 100 umfasst nicht das stationäre Wechselstromnetz 80 und auch nicht ein weiteres Versorgungs-Wechselstromnetz 80 λ oder betreffende Kraftwerke, sondern umfasst insbesondere den AC/DC-Wandler 82, dessen (optionaler) Spannungsregler 84, die Gleichstromsammelschiene 90 sowie die Ladestromanschlüsse 13, 13 λ und 14.
Die stationäre Anschlussvorrichtung 100 umfasst zudem insbe¬ sondere Verbindungen 81, etwa in Form von Anschlüssen, die ein Anschluss an ein weiteres Versorgungs-Wechselstromnetz 18 λ erlauben .
Auch die Gleichstromsammelschiene 90 weist eine derartige Verbindung 81' (bzw. entsprechende Netzanschlüsse) auf, die jedoch zum Anschluss an zumindest ein Gleichstromnetz 80' ' (etwa ein Inselnetz beispielsweise mit einer Photovoltaikanlage oder einem anderen gleichstromerzeugenden Kraftwerk) geeignet ist.
Die Gleichstromsammelschiene 90 versorgt nicht nur den Lade- stromanschluss 13, sondern auch einen Stromanschluss 13 mit dem sich das weitere elektrische Fahrzeug-Bordnetz 10 λ (etwa eines weiteren Fahrzeugs) aufladen lässt. Über die gleiche Verbindung kann auch ausgehend von dem Bordnetz 10' Energie rückgespeist werden. Es ist dargestellt, dass noch weitere Gleichstrom- ladeanschlüsse (neben den Anschlüssen 13 und 13 λ ) vorgesehen sein können .
Die Gleichstromsammelschiene 90 ist mit Punktlinien dargestellt und ist nicht mit den Verbindungen 81 verbunden. Die Lade- Stromanschlüsse 13 λ sind als Kontakte dargestellt, wobei symbolhaft mittels eines Pfeils, der auf das Bordnetz 10' gerichtet ist, eine der möglichen Anbindungsrichtung bzw. ein möglicher Ladeleistungsfluss an ein weiteres Bordnetz 10 λ dargestellt ist.
Die Anschlüsse des Fahrzeug-Bordnetzes können als Buchsen ausgeführt sein, die sich von außen zugreifbar in der Außenhaut eines Fahrzeugs befinden. Alternativ kann eine drahtlose Wechselstromübertragung vorgesehen sein, insbesondere eine induktive Übertragung zum AC/DC-Ladewandlers 60 des An¬ triebsstrangs hin. Die dargestellten Kontakte des Gleich¬ stromanschlusses 12 (oder auch die Kontakte des Wechsel- Stromanschlusses des Antriebsstrangs 10) können als Einbau¬ stecker zusammengefasst sein, wobei auch die dazu komplementären Kontakte als Stecker zusammengefasst sein können.
Die Figur 1 stellt dar, dass eine gleichzeitige Wechselstrom- und Gleichstromladung über die Anschlüsse 12, 13 und 14 möglich ist. Ferner können mehrere Elektrofahrzeuge gleichzeitig geladen werden. Die Gleichstromsammelschiene 90 verteilt hierbei die Leistung an mehrere Fahrzeuge ausgehend von nur einem stationären Wandler 82 oder ausgehend von nur einem Gleichspannungsnetz 80 ' ' . Wenn die mehreren Fahrzeuge mit einem erfindungsgemäßen
Fahrzeug-Bordnetz ausgestaltet sind, so übernimmt das Fahr¬ zeug-Bordnetz in jedem einzelnen Fahrzeug die Anpassung der Spannung bzw. der Leistung an die Erfordernisse des jeweiligen Energiespeichers, so dass eine stationäre individuelle
Gleichspannungsregelung bzw. Ladesteuerung entfallen kann.

Claims

Fahrzeug-Bordnetz (10) mit
- einem elektrischen Energiespeicher (20),
- einem Gleichstromladeanschluss (12) und
- einem DC/DC-Wandler (30), wobei
der Gleichstromladeanschluss (12) über den DC/DC-Wandler (30) mit dem elektrischen Energiespeicher (20) verbunden ist, wobei das Fahrzeug-Bordnetz einen Regler (32) aufweist, der ansteuernd mit dem DC/DC-Wandler (30) verbunden ist und eingerichtet ist, eine Ausgangsspannung an einem ersten Anschluss des DC/DC-Wandler (30) gemäß einem Spannungssollwert einzustellen.
Fahrzeug-Bordnetz (10) nach Anspruch 1, wobei der
DC/DC-Wandler (30) bidirektional ausgebildet ist und eingerichtet ist, in einem Ladezustand die Ausgangsspannung an einem ersten Anschluss (31a) des DC/DC-Wandler (30) gemäß dem Spannungssollwert zu regeln und in einem Rückspei- sezustand eine Ausgangsspannung an einem zweiten Anschluss (31b) des DC/DC-Wandlers zu regeln.
Fahrzeug-Bordnetz (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Regler (32) einen Spannungssollwert-Eingang aufweist, der mit einer übergeordneten Steuerungsvorrichtung (34; 34') des Fahrzeug-Bordnetzes verbunden ist oder mit einer externen, übergeordneten Steuerungsvorrichtung (34'') ansteuernd verbunden ist.
Fahrzeug-Bordnetz (10) nach Anspruch 3, wobei der Regler (32) den Spannungssollwert-Eingang aufweist, der mit dem übergeordneten Steuerungsvorrichtung des Fahrzeug-Bordnetzes verbunden ist, und die übergeordneten Steuerungsvorrichtung (34) eingerichtet ist, durch Ansteuerung des DC/DC-Wandlers (30) über den Regler die Leistung und/oder den abgegebenen Strom des DC/DC-Wandlers (30) zu steuern oder zu regeln. Fahrzeug-Bordnetz (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug-Bordnetz (10) eine mit dem elektrischen Energiespeicher (20) verbundene Batteriemanagementvorrichtung (22) aufweist, die eingerichtet ist, zumindest einen Betriebsparameter des elektrischen Energiespeichers (20) zu ermitteln und direkt oder indirekt dem Regler (32) als eine Größe innerhalb der Regelung oder als eine daraus abgeleitete Größe innerhalb der Regelung zuzuführen .
Fahrzeug-Bordnetz (10) nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei das Fahrzeug-Bordnetz (10) eine mit dem elektrischen Energiespeicher (20) verbundene Batteriemanagementvorrichtung (22) aufweist, die eingerichtet ist, zumindest einen Betriebsparameter des elektrischen Energiespeichers (20) zu überwachen und direkt oder indirekt in die Regelung des Reglers (32) einzugreifen, falls sich der Betriebs¬ parameter außerhalb eines vorgegebenen Intervalls be¬ findet .
Fahrzeug-Bordnetz (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug-Bordnetz (10) einen Inverter (40) mit einer Gleichstromseite aufweist, die direkt mit dem DC/DC-Wandler (30) verbunden ist.
Fahrzeug-Bordnetz (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug-Bordnetz (10) einen Wech- selstromanschluss (14) und einen AC/DC-Wandler (60) aufweist, wobei der AC/DC-Wandler (60) eine Wechsel¬ stromseite aufweist, die mit dem Wechselstromanschluss (14) verbunden ist und eine Gleichstromseite aufweist, die direkt mit dem DC/DC-Wandler (30) verbunden ist.
Stationäre Anschlussvorrichtung (100) mit einem
AC/DC-Wandler (82), der eine Wechselstromseite aufweist, die zum Anschluss an ein stationäres Wechselstromnetzes (80) ausgestattet ist, und der eine Gleichstromseite aufweist, an die ein stationärer Stromanschluss (13) oder eine Gleichstromsammelschiene (90) mit mehreren statio¬ nären Stromanschlüssen (13, 13') angeschlossen ist.
10. Stationäre Anschlussvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der AC/DC-Wandler (82) ein bidirektionaler Wandler ist oder ein unidirektionaler Wandler eingerichtet zur Leistungsabgabe an den stationären Stromanschluss oder an die Gleichstromsammelschiene (90) ist.
11. Stationäre Anschlussvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die AC/DC-Wandler (82) ein gesteuerter oder ein ungesteuerter Wandler ist.
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