DE102020003959A1 - Step-up converter for charging an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle, on-board electrical system and method - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aufwärtswandler (16) zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einem isolierenden Gleichspannungswandler (18) mit einer Primärseite (22) des isolierenden Gleichspannungswandlers (18), welche zum elektrischen Koppeln mit einer Gleichspannungsladequelle (14) mit einer Eingangsspannung (UE) ausgebildet ist, und mit einer Ausgangsseite (26) des Aufwärtswandlers (16), welche mit einer Sekundärseite (24) des isolierenden Gleichspannungswandlers (18) gekoppelt ist, wobei die Ausgangsseite (26) mit dem elektrischen Energiespeicher (12) gekoppelt ist und eine Ausgangsspannung (UA) aufweist, wobei auf der Ausgangsseite (26) und auf der Sekundärseite (24) ein erster Kondensator (28) elektrisch gekoppelt ist, welcher zum Laden mittels des isolierenden Gleichspannungswandlers (18) verschaltet ist, und auf der Ausgangsseite (26) ein zweiter Kondensator (30) in Reihe mit dem ersten Kondensator (28) elektrisch gekoppelt ist, welcher zum Laden mittels der Gleichspannungsladequelle (14) verschaltet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Bordnetz (40) sowie ein Verfahren.

Figure DE102020003959A1_0000
The invention relates to a step-up converter (16) for charging an electrical energy store (12) of a motor vehicle (10), with at least one insulating DC voltage converter (18) with a primary side (22) of the insulating DC voltage converter (18), which is used for electrical coupling to a DC voltage charging source (14) is formed with an input voltage (U E ), and with an output side (26) of the boost converter (16), which is coupled to a secondary side (24) of the isolating DC voltage converter (18), the output side (26) with the electrical energy store (12) is coupled and has an output voltage (U A ), wherein on the output side (26) and on the secondary side (24) a first capacitor (28) is electrically coupled, which for charging by means of the insulating DC voltage converter (18) is connected, and on the output side (26) a second capacitor (30) is electrically coupled in series with the first capacitor (28) which is connected for charging by means of the DC voltage charging source (14). The invention also relates to an on-board electrical system (40) and a method.
Figure DE102020003959A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufwärtswandler zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Bordnetz sowie ein Verfahren.The invention relates to a step-up converter for charging an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an on-board electrical system and a method.

Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass Kraftfahrzeuge, welche zumindest teilweise elektrisch betrieben sind beziehungsweise voll elektrisch betrieben sind, an einer entsprechenden Ladesäule, welche auch als Gleichspannungsladequelle bezeichnet werden kann, geladen werden können. Insbesondere kann ein solches Kraftfahrzeug beispielsweise eine Spannungslage von 800 V aufweisen. Insbesondere weist hierzu ein elektrischer Energiespeicher des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs eine entsprechende Spannungslage von 800 V auf. Derzeit sind in der Ladeinfrastruktur zum Laden von zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen jedoch auch Gleichspannungsladequellen ausgebildet, welche lediglich beispielsweise 400 V als Ladespannung zur Verfügung stellen können. Um nun eine entsprechende Spannungswandlung innerhalb des Kraftfahrzeugs durchzuführen, sind komplexe Verschaltungen, wie beispielsweise Hochleistungsladepumpen, bekannt.It is already known from the prior art that motor vehicles which are at least partially electrically operated or fully electrically operated can be charged at a corresponding charging column, which can also be referred to as a DC voltage charging source. In particular, such a motor vehicle can have a voltage level of 800 V, for example. In particular, an electrical energy store of the at least partially electrically operated motor vehicle has a corresponding voltage level of 800 V for this purpose. At present, however, direct voltage charging sources are also designed in the charging infrastructure for charging at least partially electrically operated motor vehicles, which can only provide 400 V as charging voltage, for example. In order to carry out a corresponding voltage conversion within the motor vehicle, complex interconnections, such as high-performance charging pumps, are known.

Die DE 10 2017 010 390 A1 betrifft einen Energiewandler zum elektrischen Koppeln eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten ersten Bordnetzes mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten zweiten elektrischen Bordnetz. Der Energiewandler weist eine erste Reihenschaltung aus drei in Reihe geschalteten Schaltelementen auf, wobei die erste Reihenschaltung zum Anschließen an das erste oder das zweite Bordnetz ausgebildet ist, wobei die Reihenschaltung zwei Verbindungsstellen von zwei jeweiligen der Schaltelemente aufweist, an denen die jeweiligen Schaltelemente elektrisch miteinander gekoppelt sind, wobei eine jeweilige der Verbindungsstellen mittels einer jeweiligen elektrischen Induktivität an das andere der beiden Bordnetze angeschlossen ist.The DE 10 2017 010 390 A1 relates to an energy converter for electrically coupling a first vehicle electrical system to which a first electrical direct voltage is applied to a second electrical vehicle electrical system to which a second electrical direct voltage is applied. The energy converter has a first series connection of three series-connected switching elements, the first series connection being designed for connection to the first or the second vehicle electrical system, the series connection having two connection points of two respective of the switching elements, at which the respective switching elements are electrically coupled to one another are, wherein a respective one of the connection points is connected to the other of the two vehicle electrical systems by means of a respective electrical inductance.

Die DE 10 2017 009 355 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten ersten Bordnetzes und eines mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten zweiten Bordnetzes, wobei das erste und das zweite Bordnetz mittels eines einen ersten getakteten Energiewandler aufweisenden Energiekopplers elektrisch gekoppelt werden, wobei die erste und die zweite elektrische Gleichspannung mittels einer elektrischen Isolationseinrichtung gegenüber einem elektrischen Bezugspotential elektrisch isoliert sind und die elektrische Isolationseinrichtung überwacht wird, wobei das erste und das zweite Bordnetz mittels des Energiekopplers galvanisch gekoppelt werden, wobei bei einer Störung der Isolationseinrichtung in einem Bereich eines der beiden Bordnetze der Energiekoppler elektrische Potentiale des jeweiligen anderen der beiden Bordnetze derart steuert, dass jeweilige Potentialdifferenzen von diesen elektrischen Potentialen zum Bezugspotential kleiner als ein vorgegebener Vergleichswert sind.The DE 10 2017 009 355 A1 relates to a method for operating a first on-board network to which a first electrical direct voltage is applied and a second on-board network to which a second electrical direct voltage is applied, the first and second on-board networks being electrically coupled by means of an energy coupler having a first clocked energy converter, the first and the second electrical direct voltage are electrically isolated from an electrical reference potential by means of an electrical isolation device, and the electrical isolation device is monitored, the first and second on-board networks being galvanically coupled by means of the energy coupler, with the energy coupler being electrically coupled in the event of a fault in the isolation device in an area of one of the two vehicle electrical systems Controls potentials of the respective other of the two vehicle electrical systems in such a way that respective potential differences between these electrical potentials and the reference potential are less than a v specified comparison value.

Die DE 10 2017 009 352 A1 betrifft einen Energiekoppler zum elektrischen Koppeln eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten ersten Bordnetzes mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten zweiten elektrischen Bordnetz, wobei der Energiekoppler einen ersten getakteten Energiewandler aufweist.The DE 10 2017 009 352 A1 relates to an energy coupler for electrically coupling a first vehicle electrical system to which a first electrical direct voltage is applied to a second electrical vehicle electrical system to which a second electrical direct voltage is applied, the energy coupler having a first clocked energy converter.

Die DE 10 2016 217 040 A1 offenbart eine uni- oder bidirektionale Hochleistungs-Ladepumpe mit induktiven Elementen für Hochleistungs-DC-DC-Wandler Anwendungen. Induktive Elemente, die mit Speicherkondensatoren in Resonanz gehen, ermöglichen Null-Strom-Schalt-Prozesse. Speicherelemente in der Form von Kondensatoren statt herkömmlichen Induktoren ermöglichen eine billige und gleichgewichtige Konstruktion. Die Ausgangsspannung kann nicht aktiv geregelt werden und entspricht einem Anteil der Eingangsspannung. Jedoch können mehrere Spannungsverhältnisse zwischen Ausgang und Eingang leicht erhalten werden.The DE 10 2016 217 040 A1 discloses a unidirectional or bidirectional high-performance charge pump with inductive elements for high-performance DC-DC converter applications. Inductive elements that go into resonance with storage capacitors enable zero current switching processes. Storage elements in the form of capacitors instead of conventional inductors enable an inexpensive and balanced construction. The output voltage cannot be actively regulated and corresponds to a proportion of the input voltage. However, multiple output-to-input voltage ratios can easily be obtained.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Aufwärtswandler, ein elektrisches Bordnetz sowie ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen verbessert der elektrische Energiespeicher des Kraftfahrzeugs mittels einer Gleichspannungsladequelle geladen werden kann.The object of the present invention is to create a step-up converter, an on-board electrical system and a method by means of which the electrical energy store of the motor vehicle can be charged in an improved manner by means of a DC voltage charging source.

Diese Aufgabe wird durch einen Aufwärtswandler, ein elektrisches Bordnetz sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a step-up converter, an on-board electrical system and a method according to the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Aufwärtswandler zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem isolierenden Gleichspannungswandler auf einer Eingangsseite des Aufwärtswandlers mit einer Primärseite des Gleichspannungswandlers, welche zum elektrischen Koppeln mit einer Gleichspannungsladequelle mit einer Eingangsspannung auf der Eingangsseite ausgebildet ist, und mit einer Ausgangsseite des Aufwärtswandlers, welche mit einer Sekundärseite des Gleichspannungswandlers gekoppelt ist, wobei die Ausgangsseite mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelt ist und eine zur Eingangsspannung höhere Ausgangsspannung aufweist.One aspect of the invention relates to a step-up converter for charging an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle, with at least one isolating DC voltage converter on an input side of the step-up converter with a primary side of the DC voltage converter, which is designed for electrical coupling to a DC voltage charging source with an input voltage on the input side , and with an output side of the boost converter which is coupled to a secondary side of the DC-DC converter, wherein the The output side is coupled to the electrical energy store and has an output voltage that is higher than the input voltage.

Es ist vorgesehen, dass auf der Ausgangsseite und auf der Sekundärseite ein erster Kondensator elektrisch gekoppelt ist, welcher zum Laden mittels des Gleichspannungswandlers verschaltet ist, und auf der Ausgangsseite ein zweiter Kondensator in Reihe mit dem ersten Kondensator elektrisch gekoppelt ist, welcher zum Laden mittels der Gleichspannungsladequelle verschaltet ist, und der Aufwärtswandler dazu ausgebildet ist, als Ausgangsspannung die Summe aus einer ersten Spannung des ersten Kondensators und einer zweiten Spannung des zweiten Kondensators zum Laden bereitzustellen.It is provided that a first capacitor is electrically coupled on the output side and on the secondary side, which is connected for charging by means of the DC voltage converter, and on the output side a second capacitor is electrically coupled in series with the first capacitor, which is electrically coupled for charging by means of the DC voltage charging source is connected, and the step-up converter is designed to provide the sum of a first voltage of the first capacitor and a second voltage of the second capacitor for charging as the output voltage.

Dadurch ist es ermöglicht, dass der isolierende Gleichspannungswandler lediglich einen Teil der Ladeleistung überträgt, die von der Gleichspannungsladequelle, die beispielsweise eine Ladesäule sein kann, zum Kraftfahrzeug übertragen werden soll. Der Wirkungsgrad beim Gleichspannungs-Laden, was auch als DC-Laden bezeichnet werden kann, über diesen Aufwärtswandler, welcher auch als Boost-Schaltung bezeichnet werden kann, wird verbessert, da nur ein Teil der Leistungsübertragung durch den Wirkungsgrad des isolierenden Gleichspannungswandlers reduziert wird. Der direkte Teil der Leistungsübertragung von der Ladesäule zu dem zweiten Kondensator erfolgt nahezu verlustfrei. Dadurch kann es zu einer Einsparung von Kosten, Volumen und Gewicht kommen.This makes it possible for the isolating DC voltage converter to transfer only part of the charging power that is to be transferred to the motor vehicle from the DC voltage charging source, which can be a charging station, for example. The efficiency when charging DC voltage, which can also be referred to as DC charging, via this step-up converter, which can also be referred to as a boost circuit, is improved, since only part of the power transmission is reduced by the efficiency of the isolating DC voltage converter. The direct part of the power transfer from the charging station to the second capacitor takes place almost without loss. This can lead to savings in costs, volume and weight.

Insbesondere ist somit ein isolierende Gleichspannungswandler vorgeschlagen, wie er zum Beispiel am galvanisch getrennten Bordlader verbaut ist, um für die Spannungsdifferenz zwischen der Gleichspannungsladequelle und dem elektrischen Energiespeicher zu sorgen, damit beispielsweise auch ein Kraftfahrzeug mit einer 800 V-Batterie an einer 400 V- bis 500 V-Ladesäule geladen werden kann. Hierzu sind die beiden in Reihe geschalteten Kondensatoren auf der Ausgangsseite zum elektrischen Energiespeicher in Reihe verschaltet.In particular, an isolating DC voltage converter is proposed, as it is installed, for example, on the galvanically isolated on-board charger in order to ensure the voltage difference between the DC voltage charging source and the electrical energy store, so that, for example, a motor vehicle with an 800 V battery on a 400 V to 500 V charging station can be charged. For this purpose, the two capacitors connected in series are connected in series on the output side to the electrical energy store.

Dabei ist es möglich, den Ausgangskondensator des Bordladers bzw. isolierenden Spannungswandlers als ersten Kondensator zu verwenden. Zudem ist es möglich, als zweiten Kondensator den Eingangskondensator des isolierenden Spannungswandlers zu verwenden. Es wären in diesem Fall keine zusätzlichen kapazitiven Bauteile notwendig. Insbesondere wird der isolierende Gleichspannungswandler dazu genutzt, um für die Spannungsdifferenz zwischen der Gleichspannungsladequelle und der Fahrzeugbatterie, mit anderen Worten dem elektrischen Energiespeicher, zu sorgen. Der zweite Kondensator wird dabei auf das Spannungsniveau der Gleichspannungsladequelle mittels der Gleichspannungsladequelle gehalten. Da bei dem isolierenden Spannungswandler das Bezugspotential der Sekundärseite frei gewählt werden kann, ermöglicht dies, den ersten Kondensator damit zu verbinden. Die Gleichspannungsquelle wird somit nur als Ausgangsspannung eine Differenz der Spannungen der Fahrzeugbatterie und der Gleichspannungsladequelle beisteuern. Der Ausgangsstrom ist dabei identisch zum Strom der Gleichspannungsladequelle zum zweiten Kondensator. Dadurch wird eine zeitlich stabile Spannungsaufteilung, ein sogenanntes Balancing, zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator erreicht. Die Ladeleistung entspricht somit der Ladeleistung von dem zweiten Kondensator durch die Gleichspannungsladequelle und der Ladeleistung von dem ersten Kondensator, die ebenfalls der Ladesäule entnommen wird und anschließend über den isolierenden Gleichspannungswandler übertragen wird.It is possible to use the output capacitor of the on-board charger or the isolating voltage converter as the first capacitor. It is also possible to use the input capacitor of the isolating voltage converter as the second capacitor. In this case, no additional capacitive components would be necessary. In particular, the isolating DC voltage converter is used to provide for the voltage difference between the DC voltage charging source and the vehicle battery, in other words the electrical energy store. The second capacitor is kept at the voltage level of the DC voltage charging source by means of the DC voltage charging source. Since the reference potential of the secondary side can be freely selected in the isolating voltage converter, this enables the first capacitor to be connected to it. The DC voltage source will therefore only contribute a difference between the voltages of the vehicle battery and the DC voltage charging source as an output voltage. The output current is identical to the current from the DC charging source to the second capacitor. This achieves a voltage distribution that is stable over time, known as balancing, between the first capacitor and the second capacitor. The charging power thus corresponds to the charging power from the second capacitor through the DC voltage charging source and the charging power from the first capacitor, which is also taken from the charging column and is then transmitted via the isolating DC voltage converter.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist der Aufwärtswandler einen Mittelabgriff zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator auf, wobei der Mittelabgriff zumindest mit der Gleichspannungsladequelle elektrisch gekoppelt ist. Insbesondere ist der Mittelabgriff ebenfalls mit einer Gleichrichtung in Form einer aktiven Gleichrichtung z.B. über Halbleiterschalter oder in Form einer passiven Gleichrichtung z.B. über eine Diodenschaltung des isolierenden Gleichspannungswandlers gekoppelt. Dadurch ist es ermöglicht, dass eine einfache Schaltung zum Laden des zweiten Kondensators mittels der Gleichspannungsladequelle realisiert ist.According to an advantageous embodiment, the step-up converter has a center tap between the first capacitor and the second capacitor, the center tap being electrically coupled at least to the DC voltage charging source. In particular, the center tap is also coupled with a rectification in the form of an active rectification e.g. via semiconductor switches or in the form of a passive rectification e.g. via a diode circuit of the isolating DC voltage converter. This enables a simple circuit to be implemented for charging the second capacitor by means of the DC voltage charging source.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Gleichspannungsquelle auf der Primärseite eine H-Brücke aufweist. Insbesondere taktet die H-Brücke auf der Primärseite des isolierenden Gleichspannungswandlers wechselweise, um ein Wechselfeld an den ersten Kondensator des isolierenden Gleichspannungswandlers anlegen zu können. Je nach Polarität der übertragenen Spannungen werden dann auch wechselweise lediglich zwei der Diodenpaare des isolierenden Gleichspannungswandlers bestromt.It has also proven to be advantageous if the direct voltage source has an H-bridge on the primary side. In particular, the H-bridge on the primary side of the isolating DC voltage converter clocks alternately in order to be able to apply an alternating field to the first capacitor of the isolating DC voltage converter. Depending on the polarity of the voltages transmitted, only two of the diode pairs of the isolating DC voltage converter are then alternately energized.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der isolierende Gleichspannungswandler als aktive Vollbrücke oder als zweifach aktive Brücke oder als Resonanzwandler ausgebildet ist. Die aktive Vollbrücke kann auch als „Active Full Bridge“ bezeichnet werden. Die zweifach aktive Brücke kann auch als „Dual Active Bridge“ bezeichnet werden. Der Resonanzwandler kann auch als LLC-Wandler bezeichnet werden. Ferner kann auch eine Ansteuerung der Primärseite mit Halbbrücke und Kondensator-Spannungsteil realisiert werden. Des Weiteren kann durch eine aktive Gleichrichtung ein bidirektionaler Wandler entsprechend bereitgestellt werden. Somit kann mittels unterschiedlich isolierenden Gleichspannungswandlern der Aufwärtswandler bereitgestellt werden.It is also advantageous if the isolating DC voltage converter is designed as an active full bridge or as a doubly active bridge or as a resonance converter. The active full bridge can also be referred to as an "active full bridge". The dual active bridge can also be referred to as a “dual active bridge”. The resonance converter can also be referred to as an LLC converter. Furthermore, the primary side can also be controlled with a half bridge and capacitor voltage section. Furthermore, a bidirectional converter can be provided accordingly through active rectification. Thus, by means of different isolating DC voltage converters of the step-up converters are provided.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Gleichspannungsladequelle als eine Hochvoltladequelle ausgebildet und der elektrische Energiespeicher als ein Hochvoltenergiespeicher. Die Hochvoltladequelle kann beispielsweise eine Gleichspannungs-Ladesäule sein. Der elektrische Energiespeicher kann dann als Hochvolt-Batterie bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die Hochvoltladequelle 400 V bis 500 V bereitstellen. Der Hochvoltenergiespeicher kann dann zum Bereitstellen von beispielsweise 800 V für eine Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Somit ist es ermöglicht, dass mittels einer geringeren Eingangsspannung der Gleichspannungsladequelle der Hochvoltenergiespeicher des Kraftfahrzeugs geladen werden kann.In a further advantageous embodiment, the direct voltage charging source is designed as a high-voltage charging source and the electrical energy store is designed as a high-voltage energy store. The high-voltage charging source can, for example, be a DC voltage charging station. The electrical energy store can then be provided as a high-voltage battery. For example, the high-voltage charging source can provide 400 V to 500 V. The high-voltage energy store can then be designed to provide, for example, 800 V for a drive device of the motor vehicle. This makes it possible for the high-voltage energy store of the motor vehicle to be charged by means of a lower input voltage of the DC voltage charging source.

In einer weiteren Ausgestaltungsform ist der erste Kondensator an einen Plus-Pol des zweiten Kondensators in Reihe geschaltet. Dadurch kann vorteilhaft die erhöhte Ausgangsspannung für das Laden des elektrischen Energiespeichers bereitgestellt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der erste Kondensator am Hochvolt-Minuspol des zweiten Kondensators angeschlossen wird. Nochmals alternativ können über zwei isolierende Gleichspannungswandler beide Potentiale an den Kondensatoren bezüglich der HV-Potentiale der Gleichspannungsladequelle verändert werden.In a further embodiment, the first capacitor is connected in series to a positive pole of the second capacitor. As a result, the increased output voltage can advantageously be provided for charging the electrical energy store. Alternatively, it can be provided that the first capacitor is connected to the high-voltage negative pole of the second capacitor. Again as an alternative, two isolating DC voltage converters can be used to change both potentials on the capacitors with respect to the HV potentials of the DC voltage charging source.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist der elektrische Energiespeicher zum Bereitstellen einer Spannung von 800 V ausgebildet. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug als Lastkraftwagen oder als Personenkraftwagen ausgebildet sein und eine Spannungslage von 800 V aufweisen. Insbesondere ist dann das Kraftfahrzeug als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere als voll elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet. Durch den elektrischen Energiespeicher kann somit elektrische Energie für einen Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Somit ist ein voll elektrischer Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht.According to a further advantageous embodiment, the electrical energy store is designed to provide a voltage of 800 V. For example, the motor vehicle can be designed as a truck or as a passenger vehicle and have a voltage level of 800 V. In particular, the motor vehicle is then designed as an at least partially electrically operated motor vehicle, in particular as a fully electrically operated motor vehicle. The electrical energy store can thus provide electrical energy for a drive unit of the motor vehicle. A fully electric operation of the motor vehicle is thus made possible.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit zumindest einem Bordlader mit einem Gleichspannungsquelle und mit einem Aufwärtswandler nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei der isolierende Gleichspannungswandler des Bordladers als isolierender Gleichspannungswandler des Aufwärtswandlers ausgebildet ist.A further aspect of the invention relates to an on-board electrical system for an at least partially electrically operated motor vehicle with at least one on-board charger with a DC voltage source and with a step-up converter according to the preceding aspect, the isolating DC-voltage converter of the on-board charger being designed as an insulating DC-voltage converter of the step-up converter.

Mit anderen Worten wird der Gleichspannungswandler des Bordladers genutzt, um auch die entsprechende Boost-Funktion des Aufwärtswandlers durchführen zu können. Das elektrische Bordnetz kann beispielsweise mit einer drei-phasigen PFC ausgebildet sein. Dieser kann dann über den isolierenden Gleichspannungswandler die galvanische Trennung während eine Wechselstromladevorgangs durchführen. Somit kann mittels eines bereits im Kraftfahrzeug verbauten Bordladers ein Laden des Kraftfahrzeugs mittels der Gleichspannungsquelle realisiert werden. Es sind hierbei lediglich geringe Umbaumaßnahmen notwendig, wodurch es zu einer Einsparung von Kosten, Volumen und Gewicht kommt.In other words, the DC voltage converter of the on-board charger is used in order to be able to carry out the corresponding boost function of the step-up converter. The on-board electrical system can be designed with a three-phase PFC, for example. This can then perform the galvanic separation via the isolating DC voltage converter during an AC charging process. Thus, by means of an on-board charger already installed in the motor vehicle, the motor vehicle can be charged using the direct voltage source. Only minor modifications are necessary, which results in savings in terms of costs, volume and weight.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des elektrischen Bordnetzes weist das elektrische Bordnetz zusätzlich eine Bypassleitung mit einen Bypassschütz und zumindest eine Schalteinrichtung zum Umschalten zwischen

  1. a) einer DC-Ladefunktion bei einer DC-Ladespannung, die der Batteriespannung des Fahrzeugs entspricht. Hierbei ist das Bypassschütz geschlossen. Es können somit Ladeströme eingestellt werden, die der Auslegung des Bypassschütz und er Bypassleitung entsprechen.
  2. b) einer DC-Ladefunktion bei einer DC-Ladespannung unterhalb der Batteriespannung des Fahrzeugs. Hierbei ist das Bypass-Schütz geöffnet. Der isolierende Spannungswandler ist aktiv und führt zu einer Spannungsanhebung der DC-Ladespannung, so dass ein DC-Ladevorgang erfolgen kann. Der Ladestrom wird dabei durch den Strom des isolierenden Spannungswandlers bestimmt.
  3. c) einer AC-Ladefunktion, sofern der isolierende Spannungswandler synergetisch auch als Boost-Wandler verwendet werden sollte. Hierbei ist das Bypassschütz geöffnet, um die Anforderung der galvanischen Trennung der AC-Seite von der DC-Seite des Fahrzeug-HV-Systems zu gewährleisten.
According to an advantageous embodiment of the on-board electrical system, the on-board electrical system also has a bypass line with a bypass contactor and at least one switching device for switching between
  1. a) a DC charging function with a DC charging voltage that corresponds to the battery voltage of the vehicle. The bypass contactor is closed here. It is thus possible to set charging currents that correspond to the design of the bypass contactor and the bypass line.
  2. b) a DC charging function with a DC charging voltage below the battery voltage of the vehicle. The bypass contactor is open here. The isolating voltage converter is active and leads to a voltage increase of the DC charging voltage so that a DC charging process can take place. The charging current is determined by the current of the isolating voltage converter.
  3. c) an AC charging function, provided that the isolating voltage converter should also be used synergistically as a boost converter. The bypass contactor is open in order to guarantee the requirement of galvanic separation of the AC side from the DC side of the vehicle HV system.

Durch die Verwendung dieses Bypassschützes kann somit ein gewichtsreduziertes elektrisches Bordnetz realisiert werden.By using this bypass contactor, a weight-reduced on-board electrical system can be implemented.

Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz gemäß dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist zumindest teilweise elektrisch betrieben, insbesondere ist das Kraftfahrzeug voll elektrisch betrieben. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich bevorzugt um einen Lastkraftwagen oder um einen Personenkraftwagen handeln.Yet another aspect of the invention relates to a motor vehicle with an on-board electrical system according to the preceding aspect. The motor vehicle is at least partially operated electrically; in particular, the motor vehicle is fully electrically operated. The motor vehicle can preferably be a truck or a passenger vehicle.

Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs mittels eines Aufwärtswandlers, bei welchem mittels einer Gleichspannungsladequelle eine Eingangsspannung für einen isolierenden Gleichspannungswandler des Aufwärtswandlers bereitgestellt wird, und der elektrische Energiespeicher mittels einer Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers geladen wird.Yet another aspect of the invention relates to a method for charging an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle by means of a Step-up converter, in which an input voltage for an isolating DC voltage converter of the step-up converter is provided by means of a DC voltage charging source, and the electrical energy store is charged by means of an output voltage of the step-up converter.

Es ist vorgesehen, dass mittels des isolierenden Gleichspannungswandlers ein erster Kondensator des Aufwärtswandlers geladen wird und mittels der Gleichspannungsladequelle ein in Reihe zum ersten Kondensator geschalteter zweiter Kondensator geladen wird und der elektrische Energiespeicher aus der Summe aus der ersten Spannung des ersten Kondensators und einer zweiten Spannung des zweiten Kondensators als Ausgangsspannung geladen wird.It is provided that a first capacitor of the step-up converter is charged by means of the isolating DC voltage converter and a second capacitor connected in series with the first capacitor is charged by means of the DC voltage charging source and the electrical energy storage device is charged from the sum of the first voltage of the first capacitor and a second voltage of the second capacitor is charged as output voltage.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Aufwärtswandlers sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des elektrischen Bordnetzes, des Kraftfahrzeugs sowie des Verfahrens anzusehen. Der Aufwärtswandler, das elektrische Bordnetz sowie das Kraftfahrzeug weisen dazu gegenständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfahrens oder eine vorteilhafte Ausgestaltungsform davon ermöglichen.Advantageous embodiments of the step-up converter are to be regarded as advantageous embodiments of the on-board electrical system, the motor vehicle and the method. The boost converter, the on-board electrical system and the motor vehicle have objective features for this purpose, which enable the method or an advantageous embodiment thereof to be carried out.

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 emerge from the following description of preferred exemplary embodiments and on the basis of the drawings. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified, but also in other combinations or on their own, without the scope of the Invention to leave.

Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs bei einem Ladevorgang;
  • 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Aufwärtswandlers;
  • 3 ein schematisches Blockschaltbild eines Simulationsaufbaus für eine Ausführungsform des Aufwärtswandlers; und
  • 4 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines elektrischen Bordnetzes mit einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs.
Show:
  • 1 a schematic side view of an embodiment of a motor vehicle during a charging process;
  • 2 a schematic block diagram of an embodiment of a boost converter;
  • 3 a schematic block diagram of a simulation setup for an embodiment of the boost converter; and
  • 4th a schematic block diagram of an embodiment of an on-board electrical system with an embodiment of a motor vehicle.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 10, wobei das Kraftfahrzeug 10 zumindest teilweise elektrisch betrieben ist. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug 10 voll elektrisch betrieben. Das Kraftfahrzeug 10 weist hierzu einen elektrischen Energiespeicher 12 auf. Der elektrische Energiespeicher 12 ist beispielsweise zum Bereitstellen einer Spannung von 800 V ausgebildet. 1 shows an embodiment of a motor vehicle in a schematic side view 10 , the motor vehicle 10 is at least partially operated electrically. In particular, the motor vehicle is 10 fully electrically operated. The car 10 has an electrical energy store for this purpose 12th on. The electrical energy storage 12th is designed to provide a voltage of 800 V, for example.

Ferner zeigt die 1, dass das Kraftfahrzeug 10 über eine Gleichspannungsladequelle 14 geladen werden kann. Die Gleichspannungsladequelle 14 kann beispielsweise als Ladesäule ausgebildet sein. Insbesondere kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass die Gleichspannungsladequelle 14 maximal 500 V als Ladespannung zum Laden des elektrischen Energiespeichers 12 bereitstellen kann.Furthermore, the 1 that the motor vehicle 10 via a DC voltage charging source 14th can be loaded. The DC charging source 14th can for example be designed as a charging station. In particular, it can be provided in the present exemplary embodiment that the DC voltage charging source 14th maximum 500 V as charging voltage for charging the electrical energy storage device 12th can provide.

2 zeigt in einem schematischen Blockschaltbild eine Ausführungsform eines Aufwärtswandlers 16 zum Laden des elektrischen Energiespeichers 12 des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 10. Der Aufwärtswandler 16 weist zumindest einen isolierenden Gleichspannungswandler 18 auf einer Eingangsseite 20 des Aufwärtswandlers 16 auf, wobei der isolierende Gleichspannungswandler 18 insbesondere eine Primärseite 22 und eine Sekundärseite 24 aufweist. Die Primärseite 22 ist zum elektrischen Koppeln mit der Gleichspannungsladequelle 20 mit einer Eingangsspannung UE auf der Eingangsseite 20 ausgebildet. Ferner weist der Aufwärtswandler 16 eine Ausgangsseite 26 auf, welche mit der Sekundärseite 24 des isolierenden Gleichspannungswandlers 18 gekoppelt ist, wobei die Ausgangsseite 26 mit dem elektrischen Energiespeicher 12 gekoppelt ist und eine zur Eingangsspannung UE höhere Ausgangsspannung UA aufweist. 2 shows an embodiment of a boost converter in a schematic block diagram 16 for charging the electrical energy store 12th of the at least partially electrically powered motor vehicle 10 . The boost converter 16 has at least one isolating DC voltage converter 18th on an entry page 20th of the boost converter 16 on, the isolating DC-DC converter 18th especially a primary side 22nd and a secondary side 24 having. The primary side 22nd is for electrical coupling with the DC voltage charging source 20th with an input voltage U E on the entry page 20th educated. Furthermore, the boost converter 16 an exit page 26th on which one with the secondary side 24 of the isolating DC voltage converter 18th is coupled, the output side 26th with the electrical energy storage 12th is coupled and one to the input voltage U E higher output voltage U A having.

Es ist vorgesehen, dass auf der Ausgangsseite 26 und auf der Sekundärseite 24 ein erster Kondensator 28 elektrisch gekoppelt ist, welcher zum Laden mittels des isolierenden Gleichspannungswandlers 18 verschaltet ist und auf der Ausgangsseite 26 ein zweiter Kondensator 30 in Reihe mit dem ersten Kondensator 28 elektrisch gekoppelt ist, welcher zum Laden mittels der Gleichspannungsladequelle 14 verschaltet ist und der Aufwärtswandler 16 dazu ausgebildet ist, als Ausgangsspannung UA die Summe aus einer ersten Spannung U1 des ersten Kondensators 28 und einer zweiten Spannung U2 des zweiten Kondensators 30 zum Laden bereitzustellen.It is intended that on the exit side 26th and on the secondary side 24 a first capacitor 28 is electrically coupled, which for charging by means of the isolating DC voltage converter 18th is connected and on the output side 26th a second capacitor 30th in series with the first capacitor 28 is electrically coupled, which is for charging by means of the DC voltage charging source 14th is connected and the boost converter 16 is designed for this purpose as an output voltage U A the sum of a first voltage U 1 of the first capacitor 28 and a second voltage U 2 of the second capacitor 30th ready for loading.

Ferner zeigt die 2, dass der Aufwärtswandler 16 einen Mittelabgriff 32 zwischen dem ersten Kondensator 28 und dem zweiten Kondensator 30 aufweist, wobei der Mittelabgriff 32 zumindest mit der Gleichspannungsladequelle 14 elektrisch gekoppelt ist.Furthermore, the 2 that the boost converter 16 a tapping of funds 32 between the first capacitor 28 and the second capacitor 30th having, the center tap 32 at least with the DC voltage charging source 14th is electrically coupled.

Im folgenden Ausführungsbeispiel ist es der isolierende Gleichspannungswandler 18 auf der Primärseite 22 mit einer H-Brücke 34 bereitgestellt. Alternativ kann der isolierende Gleichspannungswandler 18 als zweifach aktive Brücke oder als Resonanzwandler ausgebildet sein.In the following exemplary embodiment, it is the isolating DC voltage converter 18th on the primary side 22nd with an H-bridge 34 provided. Alternatively, the isolating DC voltage converter 18th be designed as a double active bridge or as a resonance converter.

Die Gleichspannungsladequelle 14 ist insbesondere als Hochvoltladequelle ausgebildet, und der elektrische Energiespeicher 12 ist insbesondere ein Hochvoltenergiespeicher. Vorliegend ist ferner der erste Kondensator 28 mit einem Plus-Pol des zweiten Kondensators 30 in Reihe verschaltet.The DC charging source 14th is designed in particular as a high-voltage charging source, and the electrical energy store 12th is in particular a high-voltage energy store. The first capacitor is also present 28 with a plus pole of the second capacitor 30th connected in series.

Insbesondere zeigt somit die 2 den isolierenden Gleichspannungswandler 18 beispielhaft, wie er zum Beispiel in einem galvanisch getrennten Bordlader 42 (4) des Kraftfahrzeugs 10 verbaut sein kann. Die Leistung ist dabei typischerweise zwischen 3,7 kW bis 22 kW. Dabei wird der isolierende Gleichspannungswandler 18 genutzt, um für die Spannungsdifferenz zwischen der Gleichspannungsladequelle 14 und dem elektrischen Energiespeicher 12 zu sorgen. Der zweite Kondensator 30 wird dabei von der Gleichspannungsladequelle 14 auf dem Spannungsniveau der Gleichspannungsladequelle 14 gehalten. Da bei dem isolierenden Gleichspannungswandler 18 das Bezugspotential der Sekundärseite 24 frei gewählt werden kann, ermöglicht dies, den ersten Kondensator 28 damit zu verbinden. Der isolierende Gleichspannungswandler 18 steuert somit nur als Ausgangsspannung die Differenz der Spannungen der Fahrzeugbatterie, mit anderen Worten dem elektrischen Energiespeicher 12 und der Gleichspannungsladequelle 14, bei. Der Ausgangsstrom ist dabei identisch zum Strom der Gleichspannungsladequelle 14 zum zweiten Kondensator 30. Dadurch wird eine zeitlich stabile Spannungsaufteilung, ein sogenanntes Balancing, zwischen dem ersten Kondensator 28 und dem zweiten Kondensator 30 erreicht. Die Ladeleistung beträgt die Summe der Ladeleistung von dem zweiten Kondensator 30 durch die Gleichspannungsladequelle 14 und der Ladeleistung des ersten Kondensators 28, die ebenfalls von der Gleichspannungsladequelle 14 entnommen wird und anschließend über den isolierenden Gleichspannungswandler 18 übertragen wird.In particular, shows the 2 the isolating DC voltage converter 18th exemplary, as it is, for example, in a galvanically separated on-board charger 42 ( 4th ) of the motor vehicle 10 can be installed. The power is typically between 3.7 kW and 22 kW. This is where the isolating DC voltage converter is used 18th used to account for the voltage difference between the DC voltage charging source 14th and the electrical energy storage 12th to care. The second capacitor 30th is thereby from the DC voltage charging source 14th at the voltage level of the DC voltage charging source 14th held. As with the isolating DC voltage converter 18th the reference potential of the secondary side 24 can be freely chosen, this enables the first capacitor 28 to connect with it. The isolating DC voltage converter 18th thus controls the difference between the voltages of the vehicle battery, in other words the electrical energy store, only as the output voltage 12th and the DC voltage charging source 14th , at. The output current is identical to the current of the DC voltage charging source 14th to the second capacitor 30th . This creates a voltage distribution that is stable over time, a so-called balancing, between the first capacitor 28 and the second capacitor 30th reached. The charging power is the sum of the charging power from the second capacitor 30th by the DC charging source 14th and the charging power of the first capacitor 28 , also from the DC charging source 14th is removed and then via the isolating DC voltage converter 18th is transmitted.

Die Funktionsweise des Aufwärtswandlers 16 kann insbesondere in vier Stromkreise unterteilt werden. Dabei versorgt die Gleichspannungsladequelle 14 sowohl die Primärseite 22 des isolierenden Gleichspannungswandlers 18 als auch den Ladevorgang des zweiten Kondensators 30. Der entnommene Ladestrom der Gleichspannungsladequelle 14 entspricht der Summe dieser beiden Ströme. Insbesondere ist im vorliegenden Beispiel die Primärseite 22 als H-Brücke 34 bereitgestellt. Hierbei wird dann wechselweise getaktet, um ein Wechselfeld an einen Transformator 36 anlegen zu können. Je nach Polarität der übertragenen Spannung werden dann auch wechselweise entsprechende Diodenpaare 38 bestromt. Auf der Sekundärseite 24 wird der erste Kondensator 28 durch die gleichgerichtete Spannung des isolierenden Gleichspannungswandlers 18 geladen. Die Reihenschaltung des ersten Kondensators 28 und des zweiten Kondensators 30 ergibt somit die Summe einer etwas höheren Spannung als die Spannung des elektrischen Energiespeichers 12. Infolgedessen ergibt sich ein Ladestrom des elektrischen Energiespeichers 12. Die Summenspannung der Kapazitäten reduziert sich dadurch. In einem nächsten Taktungsschritt werden die Kapazitäten erneut geladen, und es stellt sich somit eine taktende Leistungsübertragung von der Gleichspannungsladequelle 14 zum elektrischen Energiespeicher 12 ein.How the boost converter works 16 can be divided into four circuits in particular. The DC voltage charging source supplies power 14th both the primary side 22nd of the isolating DC voltage converter 18th as well as the charging process of the second capacitor 30th . The charging current drawn from the DC voltage charging source 14th corresponds to the sum of these two currents. In the present example, in particular, is the primary side 22nd as an H-bridge 34 provided. This is then alternately clocked to an alternating field on a transformer 36 to be able to create. Depending on the polarity of the transmitted voltage, corresponding pairs of diodes are then alternately used 38 energized. On the secondary side 24 becomes the first capacitor 28 by the rectified voltage of the isolating DC voltage converter 18th loaded. The series connection of the first capacitor 28 and the second capacitor 30th thus results in the sum of a slightly higher voltage than the voltage of the electrical energy store 12th . As a result, there is a charging current of the electrical energy store 12th . This reduces the total voltage of the capacities. In a next clocking step, the capacitances are charged again, and a clocked power transmission from the DC voltage charging source is thus established 14th to electrical energy storage 12th a.

3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform des Aufwärtswandlers 16, wobei vorliegend insbesondere der Aufbau für eine Simulation des Aufwärtswandlers 16 dargestellt ist. Mit anderen Worten ist ein Simulationsaufbau vorgestellt. Dieser Simulationsaufbau kann dazu genutzt werden, um die Funktion darzustellen. Abweichungen zum Beispiel in der Wahl des Transformatorverhältnisses sind beim Simulationsaufbau ebenfalls möglich und haben dann einen Einfluss auf den sogenannten Duty-Cycle der H-Brücke 34 im isolierenden Gleichspannungswandler 18. Zudem gibt es zahlreiche Konzepte für die isolierenden Gleichspannungswandler 18, die für dieses Prinzip der Addition der beiden Kondensatorspannungen am Ausgang gilt. 3 shows a schematic block diagram of an embodiment of the boost converter 16 , in the present case in particular the structure for a simulation of the boost converter 16 is shown. In other words, a simulation setup is presented. This simulation setup can be used to represent the function. Deviations, for example in the choice of the transformer ratio, are also possible in the simulation setup and then have an influence on the so-called duty cycle of the H-bridge 34 in the isolating DC voltage converter 18th . There are also numerous concepts for isolating DC voltage converters 18th , which applies to this principle of adding the two capacitor voltages at the output.

4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines elektrischen Bordnetzes 40. Das elektrische Bordnetz 40 ist für das zumindest teilweise elektrisch betriebene Kraftfahrzeug 10 ausgebildet. Das elektrische Bordnetz 40 weist vorliegend einen Bordlader 42 auf, wobei der Bordlader 42 den isolierenden Gleichspannungswandler 18 aufweist. Ferner weist das elektrische Bordnetz 40 den Aufwärtswandler 16 auf, wobei der isolierenden Gleichspannungswandler 18 des Bordladers 42 als isolierenden Gleichspannungswandler 18 des Aufwärtswandlers 16 ausgebildet ist. Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass das elektrische Bordnetz 40 zusätzlich eine Bypassleitung 44 mit einem Bypassschütz 46 und zumindest eine Schalteinrichtung zum Umschalten zwischen entweder einer DC-Ladefunktion mit direkter Kopplung der Ladesäule mit der Fahrzeugbatterie oder einer Aufwärtswandlerfunktion bzw. der Bordladefunktion aufweist. Die Schalteinrichtung kann vorliegend insbesondere einen ersten Schalter 48, einen zweiten Schalter 50 sowie einen dritten Schalter 52 aufweisen. Insbesondere zeigt somit die 4, wie der isolierenden Gleichspannungswandler 18 im Bordlader 42 genutzt werden kann, um auch die Aufwärtswandlerfunktion bereitzustellen. Das Bypassschütz 46 dient insbesondere zum Laden mit einer höheren DC-Eingangsspannung. Der erste Schalter 48 und der zweite Schalter 50 und der dritte Schalter 52 sind insbesondere Umschaltrelais, um zwischen der Bordladefunktion und der DC-Boost-Funktion umschalten zu können. Vorliegend ist insbesondere ein isolierender Gleichspannungswandler 18 mit einer dreiphasigen PFC gewählt, bei dem über den isolierenden Gleichspannungswandler 18 die galvanische Trennung während eines AC-Ladevorgangs hergestellt wird. Ergänzt wird dieser isolierende Gleichspannungswandler 18 nun um die Schalter 48, 50, 52, den geteilten Ausgangskondensator 28, 30 mit dem Mittelabgriff 32 und die Bypassleitung 44 zum Laden an einer DC-Spannung, die der Batteriespannung entspricht. Die in Reihe geschalteten Ausgangskondensatoren 28 und 30 können auch durch die bestehende Ausgangskapazität des Bordladers 42 als erster Kondensator 28 und die bestehende Bulk- bzw. Eingangskapazität des isolierenden DC/DC-Wandlers als zweiter Kondensator 30 dargestellt werden. Dies hätte den Vorteil, dass die Funktion der Kapazitäten der Kondensatoren 28 und 30 bereits durch bestehende Kapazitäten im Bordlader 42 übernommen werden können. 4th shows a schematic block diagram of an embodiment of an on-board electrical system 40 . The electrical system 40 is for the at least partially electrically powered motor vehicle 10 educated. The electrical system 40 in this case has an on-board loader 42 on, with the on-board loader 42 the isolating DC voltage converter 18th having. Furthermore, the on-board electrical system 40 the boost converter 16 on, the isolating DC-DC converter 18th of the on-board loader 42 as an isolating DC voltage converter 18th of the boost converter 16 is trained. For this purpose, it can be provided in particular that the on-board electrical system 40 additionally a bypass line 44 with a bypass contactor 46 and has at least one switching device for switching between either a DC charging function with direct coupling of the charging column to the vehicle battery or an up-converter function or the on-board charging function. In the present case, the switching device can in particular be a first switch 48 , a second switch 50 and a third switch 52 exhibit. In particular, shows the 4th , like the isolating DC-DC converter 18th in the on-board loader 42 can be used to provide the boost converter function as well. The bypass contactor 46 is especially used for charging with a higher DC input voltage. The first switch 48 and the second switch 50 and the third switch 52 are in particular switching relays to switch between the on-board charging function and the DC boost function. In particular, an isolating DC voltage converter is present 18th with a three-phase PFC chosen, with the over the isolating DC voltage converter 18th galvanic isolation is established during an AC charging process. This isolating DC voltage converter is supplemented 18th now about the switches 48 , 50 , 52 , the split output capacitor 28 , 30th with the center tap 32 and the bypass line 44 for charging at a DC voltage that corresponds to the battery voltage. The output capacitors connected in series 28 and 30th can also be achieved through the existing output capacity of the on-board charger 42 as the first capacitor 28 and the existing bulk or input capacitance of the isolating DC / DC converter as a second capacitor 30th being represented. This would have the advantage that the function of the capacitances of the capacitors 28 and 30th already through existing capacities in the on-board loader 42 can be taken over.

Der komplette Spannungswandler des Bordladers 42 kann somit für die Funktionalität des DC-Boosters verwendet werden.The complete voltage converter of the on-board charger 42 can thus be used for the functionality of the DC booster.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Laden des elektrischen Energiespeichers 12 des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 10 mittels des Aufwärtswandlers 16, bei welchem mittels der Gleichspannungsladequelle 14 die Eingangsspannung UE für den isolierenden Gleichspannungswandler 18 des Aufwärtswandlers 16 bereitgestellt und der elektrische Energiespeicher 12 mittels der Ausgangsspannung UA des Aufwärtswandlers 16 geladen wird. Mittels des isolierenden Gleichspannungswandlers 18 wird der erste Kondensator 28 des Aufwärtswandlers 16 geladen, und mittels der Gleichspannungsladequelle 14 wird der in Reihe zum ersten Kondensator 28 geschaltete zweite Kondensator 30 geladen, und der elektrische Energiespeicher 12 wird aus der Summe aus der ersten Spannung U1 des ersten Kondensators 28 und der zweiten Spannung U2 des zweiten Kondensators 30 als Ausgangsspannung UA geladen.The invention also relates to a method for charging the electrical energy store 12th of the at least partially electrically powered motor vehicle 10 by means of the boost converter 16 , in which by means of the DC voltage charging source 14th the input voltage U E for the isolating DC voltage converter 18th of the boost converter 16 provided and the electrical energy storage 12th by means of the output voltage U A of the boost converter 16 is loaded. By means of the isolating DC voltage converter 18th becomes the first capacitor 28 of the boost converter 16 charged, and by means of the DC voltage charging source 14th the one in series becomes the first capacitor 28 switched second capacitor 30th charged, and the electrical energy storage 12th becomes the sum of the first voltage U 1 of the first capacitor 28 and the second voltage U 2 of the second capacitor 30th as output voltage U A loaded.

Insgesamt zeigen die Figuren einen Boost-Wandler unter Verwendung eines isolierenden DC-DC-Wandlers im Bordlader 42.Overall, the figures show a boost converter using an isolating DC-DC converter in the on-board charger 42 .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
KraftfahrzeugMotor vehicle
1212th
elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
1414th
GleichspannungsladequelleDC voltage charging source
1616
AufwärtswandlerBoost converter
1818th
isolierender Gleichspannungswandlerisolating DC voltage converter
2020th
EingangsseiteEntry page
2222nd
PrimärseitePrimary side
2424
SekundärseiteSecondary side
2626th
AusgangsseiteExit page
2828
erster Kondensatorfirst capacitor
3030th
zweiter Kondensatorsecond capacitor
3232
MittelabgriffFunding
3434
H-BrückeH-bridge
3636
Transformatortransformer
3838
DiodenpaareDiode pairs
4040
elektrisches Bordnetzelectrical system
4242
BordladerBoard loader
4444
BypassleitungBypass line
4646
BypassschützBypass contactor
4848
erster Schalterfirst switch
5050
zweiter Schaltersecond switch
5252
dritter Schalterthird switch
UAUA
AusgangsspannungOutput voltage
UEUE
EingangsspannungInput voltage
U1U1
erste Spannungfirst tension
U2U2
zweite Spannungsecond tension

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • DE 102017009355 A1 [0004]DE 102017009355 A1 [0004]
  • DE 102017009352 A1 [0005]DE 102017009352 A1 [0005]
  • DE 102016217040 A1 [0006]DE 102016217040 A1 [0006]

Claims (10)

Aufwärtswandler (16) zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (12) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einem isolierenden Gleichspannungswandler (18) auf einer Eingangsseite (20) des Aufwärtswandlers (16) mit einer Primärseite (22) des isolierenden Gleichspannungswandlers (18), welche zum elektrischen Koppeln mit einer Gleichspannungsladequelle (14) mit einer Eingangsspannung (UE) auf der Eingangsseite (20) ausgebildet ist, und mit einer Ausgangsseite (26) des Aufwärtswandlers (16), welche mit einer Sekundärseite (24) des isolierenden Gleichspannungswandlers (18) gekoppelt ist, wobei die Ausgangsseite (26) mit dem elektrischen Energiespeicher (12) gekoppelt ist und eine zur Eingangsspannung (UE) höhere Ausgangsspannung (UA) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ausgangsseite (26) und auf der Sekundärseite (24) ein erster Kondensator (28) elektrisch gekoppelt ist, welcher zum Laden mittels des isolierenden Gleichspannungswandlers (18) verschaltet ist, und auf der Ausgangsseite (26) ein zweiter Kondensator (30) in Reihe mit dem ersten Kondensator (28) elektrisch gekoppelt ist, welcher zum Laden mittels der Gleichspannungsladequelle (14) verschaltet ist, und der Aufwärtswandler (16) dazu ausgebildet ist, als Ausgansspannung (UA) die Summe aus einer ersten Spannung (U1) des ersten Kondensators (28) und einer zweiten Spannung (U2) des zweiten Kondensators (30) zum Laden bereitzustellen.Boost converter (16) for charging an electrical energy store (12) of an at least partially electrically operated motor vehicle (10), with at least one isolating DC voltage converter (18) on an input side (20) of the boost converter (16) with a primary side (22) of the isolating DC voltage converter (18), which is designed for electrical coupling to a DC voltage charging source (14) with an input voltage (U E ) on the input side (20), and with an output side (26) of the boost converter (16) which is connected to a secondary side (24) of the isolating DC voltage converter (18), the output side (26) being coupled to the electrical energy store (12) and having an output voltage (U A ) higher than the input voltage (U E ), characterized in that on the output side (26) and on the secondary side (24) a first capacitor (28) is electrically coupled, which for charging by means of the insulating DC voltage ngswandler (18) is connected, and on the output side (26) a second capacitor (30) is electrically coupled in series with the first capacitor (28), which is connected for charging by means of the DC voltage charging source (14), and the step-up converter (16 ) is designed to provide the sum of a first voltage (U 1 ) of the first capacitor (28) and a second voltage (U 2 ) of the second capacitor (30) for charging as the output voltage (U A). Aufwärtswandler (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufwärtswandler (16) einen Mittelabgriff (32) zwischen dem ersten Kondensator (28) und dem zweiten Kondensator (30) aufweist, wobei der Mittelabgriff (32) zumindest mit der Gleichspannungsladequelle (14) elektrisch gekoppelt ist.Boost converter (16) after Claim 1 , characterized in that the boost converter (16) has a center tap (32) between the first capacitor (28) and the second capacitor (30), the center tap (32) being electrically coupled at least to the DC voltage charging source (14). Aufwärtswandler (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Gleichspannungswandler (18) auf der Primärseite (22) eine H-Brücke (34) aufweist.Boost converter (16) after Claim 1 or 2 , characterized in that the isolating DC voltage converter (18) has an H-bridge (34) on the primary side (22). Aufwärtswandler (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Gleichspannungswandler (18) als aktive Vollbrücke oder eine aktive Halbbrücke oder als zweifach aktive Brücke oder als Resonanzwandler ausgebildet ist.Boost converter (16) after Claim 1 or 2 , characterized in that the isolating DC voltage converter (18) is designed as an active full bridge or an active half bridge or as a doubly active bridge or as a resonance converter. Aufwärtswandler (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsladequelle (14) als eine Hochvoltladequelle ausgebildet ist und der elektrische Energiespeicher (12) als ein Hochvoltenergiespeicher ausgebildet ist.Step-up converter (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the direct voltage charging source (14) is designed as a high-voltage charging source and the electrical energy store (12) is designed as a high-voltage energy store. Aufwärtswandler (16) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator (28) mit einem Plus-Pol des zweiten Kondensators (30) in Reihe verschaltet ist.Boost converter (16) after Claim 5 , characterized in that the first capacitor (28) is connected in series with a positive pole of the second capacitor (30). Aufwärtswandler (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (12) zum Bereitstellen einer Spannung von 800V ausgebildet ist.Step-up converter (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical energy store (12) is designed to provide a voltage of 800V. Elektrisches Bordnetz (40) für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (10) mit zumindest einem Bordlader (42) mit einem isolierenden Gleichspannungswandler (18) und mit einem Aufwärtswandler (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der isolierende Gleichspannungswandler (16) des Bordladers (42) als isolierender Gleichspannungswandler (18) des Aufwärtswandlers (16) ausgebildet ist.On-board electrical system (40) for an at least partially electrically operated motor vehicle (10) with at least one on-board charger (42) with an insulating DC voltage converter (18) and with a step-up converter (16) according to one of the Claims 1 to 8th , wherein the isolating DC voltage converter (16) of the on-board charger (42) is designed as an isolating DC voltage converter (18) of the step-up converter (16). Elektrisches Bordnetz (40) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bordnetz (40) zusätzlich eine Bypassleitung (44) mit einem Bypasschütz (46) und zumindest eine Schalteinrichtung zum Umschalten zwischen einer Bordladefunktion und einer Aufwärtswandlerfunktion aufweist.On-board electrical system (40) according to Claim 8 , characterized in that the on-board electrical system (40) additionally has a bypass line (44) with a bypass contactor (46) and at least one switching device for switching between an on-board charging function and an up-converter function. Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (12) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10) mittels eines Aufwärtswandlers (16), bei welchem mittels einer Gleichspannungsladequelle (12) eine Eingangsspannung (UE) für einen isolierenden Gleichspannungswandler (18) des Aufwärtswandlers (16) bereitgestellt wird, und der elektrische Energiespeicher (12) mittels einer Ausgangsspannung (UA) des Aufwärtswandlers (16) geladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des isolierenden Gleichspannungswandlers (18) ein erster Kondensator (28) des Aufwärtswandlers (16) geladen wird und mittels der Gleichspannungsladequelle (14) ein in Reihe zum ersten Kondensator (28) geschalteter zweiter Kondensator (30) geladen wird und der elektrische Energiespeicher (12) aus der Summe einer ersten Spannung (U1) des ersten Kondensators (28) und einer zweiten Spannung (U2) des zweiten Kondensators (30) als Ausgangsspannung (UA) geladen wird.Method for charging an electrical energy store (12) of an at least partially electrically operated motor vehicle (10) by means of a step-up converter (16), in which an input voltage (U E ) for an isolating DC-voltage converter (18) of the step-up converter (16) is provided by means of a DC voltage charging source (12) ) is provided, and the electrical energy store (12) is charged by means of an output voltage (U A ) of the step-up converter (16), characterized in that a first capacitor (28) of the step-up converter (16) is charged by means of the isolating DC voltage converter (18) and a second capacitor (30) connected in series with the first capacitor (28) is charged by means of the direct voltage charging source (14) and the electrical energy store (12) is charged from the sum of a first voltage (U 1 ) of the first capacitor (28) and a second Voltage (U 2 ) of the second capacitor (30) is charged as an output voltage (U A).
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