DE102020119492A1 - charger arrangement - Google Patents

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Abstract

Eine Ladegerätanordnung (23) weist eine Steuereinheit (28), ein Ladegerät (30), eine Batterie-Schützanordnung (40) und ein Gehäuse (231) auf, welches Ladegerät (30) erste Anschlüsse (321), einen AC/DC-Wandler (32), einen Gleichstromzwischenkreis (34), einen DC/DC-Wandler (36) und zweite Anschlüsse (363, 364) aufweist, welche Batterie-Schützanordnung (40) dritte Anschlüsse (401, 402) und vierte Anschlüsse (403, 404) aufweist, und welches Gehäuse (231) die Steuereinheit (28), das Ladegerät (30) und die Batterie-Schützanordnung (40) beinhaltet, welche Steuereinheit (28) zur Ansteuerung des AC/DC-Wandlers (32), des DC/DC-Wandlers (36) und der Batterie-Schützanordnung (40) ausgebildet ist, und an welchem Gleichstromzwischenkreis (34) Gleichstromverbraucher-Anschlüsse (51, 52, 53, 54) zum Anschluss von Gleichstromverbrauchern (55, 56, 57, 58) vorgesehen sind.A charger arrangement (23) has a control unit (28), a charger (30), a battery contactor arrangement (40) and a housing (231), which charger (30) has first terminals (321), an AC/DC converter (32), a DC intermediate circuit (34), a DC/DC converter (36) and second terminals (363, 364), which battery contactor arrangement (40) has third terminals (401, 402) and fourth terminals (403, 404 ) and which housing (231) contains the control unit (28), the charger (30) and the battery contactor arrangement (40), which control unit (28) for controlling the AC/DC converter (32), the DC/ DC converter (36) and the battery contactor arrangement (40) is formed, and on which DC intermediate circuit (34) DC consumer connections (51, 52, 53, 54) for connecting DC consumers (55, 56, 57, 58) are provided are.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladegerätanordnung.The invention relates to a charger arrangement.

Die DE 10 2018 104 914 A1 , die EP 3 183 795 B1 , die CN 104 494 535 A , die CN 209 617 055 U , die CN 209 972 203 U , die US 2009 / 103 341 A1 und die US 2016 / 016 479 A1 zeigen jeweils AC-Ladegeräte für Elektrofahrzeuge.the DE 10 2018 104 914 A1 , the EP 3 183 795 B1 , the CN 104 494 535 A , the CN 209 617 055 U , the CN 209 972 203 U , the US 2009 / 103 341 A1 and the U.S. 2016/016 479 A1 each show AC chargers for electric vehicles.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Ladegerätanordnung bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a new charger arrangement.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.This object is solved by the subject matter of claim 1.

Eine Ladegerätanordnung weist eine Steuereinheit, ein Ladegerät, eine Batterie-Schützanordnung und ein Gehäuse auf, welches Ladegerät erste Anschlüsse, einen AC/DC-Wandler, einen Gleichstromzwischenkreis, einen ersten DC/DC-Wandler und zweite Anschlüsse aufweist, welche Batterie-Schützanordnung dritte Anschlüsse und vierte Anschlüsse aufweist, und welches Gehäuse die Steuereinheit, das Ladegerät und die Batterie-Schützanordnung beinhaltet, welche Steuereinheit zur Ansteuerung des AC/DC-Wandlers, des ersten DC/DC-Wandlers und der Batterie-Schützanordnung ausgebildet ist, und an welchem Gleichstromzwischenkreis Gleichstromverbraucher-Anschlüsse zum Anschluss von Gleichstromverbrauchern vorgesehen sind.A charger arrangement has a control unit, a charger, a battery contactor arrangement and a housing, which charger has first terminals, an AC/DC converter, a DC intermediate circuit, a first DC/DC converter and second terminals, which battery contactor arrangement has third Has connections and fourth connections, and which housing contains the control unit, the charger and the battery contactor arrangement, which control unit is designed to control the AC/DC converter, the first DC/DC converter and the battery contactor arrangement, and on which DC intermediate circuit DC consumer connections are provided for connecting DC consumers.

Das Vorsehen des Ladegeräts, der Batterie-Schützanordnung und der Steuereinheit in einem Gehäuse hat große Synergieeffekte ergeben. Das erforderliche Volumen, das Gewicht und der technische Aufwand für die Verkabelung, für Stecker und Stiftleisten, für Schnittstellen und für die Verschaltung haben sich durch die Integration stark reduziert. Zudem kann die Steuereinheit mehrere der Komponenten ansteuern, und hierdurch wird Hardware eingespart. Das Vorsehen von Gleichstromverbraucher-Anschlüssen am Gleichstromzwischenkreis ermöglicht eine Mehrfachnutzung des Gleichstromzwischenkreises und damit eine zusätzliche Schaltungsvereinfachung.The provision of the charger, the battery contactor arrangement and the control unit in one housing has resulted in great synergy effects. The required volume, the weight and the technical effort for the cabling, for plugs and pin headers, for interfaces and for the wiring have been greatly reduced as a result of the integration. In addition, the control unit can control several of the components, and hardware is saved as a result. The provision of direct current consumer connections on the direct current intermediate circuit enables the direct current intermediate circuit to be used multiple times and thus additionally simplifies the circuitry.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste DC/DC-Wandler als bidirektionaler DC/DC-Wandler dazu ausgebildet, in einem Lademodus eine Wandlung einer ersten Gleichspannung am Gleichstromzwischenkreis in eine zweite Gleichspannung an den zweiten Anschlüssen zu ermöglichen, und in einem Verbrauchsmodus eine Wandlung einer dritten Gleichspannung an den zweiten Anschlüssen in eine vierte Spannung am Gleichstromzwischenkreis zu ermöglichen, und die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, eine entsprechende Ansteuerung des ersten DC/DC-Wandlers zu ermöglichen. Hierdurch wird die Nutzung des Gleichstromzwischenkreises zur Spannungsversorgung von Gleichstromverbrauchern ermöglicht, wenn das Fahrzeug nicht geladen wird. Da es sich um Leistungselektronik handelt, führt die Mehrfachnutzung des ersten DC/DC-Wandlers zu einer deutlichen Gewichtsreduzierung des Fahrzeugs. Zudem kann der Spannungsbereich am Gleichstromzwischenkreis gegenüber dem Spannungsbereich der Batterie verringert werden, und hierdurch können die Gleichstromverbraucher mit weniger Schaltungsaufwand ausgebildet werden als Gleichstromverbraucher mit einem großen Eingangsspannungsbereich, wie sie für den direkten Anschluss an die Batterie erforderlich sind.According to a preferred embodiment, the first DC/DC converter is designed as a bidirectional DC/DC converter to enable conversion of a first DC voltage at the DC intermediate circuit into a second DC voltage at the second terminals in a charging mode, and conversion of a to enable the third DC voltage at the second terminals into a fourth voltage on the DC intermediate circuit, and the control unit is designed to enable a corresponding activation of the first DC/DC converter. This enables the DC intermediate circuit to be used to supply DC consumers with power when the vehicle is not being charged. Since it is power electronics, the multiple use of the first DC/DC converter leads to a significant weight reduction of the vehicle. In addition, the voltage range at the DC intermediate circuit can be reduced compared to the voltage range of the battery, and this means that the DC loads can be designed with less circuitry than DC loads with a large input voltage range, as required for direct connection to the battery.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit einen Spannungsregler auf, welcher Spannungsregler dazu ausgebildet ist, im Verbrauchsmodus die Spannung am Gleichstromzwischenkreis auf einen Spannungssollwert zu regeln, um hierüber eine Bestimmung der vierten Spannung durch den Spannungsregler zu ermöglichen. Die Verwendung einer Spannungssteuerung ist auch möglich, ein Spannungsregler hat sich jedoch im Hinblick auf die am Gleichstromzwischenkreis angeschlossenen Gleichstromverbraucher als sehr vorteilhaft erwiesen, da sich der Schaltungsaufwand bei den Gleichstromverbrauchern für die Spannungsanpassung verringert.According to a preferred embodiment, the control unit has a voltage regulator, which voltage regulator is designed to regulate the voltage at the DC intermediate circuit to a desired voltage value in consumption mode, in order to enable the fourth voltage to be determined by the voltage regulator. The use of a voltage controller is also possible, but a voltage regulator has proven to be very advantageous with regard to the direct current consumers connected to the direct current intermediate circuit, since the circuit complexity for the direct current consumers for the voltage adjustment is reduced.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit eine Schnittstelle auf, welche Schnittstelle dazu ausgebildet ist, eine erste Information von mindestens einem Gleichstromverbraucher zu empfangen, welche erste Information den Energiebedarf des Gleichstromverbrauchers charakterisiert, und welche Steuereinheit dazu ausgebildet ist, im Verbrauchsmodus die Höhe der vierten Spannung am Gleichstromzwischenkreis in Abhängigkeit von der ersten Information des mindestens einen Gleichstromverbrauchers zu bestimmen und den ersten DC/DC-Wandler entsprechend anzusteuern.According to a preferred embodiment, the control unit has an interface, which interface is designed to receive first information from at least one direct current consumer, which first information characterizes the energy requirement of the direct current consumer, and which control unit is designed to determine the level of the fourth voltage in the consumption mode to be determined at the DC intermediate circuit as a function of the first information of the at least one DC consumer and to control the first DC/DC converter accordingly.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, über die Schnittstelle eine erste Information von mindestens zwei Gleichstromverbrauchern zu empfangen. Durch den Empfang einer solchen Information kann die Steuereinheit bevorzugt die Höhe der vierten Spannung vorteilhaft festlegen.According to a preferred embodiment, the control unit is designed to receive first information from at least two direct current loads via the interface. By receiving such information, the control unit can advantageously determine the level of the fourth voltage.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, bei der Bestimmung der vierten Spannung denjenigen Gleichstromverbraucher, der den höchsten Energiebedarf hat, stärker zu gewichten als die jeweils anderen Gleichstromverbraucher. Der Gleichstromverbraucher mit dem höchsten Energiebedarf hat häufig auch die höchste Verlustleistung, und da die Verlustleistung abhängig ist von der Spannung am Gleichstromzwischenkreis, ermöglicht die stärkere Gewichtung dieses Gleichstromverbrauchers eine vorteilhafte Festlegung der vierten Spannung.According to a preferred embodiment, the control unit is designed to weight the direct current load that has the highest energy requirement more heavily than the respective other direct current loads when determining the fourth voltage. The direct current company Consumers with the highest energy requirement often also have the highest power loss, and since the power loss is dependent on the voltage at the DC intermediate circuit, the greater weighting of this DC consumer enables the fourth voltage to be specified in an advantageous manner.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, die vierte Spannung durch ein Optimierungsverfahren zu berechnen, welches Optimierungsverfahren zur Verringerung der Gesamtverlustleistung des ersten DC/DC-Wandlers und der Gleichstromverbraucher ausgebildet ist. Gerade bei batteriebetriebenen Fahrzeugen ermöglicht eine Reduzierung der Gesamtverlustleistung eine Erhöhung der Reichweite des Fahrzeugs.According to a preferred embodiment, the control unit is designed to calculate the fourth voltage using an optimization method, which optimization method is designed to reduce the total power loss of the first DC/DC converter and the direct current consumers. In battery-powered vehicles in particular, a reduction in the total power loss allows the range of the vehicle to be increased.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, im Verbrauchsmodus eine Veränderung der vierten Spannung durchzuführen und zu überprüfen, ob die elektrische Leistung am Gleichstromzwischenkreis oder an den zweiten Anschlüssen durch diese Änderung verringert wird oder nicht, um hierdurch eine Reduzierung der Verlustleistung zu ermöglichen. Eine solche Ausbildung ermöglicht eine Optimierung der Verlustleistung, indem eine positive Veränderung beibehalten wird und eine negative Veränderung rückgängig gemacht wird. Indem immer nur kleine Änderungen vorgenommen werden, können die Gleichstromverbraucher ohne größere Anpassung mit der neuen Spannung arbeiten, und dies ermöglicht eine vergleichsweise schnelle Optimierung der vierten Spannung.According to a preferred embodiment, the control unit is designed to change the fourth voltage in the consumption mode and to check whether or not the electrical power at the DC intermediate circuit or at the second terminals is reduced by this change, in order to thereby enable a reduction in the power loss. Such a configuration enables the power dissipation to be optimized by maintaining a positive change and reversing a negative change. By making only small changes at a time, the DC loads can work with the new voltage without major adjustment, and this enables the fourth voltage to be optimized comparatively quickly.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor auf, welcher zur Ansteuerung des AC/DC-Wandlers, des ersten DC/DC-Wandlers und der Batterie-Schützanordnung ausgebildet ist. Die Mehrfachverwendung eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors vereinfacht die Kommunikation und ermöglicht eine gute Optimierung.According to a preferred embodiment, the control unit has a microcontroller or microprocessor, which is designed to control the AC/DC converter, the first DC/DC converter and the battery contactor arrangement. The multiple use of a microcontroller or microprocessor simplifies communication and enables good optimization.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Gehäuse ein Gleichstromverbraucher vorgesehen, welcher Gleichstromverbraucher an den Gleichstromzwischenkreis angeschlossen ist und als Heizgerät zum Erwärmen eines Fluids ausgebildet ist. Ein solches Heizgerät kann für die Erwärmung der Hochvoltbatterie oder des Fahrgastinnenraums genutzt werden. Die Anordnung eines solchen Gleichstromverbrauchers im Gehäuse hat sich als überaus vorteilhaft erwiesen, da auch die Verlustwärme der Ladeanordnung zur Erwärmung des Fluids genutzt werden kann, und gleichzeitig eine Kühlung der Ladeanordnung möglich ist. Die Gewichtseinsparung und Effizienzsteigerung hierdurch ist groß.According to a preferred embodiment, a direct current consumer is provided in the housing, which direct current consumer is connected to the direct current intermediate circuit and is designed as a heating device for heating a fluid. Such a heater can be used to heat the high-voltage battery or the passenger compartment. The arrangement of such a direct current consumer in the housing has proven to be extremely advantageous, since the heat loss of the charging arrangement can also be used to heat the fluid, and cooling of the charging arrangement is possible at the same time. The weight saving and increase in efficiency as a result is large.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an den Gleichstromverbraucher-Anschlüssen mindestens ein erster Gleichstromverbraucher angeschlossen aus der Gleichstromverbraucher-Gruppe bestehend aus:

  • - zweiter DC/DC-Wandler,
  • - Heizgerät für ein Fluid,
  • - elektrischer Klimakompressor,
  • - Wankstabilisierungsanordnung, und
  • - Innenraumheizer.
According to a preferred embodiment, at least one first direct current load from the group of direct current loads consisting of:
  • - second DC/DC converter,
  • - heater for a fluid,
  • - electric air conditioning compressor,
  • - roll stabilization arrangement, and
  • - Interior heater.

Bei diesen Verbrauchern sind große Effizienzsteigerungen durch den Anschluss an den Gleichstromzwischenkreis und eine entsprechende Ansteuerung des ersten DC/DC-Wandlers der Ladeanordnung möglich.With these consumers, large increases in efficiency are possible through the connection to the direct current intermediate circuit and a corresponding activation of the first DC/DC converter of the charging arrangement.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an den Gleichstromverbraucher-Anschlüssen ein zweiter DC/DC-Wandler angeschlossen, und die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den zweiten DC/DC-Wandler anzusteuern. Hierdurch kann die Steuereinheit direkt Einfluss nehmen auf den zweiten DC/DC-Wandler und diesen optimiert im Hinblick auf die Ladegerätanordnung ansteuern.According to a preferred embodiment, a second DC/DC converter is connected to the direct current load connections, and the control unit is designed to control the second DC/DC converter. As a result, the control unit can directly influence the second DC/DC converter and control it in an optimized manner with regard to the charger arrangement.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an den Gleichstromverbraucher-Anschlüssen ein Heizgerät für ein Fluid angeschlossen, und die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, das Heizgerät für das Fluid anzusteuern. Hierdurch kann die Steuereinheit direkt Einfluss nehmen auf das Heizgerät und dieses optimiert im Hinblick auf die Ladegerätanordnung ansteuern.According to a preferred embodiment, a heater for a fluid is connected to the DC load connections, and the control unit is designed to control the heater for the fluid. As a result, the control unit can directly influence the heating device and control it in an optimized manner with regard to the charger arrangement.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an den Gleichstromverbraucher-Anschlüssen ein zweiter DC/DC-Wandler angeschlossen, um eine Wandlung der Spannung am Gleichstromzwischenkreis zu ermöglichen. Diese Wandlung kann nach Bedarf eine Erhöhung oder eine Erniedrigung der Spannung umfassen. Es kann beispielsweise eine für das Niedervolt-Bordnetz geeignete Spannung erzeugt werden.According to a preferred embodiment, a second DC/DC converter is connected to the direct current consumer connections in order to enable the voltage in the direct current intermediate circuit to be converted. This conversion can include increasing or decreasing the voltage as required. For example, a voltage suitable for the low-voltage vehicle electrical system can be generated.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigen:

  • 1 ein Fahrzeug mit einer Ladegerätanordnung an einer Ladestation, und
  • 2 eine mögliche Optimierung der Spannung an einem Gleichstromzwischenkreis.
Further details and advantageous developments of the invention result from the exemplary embodiments described below and illustrated in the drawings, which are in no way to be understood as limiting the invention, and from the dependent claims. Show it:
  • 1 a vehicle with a charger assembly at a charging station, and
  • 2 a possible optimization of the voltage on a DC intermediate circuit.

Im Folgenden sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.In the following, parts that are the same or have the same effect are provided with the same reference symbols and are usually only described once. The description builds on one another across figures in order to avoid unnecessary repetition.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel mit einem Fahrzeug 10, welches an eine Ladestation 12 angeschlossen ist. Das Fahrzeug 10 hat eine Ladegerätanordnung 23, welche über einen Ladeanschluss 24 an die Ladestation 12 anschließbar ist, und welche über einen Batterieanschluss 25 an eine Batterie 26 anschließbar ist, insbesondere an eine Hochvolt-Batterie. Die Ladegerätanordnung 23 hat eine Steuereinheit 28, ein Ladegerät 30, eine Batterie-Schützanordnung 40 und ein Gehäuse 231. Das Ladegerät 30 hat erste Anschlüsse 321 zum Anschluss an den Ladeanschluss 24, einen AC/DC-Wandler 32, einen Gleichstromzwischenkreis 34, einen DC/DC-Wandler 36, welcher über den Gleichstromzwischenkreis 34 mit dem AC/DC-Wandler verbunden ist, und zweite Anschlüsse 363, 364 zur Verbindung des DC/DC-Wandlers 36 mit der Batterie-Schützanordnung 40. Die Batterie-Schützanordnung 40 hat dritte Anschlüsse 401, 402 zur Verbindung mit dem DC/DC-Wandler 36 und vierte Anschlüsse 403, 404 zur Verbindung mit dem Batterieanschluss 25. Das Gehäuse 231 beinhaltet bevorzugt zumindest die Steuereinheit 28, das Ladegerät 30 und die Batterie-Schützanordnung 40. Die Steuereinheit 28 ist zur Ansteuerung des AC/DC-Wandlers 32, des DC/DC-Wandlers 36 und der Batterie-Schützanordnung 40 ausgebildet, und am Gleichstromzwischenkreis 34 sind über Leitungen 49, 50 Gleichstromverbraucher-Anschlüsse 51, 52, 53, 54 zum Anschluss von Gleichstromverbrauchern 55, 56, 57, 58 vorgesehen. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment with a vehicle 10 which is connected to a charging station 12 . The vehicle 10 has a charger arrangement 23 which can be connected to the charging station 12 via a charging connection 24 and which can be connected to a battery 26 via a battery connection 25, in particular to a high-voltage battery. The charger arrangement 23 has a control unit 28, a charger 30, a battery contactor arrangement 40 and a housing 231. The charger 30 has first terminals 321 for connection to the charging terminal 24, an AC/DC converter 32, a DC intermediate circuit 34, a DC /DC converter 36, which is connected to the AC/DC converter via the DC link 34, and second terminals 363, 364 for connecting the DC/DC converter 36 to the battery contactor assembly 40. The battery contactor assembly 40 has third Connections 401, 402 for connection to the DC/DC converter 36 and fourth connections 403, 404 for connection to the battery connection 25. The housing 231 preferably contains at least the control unit 28, the charger 30 and the battery contactor arrangement 40. The control unit 28 is designed to control the AC/DC converter 32, the DC/DC converter 36 and the battery contactor arrangement 40, and the direct current intermediate circuit 34 is connected via lines 49, 50 to direct current loads connections 51, 52, 53, 54 for connecting DC loads 55, 56, 57, 58 are provided.

Die Batterie-Schützanordnung 40 ermöglicht eine Trennung zwischen der Batterie 26 und dem Ladegerät 30. Im Englischen wird sie auch als battery junction box bezeichnet.The battery contactor assembly 40 enables separation between the battery 26 and the charger 30. It is also referred to as a battery junction box.

Der Gleichstromverbraucher 57 ist bevorzugt ein Heizgerät, insbesondere ein Heizgerät für ein Fluid wie Wasser. Aufgewärmtes Wasser ist bspw. vorteilhaft zur Vorkonditionierung der Batterie 26. Der Gleichstromverbraucher 58 ist bspw. ein weiterer DC/DC-Wandler, welcher die Gleichspannung am Gleichstromzwischenkreis 34 in eine höhere oder niedrigere Spannung umwandeln und an einem Anschluss 64 bereitstellen kann. Die Gleichstromverbraucher 55, 56 sind bspw. ein elektrischer Klimakompressor, eine Wankstabilisierungsanordnung, ein Innenraumheizer oder ein anderes Gerät, welches mit einer Gleichspannung betrieben wird.The DC consumer 57 is preferably a heater, in particular a heater for a fluid such as water. Heated water is advantageous for preconditioning battery 26, for example. The DC loads 55, 56 are, for example, an electric air conditioning compressor, a roll stabilization arrangement, an interior heater or another device that is operated with a DC voltage.

Das Ladegerät 30 kann zur Ladestation 12 hin galvanisch getrennt (z.B. über Transformator) oder galvanisch verbunden ausgebildet sein.The charger 30 can be galvanically isolated (e.g. via a transformer) or galvanically connected to the charging station 12 .

Die Steuereinheit 28 hat bevorzugt einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor 281, und es ermöglicht über den Mikrocontroller oder Mikroprozessor 281 eine Ansteuerung verschiedener Geräte, insbesondere des AC/DC-Wandlers 32, des DC/DC-Wandlers 36 und der Batterie-Schützanordnung 40.The control unit 28 preferably has a microcontroller or microprocessor 281, and it enables various devices, in particular the AC/DC converter 32, the DC/DC converter 36 and the battery contactor arrangement 40, to be controlled via the microcontroller or microprocessor 281.

Die Steuereinheit 28 hat bevorzugt einen Spannungsregler 282, welcher dazu ausgebildet ist, in einem Verbrauchsmodus die Spannung am Gleichstromzwischenkreis 34 auf einen Spannungssollwert zu regeln.The control unit 28 preferably has a voltage regulator 282, which is designed to regulate the voltage at the DC intermediate circuit 34 to a desired voltage value in a consumption mode.

Die Steuereinheit 28 hat eine Schnittstelle 61, welche über Datenleitungen 60 mit den Gleichstromverbrauchern 55, 56, 57, 58 verbunden ist. Es ist auch eine drahtlose Übertragung möglich. Die Schnittstelle 61 ermöglicht eine Eingabe und/oder eine Ausgabe.The control unit 28 has an interface 61 which is connected to the direct current consumers 55, 56, 57, 58 via data lines 60. Wireless transmission is also possible. Interface 61 allows input and/or output.

Bevorzugt ist der DC/DC-Wandler 36 als bidirektionaler DC/DC-Wandler 36 ausgebildet. In einem Lademodus ermöglicht er die Wandlung einer ersten Gleichspannung am Gleichstromzwischenkreis 34 in eine zweite Gleichspannung an den zweiten Anschlüssen 363, 364. Hierdurch wird bspw. ein Ladevorgang ermöglicht, bei dem über die Ladestation 12 dem AC/DC-Wandler 32 ein Wechselstrom zugeführt wird, der Wechselstrom durch den AC/DC-Wandler 32 in einen Gleichstrom am Gleichstromzwischenkreis 34 umgewandelt wird und anschließend durch den DC/DC-Wandler die Spannung am Gleichstromzwischenkreis 34 in eine für die Batterie 26 geeignete Spannung an den Anschlüssen 363, 364 umgewandelt wird.The DC/DC converter 36 is preferably designed as a bidirectional DC/DC converter 36 . In a charging mode, it enables the conversion of a first DC voltage at the DC intermediate circuit 34 into a second DC voltage at the second connections 363, 364. This enables, for example, a charging process in which an alternating current is supplied to the AC/DC converter 32 via the charging station 12 , the alternating current is converted by the AC/DC converter 32 into a direct current at the direct current intermediate circuit 34 and then the voltage at the direct current intermediate circuit 34 is converted by the DC/DC converter into a voltage suitable for the battery 26 at the terminals 363, 364.

Der Gleichstromzwischenkreis 34 weist eine erste Leitung 341 (Plus-Leitung) und eine zweite Leitung 342 (Minus-Leitung) auf, die an Anschlüssen 323, 324 des AC/DC-Wandlers 32 und an Anschlüssen 361, 362 des DC/DC-Wandlers 36 angeschlossen sind. Die Leitungen 341, 342 sind durch eine Kondensatoranordnung 343 miteinander verbunden. Die Kondensatoranordnung 343 ist beispielhaft. Üblicherweise sind zusätzlich komplexere Filterschaltungen zur Glättung des Stroms und der Spannung und zur Verbesserung der EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) im Gleichstromzwischenkreis vorgesehen.The DC intermediate circuit 34 has a first line 341 (plus line) and a second line 342 (minus line) which are connected to terminals 323, 324 of the AC/DC converter 32 and to terminals 361, 362 of the DC/DC converter 36 are connected. The lines 341, 342 are connected to one another by a capacitor arrangement 343. Capacitor array 343 is exemplary. In addition, more complex filter circuits are usually provided to smooth the current and the voltage and to improve the EMC (Electromagnetic Compatibility) in the DC intermediate circuit.

In einem Verbrauchsmodus, bei dem Energie aus der Batterie 26 zum Betreiben der Gleichstromverbraucher 55, 56, 57, 58 verwendet wird und das Fahrzeug 10 nicht an eine Ladestation 12 zum Laden angeschlossen ist, erfolgt dagegen zumindest zeitweise eine Wandlung einer dritten Gleichspannung an den zweiten Anschlüssen 363, 364, welche durch die Batterie 26 erzeugt werden kann, in eine vierte Spannung am Gleichstromzwischenkreis 34. Dies ermöglicht eine Doppelnutzung des DC/DC-Wandlers 36 sowohl für den Ladevorgang als auch zur Bereitstellung einer für die Gleichstromverbraucher 55, 56, 57, 58 geeigneten vierten Spannung, wenn das Fahrzeug 10 nicht an die Ladestation 12 zum Laden angeschlossen ist.In contrast, in a consumption mode in which energy from the battery 26 is used to operate the direct-current consumers 55, 56, 57, 58 and the vehicle 10 is not connected to a charging station 12 for charging, there is at least time wise convert a third DC voltage at the second terminals 363, 364, which can be generated by the battery 26, into a fourth voltage at the DC intermediate circuit 34. This enables the DC/DC converter 36 to be used twice, both for the charging process and for providing a fourth voltage suitable for the direct-current loads 55, 56, 57, 58 when the vehicle 10 is not connected to the charging station 12 for charging.

Die Steuereinheit 28 ist bevorzugt dazu ausgebildet, über die Schnittstelle 61 eine erste Information von mindestens einem der Gleichstromverbraucher 55, 56, 57, 58 zu empfangen, welche erste Information den Energiebedarf des Gleichstromverbrauchers 55, 56, 57, 58 charakterisiert. Diese erste Information kann bspw. ein Wert für die erforderliche elektrische Leistung des Gleichstromverbrauchers sein, oder aber bspw. ein Wert zwischen null und eins, wobei null einem ausgeschaltetem Gleichstromverbraucher entspricht und eins einem unter voller Leistung betriebenen Gleichstromverbraucher. Die erste Information kann bspw. auch die aktuelle Verlustleistung des Gleichstromverbrauchers umfassen, welche u.a. vom Energiebedarf abhängt.The control unit 28 is preferably designed to receive first information from at least one of the direct current loads 55, 56, 57, 58 via the interface 61, which first information characterizes the energy requirement of the direct current load 55, 56, 57, 58. This first information can be, for example, a value for the required electrical power of the DC load, or, for example, a value between zero and one, with zero corresponding to a switched-off DC load and one to a DC load operated at full power. The first piece of information can, for example, also include the current power loss of the direct current load, which depends, among other things, on the energy requirement.

Bevorzugt ist die Steuereinheit 28 dazu ausgebildet, über die Schnittstelle 61 eine solche erste Information von mindestens zwei Gleichstromverbrauchern 55, 56, 57, 58 zu empfangen.The control unit 28 is preferably designed to receive such first information from at least two direct current consumers 55, 56, 57, 58 via the interface 61.

In der Praxis arbeiten die unterschiedlichen Gleichstromverbraucher bei unterschiedlichen Eingangsspannungen unterschiedlich effizient, ein Klimakompressor kann also bspw. bei einer Spannung am Gleichstromzwischenkreis 34 von 700 Volt am effizientesten arbeiten, während bspw. eine Wankstabilisierungsanordnung bei einer Spannung von 400 Volt am effizientesten arbeitet.In practice, the different direct current loads work with different levels of efficiency at different input voltages, so an air conditioning compressor can, for example, work most efficiently at a voltage of 700 volts at the direct current intermediate circuit 34, while, for example, a roll stabilization arrangement works most efficiently at a voltage of 400 volts.

Bevorzugt enthält die Steuereinheit 28 Daten über die Verlustleistung der einzelnen Gleichstromverbraucher in Abhängigkeit von der ersten Information.The control unit 28 preferably contains data about the power loss of the individual direct current loads as a function of the first information.

Bevorzugt bestimmt die Steuereinheit 28 die vierte Spannung in Abhängigkeit desjenigen Gleichstromverbrauchers 55, 56, 57, 58, der den höchsten Energiebedarf hat. Hierzu kann bevorzugt eine stärkere Gewichtung desjenigen Gleichstromverbrauchers erfolgen, der den höchsten Energiebedarf hat, und die übrigen Gleichstromverbraucher können weniger berücksichtigt werden.The control unit 28 preferably determines the fourth voltage as a function of that direct current load 55, 56, 57, 58 which has the highest energy requirement. For this purpose, the direct current consumer that has the highest energy requirement can preferably be weighted more heavily, and the other direct current consumers can be given less consideration.

2 zeigt beispielhaft eine Auftragung der Verlustleistung P_V in Watt über der vierten Spannung U am Gleichstromzwischenkreis 34 in Volt für einen ersten Verbraucher V1 und einen zweiten Verbraucher V2 bei jeweils vorgegebenem Energiebedarf. Der erste Verbraucher V1 hat insgesamt eine höhere Verlustleistung P_V als der zweite Verbraucher V2. Der erste Verbraucher V1 hat einen Tiefpunkt bei einer Spannung U von circa 570 Volt, und bei kleineren und größeren Spannungen U steigt die Verlustleistung P_V stark an. Dies ist eine näherungsweise parabelförmige Kurve. 2 shows an example of a plot of the power loss P_V in watts over the fourth voltage U at the DC link 34 in volts for a first consumer V1 and a second consumer V2 for a given energy requirement in each case. Overall, the first consumer V1 has a higher power loss P_V than the second consumer V2. The first consumer V1 has a low point at a voltage U of approximately 570 volts, and the power loss P_V rises sharply at lower and higher voltages U. This is an approximately parabolic curve.

Der zweite Gleichstromverbraucher V2 hat dagegen eine vergleichsweise flach ansteigende Verlustleistung P_V mit leicht positiver Krümmung.The second direct current load V2, on the other hand, has a power loss P_V that rises comparatively flat and has a slightly positive curvature.

Die Kurve V1 + V2 zeigt die Summe der Verlustleistung P_V der Verbraucher V1 und V2. Der Tiefpunkt ist bei einer etwas niedrigeren Spannung von circa 550 Volt als der Tiefpunkt der Kurve des ersten Gleichstromverbrauchers V1. Bevorzugt findet in der Steuereinheit 28 ein Optimierungsverfahren statt, über welches die vierte Spannung berechnet wird. Das Optimierungsverfahren ist bevorzugt zur Verringerung der Gesamtverlustleistung des DC/DC-Wandlers und der Gleichstromverbraucher 55, 56, 57, 58 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel kann als optimierte vierte Spannung die Spannung am Tiefpunkt der Kurve V1 + V2 gewählt werden. Es sind naturgemäß auch kompliziertere Verfahren möglich, bspw. die Verwendung eines Lagrange-Optimierungsverfahrens, bei dem Nebenbedingungen als Lagrange-Multiplikatoren berücksichtigt sind.The curve V1 + V2 shows the sum of the power loss P_V of consumers V1 and V2. The low point is at a slightly lower voltage of approximately 550 volts than the low point of the curve of the first direct current load V1. An optimization method preferably takes place in the control unit 28, via which the fourth voltage is calculated. The optimization method is preferably designed to reduce the overall power loss of the DC/DC converter and the direct current consumers 55, 56, 57, 58. In the exemplary embodiment, the voltage at the low point of the curve V1+V2 can be selected as the optimized fourth voltage. Of course, more complicated methods are also possible, for example the use of a Lagrange optimization method in which secondary conditions are taken into account as Lagrange multipliers.

Es ist ebenso möglich, den auf der Batterieseite des DC/DC-Wandlers fließenden Strom oder den am Gleichstromzwischenkreis 34 fließenden Strom zu messen und durch Variation der vierten Gleichspannung am Gleichstromzwischenkreis 34 ein Minimum oder zumindest eine Verbesserung zu finden. Ein solches Optimierungsverfahren kann zu Beginn des Verbrauchsmodus oder auch ständig stattfinden.It is also possible to measure the current flowing on the battery side of the DC/DC converter or the current flowing at the DC intermediate circuit 34 and to find a minimum or at least an improvement by varying the fourth DC voltage at the DC intermediate circuit 34 . Such an optimization method can take place at the beginning of the consumption mode or continuously.

Naturgemäß sind im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.Of course, a wide variety of variations and modifications are possible within the scope of the invention.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102018104914 A1 [0002]DE 102018104914 A1 [0002]
  • EP 3183795 B1 [0002]EP 3183795 B1 [0002]
  • CN 104494535 A [0002]CN 104494535A [0002]
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  • CN 209972203 U [0002]CN 209972203 U [0002]
  • US 2009/103341 A1 [0002]US 2009/103341 A1 [0002]
  • US 2016/016479 A1 [0002]US 2016/016479 A1 [0002]

Claims (14)

Ladegerätanordnung (23), welche eine Steuereinheit (28), ein Ladegerät (30), eine Batterie-Schützanordnung (40) und ein Gehäuse (231) aufweist, welches Ladegerät (30) erste Anschlüsse (321), einen AC/DC-Wandler (32), einen Gleichstromzwischenkreis (34), einen ersten DC/DC-Wandler (36) und zweite Anschlüsse (363, 364) aufweist, welche Batterie-Schützanordnung (40) dritte Anschlüsse (401, 402) und vierte Anschlüsse (403, 404) aufweist, und welches Gehäuse (231) die Steuereinheit (28), das Ladegerät (30) und die Batterie-Schützanordnung (40) beinhaltet, welche Steuereinheit (28) zur Ansteuerung des AC/DC-Wandlers (32), des ersten DC/DC-Wandlers (36) und der Batterie-Schützanordnung (40) ausgebildet ist, und an welchem Gleichstromzwischenkreis (34) Gleichstromverbraucher-Anschlüsse (51, 52, 53, 54) zum Anschluss von Gleichstromverbrauchern (55, 56, 57, 58) vorgesehen sind.Charger arrangement (23), which has a control unit (28), a charger (30), a battery contactor arrangement (40) and a housing (231), which charger (30) has first terminals (321), an AC/DC converter (32), a DC intermediate circuit (34), a first DC/DC converter (36) and second terminals (363, 364), which battery contactor arrangement (40) has third terminals (401, 402) and fourth terminals (403, 404), and which housing (231) contains the control unit (28), the charger (30) and the battery contactor arrangement (40), which control unit (28) for controlling the AC/DC converter (32), the first DC/DC converter (36) and the battery contactor arrangement (40), and on which DC intermediate circuit (34) DC consumer connections (51, 52, 53, 54) for connecting DC consumers (55, 56, 57, 58 ) are provided. Ladegerätanordnung (23) nach Anspruch 1, bei welcher der erste DC/DC-Wandler (36) als bidirektionaler DC/DC-Wandler (36) dazu ausgebildet ist, in einem Lademodus eine Wandlung einer ersten Gleichspannung am Gleichstromzwischenkreis (34) in eine zweite Gleichspannung an den zweiten Anschlüssen (363, 364) zu ermöglichen, und in einem Verbrauchsmodus eine Wandlung einer dritten Gleichspannung an den zweiten Anschlüssen (363, 364) in eine vierte Spannung am Gleichstromzwischenkreis (34) zu ermöglichen, und welche Steuereinheit (28) dazu ausgebildet ist, eine entsprechende Ansteuerung des ersten DC/DC-Wandlers (36) zu ermöglichen.Charger arrangement (23) according to claim 1 , in which the first DC/DC converter (36) is designed as a bidirectional DC/DC converter (36) for converting a first DC voltage at the DC link (34) into a second DC voltage at the second terminals (363 , 364) and to enable a conversion of a third DC voltage at the second terminals (363, 364) into a fourth voltage at the DC intermediate circuit (34) in a consumption mode, and which control unit (28) is designed to correspondingly control the To allow first DC / DC converter (36). Ladegerätanordnung (23) nach Anspruch 2, bei welcher die Steuereinheit (28) einen Spannungsregler (282) aufweist, welcher Spannungsregler dazu ausgebildet ist, im Verbrauchsmodus die Spannung am Gleichstromzwischenkreis (34) auf einen Spannungssollwert zu regeln, um hierüber eine Bestimmung der vierten Spannung durch den Spannungsregler zu ermöglichen.Charger arrangement (23) according to claim 2 , in which the control unit (28) has a voltage regulator (282), which voltage regulator is designed to regulate the voltage at the DC intermediate circuit (34) to a voltage setpoint in the consumption mode, in order to enable the fourth voltage to be determined by the voltage regulator. Ladegerätanordnung (23) nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher die Steuereinheit (28) eine Schnittstelle (61) aufweist, welche Schnittstelle (61) dazu ausgebildet ist, eine erste Information von mindestens einem Gleichstromverbraucher (55, 56, 57, 58) zu empfangen, welche erste Information den Energiebedarf des Gleichstromverbrauchers (55, 56, 57, 58) charakterisiert, und welche Steuereinheit (28) dazu ausgebildet ist, im Verbrauchsmodus die Höhe der vierten Spannung am Gleichstromzwischenkreis (34) in Abhängigkeit von der ersten Information des mindestens einen Gleichstromverbrauchers (55, 56, 57, 58) zu bestimmen und den ersten DC/DC-Wandler (36) entsprechend anzusteuern.Charger arrangement (23) according to claim 2 or 3 , in which the control unit (28) has an interface (61), which interface (61) is designed to receive first information from at least one direct current load (55, 56, 57, 58), which first information indicates the energy requirement of the direct current load (55, 56, 57, 58), and which control unit (28) is designed to determine the level of the fourth voltage at the DC intermediate circuit (34) in the consumption mode as a function of the first information of the at least one DC consumer (55, 56, 57, 58) and to control the first DC/DC converter (36) accordingly. Ladegerätanordnung (23) nach Anspruch 4, bei welcher die Steuereinheit (28) dazu ausgebildet ist, über die Schnittstelle eine erste Information von mindestens zwei Gleichstromverbrauchern (55, 56, 57, 58) zu empfangen.Charger arrangement (23) according to claim 4 , in which the control unit (28) is designed to receive a first piece of information from at least two direct current loads (55, 56, 57, 58) via the interface. Ladegerätanordnung (23) nach Anspruch 5, bei welcher die Steuereinheit (28) dazu ausgebildet ist, bei der Bestimmung der vierten Spannung denjenigen Gleichstromverbraucher (55, 56, 57, 58), der den höchsten Energiebedarf hat, stärker zu gewichten als die jeweils anderen Gleichstromverbraucher.Charger arrangement (23) according to claim 5 , in which the control unit (28) is designed to weight that direct current consumer (55, 56, 57, 58) that has the highest energy requirement more heavily than the other direct current consumers in each case when determining the fourth voltage. Ladegerätanordnung (23) nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher die Steuereinheit (28) dazu ausgebildet ist, die vierte Spannung durch ein Optimierungsverfahren zu berechnen, welches Optimierungsverfahren zur Verringerung der Gesamtverlustleistung des ersten DC/DC-Wandlers (36) und der Gleichstromverbraucher (55, 56, 57, 58) ausgebildet ist.Charger arrangement (23) according to claim 5 or 6 , in which the control unit (28) is designed to calculate the fourth voltage using an optimization method, which optimization method is designed to reduce the total power loss of the first DC/DC converter (36) and the direct current loads (55, 56, 57, 58). is. Ladegerätanordnung (23) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei welcher die Steuereinheit (28) dazu ausgebildet ist, im Verbrauchsmodus eine Veränderung der vierten Spannung durchzuführen und zu überprüfen, ob die elektrische Leistung am Gleichstromzwischenkreis 34 oder an den zweiten Anschlüssen (363, 364) durch diese Änderung verringert wird oder nicht, um hierdurch eine Reduzierung der Verlustleistung zu ermöglichen.Charger arrangement (23) according to one of claims 2 until 7 , in which the control unit (28) is designed to change the fourth voltage in the consumption mode and to check whether the electrical power at the DC intermediate circuit 34 or at the second terminals (363, 364) is reduced by this change or not, in order to thereby enabling a reduction in power loss. Ladegerätanordnung (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Steuereinheit (28) einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor (281) aufweist, welcher zur Ansteuerung des AC/DC-Wandlers (32), des ersten DC/DC-Wandlers (36) und der Batterie-Schützanordnung (40) ausgebildet ist.Charger arrangement (23) according to one of the preceding claims, in which the control unit (28) has a microcontroller or microprocessor (281) which is used to control the AC/DC converter (32), the first DC/DC converter (36) and the battery contactor arrangement (40) is formed. Ladegerätanordnung (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher im Gehäuse (231) ein Gleichstromverbraucher vorgesehen ist, welcher Gleichstromverbraucher an den Gleichstromzwischenkreis (34) angeschlossen ist und als Heizgerät zum Erwärmen eines Fluids ausgebildet ist.Charger arrangement (23) according to one of the preceding claims, in which a DC consumer is provided in the housing (231), which DC consumer is connected to the DC intermediate circuit (34) and is designed as a heater for heating a fluid. Ladegerätanordnung (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher an den Gleichstromverbraucher-Anschlüssen (51, 52, 53, 54) mindestens ein erster Gleichstromverbraucher angeschlossen ist aus der Gleichstromverbraucher-Gruppe bestehend aus: - zweiter DC/DC-Wandler (58), - Heizgerät (57) für ein Fluid, - elektrischer Klimakompressor (55), - Wankstabilisierungsanordnung (56), und - Innenraumheizer.Charger arrangement (23) according to one of the preceding claims, in which at least one first direct current consumer is connected to the direct current load connections (51, 52, 53, 54) from the direct current load group consisting of: - second DC/DC converter (58) , - heater (57) for a fluid, - electric air conditioning compressor (55), - roll stabilization arrangement (56), and - interior heater. Ladegerätanordnung (23) nach Anspruch 11, bei welcher an den Gleichstromverbraucher-Anschlüssen (51, 52, 53, 54) ein zweiter DC/DC-Wandler (58) angeschlossen ist, und bei welcher die Steuereinheit (28) dazu ausgebildet ist, den zweiten DC/DC-Wandler (58) anzusteuern.Charger arrangement (23) according to claim 11 , in which a second DC/DC converter (58) is connected to the direct current consumer connections (51, 52, 53, 54), and in which the control unit (28) is designed to use the second DC/DC converter ( 58) to control. Ladegerätanordnung (23) nach Anspruch 11 oder 12, bei welcher an den Gleichstromverbraucher-Anschlüssen (51, 52, 53, 54) ein Heizgerät (57) für ein Fluid angeschlossen ist, und bei welcher die Steuereinheit (28) dazu ausgebildet ist, das Heizgerät (57) für das Fluid anzusteuern.Charger arrangement (23) according to claim 11 or 12 , in which a heater (57) for a fluid is connected to the DC consumer connections (51, 52, 53, 54), and in which the control unit (28) is designed to control the heater (57) for the fluid. Ladegerätanordnung (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher an den Gleichstromverbraucher-Anschlüssen (51, 52, 53, 54) ein zweiter DC/DC-Wandler (58) angeschlossen ist, um eine Wandlung der Spannung vom Gleichstromzwischenkreis (34) zu ermöglichen.Charger arrangement (23) according to one of the preceding claims, in which a second DC/DC converter (58) is connected to the DC consumer connections (51, 52, 53, 54) in order to convert the voltage from the DC intermediate circuit (34). enable.
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