DE102019001196A1 - Method for providing a voltage for a vehicle electrical system and on-board charger for this purpose - Google Patents

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Stefan Seiffert
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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).

Figure DE102019001196A1_0000
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).
Figure DE102019001196A1_0000

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 DE 10 2016 008 052 A1 beschreibt eine Energiespeichereinrichtung für einen Kraftwagen mit einem ersten und einem zweiten Energiespeicher zum Speichern elektrischer Energie. Die Energiespeichereinrichtung umfasst einen Ladeanschluss zum Laden der Energiespeicher, einen Betriebsanschluss zum Betrieb eines Verbrauches an die Energiespeichereinrichtung und eine Schalteinrichtung, die mehrere Schaltelemente aufweist und mittels welcher die Energiespeicher wahlweise in Serie oder parallel schaltbar sind. Ein fünftes Schaltelement der Schalteinrichtung ist darauf mit dem elektrischen Pol entgegengesetzt der Polarität von dem Energiespeicher elektrisch gekoppelt, und mit dem fünften Schaltelement sind die Energiespeicher unabhängig von den weiteren Schaltelementen der Schalteinrichtung in Serie schaltbar, um eine Energieeinrichtung in einem Kraftwagen bereitzustellen. Mit der Energiespeichereinrichtung wird eine effiziente Weise mit unterschiedlichen Spannungen betrieben, und welche insbesondere einschlägigen Sicherheitsvorschriften für den Betrieb einer Energiespeichereinrichtung in einem Kraftwagen erfüllen.The DE 10 2016 008 052 A1 describes an energy storage device for a motor vehicle with a first and a second energy storage for storing electrical energy. The energy storage device comprises a charging connection for charging the energy store, an operating connection for operating a consumption to the energy storage device, and a switching device which has a plurality of switching elements and by means of which the energy stores are selectively switchable in series or in parallel. A fifth switching element of the switching device is electrically coupled thereto opposite the polarity of the energy store, and with the fifth switching element, the energy storage independent of the other switching elements of the switching device in series switchable to provide an energy device in a motor vehicle. With the energy storage device, an efficient manner is operated with different voltages, and which in particular meet relevant safety regulations for the operation of an energy storage device in a motor vehicle.

Die DE 10 2018 000 491 A1 beschreibt eine Speichereinheit für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Energiespeicher, welcher wenigstens zwei Teilstränge zum Speichern von elektrischer Energie aufweist. Die Speichereinrichtung umfasst wenigstens einen Ladeanschluss, über welchen die Teilstränge mit einer Stromwelle verbindbar und mit von der Stromquelle bereitgestellter elektrischer Energie versorgbar und dadurch zu laden sind. Ebenfalls umfasst die Speichereinrichtung eine Schalteinrichtung, welche zwischen wenigstens einem ersten Schaltzustand, in welchem zum Einstellen einer ersten elektrischen Spannung des Energiespeichers die Triebstränge in Reihe geschaltet sind und wenigstens ein zweiter Schaltzustand umschaltbar ist. Mit dem zweiten Schaltzustand kann eine gegenüber der ersten elektrischen Spannung geringe zweite elektrische Spannung des Energiespeichers über die Triebstränge parallel geschaltet werden, wobei ein galvanisch isolierender Spannungswandler, umfassend einen Bordlader, vorgesehen ist.The DE 10 2018 000 491 A1 describes a memory unit for a motor vehicle with at least one energy store, which has at least two sub-strands for storing electrical energy. The memory device comprises at least one charging connection, via which the partial strands can be connected to a current wave and supplied with electrical energy supplied by the current source and thereby to be charged. The memory device likewise comprises a switching device which is connected in series between at least one first switching state in which the drive trains are connected in series for setting a first electrical voltage of the energy store and at least one second switching state can be switched over. With the second switching state, a second electrical voltage of the energy store, which is low in comparison to the first electrical voltage, can be connected in parallel via the drive trains, with a galvanically insulating voltage converter, comprising an on-board charger, being provided.

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.
The following figures show in:
  • 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 1 eine Batterie 2 eines Bordnetzes 3 geladen werden. Beispielsweise kann es sich bei der Batterie 2 um eine Hochvolt-Batterie und bei dem Bordnetz 3 um ein Hochvolt-Bordnetz handeln, wobei insbesondere das Bordnetz 3 ein oder mehrere Nebenverbraucher 4 umfassen kann. Die Batterie 2 und das Bordnetz 3 können insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugs sein. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug oder besonders vorzugsweise als Elektrofahrzeug ausgebildet sein und wenigstens eine elektrische Maschine umfassen, mit welcher das Kraftfahrzeug elektrisch antreibbar ist. Beispielsweise kann mit der Batterie 2 die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise mit elektrischem Strom versorgt werden, wodurch die elektrische Maschine als Elektromotor betrieben werden kann. Mittels des Elektromotors kann somit das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden.In particular, with the on-board loader 1 a battery 2 of a vehicle electrical system 3 Loading. For example, it may be at the battery 2 to a high-voltage battery and the electrical system 3 to act a high-voltage electrical system, in particular the electrical system 3 one or more secondary consumers 4 may include. The battery 2 and the electrical system 3 may in particular be part of a motor vehicle. For example, the motor vehicle as a hybrid vehicle or particularly preferably as Be formed electric vehicle and comprise at least one electric machine, with which the motor vehicle is electrically driven. For example, with the battery 2 the electric machine can be supplied with electrical energy or with electric current, whereby the electric machine can be operated as an electric motor. By means of the electric motor, the motor vehicle can thus be driven electrically.

Der Bordlader 1 wird durch einen Ladeanschluss 5 mit einer ersten Gleichspannung UDC1 versorgt. Bei dem Ladeanschluss 5 kann es sich insbesondere um einen Gleichspannungsanschluss einer elektrischen Gleichspannungsladesäule für ein Kraftfahrzeug handeln. Beispielsweise kann ebenso die Batterie 2 mit dem Ladeanschluss 5 mit der ersten Gleichspannung UDC1 versorgt werden. Der Bordlader 1 umfasst insbesondere einen galvanisch isolierenden Spannungswandler 6, mit welchem die erste Gleichspannung UDC1 in eine zweite Gleichspannung UDC2 umgewandelt werden kann. Bei dem galvanisch isolierenden Spannungswandler 6 kann es sich insbesondere um einen DC-DC-Wandler handeln. Beispielsweise kann die erste Gleichspannung UDC1 einen Wert von 400 Volt betragen, und mit Hilfe des Spannungswandlers 6 kann aus diesen 400 Volt die zweite Gleichspannung UDC2 mit nun 800 Volt hochtransformiert werden. Die zweite Gleichspannung UDC2 kann insbesondere zur Versorgung der Batterie 2 und/oder des Bordnetzes 3 und/oder der Nebenverbraucher 4 verwendet werden.The on-board loader 1 is through a charging port 5 with a first DC voltage U DC1 provided. At the charging port 5 it may in particular be a DC voltage connection of an electric DC charging station for a motor vehicle. For example, as well as the battery 2 with the charging port 5 with the first DC voltage U DC1 be supplied. The on-board loader 1 in particular comprises a galvanically insulating voltage converter 6 with which the first DC voltage U DC1 in a second DC voltage U DC2 can be converted. For the galvanically isolated voltage transformer 6 it may in particular be a DC-DC converter. For example, the first DC voltage U DC1 a value of 400 volts, and with the help of the voltage converter 6 can from these 400 volts, the second DC voltage U DC2 be transformed with now 800 volts. The second DC voltage U DC2 especially for supplying the battery 2 and / or the electrical system 3 and / or the secondary consumer 4 be used.

Beispielsweise umfasst die Batterie 2 eine Schalteinrichtung mit Schaltern S1 bis S7. Die Schalteinrichtung und somit die Schalter S1 bis S7 sind zwischen wenigstens einem ersten Schaltzustand und wenigstens einem zweiten Schaltzustand umschaltbar. Beispielsweise kann mit dem ersten Schaltzustand eine Batteriespannung von 800 Volt bereitgestellt werden und mit dem zweiten Schaltzustand kann eine zweite Batteriespannung von 400 Volt bereitgestellt werden.For example, the battery includes 2 a switching device with switches S1 to S7 , The switching device and thus the switches S1 to S7 are switchable between at least a first switching state and at least a second switching state. For example, a battery voltage of 800 volts may be provided with the first switching state, and with the second switching state, a second battery voltage of 400 volts may be provided.

Der Bordlader 1 umfasst insbesondere einen Leistungsfaktorkorrekturfilter 7. Der Leistungsfaktorkorrekturfilter 7 kann insbesondere als PFC-Schaltung ausgebildet sein. Der Leistungsfaktorkorrekturfilter 7 umfasst insbesondere einen Aufwärtswandler 8 und einen Gleichrichter 9. Mit dem Aufwärtswandler 8, welcher als Boost-Konverter ausgebildet sein kann, kann bei Unterschreitung eines Grenzwertes durch die erste Gleichspannung UDC1 die erste Gleichspannung UDC1 in eine dritte Gleichspannung UDC3 transformiert werden. Beispielsweise kann als Grenzwert ein Spannungswert von 373 Volt festgelegt werden, und sobald die erste Gleichspannung UDC1 diese 373 Volt unterschreitet, kann die erste Gleichspannung UDC1 durch den Aufwärtswandler 8 wieder in einen ursprünglichen Wert der ersten Gleichspannung UDC1 hochtransformiert werden. Insbesondere soll die erste Gleichspannung UDC1 400 Volt DC betragen. Die hochtransformierte erste Gleichspannung UDC1 durch den Aufwärtswandler 8, insbesondere die dritte Gleichspannung UDC3 kann so mit dem Spannungswandler 6 in die zweite Gleichspannung UDC2 umgewandelt werden.The on-board loader 1 In particular, it includes a power factor correction filter 7 , The power factor correction filter 7 can be designed in particular as a PFC circuit. The power factor correction filter 7 In particular, it comprises an up-converter 8th and a rectifier 9 , With the up-converter 8th , which can be configured as a boost converter, can fall below a limit value by the first DC voltage U DC1 the first DC voltage U DC1 in a third DC voltage U DC3 be transformed. For example, a threshold value of 373 volts can be set, and once the first dc voltage U DC1 this 373 volts falls below, the first DC voltage U DC1 through the up-converter 8th back to an original value of the first DC voltage U DC1 be transformed up. In particular, the first DC voltage U DC1 400 Volts DC. The highly transformed first DC voltage U DC1 through the up-converter 8th , in particular the third DC voltage U DC3 can do so with the voltage transformer 6 in the second DC voltage U DC2 being transformed.

Der Bordlader 1 umfasst eine Schalteinheit 10, mit welcher insbesondere die erste Gleichspannung UDC1 hinzuschaltbar ist. Im Betrieb des Bordladers 1 beim DC-Laden als DC-Spannungswandler ist die Schalteinheit 10 stets geschlossen. Insbesondere umfasst der Bordlader 1 ein EMV-Filter 11, mit welchem störende Eingangsgrößen aus der ersten Gleichspannung UDC1 herausgefiltert werden können. Das EMV-Filter 11 kann beispielsweise an der Eingangsseite des Leistungsfaktorkorrekturfilters 7 angeordnet sein. Insbesondere wird das EMV-Filter 11 für einen Gleichspannungsladebetrieb bei halber Batteriespannung der Batterie verwendet. Beispielsweise kann durch das Anheben der ersten Gleichspannung UDC1 in eine dritte Gleichspannung UDC3 sichergestellt werden, dass am Eingang des Spannungswandlers 6 stets eine Spannung von beispielsweise 400 Volt DC anliegt. Dadurch muss beim Gleichspannungsladebetrieb das Übersetzungsverhältnis eines Transformators des Spannungswandlers 6 nicht stetig neu ausgelegt werden.The on-board loader 1 includes a switching unit 10 , with which in particular the first DC voltage U DC1 can be added. In operation of the on-board loader 1 when DC charging as a DC voltage converter is the switching unit 10 always closed. In particular, the on-board loader includes 1 an EMC filter 11 , with which disturbing input variables from the first DC voltage U DC1 can be filtered out. The EMC filter 11 For example, at the input side of the power factor correction filter 7 be arranged. In particular, the EMC filter 11 used for a DC charging operation at half battery voltage of the battery. For example, by raising the first DC voltage U DC1 in a third DC voltage U DC3 be sure that at the input of the voltage converter 6 always a voltage of for example 400 volts DC is applied. As a result, in DC charging operation, the transmission ratio of a transformer of the voltage converter 6 not be constantly redesigned.

Beispielsweise kann der Bordlader 1 ebenso über einen Wechselspannungsladen mit elektrischer Energie versorgt werden. Dabei wird der Bordlader 1 über einen zweiten vom ersten Ladeanschluss 5 unterschiedlichen zweiten Ladeanschluss 12 mit einer Wechselspannung UAC versorgt. Insbesondere ist beim Wechselspannungsladen die Schalteinheit 10 des Bordladers 1 geöffnet. Die Wechselspannung UAC kann insbesondere durch einen Gleichrichter 9 des Leistungsfaktorkorrekturfilters 7 in eine vierte Gleichspannung UDC4 gerichtet beziehungsweise umgewandelt werden. Die vierte Gleichspannung UDC4 besitzt vorzugsweise dasselbe Spannungsniveau wie die erste Gleichspannung UDC1 . Die vierte Gleichspannung UDC4 kann insbesondere mit dem Spannungswandler 6 des Bordladers 1 in die zweite Gleichspannung UDC2 umgewandelt werden. Bei dem zweiten Ladeanschluss 12 kann es sich beispielsweise um eine herkömmliche Wechselspannungssteckdose handeln.For example, the on-board loader 1 are also supplied via an AC voltage charging with electrical energy. This is the on-board loader 1 via a second from the first charging port 5 different second charging port 12 with an alternating voltage U AC provided. In particular, the AC unit is the switching unit 10 of the on-board loader 1 open. The AC voltage U AC in particular by a rectifier 9 of the power factor correction filter 7 in a fourth DC voltage U DC4 be directed or converted. The fourth DC voltage U DC4 preferably has the same voltage level as the first DC voltage U DC1 , The fourth DC voltage U DC4 especially with the voltage converter 6 of the on-board loader 1 in the second DC voltage U DC2 being transformed. At the second charging port 12 it may be, for example, a conventional AC power outlet.

Die 2 zeigt beispielsweise eine schematische Darstellung des Leistungsfaktorkorrekturfilters 7, welcher in diesem Beispiel durch eine konventionelle PFC-Schaltung dargestellt ist. Im Falle, dass der Bordlader 1 mit der Wechselspannung UAC durch den zweiten Ladeanschluss 12 versorgt wird, wird die Wechselspannung UAC mit dem Gleichrichter 9 gleichgerichtet. Bei dem Gleichrichter 9 kann es sich beispielsweise um einen Diodengleichrichter handeln, welcher aus einer ersten Diode 1, einer zweiten Diode 2, einer dritten Diode D3 und einer vierten Diode D4 besteht. In diesem Fall wird die gleichgerichtete vierte Gleichspannung UDC4 mit Hilfe des Boost-Konverters, insbesondere als Aufwärtswandler 8, in die dritte Gleichspannung UDC3 gewandelt. Der Boost-Konverter beziehungsweise der Aufwärtswandler 8 umfasst beispielsweise eine Spule NB , eine Diode DB , einen Kondensator CB und einen Halbleiterschalter SB .The 2 shows for example a schematic representation of the power factor correction filter 7 , which in this example is represented by a conventional PFC circuit. In the case of the on-board loader 1 with the AC voltage U AC through the second charging port 12 is supplied, the AC voltage U AC with the rectifier 9 rectified. At the rectifier 9 For example, it can be a Diode rectifier act, which consists of a first diode 1 , a second diode 2 , a third diode D3 and a fourth diode D4 consists. In this case, the rectified fourth DC voltage becomes U DC4 using the boost converter, especially as a boost converter 8th , in the third DC voltage U DC3 changed. The boost converter or the boost converter 8th includes, for example, a coil N B , a diode D B , a capacitor C B and a semiconductor switch S B ,

Im Gleichspannungsladebetrieb des Bordladers 1 wird der Gleichrichter 9 der PFC-Schaltung nicht benötigt. Der Aufwärtswandler 8 wird insbesondere mit der ersten Gleichspannung UDC1 versorgt, wobei die erste Gleichspannung UDC1 in die dritte Gleichspannung UDC3 hochgesetzt werden kann.In the DC charging operation of the on-board charger 1 becomes the rectifier 9 the PFC circuit is not needed. The up-converter 8th in particular with the first DC voltage U DC1 supplied, wherein the first DC voltage U DC1 in the third DC voltage U DC3 can be raised.

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

  • DE 102016008052 A1 [0002]DE 102016008052 A1 [0002]
  • DE 102018000491 A1 [0003]DE 102018000491 A1 [0003]

Claims (5)

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, dadurch gekennzeichnet, dass - mit einem Aufwärtswandler (8) eines Leistungsfaktorkorrekturfilters (7) des Bordladers (1), 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 wird, wobei - die dritte Gleichspannung (UDC3) mit dem galvanisch isolierenden Spannungswandler (6) in die zweite Gleichspannung (UDC2) umgewandelt wird und, somit das Bordnetz (3) mit der zweiten Gleichspannung (UDC2) versorgt wird, und wobei - mit einem EMV-Filter (11), welches vor einer Eingangsseite des Leistungsfaktorkorrekturfilters (7) ausgebildet ist, wird aus der ersten Gleichspannung (UDC1) eine Eingangsstörgröße herausgefiltert.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 ) is converted with a galvanically insulating voltage converter (6) of the on-board charger (1) into a second DC voltage (U DC2 ) higher than the first DC voltage (U DC1 ), and - the vehicle electrical system (3) with the second DC voltage (U DC2 ) is supplied, characterized in that - with a boost converter (8) of a power factor correction filter (7) of the on-board charger (1), when falling below a limit value by the first DC voltage (U DC1 ), the first DC voltage (U DC1 ) in one compared to the first DC voltage (U DC1 ) higher third DC voltage (U DC3 ) is up-converted, wherein - the third DC voltage (U DC3 ) with the galvanically insulating voltage converter (6) in the second DC voltage (U DC 2 ) is converted and, thus, the on-board network (3) with the second DC voltage (U DC2 ) is supplied, and wherein - with an EMC filter (11) which is formed in front of an input side of the power factor correction filter (7), is from the first DC voltage (U DC1 ) filtered out an input disturbance. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Ladeanschluss (5) ein Gleichspannungsanschluss bereitgestellt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that a direct voltage connection is provided with the first charging connection (5). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bordlader (1) anstelle der Versorgung mit der ersten Gleichspannung (UDC1) über einen vom ersten Ladeanschluss (5) unterschiedlichen zweiten Ladeanschluss (12) mit einer Wechselspannung versorgt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the on-board charger (1) is supplied with an alternating voltage instead of the supply with the first DC voltage (U DC1 ) via a second charging connection (12) which is different from the first charging connection (5). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung mit einem Gleichrichter (9) des Leistungsfaktorkorrekturfilters (7) in eine vierte Gleichspannung (UDC4) umgewandelt wird, und die vierte Gleichspannung (UDC4) mit dem galvanisch isolierenden Spannungswandler (6) des Bordladers (1) in die zweite Gleichspannung (UDC2) umgewandelt wird, wobei bei einer Wechselspannungsversorgung des Bordladers (1) mit der zweiten Gleichspannung (UDC2) das Bordnetz (3) und/oder eine Batterie (2) versorgt werden.Method according to Claim 3 , characterized in that the AC voltage with a rectifier (9) of the power factor correction filter (7) is converted into a fourth DC voltage (U DC4 ), and the fourth DC voltage (U DC4 ) with the galvanically insulating voltage converter (6) of the on-board charger (1) is converted into the second DC voltage (U DC2 ), wherein in an AC voltage supply of the on-board charger (1) with the second DC voltage (U DC2 ), the electrical system (3) and / or a battery (2) are supplied. Bordlader (1) zum Laden einer Batterie (2) eines Bordnetzes (3) mit - einem Ladeanschluss (5), mit welchem eine erste Gleichspannung (UDC1) bereitstellbar ist, - einem galvanisch isolierenden Spannungswandler (6), mit welchem die erste Gleichspannung (UDC1) in eine zweite Gleichspannung (UDC2) umwandelbar ist, gekennzeichnet durch, - einen Aufwärtswandler (8) eines Leistungsfaktorkorrekturfilters (7), welcher bei Unterschreitung eines Grenzwerts durch die erste Gleichspannung (UDC1), die erste Gleichspannung (UDC1) in eine dritte Gleichspannung (UDC3) transformiert, - den galvanisch isolierenden Spannungswandler (6), mit welchem die dritte Gleichspannung (UDC3) in die zweite Gleichspannung (UDC2) transformierbar ist, und - ein EMV-Filter (11), welches vor einer Eingangsseite des Leistungsfaktorkorrekturfilters (7) ausgebildet ist, zum Herausfiltern einer Eingangsgröße aus der ersten Gleichspannung (UDC1).On-board charger (1) for charging a battery (2) of a vehicle electrical system (3) with - a charging connection (5), with which a first DC voltage (U DC1 ) can be provided, - a galvanically insulating voltage converter (6), with which the first DC voltage (U DC1 ) into a second DC voltage (U DC2 ) is, characterized by , - a boost converter (8) of a power factor correction filter (7), which falls below a threshold value by the first DC voltage (U DC1 ), the first DC voltage (U DC1 ) is transformed into a third DC voltage (U DC3 ), - the galvanically insulating voltage converter (6), with which the third DC voltage (U DC3 ) is transformable into the second DC voltage (U DC2 ), and - an EMC filter (11), which is formed in front of an input side of the power factor correction filter (7), for filtering out an input variable from the first DC voltage (U DC1 ).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022001418A1 (en) 2022-04-25 2022-06-15 Mercedes-Benz Group AG Charging device for a vehicle for charging an electrical energy store of the vehicle from an AC voltage, and method for operating such a charging device
WO2022219024A1 (en) * 2021-04-15 2022-10-20 Mercedes-Benz Group AG Method for carrying out a pre-charging process of an onboard electrical system of a vehicle, and onboard electrical system for a vehicle

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