DE102018008603A1 - Circuit arrangement and method for charging a battery arrangement with a plurality of battery modules - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) zum Laden einer Batterieanordnung (12) mit mehreren Batteriemodulen. Dazu wird zunächst ermittelt, welcher Anschluss der Schaltungsanordnung (10) stromführend ist und welcher Anschluss als Neutralleiter (N) ausgebildet ist. Dazu wird eine Spannungsmessung zwischen dem Schutzleiter (PE) und einem der beiden Anschlüsse der Schaltungsanordnung durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Spannungsmessung zwischen einem Mittelabgriff (M) und einem der beiden Anschlüsse der Schaltungsanordnung (10) zum Ermitteln dienen. In einem weiteren Schritt kann ein erstes, zweites, drittes und viertes Schaltelement der Schaltungsanordnung (10) derart angesteuert werden, sodass eines der Batteriemodule der Batterieanordnung (12) geladen wird, während zugleich ein anderes Batteriemodul der Batterieanordnung (12) nicht geladen wird. Dabei können das zweite Schaltelement (S2) und das vierte Schaltelement (S4) taktend betrieben werden, um über jeweils eine Batterieschaltung eine vorgegebene Potentialdifferenz zu realisieren. The present invention relates to a circuit arrangement (10) for charging a battery assembly (12) with a plurality of battery modules. For this purpose, it is first determined which terminal of the circuit arrangement (10) is live and which terminal is designed as a neutral conductor (N). For this purpose, a voltage measurement is performed between the protective conductor (PE) and one of the two terminals of the circuit arrangement. Alternatively or additionally, a voltage measurement between a center tap (M) and one of the two terminals of the circuit arrangement (10) can be used to determine. In a further step, a first, second, third and fourth switching element of the circuit arrangement (10) can be controlled in such a way that one of the battery modules of the battery arrangement (12) is charged, while at the same time another battery module of the battery arrangement (12) is not charged. In this case, the second switching element (S2) and the fourth switching element (S4) can be operated clocking in order to realize a predetermined potential difference via a respective battery circuit.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und Verfahren zum Laden einer Batterieanordnung mit mehreren Batteriemodulen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laden eines Batteriemoduls in einer Batterieanordnung.The present invention relates to a circuit arrangement and method for charging a battery assembly with a plurality of battery modules. Moreover, the invention relates to a method for charging a battery module in a battery assembly.
Beim galvanisch gekoppelten Laden ist es häufig erwünscht, Potentialsprünge im Hochvoltsystem zu vermeiden. Dadurch können Ableitströme über sogenannte Y-Kapazitäten vermieden werden, welche einen Schutzschalter (FI-Typ-A) zum Auslösen bringen würden. Anmelderseitig sind verschiedene Lösungswege bekannt, welche bisher angewendet wurden, um diese Potentialsprünge im Hochvoltsystem zu vermeiden. Der Bereich der Leistungselektronik mit dem springenden Hochvoltpotential kann kleingehalten werden und durch einen Transformator galvanisch vom restlichen Fahrzeug getrennt werden. Dies ist ein üblicher Aufbau eines Bordladers. Nach dem Transformator kann das Bezugspotential wieder frei gewählt werden.In galvanically coupled charging, it is often desirable to avoid potential jumps in the high-voltage system. As a result, leakage currents can be avoided via so-called Y capacitances, which would cause a circuit breaker (FI type A) to trip. Applicant, various approaches are known, which have been used to avoid these potential jumps in the high-voltage system. The range of power electronics with the jumping high-voltage potential can be kept small and be galvanically separated from the rest of the vehicle by a transformer. This is a common construction of a on-board loader. After the transformer, the reference potential can be freely selected again.
Ein anderes Konzept sieht vor, dass bei einem galvanisch gekoppelten Ladesystem der Ableitstrom über die Y-Kapazitäten gemessen wird und über eine Stromquelle ein kompensierender Strom zu den Ableitströmen eingespeist wird.Another concept provides that in the case of a galvanically coupled charging system, the leakage current is measured via the Y capacitances and a compensating current is fed to the leakage currents via a current source.
Eine weitere Lösung sieht vor, dass durch zwei in Reihe geschaltete Spannungswandler zunächst das Hochvoltminuspotential und anschließend das Hochvoltpluspotential auf einen zeitlich konstanten Wert eingeregelt werden. Bei diesen Lösungen muss jedoch entweder eine galvanische Trennung realisiert werden oder bei einer geforderten PFC-Funktionalität muss eine Schaltung auf die volle Batteriespannung ausgelegt werden.Another solution provides that the high-voltage negative potential and then the high-voltage plus potential are adjusted to a constant value over time by two voltage transformers connected in series. In these solutions, however, either a galvanic isolation must be realized or with a required PFC functionality, a circuit must be designed for the full battery voltage.
Die Druckschrift
Die Offenlegungsschrift
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, die ein effizienteres beziehungsweise verbessertes Laden einer Batterie ermöglicht.It is an object of the present invention to provide a circuit arrangement which enables a more efficient or improved charging of a battery.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche dieser Anmeldung sinnvoll gelöst. Alternative Ausführungsformen sowie weitere Beispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Figuren.This object is solved by the independent claims of this application meaningful. Alternative embodiments and further examples emerge from the subclaims, the description and the figures.
Die Erfindung sieht eine Schaltungsanordnung zum Laden einer Batterieanordnung mit mehreren Batteriemodulen vor. In vielen Fällen weist die Batterieanordnung genau zwei Batteriemodule auf, jedoch kann eine Batterieanordnung deutlich mehr als zwei Batteriemodule enthalten. Die Schaltungsanordnung weist einen Gleichrichter zum Transformieren eines Wechselstroms in einen Gleichstrom auf. Die Schaltungsanordnung weist einen an dem Gleichrichter in Serie an einem ersten Ausgang des Gleichrichters angeschlossenen ersten Leitungsabschnitt auf, wobei der erste Leitungsabschnitt eine erste Induktivität, ein dazu paralleles erstes Schaltelement und eine zu diesen parallelen Bauelementen seriell geschaltete erste Batterieschaltung aufweist. Dabei ist die erste Induktivität mithilfe des ersten Schaltelements überbrückbar und die erste Batterieschaltung weist eine erste Parallelschaltung auf. Diese Parallelschaltung weist in einem ersten Zweig ein zweites Schaltelement und in einem dazu parallelen zweiten Zweig ein erstes Batteriemodul auf.The invention provides a circuit arrangement for charging a battery arrangement with a plurality of battery modules. In many cases, the battery assembly will have exactly two battery modules, but a battery assembly may contain well over two battery modules. The circuit has a rectifier for transforming an alternating current into a direct current. The circuit arrangement has a first line section which is connected to the rectifier in series at a first output of the rectifier, wherein the first line section has a first inductance, a first switching element parallel thereto and a first battery circuit connected in series with these. In this case, the first inductance can be bridged by means of the first switching element and the first battery circuit has a first parallel connection. This parallel circuit has a second switching element in a first branch and a first battery module in a second branch parallel thereto.
Die Schaltungsanordnung weist ferner einen an dem Gleichrichter in Serie an einem zweiten Ausgang des Gleichrichters angeschlossenen zweiten Leitungsabschnitt auf. Der zweite Leitungsabschnitt weist eine zweite Induktivität, ein dazu paralleles drittes Schaltelement und eine zu diesen parallelen Bauelementen zweite Batterieschaltung auf. Dabei ist die zweite Induktivität mithilfe des dritten Schaltelements überbrückbar und die zweite Batterieschaltung weist eine zweite Parallelschaltung auf. Die zweite Parallelschaltung weist in einem dritten Zweig ein viertes Schaltelement auf und in einem vierten Zweig ein zweites Batteriemodul. Die Schaltungsanordnung weist ferner einen Mittelabgriff auf, der zwischen dem ersten Batteriemodul und dem zweiten Batteriemodul angeordnet ist und mit dem ersten Zweig der ersten Parallelschaltung und/oder mit dem dritten Zweig der zweiten Parallelschaltung verbunden ist. Darüber hinaus weist die Schaltungsanordnung eine Steuereinheit auf, welche ausgestaltet ist in Abhängigkeit von einer Polarität des Wechselstroms das erste und das zweite Schaltelement oder das dritte und das vierte Schaltelement zum jeweiligen Laden einer der beiden Batteriemodule durchzuschalten. Insbesondere kann die Steuereinheit ebenfalls das erste und das vierte Schaltelement sowie das dritte und das zweite Schaltelement zum jeweiligen Laden einer der beiden Batteriemodule durchschalten. Vorzugsweise kann die Steuereinheit sämtliche Schaltelemente so ansteuern und schalten, dass ein vorgegebenes Batteriemodule oder eine Vielzahl von vorgegebenen Batteriemodulen aufgeladen werden. Mithilfe einer solchen Schaltungsanordnung kann ein Batteriemodul geladen werden, während ein anderes Batteriemodul nicht geladen wird. Eine solche Schaltungsanordnung ermöglicht es, auf eine galvanische Trennung im Bordlader zu verzichten. Dies kann helfen, die Kosten zu reduzieren sowie den Wirkungsgrad während des Ladevorgangs zu erhöhen. Da auf eine galvanische Trennung im Bordlader verzichtet werden kann, können sich auch Vorteile hinsichtlich des Gewichts ergeben.The circuit arrangement further has a second line section connected to the rectifier in series at a second output of the rectifier. The second line section has a second inductance, a third switching element parallel thereto and a second battery circuit parallel to these. In this case, the second inductance can be bridged by means of the third switching element and the second battery circuit has a second parallel connection. The second parallel circuit has a fourth switching element in a third branch and a second battery module in a fourth branch. The circuit arrangement further has a center tap which is located between the first battery module and the second battery module is arranged and connected to the first branch of the first parallel circuit and / or to the third branch of the second parallel circuit. In addition, the circuit arrangement has a control unit which is designed to switch through the first and the second switching element or the third and the fourth switching element for respectively charging one of the two battery modules, depending on a polarity of the alternating current. In particular, the control unit can also switch through the first and the fourth switching element as well as the third and the second switching element for respectively charging one of the two battery modules. Preferably, the control unit can control and switch all switching elements so that a predetermined battery modules or a plurality of predetermined battery modules are charged. With such a circuit arrangement, one battery module can be charged while another battery module is not being charged. Such a circuit arrangement makes it possible to dispense with a galvanic isolation in the on-board charger. This can help to reduce costs and increase efficiency during charging. As can be dispensed with a galvanic separation in the on-board loader, there may also be advantages in terms of weight.
Eine weitere Ausführungsform sieht eine Schaltungsanordnung vor, wobei der Gleichrichter an eine Spannungsquelle mit einem stromführenden Leiter, einem Neutralleiter und einem Schutzleiter angeschlossen ist. Ist der Wechselstrom als Starkstrom ausgebildet, so kann der stromführende Leiter sich in weitere stromführende Leiter aufteilen. Bei einem Starkstrom können dies zum Beispiel drei einzelne stromführende Leiter sein. Mithilfe des Schutzleiters kann die Gefahr eines versehentlichen Aufladens einer Fahrzeugkarosserie unterbunden werden. Damit ist es möglich, eine Batterieanordnung sicher und zuverlässig aufzuladen.A further embodiment provides a circuit arrangement, wherein the rectifier is connected to a voltage source with a current-carrying conductor, a neutral conductor and a protective conductor. If the alternating current is designed as a high current, the current-carrying conductor can be divided into further current-carrying conductors. In the case of a high current, these may be, for example, three individual live conductors. With the help of the protective conductor, the risk of accidental charging of a vehicle body can be prevented. This makes it possible to safely and reliably charge a battery assembly.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der zweite Zweig der ersten Batterieschaltung eine erste Diode aufweist und der vierte Zweig der zweiten Batterieschaltung eine zweite Diode aufweist, um ein Entladen der Batteriemodule zu verhindern. Da Dioden einen Stromfluss idealerweise nur in eine Richtung passieren lassen, kann so ein versehentliches Entladen der Batteriemodule verhindert werden.A further embodiment provides that the second branch of the first battery circuit has a first diode and the fourth branch of the second battery circuit has a second diode in order to prevent discharging of the battery modules. Since diodes ideally allow current to flow only in one direction, it is possible to prevent accidental discharging of the battery modules.
Eine weitere Ausführungsform sieht eine Schaltungsanordnung mit einem angeschlossenen elektrischen Verbraucher und einem Entstörkondensator vor, der an den Schutzleiter angeschlossen ist. Mithilfe des Entstörkondensators können elektromagnetische Störungen verringert werden. Sie können insbesondere hochfrequente Störsignale, welche durch das Betreiben elektrischer oder elektronischer Betriebsmittel hervorgerufen werden, gegen die Masse oder den Neutralleiter leiten oder kurzschließen. Damit kann eine Herabsetzung der elektromagnetischen Störungen bewirkt werden. So kann sichergestellt werden, dass auch im Falle taktend betriebener Schaltelemente innerhalb der Schaltungsanordnung keine elektromagnetischen Störungen auftreten beziehungsweise diese zumindest verringert werden können.Another embodiment provides a circuit arrangement with a connected electrical load and a suppression capacitor, which is connected to the protective conductor. The suppression capacitor can reduce electromagnetic interference. In particular, they can conduct or short-circuit high-frequency interference signals, which are caused by the operation of electrical or electronic equipment, against the ground or the neutral conductor. Thus, a reduction of the electromagnetic interference can be effected. Thus, it can be ensured that even in the case of clocking operated switching elements within the circuit no electromagnetic interference occur or they can be at least reduced.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Laden eines Batteriemoduls in einer Batterieanordnung bereit. Dazu werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt. In einem ersten Schritt a) wird ermittelt, welcher Anschluss einer Schaltungsanordnung gemäß einer der vorhergehenden Varianten stromführend ist und welcher Anschluss als Neutralleiter ausgebildet ist. Dies geschieht mithilfe einer Spannungsmessung zwischen dem Schutzleiter und einem der beiden Anschlüsse der Schaltungsanordnung. Alternativ kann im Schritt a) auf eine andere Weise ermittelt werden, welcher Anschluss der Schaltungsanordnung gemäß einer Variante der Schaltungsanordnung stromführend ausgebildet ist und welcher Anschluss als Neutralleiter ausgebildet ist. Dabei wird bei diesem alternativen Verfahrensschritt die Spannungsmessung zwischen dem Mittelabgriff und einem der beiden Anschlüsse der Schaltungsanordnung durchgeführt. So kann ermittelt werden, welcher Anschluss mit dem stromführenden Leiter und welcher mit dem Neutralleiter verbunden ist.The invention also provides a method of charging a battery module in a battery assembly. For this purpose, the following method steps are carried out. In a first step a) it is determined which terminal of a circuit arrangement according to one of the preceding variants is live and which terminal is designed as a neutral conductor. This is done by means of a voltage measurement between the protective conductor and one of the two terminals of the circuit arrangement. Alternatively, it can be determined in another way in step a), which terminal of the circuit arrangement according to a variant of the circuit arrangement is designed to carry current and which terminal is designed as a neutral conductor. In this case, the voltage measurement between the center tap and one of the two terminals of the circuit arrangement is carried out in this alternative method step. This makes it possible to determine which connection is connected to the live conductor and which is connected to the neutral conductor.
In einem Schritt b) werden das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement der Schaltungsanordnung derart angesteuert, sodass eines der Batteriemodule der Batterieanordnung geladen wird, während zugleich ein anderes Batteriemodul der Batterieanordnung nicht geladen wird. Dabei werden das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement taktend betrieben, um über jeweils eine Batterieschaltung eine vorgegebene Potentialdifferenz zu realisieren. Alternativ ist es auch möglich, dass alle vier Schaltelemente taktend betrieben werden können.In a step b), the first, second, third and fourth switching element of the circuit arrangement are driven in such a way that one of the battery modules of the battery arrangement is charged, while at the same time another battery module of the battery arrangement is not charged. In this case, the second switching element and the fourth switching element are operated in a clocking manner in order to realize a predetermined potential difference via a respective battery circuit. Alternatively, it is also possible that all four switching elements can be operated in a clocking manner.
Somit kann bei einer Traktionsbatterie als Batterieanordnung der Mittelabgriff als Bezugspotential genutzt werden. Im Normalfall befindet sich dieses Bezugspotential in der Mitte der beiden Hochvoltpotentiale und zudem auf dem Potential des Schutzleiters und Neutralleiteranschlusses. Der Normalfall stellt jenen Fall dar, welcher keinen Isolationsfehler beinhaltet. Die Schaltungsanordnung beziehungsweise das galvanisch gekoppelte Ladesystem besitzt am Hochvoltplus- und Hochvoltminusanschluss nach dem Gleichrichter jeweils eine Drossel beziehungsweise Induktivität, die getaktet betrieben werden kann. Dies bedeutet, dass das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement taktend betrieben werden können. Des Weiteren können auch das zweite und das vierte Schaltelement taktend betrieben werden. Somit ist es möglich, dass die Steuereinheit alle Schaltelemente oder vorgegebene Schaltelemente taktend schalten kann. In diesem Zusammenhang kann „taktend steuern“ ebenfalls „taktend schalten“ bedeuten. Damit kann insbesondere steuern auch das ansteuern und/oder schalten von Schaltelementen bedeuten. Je Induktivität kann somit über einen Bypassschalter inaktiv geschaltet werden. In diesem Fall stellen das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement jeweils einen Bypassschalter dar. Je nach Halbwelle des L-Anschlusses wird abwechselnd der Hochvoltplus- und Hochvoltminusanschluss des Gleichrichters mit dem Mittelabgriff verbunden. Der andere Anschluss fungiert währenddessen über die zugeordnete Induktivität als Leistungskorrekturfaktorschalter. Ebenso kann das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement taktend betrieben werden. Diese taktenden Schalter sind parallel zum jeweiligen Batteriemodul angeordnet. In dem Verfahrensschritt a) kann ermittelt werden, welcher Anschluss den L-Anschluss oder den N-Anschluss repräsentiert. Um zu identifizieren, welcher Anschluss welchem Leiter zugeordnet wird, werden die im Verfahrensschritt a) genannten Messungen ausgeführt. Ein Isolationsfehler kann während des Ladevorgangs über einen FI-Typ-B-Fehlerschutzschalter entdeckt werden.Thus, in a traction battery as a battery arrangement, the center tap can be used as a reference potential. Normally, this reference potential is located in the middle of the two high-voltage potentials and also at the potential of the protective conductor and neutral conductor connection. The normal case represents that case which does not include an isolation error. The circuit arrangement or the galvanically coupled charging system has at Hochvoltplus- and Hochvoltminusanschluss after the rectifier in each case a choke or inductance, which can be operated clocked. This means that the first switching element and the third switching element can be operated in a clocking manner. Furthermore, you can also the second and fourth switching elements are operated in a clocking manner. Thus, it is possible that the control unit can switch all switching elements or predetermined switching elements clocking. In this context, "clocking control" can also mean "switching clocking". In particular, it is thus also possible to control the activation and / or switching of switching elements. Each inductor can thus be switched inactive via a bypass switch. In this case, the first switching element and the third switching element each represent a bypass switch. Depending on the half-wave of the L-terminal alternately the Hochvoltplus- and high-voltage negative terminal of the rectifier is connected to the center tap. The other terminal meanwhile acts as the power correction factor switch via the associated inductance. Likewise, the second switching element and the fourth switching element can be operated in a clocking manner. These clocking switches are arranged parallel to the respective battery module. In method step a), it can be determined which port represents the L port or the N port. In order to identify which connection is assigned to which conductor, the measurements mentioned in method step a) are carried out. An insulation fault can be detected during charging via an FI type B fault circuit breaker.
Die beschriebenen Beispiele und Vorteile zur Schaltungsanordnung sowie zu deren verschiedenen Ausführungsformen gelten sinngemäß für das Verfahren und umgekehrt.The examples and advantages described for the circuit arrangement and its various embodiments apply mutatis mutandis to the method and vice versa.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigt:
-
1 ein exemplarisches Schaltbild mit Möglichkeit zum Schalten auf eine Zwischenspannung; -
2 ein schematisches Schaltbild zum galvanisch gekoppelten Laden mit Nutzung eines Mittelabgriffs einer Batterieanordnung; -
3 Schaltungsanordnung mit Darstellung eines Ladevorgangs während einer positiven Halbwelle, wobei der Neutralleiter am unteren Anschluss der Spannungsquelle angeschlossen ist; und -
4 Ausschnitt einer Schaltdarstellung zum Darstellen des Mittelabgriffs der Batterieanordnung bei einer Vielzahl von Batteriemodulen.
-
1 an exemplary circuit diagram with possibility for switching to an intermediate voltage; -
2 a schematic circuit diagram for galvanically coupled charging using a center tap of a battery assembly; -
3 Circuit arrangement showing a charging process during a positive half cycle, wherein the neutral conductor is connected to the lower terminal of the voltage source; and -
4 Part of a circuit diagram illustrating the center tap of the battery assembly in a plurality of battery modules.
Es existieren verschiedene Gründe für die Verwendung eines galvanisch isolierenden Bordladers. Bei einem Isolationsfehler nach der Gleichrichtung der AC-Eingangsspannung wird zusätzlich zum AC-Ladestrom an der Anschlussseite ein überlagerter DC-Strom addiert. Dieser überlagerte DC-Strom treibt den FI-Schutzschalter Typ A in der Haustechnik in die Sättigung. Damit wird dieser Schutzschalter unwirksam. Als Abhilfemaßnahmen sind eine verstärkte Isolation im Bereich des Laders zwischen der AC-Gleichrichtung und der Sekundärseite des Transformators bekannt. Wäre der Bordlader galvanisch gekoppelt ausgeführt, beispielsweise ohne nachgelagerten galvanisch isolierenden DC/DC-Wandler oder mit einem nachgelagerten galvanisch gekoppelten DC/DC-Wandler nach dem heutigen Stand der Technik, so würde die Anforderung der verstärken Isolation auf alle Komponenten in einem Kraftfahrzeug übertragen werden. Dies beträfe alle Komponenten, welche galvanisch mit einem derartigen Ladegerät verbunden werden, wie zum Beispiel die Fahrzeugbatterie, der Antriebsstrang und sämtliche Hochvoltkomponenten im Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs.There are various reasons for the use of a galvanically insulating on-board charger. In the event of an insulation fault after the rectification of the AC input voltage, a superimposed DC current is added in addition to the AC charging current at the connection side. This superimposed DC current drives the Type A RCCB into home automation. Thus, this circuit breaker is ineffective. As remedial measures, increased insulation in the area of the charger between the AC rectification and the secondary side of the transformer is known. If the on-board charger were galvanically coupled, for example without downstream galvanically insulating DC / DC converter or with a downstream galvanically coupled DC / DC converter according to the current state of the art, the requirement of increased isolation would be transferred to all components in a motor vehicle , This would affect all components which are galvanically connected to such a charger, such as the vehicle battery, the powertrain and all high-voltage components in the high-voltage vehicle electrical system.
Nach dem Gleichrichten der Wechselnetzspannung ist das negative Spannungspotential bezogen auf den Neutralleiter
Galvanisch gekoppelte Bordlader weisen in der Regel mehrere Komponenten auf. Sie werden oft an eine Wechselstromquelle angeschlossen, welche einphasig oder mehrphasig sein kann. Dies kann zum Beispiel eine Ladesäule oder ein Hausanschluss sein. Der galvanisch gekoppelte Bordlader weist eine Schaltung mit mehreren Komponenten auf. Eine Komponente davon ist ein Leistungskorrekturfilter PFC, welcher beispielsweise einphasig oder mehrphasig sein kann. Dieser Leistungskorrekturfilter PFC kann eine Sternschaltung oder Dreiecksverschaltung aufweisen. Diese Schaltung kann unidirektional oder bidirektional sein. Der galvanisch gekoppelte Bordlader kann einen oder mehrere DC/DC-Wandler beinhalten. Beispielsweise kann ein erster DC/DC-Wandler zur Stabilisierung des Hochvoltminuspotentials vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise ein Buck-, ein Boost- oder ein Buck-Boost-Wandler sein. Diese Wandler können unidirektional oder bidirektional ausgeführt sein. Ein zweiter DC/DC-Wandler kann optional vorgesehen sein. Dieser zweite DC/DC-Wandler kann zur Stabilisierung der Hochvoltausgangsspannung dienen. Dieser zweite DC/DC-Wandler kann ebenfalls als Buck-Wandler, Boost-Wandler oder als Buck-Boost-Wandler ausgeführt sein. Auch dieser zweite Wandler kann unidirektional oder bidirektional sein. Diese Komponenten können das galvanisch gekoppelte Ladegerät bilden. An dieses galvanisch gekoppelte Ladegerät kann beispielsweise ein Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden. Zu diesem Hochvoltbordnetz können zum Beispiel eine Fahrzeugbatterie, ein Inverter oder weitere Nebenaggregate zählen. Auch elektrische Verbraucher wie zum Beispiel eine Klimaanlage oder ein Infotainmentsystem des Kraftfahrzeugs können an den galvanisch gekoppelten Bordlader angeschlossen werden.Galvanically coupled on-board loaders usually have several components. They are often connected to an AC power source, which may be single-phase or multi-phase. This can be for example a charging station or a house connection. The galvanically coupled on-board charger has a circuit with several components. One component thereof is a power correction filter PFC, which may be single-phase or multi-phase, for example. This power correction filter PFC may have a star connection or a triangular connection. This circuit can be unidirectional or bidirectional. The galvanically coupled on-board charger may include one or more DC / DC converters. For example, a first DC / DC converter to stabilize the high-voltage negative potential to be provided. This can be, for example, a buck, a boost or a buck-boost converter. These transducers can be unidirectional or bidirectional. A second DC / DC converter may optionally be provided. This second DC / DC converter can be used to stabilize the high-voltage output voltage. This second DC / DC converter can also be designed as a buck converter, boost converter or as a buck-boost converter. This second converter can also be unidirectional or bidirectional. These components can form the galvanically coupled charger. For example, a high-voltage vehicle electrical system can be connected to this galvanically coupled charger. For example, a vehicle battery, an inverter or other ancillary units may be included in this high-voltage on-board electrical system. Also electrical consumers such as an air conditioner or an infotainment system of the motor vehicle can be connected to the galvanically coupled on-board charger.
Anstelle zweier Batteriemodule können auch mehrere Batteriemodule eingesetzt werden. In diesem Fall wären zwischen der ersten Batterieschaltung
Die Schaltungsanordnung
Alternativ oder zusätzlich kann auch die Spannung zwischen einem der Netzanschlüsse und dem Mittelabgriff
Derjenige Anschluss, bei dem die Spannungsmessung
Ausgehend von einem AC-Ladeanschluss (Wechselstromladeanschluss) wird der Wechselstrom zunächst gleichgerichtet. Mithilfe des Gleichrichters
In
Im Fall der negativen Halbwelle und dem Neutralleiter am unteren Anschluss der Wechselspannungsquelle stellt sich der Ladevorgang anders dar als in
Dieser zweite Ladevorgang ergibt sich aus dem ersten Ladevorgang von
Ein weiterer dritter Ladevorgang ergibt sich im Falle einer positiven Halbwelle, wobei der Neutralleiter
Ein weiterer vierter Ladevorgang stellt sich dar, wenn der Neutralleiter
Die Schaltungsanordnung
Die Schaltungsanordnung
Bei Batterien mit mehr als zwei Batteriemodulen kann die PFC-Funktion dahingehend vereinfacht werden, indem die Spannung von einzelnen Batteriemodulen als wählbares Gegenspannungsniveau genutzt wird. So kann in Abhängigkeit von einer Spannung eines jeweiligen Batteriemoduls ein Zellbalancing möglich sein. Ein Zellbalancing kann beispielsweise als ein Ausgleichen oder Austarieren von unterschiedlichen Spannungsniveaus der Batteriemodule sein. Aufgrund der Vielzahl der Schaltelemente, welche flexibel beziehungsweise taktend betrieben werden können, können einzelne Batteriemodule geladen werden, während andere Batteriemodule nicht geladen werden. So kann beispielsweise ein einziges Batteriemodul geladen werden oder eine gewünschte Kombination von Batteriemodulen kann gezielt geladen werden. Insbesondere können somit jene Batteriemodule gezielt geladen werden, welche eine geringe Gegenspannung aufweisen und somit nahezu entladen sind. Die Isolationsüberwachung, wie sie bei der Schaltungsanordnung
Die dargestellten Beispiele zur Schaltungsanordnung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Schaltungsanordnungcircuitry
- 1212
- Batterieanordnungbattery assembly
- 1414
- Gleichrichterrectifier
- 1616
- Verbraucherconsumer
- 1818
- Entstörkondensatorsuppression capacitor
- N1 - N4N1 - N4
- erster bis vierter Anschlussfirst to fourth connection
- LL
- stromführender Leiterlive conductor
- NN
- Neutralleiterneutral
- PEPE
- Schutzleiterprotective conductor
- S1 - S4S1 - S4
- erstes bis viertes Schaltelementfirst to fourth switching element
- A1A1
- erster Leitungsabschnittfirst line section
- A2A2
- zweiter Leitungsabschnittsecond line section
- MM
- Mittelabgriffcenter tap
- B1B1
- erste Batterieschaltungfirst battery circuit
- B2B2
- zweite Batterieschaltungsecond battery circuit
- BM1 BM1
- erstes Batteriemodulfirst battery module
- BM2BM2
- zweites Batteriemodulsecond battery module
- Cy+Cy +
- positive Y-Kapazitätpositive Y capacity
- Cy-Cy
- negative Y-Kapazitätnegative Y capacity
- R1 bis R5R1 to R5
- erster bis fünfter Widerstandfirst to fifth resistance
- D1D1
- erste Diodefirst diode
- D2D2
- zweite Diodesecond diode
- SVDSVD
- Stromverlauf DrosselstromaufbauCurrent flow reactor current build-up
- SVFSVF
- Stromverlauf FreilaufphaseCurrent course freewheeling phase
- B8B8
- achte Batterieschaltungeighth battery circuit
- SW1SW1
- erster Stromwegfirst power path
- SW2SW2
- zweiter Stromwegsecond power path
- SSSS
- Stromsensorcurrent sensor
- L1L1
- erste Induktivitätfirst inductance
- L2L2
- zweite Induktivitätsecond inductance
- C1, C2C1, C2
- erstes, zweites Modulfirst, second module
- SMSM
- Sensor zur SpannungsmessungSensor for voltage measurement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2013/0094255 A1 [0005]US 2013/0094255 A1 [0005]
- DE 102011077701 A1 [0006]DE 102011077701 A1 [0006]
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| DE102018008603.9A DE102018008603A1 (en) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | Circuit arrangement and method for charging a battery arrangement with a plurality of battery modules |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102019007807A1 (en) | 2019-11-11 | 2020-07-09 | Daimler Ag | Method for charging an electrical energy store of an electrically operated vehicle, and switching arrangement |
| WO2021123440A1 (en) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | Delta Motorsport Limited | Power routing system |
| DE102020102658A1 (en) | 2020-02-03 | 2021-08-05 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method for monitoring y-capacities |
| US11279244B2 (en) * | 2019-09-10 | 2022-03-22 | Audi Ag | Electroplated AC charger with monitoring and diagnostic system |
| DE102022207170A1 (en) | 2022-07-13 | 2024-01-18 | Vitesco Technologies GmbH | Vehicle high-voltage electrical system with serially connected switchable Cy capacitors and switched derivation |
| DE102022130358A1 (en) | 2022-11-16 | 2024-05-16 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Device and method for leakage current compensation |
| DE102023201656A1 (en) * | 2023-02-23 | 2024-08-29 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Charging device and electric drive and charging system for an electric vehicle |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011077701A1 (en) | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Robert Bosch Gmbh | Battery i.e. lithium-ion battery, for e.g. vehicle, has set of poles connected to node between blocks, and another set of poles connected to end tapping, where set of voltage states is tapped based on blocks lying between two sets of poles |
| US20130094255A1 (en) | 2011-10-13 | 2013-04-18 | Acbel Polytech Inc. | Power factor correction circuit capable of estimating input current and control method for the same |
-
2018
- 2018-11-02 DE DE102018008603.9A patent/DE102018008603A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011077701A1 (en) | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Robert Bosch Gmbh | Battery i.e. lithium-ion battery, for e.g. vehicle, has set of poles connected to node between blocks, and another set of poles connected to end tapping, where set of voltage states is tapped based on blocks lying between two sets of poles |
| US20130094255A1 (en) | 2011-10-13 | 2013-04-18 | Acbel Polytech Inc. | Power factor correction circuit capable of estimating input current and control method for the same |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11279244B2 (en) * | 2019-09-10 | 2022-03-22 | Audi Ag | Electroplated AC charger with monitoring and diagnostic system |
| DE102019007807A1 (en) | 2019-11-11 | 2020-07-09 | Daimler Ag | Method for charging an electrical energy store of an electrically operated vehicle, and switching arrangement |
| WO2021123440A1 (en) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | Delta Motorsport Limited | Power routing system |
| DE102020102658A1 (en) | 2020-02-03 | 2021-08-05 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method for monitoring y-capacities |
| WO2021156282A1 (en) | 2020-02-03 | 2021-08-12 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method for monitoring y-capacitors |
| DE102022207170A1 (en) | 2022-07-13 | 2024-01-18 | Vitesco Technologies GmbH | Vehicle high-voltage electrical system with serially connected switchable Cy capacitors and switched derivation |
| DE102022130358A1 (en) | 2022-11-16 | 2024-05-16 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Device and method for leakage current compensation |
| DE102022130358B4 (en) | 2022-11-16 | 2024-11-07 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Device and method for leakage current compensation |
| DE102023201656A1 (en) * | 2023-02-23 | 2024-08-29 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Charging device and electric drive and charging system for an electric vehicle |
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