DE102019001196A1 - Method for providing a voltage for a vehicle electrical system and on-board charger for this purpose - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Spannung für ein Bordnetz (3) mit einem Bordlader (1), wobei der Bordlader (1) über einen ersten Ladeanschluss (5) mit einer ersten Gleichspannung (UDC1) versorgt wird, und die erste Gleichspannung (UDC1) mit einem galvanisch isolierenden Spannungswandler (6) des Bordladers (1) in eine gegenüber der ersten Gleichspannung (UDC1) höheren zweiten Gleichspannung (UDC2) umgewandelt wird, und das Bordnetz (3) mit der zweiten Gleichspannung (UDC2) versorgt wird. Mit einem Aufwärtswandler (8) eines Leistungsfaktorkorrekturfilters (7) des Bordladers (1) wird, bei Unterschreitung eines Grenzwerts durch die erste Gleichspannung (UDC1), die erste Gleichspannung (UDC1) in eine gegenüber der ersten Gleichspannung (UDC1) höheren dritten Gleichspannung (UDC3) hochtransformiert. Die dritte Gleichspannung (UDC3) wird mit dem galvanisch isolierenden Spannungswandler (6) in die zweite Gleichspannung (UDC2) umgewandelt und, somit wird das Bordnetz (3) mit der zweiten Gleichspannung (UDC2) versorgt. Und mit einem EMV-Filter (11), welches vor einer Eingangsseite des Leistungsfaktorkorrekturfilters (7) ausgebildet ist, wird aus der ersten Gleichspannung (UDC1) eine Eingangsstörgröße herausgefiltert. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Bordlader (1). The invention relates to a method for providing a voltage for an electrical system (3) with an on-board charger (1), wherein the on-board charger (1) is supplied with a first DC voltage (U DC1 ) via a first charging connection (5) and the first DC voltage (U DC1 ) with a galvanically insulating voltage converter (6) of the on-board charger (1) in a relation to the first DC voltage (U DC1 ) higher second DC voltage (U DC2 ) is converted, and the electrical system (3) with the second DC voltage (U DC2 ) is supplied. With a boost converter (8) of a power factor correction filter (7) of the on-board charger (1) is below a threshold value by the first DC voltage (U DC1 ), the first DC voltage (U DC1 ) in a relation to the first DC voltage (U DC1 ) higher third DC voltage (U DC3 ) transformed up. The third DC voltage (U DC3 ) is converted into the second DC voltage (U DC2 ) with the galvanically insulating voltage converter (6) and thus the on-board network (3) is supplied with the second DC voltage (U DC2 ). And with an EMC filter (11) formed in front of an input side of the power factor correction filter (7), an input noise is filtered out of the first DC voltage (U DC1 ). Furthermore, the invention relates to a on-board loader (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Spannung für ein Bordnetz mit einem Bordlader, wobei der Bordlader über einen ersten Ladeanschluss mit einer ersten Gleichspannung versorgt wird und die erste Gleichspannung mit einem galvanisch isolierenden Spannungswandler des Bordladers in eine gegenüber der ersten Gleichspannung höheren zweiten Gleichspannung umgewandelt wird und das Bordnetz mit der zweiten Gleichspannung versorgt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bordlader zum Laden einer Batterie eines Bordnetzes.The invention relates to a method for providing a voltage for an electrical system with a on-board charger, wherein the on-board charger is supplied via a first charging connection with a first DC voltage and the first DC voltage is converted with a galvanically insulating voltage converter of the on-board charger in a relation to the first DC voltage higher second DC voltage is and the electrical system is supplied with the second DC voltage. Furthermore, the invention relates to an on-board charger for charging a battery of a vehicle electrical system.
Die
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Dabei ergibt sich ein Nachteil, dass je nach Ladezustand die Batterie bei einer Batteriespannung oberhalb einer maximalen Ausgangsspannung einer Ladesäule nicht mehr vollständig geladen werden kann.This results in a disadvantage that depending on the state of charge, the battery can not be fully charged at a battery voltage above a maximum output voltage of a charging station.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und einen Bordlader bereitzustellen, mit welchen eine verbesserte Auslegung eines Übersetzungsverhältnisses eines Transformators eines DC-DC-Wandlers durchgeführt werden kann. Dadurch kann eine Batterie, welche unterhalb eines bestimmten Ladezustandes ist, effizienter geladen werden.The object of the present invention is to provide a method and an on-board charger, with which an improved design of a transmission ratio of a transformer of a DC-DC converter can be performed. This allows a battery, which is below a certain state of charge, to be charged more efficiently.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Spannung für ein Bordnetz mit einem Bordlader, wobei der Bordlader über einen ersten Ladeanschluss mit einer ersten Gleichspannung versorgt wird und die erste Gleichspannung mit einem galvanisch isolierenden Spannungswandler des Bordladers in eine gegenüber der ersten Gleichspannung höheren zweiten Gleichspannung umgewandelt wird und das Bordnetz mit der zweiten Gleichspannung versorgt wird. Ein Aufwärtswandler eines Leistungsfaktorkorrekturfilters des Bordladers wird bei Unterschreitung eines Grenzwertes durch die erste Gleichspannung in eine gegenüber der ersten Gleichspannung höheren dritten Gleichspannung hochtransformiert, wobei die dritte Gleichspannung mit dem galvanisch isolierenden Spannungswandler in die zweite Gleichspannung umgewandelt wird und somit das zweite Bordnetz mit der zweiten Gleichspannung versorgt wird. Mit einem EMV-Filter, welches vor der Eingangsseite des Leistungsfaktorkorrekturfilters ausgebildet ist, wird aus der ersten Gleichspannung eine Eingangssteuergröße herausgefiltert. Insbesondere kann mit dem Bordlader ein Bordnetz eines Fahrzeugs und/oder eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie eines Fahrzeugs, mit der Spannung versorgt werden. Durch das Hochtransformieren der ersten Gleichspannung, welche einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, in die dritte Gleichspannung durch den Aufwärtswandler des Leistungsfaktorkorrekturfilters kann insbesondere der galvanisch isolierende Spannungswandler effizienter ausgelegt werden. Das Übersetzungsverhältnis eines Transformators des isolierenden Spannungswandlers kann auf das Trafoübersetzungsverhältnis bei dem Wechselspannungsladungsbetrieb ausgelegt werden. Insbesondere durch die Einspeisung der ersten Gleichspannung an die AC-Anschlussklemme des Bordladers kann durch den Aufwärtswandler die erste Gleichspannung auf einen vorgegebenen Wert erhöht werden. Somit kann insbesondere auch im kritischen Fall beim Gleichspannungsladen auf der Primärseite des isolierenden Spannungswandlers auf eine vorgegebene Spannung angehoben werden. Das Trafoübersetzungsverhältnis kann mit der Auslegung auf einen AC-Ladefall auch problemlos für das Gleichspannungsladen verwendet werden. Beispielsweise kann der Grenzwert bei einer Spannung von 373 Volt festgelegt werden. Dabei ergibt sich beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis von 1:1,6. Insbesondere wird durch den Aufwärtswandler eine Gleichspannung, welche unterhalb von beispielsweise 373 Volt liegt, auf mindestens 373 Volt angehoben.One aspect of the invention relates to a method for providing a voltage for an electrical system with an on-board charger, wherein the on-board charger is supplied via a first charging connection with a first DC voltage and the first DC voltage with a galvanically insulating voltage converter of the on-board charger in a relation to the first DC voltage higher second DC voltage is converted and the electrical system is supplied with the second DC voltage. A boost converter of a power factor correction filter of the on-board charger is transformed into a second DC voltage higher than the first DC voltage when falling below a limit value by the first DC voltage, wherein the third DC voltage is converted with the galvanically insulating voltage converter in the second DC voltage and thus the second electrical system with the second DC voltage is supplied. With an EMC filter, which is formed in front of the input side of the power factor correction filter, an input control variable is filtered out of the first DC voltage. In particular, with the on-board charger, a vehicle electrical system of a vehicle and / or a battery, in particular a high-voltage battery of a vehicle, are supplied with the voltage. By stepping up the first DC voltage, which falls below a certain threshold, into the third DC voltage by the boost converter of the power factor correction filter, in particular the galvanically insulating voltage converter can be designed more efficiently. The gear ratio of a transformer of the insulating voltage converter can be designed for the transformer transformation ratio in the AC charging operation. In particular, by feeding the first DC voltage to the AC terminal of the on-board charger, the first DC voltage can be increased to a predetermined value by the boost converter. Thus, especially in the critical case when DC charging on the primary side of the insulating voltage converter can be raised to a predetermined voltage. The transformation ratio can be adjusted with the design to an AC Charging case can also be easily used for DC charging. For example, the threshold can be set at a voltage of 373 volts. This results, for example, a transmission ratio of 1: 1.6. In particular, the DC-to-DC converter boosts a DC voltage that is below, for example, 373 volts to at least 373 volts.
Insbesondere ist das Spannungsniveau der ersten Gleichspannung gleich dem Spannungsniveau der dritten Gleichspannung. Mit Hilfe des galvanisch isolierenden Spannungswandlers kann beispielsweise die erste Gleichspannung, welche beispielsweise 400 Volt beträgt, in die zweite Gleichspannung, welche beispielsweise 800 Volt beträgt hochtransformiert werden.In particular, the voltage level of the first DC voltage is equal to the voltage level of the third DC voltage. With the aid of the galvanically insulating voltage converter, for example, the first DC voltage, which is for example 400 volts, in the second DC voltage, which is for example 800 volts is transformed up.
Mit dem EMV-Filter kann insbesondere bei Versorgung des Bordladers mit Wechselspannung eine Filterung durchgeführt werden und ebenfalls können beim Gleichspannungsladebetrieb störende Eingangsgrößen herausgefiltert werden. Dadurch kann insbesondere Anforderung der elektromagnetischen Verträglichkeit besser erreicht werden.With the EMC filter filtering can be performed especially when supplying the on-board charger with AC voltage and also disturbing input variables can be filtered out during DC charging operation. As a result, in particular requirement of the electromagnetic compatibility can be better achieved.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bordlader zum Laden einer Batterie eines Bordnetzes mit einem Ladeanschluss, mit welchem eine erste Gleichspannung bereitstellbar ist und mit einem galvanisch isolierenden Spannungswandler, mit welchem die erste Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung umwandelbar ist. Der Bordlader umfasst einen Aufwärtswandler eines Leistungsfaktorkorrekturfilters, welcher bei Unterscheidung eines Grenzwertes durch die erste Gleichspannung die erste Gleichspannung in eine dritte Gleichspannung transformiert. Mit einem galvanisch isolierenden Spannungswandler des Bordladers ist die dritte Gleichspannung in die zweite Gleichspannung transformierbar. Ebenfalls umfasst der Bordlader einen EMV-Filter, welches vor einer Eingangsseite des Leistungsfaktorkorrekturfilters ausgebildet ist und zum Herausfiltern einer Eingangsgröße aus der ersten Gleichspannung ausgebildet ist. Mit dem Bordlader kann beispielsweise für das Bordnetz und/oder die Batterie eine Gleichspannung von 400 Volt DC oder 800 Volt DC bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der Bordlader mit einer Gleichspannungsladesäule mit Gleichspannung versorgt oder über eine Wechselspannungsquelle mit Wechselspannung versorgt werden.Another aspect of the invention relates to an on-board charger for charging a battery of a vehicle electrical system with a charging connection, with which a first DC voltage can be provided and with a galvanically insulating voltage converter, with which the first DC voltage is convertible to a second DC voltage. The on-board charger comprises an up-converter of a power factor correction filter, which transforms the first DC voltage into a third DC voltage when a limit value is distinguished by the first DC voltage. With a galvanically insulating voltage converter of the on-board charger, the third DC voltage can be transformed into the second DC voltage. Also, the on-board charger comprises an EMC filter, which is formed in front of an input side of the power factor correction filter and is designed to filter out an input variable from the first DC voltage. With the on-board charger can be provided for example for the electrical system and / or the battery, a DC voltage of 400 volts DC or 800 volts DC. For example, the on-board charger can be supplied with DC voltage with a DC charging station or can be supplied with AC voltage via an AC voltage source.
Beispielsweise ist der Spannungswandler nur unidirektional ausgeführt, kann jedoch optional bidirektional ausgeführt sein und beispielsweise die Funktionalität eines bidirektionalen Ladens zu ermöglichen. Zur Vermeidung von DC-Fehlerströmen im Falle eines Isolationsfehlers in einem Hochvoltsystem des Kraftfahrzeugs, der einen AC-Fehlerstromschalter in der Haustechnik unwirksam machen würden, sind vorzugsweise Trennschalter im Bordnetz zu DC-Ladeleitungen vorgesehen. Dadurch wird eine Isolationsauslegung des gesamten Hochvoltsystems auf eine Verstärkung der Isolation vermieden.For example, the voltage converter is designed to be unidirectional, but can optionally be bidirectional and, for example, to enable the functionality of bidirectional charging. In order to avoid DC fault currents in the event of an insulation fault in a high-voltage system of the motor vehicle, which would render ineffective an AC fault current switch in the building services, disconnectors are preferably provided in the electrical system to DC charging lines. This avoids insulation design of the entire high-voltage system for reinforcement of the insulation.
Beispielsweise kann mit dem Bordlader auch die Versorgung von etwaigen Nebenverbrauchern mit elektrischer Energie während des Ladens der Batterie durchgeführt werden.For example, with the on-board charger, the supply of any auxiliary consumers with electrical energy during charging of the battery can be performed.
Insgesamt kann mit dem Bordlader auch mittels externer Stromquellen die Batterie vollständig geladen werden, durch welche eine gegenüber der ersten elektrischen Spannung geringere Ausgangsspannung bereitgestellt wird. Ferner kann eine Mehrfachnutzung des galvanischen Spannungswandlers im Bordlader realisiert werden, so dass die Anzahl an Bauelementen und zusätzlich das Gewicht und somit der Bauraumbedarf und die Kosten geringgehalten werden können. Beispielsweise kann der Aufwärtswandler ein getakteter Boost-Konverter sein. Mit dem getakteten Boost-Konverter kann ein Eingangsstrom in Phase mit der Eingangswechselspannung gebracht werden. Beispielsweise kann die Ausgangsspannung dabei auf einen konstanten Wert eingeregelt werden, der mindestens dem Wert der Scheitelwechselspannung entspricht oder größer gewählt werden kann.Overall, with the on-board charger and by means of external power sources, the battery can be fully charged, through which a comparison with the first electrical voltage lower output voltage is provided. Furthermore, a multiple use of the galvanic voltage converter can be realized in the on-board charger, so that the number of components and additionally the weight and thus the space requirement and the costs can be kept low. For example, the boost converter may be a clocked boost converter. With the clocked boost converter, an input current can be brought into phase with the AC input voltage. For example, the output voltage can be adjusted to a constant value that corresponds to at least the value of the peak AC voltage or can be selected to be larger.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigen die folgenden Figuren in:
-
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bordladers; und -
2 eine beispielhafte Darstellung eines Leistungsfaktorkorrekturfilters.
-
1 a schematic representation of a on-board charger according to the invention; and -
2 an exemplary representation of a power factor correction filter.
Insbesondere kann mit dem Bordlader
Der Bordlader
Beispielsweise umfasst die Batterie
Der Bordlader
Der Bordlader
Beispielsweise kann der Bordlader
Die
Im Gleichspannungsladebetrieb des Bordladers
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Bordladerboard charger
- 22
- Batteriebattery
- 33
- Bordnetzboard network
- 44
- NebenverbraucherIn addition to consumer
- 55
- erster Ladeanschlussfirst charging port
- 66
- SpannungswandlerDC converter
- 77
- LeistungsfaktorkorrekturfilterPower factor correction
- 88th
- Aufwärtswandlerboost converter
- 99
- Gleichrichterrectifier
- 1010
- Schalteinheitswitching unit
- 1111
- EMV-FilterEMC filters
- 1212
- zweiter Ladeanschlusssecond charging port
- CB C B
- Kondensatorcapacitor
- D1 bis D4D1 to D4
- erste bis vierte Diodefirst to fourth diode
- DB D B
- Diodediode
- LB L B
- SpuleKitchen sink
- SB S B
- HalbleiterschalterSemiconductor switches
- UDC1 U DC1
- erste Gleichspannungfirst DC voltage
- UDC2 U DC2
- zweite Gleichspannungsecond DC voltage
- UDC3 U DC3
- dritte Gleichspannungthird DC voltage
- UDC4 U DC4
- vierte Gleichspannungfourth DC voltage
- UAC U AC
- WechselspannungAC
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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