WO2018077503A1 - Ladevorrichtung für einen elektrischen energiespeicher, elektrisches energiespeichersystem und verfahren zum laden eines elektrischen energiespeichers - Google Patents

Ladevorrichtung für einen elektrischen energiespeicher, elektrisches energiespeichersystem und verfahren zum laden eines elektrischen energiespeichers Download PDF

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electrical
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Arne Fischer
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Definitions

  • the present invention relates to a charging device for an electrical energy storage and an electrical energy storage system. Furthermore, the present invention relates to a method for charging an electrical
  • the present invention relates to charging an electrical energy storage in an electric or hybrid vehicle.
  • traction battery Energy storage in the form of a traction battery. These traction batteries must be recharged regularly from an external source of energy.
  • the vehicle can be coupled for example via a galvanic connection with a charging station.
  • the electrical energy from a stationary stationary source of energy.
  • DC voltage can then be provided to the electric vehicle for charging the traction battery.
  • the charging stations are usually designed for charging with a DC voltage in the range of about 400 volts.
  • Document DE 10 2015 101 187 A1 discloses a high-voltage charging booster for charging a traction battery on a DC charging station. Charging station and traction battery can have different voltage levels here. Are the voltage levels between charging station and
  • the voltage of the charging station can be adjusted by means of a converter to the voltage of the traction battery.
  • this converter is bridged by means of a bypass.
  • the present invention discloses a charging device for an electrical energy storage according to claim 1, an electrical
  • connection device and a switching device.
  • the connection device of the charging device can be coupled to an electrical energy source. Furthermore, the
  • Connection device designed to determine a charging voltage of the electrical energy source, when the connection device is coupled to the electrical energy source.
  • the switching device is designed to set an electrical connection between the connection device and the electrical energy store as a function of a value of the determined charging voltage of the electrical energy source.
  • a method for charging an electrical energy store includes the steps of coupling an electrical energy source to a connector, and determining a charging voltage of the electrical energy source that is coupled to the connector. Furthermore, the method comprises a step for setting an electrical connection between the connection device and the electrical energy store as a function of a value of the determined charging voltage of the electrical energy source.
  • the present invention is based on the finding that currently available charging stations can not yet provide electrical voltage in a wide range, which can be adapted to the high voltages of modern,
  • Electric vehicles increasingly used for the electric drive systems and the feeding traction batteries an electrical voltages in the range of about 800/850 volts.
  • electrical voltages in the range of about 800/850 volts.
  • the required voltage converter not only cause additional costs, but are also subject to electrical losses.
  • an electrical energy store such as a traction battery of an electric vehicle
  • electrical energy sources of different voltage levels.
  • these may in particular be DC voltage sources which provide a predetermined electrical charging voltage.
  • This electrical DC voltage can be generated for example by means of an AC / DC converter from an AC voltage of a power supply network. It is particularly provided, depending on the level of the charging voltage of the electrical energy source to adjust the electrical connection between the charged electrical energy storage and the connection to the electrical energy source.
  • this sufficiently high electrical charging voltage can be provided directly between two corresponding terminals of the electrical energy accumulator in order to charge the electrical energy accumulator as a whole. If, however, only a fraction of the rated voltage of the electrical energy storage by the electrical
  • the connection between the electrical energy source and the electrical energy storage can be adjusted.
  • the charging voltage of the electrical energy source can be applied in parallel to subunits of the electrical energy store. In this way, these subunits can be charged simultaneously with a respective voltage. As a result, no costly lossy conversion of the charging voltage from the electrical
  • the switching device of the charging device is adapted to adapt a configuration of the electrical energy storage in dependence on the determined charging voltage of the electrical energy source.
  • the electrical energy store can be divided into several subunits. Thereupon, each subunit of the electrical energy store can be charged with the voltage provided by the electrical energy source. In this way, a parallel charging of the subunits of the electrical energy storage is possible.
  • the connection device is designed to determine the charging voltage of the electrical energy store based on a coded plug, a voltage measurement and / or based on received digital data.
  • the connection device can be coupled by means of a plug connection with the electrical energy source. In this case, for example, in a plug of a
  • Connecting cable be provided a mechanical, electrical or other coding, which information about that of the electrical
  • a voltage sensor may be provided, which detects the electrical voltage provided by the electrical energy source and provides corresponding information. It is also possible to exchange data via a communication channel between the charging device and the electrical energy source.
  • This data may also include information about the voltage provided by the electrical energy source.
  • the communication can take place here via a radio link, or alternatively via a cable connection. In particular, plug connection between the
  • Charging device and the electrical energy source may be provided, which also includes an additional data channel in addition to the galvanic coupling of the electrical energy source.
  • connection device is designed to charge the charging voltage of the electrical energy source from at least two
  • the connection device can distinguish between a charging voltage in the range of approximately 400 volts and a charging voltage in the range of approximately 800/850 volts.
  • the switching device of the charging device is designed to adapt the electrical connection between the connection device and the electrical energy store as a function of a parameter of the electrical energy store.
  • a configuration of the electrical energy storage device can also be adapted as a function of a parameter of the electrical energy storage device.
  • Parameters of the electrical energy storage may include, for example, information about the state of the electrical energy storage, such as state of charge (SoC), health (state of health, SoH), life or the like.
  • SoC state of charge
  • SoH state of health
  • life or the like such a parameter of the electrical energy store may also include a specification for a battery strategy, in particular a strategy for charging the electrical energy store or the like.
  • connection device comprises a
  • connection device of the connection device is designed to couple the connection device galvanically with the electrical energy source.
  • the connection between the connection device galvanically with the electrical energy source is designed to couple the connection device galvanically with the electrical energy source.
  • Connection device and electrical energy source can be realized via a predetermined connector.
  • the electrical energy storage comprises a plurality of energy storage units.
  • the switching device of the charging device can in this case be designed to adapt an electrical connection between the energy storage units as a function of the determined charging voltage of the electrical energy source. For example, with a sufficiently high charging voltage of the electrical energy source, all the energy storage units can be connected in series and the voltage of the electrical energy source can be applied between this series connection of the energy storage units. At a lower charging voltage of the electrical energy source, the individual energy storage units can be divided so that each of the
  • Energy storage units a charging voltage is applied, which corresponds to the rated voltage of the energy storage units.
  • the method comprises a step for adapting a configuration of the electrical energy store as a function of the determined charging voltage of the electrical energy source.
  • Figure 1 a schematic representation of an electric vehicle on a
  • Figure 2 a schematic representation of an electrical
  • Figure 3 a schematic representation of a flow chart, as it is a
  • a method for charging an electrical energy storage device is based.
  • the charging station 3 may be connected, for example via an AC / DC converter with a power grid. If the traction battery 2 of the vehicle 4 to be charged, the charging station 3 with the
  • Vehicle 4 are electrically coupled. This may be, for example, a galvanic connection between the charging station 3 and the high-voltage electrical system of the vehicle 4.
  • the charging station 3 may include a charging cable with a correspondingly configured connector. This Plug of the charging cable can be plugged into a corresponding charging socket of the vehicle 4 in order to establish an electrical connection between the charging station 3 and the vehicle 4.
  • the voltage provided by the charging station 3 must be adapted to the voltage level of the traction battery 2. If the charging voltage provided by the charging station 3 does not correspond to the rated voltage of the traction battery 2, it may be necessary to first convert the voltage provided by the charging station 3. Alternatively, it is also possible for the electrical connection between the connection of the charging station 3 to the vehicle 4 and the traction battery 2, in particular between
  • Subunits of the traction battery 2, depending on the charging voltage of the charging station 3 adapt.
  • a corresponding charging device 1 may be provided. This will be described in more detail below.
  • Figure 2 shows a schematic representation of an electrical
  • the charging device 1 comprises a connection device 11. This connection device 11 can be coupled to an electrical energy source, such as the charging station 3.
  • the connection device 11 may comprise a charging socket.
  • a charging plug of the charging station 3 can be inserted.
  • the charging plug of the charging station 3 may comprise a coding which contains information about the voltage provided by the charging station 3.
  • This coding may for example comprise a mechanical element, such as a pin, a notch or the like.
  • the coding may also comprise an electrical contact or any further coding.
  • Plug connection between the charging device 1 and the charging station 3, are produced.
  • a communication channel in particular a wireless connection for data exchange possible.
  • Data exchange can be information about that of the charging station. 3
  • charging device 1 the electrical voltage provided by the charging station 3 by means of a
  • Voltage sensor or similar determined.
  • the ⁇ Voltage sensor or similar determined.
  • Terminal device by the aforementioned measures between several possible predetermined charging voltages differ.
  • the charging voltage provided by the charging station 3 at the connection device 11 of the charging device 1 corresponds to a nominal voltage of an electrical energy storage 20 to be charged (for example, the
  • Energy storage 20 can be charged as a whole.
  • the charging voltage provided by the charging station 3 can be applied to the outer terminals of the electrical energy store 20 in order to charge the electrical energy store 20.
  • the configuration for charging the electrical energy store 20 can be modified.
  • the electrical energy store 20 can be subdivided into a plurality of energy storage units 21, 22. Between the individual energy storage units 21, 22, a switching element 25 may be provided in each case. This switching element 25 can establish or interrupt an electrical connection between individual energy storage units 21, 22. In this way, the electric
  • Energy storage 20, if necessary, into a plurality of separate energy storage units 21, 22 are divided. Is the charging voltage provided by the charging station 3 less than an electrical voltage, which is used to charge the entire electrical
  • Energy storage units 21, 22 are each charged separately.
  • the electrical voltage supplied by the charging station 3 to the individual energy storage units 21, 22 is provided in each case by means of the switching device 12.
  • the switching device 12 provides for this purpose, for example, parallel separate electrical connections between the individual
  • the electrical energy store 20 may be a traction battery of an electric vehicle having a nominal voltage of approximately 800 volts. If only an electrical charging voltage of about 400 volts is provided by the charging station 3, a direct charging of the traction battery is not possible.
  • the traction battery 20 can therefore by opening the
  • Terminal voltage of each energy storage unit 21, 22 at about 400 volts.
  • the switching device 12 can then supply each energy storage unit 21, 22 in parallel with the charging voltage provided by the charging station 3.
  • the individual energy storage units 21, 22 can therefore without further
  • Energy storage units 21, 22 are different degrees discharged or aged, the charging process for the individual energy storage units 21, 22 can be adjusted accordingly.
  • the electrical energy store 20 can be, for example, an electrical energy store, such as a traction battery of an electric vehicle, which consists of several cells / modules
  • Energy storage units 21, 22 may in turn each comprise several cells / modules as needed.
  • the switching elements 25 for connecting / disconnecting the individual energy storage units 21, 22 can be arranged separately.
  • the charging device Connecting / disconnecting the energy storage units in the charging device, in particular be provided in the switching device 12.
  • the charging device 1, in particular the switching device 12 via a
  • Control terminal a corresponding signaling to control the
  • switching elements 25 are provided, so that the switching elements 25 can also be arranged externally.
  • the electrical energy storage 20 also from a
  • each individual traction battery can form an energy storage unit 21, 22 of the electrical energy store 20.
  • two traction batteries with a rated voltage of 400 volts can be connected in series to form an electrical energy storage device with a nominal voltage of 800 volts.
  • the series connection of the two traction batteries can be charged together. If, on the other hand, only a charging voltage of approximately 400 is available, then the series connection of the two traction batteries can be separated, and the two batteries can in this case be charged in parallel with the charging voltage of 400 volts.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a flowchart on which a method for charging an electrical energy store 20 according to an embodiment is based.
  • step Sl first an electrical energy source, for example a charging station 3, with a
  • connection device 11 coupled. This may be, for example, the insertion of a plug into a charging socket of an electric vehicle 4. Subsequently, a charging voltage of the electrical energy source 3 is determined in step S2. In step S3, the setting of an electrical connection between the connection device 11 and the electrical energy store 20 ensues as a function of a value of the determined charging voltage of the electrical energy source 3.
  • the electrical voltage provided by the electrical energy source corresponds to the
  • External terminals of the electrical energy storage 20 are provided. If, however, the charging voltage of the electrical energy source is lower than the rated voltage of the entire electrical energy store 20, then the electrical energy store 20 can be subdivided into a plurality of energy storage units 21, 22. Subsequently, the charging voltage provided by the electrical energy source can be provided by a corresponding adjustment of the electrical connection to the respective energy storage units 21, 22. In particular, this makes it possible to charge the individual energy storage units 21, 22 simultaneously or in succession. Furthermore, the method may comprise a step for adapting a configuration of the electrical energy store, which adjusts the configuration of the electrical energy store in dependence on the determined charging voltage. For this purpose, individual energy storage units 21, 22 separated or connected to each other.
  • the present invention relates to a charging device for an electrical energy storage, such as a traction battery of an electric vehicle. If an available charging voltage for charging the electrical energy source is too low, then the electrical energy store can be subdivided into several subunits. The individual subunits can then each be charged separately with the available charging voltage. In this way, no costly voltage conversion to increase the provided charging voltage is required.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs. Ist eine verfügbare Ladespannung zum Aufladen der elektrischen Energiequelle zu gering, so kann der elektrischen Energiespeicher in mehrere Untereinheiten unterteilt werden. Die einzelnen Untereinheiten können daraufhin jeweils separat mit der verfügbaren Ladespannung aufgeladen werden. Auf diese Weise ist keine aufwändige Spannungskonvertierung zur Erhöhung der bereitgestellten Ladespannung erforderlich.

Description

Beschreibung
Titel
Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher, elektrisches
Energiespeichersystem und Verfahren zum Laden eines elektrischen
Energiespeichers
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher sowie ein elektrischen Energiespeichersystem. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Laden eines elektrischen
Energiespeichers. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug.
Stand der Technik Elektrisch angetriebene Fahrzeuge verfügen in der Regel über einen elektrischen
Energiespeicher in Form einer Traktionsbatterie. Diese Traktionsbatterien müssen regelmäßig von einer externen Energiequelle aufgeladen werden. Hierzu kann das Fahrzeug beispielsweise über eine galvanische Verbindung mit einer Ladestation gekoppelt werden. Für das Laden der Traktionsbatterie mittels Gleichspannung kann die elektrische Energie von einem stationären
Wechselstromnetz in eine Gleichspannung konvertiert werden. Die
Gleichspannung kann daraufhin an dem Elektrofahrzeug zum Aufladen der Traktionsbatterie bereitgestellt werden. Gegenwärtig sind die Ladestationen in der Regel für ein Laden mit einer Gleichspannung im Bereich von ca. 400 Volt konzipiert.
Zur Steigerung der Reichweite und/oder der Leistung von Elektrofahrzeugen werden zunehmend Elektrofahrzeuge konzipiert, welche für die Traktionsbatterie und das elektrische Antriebssystem höhere Spannungen, beispielsweise im Bereich von ca. 800 Volt, verwenden. Da für diese hohe Spannungen jedoch gegenwärtig noch keine oder zumindest noch keine flächendeckende
Infrastruktur an Ladestationen zur Verfügung steht, müssen die Fahrzeuge auch mit niedrigeren elektrischen Spannungen aufgeladen werden können. Die Druckschrift DE 10 2015 101 187 AI offenbart einen Hochvolt-Lade-Booster zum Laden einer Traktionsbatterie an einer Gleichstrom-Ladesäule. Ladesäule und Traktionsbatterie können hierbei unterschiedliche Spannungsebenen aufweisen. Sind die Spannungsebenen zwischen Ladesäule und
Traktionsbatterie verschieden, so kann die Spannung der Ladesäule mittels eines Konverters auf die Spannung der Traktionsbatterie angepasst werden.
Sind die Spannung der Ladesäule und der Traktionsbatterie gleich, so wird dieser Konverter mittels eines Bypasses überbrückt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher gemäß Patentanspruch 1, ein elektrisches
Energiespeichersystem gemäß Patentanspruch 7 und ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers gemäß Patentanspruch 9.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher mit einer
Anschlusseinrichtung und einer Schalteinrichtung. Die Anschlusseinrichtung der Ladevorrichtung ist mit einer elektrischen Energiequelle koppelbar. Ferner ist die
Anschlusseinrichtung dazu ausgelegt, eine Ladespannung der elektrischen Energiequelle zu ermitteln, wenn die Anschlusseinrichtung mit der elektrischen Energiequelle gekoppelt ist. Die Schalteinrichtung ist dazu ausgelegt, eine elektrische Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung und dem elektrischen Energiespeicher in Abhängigkeit von einem Wert der ermittelten Ladespannung der elektrischen Energiequelle einzustellen.
Weiterhin ist vorgesehen: Ein elektrisches Energiespeichersystem mit einem elektrischen Energiespeicher und einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung für den elektrischen
Energiespeicher.
Ferner ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers. Das Verfahren umfasst die Schritte des Koppeins einer elektrischen Energiequelle mit einer Anschlusseinrichtung, und des Ermitteins einer Ladespannung der elektrischen Energiequelle, die mit der Anschlusseinrichtung gekoppelt ist. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Einstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung und dem elektrischen Energiespeicher in Abhängigkeit von einem Wert der ermittelten Ladespannung der elektrischen Energiequelle.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass gegenwärtig verfügbare Ladestationen in weiten Bereichen noch keine elektrische Spannung bereitstellen können, welche auf die hohen Spannungen moderner,
leistungsfähiger Elektrofahrzeuge angepasst ist. So werden beispielsweise im Rahmen der Erhöhung der Reichweite und der Leistungssteigerung von
Elektrofahrzeugen zunehmend für die elektrischen Antriebssysteme und die speisenden Traktionsbatterien eine elektrische Spannungen im Bereich von ca. 800/850 Volt eingesetzt. Für derartige Spannungen findet sich aktuell jedoch noch keine ausreichend flächendeckende Infrastruktur. Vielmehr werden durch zahlreiche verfügbare Ladestationen bestenfalls elektrische Gleichspannungen im Bereich von ca. 400 Volt bereitgestellt. Daher müssen die niedrigeren Spannungen der Ladestationen zunächst auf eine höhere Spannungsebene konvertiert werden, um eine Laden der Elektrofahrzeuge zu ermöglichen. Die dabei erforderlichen Spannungskonverter verursachen jedoch nicht nur zusätzliche Kosten, sondern sind auch mit elektrischen Verlusten behaftet.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und ein kostengünstiges sowie effizientes Aufladen von elektrischen Energiespeichern zu schaffen. Insbesondere kann erfindungsgemäß ein elektrischer Energiespeicher, wie zum Beispiel eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, flexibel durch elektrische Energiequellen unterschiedlicher Spannungsebenen aufgeladen werden. Bei den elektrischen Energiequellen, welche die elektrische Energie zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher bereitstellen, kann es sich dabei insbesondere um Gleichspannungsquellen handeln, welche eine vorgegebene elektrische Ladespannung bereitstellen. Diese elektrische Gleichspannung kann beispielsweise mittels eines AC/DC- Wandlers aus einer Wechselspannung eines Energieversorgungsnetzes erzeugt werden. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, je nach Höhe der Ladespannung der elektrischen Energiequelle die elektrische Verbindung zwischen dem aufzuladenden elektrischen Energiespeicher und der Verbindung mit der elektrischen Energiequelle anzupassen. Wird beispielsweise eine ausreichend hohe elektrische Ladespannung bereitgestellt, so kann diese ausreichend hohe elektrische Ladespannung direkt zwischen zwei entsprechenden Anschlüssen des elektrischen Energiespeichers bereitgestellt werden, um den elektrischen Energiespeicher als Ganzes aufzuladen. Wird dagegen nur ein Bruchteil der Nennspannung des elektrischen Energiespeichers durch die elektrische
Energiequelle bereitgestellt, so kann die Verbindung zwischen elektrischer Energiequelle und dem elektrischen Energiespeicher angepasst werden.
Beispielsweise kann die Ladespannung der elektrischen Energiequelle parallel jeweils an Untereinheiten des elektrischen Energiespeichers angelegt werden. Auf diese Weise können diese Untereinheiten gleichzeitig mit einer jeweils entsprechenden Spannung aufgeladen werden. Hierdurch ist keine aufwändige verlustbehaftete Konvertierung der Ladespannung von der elektrischen
Energiequelle erforderlich.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Schalteinrichtung der Ladevorrichtung dazu ausgelegt, eine Konfiguration des elektrischen Energiespeichers in Abhängigkeit von der ermittelten Ladespannung der elektrischen Energiequelle anzupassen. Insbesondere kann der elektrische Energiespeicher in mehrere Untereinheiten unterteilt werden. Daraufhin kann jede Untereinheit des elektrischen Energiespeichers mit der von der elektrischen Energiequelle bereitgestellten Spannung aufgeladen werden. Auf diese Weise ist ein paralleles Aufladen der Untereinheiten des elektrischen Energiespeichers möglich. Gemäß einer Ausführungsform ist die Anschlusseinrichtung dazu ausgelegt, die Ladespannung des elektrischen Energiespeichers basierend auf einem kodierten Stecker, einer Spannungsmessung und/oder basierend auf empfangenen digitalen Daten zu ermitteln. Beispielsweise kann die Anschlusseinrichtung mittels einer Steckverbindung mit der elektrischen Energiequelle gekoppelt werden. In diesem Fall kann zum Beispiel in einem Stecker eines
Anschlusskabels eine mechanische, elektrische oder andere Kodierung vorgesehen sein, welche eine Information über die von der elektrischen
Energiequelle bereitgestellte Spannung bereitstellt. Zusätzlich oder alternativ kann in der Ladevorrichtung, insbesondere in der Anschlusseinrichtung, auch ein Spannungssensor vorgesehen sein, der die von der elektrischen Energiequelle bereitgestellte elektrische Spannung erfasst und eine entsprechende Information bereitstellt. Ebenso ist es möglich, über einen Kommunikationskanal zwischen der Ladevorrichtung und der elektrischen Energiequelle Daten auszutauschen.
Diese Daten können auch eine Information über die von der elektrischen Energiequelle bereitgestellte Spannung umfassen. Die Kommunikation kann hierbei über eine Funkverbindung erfolgen, oder alternativ auch über eine Kabelverbindung. Insbesondere kann Steckverbindung zwischen der
Ladevorrichtung und der elektrischen Energiequelle vorgesehen sein, die neben der galvanischen Kopplung der elektrischen Energiequelle auch einen zusätzlichen Datenkanal umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Anschlusseinrichtung dazu ausgelegt, die Ladespannung der elektrischen Energiequelle aus mindestens zwei
vorbestimmten elektrischen Ladespannungen auszuwählen. Beispielsweise kann die Anschlusseinrichtung zwischen einer Ladespannung im Bereich von ca. 400 Volt und einer Ladespannung im Bereich von ca. 800/850 Volt unterscheiden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Schalteinrichtung der Ladevorrichtung dazu ausgelegt, die elektrische Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung und dem elektrischen Energiespeicher in Abhängigkeit von einem Parameter des elektrischen Energiespeichers anzupassen. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Konfiguration des elektrischen Energiespeichers in Abhängigkeit von einem Parameter des elektrischen Energiespeichers angepasst werden. Derartige Parameter des elektrischen Energiespeichers können beispielsweise eine Information über den Zustand des elektrischen Energiespeichers, wie zum Beispiel Ladezustand (State of Charge, SoC), Gesundheitszustand (State of Health, SoH), Lebensdauer oder ähnliches umfassen. Ferner kann ein solcher Parameter des elektrischen Energiespeichers auch eine Vorgabe für eine Batteriestrategie, insbesondere eine Strategie zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers oder ähnliches umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Anschlusseinrichtung eine
Verbindungseinrichtung. Die Verbindungseinrichtung der Anschlusseinrichtung ist dazu ausgelegt, die Anschlusseinrichtung galvanisch mit der elektrischen Energiequelle zu koppeln. Insbesondere kann die Verbindung zwischen
Anschlusseinrichtung und elektrischer Energiequelle über eine vorgegebene Steckverbindung realisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform des elektrischen Energiespeichersystems umfasst der elektrischen Energiespeicher mehrere Energiespeichereinheiten. Die Schalteinrichtung der Ladevorrichtung kann hierbei dazu ausgelegt sein, eine elektrische Verbindung zwischen den Energiespeichereinheiten in Abhängigkeit von der ermittelten Ladespannung der elektrischen Energiequelle anzupassen. Beispielsweise können bei einer ausreichend hohen Ladespannung der elektrischen Energiequelle alle Energiespeichereinheiten in Serie geschaltet werden und die Spannung der elektrischen Energiequelle zwischen dieser Serienschaltung der Energiespeichereinheiten angelegt werden. Bei einer geringeren Ladespannung der elektrischen Energiequelle können die einzelnen Energiespeichereinheiten aufgeteilt werden, so dass jeweils an den
Energiespeichereinheiten eine Ladespannung anliegt, welche der Nennspannung der Energiespeichereinheiten entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Laden des elektrischen Energiespeichers umfasst das Verfahren einen Schritt zum Anpassen einer Konfiguration des elektrischen Energiespeichers in Abhängigkeit von der ermittelten Ladespannung der elektrischen Energiequelle. Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den
Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1: eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs an einer
Ladestation;
Figur 2: eine schematische Darstellung eines elektrischen
Energiespeichersystems mit einer Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
Figur 3: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem
Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs 4 an einer Ladestation 3. Die Ladestation 3 kann beispielsweise über einen AC/DC-Wandler mit einem Energieversorgungsnetz verbunden sein. Soll die Traktionsbatterie 2 des Fahrzeugs 4 aufgeladen werden, so kann die Ladestation 3 mit dem
Fahrzeug 4 elektrisch gekoppelt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine galvanische Verbindung zwischen der Ladestation 3 und dem Hochvolt- Bordnetz des Fahrzeugs 4 handeln. Beispielsweise kann die Ladestation 3 ein Ladekabel mit einem entsprechend konfigurierten Stecker umfassen. Dieser Stecker des Ladekabels kann in eine korrespondierende Ladebuchse des Fahrzeugs 4 eingesteckt werden, um eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation 3 und dem Fahrzeug 4 herzustellen. Für das Aufladen der
Traktionsbatterie 2 muss die von der Ladestation 3 bereitgestellte Spannung auf die Spannungsebene der Traktionsbatterie 2 angepasst sein. Korrespondiert die von der Ladestation 3 bereitgestellte Ladespannung nicht zu der Nennspannung der Traktionsbatterie 2, so muss gegebenenfalls die von der Ladestation 3 bereitgestellte Spannung zunächst konvertiert werden. Alternativ ist es auch möglich, die elektrische Verbindung zwischen dem Anschluss der Ladestation 3 an dem Fahrzeug 4 und der Traktionsbatterie 2, insbesondere zwischen
Untereinheiten der Traktionsbatterie 2, in Abhängigkeit von der Ladespannung der Ladestation 3 anzupassen. Hierzu kann beispielsweise eine entsprechende Ladevorrichtung 1 vorgesehen sein. Dies wird im Nachfolgenden näher beschrieben.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen
Energiespeichersystems mit einer Ladevorrichtung 1 für einen elektrischen Energiespeicher 20 gemäß einer Ausführungsform. Die Ladevorrichtung 1 umfasst eine Anschlusseinrichtung 11. Diese Anschlusseinrichtung 11 ist mit einer elektrischen Energiequelle, wie zum Beispiel der Ladestation 3 koppelbar.
Beispielsweise kann die Anschlusseinrichtung 11 eine Ladebuchse umfassen. In dieser Ladebuche kann ein Ladestecker der Ladestation 3 eingesteckt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass der Ladestecker der Ladestation 3 eine Kodierung umfasst, welche eine Information über die von der Ladestation 3 bereitgestellte Spannung beinhaltet. Diese Kodierung kann beispielsweise ein mechanisches Element, wie beispielsweise ein Stift, eine Einkerbung oder ähnliches umfassen. Ferner kann die Kodierung auch einen elektrischen Kontakt oder eine beliebige weitere Kodierung umfassen. Weiterhin ist es auch möglich, dass beim Einstecken des Steckers der Ladestation 3 in eine Buchse der Anschlusseinrichtung 11 neben der elektrischen Verbindung für das Einspeisen elektrischer Energie auch noch zusätzlich eine Datenverbindung hergestellt wird. Diese Datenverbindung kann beispielsweise über eine kabelgebundene
Verbindung, insbesondere über einen zusätzlichen Anschluss in der
Steckverbindung zwischen der Ladevorrichtung 1 und der Ladestation 3, hergestellt werden. Grundsätzlich ist jedoch aber auch jede beliebige weitere Art eines Kommunikationskanals, insbesondere auch eine kabellose Verbindung zum Datenaustausch möglich. Über diesen Kommunikationskanal zum
Datenaustausch kann eine Information über die von der Ladestation 3
bereitgestellte Ladespannung an die Ladevorrichtung 1 übertragen werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Ladevorrichtung 1 die von der Ladestation 3 bereitgestellte elektrische Spannung mittels eines
Spannungssensors oder ähnlichem ermittelt. Beispielsweise kann die
Anschlusseinrichtung durch die zuvor genannten Maßnahmen zwischen mehreren möglichen vorgegebenen Ladespannungen unterscheiden.
Insbesondere ist eine Unterscheidung zwischen weit verbreiteten
Ladespannungen im Bereich von 400 Volt und einer alternativen Ladespannung im Bereich von 800/850 Volt möglich.
Korrespondiert die von der Ladestation 3 an der Anschlusseinrichtung 11 der Ladevorrichtung 1 bereitgestellte Ladespannung zu einer Nennspannung eines aufzuladenden elektrischen Energiespeichers 20 (zum Beispiel der
Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs), so kann der elektrische
Energiespeicher 20 als Ganzes aufgeladen werden. Beispielsweise kann hierzu die von der Ladestation 3 bereitgestellte Ladespannung an den Außenklemmen des elektrischen Energiespeichers 20 angelegt werden, um den elektrischen Energiespeicher 20 aufzuladen.
Ist die von der Ladestation 3 bereitgestellte Ladespannung dagegen geringer als die elektrische Spannung, welche zum Aufladen des gesamten elektrischen Energiespeichers 20 erforderlich ist, so kann die Konfiguration zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 20 modifiziert werden. Beispielsweise kann der elektrische Energiespeicher 20 in mehrere Energiespeichereinheiten 21, 22 unterteilt werden. Zwischen den einzelnen Energiespeichereinheiten 21, 22 kann jeweils ein Schaltelement 25 vorgesehen sein. Dieses Schaltelement 25 kann zwischen einzelnen Energiespeichereinheiten 21, 22 eine elektrische Verbindung herstellen, oder unterbrechen. Auf diese Weise kann der elektrische
Energiespeicher 20 bei Bedarf in mehrere separate Energiespeichereinheiten 21, 22 unterteilt werden. Ist die von der Ladestation 3 bereitgestellte Ladespannung geringer als eine elektrische Spannung, welche zum Aufladen des gesamten elektrischen
Energiespeichers 20 erforderlich ist, so können die einzelnen
Energiespeichereinheiten 21, 22 jeweils separat aufgeladen werden. Hierzu wird mittels der Schalteinrichtung 12 jeweils die von der Ladestation 3 bereitgestellte elektrische Spannung an den einzelnen Energiespeichereinheiten 21, 22 bereitgestellt. Die Schalteinrichtung 12 stellt zu diesem Zweck beispielsweise parallel separate elektrische Verbindungen zwischen den einzelnen
Energiespeichereinheiten 21, 22 und der Anschlusseinrichtung 11 her.
Gleichzeitig kann durch die Schaltelemente 25 zwischen den einzelnen
Energiespeichereinheiten 21, 22 die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Energiespeichereinheiten 21, 22 aufgetrennt werden. Auf diese Weise ist ein paralleles Aufladen der einzelnen Energiespeichereinheiten 21, 22 mit einer entsprechend geringeren Ladespannung möglich.
Beispielsweise kann es sich bei dem elektrischen Energiespeicher 20 um eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mit einer Nennspannung von etwa 800 Volt handeln. Wird von der Ladestation 3 nur eine elektrische Ladespannung von etwa 400 Volt bereitgestellt, so ist ein direktes Aufladen der Traktionsbatterie nicht möglich. Die Traktionsbatterie 20 kann daher durch Öffnen des
Schaltelements 25 den elektrischen Energiespeicher 20 in zwei
Energiespeichereinheiten 21, 22 unterteilen. Auf diese Weise liegt die
Klemmenspannung jeder Energiespeichereinheit 21, 22 bei ca. 400 Volt. Die Schalteinrichtung 12 kann daraufhin parallel jede Energiespeichereinheit 21, 22 mit der von der Ladestation 3 bereitgestellten Ladespannung versorgen. Die einzelnen Energiespeichereinheiten 21, 22 können daher ohne weitere
Spannungskonvertierung direkt mittels der durch die Ladestation 3
bereitgestellten Spannung aufgeladen werden. Gegebenenfalls ist es auch möglich, den elektrischen Energiespeicher 20 und/oder die einzelnen Energiespeichereinheiten 21, 22 zu analysieren und einen oder mehrere Parameter, wie zum Beispiel individuelle Ladezustände, Parameter über den Gesundheitszustand (SoH) oder ähnliches zu ermitteln. Gegebenenfalls kann basierend auf diesen ermittelten Parametern die
Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung 11 und dem elektrischen Energiespeicher 20, insbesondere den einzelnen Energiespeichereinheiten 21, 22, angepasst werden. Wird beispielsweise festgestellt, dass einzelne
Energiespeichereinheiten 21, 22 unterschiedlich stark entladen oder gealtert sind, so kann der Ladevorgang für die einzelnen Energiespeichereinheiten 21, 22 entsprechend angepasst werden.
Bei dem elektrischen Energiespeicher 20 kann es sich beispielsweise um einen elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs handeln, welche aus mehreren Zellen/Modulen
zusammengesetzt ist. Zur Anpassung des Ladevorgangs auf die jeweilige
Ladespannung kann der elektrische Energiespeicher 20 in mehrere
Energiespeichereinheiten 21, 22 unterteilt werden. Die einzelnen
Energiespeichereinheiten 21, 22 können dabei wiederum jeweils je nach Bedarf mehrere Zellen/Module umfassen. Die einzelnen Schaltelemente 25 zum
Verbinden/Trennen der einzelnen Energiespeichereinheiten können
gegebenenfalls in den Gesamtaufbau des elektrischen Energiespeichers integriert sein. Alternativ ist es auch möglich, dass jeweils die Anschlüsse der einzelnen Energiespeichereinheiten 21, 22 nach außen geführt werden. In diesem Falle können die Schaltelemente 25 zum Verbinden/Trennen der einzelnen Energiespeichereinheiten 21, 22 separat angeordnet werden.
Gegebenenfalls können die einzelnen Schaltelemente 25 zum
Verbinden/Trennen der Energiespeichereinheiten in der Ladevorrichtung, insbesondere in der Schalteinrichtung 12 vorgesehen sein. Alternativ kann die Ladevorrichtung 1, insbesondere die Schalteinrichtung 12 über einen
Steueranschluss eine entsprechende Signalisierung zum Ansteuern der
Schaltelemente 25 bereitstellen, so dass die Schaltelemente 25 auch extern angeordnet werden können.
Beispielsweise kann der elektrische Energiespeicher 20 auch aus einer
Serienschaltung mehrerer Traktionsbatterien mit geringerer Nennspannung gebildet werden. In diesem Fall kann jede einzelne Traktionsbatterie eine Energiespeichereinheit 21, 22 des elektrischen Energiespeichers 20 bilden. Beispielsweise können zwei Traktionsbatterien mit einer Nennspannung von 400 Volt in Serie geschalten werden, um hieraus einen elektrischen Energiespeicher mit einer Nennspannung von 800 Volt zu bilden. Wie eine Ladespannung von ca. 800 Volt bereitgestellt, so kann die Serienschaltung der beiden Traktionsbatterien gemeinsam aufgeladen werden. Steht dagegen nur eine Ladespannung von ca. 400 zur Verfügung, so kann die Serienschaltung der beiden Traktionsbatterien aufgetrennt werden und die beiden Batterien können in diesem Fall parallel mit der Ladespannung von 400 Volt aufgeladen werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers 20 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. In Schritt Sl wird zunächst eine elektrische Energiequelle, beispielsweise eine Ladestation 3, mit einer
Anschlusseinrichtung 11 gekoppelt. Hierbei kann es sich beispielsweise um das Einstecken eines Steckers in eine Ladebuchse eines Elektrofahrzeugs 4 handeln. Anschließend wird in Schritt S2 eine Ladespannung der elektrischen Energiequelle 3 ermittelt. In Schritt S3 erfolgt daraufhin das Einstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung 11 und dem elektrischen Energiespeicher 20 in Abhängigkeit von einem Wert der ermittelten Ladespannung der elektrischen Energiequelle 3. Korrespondiert die von der elektrischen Energiequelle bereitgestellte elektrischen Spannung zu der
Nennspannung des elektrischen Energiespeichers 20, so kann die von der elektrischen Energiequelle bereitgestellte Spannung direkt an den
Außenklemmen des elektrischen Energiespeichers 20 bereitgestellt werden. Ist die Ladespannung der elektrischen Energiequelle dagegen geringer als die Nennspannung des gesamten elektrischen Energiespeichers 20, so kann der elektrische Energiespeicher 20 in mehrere Energiespeichereinheiten 21, 22 unterteilt werden. Anschließend kann die von der elektrischen Energiequelle bereitgestellte Ladespannung durch ein entsprechendes Einstellen der elektrischen Verbindung an den jeweiligen Energiespeichereinheiten 21, 22 bereitgestellt werden. Insbesondere ist es hierdurch möglich, gleichzeitig oder nacheinander die einzelnen Energiespeichereinheiten 21, 22 zu laden. Weiterhin kann das Verfahren einen Schritt zum Anpassen einer Konfiguration des elektrischen Energiespeichers umfassen, der in Abhängigkeit von der ermittelten Ladespannung die Konfiguration des elektrischen Energiespeichers anpasst. Hierzu können einzelne Energiespeichereinheiten 21, 22 voneinander getrennt oder miteinander verbunden werden. Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs. Ist eine verfügbare Ladespannung zum Aufladen der elektrischen Energiequelle zu gering, so kann der elektrischen Energiespeicher in mehrere Untereinheiten unterteilt werden. Die einzelnen Untereinheiten können daraufhin jeweils separat mit der verfügbaren Ladespannung aufgeladen werden. Auf diese Weise ist keine aufwändige Spannungskonvertierung zur Erhöhung der bereitgestellten Ladespannung erforderlich.

Claims

Ansprüche
1. Ladevorrichtung (1) für einen elektrischen Energiespeicher (20), mit: einer Anschlusseinrichtung (11), die mit einer elektrischen Energiequelle (3) koppelbar ist, und die dazu ausgelegt ist, eine Ladespannung der elektrischen Energiequelle (3) zu ermitteln, wenn die
Anschlusseinrichtung (11) mit der elektrischen Energiequelle (3) gekoppelt ist; und einer Schalteinrichtung (12), die dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung (11) und dem
elektrischen Energiespeicher (20) in Abhängigkeit von einem Wert der ermittelten Ladespannung der elektrischen Energiequelle (3)
einzustellen.
2. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Schalteinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, eine Konfiguration des elektrischen Energiespeichers (20) in Abhängigkeit von der ermittelten Ladespannung der elektrischen Energiequelle (3) anzupassen.
3. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Anschlusseinrichtung (11) dazu ausgelegt ist, die Ladespannung der elektrischen Energiequelle (3) basierend auf einem kodierten Stecker, einer Spannungsmessung und/oder basierend auf empfangenen digitalen Daten zu ermitteln.
4. Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die
Anschlusseinrichtung (11) die Ladespannung der elektrischen
Energiequelle (3) aus mindestens zwei vorbestimmten elektrischen Ladespannungen auswählt. Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schalteinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, die elektrische Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung (11) und dem elektrischen
Energiespeicher (20) und/oder eine Konfiguration des elektrischen Energiespeichers (20) in Abhängigkeit von einem Parameter des elektrischen Energiespeichers (20) anzupassen.
Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anschlusseinrichtung (11) eine Verbindungeinrichtung umfasst, die dazu ausgelegt ist, die Anschlusseinrichtung (11) galvanisch mit der elektrischen Energiequelle (3) koppeln.
Elektrisches Energiespeichersystem, mit: einem elektrischen Energiespeicher (20); und eine Ladevorrichtung (1) für den elektrischen Energiespeicher (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6;
Elektrisches Energiespeichersystem nach Anspruch 7, wobei der elektrische Energiespeicher (20) mehrere Energiespeichereinheiten (21, 22) umfasst, und wobei die Schalteinrichtung(12) der Ladevorrichtung (1) dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung zwischen den Energiespeichereinheiten (21, 22) in Abhängigkeit von der ermittelten Ladespannung der elektrischen Energiequelle (3) anzupassen.
Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (20), mit den Schritten:
Koppeln (Sl) einer elektrischen Energiequelle (3) mit einer
Anschlusseinrichtung (11);
Ermitteln (S2) einer Ladespannung der elektrischen Energiequelle (3); und Einstellen (S3) einer elektrischen Verbindung zwischen der
Anschlusseinrichtung (11) und dem elektrischen Energiespeicher (20) Abhängigkeit von einem Wert der ermittelten Ladespannung der elektrischen Energiequelle (3).
Verfahren nach Anspruch 9, mit einem Schritt zum Anpassen einer Konfiguration des elektrischen Energiespeichers in Abhängigkeit von ( ermittelten Ladespannung der elektrischen Energiequelle.
PCT/EP2017/070063 2016-10-27 2017-08-08 Ladevorrichtung für einen elektrischen energiespeicher, elektrisches energiespeichersystem und verfahren zum laden eines elektrischen energiespeichers WO2018077503A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11117483B2 (en) 2019-10-02 2021-09-14 Ford Global Technologies, Llc Traction battery charging method and charging system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120013303A1 (en) * 2009-03-30 2012-01-19 The Japan Research Institute, Limited Charge control apparatus, battery pack, and vehicle
WO2012063385A1 (en) * 2010-11-12 2012-05-18 Three Eye Co., Ltd. Motor-driving apparatus capable of charging vehicle battery
DE102015101187A1 (de) 2015-01-28 2016-07-28 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Hochvolt-Lade-Booster und Verfahren zum Laden einer Gleichstrom-Traktionsbatterie an einer Gleichstrom-Ladesäule sowie entsprechendes Elektrofahrzeug

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120013303A1 (en) * 2009-03-30 2012-01-19 The Japan Research Institute, Limited Charge control apparatus, battery pack, and vehicle
WO2012063385A1 (en) * 2010-11-12 2012-05-18 Three Eye Co., Ltd. Motor-driving apparatus capable of charging vehicle battery
DE102015101187A1 (de) 2015-01-28 2016-07-28 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Hochvolt-Lade-Booster und Verfahren zum Laden einer Gleichstrom-Traktionsbatterie an einer Gleichstrom-Ladesäule sowie entsprechendes Elektrofahrzeug

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11117483B2 (en) 2019-10-02 2021-09-14 Ford Global Technologies, Llc Traction battery charging method and charging system

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