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DE102010051323B4 - Charging system for charging a battery of a vehicle with a two-way charge controller - Google Patents

Charging system for charging a battery of a vehicle with a two-way charge controller Download PDF

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DE102010051323B4
DE102010051323B4 DE102010051323.7A DE102010051323A DE102010051323B4 DE 102010051323 B4 DE102010051323 B4 DE 102010051323B4 DE 102010051323 A DE102010051323 A DE 102010051323A DE 102010051323 B4 DE102010051323 B4 DE 102010051323B4
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Abstract

Ladesystem (1) zum Laden einer Batterie (6) eines Fahrzeuges, wobei das Ladesystem (1) umfasst: mindestens einen Umrichter zum Umrichten einer Wechselspannung in eine Gleichspannung beim Laden der Batterie (6) sowie zum Umrichten einer Gleichspannung in eine Wechselspannung beim Betreiben eines Elektromotors (3) durch die Batterie (6), einen Stromnetz-Ladeanschluss (10) zum Anschließen eines externen Stromversorgungsnetzes an den Umrichter, einen Zwischenkreiskondensator (4), und mindestens eine erste Schalteinheit (11a, 11b) zum Trennen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Umrichter und dem Elektromotor (3), gekennzeichnet durch einen unmittelbar und mittels einer dritten Schalteinheit (22) unterbrechbar mit der Batterie (6) verbundenen Zwei-Weg-Laderegler (5) zum Lade-Tiefsetzen einer Eingangsspannung aus dem externen Stromversorgungsnetz während des Ladevorganges der Batterie (6) und zum Lade-Hochsetzen einer Eingangsspannung aus der Batterie (6) zum Aufladen des zwischen dem Zwei-Weg-Laderegler (5) und dem Umrichter (2, 2a, 2b), parallel geschalteten Kondensators (4), wobei der Zwei-Weg-Laderegler (5) einen von einem Betriebsschaltkreis zum Betreiben des Elektromotors (3) durch die Batterie (6) unabhängigen Ladeschaltkreis mit der Batterie (6) zum Laden der Batterie (6) und des Kondensators (4) aufweist, wobei der Ladeschaltkreis einen ersten Positivleiter (12a, 12b) und einen Negativleiter (13) umfasst.A charging system (1) for charging a battery (6) of a vehicle, the charging system (1) comprising: at least one converter for converting an AC voltage to a DC voltage during charging of the battery (6) and for converting a DC voltage into an AC voltage when operating a Electric motor (3) through the battery (6), a power supply charging connection (10) for connecting an external power supply network to the inverter, an intermediate circuit capacitor (4), and at least one first switching unit (11a, 11b) for separating an electrically conductive connection between the inverter and the electric motor (3), characterized by a two-way charge controller (5) connected directly and by means of a third switching unit (22) interruptible to the battery (6) for charging an input voltage from the external power supply network during the charging process the battery (6) and for charging-boosting an input voltage from the battery (6) for charging the zwi the two-way charge controller (5) and the inverter (2, 2a, 2b), parallel-connected capacitor (4), wherein the two-way charge controller (5) one of an operating circuit for operating the electric motor (3) the battery (6) independent charging circuit with the battery (6) for charging the battery (6) and the capacitor (4), wherein the charging circuit comprises a first positive conductor (12a, 12b) and a negative conductor (13).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ladesystem zum Laden einer Batterie eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to a charging system for charging a battery of a vehicle according to the preamble of claim 1.

Aufgrund der fortschreitenden Entwicklung bzgl. der Antriebe eines Fahrzeuges finden Elektromotoren zunehmend Verwendung, entweder in Hybridantrieben, indem ein oder mehrere Elektromotoren mit einem Verbrennungsmotor antriebstechnisch gekoppelt sind, oder auch als alleinige Antriebsmotoren zum Antreiben eines rein elektrisch betriebenen Fahrzeuges, wie beispielsweise eines Pkws, eines Mofas oder Mopeds oder auch eines Fahrrads.Due to the progressive development with respect to the drives of a vehicle, electric motors are increasingly being used, either in hybrid drives, in that one or more electric motors are drivingly coupled to an internal combustion engine, or as sole drive motors for driving a purely electrically operated vehicle, such as a passenger car Mopeds or mopeds or even a bicycle.

Elektromotoren, welche vorzugweise in Hybridantrieben gemeinsam bzw. neben den Verbrennungsmotoren Verwendung finden, sind üblicherweise mit einer Batterie oder einem Akkumulator verbunden, welche z. B. durch die Bremskraftrückgewinnung und während des Betriebes des Verbrennungsmotors mit elektrischer Energie versorgt werden, um sich entsprechend aufzuladen. Demzufolge ist es nicht erforderlich diese Batterie beispielsweise über ein externes Stromversorgungsnetz, z. B. während das Fahrzeug geparkt wird, zusätzlich aufzuladen.Electric motors, which are preferably used in hybrid drives together or in addition to the internal combustion engines, are usually connected to a battery or an accumulator, which z. B. are supplied by the brake power recovery and during operation of the internal combustion engine with electrical energy to charge accordingly. Consequently, it is not necessary this battery, for example, via an external power supply network, for. B. while the vehicle is parked, in addition to charge.

Anders verhält es sich bei den rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen, bei denen lediglich ein oder mehrere Elektromotoren den Antrieb des Fahrzeuges übernehmen. Es ist verständlich, dass auch hier die den Elektromotor mit elektrischem Strom versorgende Batterie ebenfalls durch beispielsweise die Bremskraftrückgewinnung mit elektrischer Energie versorgt werden kann, jedoch reicht diese Energierückgewinnung nicht aus, um beispielsweise einen Pkw über eine längere Distanz hinweg zu bewegen. Zudem entfallen zusätzliche Energieumwandler, wie beispielsweise der Verbrennungsmotor in den Hybridantrieben. Folglich ist es erforderlich die Batterie dieses Elektrofahrzeuges zusätzlich mittels beispielsweise externer Stromversorgungsnetze aufzuladen.The situation is different with purely electrically operated vehicles, in which only one or more electric motors take over the drive of the vehicle. It is understandable that here too the battery supplying the electric motor with electrical current can also be supplied with electrical energy by, for example, the brake force recovery, but this energy recovery is not sufficient, for example, to move a passenger car over a longer distance. In addition, additional energy converters, such as the internal combustion engine in the hybrid drives omitted. Consequently, it is necessary to additionally charge the battery of this electric vehicle by means of, for example, external power grids.

Das dazu im Fahrzeug angeordnete Ladesystem weist dafür nebst der Batterie und dem Elektromotor nach firmeninterner Kenntnis zumeist einen Umrichter zum Umrichten einer Gleichspannung in eine Wechselspannung beim Betreiben des Elektromotors und zum Umrichten einer Wechselspannung in eine Gleichspannung beim Laden der Batterie, einen Stromnetz-Ladeanschluss zum Anschließen des externen Stromversorgungsnetzes und ein Spannungsanpassungsmodul zum angepassten Laden der Batterie gemäß der Ladecharakteristik der Batterie auf.The arranged in the vehicle charging system has for this purpose in addition to the battery and the electric motor to internal knowledge usually a converter for converting a DC voltage into an AC voltage when operating the electric motor and for converting an AC voltage into a DC voltage when charging the battery, a power grid charging port for connecting of the external power supply network and a voltage adjustment module for adapted charging of the battery according to the charging characteristic of the battery.

Zumeist ist besonders das Spannungsanpassungsmodul, welches beispielsweise während dem Laden der Batterie zum Einsatz kommt, bzw. dessen Bauteile derart hoch dimensioniert, dass sowohl die Nutzleistung des Elektromotors, die beispielsweise ca. 100 KW betragen kann, genauso über das Spannungsanpassungsmodul geführt wird, wie auch die Netzleistung des externen Stromversorgungsnetzes zum Laden der Batterie.In most cases, especially the voltage adjustment module, which is used for example during charging of the battery, or its components are so highly dimensioned that both the useful power of the electric motor, which may be about 100 KW, for example, is performed on the voltage adjustment module, as well the network power of the external power supply network for charging the battery.

DE 10 2008 063 465 A1 zeigt ein System mit einer Batterie, einem Umrichter, einem Elektromotor, einer Schalteinrichtung und einem Netzanschluss sowie einem Laderegler. Weiter umfasst die Vorrichtung einen Zwischenkreiskondensator, welcher auf der Seite der Batterie angeordnet ist. Der Laderegler ist zwischen dem Umrichter und der Batterie angeordnet und kann als ein Tiefsetzsteller oder als ein Hochsetzsteller ausgebildet sein. Ist die Schalteinrichtung derart geschaltet, dass der Motor eine Verbindung zu der Batterie aufweist, so kann der Motor mittels der Batterie betrieben werden. Ist die Schalteinrichtung derart geschaltet, dass die Batterie mit dem Netzanschluss in Verbindung steht, so kann die Batterie geladen werden. DE 10 2008 063 465 A1 shows a system with a battery, an inverter, an electric motor, a switching device and a power supply and a charge controller. Furthermore, the device comprises a link capacitor, which is arranged on the side of the battery. The charge controller is disposed between the inverter and the battery and may be configured as a buck converter or as a boost converter. If the switching device is connected such that the motor has a connection to the battery, then the motor can be operated by means of the battery. If the switching device is connected in such a way that the battery is connected to the mains connection, then the battery can be charged.

US 2004/0062059 A1 beschreibt einen Umrichter, der über eine Schalteinheit mit einem Laderegler verbunden ist. Über die Schalteinheit kann der Umrichter mit einem Stromversorgungsnetz verbunden werden, um beispielsweise über den Laderegler die Batterie zu laden. Bei einer Schaltung der Schalteinheit, beispielsweise beim Laden der Batterie, und einem entsprechenden Schalten der Schalteinheit kann ein elektrischer Motor derart mit dem Umrichter und den Speichereinrichtungen verbunden werden, dass dieser elektrische Motor über mit aus den Speichereinrichtungen entnommenem elektrischen Strom betrieben werden kann. US 2004/0062059 A1 describes a converter, which is connected via a switching unit with a charge controller. About the switching unit, the inverter can be connected to a power supply network, for example, to charge the battery via the charge controller. In a circuit of the switching unit, for example when charging the battery, and a corresponding switching of the switching unit, an electric motor can be connected to the inverter and the memory devices such that this electric motor can be operated via with drawn from the memory devices electrical power.

Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ladesystem zum Laden einer Batterie eines Fahrzeuges zur Verfügung zu stellen, welches einen Zwei-Weg-Laderegler aufweist, der aufgrund seiner Schaltkreisanordnung lediglich kleine, bedarfsgerecht dimensionierte Bauteile verwendet, wodurch das Ladesystem kostengünstig und bauraumoptimiert herzustellen ist, und welches zudem eine reduzierte Anzahl der im Aufbau des Ladesystems verwendeten Leistungshalbleiter aufweist, wodurch die Herstellung des Ladesystem folglich vereinfacht wird.Accordingly, it is the object of the present invention to provide a charging system for charging a battery of a vehicle having a two-way charge controller, which uses only small, needs-sized components due to its circuit arrangement, whereby the charging system is inexpensive and space to produce optimized , and which also has a reduced number of power semiconductors used in the construction of the charging system, thus simplifying the manufacture of the charging system.

Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung mittels eines Ladesystems zum Laden einer Batterie eines Fahrzeuges gemäß dem Anspruch 1.This object is achieved by the present invention by means of a charging system for charging a battery of a vehicle according to claim 1.

Demnach wird ein Ladesystem zum Laden einer Batterie eines Fahrzeuges beansprucht, wobei das Ladesystem mindestens einen Umrichter zum Umrichten einer Wechselspannung in eine Gleichspannung beim Laden der Batterie sowie zum Umrichten einer Gleichspannung in eine Wechselspannung beim Betreiben eines Elektromotors durch die Batterie, einen Stromnetz-Ladeanschluss zum Anschließen eines externen Stromversorgungsnetzes an den Umrichter, einen Zwischenkreiskondensator, und mindestens eine erste Schalteinheit zum Trennen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Umrichter und dem Elektromotor umfasst.Accordingly, a charging system for charging a battery of a vehicle is claimed, wherein the charging system has at least one converter for converting an AC voltage into a DC voltage during charging of the battery and the Converting a DC voltage into an AC voltage when operating an electric motor by the battery, a power supply charging connection for connecting an external power supply network to the inverter, a DC link capacitor, and at least one first switching unit for separating an electrically conductive connection between the inverter and the electric motor.

Dabei zeichnet sich das erfindungsgemäße Ladesystem durch einen unmittelbar und mittels einer dritten Schalteinheit unterbrechbar mit der Batterie verbundenen Zwei-Weg-Laderegler zum Lade-Tiefsetzen einer Eingangsspannung aus dem externen Stromversorgungsnetz während des Ladevorganges der Batterie und zum Lade-Hochsetzen einer Eingangsspannung aus der Batterie zum Aufladen des zwischen dem Zwei-Weg-Laderegler und dem Umrichter parallel geschalteten Kondensators aus. Zudem weist der Zwei-Weg-Laderegler einen von einem Betriebsschaltkreis zum Betreiben des Elektromotors durch die Batterie unabhängigen Ladeschaltkreis mit der Batterie zum Laden der Batterie und des Kondensators auf, wobei der Ladeschaltkreis einen ersten Positivleiter und einen Negativleiter umfasst.In this case, the charging system according to the invention is characterized by a directly and by means of a third switching unit interruptible connected to the battery two-way charge controller for charge-subsetting an input voltage from the external power supply network during the charging of the battery and charge-boosting an input voltage from the battery Charge the capacitor connected in parallel between the two-way charge controller and the inverter. In addition, the two-way charge controller has a charging circuit independent of an operating circuit for operating the electric motor by the battery with the battery for charging the battery and the capacitor, wherein the charging circuit comprises a first positive conductor and a negative conductor.

Infolgedessen ist es möglich, dass die Batterie beispielsweise über den Ladeschaltkreis und im Speziellen über den Plusleiter einen elektrischen Strom an den Zwei-Weg-Laderegler leitet, so dass dieser vorzugsweise in Form eines Hochsetzstellers bzw. Aufwärtswandler die von der Batterie erzeugte Eingangsspannung in eine höhere Ausgangsspannung wandelt, um den Kondensator bzw. den Zwischenkreiskondensator aufzuladen.As a result, it is possible for the battery, for example via the charging circuit and in particular via the plus conductor, to conduct an electric current to the two-way charge controller, so that the latter, preferably in the form of a boost converter, converts the input voltage generated by the battery into a higher one Output voltage converts to charge the capacitor or the DC link capacitor.

Das Aufladen des Kondensators auf eine maximale Spannung bzw. auf eine Spannung, die höher ist als die Spannung des externen Stromversorgungsnetzes ist vor allem vor dem Anstecken des Stromnetz-Ladeanschlusses an ein externes Stromversorgungsnetz wichtig, um Einsschaltstromstöße zu vermeiden und folglich die Batterie, wie auch das externe Stromversorgungsnetz selbst vor einer Beschädigung zu bewahren.The charging of the capacitor to a maximum voltage or to a voltage which is higher than the voltage of the external power supply network is especially important before plugging in the power supply socket to an external power grid to avoid inrush surges and consequently the battery, as well to protect the external power supply itself from damage.

Beispielsweise ist der Kondensator in einem Zwischenkreis, der zudem den parallel zum Kondensator geschalteten Zwei-Weg-Laderegler sowie die parallel geschaltete Batterie aufweist, angeordnet.For example, the capacitor in an intermediate circuit, which also has the parallel to the capacitor connected two-way charge controller and the battery connected in parallel, arranged.

Bei einer Aufladung des Kondensators sind der Zwei-Weg-Laderegler bzw. die dafür vorgesehenen elektrischen Bauteile beispielsweise auf ca. lediglich 50 W dimensioniert.When the capacitor is charged, the two-way charge controller or the electrical components provided for this purpose are dimensioned, for example, to approximately 50 W only.

Eine zweite Funktionsweise des Zwei-Weg-Ladereglers ist die Ladung der Batterie bzw. der Fahrzeugbatterie, indem in diesem Fall der Zwei-Weg-Laderegler als Tiefsetzsteller bzw. Abwärtswandler fungiert, um die Batterie mittels einer Netzleistung des externen Stromversorgungsnetzes, welches die üblichen Kenngrößen, wie z. B. 220 bis 240 V (einphasiges Wechselstromnetz) oder ca. 400 V (Drehstromnetz) aufweist, zu laden.A second mode of operation of the two-way charge controller is the charge of the battery or the vehicle battery, in this case, the two-way charge controller acts as a buck converter or down converter to the battery by means of a network performance of the external power supply network, the usual characteristics , such as B. 220 to 240 V (single-phase AC) or about 400 V (three-phase network) has to load.

Dafür sind der Zwei-Weg-Laderegler bzw. die dafür vorgesehenen elektrischen Bauteile beispielsweise auf ca. 3 bis 100 kW, bevorzugt auf ca. 5 bis 50 kW und besonders bevorzugt auf ca. 10 bis 25 kW dimensioniert, um ein schnelles Laden der Batterie zu ermöglichen, ohne die Batterie zu beschädigen, zu „überladen” oder nicht vollständig zu laden.For this purpose, the two-way charge controller or the electrical components provided for this purpose are dimensioned, for example, at about 3 to 100 kW, preferably at about 5 to 50 kW and particularly preferably at about 10 to 25 kW, in order to charge the battery quickly without damaging, overcharging or fully charging the battery.

Eine Überwachung und insbesondere eine Steuerung und Regelung der Lade- und Entladeströme von und zu der Batterie wird beispielsweise mittels eines Ladesteuerungselementes, welches vorzugsweise ein Bestandteil des Zwei-Weg-Ladereglers ist, bewirkt, welches durch eine kontrollierte Überwachung der Ladecharakteristik der Batterie ein Überladen und/oder ein unvollständiges Laden der Batterie verhindert.A monitoring and in particular a control and regulation of the charging and discharging currents to and from the battery is effected, for example, by means of a charging control element, which is preferably a component of the two-way charge controller, which by overcharging and monitoring of the charging characteristics of the battery / or incomplete charging of the battery prevented.

Folgerichtig ist der Zwei-Weg-Laderegler auch in der Lage die Ladecharakteristik der Batterie zu erfassen, um ein darauf abgestimmtes Laden der Batterie zu ermöglichen, beispielsweise durch ein Anpassen des Ladestroms oder der Ladespannung.Consequently, the two-way charge controller is also able to detect the charging characteristics of the battery to allow a tuned charging the battery, for example by adjusting the charging current or the charging voltage.

Demzufolge ist der Zwei-Weg-Laderegler auf eine notwendige Ladeleistung dimensionierbar und muss folglich nicht auf eine maximale Traktionsleistung ausgelegt werden, wodurch zusätzliche Bauteile im Gegensatz zu den konventionellen Ladesystemen eingespart werden.Consequently, the two-way charge controller is dimensioned to a necessary charging power and therefore does not have to be designed for a maximum traction power, whereby additional components are saved in contrast to the conventional charging systems.

Es ist weiterhin anzumerken, dass um ein Laden der Batterie zu ermöglichen die Leitung zwischen dem Elektromotor und dem mindestens einen Umrichter mittels beispielsweise der ersten Schalteinheit, welche aus mindestens einem elektrischen Schalter besteht, getrennt werden sollte. Dadurch wird verhindert, dass dem Elektromotor elektrische Energie des externen Stromversorgungsnetzes zugeführt wird, wodurch dieser angetrieben werden könnte. Eine zusätzliche Arretierung des Fahrzeuges während des Ladevorganges der Batterie ist somit nicht erforderlich.It should also be noted that in order to allow a charging of the battery, the line between the electric motor and the at least one inverter should be separated by means of, for example, the first switching unit, which consists of at least one electrical switch. This prevents that the electric motor electrical energy of the external power supply network is supplied, which could be driven. An additional locking of the vehicle during the charging of the battery is therefore not required.

Der Zwei-Weg-Laderegler selbst ist in einem von dem Betriebsschaltkreis unabhängigen Schaltkreis geschaltet. D. h., dass der Betriebsschaltkreis, welcher zum Betrieb des Elektromotors durch die Batterie verwendet wird und folglich zumindest die Batterie, den Elektromotor und den Umrichter umfasst, unabhängig von dem Ladeschaltkreis, welcher zum Laden der Batterie und des Kondensators genutzt wird und zumindest die Batterie, den Zwei-Weg-Laderegler sowie den Kondensator und/oder den Umrichter umfasst, geschalten ist.The two-way charge controller itself is connected in a circuit independent of the operating circuit. That is, the operating circuit used for operating the electric motor by the battery, and thus comprising at least the battery, the electric motor and the inverter, regardless of the charging circuit, which is used for charging the battery and the capacitor and at least the Battery, the two Off-charge controller and the capacitor and / or the inverter comprises, is switched.

Somit fließt ein durch den Zwei-Weg-Laderegler geregelter elektrischer Stromfluss lediglich über den Ladeschaltkreis, welcher zu diesem Zwecke einen ersten Positivleiter, welcher an dem Pluspol der Batterie angeschlossen ist und einen Negativleiter, welcher an dem Minuspol der Batterie angeschlossen ist, aufweist.Thus, an electric current flow controlled by the two-way charge regulator flows only through the charging circuit, which has for this purpose a first positive conductor which is connected to the positive pole of the battery and a negative conductor which is connected to the negative pole of the battery.

In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Negativleiter des Ladeschaltkreises dem Negativleiter des Betriebsschaltkreises.In a preferred embodiment, the negative conductor of the charging circuit corresponds to the negative conductor of the operating circuit.

Demnach weist der Betriebsschaltkreis einen zweiten Positivleiter und einen mit dem Ladeschaltkreis gemeinsamen Negativleiter auf, wobei der Betriebsschaltkreis mittels einer an dem zweiten Positivleiter angeschlossenen zweiten Schalteinheit unterbrechbar ist.Accordingly, the operating circuit has a second positive conductor and a negative conductor common to the charging circuit, wherein the operating circuit is interruptible by means of a second switching unit connected to the second positive conductor.

Es ist jedoch auch denkbar, dass der Ladeschaltkreis einen von dem Betriebsschaltkreis unabhängigen Negativleiter aufweist, welcher vom Minuspol der Batterie, über den Zwei-Weg-Laderegler bis beispielsweise zum Zwischenkreiskondensator verläuft.However, it is also conceivable that the charging circuit has a negative conductor independent of the operating circuit, which runs from the negative pole of the battery, via the two-way charge controller to, for example, the intermediate circuit capacitor.

Der Betriebsschaltkreis kann vorzugsweise mittels der zweiten Schalteinheit unterbrochen werden, um ein Laden des Kondensators oder der Batterie mittels des Ladeschaltkreises zu ermöglichen.The operating circuit may preferably be interrupted by means of the second switching unit to allow charging of the capacitor or the battery by means of the charging circuit.

Wird die zweite Schalteinheit, welche vorzugsweise aus einem elektrischen Schalter besteht derart aktiviert, dass ein elektrischer Strom über den Betriebsschaltkreis fließen kann (Schalter ein), so erfolgt bei einem noch zugeschalteten Ladeschaltkreis ein Überbrücken dieses Ladeschaltkreises, wodurch es zur Entladung der Batterie über den Betriebsschaltkreis und folglich zum Betrieb bzw. Antrieb des Elektromotors kommt. Folglich dient diese zweite Schalteinheit als galvanische Trennung der Batterie vom Elektromotor.If the second switching unit, which preferably consists of an electrical switch, is activated in such a way that an electric current can flow through the operating circuit (switch on), a bridging of this charging circuit takes place when the charging circuit is still switched on, whereby the battery is discharged via the operating circuit and consequently comes to the operation or drive of the electric motor. Consequently, this second switching unit serves as galvanic isolation of the battery from the electric motor.

Der Ladeschaltkreis kann während des Antriebes des Elektromotors durch die Batterie auch beispielsweise mittels einer dritten Schalteinheit von der Batterie abgetrennt werden (Schalter der dritten Schalteinheit ist offen).The charging circuit can also be separated from the battery during the drive of the electric motor by the battery, for example by means of a third switching unit (switch of the third switching unit is open).

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Positivleiter des Ladeschaltkreises einen ersten Leitungsabschnitt vom Kondensator zum Zwei-Weg-Laderegler und einen zweiten Leitungsabschnitt vom Zwei-Weg-Laderegler zu einem Pluspol der Batterie auf, wobei die zweite Schalteinheit demnach zwischen dem Ladeschaltkreis und dem Pluspol der Batterie geschaltet ist.In a preferred embodiment, the first positive conductor of the charging circuit has a first line section from the capacitor to the two-way charge controller and a second line section from the two-way charge controller to a positive pole of the battery, wherein the second switching unit between the charging circuit and the positive pole of the Battery is switched.

Demzufolge „umgeht” der Ladeschaltkreis die zweite Schalteinheit und kann folglich von dieser nicht unterbrochen werden.As a result, the charging circuit "bypasses" the second switching unit and thus can not be interrupted by it.

Weiterführend ist beispielsweise auch der Umrichter und vorzugsweise die Gleichspannungsseite des Umrichters mit dem Positivleiter bzw. mit dem ersten Leitungsabschnitt des Positivleiters verbunden.Further, for example, the inverter and preferably the DC side of the inverter with the positive conductor or with the first line section of the positive conductor is connected.

Es ist auch denkbar, dass in Anlehnung an die Anordnung des ersten Positivleiters der Zwei-Weg-Laderegler mit einem von dem Betriebsschaltkreis unabhängigen zweiten Negativleiter mit dem Minuspol der Batterie verbunden ist. Infolgedessen würde beispielsweise dieser zweite Negativleiter des Ladeschaltkreises einen ersten Leitungsabschnitt von einem Minuspol der Batterie zum Zwei-Weg-Laderegler und einen zweiten Leitungsabschnitt vom Zwei-Weg-Laderegler zum Kondensator aufweisen.It is also conceivable that, based on the arrangement of the first positive conductor of the two-way charge controller is connected to a separate from the operating circuit second negative conductor to the negative terminal of the battery. As a result, for example, this second negative conductor of the charging circuit would have a first line section from a negative terminal of the battery to the two-way charge controller and a second line section from the two-way charge controller to the condenser.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist beispielsweise der Umrichter und vorzugsweise die Gleichspannungsseite des Umrichters mit dem Negativleiter verbunden.In a preferred embodiment, for example, the inverter and preferably the DC side of the inverter is connected to the negative conductor.

Infolgedessen ist der Zwei-Weg-Laderegler vorzugsweise parallel zu der Batterie und/oder bevorzugt parallel zum Kondensator und/oder zum Umrichter geschalten.As a result, the two-way charge controller is preferably connected in parallel with the battery and / or preferably in parallel with the capacitor and / or with the converter.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Zwei-Weg-Laderegler mindestens zwei Leistungsschalter als elektronische Bauteile auf, wobei jeder Leistungsschalter jeweils einen Transistor in Parallelschaltung zu einer Diode umfasst.In a further preferred embodiment, the two-way charge controller has at least two power switches as electronic components, each power switch each comprising a transistor in parallel with a diode.

Dadurch ist es möglich beispielsweise einen gleichgerichteten elektrischen Strom, kommend von der Batterie über einen Leistungsschalter zu dem Kondensator zu leiten, um Letzteren aufladen zu können.This makes it possible, for example, to conduct a rectified electric current coming from the battery via a power switch to the capacitor in order to charge the latter.

Andererseits ist es möglich einen durch den Umrichter und den Kondensator gleichgerichteten elektrischen Strom über einen Leistungsschalter zu der Batterie zu transportieren, um folglich die Batterie aufzuladen.On the other hand, it is possible to transport an electric current rectified by the inverter and the capacitor via a power switch to the battery, thus charging the battery.

Vorzugsweise weist der Zwei-Weg-Laderegler mindestens ein Ladesteuerungselement zur Ladeleistungsregelung und -steuerung der Batterie auf, welches vorzugsweise zumindest mit den Leistungsschaltern des Zwei-Weg-Ladereglers und/oder mit der dritten Schalteinheit des Zwei-Weg-Ladereglers verbunden ist.The two-way charge controller preferably has at least one charge control element for charging power control of the battery, which is preferably connected at least to the circuit breakers of the two-way charge controller and / or to the third switching unit of the two-way charge controller.

Es ist auch denkbar, dass das Ladesteuerungselement mit beispielsweise einem Vorladekreislauf, welcher bevorzugt aus einem Widerstand und einer Schalteinheit besteht, verbunden ist, wobei dieser Vorladekreislauf vorzugsweise ein Bestandteil des Zwei-Weg-Ladereglers darstellt und beispielsweise beim Laden bzw. vor dem Laden des Zwischenkreiskondensators eingesetzt wird, um eine Beschädigung des Zwischenkreiskondensators durch zu große Stromstöße aus der Batterie zu verhindern.It is also conceivable that the charging control element with, for example, a Vorladekreislauf, which preferably consists of a resistor and a switching unit is connected, said pre-charge preferably represents a part of the two-way charge controller and is used for example during charging or before charging the DC link capacitor to damage the DC link capacitor by too large To prevent surges from the battery.

Mittels des Ladesteuerungselements ist es beispielsweise möglich die benötigte Ladeleistung der Batterie zu bestimmen, um z. B. eine definierte Spannung bei der Ladung der Batterie zu erzeugen. Dies ist erforderlich aufgrund der Tatsache, dass die Batterie selbst, welche z. B. für den Antrieb des Elektromotors ca. 100 kW Leistung zur Verfügung stellen kann, selbst jedoch beispielsweise mit ca. 3 bis 100 kW, vorzugsweise mit ca. 5 bis 50 kW und besonders bevorzugt mit ca. 10 bis 25 kW aus dem externen Stromversorgungsnetz ladbar ist.By means of the charging control element, it is possible, for example, to determine the required charging power of the battery, for. B. to generate a defined voltage in the charge of the battery. This is necessary due to the fact that the battery itself, which z. B. for the drive of the electric motor about 100 kW can provide power, but even for example with about 3 to 100 kW, preferably with about 5 to 50 kW and more preferably with about 10 to 25 kW from the external power grid is loadable.

Es ist weiterhin anzumerken, dass der Kondensator nicht nur als Glättungskondensator bei der Umwandlung des Wechselstromes in Gleichstrom Verwendung findet, sondern auch zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie verwendet wird, um beispielsweise Einschaltstromstöße beim Anstecken des Stromnetz-Ladeanschlusses an das externe Stromversorgungsnetz zu vermeiden.It should also be noted that the capacitor is not only used as a smoothing capacitor in the conversion of the alternating current into direct current, but is also used for temporary storage of electrical energy to avoid, for example inrush surges when plugging the power grid charging connection to the external power grid.

Dafür wird der Kondensator mittels elektrischer Energie der Batterie, welche durch den Zwei-Weg-Laderegler transportiert wird, geladen, so dass letztendlich der Kondensator bzw. der Zwischenkreis eine höhere Spannung aufweist als die Spannung des externen Stromversorgungsnetzes.For this, the capacitor is charged by means of electrical energy of the battery, which is transported by the two-way charge controller, so that ultimately the capacitor or the intermediate circuit has a higher voltage than the voltage of the external power supply network.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Umrichter mindestens zwei Leistungsschalter je Phase auf, die jeweils einen Transistor in Parallelschaltung zu einer Diode umfassen, wobei die zwei Leistungsschalter in Reihe geschaltet sind, und wobei der Stromnetz-Ladeanschluss an einem Knotenpunkt zwischen den zwei Leistungsschaltern angeschlossen ist.In a further preferred embodiment, the inverter comprises at least two power switches per phase, each comprising a transistor in parallel with a diode, the two power switches being connected in series, and the power grid charging terminal being connected at a node between the two power switches ,

Demzufolge befindet sich der Stromnetz-Ladeanschluss bevorzugt auf der Wechselstromseite des Umrichters, um von dem externen Stromversorgungsnetz aufgenommene elektrische Energie einem Umrichter zuzuführen.Accordingly, the power grid charging terminal is preferably located on the AC side of the inverter to supply electrical power received from the external power grid to an inverter.

Des Weiteren umfasst der Umrichter vorzugsweise drei zueinander parallel geschaltete Reihenschaltungen aus jeweils mindestens zwei Leistungsschaltern, wobei die Reihenschaltungen jeweils parallel zum Kondensator geschaltet sind.Furthermore, the converter preferably comprises three series circuits connected in parallel to each other, each comprising at least two power switches, wherein the series circuits are each connected in parallel to the capacitor.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Umrichter ein Doppelumrichter, welcher einen ersten und einen zweiten Umrichter bzw. Inverter zur Wandlung der Gleichspannung der Batterie in eine Wechselspannung für den Elektromotor beim Betreiben des Elektromotors oder eine Wechselspannung des externen Stromversorgungsnetzes in eine Gleichspannung für die Batterie während des Ladevorgangs der Batterie aufweist, wobei der Elektromotor jeweils mit dem ersten und dem zweiten Umrichter verbunden ist.In a further preferred embodiment, the inverter is a double converter, which has a first and a second converter or inverter for converting the DC voltage of the battery into an AC voltage for the electric motor when operating the electric motor or an AC voltage of the external power supply network in a DC voltage for the battery during the charging of the battery, wherein the electric motor is connected to each of the first and the second inverter.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die erste Schalteinheit beispielsweise aus zwei Schaltern bzw. Schalteinheiten, welche jeweils zwischen dem ersten und dem zweiten Umrichter geschalten sind, so dass diese Schalteinheiten jeweils eine Verbindung zwischen den beiden Umrichtern trennen können.In a further preferred embodiment, the first switching unit, for example, two switches or switching units, which are each connected between the first and the second inverter, so that these switching units can each separate a connection between the two converters.

Es ist zudem denkbar, dass der Elektromotor ein in eine Sternschaltung geschalteter Drehstrommotor ist, welcher folglich zwischen den beiden Umrichtern bzw. Invertern des Doppelumrichters geschaltet ist.It is also conceivable that the electric motor is a three-phase motor connected in a star connection, which is consequently connected between the two inverters or inverters of the double converter.

Zudem ist es möglich, dass der Zwei-Weg-Laderegler ein Teil der Batterie ist und folglich kein eigenständiges elektrisches Bauteil.In addition, it is possible that the two-way charge controller is part of the battery and therefore not a separate electrical component.

Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft zwei Schaltkreise von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ladesystems dargestellt sind.Further advantages, objects and characteristics of the present invention are explained with reference to the following description of the appended drawing, in which two circuits of embodiments of the charging system according to the invention are shown by way of example.

Komponenten, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Komponenten nicht in allen Figuren gekennzeichnet und erläutert sein müssen.Components which at least substantially coincide in the figures with respect to their function may in this case be identified by the same reference symbols, these components not having to be identified and explained in all figures.

In den Figuren zeigen:In the figures show:

1 einen Schaltkreis einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladesystems mit einem Doppelumrichter, und 1 a circuit of a first embodiment of the charging system according to the invention with a double converter, and

2 einen Ausschnitt eines Schaltkreis einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladesystems. 2 a detail of a circuit of a second embodiment of the charging system according to the invention.

In der 1 ist ein Schaltkreis einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladesystems 1 mit einem Doppelumrichter 2, welcher aus einem ersten Umrichter 2a bzw. ersten Inverter 2a und einem zweiten Umrichter 2b bzw. zweiten Inverter 2b besteht, einem Elektromotor 3, einem Zwischenkreiskondensator 4 bzw. Kondensator 4, einem Zwei-Weg-Laderegler 5 und einer Batterie 6 dargestellt.In the 1 is a circuit of a first embodiment of the charging system according to the invention 1 with a double inverter 2 , which consists of a first inverter 2a or first inverter 2a and a second inverter 2 B or second inverter 2 B consists of an electric motor 3 , a DC link capacitor 4 or capacitor 4 , a two-way charge controller 5 and a battery 6 shown.

Die beiden Umrichter 2a und 2b weisen jeweils drei parallel zueinander angeordnete Reihenschaltungen, welche sich aus jeweils zwei in Reihe geschaltete Leistungsschalter 7 zusammensetzen, auf. Jeder Leistungsschalter besteht aus einer Diode 8, welche parallel zu einem Transistor 9 geschalten ist. The two inverters 2a and 2 B each have three series circuits arranged parallel to one another, which each consist of two series-connected circuit breakers 7 put together, on. Each circuit breaker consists of a diode 8th which is parallel to a transistor 9 is switched.

Der Elektromotor 3 ist zwischen die jeweils in Reihe geschalteten Leistungsschalter geschaltet und folglich mit beiden Umrichtern 2a und 2b verbunden. Der Kondensator 4 ist parallel zu den Umrichtern 2a und 2b sowie zu dem Zwei-Weg-Laderegler 5 und der Batterie 6 geschalten.The electric motor 3 is connected between the series-connected circuit breakers and therefore with both inverters 2a and 2 B connected. The capacitor 4 is parallel to the inverters 2a and 2 B as well as to the two-way charge controller 5 and the battery 6 switched.

Der Stromnetz-Ladeanschluss 10 ist an einem Knotenpunkt zwischen den jeweils zwei in Reihe geschalteten Leistungsschaltern 7 des ersten Umrichters 2a und dem Motor 3 angeschlossen. Vor dem Ladevorgang wird die erste Schalteinheit, welche gemäß 1 aus zwei Schalteinheiten bzw. Schaltern 11a und 11b besteht, derart geschalten, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Motor 3 und dem Stromnetz-Ladeanschluss 10 bzw. dem ersten Umrichter 2a unterbrochen bzw. getrennt wird (Schalter offen). Diese Positionierung der ersten Schalteinheit 11a, 11b bleibt auch während des gesamten Ladevorganges bestehen, so dass während der Ladung der Batterie 6 mittels elektrischer Energie aus einem externen Stromversorgungsnetz (hier nicht gezeigt) kein elektrischer Strom zum Motor 3 fließen kann. Dadurch wird die Gefahr, dass der Motor 3 während des Ladevorgangs angetrieben wird und das Fahrzeug sich in Bewegung setzt, vermieden.The power grid charging port 10 is at a node between each of the two series-connected circuit breakers 7 of the first inverter 2a and the engine 3 connected. Before charging, the first switching unit, which according to 1 from two switching units or switches 11a and 11b consists, so switched, that an electrically conductive connection between the engine 3 and the power grid charging port 10 or the first inverter 2a interrupted or disconnected (switch open). This positioning of the first switching unit 11a . 11b It will also last throughout the charging process, so while charging the battery 6 by means of electrical energy from an external power supply network (not shown here) no electrical power to the engine 3 can flow. This will increase the risk of the engine 3 is driven during the charging process and the vehicle is set in motion, avoided.

Der Zwei-Weg-Laderegler 5 ist über einen Ladeschaltkreis welcher einen Positivleiter 12a, 12b und einen Negativleiter 13 aufweist mit der Batterie 6 und dem Zwischenkreiskondensator 4 verbunden. Der Positivleiter 12a, 12b setzt sich aus einem ersten Leitungsstrang bzw. – abschnitt 12a, welcher zumindest den Kondensator 4 mit dem Zwei-Weg-Laderegler 5 verbindet und einem zweiten Leitungsabschnitt 12b, welcher den Zwei-Weg-Laderegler 5 mit dem Pluspol 6a der Batterie 6 verbindet, zusammen. Der Negativleiter 13 entspricht gemäß der 1 dem Negativleiter des Betriebsschaltkreises.The two-way charge controller 5 is via a charging circuit which a positive conductor 12a . 12b and a negative conductor 13 has with the battery 6 and the DC link capacitor 4 connected. The positive conductor 12a . 12b consists of a first wiring harness or - section 12a which at least the capacitor 4 with the two-way charge controller 5 connects and a second line section 12b which is the two-way charge controller 5 with the positive pole 6a the battery 6 connects, together. The negative conductor 13 corresponds to the 1 the negative conductor of the operating circuit.

Der Ladeschaltkreis wird vorzugsweise dafür genutzt entweder den Kondensator 4 mittels der elektrischen Energie der Batterie 6 aufzuladen oder die Batterie 6 mittels der elektrischen Energie des externen Stromversorgungsnetzes zu laden.The charging circuit is preferably used for either the capacitor 4 by means of the electrical energy of the battery 6 charge or the battery 6 to be charged by means of the electrical energy of the external power supply network.

Demgegenüber geht ein von dem Ladeschaltkreis unabhängiger Betriebsschaltkreis mit einem zweiten Positivleiter 14, welcher an dem Pluspol 6a der Batterie 6 angeschlossen ist und dem Negativleiter 13, welcher an dem Minuspol 6b der Batterie 6 angeschlossen ist von der Batterie 6 aus. Zudem weist der Betriebsschaltkreis eine an dem Positivleiter 14 geschaltete zweite Schalteinheit 15 auf, welche beispielsweise eine Unterbrechung des Betriebschaltkreises bewirkt, wenn z. B. der Kondensator 4 oder die Batterie 6 aufgeladen wird bzw. werden soll.In contrast, an independent of the charging circuit operating circuit with a second positive conductor 14 , which at the positive pole 6a the battery 6 connected and the negative conductor 13 , which at the negative pole 6b the battery 6 is connected from the battery 6 out. In addition, the operating circuit has one on the positive conductor 14 switched second switching unit 15 which, for example, causes an interruption of the operating circuit when z. B. the capacitor 4 or the battery 6 is charged or should be.

Ist der Schalter 15 bzw. die zweite Schalteinheit 15 geschlossen und ermöglicht somit einen elektrisch leitenden Betriebschaltkreis, so erfolgt ein Entladen der Batterie 6 zum Antrieb des Elektromotors 3. Infolgedessen wird lediglich dann Strom über den Betriebsschaltkreis geführt, wenn der Elektromotor 3 mit elektrischer Energie versorgt werden soll.Is the switch 15 or the second switching unit 15 closed and thus allows an electrically conductive operating circuit, so there is a discharge of the battery 6 to drive the electric motor 3 , As a result, only power is passed through the operating circuit when the electric motor 3 to be supplied with electrical energy.

Mit diesem Betriebsschaltkreis sind gemäß der 1 die Batterie 6, die Umrichter 2a, 2b bzw. der Doppelumrichter 2 und der Elektromotor 3 verbunden.With this operating circuit are according to the 1 the battery 6 , the inverter 2a . 2 B or the double inverter 2 and the electric motor 3 connected.

Es ist denkbar, dass der Zwei-Weg-Ladeanschluss 5 ein Bestandteil der Batterie 6 ist.It is conceivable that the two-way charging port 5 a component of the battery 6 is.

2 zeigt einen Ausschnitt eines Schaltkreises einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladesystems 1. Hierbei wird nur ein Umrichter 2a aufgeführt, der jedoch die gleiche Bauweise aufzeigt, wie der Umrichter 2a der 1 und dementsprechend hier nicht weiter erläutert werden soll. Auch der Zwischenkreiskondensator 4 ist wieder parallel zum Zwei-Weg-Laderegler 5 und zur Batterie 6 geschalten. 2 shows a section of a circuit of a second embodiment of the charging system according to the invention 1 , Here is only one inverter 2a However, it shows the same construction as the inverter 2a of the 1 and accordingly should not be explained further here. Also the DC link capacitor 4 is again parallel to the two-way charge controller 5 and to the battery 6 switched.

Der Zwei-Weg-Laderegler 5 weist ebenfalls zwei Leistungsschalter 7 mit jeweils einer parallel zu einem Transistor 9 geschalteten Diode 8 auf. Zudem ist zwischen den zwei Leistungsschaltern 7 des Zwei-Weg-Ladereglers 5 ein Vorladeschaltkreis, welcher aus einem Widerstand 23 und einer zu dem Widerstand 23 parallel geschalteten vierte Schalteinheit 24 besteht, geschalten.The two-way charge controller 5 also has two circuit breakers 7 each with a parallel to a transistor 9 switched diode 8th on. In addition, there is between the two circuit breakers 7 of the two-way charge controller 5 a precharge circuit, which consists of a resistor 23 and one to the resistance 23 connected in parallel fourth switching unit 24 exists, switched.

Der Weiteren ist eine Induktivität 21 bzw. Spule 21 mit einer dritten Schalteinheit 22 in Reihe mit dem Pluspol 6a der Batterie 6 geschalten. Infolgedessen ist es möglich bei beispielsweise einem Aufladen des Zwischenkreiskondensators 4 durch die Batterie 6 die zweite Schalteinheit 15, welche gemäß 2 aus zwei Schalteinheiten 15a und 15b bzw. zwei Schalter 15a und 15b besteht zu deaktivieren bzw. die Schalter 15a und 15b zu öffnen, so dass kein elektrischer Strom mehr über den Betriebsschaltkreis fließen kann, wobei die dritte Schalteinheit 22 aktiviert bzw. geschlossen wird. Dadurch kann ein elektrischer Strom über den Positivleiter des Ladeschaltkreises zur Spule 21, welche hierbei als magnetischer Zwischenspeicher beim Laden des Kondensators 4 dient, und weiter zum Vorladeschaltkreis fließen.The further is an inductance 21 or coil 21 with a third switching unit 22 in series with the positive pole 6a the battery 6 switched. As a result, it is possible for example, a charging of the DC link capacitor 4 through the battery 6 the second switching unit 15 which according to 2 from two switching units 15a and 15b or two switches 15a and 15b consists of disable or the switches 15a and 15b open, so that no more electrical current can flow through the operating circuit, the third switching unit 22 is activated or closed. This allows an electrical current through the positive conductor of the charging circuit to the coil 21 , which in this case as a magnetic latch when charging the capacitor 4 serves, and continue to flow to the precharge circuit.

Ist die vierte Schalteinheit 24 deaktiviert, d. h. geöffnet, so erfolgt das Vorladen des Kondensators 4 über den Widerstand 23, um eine Beschädigung des Kondensators 4 aufgrund beispielsweise von Stromstößen zu vermeiden.Is the fourth switching unit 24 deactivated, ie opened, the precharging of the capacitor takes place 4 about the resistance 23 to damage the capacitor 4 due to, for example, power surges.

Erreicht die Kondensatorspannung vorgegebene Werte bzw. die Werte der Batteriespannung, so wird die vierte Schalteinheit 24 vorzugsweise aktiviert bzw. geschlossen, wodurch der elektrische Strom ungehindert über den entsprechenden Leistungsschalter 7 bis zum Kondensator 4 fließen kann, so dass es möglich ist die Kondensatorspannung derart zu erhöhen, dass diese letztendlich die Batteriespannung übersteigt. Dies entspricht der Funktionsweise eines Hochsetzstellers bzw. einen Aufwärtswandlers.If the capacitor voltage reaches predetermined values or the values of the battery voltage, the fourth switching unit becomes 24 preferably activated or closed, whereby the electric current freely via the corresponding circuit breaker 7 to the condenser 4 can flow, so that it is possible to increase the capacitor voltage such that it ultimately exceeds the battery voltage. This corresponds to the operation of a boost converter or a boost converter.

Das Ladesteuerungselement 20 ist an den Leistungsschaltern 7 des Zwei-Weg-Ladereglers 5 sowie an der dritten 22 und vierten Schalteinheit 24 angeschlossen und steuert bzw. regelt, vorzugsweise die Aufladung der Batterie 6 so dass diese beispielsweise nicht überladen werden kann bzw. die Ladung der Batterie nicht vorzeitig abgebrochen wird, obwohl diese noch nicht vollständig geladen ist.The charge control element 20 is on the circuit breakers 7 of the two-way charge controller 5 as well as at the third 22 and fourth switching unit 24 connected and controls or regulates, preferably the charging of the battery 6 so that it can not be overcharged, for example, or the charge of the battery is not prematurely terminated, although this is not fully charged.

Zudem ist es möglich, dass das Ladesteuerungselement 20 auch die Aufladung des Zwischenkreiskondensators 4 steuert und regelt, so dass ein Hochsetzen der Kondensatorspannung über den Wert der Batteriespannung erfolgen kann, ohne dass der Kondensator beim Aufladevorgang beschädigt wird.It is also possible that the charge control element 20 also the charging of the DC link capacitor 4 controls and regulates, so that the capacitor voltage can be increased above the value of the battery voltage without damaging the capacitor during the charging process.

Somit obliegt es dem Ladesteuerungselement 20 die Leistungsschalter 7 des Zwei-Weg-Ladereglers jeweils entsprechend ihrer auszuführenden Funktion anzusteuern, um entweder den Kondensator durch die Batterie oder die Batterie durch ein externes Stromversorgungsnetz aufzuladen.Thus, it is up to the charge control element 20 the circuit breaker 7 to control the two-way charge controller respectively according to their function to be performed to either charge the capacitor through the battery or the battery through an external power supply network.

Es ist anzumerken, dass die dritte Schalteinheit 22 vorzugsweise ein Bestandteil des Zwei-Weg-Ladereglers 5 und kein Bestandteil der Batterie 6 ist.It should be noted that the third switching unit 22 preferably a component of the two-way charge controller 5 and not part of the battery 6 is.

Die Anmelderin behält sich vor sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.The Applicant reserves the right to claim all features disclosed in the application documents as essential to the invention, provided that they are novel individually or in combination with respect to the prior art.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Ladesystemcharging system
22
Doppelumrichterdual inverters
2a2a
erster Umrichterfirst inverter
2b2 B
zweiter Umrichtersecond inverter
33
Elektromotorelectric motor
44
ZwischenkreiskondensatorLink capacitor
55
Zwei-Weg-LadereglerTwo-way charge controller
66
Batteriebattery
6a6a
Pluspol der BatteriePositive pole of the battery
6b6b
Minuspol der BatterieNegative pole of the battery
77
Leistungsschalterbreakers
88th
Diodediode
99
Transistortransistor
1010
Stromnetz-LadeanschlussMains charging port
11a11a
erster Schalter der ersten Schalteinheitfirst switch of the first switching unit
11b11b
zweiter Schalter der ersten Schalteinheitsecond switch of the first switching unit
12a12a
erster Leitungsabschnitt des ersten Positivleitersfirst line section of the first positive conductor
12b12b
zweiter Leitungsabschnitt des ersten Positivleiterssecond line section of the first positive conductor
1313
Negativleitersnegative conductor
1414
zweiter Positivleitersecond positive conductor
1515
zweite Schalteinheitsecond switching unit
15a15a
erster Schalter der zweiten Schalteinheitfirst switch of the second switching unit
15b15b
zweiter Schalter der zweiten Schalteinheitsecond switch of the second switching unit
2020
LadesteuerungselementCharging control element
2121
Induktivitätinductance
2222
dritte Schalteinheitthird switching unit
2323
Widerstandresistance
2424
vierte Schalteinheitfourth switching unit

Claims (12)

Ladesystem (1) zum Laden einer Batterie (6) eines Fahrzeuges, wobei das Ladesystem (1) umfasst: mindestens einen Umrichter zum Umrichten einer Wechselspannung in eine Gleichspannung beim Laden der Batterie (6) sowie zum Umrichten einer Gleichspannung in eine Wechselspannung beim Betreiben eines Elektromotors (3) durch die Batterie (6), einen Stromnetz-Ladeanschluss (10) zum Anschließen eines externen Stromversorgungsnetzes an den Umrichter, einen Zwischenkreiskondensator (4), und mindestens eine erste Schalteinheit (11a, 11b) zum Trennen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Umrichter und dem Elektromotor (3), gekennzeichnet durch einen unmittelbar und mittels einer dritten Schalteinheit (22) unterbrechbar mit der Batterie (6) verbundenen Zwei-Weg-Laderegler (5) zum Lade-Tiefsetzen einer Eingangsspannung aus dem externen Stromversorgungsnetz während des Ladevorganges der Batterie (6) und zum Lade-Hochsetzen einer Eingangsspannung aus der Batterie (6) zum Aufladen des zwischen dem Zwei-Weg-Laderegler (5) und dem Umrichter (2, 2a, 2b), parallel geschalteten Kondensators (4), wobei der Zwei-Weg-Laderegler (5) einen von einem Betriebsschaltkreis zum Betreiben des Elektromotors (3) durch die Batterie (6) unabhängigen Ladeschaltkreis mit der Batterie (6) zum Laden der Batterie (6) und des Kondensators (4) aufweist, wobei der Ladeschaltkreis einen ersten Positivleiter (12a, 12b) und einen Negativleiter (13) umfasst.Charging system ( 1 ) for charging a battery ( 6 ) of a vehicle, wherein the charging system ( 1 ) comprises: at least one converter for converting an AC voltage to a DC voltage when charging the battery ( 6 ) and for converting a DC voltage into an AC voltage when operating an electric motor ( 3 ) through the battery ( 6 ), a mains charging port ( 10 ) for connecting an external power supply network to the inverter, a DC link capacitor ( 4 ), and at least one first switching unit ( 11a . 11b ) for separating an electrically conductive connection between the converter and the electric motor ( 3 ), characterized by a directly and by means of a third switching unit ( 22 ) interruptible with the battery ( 6 ) two-way charge controller ( 5 ) for charging-lowering an input voltage from the external power grid during the charging of the battery ( 6 ) and for charging an input voltage from the battery ( 6 ) for charging between the two-way charge controller ( 5 ) and the inverter ( 2 . 2a . 2 B ), parallel-connected capacitor ( 4 ), the two-way charge controller ( 5 ) one of an operating circuit for operating the electric motor ( 3 ) through the battery ( 6 ) independent charging circuit with the battery ( 6 ) for charging the battery ( 6 ) and the capacitor ( 4 ), wherein the charging circuit has a first positive conductor ( 12a . 12b ) and a negative conductor ( 13 ). Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsschaltkreis einen zweiten Positivleiter (14) und einen mit dem Ladeschaltkreis gemeinsamen Negativleiter (13) aufweist, wobei der Betriebsschaltkreis mittels einer an dem zweiten Positivleiter (14) angeordneten zweiten Schalteinheit (15, 15a, 15b) unterbrechbar ist.Charging system according to claim 1, characterized in that the operating circuit a second positive conductor ( 14 ) and a common with the charging circuit negative conductor ( 13 ), wherein the operating circuit by means of a on the second positive conductor ( 14 ) arranged second switching unit ( 15 . 15a . 15b ) is interruptible. Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Positivleiter (12a, 12b) einen ersten Leitungsabschnitt (12a) vom Kondensator (4) zum Zwei-Weg-Laderegler (5) und einen zweiten Leitungsabschnitt (12b) vom Zwei-Weg-Laderegler (5) zu einem Pluspol (6a) der Batterie (6) aufweist, wobei die zweite Schalteinheit (15) zwischen dem Ladeschaltkreis und dem Pluspol (6a) der Batterie (6) geschaltet ist.Charging system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the first positive conductor ( 12a . 12b ) a first line section ( 12a ) from the capacitor ( 4 ) to the two-way charge controller ( 5 ) and a second line section ( 12b ) from the two-way charge controller ( 5 ) to a positive pole ( 6a ) of the battery ( 6 ), wherein the second switching unit ( 15 ) between the charging circuit and the positive pole ( 6a ) of the battery ( 6 ) is switched. Ladesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwei-Weg-Laderegler (5) parallel zu der Batterie (6) geschalten ist.Charging system according to one of the preceding claims, characterized in that the two-way charge controller ( 5 ) parallel to the battery ( 6 ) is switched. Ladesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwei-Weg-Laderegler (5) mindestens zwei Leistungsschalter (7) aufweist, wobei jeder Leistungsschalter (7) jeweils einen Transistor (9) in Parallelschaltung zu einer Diode (8) umfasst.Charging system according to one of the preceding claims, characterized in that the two-way charge controller ( 5 ) at least two circuit breakers ( 7 ), each circuit breaker ( 7 ) each have a transistor ( 9 ) in parallel with a diode ( 8th ). Ladesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwei-Weg-Laderegler (5) mindestens ein Ladesteuerungselement (20) zur Ladeleistungsregelung und -steuerung der Batterie (6) aufweist.Charging system according to one of the preceding claims, characterized in that the two-way charge controller ( 5 ) at least one charge control element ( 20 ) for the charging power control and control of the battery ( 6 ) having. Ladesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladesteuerungselement (20) zumindest mit den Leistungsschalter (7) und/oder der dritten Schalteinheit (22) des Zwei-Weg-Ladereglers (5) verbunden ist.Charging system according to claim 6, characterized in that the charging control element ( 20 ) at least with the circuit breaker ( 7 ) and / or the third switching unit ( 22 ) of the two-way charge controller ( 5 ) connected is. Ladesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (4) zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie verwendet wird, um Einschaltstromstöße beim Anstecken des Stromnetz-Ladeanschlusses (10) an das externe Stromversorgungsnetz zu vermeiden.Charging system according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitor ( 4 ) is used for caching of electrical energy to inrush surges when plugging in the power grid charging port ( 10 ) to the external power supply network. Ladesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter mindestens zwei Leistungsschalter (7), die jeweils einen Transistor (9) in Parallelschaltung zu einer Diode (8) umfassen, aufweist, wobei die zwei Leistungsschalter (7) in Reihe geschaltet sind, und wobei der Stromnetz-Ladeanschluss (10) an einem Knotenpunkt zwischen den zwei Leistungsschaltern (7) angeschlossen ist.Charging system according to one of the preceding claims, characterized in that the inverter at least two circuit breakers ( 7 ), each one transistor ( 9 ) in parallel with a diode ( 8th ), wherein the two power switches ( 7 ) are connected in series, and wherein the power grid charging port ( 10 ) at a node between the two circuit breakers ( 7 ) connected. Ladesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter drei zueinander parallel geschaltete Reihenschaltungen aus jeweils mindestens zwei Leistungsschaltern (7) umfasst, wobei die Reihenschaltungen parallel zum Kondensator (4) geschaltet sind.Charging system according to one of the preceding claims, characterized in that the inverter three series-connected in parallel to each other from each at least two circuit breakers ( 7 ), wherein the series connections parallel to the capacitor ( 4 ) are switched. Ladesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter ein Doppelumrichter (2) ist, welcher einen ersten (2a) und einen zweiten Umrichter (2b) zur Wandlung der Gleichspannung der Batterie (6) in eine Wechselspannung für den Elektromotor (3) beim Betreiben des Elektromotors (3) oder eine Wechselspannung des externen Stromversorgungsnetzes in eine Gleichspannung für die Batterie (6) während des Ladevorgangs der Batterie (6) aufweist, wobei der Elektromotor (3) jeweils mit dem ersten (2a) und dem zweiten Umrichter (2b) verbunden ist.Charging system according to one of the preceding claims, characterized in that the converter is a double converter ( 2 ), which is a first ( 2a ) and a second inverter ( 2 B ) for the conversion of the DC voltage of the battery ( 6 ) in an AC voltage for the electric motor ( 3 ) when operating the electric motor ( 3 ) or an AC voltage of the external power supply network into a DC voltage for the battery ( 6 ) while charging the battery ( 6 ), wherein the electric motor ( 3 ) each with the first ( 2a ) and the second inverter ( 2 B ) connected is. Ladesystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwei-Weg-Laderegler (5) Teil der Batterie (6) ist.Charging system according to one of the preceding claims, characterized in that the two-way charge controller ( 5 ) Part of the battery ( 6 ).
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