DE102022204166A1

DE102022204166A1 - Ladesystem, Batteriesystem und Verfahren zum Betreiben des Batteriesystems

Info

Publication number: DE102022204166A1
Application number: DE102022204166.6A
Authority: DE
Inventors: Jian Tian; Eberhard Schoch; Tobias Christian Traub; Felix Hoos; Manuel Eder; Nikolai Jakuba; Zhiyi Xu; Emre Simsek; Alexander Fuchs; Fan Liao
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-08-17
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2023-02-23
Also published as: CN115703376A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ladesystem (300) eines Fahrzeugs zum Laden einer Batterie (20) des Fahrzeugs. Das Ladesystem (300) umfasst dabei ein erstes Ladegerät (301) und ein zweites Ladegerät (302), das parallel zu dem ersten Ladegerät (301) geschaltet ist,wobei das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) mit einem Stromversorgungsnetz (10) verbindbar sind und jeweils in einem Lademodus undeinem Entlademodus betreibbar sind,wobei das erste Ladegerät (301) dazu eingerichtet ist, sich mit einem ersten Batterieteil (201) der Batterie (20) elektrisch zu verbinden und diesen aufzuladen,wobei das zweite Ladegerät (302) dazu eingerichtet ist, sich mit einem zweiten Batterieteil (202) der Batterie (20) elektrisch zu verbinden und diesen aufzuladen,wobei der erste und der zweite Batterieteil (201, 202) in Reihe geschaltet sind, undwobei das Ladesystem (300) dazu eingerichtet ist, dass,während das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) mit dem Stromversorgungsnetz (10) elektrisch verbunden sind, das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) jeweils im Lademodus betrieben werden, so dass der erste und der zweite Batterieteil (201, 202) jeweils durch das entsprechende erste und zweite Ladegerät (301, 302) aufgeladen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ladesystem eines Fahrzeugs zum Laden einer Batterie des Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft auch ein Batteriesystem eines Fahrzeugs und ein Verfahren zum Betreiben des Batteriesystems. Ferner betrifft die Erfindung ein Bordnetz eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug.
Stand der Technik
Es werden vermehrt Anstrengungen unternommen, das autonome Fahren zu etablieren. Auch nimmt die Entwicklung von Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb im Automobilbau ständig zu. Die Zahl leistungselektronischer Systeme in Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb ist im Steigen begriffen. Wenn eines der leistungselektronischen Systeme ausfällt, könnte die Netzspannung außerhalb des normalen Betriebsbereichs liegen, so dass der Komfort und die Sicherheit der Insassen des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs beeinträchtigt werden.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Ladesystem eines Fahrzeugs, bevorzugt eines Elektrofahrzeugs, besonders eines Elektrofahrzeugs zum autonomen Fahren, zum Laden einer Batterie des Fahrzeugs vorgeschlagen. Die Batterie ist bevorzugt als eine Hochspannungsbatterie ausgeführt. Vorzugsweise weist die als Hochspannungsbatterie ausgeführte Batterie ein Spannungslevel in einem Bereich von 400 V bis 800 V auf. Bevorzugt ist die Batterie als eine Lithiumlonen-Batterie ausgebildet.
Die Batterie ist dabei in einen ersten Batterieteil und einen zweiten Batterieteil aufgeteilt, die seriell miteinander verschaltet sind und ein gleiches Spannungslevel aufweisen. Dabei ist eine Mittelanzapfung zwischen dem ersten und dem zweiten Batterieteil ausgeführt, um zwei Ausgangsspannungen bereitzustellen. Der erste und zweite Batterieteil können jeweils eine oder mehrere Batteriezellen, die seriell und/oder parallel verschaltet sind, umfassen. Beispielsweise kann eine Batterie mit einer Spannung von 800 V in einen ersten Batterieteil und einen zweiten Batterieteil aufgeteilt sein, die jeweils eine Spannung von 400 V aufweisen. Die beiden Batterieteile sind in Reihe geschaltet und zwischen den Batterieteilen kann eine Mittelanzapfung ausgeführt werden. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Batterieteil jeweils als ein Batteriepack ausgebildet, das je nach Spannungslevel vorgefertigt werden kann. Beispielsweise kann eine Batterie mit einer Spannung von 800 V zwei vorgefertigte Batteriepacks umfassen, die jeweils eine Spannung von 400 V aufweisen.
Das Ladesystem ist dabei als ein sogenanntes On-Board-Ladegerät ausgebildet und umfasst dabei ein erstes Ladegerät und ein zweites Ladegerät, das parallel zu dem ersten Ladegerät geschaltet ist. Das erste und das zweite Ladegerät sind mit einem Stromversorgungsnetz elektrisch verbindbar und jeweils in einem Lademodus und einem Entlademodus betreibbar.
Dabei ist das erste Ladegerät dazu eingerichtet, sich mit dem ersten Batterieteil elektrisch zu verbinden und diesen aufzuladen, während das zweite Ladegerät dazu eingerichtet ist, sich mit dem zweiten Batterieteil elektrisch zu verbinden und diesen aufzuladen.
Das Ladesystem ist dazu eingerichtet, dass, während das erste und das zweite Ladegerät mit dem Stromversorgungsnetz elektrisch verbunden sind, das erste und das zweite Ladegerät jeweils im Lademodus betrieben werden, so dass der erste und der zweite Batterieteil jeweils durch das entsprechende erste und zweite Ladegerät aufgeladen werden.
Vorzugsweise ist das Ladesystem ferner dazu eingerichtet, dass, während das erste und das zweite Ladegerät von dem Stromversorgungsnetz getrennt sind, wie beispielsweise während der Fahrt oder des Parkens des Fahrzeugs, das erste Ladegerät im Entlademodus und das zweite Ladegerät im Lademodus betrieben wird, so dass die Energie des ersten Batterieteils an den zweiten Batterieteil übertragen wird, wenn der Ladezustand des ersten Batterieteils größer ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils.
Vorzugsweise ist das Ladesystem ferner dazu eingerichtet, dass, während das erste und das zweite Ladegerät von dem Stromversorgungsnetz getrennt sind, das erste Ladegerät im Lademodus und das zweite Ladegerät im Entlademodus betrieben wird, so dass die Energie des zweiten Batterieteils an den ersten Batterieteil übertragen wird, wenn der Ladezustand des ersten Batterieteils kleiner ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils. Dabei ist eine Reihenschaltung durch den ersten Batterieteil, das erste Ladegerät, den zweiten Batterieteil und das zweite Ladegerät ausgebildet. Die Energie fließt dann entsprechend von dem ersten Batterieteil durch das erste Ladegerät und das zweite Ladegerät zu dem zweiten Batterieteil oder umgekehrt von dem zweiten Batterieteil durch das zweite Ladegerät und das erste Ladegerät zu dem ersten Batterieteil. Somit können die beiden Batterieteile ausgeglichen werden.
Vorzugsweise ist das Stromversorgungsnetz als ein Wechselstromnetz, wie beispielsweise ein einphasiges oder ein dreiphasiges Wechselstromnetz, ausgebildet. Alternativ kann das Stromversorgungsnetz auch als ein Gleichstromnetz ausgebildet sein. Dabei wird das Ladesystem an das Stromversorgungsnetz angepasst. Beispielsweise, wenn das Stromversorgungsnetz als ein dreiphasiges Wechselstromnetz ausgebildet ist, wird das Ladesystem als ein Wechselstromladesystem ausgeführt. Dabei können das erste und das zweite Ladegerät jeweils mit einem AC/DC-Wandler versehen sein. Im Falle, dass das Stromversorgungsnetz als ein Gleichstromnetz ausgebildet ist, können die AC/DC-Wandler der jeweiligen Ladegeräte, die zur elektrischen Verbindung des erfindungsgemäßen Ladesystems mit dem Wechselstrom dienen, entfallen.
Vorzugsweise weisen das erste und das zweite Ladegerät jeweils einen ersten AC/DC-Wandler, einen DC/AC-Wandler und einen zweiten AC/DC-Wandler auf. Dabei sind der erste AC/DC-Wandler, der DC/AC-Wandler und der zweite AC/DC-Wandler in Reihe geschaltet, so dass beim Laden die elektrische Energie vom Stromversorgungsnetz durch den ersten AC/DC-Wandler, den DC/AC-Wandler und den zweiten AC/DC-Wandler der jeweiligen Ladegeräte an den entsprechenden Batterieteil übertragen wird. Dabei können der DC/AC-Wandler und der zweite AC/DC-Wandler mittels Spulen, wie beispielsweise eines Transformators, elektromagnetisch miteinander gekoppelt sein.
Vorzugsweise weisen das erste und das zweite Ladegerät ferner jeweils einen dritten AC/DC-Wandler auf. Mittels des zweiten und des dritten AC/DC-Wandlers kann eine Hochspannung von beispielsweise 400 V zu einer Niederspannung von zum Beispiel 14 V umgewandelt werden. Dabei sind der zweite und der dritte AC/DC-Wandler der jeweiligen Ladegeräte derart miteinander gekoppelt und angesteuert, dass die Energie der jeweiligen Batterieteile an elektrische Verbraucher, wie beispielsweise eine Heizung, übertragbar ist. Die Kopplung des zweiten und des dritten AC/DC-Wandlers kann ebenfalls mittels Spulen, wie beispielsweises eines Transformators, realisiert werden. Der DC/AC-Wandler, der zweite AC/DC-Wandler und der dritte AC/DC-Wandler der jeweiligen Ladegeräte können beispielsweise mittels Spulen eines Transformators miteinander gekoppelt werden. Die Ausgangsspannung des dritten AC/DC-Wandler kann beispielsweise 14 V sein.
Vorzugsweise sind die ersten AC/DC-Wandler der jeweiligen Ladegeräte ausgangsseitig elektrisch miteinander verbindbar ausgeführt. Beispielsweise können die ersten AC/DC-Wandler ausgangsseitig elektrisch miteinander verbunden sein. Dies führt auch dazu, dass die DC/AC-Wandler der jeweiligen Ladegeräte eingangsseitig elektrisch miteinander verbindbar ausgeführt werden. Im Fehlerfall des ersten AC/DC-Wandlers eines der Ladegeräte kann der erste AC/DC-Wandler des anderen Ladegeräts die Funktion des defekten ersten AC/DC-Wandlers übernehmen. Dadurch wird ein fehlertolerantes Ladesystem gebildet. In diesem Fall kann das erfindungsgemäße Ladesystem derart angesteuert werden, dass der Ausgleich der beiden Batterieteile ohne Verwendung des ersten AC/DC-Wandlers der jeweiligen Ladegeräte erfolgt. Vorteilhaft kann dadurch der Energieverlust beim Ausgleich reduziert werden.
Es wird auch ein Batteriesystem vorgeschlagen. Das Batteriesystem umfasst dabei eine Batterie, die in einen ersten Batterieteil und einen zweiten Batterieteil aufgeteilt ist, und ein erfindungsgemäßes Ladesystem.
Die Batterie ist bevorzugt als eine Hochspannungsbatterie ausgeführt. Vorzugsweise weist die als Hochspannungsbatterie ausgeführte Batterie ein Spannungslevel in einem Bereich von 400 V bis 800 V auf. Bevorzugt ist die Batterie als eine Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet.
Der erste und der zweite Batterieteil sind dabei seriell miteinander verschaltet und weisen ein gleiches Spannungslevel auf. Dabei ist eine Mittelanzapfung zwischen dem ersten und dem zweiten Batterieteil ausgeführt, um zwei Ausgangsspannungen bereitzustellen. Der erste und zweite Batterieteil können jeweils eine oder mehrere Batteriezellen, die seriell und/oder parallel verschaltet sind, umfassen. Beispielsweise kann eine Batterie mit einer Spannung von 800 V in einen ersten Batterieteil und einen zweiten Batterieteil aufgeteilt sein, die jeweils eine Spannung von 400 V aufweisen. Die beiden Batterieteile sind in Reihe geschaltet und zwischen den Batterieteilen wird eine Mittelanzapfung ausgeführt. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Batterieteil jeweils als ein Batteriepack ausgebildet, das je nach Spannungslevel vorgefertigt werden kann. Beispielsweise kann eine Batterie mit einer Spannung von 800 V zwei vorgefertigte Batteriepacks umfassen, die jeweils eine Spannung von 400 V aufweisen. Der erste Batterieteil ist dabei mit dem ersten Ladegerät zum Aufladen elektrisch verbunden, während der zweite Batterieteil mit dem zweiten Ladegerät zum Aufladen elektrisch verbunden ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Batteriesystems. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt unter Verwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Batteriesystems ausgeführt. Entsprechend gelten im Rahmen des Batteriesystems beschriebene Merkmale für das Verfahren und umgekehrt gelten im Rahmen des Verfahrens beschriebene Merkmale für das Batteriesystem.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der erste und der zweite Batterieteil jeweils durch das entsprechende erste und zweite Ladegerät aufgeladen, während das erste und das zweite Ladegerät mit dem Stromversorgungsnetz elektrisch verbunden sind.
Vorzugsweise wird, während das erste und das zweite Ladegerät von dem Stromversorgungsnetz getrennt sind, der Ladezustand des ersten Batterieteils mit dem Ladezustand des zweiten Batterieteils verglichen und das erste Ladegerät im Entlademodus und das zweite Ladegerät im Lademodus betrieben, wenn der Ladezustand des ersten Batterieteils größer ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils.
Vorzugsweise wird, während das erste und das zweite Ladegerät von dem Stromversorgungsnetz getrennt sind, der Ladezustand des ersten Batterieteils mit dem Ladezustand des zweiten Batterieteils verglichen und das erste Ladegerät im Lademodus und das zweite Ladegerät im Entlademodus betrieben, wenn der Ladezustand des ersten Batterieteils kleiner ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils.
Ferner wird ein Bordnetz eines Fahrzeugs vorgeschlagen, welches das erfindungsgemäße Ladesystem und/oder das erfindungsgemäße Batteriesystem umfasst, und/oder das dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Es wird auch ein Fahrzeug vorgeschlagen, das das erfindungsgemäße Ladesystem und/oder das erfindungsgemäße Batteriesystem und/oder das erfindungsgemäße Bordnetz umfasst und/oder das dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Vorteile der Erfindung
In vorteilhafter Weise schlägt die Erfindung ein fehlertolerantes Konzept des Bordnetzes vor. Mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ladesystems, des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Batteriesystems und des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben des Batteriesystems können die Batterien eines Fahrzeugs während der Fahrt und des Parkens des Fahrzeugs ausgeglichen werden. Somit wird die Sicherheit von Fahrzeugen verbessert.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs gemäß dem Stand der Technik,
2 eine schematische Darstellung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs umfassend ein erfindungsgemäßes Batteriesystem mit einem ersten und einem zweiten Ladegerät,
3 eine schematische Darstellung des in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Batteriesystems, wobei das erste und das zweite Ladegerät im Lademodus betrieben werden,
4 eine schematische Darstellung des in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Batteriesystems, wobei das erste Ladegerät im Entlademodus und das zweite Ladegerät im Lademodus betrieben wird,
5 eine schematische Darstellung des in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Batteriesystems, wobei das erste Ladegerät im Lademodus und das zweite Ladegerät im Entlademodus betrieben wird
6 eine schematische Darstellung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs umfassend ein erfindungsgemäßes Batteriesystem mit einem ersten und einem zweiten Ladegerät gemäß einer weiteren Ausführungsform,
7 eine schematische Darstellung des in 6 dargestellten erfindungsgemäßen Batteriesystems, wobei das erste und das zweite Ladegerät im Lademodus betrieben werden,
8 eine schematische Darstellung des in 6 dargestellten erfindungsgemäßen Batteriesystems, wobei das erste Ladegerät im Entlademodus und das zweite Ladegerät im Lademodus betrieben wird,
9 eine schematische Darstellung des in 6 dargestellten erfindungsgemäßen Batteriesystems, wobei das erste Ladegerät im Lademodus und das zweite Ladegerät im Entlademodus betrieben wird und
10 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems gemäß einer weiteren Ausführungsform.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bordnetzes 100 eines Fahrzeugs gemäß dem Stand der Technik.
Das Bordnetz 100 umfasst dabei eine Batterie 20, die in einen ersten Batterieteil 201 und einen zweiten Batterieteil 202 umfasst, die seriell miteinander verschaltet sind und ein gleiches Spannungslevel aufweisen. Das Bordnetz 100 umfasst ferner ein Ladesystem 300 mit einem einzigen Ladegerät 301 zum Laden der Batterie 20. Zwischen dem ersten Batterieteil 201 und dem zweiten Batterieteil 202 ist eine Mittelanzapfung 205 ausgeführt, um Ausgangsspannungen U_Aus mit unterschiedlichem Spannungslevel bereitzustellen. Aus 1 geht hervor, dass das Ladegerät 301 eine Ausgangsspannung U_Aus, der erste Batterieteil 201 eine Spannung von U_B1 sowie der zweite Batterieteil 202 eine Spannung von U_B2 aufweist. Zum Laden des ersten und des zweiten Batterieteils 201, 202 ist das Ladesystem 300 beziehungsweise das Ladegerät 301 mit einem Stromversorgungsnetz 10 elektrisch verbunden, das als ein dreiphasiges Wechselstromnetz ausgebildet ist und eine erste Phase a, eine zweite Phase b, eine dritte Phase c sowie einen Neutralleiter N aufweist.
Das Bordnetz 100 umfasst ferner eine erste Gruppe 400 von ersten elektrischen Verbrauchern 401, die über einen ersten DC/DC-Wandler 203 mit dem ersten Batterieteil 201 elektrisch gekoppelt sind und in 1 jeweils als ein Widerstand dargestellt sind. Die ersten elektrischen Verbraucher 401 sind dabei jeweils mit einem ersten Schalter 402 versehen, durch die die jeweiligen ersten elektrischen Verbraucher 401 mit dem ersten DC/DC-Wandler 203 elektrisch verbunden oder von dem ersten DC/DC-Wandler 203 getrennt werden können.
Das Bordnetz 100 umfasst ferner eine zweite Gruppe 500 von zweiten elektrischen Verbrauchern 501, die über einen zweiten DC/DC-Wandler 204 mit dem zweiten Batterieteil 202 elektrisch gekoppelt sind und in 1 jeweils als ein Widerstand dargestellt sind. Die zweiten elektrischen Verbraucher 501 sind dabei jeweils mit einem zweiten Schalter 502 versehen, mittels derer durch die die jeweiligen zweiten elektrischen Verbraucher 501 mit dem zweiten DC/DC-Wandler 204 elektrisch verbunden oder von dem zweiten DC/DC-Wandler 204 getrennt werden können.
Das Bordnetz 100 umfasst auch eine dritte Gruppe 600 von dritten elektrischen Verbrauchern 601, die direkt an der Batterie 20 angeschlossen sind, um die volle Spannung der Batterie 20 auszunutzen.
Aufgrund des unterschiedlichen Verbrauchs an Energie, die durch den jeweiligen DC/DC-Wandler 203, 204 von den entsprechenden Batterieteilen 201, 202 zur Versorgung der ersten und zweiten elektrischen Verbraucher 401, 501 entnommen wird, weisen der erste und der zweite Batterieteil 201, 202 unterschiedliche Ladezustände auf.
Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bordnetzes 100 eines Fahrzeugs umfassend ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 200.
Das erfindungsgemäße Batteriesystem 200 umfasst dabei eine Batterie 20 mit einem ersten Batterieteil 201 und einen zweiten Batterieteil 202, die seriell miteinander verschaltet sind. Zwischen dem ersten und dem zweiten Batterieteil 201, 202, ist ebenfalls eine Mittelanzapfung 205 (vgl. 1) ausgeführt. Dabei können der erste und der zweite Batterieteil 201, 202 jeweils als ein Batteriepack ausgeführt werden, das je nach Spannungslevel vorgefertigt werden kann. Das Batteriesystem 200 umfasst ferner ein erfindungsgemäßes Ladesystem 300 mit einem ersten Ladegerät 301 und einem zweiten Ladegerät 302, die parallel zueinander verschaltet sind und jeweils in einem Lademodus und einem Entlademodus betrieben werden können. Das Batteriesystem 200 umfasst ferner einen ersten DC/DC-Wandler 203, der eingangsseitig mit dem ersten Batterieteil 201 elektrisch verbunden ist, und einen zweiten DC/DC-Wandler 204, der eingangsseitig mit dem zweiten Batterieteil 202 elektrisch verbunden ist.
Das Bordnetz 100 umfasst ferner eine erste Gruppe 400 von ersten elektrischen Verbrauchern 401, die über den ersten DC/DC-Wandler 203 mit dem ersten Batterieteil 201 elektrisch gekoppelt sind und in 2 jeweils als ein Widerstand dargestellt sind. Die ersten elektrischen Verbraucher 401 sind dabei jeweils mit einem ersten Schalter 402 versehen, durch die die jeweiligen ersten elektrischen Verbraucher 401 mit dem ersten DC/DC-Wandler 203 elektrisch verbunden oder von dem ersten DC/DC-Wandler 203 getrennt werden können.
Das Bordnetz 100 umfasst ferner eine zweite Gruppe 500 von zweiten elektrischen Verbrauchern 501, die über den zweiten DC/DC-Wandler 204 mit dem zweiten Batterieteil 202 elektrisch gekoppelt sind und in 2 jeweils als ein Widerstand dargestellt sind. Die zweiten elektrischen Verbraucher 501 sind dabei jeweils mit einem zweiten Schalter 502 versehen, mittels derer durch die die jeweiligen zweiten elektrischen Verbraucher 501 mit dem zweiten DC/DC-Wandler 204 elektrisch verbunden oder von dem zweiten DC/DC-Wandler 204 getrennt werden können.
Aus 2 geht hervor, dass das erfindungsgemäße Ladesystem 300, nämlich das erste Ladegerät 301 und das zweite Ladegerät 302, zum Laden des ersten und des zweiten Batterieteils 201, 202 mit einem Stromversorgungsnetz 10 elektrisch verbunden ist, das als ein dreiphasiges Wechselstromnetz ausgebildet ist und eine erste Phase a, eine zweite Phase b, eine dritte Phase c sowie einen Neutralleiter N aufweist. Das Ladesystem 300 wird dabei angepasst. Nach dem Laden der Batterieteile 201, 202 kann das Ladesystem 300 von dem Stromversorgungsnetz 10 getrennt werden.
Das erfindungsgemäß Ladesystem 300 ist dazu eingerichtet, dass, während das erste und das zweite Ladegerät 301, 302 mit dem Stromversorgungsnetz 10 verbunden sind, wie in 1 dargestellt ist, das erste und das zweite Ladegerät 301, 302 jeweils in dem Lademodus betrieben werden, so dass der erste und der zweite Batterieteil 201, 202 jeweils durch das entsprechende erste und zweite Ladegerät 301, 302 aufgeladen werden.
Das Ladesystem 300 ist ferner dazu eingerichtet, dass, während das erste und das zweite Ladegerät 301, 302 von dem Stromversorgungsnetz 10 getrennt sind, wie beispielsweise während der Fahrt des Fahrzeugs, wenn der Ladezustand des ersten Batterieteils 201 größer ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils 202, das erste Ladegerät 301 im Entlademodus und das zweite Ladegerät 302 im Lademodus betrieben wird, so dass die Energie des ersten Batterieteils 201 an den zweiten Batterieteil 202 übertragen wird. Wenn der Ladezustand des ersten Batterieteils 201 kleiner ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils 202, wird das erste Ladegerät 301 im Lademodus und das zweite Ladegerät 302 im Entlademodus betrieben, so dass die Energie des zweiten Batterieteils 202 an den ersten Batterieteil 201 übertragen wird. Dabei ist eine Reihenschaltung durch den ersten Batterieteil 201, das erste Ladegerät 301, den zweiten Batterieteil 202 und das zweite Ladegerät 302 ausgebildet. Die Energie fließt dann entsprechend von dem ersten Batterieteil 201 durch das erste Ladegerät 301 und das zweite Ladegerät 302 zu dem zweiten Batterieteil 202 oder umgekehrt von dem zweiten Batterieteil 202 durch das zweite Ladegerät 302 und das erste Ladegerät 301 zu dem ersten Batterieteil 201. Somit können die beiden Batterieteile 201, 202 ausgeglichen werden.
3, 4 und 5 ist jeweils eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 200 gemäß 2 zu entnehmen. Das Batteriesystem 200 umfasst ein erfindungsgemäßes Ladesystem 300, welches als ein dreiphasiges Ladesystem 300 ausgebildet ist und ein erstes Ladegerät 301 sowie ein zweites Ladegerät 302 aufweist.
Die beiden Ladegeräte 301, 302 sind dabei identisch aufgebaut und umfassen jeweils einen ersten AC/DC-Wandler 30, einen DC/AC-Wandler 34 und einen zweiten AC/DC-Wandler 38. Der erste AC/DC-Wandler 30 und der DC/AC-Wandler 34 sind über einen Gleichstromzwischenkreis, der einen Kondensator 32 aufweist, elektrisch miteinander gekoppelt. Der DC/AC-Wandler 34 und der zweite AC/DC-Wandler 38 sind mittels Spulen 36, die eine induktive galvanische Trennung darstellen, miteinander gekoppelt.
Aus 3 geht hervor, dass das Ladesystem 300 mit einem Stromversorgungsnetz 10, das als ein dreiphasiges Wechselstromnetz ausgebildet ist, zum Laden des ersten und des zweiten Batterieteils 201, 202 elektrisch verbunden ist. Dabei werden das erste und das zweite Ladegerät 301, 302 im Lademodus betrieben. Die Energie fließt, wie durch die Pfeile 2 dargestellt, vom Stromversorgungsnetz 10 durch das erste Ladegerät 301 zu dem ersten Batterieteil 201 sowie durch das zweite Ladegerät 302 zu dem zweiten Batterieteil 202.
4 ist zu entnehmen, dass das erfindungsgemäße Ladesystem 300 vom Stromversorgungsnetz 10 getrennt ist, wie beispielsweise während der Fahrt oder des Parkens des Fahrzeugs. Dabei wird erfasst, dass der Ladezustand des ersten Batterieteils 201 größer ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils 202. Das erste Ladegerät 301 wird dann im Entlademodus betrieben, während das zweite Ladegerät 302 im Lademodus betrieben wird. Die Energie fließt, wie durch die Pfeile 2 dargestellt, von dem ersten Batterieteil 201 durch das erste Ladegerät 301 sowie das zweite Ladegerät 302 zu dem zweiten Batterieteil 202. Somit werden die beiden Batterieteile 201, 202 ausgeglichen.
5 ist zu entnehmen, dass das erfindungsgemäße Ladesystem 300 ebenfalls vom Stromversorgungsnetz 10 getrennt ist, wie beispielsweise während der Fahrt oder des Parkens des Fahrzeugs. Dabei wird jedoch erfasst, dass der Ladezustand des ersten Batterieteils 201 kleiner ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils 202. Das erste Ladegerät 301 wird dann im Lademodus betrieben, während das zweite Ladegerät 302 im Entlademodus betrieben wird. Die Energie fließt, wie durch die Pfeile 2 dargestellt, von dem zweiten Batterieteil 202 durch das zweite Ladegerät 302 sowie das erste Ladegerät 301 zu dem ersten Batterieteil 201. Somit werden die beiden Batterieteile 201, 202 ausgeglichen.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Bordnetzes 100 eines Fahrzeugs umfassend ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 200 mit einem ersten und einem zweiten Ladegerät 301, 302 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dabei ist für das erfindungsgemäße Ladesystem 300 ein Gleichstromanschluss 14 zusätzlich zu einem Wechselstromanschluss 12 vorgesehen, der dazu dient, das erfindungsgemäße Ladesystem 300 elektrisch mit einem Gleichstromnetz (nicht dargestellt) zu verbinden.
7, 8 und 9 ist jeweils eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 200 gemäß 6 zu entnehmen. Das Batteriesystem 200 umfasst ein erfindungsgemäßes Ladesystem 300, welches als ein dreiphasiges Ladesystem 300 ausgebildet ist und ein erstes Ladegerät 301 sowie ein zweites Ladegerät 302 aufweist.
Die beiden Ladegeräte 301, 302 sind dabei identisch aufgebaut und umfassen jeweils einen ersten AC/DC-Wandler 30, einen DC/AC-Wandler 34 und einen zweiten AC/DC-Wandler 38. Der erste AC/DC-Wandler 30 und der DC/AC-Wandler 34 sind über einen Gleichstromzwischenkreis, der einen Kondensator 32 aufweist, elektrisch miteinander gekoppelt. Der DC/AC-Wandler 34 und der zweite AC/DC-Wandler 38 sind mittels Spulen 36, die eine induktive galvanische Trennung darstellen, miteinander gekoppelt.
Dabei sind die ersten AC/DC-Wandler 30 der jeweiligen Ladegeräte 301, 302 ausgangsseitig beziehungsweise die DC/AC-Wandler 34 der jeweiligen Ladegeräte 301, 302 eingangsseitig elektrisch miteinander verbunden. Darüber hinaus sind die DC/AC-Wandler 34 der jeweiligen Ladegeräte 301, 302 eingangsseitig elektrisch mit dem Gleichstromanschluss 14 verbunden.
Aus 7 geht hervor, dass das Ladesystem 300 mit einem Stromversorgungsnetz 10, das als ein dreiphasiges Wechselstromnetz ausgebildet ist, zum Laden des ersten und des zweiten Batterieteils 201, 202 elektrisch verbunden ist. Dabei werden das erste und das zweite Ladegerät 301, 302 im Lademodus betrieben. Die Energie fließt, wie durch die Pfeile 2 dargestellt, vom Stromversorgungsnetz 10 durch das erste Ladegerät 301 zu dem ersten Batterieteil 201 sowie durch das zweite Ladegerät 302 zu dem zweiten Batterieteil 202. Im Falle, dass das Stromversorgungsnetz 10 als Gleichstromnetz ausgebildet ist, kann der Gleichstromanschluss 14 mit dem Stromversorgungsnetz 10 verbunden werden. Dabei erfolgt das Aufladen ohne Verwendung der ersten AC/DC-Wandler 30 der jeweiligen Ladegeräte 301, 302.
8 ist zu entnehmen, dass das erfindungsgemäße Ladesystem 300 vom Stromversorgungsnetz 10 getrennt ist, wie beispielsweise während der Fahrt oder des Parkens des Fahrzeugs. Dabei wird erfasst, dass der Ladezustand des ersten Batterieteils 201 größer ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils 202. Das erste Ladegerät 301 wird dann im Entlademodus betrieben, während das zweite Ladegerät 302 im Lademodus betrieben wird. Die Energie fließt, wie durch die Pfeile 2 dargestellt, von dem ersten Batterieteil 201 durch das erste Ladegerät 301 sowie das zweite Ladegerät 302 zu dem zweiten Batterieteil 202. Somit werden die beiden Batterieteile 201, 202 ausgeglichen.
9 ist zu entnehmen, dass das erfindungsgemäße Ladesystem 300 ebenfalls vom Stromversorgungsnetz 10 getrennt ist, wie beispielsweise während der Fahrt oder des Parkens des Fahrzeugs. Dabei wird jedoch erfasst, dass der Ladezustand des ersten Batterieteils 201 kleiner ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils 202. Das erste Ladegerät 301 wird dann im Lademodus betrieben, während das zweite Ladegerät 302 im Entlademodus betrieben wird. Die Energie fließt, wie durch die Pfeile 2 dargestellt, von dem zweiten Batterieteil 202 durch das zweite Ladegerät 302 sowie das erste Ladegerät 301 zu dem ersten Batterieteil 201. Somit werden die beiden Batterieteile 201, 202 ausgeglichen.
Vorteilhaft kann der Ausgleich der beiden Batterieteile 201, 202 mittels der in den 8 und 9 beschriebenen Funktionsweise des erfindungsgemäßen Ladesystems 300 ohne Verwendung des ersten AC/DC-Wandlers 30 der jeweiligen Ladegeräte 301, 302 erfolgen. Somit wird der Energieverlust beim Ausgleich reduziert.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Aus 10 geht hervor, dass das erste und das zweite Ladegerät 301, 302 des erfindungsgemäßen Ladesystems 300 jeweils einen dritten AC/DC-Wandler 40 aufweisen. Mittels des zweiten und des dritten AC/DC-Wandlers 38, 40 kann eine Hochspannung von beispielsweise 400 V zu einer Niederspannung von z. B. 14 V umgewandelt werden. Dabei sind der zweite und der dritte AC/DC-Wandler 38, 40 der jeweiligen Ladegeräte 301, 302 derart miteinander gekoppelt und angesteuert, dass die Energie der jeweiligen Batterieteile 201, 202 an die elektrischen Verbraucher 401, 501 übertragbar ist. Die Kopplung des zweiten und des dritten AC/DC-Wandlers 38, 40 ist vorliegend in 10 mittels Spulen 36 realisiert. Dabei sind der DC/AC-Wandler 34, der zweite AC/DC-Wandler 38 und der dritte AC/DC-Wandler 40 der jeweiligen Ladegeräte 301, 302 mittels Spulen 36 eines Transformators 42 miteinander gekoppelt. Dadurch kann die Anzahl der Komponenten des Batteriesystems 200 weiter reduziert werden, was zu einer Reduzierung der Kosten und des Bauraums des Batteriesystems 200 führt.
Die in den 3, 4 und 5 beschriebene Funktionsweise des Ladesystems 300 beziehungsweise des Batteriesystems 200 gilt auch für das in 10 dargestellte Ladesystem 300 beziehungsweise das in 10 dargestellte Batteriesystem 200. Selbstverständlich kann das in 10 dargestellte Batteriesystem 200 auch derart ausgeführt werden, dass die ersten AC/DC-Wandler 30 der jeweiligen Ladegeräte 301, 302 ausgangsseitig beziehungsweise die DC/AC-Wandler 34 der jeweiligen Ladegeräte 301, 302 eingangsseitig elektrisch miteinander verbunden sind (vgl. 7 bis 9). Die in den 3, 4 und 5 oder in den 7, 8 und 9 beschriebene Funktionsweise des Ladesystems 300 beziehungsweise des Batteriesystems 200 gilt demnach entsprechend.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ladesystem (300) eines Fahrzeugs zum Laden einer Batterie (20) des Fahrzeugs, umfassend ein erstes Ladegerät (301) und ein zweites Ladegerät (302), das parallel zu dem ersten Ladegerät (301) geschaltet ist, wobei das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) mit einem Stromversorgungsnetz (10) verbindbar sind und jeweils in einem Lademodus und einem Entlademodus betreibbar sind, wobei das erste Ladegerät (301) dazu eingerichtet ist, sich mit einem ersten Batterieteil (201) der Batterie (20) elektrisch zu verbinden und diesen aufzuladen, wobei das zweite Ladegerät (302) dazu eingerichtet ist, sich mit einem zweiten Batterieteil (202) der Batterie (20) elektrisch zu verbinden und diesen aufzuladen, wobei der erste und der zweite Batterieteil (201, 202) in Reihe geschaltet sind, und wobei das Ladesystem (300) dazu eingerichtet ist, dass, während das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) mit dem Stromversorgungsnetz (10) elektrisch verbunden sind, das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) jeweils im Lademodus betrieben werden, so dass der erste und der zweite Batterieteil (201, 202) jeweils durch das entsprechende erste und zweite Ladegerät (301, 302) aufgeladen werden.
Ladesystem (300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladesystem (300) ferner dazu eingerichtet ist, dass während das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) von dem Stromversorgungsnetz (10) getrennt sind, das erste Ladegerät (301) im Entlademodus und das zweite Ladegerät (302) im Lademodus betrieben wird, so dass die Energie des ersten Batterieteils (201) an den zweiten Batterieteil (202) übertragen wird, wenn der Ladezustand des ersten Batterieteils (201) größer ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils (202).
Ladesystem (300) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladesystem (300) ferner dazu eingerichtet ist, dass während das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) von dem Stromversorgungsnetz (10) getrennt sind, das erste Ladegerät (301) im Lademodus und das zweite Ladegerät (302) im Entlademodus betrieben wird, so dass die Energie des zweiten Batterieteils (202) an den ersten Batterieteil (201) übertragen wird, wenn der Ladezustand des ersten Batterieteils (201) kleiner ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils (202).
Ladesystem (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladesystem (300) als ein Gleichstromladesystem und/oder ein Wechselstromladesystem ausgebildet ist.
Ladesystem (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) jeweils einen ersten AC/DC-Wandler (30), einen DC/AC-Wandler (34) und einen zweiten AC/DC-Wandler (38) aufweisen, wobei der erste AC/DC-Wandler (30), der DC/AC-Wandler (34) und der zweite AC/DC-Wandler (38) in Reihe verschaltet sind.
Ladesystem (300) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) jeweils einen dritten AC/DC-Wandler (40) aufweisen, wobei der zweite AC/DC-Wandler (38) und der dritte AC/DC-Wandler (40) derart miteinander gekoppelt und angesteuert sind, dass die Energie der jeweiligen Batterieteile (201, 202) an elektrische Verbraucher (401, 501) übertragbar ist.
Ladesystem (300) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten AC/DC-Wandler (30) der jeweiligen Ladegeräte (301, 302) ausgangsseitig elektrisch miteinander verbindbar ausgeführt sind.
Batteriesystem (200), umfassend eine Batterie (20), die einen ersten Batterieteil (201) und einen zweiten Batterieteil (202) aufweist, und ein Ladesystem (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Batterieteil (201) und der zweite Batterieteil (202) in Reihe geschaltet sind, und wobei der erste Batterieteil (201) mit dem ersten Ladegerät (301) zum Aufladen elektrisch verbunden ist und der zweite Batterieteil (202) mit dem zweiten Ladegerät (302) zum Aufladen elektrisch verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems (200) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Batterieteil (201, 202) jeweils durch das entsprechende erste und zweite Ladegerät (301, 302) aufgeladen werden, während das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) mit dem Stromversorgungsnetz (10) elektrisch verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass während das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) von dem Stromversorgungsnetz (10) getrennt sind, der Ladezustand des ersten Batterieteils (201) mit dem Ladezustand des zweiten Batterieteils (202) verglichen wird, und dass, wenn der Ladezustand des ersten Batterieteils (201) größer ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils (202), das erste Ladegerät (301) im Entlademodus und das zweite Ladegerät (302) im Lademodus betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass, während das erste und das zweite Ladegerät (301, 302) von dem Stromversorgungsnetz (10) getrennt sind, der Ladezustand des ersten Batterieteils (201) mit dem Ladezustand des zweiten Batterieteils (202) verglichen wird, und dass, wenn der Ladezustand des ersten Batterieteils (201) kleiner ist als der Ladezustand des zweiten Batterieteils (202), das erste Ladegerät (301) im Lademodus und das zweite Ladegerät (302) im Entlademodus betrieben wird.
Bordnetz (100) eines Fahrzeugs, das ein Ladesystem (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder ein Batteriesystem (200) nach Anspruch 8 umfasst und/oder das dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 durchzuführen.
Fahrzeug, das ein Ladesystem (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder ein Batteriesystem (200) nach Anspruch 8 und/oder ein Bordnetz (100) nach Anspruch 12 umfasst und/oder das dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 durchzuführen.