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Title:
STORAGE-BATTERY CHARGING DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE, METHOD FOR OPERATING AN ON-BOARD STORAGE-BATTERY CHARGING DEVICE, HIGH-VOLTAGE VEHICLE ELECTRICAL SYSTEM AND USE OF A STORAGE-BATTERY CHARGING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/030125
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a storage-battery charging device (3) for a motor vehicle (1), which is designed to be arranged in the motor vehicle (1), comprising a first stage (11), which has a power correction filter (14), and a second stage (12), which has an inverter (15), the first stage (11) being electrically connected to the second stage (12) by means of an intermediate point (20), the intermediate point (20) being directly electrically connected to a feed-in connection point (21) for direct voltage, which feed-in connection point is designed for direct electrical coupling to a high-voltage vehicle electrical system (2) of the motor vehicle (1).

Inventors:
PFEILSCHIFTER, Franz (Alte Nürnberger Str. 51, Regensburg, 93059, DE)
GÖTZENBERGER, Martin (Welserstraße 20, Ingolstadt, 85051, DE)
Application Number:
EP2018/071075
Publication Date:
February 14, 2019
Filing Date:
August 02, 2018
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (Vahrenwalder Straße 9, Hannover, 30165, DE)
International Classes:
H02J7/00; H02J7/02; H02J7/14; H02M1/42; H02M5/40
Domestic Patent References:
WO2017022478A12017-02-09
Foreign References:
US20160236580A12016-08-18
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Akkuladevorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), welche zur Anordnung im Kraftfahrzeug (1) ausgebildet ist, mit einer ersten Stufe (11), welche ein Leistungsfaktorkorrekturfilter (14) aufweist, und einer zweiten Stufe (12), welche einen Wechselrichter (15) aufweist, wobei die erste Stufe (11) mit der zweiten Stufe (12) über einen Zwischenpunkt (20) elektrisch verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Zwischenpunkt (20) direkt mit einem Einspeisungsanschluss (21) für Gleichspannung (23) elektrisch verbunden ist, welcher zur direkten elektrischen Koppelung mit einem Hochvoltbordnetz (2) des Kraftfahrzeugs (1) eingerichtet ist .

2. Akkuladevorrichtung (3) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Zwischenpunkt (20) direkt mit dem Wechselrichter (15) der zweiten Stufe (12) elektrisch verbunden ist.

3. Akkuladevorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zweite Stufe (12) an einer dem Zwischenpunkt (20) ab¬ gewandten Seite der zweiten Stufe (12) mit einem Ausgabe- anschluss (19) elektrisch verbunden ist, wobei die zweite Stufe (12) eingerichtet ist während der Kopplung des Zwi¬ schenpunkts (20) mit einer ersten elektrischen Gleichspannung (23) eine von der ersten elektrischen Gleichspannung (23) unterschiedliche zweite elektrische Gleichspannung (24) bereitzustellen.

4. Akkuladevorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe (11) einen Gleichrichter (13), welcher bezüglich des Zwischenpunkts (20) vor dem Leistungsfaktorkorrekturfilter (14) angeordnet ist, aufweist.

5. Akkuladevorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zweite Stufe (12) einen Transformator (16), welcher bezüglich des Zwischenpunkts (20) nach dem Wechselrichter (15) angeordnet ist, aufweist und/oder einen Gleichrichter (17), welcher bezüglich des Zwischenpunkts (20) nach dem Wechselrichter (15) angeordnet ist, aufweist.

6. Akkuladevorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die dem Zwischenpunkt (20) abgewandte Seite der ersten Stufe (11) mit einem Ladeanschluss (4) für Wechselspannung elektrisch verbunden ist, welcher eingerichtet ist direkt mit einer kraftfahrzeugexternen Wechselspannungsquelle (5) elektrisch verbunden zu werden.

7. Akkuladevorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Stufe (11) und die zweite Stufe (12) durch einen Kondensator (18) elektrisch verbunden ist und der Zwischenpunkt (20) zwischen dem Kondensator (18) und der zweiten Stufe (12) angeordnet ist.

8. Akkuladevorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe (12) drei Phasen aufweist und der Zwi¬ schenpunkt (20) nur mit einer der drei Phasen elektrisch verbunden ist.

9. Akkuladevorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass

die zweite Stufe (12) drei Phasen aufweist und der Zwi¬ schenpunkt (20) mit zumindest zwei der drei Phasen elektrisch verbunden ist.

10. Verfahren zum Betreiben einer kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), bei welcher eine erste elektrische Gleichspannung (23) aus einem Hochvoltbordnetz (2) des Kraftfahrzeugs (1) an einem Einspeisungsanschluss (21) der Akkuladevorrichtung (3) in die Akkuladevorrichtung (3) eingekoppelt wird und über einen Zwischenpunkt (20) zu einer zweite Stufe (12) der Akku¬ ladevorrichtung (3) weitergeführt wird, wobei die erste elektrische Gleichspannung (23) in der zweiten Stufe (12) auf eine von der ersten elektrischen Gleichspannung (23) unterschiedlichen zweiten elektrischen Gleichspannung (24) angepasst wird.

11. Hochvoltbordnetz (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einer kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

12. Hochvoltbordnetz (2) nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Einspeisungsanschluss (21) der Akkuladevorrichtung (3) direkt mit einem für Gleichspannung eingerichteten Einspeiseschalter (22) des Hochvoltbordnetzes elektrisch verbunden ist.

13. Hochvoltbordnetz (2) nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Einspeiseschalter (22) direkt mit einem Hochvoltakku (6) des Hochvoltbordnetzes (2) elektrisch verbunden ist.

14. Hochvoltbordnetz (2) nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Einspeiseschalter (22) direkt mit einem Hochvolt- bordnetzzweig (32), welcher zumindest einen Hochvoltverbraucher (9, 10, 34, 35) aufweist, des Hochvoltbordnetzes (2) elektrisch verbunden ist.

15. Verwendung einer zweiten Stufe (12) einer kraftfahrzeug- seitigen Akkuladevorrichtung (3) als Gleichspannungswandler zum Wandeln von Gleichspannung (23) , welche über einen direkt mit einem Zwischenpunkt der Akkuladevorrichtung (3) verbundenen Einspeisungsanschluss (21) der Akkuladevorrichtung (3) in die Akkuladevorrichtung (3) eingespeist wird, wobei der Zwischenpunkt (20) zwischen der zweiten Stufe (12) und einer ersten Stufe (11) der Akkuladevorrichtung (3) angeordnet ist.

Description:
Beschreibung

Akkuladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betreiben einer kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung, Hochvoltbordnetz und Verwendung einer Akkuladevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Akkuladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Akkuladevorrichtung ist zur Anordnung im Kraftfahrzeug ausgebildet. Weiterhin weist die Akkuladevorrichtung eine erste Stufe auf, welche ein Leistungskorrekturfilter auf ¬ weist und die Akkuladevorrichtung weist eine zweite Stufe auf, welche einen Wechselrichter aufweist. Die erste Stufe ist mit der zweiten Stufe über einen Zwischenpunkt elektrisch verbunden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer dementsprechenden kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug, mit einer dementsprechenden kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung. Zudem betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Akkuladevor- richtung.

Akkuladvorrichtungen sind bekannt. Vorliegend betrifft die Erfindung eine im Kraftfahrzeug verbaute Akkuladevorrichtung für Wechselspannung. An die Akkuladevorrichtung wird üblicherweise eine kraftfahrzeugexterne Wechselspannungsquelle angeschlos ¬ sen, um einen Hochvoltakku des Kraftfahrzeugs aufzuladen. Der Hochvoltakku dient beispielsweise der Energieversorgung einer Traktionseinheit des Kraftfahrzeugs. Die im Kraftfahrzeug ver ¬ baute Akkuladevorrichtung kann auch als OBC (On-Board Charger) bezeichnet werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Akkuladevorrichtung, ein Verfahren, ein Hochvoltbordnetz sowie eine Verwendung einer Akkuladevorrichtung zu schaffen, mit welchem bzw. bei welchem eine funktionsreichere Nutzung der Akkuladevorrichtung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Akkuladevorrichtung, ein Ver- fahren, ein Hochvoltbordnetz und eine Verwendung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

Eine erfindungsgemäße Akkuladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug ist zur Anordnung im Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Akkulade- Vorrichtung weist eine erste Stufe auf, welche einen Leistungs ¬ korrekturfilter aufweist, und die Akkuladevorrichtung weist eine zweite Stufe auf, welche einen Wechselrichter aufweist. Die erste Stufe ist mit der zweiten Stufe, insbesondere nur, über einen Zwischenpunkt elektrisch verbunden. Als ein wichtiger Gedanke ist vorgesehen, dass der Zwischenpunkt direkt mit einem Ein- speisungsanschluss der Akkuladevorrichtung elektrisch verbunden ist, welcher zur direkten elektrischen Kopplung mit einem Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Akkulade ¬ vorrichtung neben ihrer Funktion als Gleichrichter auch als Gleichspannungswandler genutzt werden kann. Insbesondere kann die zweite Stufe der Akkuladevorrichtung als Gleichspannungs ¬ wandler genutzt werden.

Vorteilhaft ist die Nutzung der Akkuladevorrichtung als Gleichspannungswandler, da nun auf einen separaten Gleichspannungswandler im Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs verzichtet werden kann. Die Akkuladevorrichtung ist durch den Einspeisungsan- schluss also dazu ausgebildet die Funktion eines Gleichspan ¬ nungswandlers zu übernehmen.

Besonders vorteilhaft ist die Nutzung der zweiten Stufe als Gleichspannungswandler, da die zweite Stufe durch einen ins- besondere in der zweiten Stufe angeordneten Trafo bzw. Transformator eine galvanische Trennung zwischen dem Einspeisungs- anschluss und einem Ausgabeanschluss der zweiten Stufe bereit ¬ stellt. Durch die galvanische Trennung kann beispielswiese eine 400 V Seite mit einer 800 V Seite sicher verbunden werden. So kann beispielsweise am Einspeisungsanschluss eine elektrische Span ¬ nung von 400 V anliegen, während am Ausgabeanschluss eine elek ¬ trische Spannung von 800 V anliegt. In bestimmten Fehlerfällen, wie beispielsweise einem durchlegierten Halbleiterschalter, welcher zu einem ungewollten Dauer-An führt sind die Konsequenzen für das Hochvoltbordnetz dadurch geringer, als wenn die erste Stufe der Akkuladevorrichtung zur Gleichspannungswandlung genutzt werden würde. Der Einspeisungsanschluss ist insbesondere nur zum Einspeisen von elektrischer Gleichspannung ausgebildet. Der Einspeisungsanschluss kann beispielsweise als Steckverbinder ausgebildet sein . Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Zwischenpunkt direkt mit dem Wechselrichter der zweiten Stufe elektrisch verbunden ist. Der Wechselrichter ist insbesondere als erster Wechselrichter der zweiten elektrischen Stufe ausgebildet und ist dadurch bezüglich des Einspeisungsanschlusses vor einem weiteren Wechsel- richter der zweiten Stufe und/oder einem Trafo der zweiten Stufe in der zweiten Stufe angeordnet. Der Zwischenpunkt kann bei ¬ spielsweise auf einer Verbindungsleitung zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe angeordnet sein oder aber direkt an dem Wechselrichter der zweiten Stufe. Durch das Anordnen des Zwischenpunkts direkt an dem Wechselrichter wird die Akkulade ¬ vorrichtung effektiver betrieben, da eine kürzere Leitung für den Einspeisungsanschluss benötigt wird und so Störinduktivitäten kleiner ausfallen. Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Stufe an einer den Zwischenpunkt abgewandten Seite der zweiten Stufe mit einem Ausgabeanschluss , insbesondere direkt, elektrisch verbunden ist, wobei die zweite Stufe eingerichtet ist während der Kopplung des Zwischenpunkts mit einer ersten elektrischen Gleichspannung eine von der ersten elektrischen Gleichspannung unterschiedliche zweite elektrische Spannung bereitzustellen. Vorzugsweise weist die zweite elektrische Stufe einen Wech ¬ selrichter und einen Gleichrichter auf, welche über einen Trafo elektrisch miteinander verbunden sind. Durch die beiden Stromrichter ist es der zweiten Stufe möglich bei Eingabe der ersten elektrischen Gleichspannung die zweite elektrische Gleichspannung auszugeben bzw. bereitzustellen. Vorzugsweise wird die Akkuladevorrichtung genutzt, um Gleichspannung hochzusetzen. Dementsprechend ist die zweite elektrische Gleichspannung vor ¬ zugsweise größer, insbesondere doppelt so hoch, wie die erste elektrische Gleichspannung. Die erste elektrische Gleichspan ¬ nung kann beispielsweise 400 V betragen während die zweite elek ¬ trische Gleichspannung beispielsweise 800 V betragen kann.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Stufe einen Gleichrichter, welcher bezüglich des Zwischenpunkts vor dem Leistungsfaktorkorrekturfilter angeordnet ist, aufweist. Insbesondere ist die Akkuladevorrichtung als Wechselspannungs- akkuladevorrichtung ausgebildet. Es wird also insbesondere eine kraftfahrzeugexterne Wechselspannungsquelle an die Akkulade ¬ vorrichtung angeschlossen. Diese Wechselspannung von der kraftfahrzeugexternen Wechselspannungsquelle wird zuerst in den Gleichrichter der ersten Stufe geführt und dann unmittelbar in den Leistungsfaktorkorrekturfilter. Die erste Stufe der Akkuladevorrichtung wird vorzugsweise nicht zur Gleichspannungs ¬ wandlung genutzt, da die erste Stufe keinen Trafo und somit keine galvanische Trennung bereitstellen kann. n

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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Stufe einen Transformator bzw. einen Trafo, welcher bezüglich des Zwischenpunkts nach dem Wechselrichter angeordnet ist, und/oder einen Gleichrichter, welcher bezüglich des Zwischenpunkts nach dem Wechselrichter angeordnet ist, aufweist. Durch den Trans ¬ formator wird eine galvanische Trennung zwischen dem Zwischenpunkt und dem Ausgabeanschluss bereitgestellt. Die Akkuladevor ¬ richtung wird also sicherer betrieben. Durch den Gleichrichter der zweiten Stufe wird die am Transformator vorherrschende Wech- selspannung wieder in Gleichspannung umgewandelt.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die dem Zwischenpunkt abgewandte Seite der ersten Stufe mit einem Ladeanschluss für Wechselspannung elektrisch verbunden ist, welche einge- richtet ist direkt mit einer kraftfahrzeugexternen Wechsel ¬ spannungsquelle elektrisch verbunden zu werden. Der Ladeanschluss ist insbesondere auch zum mehrphasigen Anschluss einer Wechselspannung, insbesondere Dreiphasenwechselspannung bzw. als Drehstromanschluss ausgebildet. Der Ladeanschluss kann beispielsweise als Steckverbindung ausgebildet sein. Die kraft ¬ fahrzeugexterne Wechselspannungsquelle kann beispielsweise als öffentliche Ladesäule ausgebildet sein.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Stufe und die zweite Stufe durch einen Kondensator elektrisch verbunden sind und der Zwischenpunkt zwischen dem Kondensator und der zweiten Stufe angeordnet ist. Durch das Anordnen des Zwischenpunkts zwischen dem Kondensator und der zweiten Stufe wird die erste Gleichspannung also näher am Wechselrichter der zweiten Stufe eingespeist, als dies der Fall wäre, wenn der Zwischenpunkt zwischen der ersten Stufe und dem Kondensator angeordnet ist. Der Kondensator ist insbesondere als parallelgeschalteter Kondensator beziehungsweise als Glättungskondensator ausgebildet. Der Kondensator bildet einen Tiefpass, der zu Masse geführt wird. Durch den Kondensator können Wechselspannungsanteile nach Masse abgeleitet werden.

Es kann aber auch sein, dass der Zwischenpunkt zwischen der ersten Stufe und dem Kondensator angeordnet ist.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Stufe drei Phasen aufweist und der Zwischenpunkt, und insbesondere der Ausgabeanschluss , nur mit einer der drei Phasen elektrisch ver- bunden ist. Dadurch wird lediglich eine der drei Phasen der zweiten Stufe für die Gleichspannungswandlung bzw. Gleichspannungsanpassung genutzt. Vorteilhaft ist dies, da weniger elek ¬ trische Verbindungen benötigt werden als wenn zwei oder drei Phasen der zweiten Stufe zum Anpassen der Gleichspannung genutzt werden würden.

Alternativ kann es vorzugsweise aber auch vorgesehen sein, dass die zweite Stufe drei Phasen aufweist und der Zwischenpunkt, und insbesondere der Ausgabeanschluss, mit zumindest zwei der drei Phasen elektrisch verbunden ist. Durch das Verbinden des

Zwischenpunkts mit zumindest zwei der drei Phasen können mehrere Phasen der zweiten Stufe zur Spannungsanpassung bzw. Gleichspannungsanpassung genutzt werden. Vorteilhaft an der Nutzung von den zumindest zwei Phasen ist, dass Gleichspannung mit einer höheren Leistung angepasst werden kann. Beispielsweise ist die zweite Stufe der Akkuladevorrichtung, falls der Zwischenpunkt nur mit einer der Phasen elektrisch verbunden ist, lediglich für eine Leistung von im Wesentlichen 3,6 kW Gleichstrom ausgelegt, während die zweite Stufe bei der Verbindung des Zwischenpunkts mit allen drei Phasen für bis zu 11 kW Gleichstrom ausgelegt sein kann .

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine kraftfahrzeugs- eitige Akkuladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug betrieben. Es wird eine erste elektrische Gleichspannung aus einem Hochvolt ¬ bordnetz des Kraftfahrzeugs an einem Einspeisungsanschluss der Akkuladevorrichtung in die Akkuladevorrichtung eingekoppelt und, insbesondere direkt, über einen Zwischenpunkt zu einer zweiten Stufe der Akkuladevorrichtung weitergeführt. Die erste elektrische Gleichspannung wird in der zweiten Stufe zu einer von der ersten elektrischen Gleichspannung unterschiedlichen zweiten elektrischen Gleichspannung angepasst und insbesondere wird die zweite elektrische Gleichspannung nach dem Anpassen an einem Ausgabeanschluss der Akkuladevorrichtung bereitgestellt.

Vorzugsweise wird die Akkuladevorrichtung - neben ihrer eigentlichen Funktion als Wechselspannungsladevorrichtung für einen Hochvoltakku des Kraftfahrzeugs - zum Hochsetzen von Gleichspannung betrieben. Es wird also die erste elektrische Gleichspannung in der zweiten Stufe zur zweiten elektrischen Gleichspannung hochgesetzt. Vorzugsweise wird die erste elek ¬ trische Gleichspannung bis zu doppelt so hoch gesetzt, sodass die zweite elektrische Gleichspannung dann bis zu zwei Mal so groß ist wie die erste elektrische Gleichspannung.

Weiterhin vorzugsweise kann die zweite Stufe auch bezüglich einer Sollausgangsspannung der Akkuladevorrichtung gesteuert werden. So kann die Sollausgangsspannung beispielsweise als die zweite Gleichspannung eingestellt bzw. vorgegeben werden. Die zweite Stufe, insbesondere der Gleichrichter der zweiten Stufe, kann dazu anhand eines Steuersignals derart geregelt werden, dass die Sollausgangsspannung am Ausgabeanschluss bereitgestellt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug. Das Hochvoltbordnetz weist eine kraftfahrzeugseitige erfindungsgemäße Akkuladevorrichtung auf. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahr- zeug kann beispielsweise als reines Elektrofahrzeug oder aber Hybridfahrzeug ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein Einspeisungsanschluss der Akkuladevorrichtung direkt mit einem Einspeiseschalter des Hochvoltbordnetzes elektrisch verbunden ist. Über den Einspeise ¬ schalter kann dann gesteuert werden, ob eine zweite Stufe der Akkuladevorrichtung zum Anpassen von elektrischer Gleichspannung genutzt werden soll. Bei Schließen des Einspeiseschalters wird vorzugsweise eine erste elektrische Gleichspannung zur zweiten Stufe zugeführt und insbesondere wird dann an einem Ausgabeanschluss der zweiten Stufe eine zweite elektrische Gleichspannung bereitgestellt. Der Einspeiseschalter ist vorzugsweise als Schütz ausgebildet.

Weiterhin ist der Einspeiseschalter vorzugsweise als Plus- und Minusschalter ausgebildet, sodass Plus und Minus gleichzeitig weggeschaltet werden können. Der Einspeiseschalter ermöglicht also insbesondere eine allpolige Unterbrechung bzw. Wegschal- tung.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Einspeise ¬ schalter auf einer der Akkuladevorrichtung abgewandten Seite des Einspeiseschalters, insbesondere direkt, mit einer Gleichstrom- ladeleitung, welche direkt mit einer kraftfahrzeugexternen Gleichspannungsquelle elektrisch koppelbar ist, elektrisch verbunden ist. Durch das Koppeln des Einspeiseschalters mit der Gleichstromladeleitung kann beispielsweise Gleichstrom von der Gleichspannungsquelle ohne großen Aufwand direkt zum Einspeise- anschluss geführt werden. Vorteilhaft ist dies wenn die Gleich ¬ spannungsquelle beispielsweise nur 400 V bereitstellt, im Hoch ¬ voltbordnetz aber 800 V, beispielsweise für Hochvoltverbraucher, benötigt werden. _

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Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Einspeise Schalter auf einer der Akkuladevorrichtung abgewandten Seite des Einspeiseschalters, insbesondere direkt und/oder insbesondere schalterlos, mit einem Hochvoltakku des Hochvoltbordnetzes elektrisch verbunden ist.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Einspeise ¬ schalter auf einer der Akkuladevorrichtung abgewandten Seite des Einspeiseschalters, insbesondere direkt und/oder insbesondere schalterlos, mit einem Hochvoltbordnetzzweig, welcher zumindest einen Hochvoltverbraucher aufweist, des Hochvoltbordnetzes elektrisch verbunden ist. Der Hochvoltverbraucher kann beispielsweise als Heizeinheit oder Klimakompressor ausgebildet sein. Insbesondere ist der Hochvoltbordnetzzweig als nicht-sta- bilisierter Bordnetzzweig ausgebildet.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Verwendung einer zweiten Stufe einer kraftfahrzeugseitigen Akkuladevorrichtung als Gleichspannungswandler zum Wandeln von Gleichspannung, welche über einen direkt mit einem Zwischenpunkt der Akkula ¬ devorrichtung verbundenen Einspeisungsanschluss der Akkula ¬ devorrichtung in die Akkuladevorrichtung eingespeist wird, wobei der Zwischenpunkt zwischen der zweiten Stufe und einer ersten Stufe der Akkuladevorrichtung angeordnet ist.

Bei der Verwendung der Akkuladevorrichtung des Kraftfahrzeugs, welche als Wechselspannungsladevorrichtung ausgebildet ist, zur Gleichspannungsanpassung bzw. Gleichspannungswandlung, wird eine erste elektrische Gleichspannung aus einem Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs, insbesondere nur, in die zweite Stufe der Akkuladevorrichtung eingespeist und eine zweite elektrische Gleichspannung wird von, insbesondere der zweiten Stufe, der Akkuladevorrichtung ausgegeben. Vorteilhafte Ausführungen der Akkuladevorrichtung sind als vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens und des Hochvoltbordnetzes anzusehen. Die gegenständlichen Komponenten der Akkuladevorrichtung und des Hochvoltbordnetzes sind jeweils dazu ausge- bildet, die jeweiligen Verfahrensschritte durchzuführen.

Direkt elektrisch verbunden bedeutet vorliegend insbesondere, dass eine Verbindung ohne Änderung der Spannungshöhe oder der Stromart vorliegt. Weiterhin bedeutet direkt elektrisch ver- bunden insbesondere, dass die Verbindung schalterlos, wandlerlos und inverterlos vorliegt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen .

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Hochvoltbordnetzes mit einer Akkuladevorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Aus ¬ führungsbeispiels des Hochvoltbordnetzes mit der

AkkuladeVorrichtung; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Aus ¬ führungsbeispiels des Hochvoltbordnetzes mit der Akkuladevorrichtung, wobei ein Einspeiseschalter der Akkuladevorrichtung direkt mit einem Hochvoltakku des

Hochvoltbordnetzes elektrisch verbunden ist;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Aus ¬ führungsbeispiels des Hochvoltbordnetzes mit der Akkuladevorrichtung, wobei der Einspeiseschalter direkt mit einem Hochvoltbordnetzzweig des Hoch ¬ voltbordnetzes elektrisch verbunden ist; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Hochvoltbord- netzes mit einer Akkuladevorrichtung, wobei die

Akkuladevorrichtung in einer dritten Stufe einen Gleichspannungswandler aufweist.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1, mit einem Hochvoltbordnetz 2. Das Hochvoltbordnetz 2 weist eine Akkuladevorrichtung 3 auf. Die Akkuladevorrichtung 3 ist als kraftfahrzeuginterne Wechselspannungsakkuladevorrichtung ausgebildet. Zu diesem Zweck weist die Akkuladevorrichtung 3 einen Ladeanschluss 4 auf. Der Ladeanschluss 4 ist dazu ausgelegt direkt und gleichrichterlos mit einer Wechselspannungsquelle 5 elektrisch verbunden zu werden. Die Wechselspannungsquelle 5 ist kraftfahrzeugextern angeordnet und kann beispielsweise als öffentliche Ladesäule ausgebildet sein oder aber als privater Hausanschluss . Weiterhin weist das Hochvoltbordnetz 2 einen Hochvoltakku 6 auf. Der Hochvoltakku 6 kann beispielsweise als Lithium-Ionen-Akku ¬ mulator ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Hochvoltakku 6 als umschaltbarer Akku ausgebildet, welcher mit einer Nennspannung von 400 V oder 800 V betrieben werden kann. So kann der Hochvoltakku 6 beispielsweise zwei Akkueinheiten aufweisen, welche parallel oder in Reihe geschaltet werden können. Durch Parallel ¬ schalten der Akkueinheiten wird der Hochvoltakku 6 dann beispielsweise mit 400 V betrieben werden. Alternativ kann der Hochvoltakku 6 durch in Serie schalten der Akkueinheiten mit 800 V betrieben werden.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist das Hochvoltbordnetz 2 auch einen Gleichspannungsladeanschluss 7 auf. Der Gleichspannungs- ladeanschluss 7 ist dazu ausgebildet direkt mit einer kraft ¬ fahrzeugexternen Gleichspannungsquelle 8 elektrisch verbunden zu werden. Der Gleichspannungsladeanschluss 7 wird insbesondere spannungsanpassungslos mit der Gleichspannungsquelle 8 ver ¬ bunden. Die Gleichspannungsquelle 8 kann beispielsweise als öffentliche Gleichspannungsladesäule ausgebildet sein.

Weiterhin weist das Hochvoltbordnetz 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel auch einen Traktionsinverter 9 und eine Traktions ¬ einheit 10 auf. Die Traktionseinheit 10 ist insbesondere als Hauptantriebseinheit des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Akkuladevorrichtung 3 mit einem Ausführungsbeispiel des Hochvoltbordnetzes 2. Die Akkuladevorrichtung 3 weist eine erste Stufe 11 und zweite Stufe 12 auf. Die erste Stufe 11 umfasst gemäß dem Ausführungs ¬ beispiel einen Gleichrichter 13 und ein Leistungsfaktorkorrekturfilter 14. Der Gleichrichter 13 ist bezüglich des La- deanschlusses 4 der Akkuladevorrichtung 3 vor das Leistungs ¬ faktorkorrekturfilter 14 angeordnet.

Die zweite Stufe 12 der Akkuladevorrichtung 3 weist einen Wech- selrichter 15, einen Transformator 16 und einen Gleichrichter 17 auf .

Zwischen der ersten Stufe 11 und der zweiten Stufe 12 ist ein Kondensator 18 angeordnet. Über den Kondensator 18 sind die erste Stufe 11 und die zweite Stufe 12 miteinander elektrisch verbunden. Der Kondensator 18 ist parallelgeschalteter Kondensator beziehungsweise als Glättungskondensator ausgebildet und vor ¬ liegend symbolhaft als Kasten dargestellt. Durch einer dem Ladeanschluss 4 entgegengesetzten Seite der Akkuladevorrichtung 3 weist die Akkuladevorrichtung 3 einen Aus- gabeanschluss 19 auf. Der Ausgabeanschluss 19 ist direkt mit dem Gleichrichter 17 der zweiten Stufe 12 elektrisch verbunden. Weiterhin ist die erste Stufe 11 mit der zweiten Stufe 12 über einen Zwischenpunkt 20 elektrisch verbunden. Der Zwischenpunkt 20 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel zwischen dem Kondensator 18 und der zweiten Stufe 12 angeordnet. Direkt mit dem Zwischenpunkt 20 verbunden sind somit insbesondere der Kondensator 18, der Wechselrichter 15 und ein Einspeisungsanschluss 21. Der Ein- speisungsanschluss 21 kann beispielsweise als Steckverbindung ausgebildet sein und ist dazu ausgebildet mit elektrischer Gleichspannung aus dem Hochvoltbordnetz 2 versorgt zu werden bzw. mit dem Hochvoltbordnetz 2 direkt und spannungsanpassungslos mit dem Hochvoltbordnetz 2 elektrisch gekoppelt zu werden. Von dem Zwischenpunkt 20 aus gesehen folgt nach dem Einspeisungsanschluss ein Einspeiseschalter 22. Der Einspeiseschalter 22 ist dazu ausgebildet die Einspeisung von Gleichstrom über den Einspeisungsanschluss 21 zu unterbrechen oder zu ermöglichen bzw. freizuschalten.

Über den Einspeisungsanschluss 21 wird eine erste elektrische Gleichspannung 23 in die Akkuladevorrichtung 3 eingespeist, falls der Einspeiseschalter 22 geschlossen ist. Die erste elektrische Gleichspannung 22 wird dann durch die zweite Stufe 12 angepasst, insbesondere hochgesetzt, und schließlich am Aus- gabeanschluss 19 als eine zweite elektrische Gleichspannung 24 bereitgestellt. Dadurch wird also die zweite Stufe 12 zum An ¬ passen von Gleichspannung aus dem Hochvoltbordnetz 2 verwendet. Das Anpassen der Gleichspannung kann beispielsweise nötig sein, falls die Gleichspannungsquelle 8 lediglich eine unpassende Spannung für beispielsweise den Traktionsinverter 9, die Trak- tionseinheit 10 oder den Hochvoltakku 6 bereitstellt. Es kann aber auch sein, dass der Hochvoltakku 6 nicht die Gleichspannung bereitstellen kann, welche einer Nennspannungsauslegung des Traktionsinverter 9 oder der Traktionseinheit 10 entspricht. So kann der Hochvoltakku 6 beispielsweise durch zwei Akkueinheiten ausgebildet sein, welche beispielsweise in Serie oder parallel geschalten sind. Fällt beispielsweise eine der beiden Akku ¬ einheiten aus, so kann der Hochvoltakku 6 trotzdem noch mit einer Akkueinheit betrieben werden, dann aber lediglich beispielsweise 400 V bereitstellen anstatt 800 V.

Das Hochvoltbordnetz 2 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel auch einen Niedergleichspannungswandler 25 auf. Der Niedergleich- spannungswandler 25 führt ein Tiefstellen der Gleichspannung des Hochvoltbordnetzes 2 durch, sodass ein Niedervoltverbraucher 26 mit Niederspannung 27 versorgt werden kann. Die Niederspannung 27 beträgt insbesondere 12 V.

Weiterhin weist das Hochvoltbordnetz 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel einen ersten Schalter 28 und einen zweiten Schalter 29 auf. Der erste Schalter 28 ist zwischen den Ausgabeanschluss 19 und den Hochvoltakku 6 angeordnet. Der zweite Schalter 29 hin ¬ gegen ist zwischen dem Einspeiseschalter 22 und dem Hochvoltakku 6 angeordnet. Durch den ersten Schalter 28 kann eine direkte Verbindung zwischen dem Traktionsinverter 9 und dem Hochvoltakku 6 unterbrochen werden. Die Verbindung kann dann beispielsweise über den geschlossenen zweiten Schalter 29, den geschlossenen Einspeiseschalter 22 und die zweite Stufe 12 vom Hochvoltakku 6 vom Traktionsinverter 9 hergestellt werden.

Über den zweiten Schalter 29 kann eine direkte Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle 8 und dem Hochvoltakku 6 un ¬ terbrochen werden. Die Verbindung kann nun alternativ beispielsweise über den geschlossenen Einspeiseschalter 22, die zweite Stufe 12 und den geschlossenen ersten Schalter 28 hergestellt werden. Dies ist beispielsweise vorgesehen, falls der Hochvolt ¬ akku 6 bei 800 V betrieben wird und die Gleichspannungsquelle 8 lediglich 400 V bereitstellen kann. Die erste Stufe 11 und die zweite Stufe 12 der Akkuladevorrichtung 3 können beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein oder aber jeweils separat oder aber in verschiedenen Teilgehäusen. Auch der Ladeanschluss 4 kann beispielsweise in dem Gehäuse der Akkuladevorrichtung 3 angeordnet sein oder aber außerhalb des Gehäuses und dann mit einer Stromleitung mit der ersten Stufe 11 elektrisch verbunden. Auch der Einspeisungs- anschluss 21 oder der Ausgabeanschluss 19 können beispielsweise außerhalb oder innerhalb des Gehäuses der Akkuladevorrichtung 3 angeordnet sein. Auch der Einspeiseschalter 22 kann beispiels- weise außerhalb oder innerhalb des Gehäuses der Akkuladevor ¬ richtung 3 angeordnet sein. Die Akkuladevorrichtung 3 kann beispielsweise auch gehäuselos ausgebildet sein oder für jedes einzelne Bauteil ein separates Gehäuse aufweisen. Vorzugsweise ist die Akkuladevorrichtung 3 allerdings kompakt ausgebildet, so dass die Bestandteile der Akkuladevorrichtung 3 möglichst nahe und bauraumsparend zueinander angeordnet sind.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Wechselspannungsquelle 5 über einen Wechselspannungsschalter 30 mit dem Hochvoltbordnetz 2 verbindbar. Auch die Gleichspannungsquelle 8 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel über einen Gleichspannungsschalter 31 mit dem Hochvoltbordnetz 2 elektrisch verbindbar. Gemäß Fig. 2 ist der Kasten mit dem Bezugszeichen 3 also als Grenze, oder insbesondere Gehäuse, der Akkuladevorrichtung 3 zu sehen, während die übrigen durchgezogenen Linien als elektrische Leitungen gesehen werden können. Die elektrischen Leitungen sind insbesondere mehrphasig ausgebildet.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hochvoltbord ¬ netzes 2 mit einem ersten Bordnetzzweig 32 und einem zweiten Bordnetzzweig 33. Der erste Bordnetz zweig 32 umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Heizeinheit 34 und einen Klimakom- pressor 35. Der erste Bordnetzzweig 32 kann weitere Hochvolt ¬ verbraucher aufweisen. Der zweite Bordnetzzweig 33 umfasst den Niedergleichspannungswandler 25 und den Niedervoltverbraucher 26. Auch der zweite Bordnetzzweig 33 kann weitere Niedervolt ¬ verbraucher aufweisen.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der erste Bordnetzzweig 32 als nicht stabilisierter Bordnetzzweig ausgebildet und der zweite Bordnetzzweig 33 ist als stabilisierter Bordnetzzweig ausge ¬ bildet. Ein Bordnetz ist stabilisiert, wenn für dieses mit einem verbundenen Gleichspannungswandler variabel eine von der Nennspannung des Hochvoltakkus 6 abweichende Spannung eingestellt werden kann. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass der zweite Bordnetzzweig 33, d. h. der stabilisierte Bordnetzzweig nicht mit dem Ladeanschluss 4 elektrisch verbunden ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Zwischenpunkt 20 nicht mit dem zweiten Bordnetzzweig 33 direkt elektrisch verbunden ist. Zu diesem Zweck ist der zweite Bordnetzzweig 33 vom ersten Bordnetzzweig 32 über einen dritten Schalter 36 abtrennbar. Durch den dritten Schalter 36 kann der zweite Bordnetzzweig 33 also vom Hochvoltbordnetz 22 abgetrennt werden. Dies ist insbesondere sinnvoll, falls der Einspeiseschalter 22 und der erste Schalter 28 geschlossen sind. Durch den geöffneten dritten Schalter 36 wird dann eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Zwischenpunkt 20 und dem zweiten Bordnetzzweig 33 unterbunden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Einspeiseschalter 22 also direkt und schalterlos mit dem Hochvoltakku 6 elektrisch ver ¬ bunden .

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hochvoltbord- netzes 2. Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist die zweite Stufe 12 drei Phasen auf und der Zwischenpunkt 20 und vorzugsweise auch der Ausgabe 19 sind nur mit einer Phase der drei Phasen der zweiten Stufe 12 elektrisch verbunden. In der zweiten Stufe 12 liegt der Wechselrichter 15, der Transformator 16 und der Gleichrichter 17 der zweiten Stufe 12 gemäß dem Ausführungsbeispiel jeweils für eine der drei Phasen vor.

Weiterhin ist gemäß dem Ausführungsbeispiel an dem Niedergleich- spannungswandler 25 ein Niedervoltakku 37 angeschlossen. Der Niedervoltakku 37 ist vorzugsweise als 12 V-Akku ausgebildet.

Das Hochvoltbordnetz 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel weist einen vierten Schalter 38 und einen fünften Schalter 39 auf. Der vierte Schalter 38 ist derart im Hochvoltbordnetz 2 angeordnet, dass eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Niedergleich- spannungswandler 25 und dem Hochvoltakku 6 unterbrochen werden kann. Der fünfte Schalter 39 hingegen ist derart im Hochvolt- bordnetz 2 angeordnet, dass eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Ausgabeanschluss 19 und dem Niedergleichspannungs- wandler 25 unterbrochen werden kann.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hochvoltbord- netzes 2. Die Akkuladevorrichtung 3 weist gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform eine dritte Stufe 41 auf. Die dritte Stufe 41 ist zwischen der zweiten Stufe 12 und dem Ausgabeanschluss 19 angeordnet. Die dritte Stufe 41 der Akkulade ¬ vorrichtung 3 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Gleich- spannungswandler 40 auf. Der Gleichspannungswandler 40 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel zwischen dem Gleichrichter 17 der zweiten Stufe 12 und dem Ausgabeanschluss 19 angeordnet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist zwischen der zweiten Stufe 12 und der dritten Stufe 41 ein Verbindungspunkt 42 angeordnet. Die zweite Stufe 12 und die dritte Stufe 41 sind dann nur über den Ver ¬ bindungspunkt 42 elektrisch verbunden. Die Spannungsanpassung von der ersten elektrischen Gleichspannung 23 zur zweiten elektrischen Gleichspannung 24 wird gemäß dem Ausführungsbeispiel nur durch den Gleichspannungswandler 40 der dritten Stufe 41 durchgeführt.

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Bezugs zeichenliste

1 Kraftfahrzeug

2 Hochvoltbordnetz

3 Akkulade orrichtung

4 Ladeanschluss

5 Wechselspannungsquelle

6 Hochvoltakku

7 Gleichspannungsladeanschluss

8 Gleichspannungsquelle

9 Traktionsinverter

10 Traktionseinheit

11 erste Stufe

12 zweite Stufe

13 Gleichrichter der ersten Stufe

14 Leistungsfaktorkorrekturfilter

15 Wechselrichter

16 Transformator

17 Gleichrichter der zweiten Stufe

18 Kondensator

19 Ausgabeanschluss

20 Zwischenpunkt

21 Einspeisungsanschluss

22 EinspeiseSchalter

23 erste elektrische Gleichspannung

24 zweite elektrische Gleichspannung

25 Niedergleichspannungswandler

26 NiedervoltVerbraucher

27 Niederspannung

28 erster Schalter

29 zweiter Schalter

30 WechselspannungsSchalter

31 GleichspannungsSchalter

32 erster Bordnetzzweig 2

33 zweiter Bordnetzzweig

34 Heizeinheit

35 Klimakompressor

36 dritter Schalter

37 Niedervoltakku

38 vierter Schalter

39 fünfter Schalter

40 Gleichspannungswandler

41 dritte Stufe

42 Verbindungspunkt