DE102021119471A1 - Method and energy transfer circuit for transferring electrical energy between a vehicle-side high-voltage battery and a vehicle-external high-voltage device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren (30) zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie (3) und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung (12), aufweisend die Schritte:- Bereitstellen einer Energieübertragungsschaltung (1), die steuerbar zwischen einer aktiven, energieübertragenden Betriebsart und einer inaktiven, die Energieübertragung unterbrechenden Betriebsart geschaltet werden kann,- elektrisches Anschließen der Energieübertragungsschaltung (1) in ihrer inaktiv geschalteten Betriebsart an die Hochvoltbatterie (3) und die Hochvolteinrichtung (12),- elektrisches Vorladen von zwischen der Hochvoltbatterie (3) und der Hochvolteinrichtung (12) für die Übertragung der elektrischen Energie elektrisch wirksamen Kapazitäten (13) auf ein vorbestimmtes Zielspannungsniveau mittels einer Vorladeschaltung (20), wobei eine zum Vorladen benötigte elektrische Energie der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie (3) entnommen wird, und- Schalten der Energieübertragungsschaltung (1) in ihre aktive Betriebsart nach dem Vorladen, um die elektrische Energie zwischen der Hochvoltbatterie (3) und der Hochvolteinrichtung (12) zu übertragen.Die Erfindung betrifft ferner eine Energieübertragungsschaltung (1) sowie ein Elektrofahrzeug (2) mit einer derartigen Energieübertragungsschaltung (1) und einer Hochvoltbatterie (3).The invention relates to a method (30) for transferring electrical energy between a vehicle-side high-voltage battery (3) and a vehicle-external high-voltage device (12), comprising the steps: - providing an energy transmission circuit (1) which can be controlled between an active, energy-transmitting operating mode and an inactive one , the energy transmission interrupting operating mode can be switched, - electrical connection of the energy transmission circuit (1) in its inactive switched operating mode to the high-voltage battery (3) and the high-voltage device (12), - electrical pre-charging between the high-voltage battery (3) and the high-voltage device (12 ) for the transmission of electrical energy electrically effective capacity (13) to a predetermined target voltage level by means of a pre-charging circuit (20), wherein an electrical energy required for pre-charging the vehicle high-voltage battery (3) is removed, and switching the Energieübertragu ng circuit (1) into its active operating mode after pre-charging in order to transfer the electrical energy between the high-voltage battery (3) and the high-voltage device (12). The invention also relates to an energy transmission circuit (1) and an electric vehicle (2) with such an energy transmission circuit (1) and a high-voltage battery (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung, an welche die Hochvoltbatterie nach Bedarf elektrisch anschließbar ist, beispielsweise zur Energieaufnahme (d. h. batterieseitiges Laden) oder zur Energieabgabe (d. h. batterieseitiges Entladen).The invention relates to a method for transferring electrical energy between a vehicle-side high-voltage battery and a vehicle-external high-voltage device to which the high-voltage battery can be electrically connected as required, for example for energy consumption (i.e. battery-side charging) or for energy delivery (i.e. battery-side discharging).
Die Erfindung betrifft ferner eine Energieübertragungsschaltung zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung, an welche die Hochvoltbatterie nach Bedarf elektrisch anschließbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug mit einer Hochvoltbatterie (z. B. Traktionsbatterie) und einer Energieübertragungsschaltung zum Übertragen elektrischer Energie zwischen der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung (z. B. Ladestation).The invention also relates to an energy transfer circuit for transferring electrical energy between a high-voltage battery on the vehicle and a high-voltage device external to the vehicle, to which the high-voltage battery can be electrically connected as required. The invention also relates to an electric vehicle with a high-voltage battery (e.g. traction battery) and an energy transfer circuit for transferring electrical energy between the vehicle-side high-voltage battery and a vehicle-external high-voltage device (e.g. charging station).
Beim Zuschalten hoher Kapazitäten (z. B. Kabel) an ein Hochspannungsnetz (z. B. Hochvoltbordnetz eines Fahrzeugs, fahrzeugexternes Hochvoltenergienetz, Hochvoltladestation und dergleichen) kommt es bei nicht angeglichenen Spannungslagen zu einem sehr hohen Stromfluss und gegebenenfalls zur Schädigung der Komponenten. Um solche Schäden zu vermeiden, sollten die Kapazitäten auf ein ähnliches Spannungsniveau vorgeladen werden, wie es das Hochspannungsnetz bietet.When high capacities (e.g. cables) are connected to a high-voltage network (e.g. high-voltage on-board network of a vehicle, high-voltage energy network external to the vehicle, high-voltage charging station and the like), a very high current flow occurs if the voltage levels are not balanced and the components may be damaged. In order to avoid such damage, the capacities should be pre-charged to a voltage level similar to that offered by the high-voltage grid.
Elektrofahrzeuge weisen gewöhnlich eine Hochvoltbatterie (z. B. Traktionsbatterie) als Energiespeicher mit beispielsweise 400 V oder 800 V Nennspannung auf. Unter Hochspannung wird im Sinne der Erfindung eine elektrische Gleichspannung von größer als 60 V, insbesondere größer als 200 V verstanden, z. B. 400 V oder 800 V bis etwa 1000 V, Als Niederspannung wird entsprechend eine elektrische Gleichspannung kleiner oder gleich 60 V verstanden, z. B. 12 V, 24 V oder 48 V.Electric vehicles usually have a high-voltage battery (e.g. traction battery) as an energy storage device with a nominal voltage of 400 V or 800 V, for example. In the context of the invention, high voltage is understood to mean an electrical direct voltage of greater than 60 V, in particular greater than 200 V, e.g. B. 400 V or 800 V to about 1000 V, low voltage is accordingly understood to mean an electrical DC voltage of less than or equal to 60 V, e.g. B. 12V, 24V or 48V.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Energieübertragungsschaltung zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung bereitzustellen sowie ein Elektrofahrzeug, die eine sichere und zuverlässige Energieübertragung zwischen der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und der fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung gewährleisten. Insbesondere sollen fahrzeugseitige wie auch einrichtungsseitige Komponenten zu Beginn der Energieübertragung vor Schäden geschützt sein, die durch die zwischen der Hochvoltbatterie und der Hochvolteinrichtung für die Übertragung der elektrischen Energie elektrisch wirksamen, zugeschalteten Kapazitäten durch einen zu hohen Stromfluss verursacht werden können. Zudem sollen das Verfahren und die Energieübertragungsschaltung technisch einfach zu implementieren sein und die Energieübertragungsschaltung sowie das Elektrofahrzeug kompakt und mit geringem Gewicht bauen und nicht zuletzt kostengünstig herstellbar sein. Darüber hinaus sollen die Einsatzmöglichkeiten zur Energieübertragung zwischen der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und der fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung erweitert werden.Against this background, the invention is based on the object of providing a method and an energy transfer circuit for transferring electrical energy between an on-board high-voltage battery and an off-board high-voltage device and an electric vehicle that ensure safe and reliable transfer of energy between the on-board high-voltage battery and the off-board high-voltage device. In particular, vehicle-side and device-side components should be protected at the beginning of the energy transfer from damage that can be caused by an excessive current flow between the high-voltage battery and the high-voltage device for the transmission of electrical energy and the switched-on capacitances. In addition, the method and the energy transmission circuit should be technically easy to implement and the energy transmission circuit and the electric vehicle should be compact and lightweight and last but not least be inexpensive to produce. In addition, the possible uses for energy transfer between the vehicle's high-voltage battery and the vehicle's external high-voltage device are to be expanded.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Energieübertragungsschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.This object is achieved by a method having the features of
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können (auch über Kategoriegrenzen, beispielsweise zwischen Verfahren und Vorrichtung, hinweg) und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.It should be pointed out that the features listed individually in the claims can be combined with one another in any technically sensible way (even across category boundaries, for example between method and device) and show further refinements of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures.
Es sei ferner angemerkt, dass eine hierin verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder“ stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.It should also be noted that a conjunction “and/or” used herein, standing between two features and linking them to one another, must always be interpreted in such a way that in a first embodiment of the subject matter according to the invention only the first feature can be present, in a second embodiment only the second feature may be present and in a third embodiment both the first and the second feature may be present.
Außerdem soll ein hierin verwendeter Begriff „etwa“ einen Toleranzbereich angeben, den der auf dem vorliegenden Gebiet tätige Fachmann als üblich ansieht. Insbesondere ist unter dem Begriff „etwa“ ein Toleranzbereich der bezogenen Größe von bis maximal +/-20 %, bevorzugt bis maximal +/-10 % zu verstehen.Also, as used herein, a term "about" is intended to indicate a range of tolerance considered normal by those skilled in the art. In particular, the term “approximately” means a tolerance range of the related size of up to a maximum of +/-20%, preferably up to a maximum of +/-10%.
Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie (z. B. Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs) und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung (z. B. Hochvoltenergienetz, Hochvoltladestation und dergleichen) die Schritte auf:
- - Bereitstellen einer Energieübertragungsschaltung, die steuerbar zwischen einer aktiven, energieübertragenden Betriebsart und einer inaktiven, die Energieübertragung unterbrechenden Betriebsart geschaltet werden kann,
- - elektrisches Anschließen der Energieübertragungsschaltung in ihrer inaktiv geschalteten Betriebsart an die Hochvoltbatterie und die Hochvolteinrichtung,
- - elektrisches Vorladen von zwischen der Hochvoltbatterie und der Hochvolteinrichtung für die Übertragung der elektrischen Energie elektrisch wirksamen Kapazitäten auf ein vorbestimmtes Zielspannungsniveau mittels einer Vorladeschaltung, wobei eine zum Vorladen benötigte elektrische Energie der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie entnommen wird, und
- - Schalten der Energieübertragungsschaltung in ihre aktive Betriebsart nach dem Vorladen, um die elektrische Energie zwischen der Hochvoltbatterie und der Hochvolteinrichtung zu übertragen.
- - providing an energy transfer circuit which can be controllably switched between an active, energy-transferring operating mode and an inactive, energy-transferring interrupting operating mode,
- - Electrical connection of the energy transmission circuit in its inactive switched operating mode to the high-voltage battery and the high-voltage device,
- - Electrically pre-charging between the high-voltage battery and the high-voltage device for the transmission of electrical energy electrically effective capacitances to a predetermined target voltage level by means of a pre-charging circuit, with electrical energy required for pre-charging being taken from the on-board high-voltage battery, and
- - Switching the energy transfer circuit to its active mode after pre-charging in order to transfer the electrical energy between the high-voltage battery and the high-voltage device.
Die Energieübertragungsschaltung kann allgemein als eine Schaltung verstanden werden, die ausgebildet ist, die elektrische Energie zwischen der angeschlossenen Hochvoltbatterie (hierin auch als HV-Batterie bezeichnet) und der ebenfalls angeschlossenen Hochvolteinrichtung (hierin auch als HV-Einrichtung bezeichnet) zu übertragen. Hierbei kann die Energieübertragungsrichtung der Energieübertragungsschaltung einmalig fest vorgegeben und unveränderbar sein, also unidirektional. Die Energieübertragungsschaltung kann jedoch auch ausgebildet sein, die Energieübertragungsrichtung zwischen der HV-Batterie und der HV-Einrichtung je nach Betriebsanforderung zu steuern, d. h. zwischen zwei möglichen Übertragungsrichtungen wahlweise umzuschalten (bidirektionale Energieübertragung). The energy transfer circuit can generally be understood as a circuit that is designed to transfer the electrical energy between the connected high-voltage battery (herein also referred to as HV battery) and the likewise connected high-voltage device (here also referred to as HV device). In this case, the energy transmission direction of the energy transmission circuit can be predefined once and cannot be changed, that is to say unidirectional. However, the power transmission circuit can also be designed to control the direction of power transmission between the HV battery and the HV device depending on the operational requirement, i. H. switch between two possible transmission directions (bidirectional energy transmission).
Weiterhin kann die Energieübertragungsschaltung zur Energieübertragung einen oder mehrere Spannungswandler aufweisen, ohne jedoch zwingend hierauf beschränkt zu sein. Die Energieübertragungsschaltung kann in einfachster Ausgestaltung beispielsweise lediglich als einfache, jedoch zwischen der aktiven und der inaktiven Betriebsart schaltbare Stromdurchleitung fungieren.Furthermore, the energy transmission circuit for energy transmission can have one or more voltage converters, but without being necessarily limited to this. In the simplest configuration, the energy transmission circuit can function, for example, merely as a simple current feedthrough that can, however, be switched between the active and the inactive operating mode.
Die für die Energieübertragung elektrisch wirksamen Kapazitäten können Kapazitäten sein, die von Anschlussleitungen (z. B. Hochvoltkabel) der HV-Batterie bzw. der HV-Einrichtung zur Energieübertragungsschaltung gebildet sind. Zudem können auch zwischen der HV-Batterie und der HV-Einrichtung wirksame elektronische Bauteile (z. B. Kondensatoren, Spulen usw.) zu dieser Kapazität beitragen. Diese elektronischen Bauteile können selbst Bestandteil der Energieübertragungsschaltung sein und/oder in einer zusätzlich zur Energieübertragungsschaltung bereitgestellten Schaltungsanordnung vorgesehen sein, die für die Energieübertragung eine funktionelle Rolle spielt, wie beispielsweise Schaltungen zur Spannungswandlung, -reglung, -begrenzung und dergleichen.The electrically effective capacities for energy transmission can be capacities formed by connection lines (eg high-voltage cables) of the HV battery or the HV device for the energy transmission circuit. In addition, electronic components (e.g. capacitors, coils, etc.) effective between the HV battery and the HV device can also contribute to this capacitance. These electronic components can themselves be part of the energy transmission circuit and/or be provided in a circuit arrangement that is provided in addition to the energy transmission circuit and plays a functional role in the energy transmission, such as circuits for voltage conversion, regulation, limitation and the like.
Es ist zu verstehen, dass durch das elektrische Anschließen der Energieübertragungsschaltung an die Hochvoltbatterie und die Hochvolteinrichtung während in der inaktiven Betriebsart noch keine wirksam elektrisch leitende Verbindung zwischen der HV-Batterie und der HV-Einrichtung hergestellt wird. Hierzu kann die Energieübertragungsschaltung beispielsweise zumindest ein steuerbares Schaltelement aufweisen (z. B. Relais, Transistor etc.), das zwischen einem geöffneten (d. h. elektrisch unterbrochenen) und einem geschlossenen (d. h. elektrisch leitfähigen) Zustand geschaltet werden kann.It should be understood that electrically connecting the energy transfer circuit to the high-voltage battery and the high-voltage device while in the inactive mode does not yet establish an effective electrically conductive connection between the HV battery and the HV device. For this purpose, the energy transmission circuit can have, for example, at least one controllable switching element (e.g. relay, transistor, etc.) which can be switched between an open (i.e. electrically interrupted) and a closed (i.e. electrically conductive) state.
Der Erfindung sieht vor, dass das Vorladen der Kapazitäten vor der eigentlichen Energieübertragung mit Energie aus der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie (z. B. Traktionsbatterie) durchgeführt wird. Die Hochvoltbatterie ist grundsätzlich vorgesehen, ein Hochvoltbordnetz (z. B. 400 V, 800 V) des Fahrzeugs zu versorgen, beispielsweise einen Elektroantrieb des (Elektro-)Fahrzeugs. Das Verfahren lässt sich mit geringen Zusatzkosten und im Wesentlichen ohne zusätzliches Gewicht in einem kompakten Aufbau implementieren.The invention provides that the capacities are precharged before the actual energy transmission with energy from the vehicle's high-voltage battery (eg traction battery). The high-voltage battery is basically intended to supply a high-voltage electrical system (e.g. 400 V, 800 V) of the vehicle, for example an electric drive of the (electric) vehicle. The method can be implemented in a compact structure with little additional cost and substantially no additional weight.
Das Vorladen der Kapazitäten gewährleistet eine sichere und zuverlässige Energieübertragung zwischen der fahrzeugseitigen HV-Batterie und der fahrzeugexternen HV-Einrichtung, indem Schäden durch sehr hohe Ausgleichsströme zu Beginn der Energieübertragung vermieden werden. Das durch die Vorladung zu erreichende Zielspannungsniveau kann entsprechend der Betriebs- bzw. Nennspannungen der HV-Batterie und/oder der HV-Einrichtung derart geeignet vorbestimmt werden, dass Ausgleichsströme beim Schalten der Energieübertragungsschaltung in ihre aktive Betriebsart zumindest signifikant verringert oder im Wesentlichen ganz vermieden werden.The pre-charging of the capacities ensures a safe and reliable energy transfer between the vehicle-side HV battery and the vehicle-external HV device by avoiding damage caused by very high equalizing currents at the beginning of the energy transfer. The target voltage level to be achieved by the pre-charging can be suitably predetermined according to the operating or nominal voltages of the HV battery and/or the HV device in such a way that compensating currents when the energy transmission circuit is switched to its active operating mode are at least significantly reduced or essentially avoided entirely .
Weiterhin ermöglicht die Erfindung ebenso eine technisch einfache Integration in bereits bestehende elektrische Systeme, z. B. Elektrofahrzeuge, da das erfindungsgemäße Vorladen unabhängig von einer Differenz der Spannungslagen zwischen der HV-Batterie und der HV-Einrichtung erfolgt. Dies bietet einen großen Vorteil hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten, wenn beispielsweise ein Elektrofahrzeug mit einer Hochvoltbatterie von 800 V Nennspannung an einer 400 V-Ladestation geladen werden soll.Furthermore, the invention also allows a technically simple integration into existing electrical systems such. B. electric vehicles, since the pre-charging according to the invention takes place independently of a difference in the voltage levels between the HV battery and the HV device. This offers a great advantage in terms of possible uses, for example if an electric vehicle with a high-voltage battery with a nominal voltage of 800 V is to be charged at a 400 V charging station.
Das Zielspannungsniveau kann einem Nennspannungsniveau der Hochvoltbatterie entsprechen, z. B. Traktionsbatterie mit 400 V oder 800 V, oder einem Nennspannungsniveau der Hochvolteinrichtung, z. B. Ladestation mit 400 V oder 800 V Nennspannung.The target voltage level can correspond to a nominal voltage level of the high-voltage battery, e.g. B. traction battery with 400 V or 800 V, or a nominal voltage level of the high-voltage device, z. B. Charging station with 400 V or 800 V nominal voltage.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass nach dem Schalten der Energieübertragungsschaltung in ihre aktive Betriebsart zum Übertragen der elektrischen Energie zwischen der Hochvoltbatterie und der Hochvolteinrichtung eine von der Hochvolteinrichtung bereitgestellte Hochspannung auf eine höhere Spannungslage für die Hochvoltbatterie mittels eines unidirektionalen Aufwärtswandlers gewandelt wird. Beim Laden eines Elektrofahrzeugs mit einer Hochvoltbatterie von 800 V Nennspannung an einer 400 V-Ladestation kann die 400 V-Ladestation nach dem Anschließen der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie vor der eigentlichen Aktivierung der Energieübertragung fahrzeugseitig ebenfalls ein 400 V-Potential erwarten, ohne welches die Energieübertragung von der Ladestation nicht gestartet/durchgeführt wird. Dieses kann von der 800 V-Batterie des Fahrzeugs nicht unmittelbar zur Verfügung gestellt werden. Zudem kann der unidirektionale Aufwärtswandler zur Spannungsanpassung der einrichtungsseitig zur Verfügung gestellten 400 V auf die fahrzeugseitig benötigten 800 V das von der Ladestation erwartete 400 V-Potential nicht bereitstellen. Erfindungsgemäß wird dieses elektrische Potential durch die mittels der Vorladeschaltung bewirkte Vorladung auf das bestimmte Zielspannungsniveau (z. B. 400 V) bereitgestellt, so dass ein elektrisches Fahrzeug mit einer 800 V-Batterie nun grundsätzlich an allen Ladestationen, die lediglich 400 V Ladespannung zur Verfügung stellen, geladen werden kann. Die Einsatzmöglichkeiten zur Energieübertragung zwischen der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und der fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung sind hierdurch wesentlich erweitert.An advantageous embodiment of the invention provides that after the energy transfer circuit has been switched to its active operating mode for transferring the electrical energy between the high-voltage battery and the high-voltage device, a high voltage provided by the high-voltage device is converted to a higher voltage level for the high-voltage battery by means of a unidirectional step-up converter. When charging an electric vehicle with a high-voltage battery with a nominal voltage of 800 V at a 400 V charging station, the 400 V charging station can also expect a 400 V potential after connecting the vehicle's high-voltage battery before the actual activation of the energy transfer on the vehicle side, without which the energy transfer from the charging station is not started/performed. This cannot be provided directly by the vehicle's 800 V battery. In addition, the unidirectional step-up converter for voltage adjustment of the 400 V provided by the device to the 800 V required by the vehicle cannot provide the 400 V potential expected by the charging station. According to the invention, this electrical potential is provided by the pre-charging effected by means of the pre-charging circuit to the specific target voltage level (e.g. 400 V), so that an electric vehicle with an 800 V battery is now basically available at all charging stations that only have a 400 V charging voltage ask, can be loaded. The possible uses for energy transmission between the vehicle's high-voltage battery and the vehicle's external high-voltage device are significantly expanded as a result.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstands wird die Hochspannung zwischen der Hochvolteinrichtung und der Hochvoltbatterie galvanisch getrennt gewandelt wird. Die von dem Aufwärtswandler gewandelte Spannung und Strom können hierbei gezielt im Sinne einer effizienten Energieübertragung ohne Überlastung gesteuert und begrenzt werden. Der Aufwärtswandler kann selbst eine galvanische Trennung zwischen seiner Primärseite und Sekundärseite aufweisen oder die galvanische Trennung kann durch ein separates Relais realisiert werden.According to an advantageous development of the subject matter of the invention, the high voltage between the high-voltage device and the high-voltage battery is converted in a galvanically isolated manner. The voltage and current converted by the step-up converter can be specifically controlled and limited in terms of efficient energy transmission without overloading. The step-up converter can itself have a galvanic isolation between its primary side and secondary side, or the galvanic isolation can be realized by a separate relay.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Vorladen der Kapazitäten auf das Zielspannungsniveau mittels eines Abwärtswandlers durchgeführt wird, der aus der Hochvoltbatterie gespeist wird. Der Abwärtswandler ist ein schaltender Gleichspannungswandler, bei dem die Ausgangsspannung ist stets kleiner gleich dem Betrag der Eingangsspannung ist. Neben der eigentlichen Abwärtswandlung der Eingangsspannung auf die Ausgangsspannung kann der Abwärtswandler ebenfalls vorteilhaft eingesetzt werden, um beim Vorladen einen Bauteilstress zu verringern und hohe Strom-/Spannungsgradienten zu vermeiden.A further advantageous embodiment of the invention provides that the capacitors are precharged to the target voltage level by means of a step-down converter which is fed from the high-voltage battery. The step-down converter is a switching DC-DC converter in which the output voltage is always less than or equal to the magnitude of the input voltage. In addition to the actual step-down conversion of the input voltage to the output voltage, the step-down converter can also be used advantageously in order to reduce component stress during pre-charging and to avoid high current/voltage gradients.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Strom zum Vorladen der Kapazitäten auf einen Bereich zwischen etwa 100 mA und etwa 1 A, bevorzugt zwischen 250 mA und 1 A, noch bevorzugter zwischen 500 mA und 1 A, begrenzt. Dies stellt eine schnelle, effiziente Vorladung sicher, so dass die Energieübertragung bereits kurz nach dem Anschließen der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie an die fahrzeugexterne Hochvolteinrichtung beginnen kann. Zusätzlich vermeidet die angegebene Strombegrenzung hohen Bauteilstress und hohe Strom-/Spannungsgradienten.According to a further advantageous embodiment of the invention, a current for precharging the capacitances is limited to a range between approximately 100 mA and approximately 1 A, preferably between 250 mA and 1 A, even more preferably between 500 mA and 1 A. This ensures fast, efficient pre-charging so that the energy transfer can begin shortly after the on-board high-voltage battery is connected to the on-board high-voltage device. In addition, the specified current limitation avoids high component stress and high current/voltage gradients.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstands werden (unerwünschte) elektrische Schwingungsvorgänge beim Vorladen der Kapazitäten mittels eines so genannten Snubbers gedämpft. Insbesondere lassen sich hierdurch störende Hochfrequenzen oder Spannungsspitzen neutralisieren, die meist beim Schalten induktiver Lasten auftreten, wenn der Stromfluss abrupt unterbrochen wird. Zusätzlich lässt sich durch den Einsatz des Snubbers die elektromagnetische Verträglichkeit verbessern.According to another advantageous development of the subject matter of the invention, (undesirable) electrical oscillation processes during the precharging of the capacitances are damped by means of a so-called snubber. In particular, this allows interfering high frequencies or voltage peaks to be neutralized, which usually occur when switching inductive loads when the flow of current is abruptly interrupted. In addition, electromagnetic compatibility can be improved by using the snubber.
Der Snubber kann beispielsweise aus einer Reihenschaltung einer Kapazität, insbesondere wenigstens ein Kondensator, und wenigstens einem ohmschen Widerstand gebildet werden. Bevorzugt kann der ohmsche Widerstand mehrere, zu einem Widerstandsnetzwerk verschaltete (d. h. Reihen- und Parallelschaltung), Widerstände aufweisen. Hierdurch kann ebenso eine effiziente passive oder aktive Kühlung des Snubbers bereitgestellt werden.The snubber can be formed, for example, from a series connection of a capacitance, in particular at least one capacitor, and at least one ohmic resistor. The ohmic resistor can preferably have a plurality of resistors connected to form a resistor network (i.e. connected in series and in parallel). Efficient passive or active cooling of the snubber can also be provided in this way.
Besonders bevorzugt kann die fahrzeugseitige Hochvoltbatterie vorzugsweise eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs sein, die an einer Hochspannungsladestation durch Übertragen der elektrischen Energie von der Ladestation in die Traktionsbatterie geladen wird. Denkbar ist grundsätzlich auch die umgekehrte Übertragungsrichtung, bei der elektrische Energie aus der Traktionsbatterie zur Ladestation übertragen wird, um diese beispielsweise in ein an die Ladestation angeschlossenes HV-Energienetz einzuspeisen.The high-voltage battery on the vehicle can particularly preferably be a traction battery of an electric vehicle, which is charged at a high-voltage charging station by transferring the electrical energy from the charging station to the traction battery. In principle, the reverse direction of transmission is also conceivable, in which electrical energy is transmitted from the traction battery to the charging station in order to feed it, for example, into a HV energy network connected to the charging station.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Energieübertragungsschaltung zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie (z. B. Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs) und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung (z. B. Hochvoltenergienetz, Hochvoltladestation u. dgl.) auf:
- - einen ersten elektrischen Hochvoltanschluss, der ausgebildet und eingerichtet ist, mit der Hochvoltbatterie zur Übertragung einer ersten Hochspannung elektrisch verbunden zu werden,
- - einen zweiten elektrischen Hochvoltanschluss, der ausgebildet und eingerichtet ist, mit der Hochvolteinrichtung zur Übertragung einer zweiten Hochspannung elektrisch verbunden zu werden,
- - einen elektrischen Niedervoltanschluss, der ausgebildet und eingerichtet ist, mit einer fahrzeugseitigen Niedervoltbatterie zur Übertragung einer Niederspannung elektrisch verbunden zu werden,
- - eine Steuereinrichtung, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Energieübertragung in einer aktiven Betriebsart zwischen dem ersten Hochvoltanschluss und dem zweiten Hochvoltanschluss gesteuert zu bewirken und die Energieübertragung in einer inaktiven Betriebsart zwischen dem ersten Hochvoltanschluss und dem zweiten Hochvoltanschluss gesteuert zu unterbrechen, und
- - eine Vorladeschaltung, die ausgebildet und eingerichtet ist, zwischen dem ersten Hochvoltanschluss und dem zweiten Hochvoltanschluss für die Übertragung der elektrischen Energie elektrisch wirksame Kapazitäten auf ein vorbestimmtes Zielspannungsniveau von der Steuereinrichtung während der inaktiven Betriebsart gesteuert vorzuladen, bevor die Steuereinrichtung in die aktive Betriebsart schaltet,
- - a first electrical high-voltage connection, which is designed and set up to be electrically connected to the high-voltage battery for transmitting a first high voltage,
- - a second electrical high-voltage connection, which is designed and set up to be electrically connected to the high-voltage device for transmitting a second high voltage,
- - an electrical low-voltage connection, which is designed and set up to be electrically connected to a vehicle-side low-voltage battery for the transmission of a low voltage,
- - a control device that is designed and set up to cause the energy transfer in an active operating mode between the first high-voltage connection and the second high-voltage connection in a controlled manner and to interrupt the energy transfer in an inactive operating mode between the first high-voltage connection and the second high-voltage connection in a controlled manner, and
- - a pre-charging circuit which is designed and set up to pre-charge electrically active capacitances between the first high-voltage connection and the second high-voltage connection for the transmission of electrical energy to a predetermined target voltage level under the control of the control device during the inactive operating mode before the control device switches to the active operating mode,
Es ist zu verstehen, dass bezüglich schaltungsbezogener Begriffsdefinitionen sowie der Wirkungen und Vorteile schaltungsgemäßer Merkmale vollumfänglich auf die Offenbarung sinngemäßer Definitionen, Wirkungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zurückgegriffen werden kann und umgekehrt. Das heißt, Offenbarungen hierin bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens können in sinngemäßer Weise ebenso zur Definition der Energieübertragungsschaltung herangezogen werden, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Ebenso können Offenbarungen hierin bezüglich der erfindungsgemäßen Energieübertragungsschaltung in sinngemäßer Weise zur Definition des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden, sofern dies nicht ebenfalls ausdrücklich ausgeschlossen ist. Insofern wird auf eine Wiederholung von Erläuterungen sinngemäß gleicher Merkmale, deren Wirkungen und Vorteile zugunsten einer kompakteren Beschreibung weitgehend verzichtet, ohne dass derartige Auslassungen als Einschränkung für den jeweiligen Erfindungsgegenstand auszulegen wären.It is to be understood that with regard to circuit-related definitions of terms and the effects and advantages of circuit-related features, reference can be made in full to the disclosure of analogous definitions, effects and advantages of the method according to the invention, and vice versa. This means that disclosures herein regarding the method according to the invention can also be used in a corresponding manner to define the energy transmission circuit, unless this is expressly excluded. Likewise, disclosures herein regarding the energy transmission circuit according to the invention can be used analogously to define the method according to the invention, unless this is also expressly excluded. In this respect, explanations of the same features, their effects and advantages are largely dispensed with in favor of a more compact description, without such omissions having to be interpreted as a restriction for the respective subject matter of the invention.
Beispielsweise kann das Zielspannungsniveau einem Nennspannungsniveau der Hochvoltbatterie entsprechen, z. B. Traktionsbatterie mit 400 V oder 800 V, oder einem Nennspannungsniveau der Hochvolteinrichtung, z. B. Ladestation mit 400 V oder 800 V Nennspannung.For example, the target voltage level can correspond to a nominal voltage level of the high-voltage battery, e.g. B. traction battery with 400 V or 800 V, or a nominal voltage level of the high-voltage device, z. B. Charging station with 400 V or 800 V nominal voltage.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein unidirektionaler Aufwärtswandler zum Übertragen der elektrischen Energie zwischen der Hochvoltbatterie und der Hochvolteinrichtung vorgesehen ist, um eine von der Hochvolteinrichtung bereitgestellte Hochspannung auf eine höhere Spannungslage für die Hochvoltbatterie zu wandeln. Insbesondere findet die unidirektionale Spannungswandlung in diesem Fall ausschließlich in eine Richtung, vorliegend von der fahrzeugexternen HV-Einrichtung zur fahrzeugseitigen HV-Batterie, statt. Es ist anzumerken, dass die Erfindung nicht zwingend auf eine ausschließlich unidirektionale Spannungswandlung beschränkt ist. Ein bidirektionaler Spannungswandler kann grundsätzlich ebenso verwendet werden und anstelle des unidirektionalen Aufwärtswandlers vorgesehen sein.According to an advantageous embodiment of the invention, a unidirectional step-up converter is provided for transferring the electrical energy between the high-voltage battery and the high-voltage device in order to convert a high voltage provided by the high-voltage device to a higher voltage level for the high-voltage battery. In particular, the unidirectional voltage conversion in this case takes place exclusively in one direction, in the present case from the vehicle-external HV device to the vehicle-side HV battery. It should be noted that the invention is not necessarily limited to an exclusively unidirectional voltage conversion. In principle, a bidirectional voltage converter can also be used and provided instead of the unidirectional step-up converter.
Der Aufwärtswandler kann ein galvanisch getrennter Aufwärtswandler sein, das heißt eine galvanische Trennung zwischen seiner Primärseite und Sekundärseite aufweisen. Die galvanische Trennung kann alternativ beispielsweise auch mit Hilfe eines separaten Relais bereitgestellt sein.The boost converter can be a galvanically isolated boost converter, ie it can have a galvanic isolation between its primary side and secondary side. Alternatively, the electrical isolation can also be provided with the aid of a separate relay, for example.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorladeschaltung einen Abwärtswandler zum Vorladen der Kapazitäten auf das Zielspannungsniveau auf. Der Abwärtswandler ist primärseitig aus der Hochvoltbatterie gespeist.According to yet another advantageous embodiment of the invention, the pre-charging circuit has a step-down converter for pre-charging the capacitances to the target voltage level. The step-down converter is fed from the high-voltage battery on the primary side.
Der Abwärtswandler wird bevorzugt so gesteuert, dass ein Strom zum Vorladen der Kapazitäten auf einen Bereich zwischen etwa 100 mA und etwa 1 A, bevorzugt zwischen 250 mA und 1 A, noch bevorzugter zwischen 500 mA und 1 A, begrenzt bleibt. Dies stellt eine schnelle und effiziente Vorladung sicher, so dass die Energieübertragung kurz nach dem Anschließen der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie an die fahrzeugexterne Hochvolteinrichtung starten kann. Zusätzlich vermeidet die angegebene Strombegrenzung hohen Bauteilstress und hohe Strom-/Spannungsgradienten.The step-down converter is preferably controlled in such a way that a current for precharging the capacitances remains limited to a range between approximately 100 mA and approximately 1 A, preferably between 250 mA and 1 A, more preferably between 500 mA and 1 A. This ensures fast and efficient pre-charging so that the energy transfer can start shortly after the on-board high-voltage battery is connected to the off-board high-voltage device. In addition, the specified current limitation avoids high component stress and high current/voltage gradients.
Eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands sieht vor, dass die Vorladeschaltung einen Snubber zur elektrischen Schwingungsdämpfung beim Vorladen der Kapazitäten aufweist. Der Snubber kann beispielsweise aus einer Reihenschaltung einer Kapazität, insbesondere wenigstens ein Kondensator, und wenigstens einem ohmschen Widerstand gebildet sein. Bevorzugt kann der ohmsche Widerstand mehrere, zu einem Widerstandsnetzwerk verschaltete (d. h. Reihen- und Parallelschaltung), Widerstände aufweisen. Hierdurch kann ebenso eine effiziente passive oder aktive Kühlung des Snubbers bereitgestellt werden.Yet another advantageous embodiment of the subject matter of the invention provides that the pre-charging circuit has a snubber for electrical vibration damping when the capacitances are pre-charged. The snubber can be formed, for example, from a series connection of a capacitance, in particular at least one capacitor, and at least one ohmic resistor. The ohmic resistor can preferably have a plurality of resistors connected to form a resistor network (ie connected in series and in parallel). Efficient passive or active cooling of the snubber can also be provided in this way.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Elektrofahrzeug eine Hochvoltbatterie (z. B. Traktionsbatterie) zur elektrischen Versorgung eines Elektroantriebs und eine Energieübertragungsschaltung gemäß einer der hierin offenbarten Ausgestaltungen zum Übertragen elektrischer Energie zwischen der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung (z. B. Hochvoltenergienetz, Hochvoltladestation u. dgl.) auf. Die Hochvoltbatterie ist hierbei elektrisch mit dem Hochvoltanschluss der Energieübertragungsschaltung verbunden.According to yet another aspect of the invention, an electric vehicle has a high-voltage battery (e.g. traction battery) for the electrical supply of an electric drive and an energy transmission circuit according to one of the configurations disclosed herein for transmitting electrical energy between the vehicle-side high-voltage battery and a vehicle-external high-voltage device (e.g. High-voltage energy network, high-voltage charging station, etc.). In this case, the high-voltage battery is electrically connected to the high-voltage connection of the energy transmission circuit.
Auch bezüglich fahrzeugbezogener Begriffsdefinitionen sowie der Wirkungen und Vorteile fahrzeuggemäßer Merkmale ist zu verstehen, dass vollumfänglich auf die Offenbarung sinngemäßer Definitionen, Wirkungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Energieübertragungsschaltung zurückgegriffen werden kann und umgekehrt. Auf eine Wiederholung von Erläuterungen sinngemäß gleicher Merkmale, deren Wirkungen und Vorteile wird daher nachstehend zugunsten einer kompakteren Beschreibung weitgehend verzichtet, ohne dass derartige Auslassungen als Einschränkung für den jeweiligen Erfindungsgegenstand auszulegen wären.Also with regard to vehicle-related definitions of terms and the effects and advantages of vehicle-specific features, it is to be understood that the disclosure of analogous definitions, effects and advantages of the method according to the invention and the energy transmission circuit according to the invention can be fully accessed and vice versa. A repetition of explanations of the same features, their effects and advantages is therefore largely dispensed with below in favor of a more compact description, without such omissions having to be interpreted as a restriction for the respective subject matter of the invention.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:
-
1 ein Funktionsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Energieübertragungsschaltung für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung und -
2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der Erfindung.
-
1 a functional diagram of an embodiment of a power transmission circuit for a vehicle according to the invention and -
2 a flow chart of an embodiment of a method according to the invention.
In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, parts that are equivalent in terms of their function are always provided with the same reference symbols, so that they are usually only described once.
Wie
Die Schaltelemente 7 und 8 verbinden die jeweiligen Hochvoltanschlüsse HV+_Bat und HV-_Bat der Batterie 3 mit der Energieübertragungsschaltung 1. Die Schalteinrichtung 6 bzw. die Schaltelemente 7, 8 sind vorliegend von einer Steuereinrichtung 10 gesteuert, die eine Komponente der Energieübertragungsschaltung 1 sein kann, jedenfalls eine Komponente des Fahrzeugs 2 ist.The
Weiter ist
Die in
Des Weiteren weist die in
Die Vorladeschaltung 20 ist ausgebildet und eingerichtet, zwischen dem ersten Hochvoltanschluss 9 und dem zweiten Hochvoltanschluss 11 für die Übertragung der elektrischen Energie elektrisch wirksame Kapazitäten auf ein vorbestimmtes Zielspannungsniveau von der Steuereinrichtung 10 während der inaktiven Betriebsart gesteuert vorzuladen, bevor die Steuereinrichtung 10 die elektrische Energieübertragung zwischen dem ersten Hochvoltanschluss 9 und dem zweiten Hochvoltanschluss 11 in die aktive Betriebsart schaltet. Die zum Vorladen benötigte elektrische Energie wird der am Hochvoltanschluss 9 anliegenden Hochspannung HV+_Bat, HV-_Bat der HV-Batterie 3 entnommen.The
Weiter ist
Der Snubber kann beispielsweise aus einer Reihenschaltung einer Kapazität und einem ohmschen Widerstand gebildet werden, wie in
Die für die Energieübertragung elektrisch wirksamen Kapazitäten können Kapazitäten sein, die beispielsweise von den Anschlussleitungen 13 (z. B. Hochvoltkabel) der Hochvolteinrichtung 12 zur Energieübertragungsschaltung 1 gebildet sind. Ebenso können zwischen der Hochvoltbatterie 3 und der Hochvolteinrichtung 12 wirksame elektronische Bauteile (z. B. Kondensatoren, Spulen usw.) zu dieser wirksamen Kapazität beitragen. Diese elektronischen Bauteile können selbst Bestandteil der Energieübertragungsschaltung 1 sein und/oder in einer separaten Schaltungsanordnung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die für die Energieübertragung eine funktionelle Rolle spielt.The capacitances that are electrically effective for the energy transmission can be capacitances that are formed, for example, from the connection lines 13 (eg high-voltage cable) of the high-
Weiterhin ist
Falls die Spannungslagen der Hochvolteinrichtung 12 und der Hochvoltbatterie 9 im Wesentlichen gleich sind, kann der Aufwärtswandler 25 durch Schließen des Schaltelements 17 (Bypass) umgangen werden, so dass das batterieseitige Hochvoltpotential HV-_Bat direkt mit dem einrichtungsseitigen Hochvoltpotential HV-_CS_IN elektrisch verbunden ist. Andernfalls ist das Schaltelement 17 offen geschaltet, so dass der Aufwärtswandler 25 die (vorliegend unidirektionale) Spannungsanpassung entsprechend vornehmen kann. Es ist zu verstehen, dass der in
Zum Vorladen der für die Energieübertragung elektrisch wirksamen Kapazitäten zwischen dem ersten Hochvoltanschluss 9 und dem zweiten Hochvoltanschluss 11 (einschließlich der Verbindungskabel 13) wandelt der Abwärtswandler 22 die am Hochvoltanschluss 9 anliegenden Hochspannung HV+_Bat, HV-_Bat auf das vorbestimmte Zielspannungsniveau, das vorliegend dem von der HV-Einrichtung 12 bereitgestellten Hochspannungsniveau HV+_CS_IN, HV-_CS_IN (z. B. Nennspannungsniveau der Hochvolteinrichtung 12 von 400 V) entspricht. Die Vorladeschaltung 20 lädt die Kapazitäten auf dieses Zielspannungsniveau vor.In order to precharge the electrically effective capacitances for energy transmission between the first high-
Der Abwärtswandler 22 kann von der Steuereinrichtung 10 zur Einstellung einer bestimmten Ausgangsspannung/-strom gesteuert werden. Zu diesem Zweck weist der Abwärtswandler 22 einen Steueranschluss 24 auf. Die Steuerung kann beispielsweise über eine Pulsweitenmodulation (d. h. PWM-Steuerung) erfolgen. Mittels der Steuerung kann ein Strom zum Vorladen der Kapazitäten auf einen Bereich zwischen etwa 100 mA und etwa 1A, bevorzugt zwischen etwa 250 mA und 1 A, noch bevorzugter zwischen etwa 500 mA und 1 A, gezielt begrenzt werden.The step-
Bei dem in
Ist hingegen die einrichtungsseitige Nennspannung (z. B. 400 V oder 800 V) gleich der batterieseitigen Nennspannung (z. B. ebenfalls 400 V bzw. 800 V), kann optional dennoch der steuerbare Abwärtswandler 22 aktiviert werden, um die Kapazitäten auf das Zielspannungsniveau (in diesem Fall die volle Batteriespannung HV+_Bat, HV-_Bat) vorzuladen. Die Verwendung des steuerbaren Abwärtswandlers 22 zum Vorladen bei im Wesentlichen gleichen Spannungslagen zwischen der Hochvolteinrichtung 12 und der Hochvoltbatterie 3 ermöglicht zusätzlich, hohe Strom-/Spannungsgradienten zuverlässig zu vermeiden und damit den Bauteilstress zu reduzieren. Nachdem der Vorladevorgang abgeschlossen ist, schaltet die Steuereinrichtung 10 in die aktive Betriebsart um, indem nun anstelle des Schalter 16 der Schalter 17 (Bypass) geschlossen wird und infolgedessen die Energieübertragung zwischen der Hochvolteinrichtung 12 und der Hochvoltbatterie 3 unter Umgehung des Aufwärtswandlers 25 bewirkt wird.If, on the other hand, the nominal voltage on the device side (e.g. 400 V or 800 V) is equal to the nominal voltage on the battery side (e.g. also 400 V or 800 V), the controllable step-
Bei dem Verfahren 30 zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie, z. B. Batterie 3 aus
Die fahrzeugseitige Hochvoltbatterie 3 kann zum Beispiel eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs 2 sein, die an einer Ladestation 12 durch Übertragen der elektrischen Energie von der Ladestation 12 in die Traktionsbatterie 3 geladen wird, ohne jedoch zwingend hierauf beschränkt zu sein. Ein Einspeisen von elektrischer Energie aus der Hochvoltbatterie 3 in die Hochvolteinrichtung 12 (z. B. ein Hochspannungsnetz) ist ebenfalls denkbar.The vehicle-side high-voltage battery 3 can be a traction battery of an
In Schritt 32 wird die Energieübertragungsschaltung 1 in ihrer inaktiv geschalteten Betriebsart an die Hochvoltbatterie 3 und die Hochvolteinrichtung 12 elektrisch angeschlossen.In
In Schritt 33 werden Kapazitäten, die zwischen der Hochvoltbatterie 3 und der Hochvolteinrichtung 12 für die Übertragung der elektrischen Energie elektrisch wirksamen sind, auf ein vorbestimmtes Zielspannungsniveau mittels einer Vorladeschaltung, z. B. Vorladeschaltung 20 aus
In Schritt 34 wird nach dem Vorladen die Energieübertragungsschaltung 1 in ihre aktive Betriebsart geschaltet (z. B. durch die Schalteinrichtung 10), um die elektrische Energie zwischen der Hochvoltbatterie 3 und der Hochvolteinrichtung 12 wirksam zu übertragen. Hierzu wird ggfs. ein Aufwärtswandler, z. B. Aufwärtswandler 25 aus
Schritt 35 beendet das Verfahren 30.
Das hierin offenbarte erfindungsgemäße Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung und die erfindungsgemäße Energieübertragungsschaltung sowie das erfindungsgemäße Elektrofahrzeug sind nicht auf die hierin jeweils beschriebenen konkreten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen, die sich aus technisch sinnvollen weiteren Kombinationen der hierin beschriebenen Merkmale aller Erfindungsgegenstände ergeben. Insbesondere sind die vorstehend in der allgemeinen Beschreibung und der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen nicht nur in den jeweils hierin explizit angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The method according to the invention disclosed herein for transferring electrical energy between a vehicle-side high-voltage battery and a vehicle-external high-voltage device and the energy transmission circuit according to the invention as well as the electric vehicle according to the invention are not limited to the specific specific embodiments described herein, but also include other embodiments which have the same effect and which result from technically meaningful others Combinations of the features described herein result in all objects of the invention. In particular, the features and feature combinations mentioned above in the general description and the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combinations explicitly stated herein, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the present invention leave.
In besonders bevorzugter Ausführung wird die erfindungsgemäße Energieübertragungsschaltung in einem Elektrofahrzeug mit einer Hochvoltbatterie (z. B. Traktionsbatterie mit 400 V, 800 V u. dgl.) verwendet, wobei die Hochvoltbatterie bevorzugt der elektrischen Versorgung eines Elektroantriebs des Fahrzeugs dient, mit dem Zweck, elektrische Energie zwischen der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie und einer elektrisch mit der Energieübertragungseinrichtung verbundenen fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung (z. B. Hochvoltladestation) zu übertragen, d. h. die Hochvoltbatterie an der Ladestation zu laden oder Energie aus der Hochvoltbatterie in die fahrzeugexterne Hochvolteinrichtung (z. B. Hochspannungsnetz) einzuspeisen.In a particularly preferred embodiment, the energy transfer circuit according to the invention is used in an electric vehicle with a high-voltage battery (e.g. traction battery with 400 V, 800 V and the like), with the high-voltage battery preferably being used to supply an electric drive of the vehicle with electricity, with the purpose to transfer electrical energy between the on-board high-voltage battery and a high-voltage device external to the vehicle (e.g. high-voltage charging station) which is electrically connected to the energy transmission device, d. H. to charge the high-voltage battery at the charging station or to feed energy from the high-voltage battery into the vehicle-external high-voltage device (e.g. high-voltage network).
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Energieübertragungsschaltungpower transfer circuit
- 22
- Fahrzeugvehicle
- 33
- Fahrzeugseitige HochvoltbatterieVehicle-side high-voltage battery
- 66
- Schalteinrichtungswitching device
- 77
- Erstes batterieseitiges SchaltelementFirst battery-side switching element
- 88th
- Zweites batterieseitiges SchaltelementSecond battery-side switching element
- 99
- Erster HochvoltanschlussFirst high-voltage connection
- 1010
- Steuereinrichtungcontrol device
- 1111
- Zweiter HochvoltanschlussSecond high-voltage connection
- 1212
- Fahrzeugexterne HochvolteinrichtungVehicle-external high-voltage device
- 1313
- Anschlusskabelconnection cable
- 1515
- Erstes einrichtungsseitige SchaltelementFirst device-side switching element
- 1616
- Zweites einrichtungsseitige SchaltelementSecond device-side switching element
- 1717
- Drittes SchaltelementThird switching element
- 2020
- Vorladeschaltungprecharge circuit
- 2222
- Abwärtswandlerbuck converter
- 2323
- Snubbersnubber
- 2424
- Steueranschlusscontrol port
- 2525
- Aufwärtswandlerboost converter
- 3030
- VerfahrenProceedings
- 31-3531-35
- Verfahrensschritte process steps
- Boostboost
- Eingangsspannung für AufwärtswandlerInput voltage for boost converter
- GNDGND
- Bezugspotential, Massereference potential, ground
- HV+HV+
- Positives HochvoltpotentialPositive high-voltage potential
- HV+_BatHV+_Bat
- Positives batterieseitiges HochvoltpotentialPositive battery-side high-voltage potential
- HV+_CS_INHV+_CS_IN
- Positives einrichtungsseitiges HochvoltpotentialPositive device-side high-voltage potential
- HV-HV
- Negatives HochvoltpotentialNegative high-voltage potential
- HV-_BatHV-_Bat
- Negatives batterieseitiges HochvoltpotentialNegative battery-side high-voltage potential
- HV- CS_INHV-CS_IN
- Negatives einrichtungsseitiges HochvoltpotentialNegative device-side high-voltage potential
- HVmHVm
- Hochvolt-Mitte-PotentialHigh-voltage middle potential
Claims (15)
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