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 claim 1, by an energy transmission circuit having the features of claim 9 and by an electric vehicle having the features of claim 14. Further, particularly advantageous configurations of the invention are disclosed in the respective dependent claims.

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.
According to the invention, a method for transferring electrical energy between a vehicle-side high-voltage battery (e.g. traction battery of an electric vehicle) and a vehicle-external high-voltage device (e.g. high-voltage energy network, high-voltage charging station and the like) has the following steps:
  • - 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,
wobei eine zum Vorladen benötigte elektrische Energie aus der am Hochvoltanschluss anliegenden Hochspannung gespeist ist.According to a further aspect of the invention, an energy transfer circuit for transferring electrical energy between a vehicle-side high-voltage battery (e.g. traction battery an electric vehicle) and a vehicle-external high-voltage device (e.g. high-voltage energy network, high-voltage charging station, etc.) on:
  • - 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,
electrical energy required for precharging being fed from the high voltage present at the high-voltage connection.

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.
Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are not to be understood as limiting, which are explained in more detail below with reference to the drawing. In this drawing show schematically:
  • 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.

1 stellt schematisch ein Funktionsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Energieübertragungsschaltung 1 für ein Fahrzeug 2 gemäß der Erfindung dar. Das Fahrzeug kann ohne Beschränkung der Allgemeinheit beispielsweise ein Elektrofahrzeug mit einer Hochvoltbatterie 3 (z. B. Traktionsbatterie) sein. Die Hochvoltbatterie 3 kann beispielsweise eine Nennspannung von 400 V oder 800 V aufweisen, ohne jedoch zwingend hierauf beschränkt zu sein. Andere Hochspannungswerte zwischen etwa 60 V und etwa 1000 V sind ebenfalls denkbar. 1 FIG. 1 schematically shows a functional diagram of an embodiment of an energy transfer circuit 1 for a vehicle 2 according to the invention. The high-voltage battery 3 can have a nominal voltage of 400 V or 800 V, for example, but without being necessarily limited to this. Other high voltage values between about 60 V and about 1000 V are also conceivable.

Wie 1 zu entnehmen ist, ist die Hochvoltbatterie 3 über eine optionale Schalteinrichtung 6, die zwei steuerbare batterieseitige Schaltelemente 7 und 8 (z. B. Relais, Transistor u. dgl.) aufweist, elektrisch an einen ersten Hochvoltanschluss 9 der Energieübertragungsschaltung 1 angeschlossen. In 1 ist die Schalteinrichtung 6 zwar außerhalb der Energieübertragungsschaltung 1 und damit als eine separate Komponente dargestellt, es ist jedoch zu verstehen, dass die Schalteinrichtung 6 ebenso Teil der Energieübertragungsschaltung 1 sein kann.How 1 As can be seen, the high-voltage battery 3 is electrically connected to a first high-voltage connection 9 of the energy transmission circuit 1 via an optional switching device 6, which has two controllable battery-side switching elements 7 and 8 (e.g. relays, transistors and the like). In 1 Although the switching device 6 is shown outside the energy transmission circuit 1 and thus as a separate component, it should be understood that the switching device 6 can also be part of the energy transmission circuit 1 .

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 switching elements 7 and 8 connect the respective high-voltage connections HV+_Bat and HV-_Bat of the battery 3 to the energy transmission circuit 1. The switching device 6 or the switching elements 7, 8 are controlled here by a control device 10, which can be a component of the energy transmission circuit 1 , at least a component of the vehicle 2 is.

Weiter ist 1 ein zweiter Hochvoltanschluss 11 zu entnehmen, an den in der dargestellten Betriebssituation eine Hochvolteinrichtung 12, vorliegend (jedoch ohne zwingende Beschränkung hierauf) eine Hochvoltladestation, elektrisch angeschlossen ist. Die Hochvolteinrichtung 12 weist zwei Hochvoltanschlüsse HV+_CS_IN und HV-_CS_IN auf, die mit der Energieübertragungsschaltung 1 elektrisch verbunden dargestellt sind. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Anschluss- bzw. Ladekabel 13 verwendet werden.Next is 1 a second high-voltage connection 11 can be seen, to which, in the operating situation shown, a high-voltage device 12, in this case (but not necessarily limited to this) a high-voltage charging station, is electrically connected. The high-voltage device 12 has two high-voltage connections HV+_CS_IN and HV-_CS_IN, which are shown electrically connected to the energy transmission circuit 1 . A connection or charging cable 13 can be used for this purpose, for example.

Die in 1 dargestellte Energieübertragungsschaltung 1 ist zwischen einer inaktiven Betriebsart und einer aktiven Betriebsart schaltbar. In der aktiven Betriebsart ist die Energieübertragung zwischen dem ersten Hochvoltanschluss 9 und dem zweiten Hochvoltanschluss 11 aktiv. In der inaktiven Betriebsart ist die Energieübertragung zwischen dem ersten Hochvoltanschluss 9 und dem zweiten Hochvoltanschluss 11 unterbrochen (inaktiv). Die Betriebsarten können von der Steuereinrichtung 10 gesteuert werden, beispielsweise durch Schalten der Schaltelemente 7 und 8, sowie weiterer, in 1 gezeigter Schaltelemente 15, 16 und/oder 17, die ebenfalls z. B. als Relais, Transistor u. dgl. ausgebildet sein können.In the 1 The energy transmission circuit 1 shown can be switched between an inactive mode and an active mode. In the active operating mode, the energy transfer between the first high-voltage connection 9 and the second high-voltage connection 11 is active. In the inactive operating mode, the energy transfer between the first high-voltage connection 9 and the second high-voltage connection 11 is interrupted (inactive). The operating modes can be controlled by the control device 10, for example by switching the switching elements 7 and 8, as well as others, in 1 shown switching elements 15, 16 and / or 17, which also z. B. as a relay, transistor and the like. Can be formed.

Des Weiteren weist die in 1 dargestellte Energieübertragungsschaltung 1 eine Vorladeschaltung 20 auf. Diese weist vorliegend einen Abwärtswandler 22 auf.Furthermore, the in 1 power transmission circuit 1 shown a pre-charging circuit 20 on. In the present case, this has a step-down converter 22 .

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 pre-charging circuit 20 is designed and set up to pre-charge electrically active capacitances between the first high-voltage connection 9 and the second high-voltage connection 11 for the transmission of electrical energy to a predetermined target voltage level under the control of the control device 10 during the inactive operating mode, before the control device 10 stops the electrical energy transmission between the first high-voltage connection 9 and the second high-voltage connection 11 switches to the active operating mode. The electrical energy required for pre-charging is taken from the high voltage HV+_Bat, HV-_Bat of the HV battery 3 present at the high-voltage connection 9 .

Weiter ist 1 zu entnehmen, dass die Vorladeschaltung 20 vorliegend einen so genannten Snubber 23 aufweist, um (unerwünschte) elektrische Schwingungsvorgänge beim Vorladen der Kapazitäten wirksam zu dämpfen. Hierdurch lassen sich 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 der Energieübertragungsschaltung 1 insgesamt verbessern.Next is 1 it can be seen that the pre-charging circuit 20 in the present case has a so-called snubber 23 in order to effectively dampen (undesirable) electrical oscillation processes during the pre-charging of the capacitances. This allows interfering high frequencies or voltage peaks to be neutralized, which usually occur when switching inductive loads when the current flow is abruptly interrupted. In addition, the electromagnetic compatibility of the energy transmission circuit 1 can be improved overall by using the snubber.

Der Snubber kann beispielsweise aus einer Reihenschaltung einer Kapazität und einem ohmschen Widerstand gebildet werden, wie in 1 schematisch dargestellt ist. Es versteht sich, dass eine konkrete Snubber-Schaltung aus einer Verschaltung mehrerer Kondensatoren und mehrerer ohmscher Widerstände (nicht dargestellt), die ein Widerstandsnetzwerk (d. h. Reihen- und Parallelschaltung) bilden können, gebildet sein kann. Dies ermöglicht zusätzlich eine effiziente passive oder aktive Kühlung des Snubbers 23.The snubber can be formed, for example, from a series connection of a capacitance and an ohmic resistance, as in 1 is shown schematically. It goes without saying that a specific snubber circuit can be formed from an interconnection of a plurality of capacitors and a plurality of ohmic resistors (not shown), which can form a resistance network (ie series and parallel circuit). This also enables efficient passive or active cooling of the snubber 23.

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-voltage device 12 to the energy transmission circuit 1 . Electronic components (eg, capacitors, coils, etc.) that are effective between the high-voltage battery 3 and the high-voltage device 12 can also contribute to this effective capacity. These electronic components can themselves be part of the energy transmission circuit 1 and/or be provided in a separate circuit arrangement (not shown), which plays a functional role in the energy transmission.

Weiterhin ist 1 ein unidirektionaler Aufwärtswandler 25 zum Übertragen der elektrischen Energie zwischen der Hochvoltbatterie 3 und der Hochvolteinrichtung 12 zu entnehmen, um eine von der Hochvolteinrichtung 12 bereitgestellte Hochspannung gegebenenfalls auf eine höhere Spannungslage für die Hochvoltbatterie 3 zu wandeln. Der Aufwärtswandler 25 ist ein Gleichspannungswandlers, bei dem der Betrag der Ausgangsspannung stets größer ist als der Betrag der Eingangsspannung. Die Eingangsspannung des Aufwärtswandlers ist in 1 mit Boost bezeichnet. Der Aufwärtswandler kann zur Spannungstransformation eingesetzt werden, wenn die von der Hochvolteinrichtung 12 bereitgestellte Nennspannung HV+_CS_IN, HV-_CS_IN (z. B. 400 V) kleiner ist als die Nennspannung HV+_Bat, MV-_Bat der Hochvoltbatterie 3 (z. B. 800 V).Furthermore is 1 a unidirectional step-up converter 25 for transferring the electrical energy between the high-voltage battery 3 and the high-voltage device 12 can be removed in order to convert a high voltage provided by the high-voltage device 12 to a higher voltage level for the high-voltage battery 3 if necessary. The step-up converter 25 is a DC-DC converter in which the magnitude of the output voltage is always greater than the magnitude of the input voltage. The input voltage of the boost converter is in 1 labeled Boost. The step-up converter can be used for voltage transformation if the nominal voltage HV+_CS_IN, HV-_CS_IN (e.g. 400 V) provided by the high-voltage device 12 is lower than the nominal voltage HV+_Bat, MV-_Bat of the high-voltage battery 3 (e.g .800V).

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 1 dargestellte Aufwärtswandler 25 in diesem Fall über entsprechende Verbindungsleitungen (nicht dargestellt) mit der Hochvoltbatterie 3 verbunden ist, um die Energieübertragung zwischen der Hochvolteinrichtung 12 und der Hochvoltbatterie 9 zu ermöglichen. Außerdem ist die Erfindung nicht zwingend auf einen unidirektionalen Spannungswandler 25 beschränkt. Ein nicht dargestellter bidirektionaler Spannungswandler kann grundsätzlich anstelle des Aufwärtswandlers 25 auch vorgesehen sein.If the voltage levels of the high-voltage device 12 and the high-voltage battery 9 are essentially the same, the step-up converter 25 can be bypassed by closing the switching element 17 (bypass), so that the battery-side high-voltage potential HV-_Bat is electrically connected directly to the device-side high-voltage potential HV-_CS_IN. Otherwise, the switching element 17 is open, so that the step-up converter 25 can carry out the (in the present case unidirectional) voltage adjustment accordingly. It is to be understood that the in 1 Boost converter 25 shown is connected to high-voltage battery 3 in this case via corresponding connecting lines (not shown) in order to enable energy transmission between high-voltage device 12 and high-voltage battery 9 . In addition, the invention is not necessarily limited to a unidirectional voltage converter 25 . A bidirectional voltage converter (not shown) can in principle also be provided instead of the step-up converter 25 .

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-voltage connection 9 and the second high-voltage connection 11 (including the connecting cable 13), the step-down converter 22 converts the high voltage HV+_Bat, HV-_Bat present at the high-voltage connection 9 to the predetermined target voltage level, which in this case is the corresponds to the high voltage level HV+_CS_IN, HV-_CS_IN provided by the HV device 12 (e.g. nominal voltage level of the high-voltage device 12 of 400 V). The pre-charging circuit 20 pre-charges the capacitances to this target voltage level.

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-down converter 22 can be controlled by the controller 10 to set a specific output voltage/current. The step-down converter 22 has a control connection 24 for this purpose. The control can take place, for example, via a pulse width modulation (ie PWM control). A current for precharging the capacitances can be specifically limited to a range between approximately 100 mA and approximately 1 A, preferably between approximately 250 mA and 1 A, even more preferably between approximately 500 mA and 1 A, by means of the controller.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Energieübertragungsschaltung 1 bzw. des Elektrofahrzeugs 2 können die für die Energieübertragung elektrisch wirksamen Kapazitäten in Kombination mit den folgenden von der Steuereinrichtung 10 gesteuerten Schaltzuständen der Schaltelemente 7, 8, 15, 16, 17 vorgeladen werden. Nach dem Anschließen der HV-Einrichtung 12 an den Hochvoltanschluss 11 können die (optionalen) Schalter 7 und 8, sofern vorgesehen, geschlossen werden. Anschließend kann der Schalter 15 geschlossen werden, das heißt das einrichtungsseitige Potential HV+_CS_IN wird mit dem batterieseitigen Potential HV-t-_Bat verbunden. Liegt die einrichtungsseitige Nennspannung (z. B. 400 V) unterhalb der batterieseitigen Nennspannung (z. B. 800 V), wird der Abwärtswandler 22 aktiviert, um die wirksamen Kapazitäten zwischen der HV-Einrichtung 12 und der HV-Batterie 3 auf das Zielspannungsniveau (in diesem Fall die halbe Batteriespannung HVm) vorzuladen. Anschließend schaltet die Steuereinrichtung 10 in die aktive Betriebsart um, indem der Schalter 16 geschlossen wird und letztendlich die Energieübertragung zwischen der Hochvolteinrichtung 12 und der Hochvoltbatterie 3 über den Aufwärtswandler 25 bewirkt wird.At the in 1 In the illustrated exemplary embodiment of the energy transmission circuit 1 or of the electric vehicle 2, the capacitances that are electrically effective for the energy transmission can be precharged in combination with the following switching states of the switching elements 7, 8, 15, 16, 17 controlled by the control device 10. After the HV device 12 has been connected to the high-voltage connection 11, the (optional) switches 7 and 8, if provided, can be closed. The switch 15 can then be closed, ie the device-side potential HV+_CS_IN is connected to the battery-side potential HV-t-_Bat. If the device-side rated voltage (e.g. 400 V) is below the battery-side rated voltage (e.g. 800 V), the step-down converter 22 is activated to reduce the effective capacities between the HV device 12 and the HV battery 3 to the target voltage level (in this case half the battery voltage HVm). The control device 10 then switches over to the active operating mode in that the switch 16 is closed and ultimately the energy is transferred between the high-voltage device 12 and the high-voltage battery 3 via the step-up converter 25 .

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-down converter 22 can optionally still be activated in order to reduce the capacities to the target voltage level (in this case the full battery voltage HV+_Bat, HV-_Bat). The use of the controllable step-down converter 22 for pre-charging at essentially the same voltage levels between the high-voltage device 12 and the high-voltage battery 3 also makes it possible to reliably avoid high current/voltage gradients and thus to reduce component stress. After the pre-charging process is completed, the control device 10 switches to the active operating mode in that the switch 17 (bypass) is now closed instead of the switch 16 and as a result the energy transfer between the high-voltage device 12 and the high-voltage battery 3 is effected, bypassing the step-up converter 25.

2 stellt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 30 gemäß der Erfindung dar. 2 Figure 3 illustrates a flow chart of an embodiment of a method 30 according to the invention.

Bei dem Verfahren 30 zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie, z. B. Batterie 3 aus 1, und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung, Einrichtung 12 aus 1, wird in Schritt 31 eine Energieübertragungsschaltung, z. B. Schaltung 1 aus 1, bereitgestellt, die steuerbar zwischen einer aktiven, energieübertragenden Betriebsart und einer inaktiven, die Energieübertragung unterbrechenden Betriebsart geschaltet werden kann. Hierzu kann beispielsweise die in 1 gezeigte Steuereinrichtung 10 verwendet werden.In the method 30 for transferring electrical energy between a vehicle-side high-voltage battery, z. B. Battery 3 off 1 , and a vehicle-external high-voltage device, device 12 from 1 , in step 31 a power transmission circuit, e.g. B. Circuit 1 off 1 , which is controllably switchable between an active, energy-transferring mode and an inactive, energy-transferring interrupting mode. For this purpose, for example, the 1 control device 10 shown can be used.

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 electric vehicle 2, for example, which is charged at a charging station 12 by transferring the electrical energy from the charging station 12 to the traction battery 3, but without being necessarily limited to this. Feeding electrical energy from the high-voltage battery 3 into the high-voltage device 12 (eg a high-voltage network) is also conceivable.

In Schritt 32 wird die Energieübertragungsschaltung 1 in ihrer inaktiv geschalteten Betriebsart an die Hochvoltbatterie 3 und die Hochvolteinrichtung 12 elektrisch angeschlossen.In step 32, the energy transmission circuit 1 is electrically connected to the high-voltage battery 3 and the high-voltage device 12 in its inactive operating mode.

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 1, elektrisch vorgeladen. Eine zum Vorladen benötigte elektrische Energie wird hierzu der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie 3 entnommen. Die zum elektrischen Vorladen bereitgestellte Hochspannung kann mittels eines Abwärtswandlers, z. B. Abwärtswandler 22 aus 1, auf das vorbestimmte Zielspannungsniveau gewandelt werden.In step 33, capacities that are electrically effective between the high-voltage battery 3 and the high-voltage device 12 for the transmission of electrical energy are set to a predetermined target voltage level by means of a pre-charging circuit, e.g. B. pre-charging circuit 20 from 1 , electrically precharged. For this purpose, electrical energy required for precharging is taken from the high-voltage battery 3 in the vehicle. The high voltage provided for electrical pre-charging can be reduced by means of a step-down converter, e.g. B. down converter 22 from 1 , are converted to the predetermined target voltage level.

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 1, verwendet, um eine Spannungsanpassung der von der HV-Einrichtung 12 bereitgestellten Hochspannung (z. B. 400 V) an die Hochspannung (z. B. 800 V) der HV-Batterie 3 zu ermöglichen. Liegen beide Hochspannungen im Wesentlichen auf demselben Hochspannungsniveau, kann die Energieübertragung auch unter Umgehung des Aufwärtswandlers 25 durchgeführt werden.In step 34 , after precharging, the energy transfer circuit 1 is switched to its active operating mode (eg by the switching device 10 ) in order to effectively transfer the electrical energy between the high-voltage battery 3 and the high-voltage device 12 . For this purpose, a step-up converter, e.g. B. boost converter 25 from 1 , used to allow the high voltage (eg 400 V) provided by the HV device 12 to be adjusted to the high voltage (eg 800 V) of the HV battery 3 . lie both High voltages substantially at the same high voltage level, the power transmission can also be performed bypassing the boost converter 25.

Schritt 35 beendet das Verfahren 30.Step 35 terminates method 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)

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.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, 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 the electrical energy electrically effective capacitances (13) to a predetermined Target voltage level by means of a pre-charging circuit (20), with electrical energy required for pre-charging being taken from the vehicle's high-voltage battery (3), and - switching the energy transmission circuit (1) to its active operating mode after pre-charging in order to transfer the electrical energy between the high-voltage battery (3) and to transmit the high-voltage device (12). Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schalten der Energieübertragungsschaltung (1) in ihre aktive Betriebsart zum Übertragen der elektrischen Energie zwischen der Hochvoltbatterie (3) und der Hochvolteinrichtung (12) eine von der Hochvolteinrichtung (12) bereitgestellte Hochspannung auf eine höhere Spannungslage für die Hochvoltbatterie (3) mittels eines unidirektionalen Aufwärtswandlers (25) gewandelt wird.procedure according to claim 1 , characterized in that after the energy transfer circuit (1) has been switched to its active operating mode for transferring the electrical energy between the high-voltage battery (3) and the high-voltage device (12), a high voltage provided by the high-voltage device (12) is raised to a higher voltage level for the high-voltage battery (3) is converted by means of a unidirectional boost converter (25). Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannung zwischen der Hochvolteinrichtung (12) und der Hochvoltbatterie (3) galvanisch getrennt gewandelt wird.Method according to the preceding claim, characterized in that the high voltage between the high-voltage device (12) and the high-voltage battery (3) is converted in a galvanically isolated manner. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorladen der Kapazitäten auf das Zielspannungsniveau mittels eines Abwärtswandlers (22) durchgeführt wird, der aus der Hochvoltbatterie (3) gespeist wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitors are precharged to the target voltage level by means of a step-down converter (22) which is fed from the high-voltage battery (3). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom zum Vorladen der Kapazitäten auf einen Bereich zwischen 100 mA und 1 A, bevorzugt zwischen 250 mA und 1 A, noch bevorzugter zwischen 500 mA und 1 A, begrenzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a current for precharging the capacitances is limited to a range between 100 mA and 1 A, preferably between 250 mA and 1 A, more preferably between 500 mA and 1 A. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Schwingungsvorgänge beim Vorladen der Kapazitäten mittels eines Snubbers (23) gedämpft werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that electrical oscillation processes when the capacitances are precharged are damped by means of a snubber (23). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielspannungsniveau einem Nennspannungsniveau der Hochvoltbatterie (3) oder einem Nennspannungsniveau der Hochvolteinrichtung (12) entspricht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the target voltage level corresponds to a nominal voltage level of the high-voltage battery (3) or a nominal voltage level of the high-voltage device (12). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Traktionsbatterie als fahrzeugseitige Hochvoltbatterie (3) eines Elektrofahrzeugs (2) an einer Ladestation als Hochvolteinrichtung (12) durch Übertragen der elektrischen Energie von der Ladestation (12) in die Traktionsbatterie (3) geladen wird,Method according to one of the preceding claims, characterized in that a traction battery as an on-board high-voltage battery (3) of an electric vehicle (2) is charged at a charging station as a high-voltage device (12) by transferring the electrical energy from the charging station (12) to the traction battery (3). becomes, Energieübertragungsschaltung (1) zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einer fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie (3) und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung (12), aufweisend - einen ersten elektrischen Hochvoltanschluss (9), der ausgebildet und eingerichtet ist, mit der Hochvoltbatterie (3) zur Übertragung einer ersten Hochspannung (HV+_Bat, HV-_Bat) elektrisch verbunden zu werden, - einen zweiten elektrischen Hochvoltanschluss (11), der ausgebildet und eingerichtet ist, mit der Hochvolteinrichtung (12) zur Übertragung einer zweiten Hochspannung (HV+_CS_IN, HV-_CS_IN) elektrisch verbunden zu werden, - eine Steuereinrichtung (10), die ausgebildet und eingerichtet ist, die Energieübertragung in einer aktiven Betriebsart zwischen dem ersten Hochvoltanschluss (9) und dem zweiten Hochvoltanschluss (11) gesteuert zu bewirken und die Energieübertragung in einer inaktiven Betriebsart zwischen dem ersten Hochvoltanschluss (9) und dem zweiten Hochvoltanschluss (11) gesteuert zu unterbrechen, und - eine Vorladeschaltung (20), die ausgebildet und eingerichtet ist, 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) in die aktive Betriebsart schaltet, wobei eine zum Vorladen benötigte elektrische Energie aus der am ersten Hochvoltanschluss (9) anliegenden Hochspannung (HV+_Bat, HV-_Bat) gespeist ist.Energy transfer circuit (1) for transferring electrical energy between a vehicle-side high-voltage battery (3) and a vehicle-external high-voltage device (12), having - a first electrical high-voltage connection (9), which is designed and set up to be electrically connected to the high-voltage battery (3) for transmitting a first high voltage (HV+_Bat, HV-_Bat), - a second electrical high-voltage connection (11), which is designed and set up to be electrically connected to the high-voltage device (12) for transmitting a second high voltage (HV+_CS_IN, HV-_CS_IN), - A control device (10) which is designed and set up to bring about the energy transfer in an active operating mode between the first high-voltage connection (9) and the second high-voltage connection (11) in a controlled manner and the energy transfer in an inactive operating mode between the first high-voltage connection (9) and to interrupt the second high-voltage connection (11) in a controlled manner, and - a pre-charging circuit (20), which is designed and set up between the first high-voltage connection (9) and the second high-voltage connection (11) for the transmission of electrical energy to a predetermined target voltage level from the control device (10) electrically effective capacitances during the inactive operating mode to precharge in a controlled manner before the control device (10) switches to the active operating mode, with electrical energy required for precharging being fed from the high voltage (HV+_Bat, HV-_Bat) present at the first high-voltage connection (9). Energieübertragungsschaltung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein unidirektionaler Aufwärtswandler (25) zum Übertragen der elektrischen Energie zwischen der Hochvoltbatterie (3) und der Hochvolteinrichtung (12) vorgesehen ist, um eine von der Hochvolteinrichtung (12) bereitgestellte Hochspannung auf eine höhere Spannungslage für die Hochvoltbatterie (3) zu wandeln.Energy transfer circuit according to claim 9 , characterized in that a unidirectional step-up converter (25) is provided for transferring the electrical energy between the high-voltage battery (3) and the high-voltage device (12), in order to step up a high voltage provided by the high-voltage device (12) to a higher voltage level for the high-voltage battery (3rd ) to walk. Energieübertragungsschaltung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufwärtswandler (25) ein galvanisch getrennter Aufwärtswandler ist.Energy transfer circuit according to the preceding claim, characterized in that the boost converter (25) is a galvanically isolated boost converter. Energieübertragungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (20) einen Abwärtswandler (22) zum Vorladen der Kapazitäten auf das Zielspannungsniveau aufweist, der aus der Hochvoltbatterie (3) gespeist ist.Energy transmission circuit according to one of claims 9 until 11 , characterized in that the pre-charging circuit (20) has a step-down converter (22) for pre-charging the capacities to the target voltage level, which is fed from the high-voltage battery (3). Energieübertragungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (20) einen Snubber (23) zur elektrischen Schwingungsdämpfung beim Vorladen der Kapazitäten aufweist.Energy transmission circuit according to one of claims 9 until 12 , thereby identified characterized in that the pre-charging circuit (20) has a snubber (23) for electrical vibration damping when the capacitors are pre-charged. Elektrofahrzeug (2), aufweisend eine Hochvoltbatterie (3) zur elektrischen Versorgung eines Elektroantriebs und eine Energieübertragungsschaltung (1) zum Übertragen elektrischer Energie zwischen der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie (3) und einer fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung (12), wobei die Energieübertragungsschaltung (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13 ausgebildet ist.Electric vehicle (2), having a high-voltage battery (3) for the electrical supply of an electric drive and an energy transmission circuit (1) for transmitting electrical energy between the vehicle-side high-voltage battery (3) and a vehicle-external high-voltage device (12), the energy transmission circuit (1) according to one of claims 9 until 13 is trained. Verwendung einer Energieübertragungsschaltung (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13 in einem Elektrofahrzeug (2) mit einer Hochvoltbatterie (3) zur elektrischen Versorgung eines Elektroantriebs, um elektrische Energie zwischen der fahrzeugseitigen Hochvoltbatterie (3) und einer elektrisch mit der Energieübertragungseinrichtung (1) verbundenen fahrzeugexternen Hochvolteinrichtung (12) zu übertragen.Use of an energy transmission circuit (1) according to one of claims 9 until 13 in an electric vehicle (2) with a high-voltage battery (3) for the electrical supply of an electric drive, in order to transmit electrical energy between the on-board high-voltage battery (3) and a high-voltage device (12) external to the vehicle which is electrically connected to the energy transmission device (1).
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