DE102018106305A1 - Wechselstromladung einer intelligenten Batterie - Google Patents
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Abstract
Verfahren zu einer Wechselstromladung (AC-Ladung) eines mit einer Ladesäule (610) verbundenen intelligenten Batteriepacks (640) mit mindestens zwei Batteriemodulen, die jeweilig mindestens einen Energiespeicher und mindestens zwei Leistungshalbleiterschalter, welche das jeweilige Batteriemodul seriell oder parallel zu einem anderen Batteriemodul verschalten, umfassen, bei dem der Batteriepack (640) über eine Ladeschaltung, die ein Filter (620) und einen Gleichrichter (630) umfasst, zur Aufladung mit von der Ladesäule (610) bereitgestellten Wechselstrom (612) geschaltet wird und ein Zustand (644) jedes einzelnen Energiespeichers überwacht wird, wobei gemäß einer fortgeführten Auswertung der Zustände (644) der jeweiligen Energiespeicher durch eine dynamische Ansteuerung (646) der Leistungshalbleiterschalter eine Klemmenspannung des Batteriepacks an eine vom Gleichrichter (630) bereitgestellte Spannung angepasst wird.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zu einer Aufladung eines intelligenten Batteriepacks mit Wechselstrom, wobei das Batteriepack eine Mehrzahl von Batteriemodulen, die jeweilig mit mindestens zwei Leistungshalbleiterschaltern und mindestens einem Energiespeicher ausgestattet sind, umfasst.
- Derzeitig in Elektrofahrzeugen üblicherweise verbaute Batterien oder Batteriepacks sind fest verdrahtete Einheiten, bspw. fest miteinander verdrahtete einzelne Energiezellen, deren durch die Verdrahtung vorgegebene seriell-parallel-Konfiguration nicht geändert werden kann. Dies bedeutet, dass die gleiche Spannung, die bei einer Entladung z.B. in einem Leistungswechselrichter zum Einsatz kommt, auch zu einer Aufladung verwendet wird. Die feste Verdrahtung bestimmt eine Maximalspannung der Batterie bei einem vollen Ladezustand und ohne Alterungserscheinungen. Sinkt der Ladezustand, kann die Spannung der fest verdrahteten Batterie um bis zu 50% abnehmen.
- Standardmäßig ist eine Batterie nicht mit weiteren Steuerkomponenten für eine Gleichstromladung ausgestattet. Eine Ladebuchse ist direkt mit Anschlusspunkten der Batterie bzw. des Batteriepacks ohne jegliche galvanische Isolation verbunden, wobei eine Ladeleistung von einer Ladekontrolle bestimmt wird. Ein konventionelles Batteriepack kann also nur durch eine gesteuerte Gleichstromladungsquelle mit einer vorgegebenen Spannungshöhe geladen werden, wobei 400 V und 800 V typische Spannungshöhen sind. Falls eine Nennspannung des Batteriepacks höher ist als die maximal einzustellende Ladespannung einer Ladesäule, kann das Batteriepack nicht geladen werden.
- Demgegenüber wird in der Druckschrift
WO 2012/025256 A1 - Gegenüber den konventionellen Umsetzungen eines Batteriepacks sind auch Modifikationen der festen Verdrahtung der Energiezellen bekannt. So offenbart die Druckschrift
WO 2016/174117 A1 - Um ein konventionelles Batteriepack mit Wechselstrom zu laden, ist eine Umwandlung der durch den Wechselstrom bereitgestellten Leistung notwendig. Ein an dem Batteriepack befindliches Bauteil, als Lader oder OBC (on-board charger) bezeichnet, setzt den Wechselstrom-Input mittels einer Diode oder eines aktiven Gleichrichters in einen Gleichstrom um. Dem Lader kann ein Schaltkreis zu einer Leistungsfaktorkorrektur, als PFC (power factor correction) abgekürzt, folgen, der einen Leistungsfaktor von Eins gewährleistet. Um eine galvanische Trennung zu bewirken, ist der OBC standardmäßig mit einem LLC-Resonanzwandler, d.h. einem durch eine Transformatormagnetisierungsinduktivität, eine Transformatorstreuinduktivität und eine Kondensatorkapazität bestimmter Resonanzwandler, ausgestattet. Eine Größe eines magnetischen Schwingkreises wird durch eine Hochfrequenz eines Resonanzkreises minimiert. Der OBC kann mit verschiedenen Filtern ausgestattet sein, die sich entweder auf der Wechselstromseite oder der Gleichstromseite befinden. Allerdings erhöht die Notwendigkeit, zusammen mit einer konventionellen Batterie einen OBC zu verbauen, Komplexität und Kosten des Gesamtsystems. Außerdem stellt der OBC ein sperriges und das Fahrzeuggewicht erhöhendes elektronisches Bauteil dar.
- Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu einer Wechselstromladung eines Batteriepacks bereitzustellen, bei dem eine Ladeschaltung gegenüber dem Stand der Technik wesentlich einfacher und damit leichter, raumsparender und kostengünstiger gestaltet werden kann. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes System zur Durchführung eines solchen Verfahrens bereitzustellen.
- Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zu einer Wechselstromladung (AC-Ladung) eines mit einer Ladesäule verbundenen intelligenten Batteriepacks mit mindestens zwei Batteriemodulen vorgeschlagen, bei dem ein jeweiliges Batteriemodul mindestens einen Energiespeicher und mindestens zwei Leistungshalbleiterschalter, welche das jeweilige Batteriemodul seriell oder parallel zu einem anderen Batteriemodul verschalten, umfasst, und bei dem der Batteriepack über eine Ladeschaltung, die ein Filter und einen Gleichrichter umfasst, zur Aufladung mit von der Ladesäule bereitgestelltem Wechselstrom geschaltet wird und ein Zustand jedes einzelnen Energiespeichers überwacht wird, wobei gemäß einer fortgeführten Auswertung der Zustände der jeweiligen Energiespeicher durch eine dynamische Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter eine Klemmenspannung des Batteriepacks an eine vom Gleichrichter bereitgestellte Spannung angepasst wird. Der Zustand eines Energiespeichers kann dabei bspw. durch seinen Ladezustand, und/oder durch die zu ihm geflossene Ladung, und/oder durch seine Temperatur gebildet werden. Durch das Setzen der Klemmenspannung wird gleichzeitig der Ladestrom gesteuert.
- Das intelligente Batteriepack kann durch eine jeweilige seriell-parallele Verschaltung seiner Batteriemodule untereinander eine Klemmenspannung zwischen 0 V (kein Batteriemodul zugeschaltet) und einer Maximalspannung (alle Batteriemodule in Reihe geschaltet) aktiv einstellen. Auch jenseits der sich aus einer seriellen oder parallelen Verschaltung oder möglicher Kombinationen daraus ergebenden Klemmenspannung, lässt sich durch hochfrequentes Umschalten oder Zu- und Abschalten einzelner Batteriemodule ein sich im zeitlichen Mittel ergebender beliebiger Wert von 0 V bis zur Maximalspannung einstellen. Die Einstellung wird von einer Ladesteuerung ausgeführt, welche die seriell-parallele Verschaltung der Batteriemodule unter Berücksichtigung der Zustände der Energiespeicher dergestalt steuert, dass die Funktion einer Leistungsfaktorkorrektur ausgeführt wird und der diesbezüglich in konventionellen OBCs vorhandene Schaltkreis entfällt, wodurch die erfindungsgemäß vorgesehene Ladeschaltung einen geringeren Platzbedarf und geringere Produktionskosten als ein konventionelles OBC aufweist.
- Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass Anforderungen an eine Gleichspannungswelligkeit des an dem Batteriepack anliegenden Ladestroms in größeren Grenzen als bei einer konventionellen Batterie gefasst werden können. Eine Gleichspannungswelligkeit des vom Gleichrichter bereitgestellten Ladestroms kann bspw. durch hochfrequente Schwankungen (Ripple) des von der Ladesäule bereitgestellten Wechselstroms bedingt sein. Die das erfindungsgemäße Verfahren ausführende Ladesteuerung stellt dies durch Messvorrichtungen, die die Ladespannung bzw. den Ladestrom messen, fest und reagiert darauf durch fortgeführte Änderung der seriell-parallelen Verschaltung der Batteriemodule und der sich dadurch ändernden Klemmenspannung, um zu jedem Zeitpunkt optimale Ladebedingungen, wie bspw. eine geringere oder gleiche Klemmenspannung als die Ladespannung, bereitzustellen.
- In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unterdrückt das Filter einen durch einen Spannungsunterschied des Batteriepacks und der Ladesäule bewirkten Einschaltstrom. Der Spannungsunterschied kann bspw. durch einen sich ändernden Ladestrom einer ungesteuerten Ladesäule oder im Moment des Anschlusses der Ladeschaltung an die Ladesäule entstehen. Das Filter hat dabei auch die Aufgabe, elektromagnetische Interferenzen herauszufiltern.
- In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die dynamische Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter eine Ladeleistung kontrolliert. Der Ladesteuerung liegen neben den Informationen über die Zustände der Energiespeicher zusätzlich die Werte einer Ladespannung und eines Ladestroms vor, womit die Ladesteuerung erfindungsgemäß die Leistungshalbleiterschalter des Batteriepacks so ansteuert, dass ein vorgegebener Wert einer aus dem Produkt Ladespannung und Ladestrom gebildeten Ladeleistung eingehalten wird.
- In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mittels einer mit der Ladesäule verbundenen Phasenregelschleife Stoßströme vermieden. Ein Stoßstrom kann bspw. beim Anschluss des Kraftfahrzeugs an die Ladesäule entstehen. Die Phasenregelschleife ist seitens des Kraftfahrzeugs mit der Ladesteuerung verbunden, welche durch die dynamische Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter des Batteriepacks verhindert, dass die Klemmenspannung von einem Absolutwert der Ladespannung abweicht.
- Ferner wird ein System zu einer Wechselstromladung eines mit einer Ladesäule verbundenen bzw. verbindbaren intelligenten Batteriepacks, das mindestens zwei Batteriemodule, die jeweilig mindestens zwei Leistungshalbleiterschalter und mindestens einen Energiespeicher umfassen, beansprucht, wobei das System eine Ladeschaltung, die ein Filter und einen Gleichrichter, eine jedem Batteriemodul zugeordnete Messvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, einen fließenden Ladestrom zu messen, mindestens einen Temperatursensor im Batteriepack, eine Messvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, eine Ladespannung zu messen, und eine Messvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, einen Ladestrom zu messen, umfasst, und wobei das System eine mit einem Computerprozessor und einem auf dem Computerprozessor laufenden Computerprogramm ausgestattete Ladesteuerung, die dazu konfiguriert ist, Leistungshalbleiterschalter anzusteuern, umfasst, wobei die Ladesteuerung dazu konfiguriert ist, aus dem mindestens einen Temperatursensor und den Messvorrichtungen Informationen über Zustände der Energiespeicher auszulesen. Durch die verbauten Sensoren, insbesondere dem mindestens eine Temperatursensor, und den Messvorrichtungen stehen dem Computerprozessor, bzw. dem auf diesem ablaufenden Computerprogramm und somit der Ladesteuerung die notwendigen Informationen zur Verfügung, um gemäß des Zustands eines jeweiligen Batteriemoduls das jeweilige Batteriemodul seriell oder parallel mit anderen Batteriemodulen zu verschalten und so ein voranstehend beschriebenes Verfahrens auszuführen. Dies begründet eine Intelligenz des Batteriepacks.
- In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems umfasst der Gleichrichter der Ladeschaltung mindestens zwei Dioden. Bei einer Diode handelt es sich um ein passives elektrisches Bauelement, welches zwar kostengünstig ist, mit dem sich aber eine Gleichrichtung nicht sehr effizient umsetzen lässt.
- In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems umfasst der Gleichrichter der Ladeschaltung mindestens zwei Halbleiterschalter, z.B. Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate. Dabei kann es sich bspw. um ein sogenanntes MOSFET oder ein IGBT handeln, welche ein aktives elektrisches Bauelement darstellen. Damit wird eine Effizienz, aber auch eine Komplexität der Ladeschaltung erhöht.
- In einer noch weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems umfasst der Gleichrichter der Ladeschaltung eine Kombination aus Dioden und Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate, also aus passiven und aktiven elektrischen Bauelementen. Daraus lässt sich eine optimale Kombination hinsichtlich größter Effizienz bei kleinster Komplexität bilden. Vorteilhaft werden passive elektronische Bauelemente am Nullleiter eingesetzt, der bspw. während einer Ladung mit Einphasenstrom Verwendung findet.
- In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems wird zusätzlich ein Schaltkreis zu einer galvanischen Trennung des Batteriepacks von dem Anschluss an die Ladesäule umfasst. Damit wird eine direkte elektrische Leitung zwischen einem Stromkreis der Ladesäule und einem Stromkreis des intelligenten Batteriepacks ausgeschlossen. Ein elektrisches Potential des jeweiligen Stromkreises ist vom jeweilig anderen getrennt.
- In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems umfasst das System eine Phasenregelschleife zur Ladesäule. Mittels der mit der Ladesäule verbunden Phasenregelschleife wird einem Stoßstrom, der bspw. beim Anschluss des Kraftfahrzeugs an die Ladesäule entstehen kann, entgegengewirkt.
- In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems wird von der Ladeschaltung ein Mehrphasengleichrichter umfasst. Damit kann das intelligente Batteriepack auch an Ladesäulen aufgeladen werden, die einen mehrphasigen Wechselstrom, bspw. Drehstrom, zur Verfügung stellen. In dem Mehrphasengleichrichter ist vorteilhaft für mehrere Phasen ein jeweiliger Schaltkreis, bestehend aus Dioden und/oder MOSFETs bzw. IGBTs, vorhanden, wodurch zusammen mit dem Nullleiter eine ausreichende Komplexität besteht, um jede Anzahl von der Ladesäule zur Verfügung gestellter Phasen anzuschließen.
- Schließlich wird in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems der Gleichrichter der Ladeschaltung nach Beendigung der Aufladung zu einer Erzeugung eines Wechselstroms aus dem von dem intelligenten Batteriepack bereitgestellten Gleichstrom zu einem Betrieb eines Elektromotors genutzt.
- Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
- Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.
-
1 zeigt in schematischer Darstellung gemäß dem Stand der Technik einen Lader zu einer Wechselstromladung einer Batterie. -
2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß vorgesehenen Ladeschaltung eines Batteriepacks an eine Ladesäule. -
3 zeigt in schematischer Darstellung Schaltbilder zu mehreren Gleichrichtern aus einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäß vorgesehenen Ladeschaltung. -
4 zeigt in schematischer Darstellung Schaltbilder zu mehreren Filtern aus einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäß vorgesehenen Ladeschaltung. -
5 zeigt in schematischer Darstellung Spannungsverläufe an verschiedenen elektronischen Bauteilen einer noch weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgesehenen Ladeschaltung. -
6 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufbaus zu einer Ladung eines intelligenten Batteriepacks an einer Ladesäule. - In
1 wird in schematischer Darstellung gemäß dem Stand der Technik ein Lader100 oder auch OBC, abgekürzt für on-board charger, zu einer Wechselstromladung einer Batterie gezeigt. Der Lader100 wird mit dem Nullleiter101 , d.h. Erdpotential, und einer ersten Phase105 und, stellvertretend für weitere Phasen, mit der Phase103 an eine Ladesäule angeschlossen und stellt einem Klemmenanschluss einer Batterie über zwei Anschlüsse107 und109 einen Gleichstrom bereit. Ein nach dem Stand der Technik konventioneller Lader100 besteht aus einem Filter110 zum Herausfiltern elektromagnetischer Interferenzen (EMI), einem Gleichrichter120 , der bspw. über Dioden gleichrichtet, einer Leistungsfaktorkorrektur130 , gewöhnlich mit PFC bezeichnet, und einem Resonanzwandler140 , bspw. ein LLC-Resonanzwandler, der einen Stromkreis und ein Potential der Ladesäule von einem Stromkreis und einem Potential der Batterie galvanisch trennt. Am Eingang des Gleichrichters120 liegen Erdpotential122 und eine aus dem Filter110 kommende erste Phase126 und, optional für weitere Phasen stehend und daher gestrichelt dargestellt, eine ebenfalls aus dem Filter110 kommende weitere Phase124 an. - In
2 wird in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß vorgesehenen Ladeschaltung200 eines intelligenten Batteriepacks240 an einer Ladesäule230 gezeigt. Die Ladesäule230 stellt ein Nullpotential231 , d.h. Erdpotential, und eine erste Phase235 eines Wechselstroms, sowie mögliche weitere Phasen233 zu einer Aufladung mit Wechselstrom bereit. Das intelligente Batteriepack240 erwartet an seinem Klemmenanschluss207 ,209 eine Aufladung mit Gleichstrom. Der Gleichstrom wird durch die Ladeschaltung200 zur Verfügung gestellt, welche am Eingang mit Erdpotential201 , einer ersten Phase205 , und möglicher weiterer Phasen203 an die Ladesäule230 angeschlossen wird. Die erfindungsgemäß vorgesehene Ladeschaltung200 umfasst, falls auf eine galvanische Trennung der jeweiligen Stromkreise Ladesäule/Batteriepack verzichtet werden kann, lediglich ein Filter210 und einen Gleichrichter220 . Durch die seriell-parallelen Verschaltungsmöglichkeiten kann das intelligente Batteriepack240 über eine erfindungsgemäß vorgesehene Ladesteuerung seine Klemmenspannung der vom Gleichrichter220 am Klemmenanschluss207 ,209 bereitgestellten Ladespannung anpassen, wodurch eine aus dem Stand der Technik in1 benannte Leistungsfaktorkorrektor130 entfällt bzw. entfallen kann. -
3 zeigt in schematischer Darstellung Schaltbilder zu mehreren Gleichrichtern310 ,320 ,330 aus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß vorgesehenen Ladeschaltung. Vom Filter kommend liegen am Eingang des jeweiligen Gleichrichters310 ,320 ,330 Erdpotential, d.h. ein Nullleiter221 , eine erste Phase225 , und mögliche weitere Phasen223 an. Am Ausgang liefern die jeweiligen Gleichrichter310 ,320 ,330 eine Gleichspannung zum Klemmenanschluss207 ,209 des Batteriepacks. Der passive elektronische Bauteile verwendende Gleichrichter310 ist mit aus jeweils zwei Dioden bestehenden Zweigen311 ,315 und, stellvertretend für weitere Zweige gestrichelt gezeichnet, mit einem Zweig313 verwirklicht, die jeweils mit dem Nullleiter221 , einer ersten Phase225 , und weiteren Phasen223 verbunden sind. Der aktive elektronische Bauteile verwendende Gleichrichter320 ist mit aus jeweils zwei MOSFETs bzw. IGBTs bestehenden Zweigen321 ,325 und, stellvertretend für weitere Zweige gestrichelt gezeichnet, mit einem Zweig323 verwirklicht, die jeweils mit dem Nullleiter221 , einer ersten Phase225 , und weiteren Phasen223 verbunden sind. Der eine Kombination aus passiven und aktiven elektronischen Bauteilen verwendende Gleichrichter330 ist mit einem aus zwei Dioden bestehenden Zweig331 , einem ersten aus zwei MOSFETs bzw. IGBTs bestehenden Zweig335 und, stellvertretend für weitere aus jeweils zwei MOSFETs bzw. IGBTs bestehende Zweige gestrichelt gezeichnet, mit einem Zweig333 verwirklicht, die jeweils mit dem Nullleiter221 , einer ersten Phase225 , und weiteren Phasen223 verbunden sind. -
4 zeigt in schematischer Darstellung Schaltbilder zu mehreren Filtern410 ,420 ,430 aus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß vorgesehenen Ladeschaltung. Die Schaltbilder werden beispielhaft nur für einen einphasigen Wechselstrom dargestellt, ohne jedoch das erfindungsgemäße Verfahren auf einen einphasigen Wechselstrom zu beschränken. Vom Anschluss an die Ladesäule kommend liegen am Eingang eines jeweiligen Filters410 ,420 ,430 der Nullleiter201 und eine Phase205 an. Am Ausgang zum Gleichrichter findet sich dementsprechend der Nullleiter221 und die Phase225 . Mittels des Filters410 , das einen L-Filter darstellt, oder des Filters420 , das einen CLC-Filter darstellt, oder des Filters430 , das einen LCL-Filter darstellt, werden elektromagnetische Interferenzen aus einem Phasensignal herausgefiltert und mögliche Einschaltströme unterdrückt. -
5 zeigt in schematischer Darstellung Spannungsverläufe an verschiedenen elektronischen Bauteilen einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladeschaltung. Ein von der Ladesäule bereitgestellter Spannungsverlauf516 wird in Graph510 dargestellt. Nach rechts verläuft eine Zeitachse502 , nach oben eine Spannungswertachse504 , beide in willkürlichen Einheiten. Der gleiche Maßstab wird auch in Graph520 verwendet, der eine Ausgabespannung526 eines Gleichrichters zeigt, die nun nur noch positive Spannungswerte aufweist. Der Verlauf der Ausgabespannung526 wird durch die dynamische Verschaltung des intelligenten Batteriepacks in Graph530 nachgebildet, um optimale Ladebedingungen zu schaffen. Zur besseren Verdeutlichung ist hier die Zeitachse532 und die Spannungswertachse534 gegenüber den Graphen510 und520 vergrößerst dargestellt. Zwischen dem durch die Ausgabespannung des Gleichrichters vorgegebenen Verlauf538 und der Klemmenspannung536 des Batteriepacks entstehen zeitlich kurze Spannungsdifferenzen, die sich zeitlich herausmitteln. - In
6 wird in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufbaus600 zu einer Ladung eines intelligenten Batteriepacks640 an einer Ladesäule610 gezeigt. Ein Wechselstromanschluss612 der Ladesäule610 ist mit Nullleiter602 und Phase604 mit dem Filter620 verbunden. Am Eingang zum Filter620 befinden sich Messvorrichtungen, welche eine Spannung606 messen. Je nach Stellung des Schalters im Filter620 wird die Spannung des Wechselstromanschlusses612 (Schalterstellung offen) oder die Ladespannung (Schalterstellung geschlossen) gemessen. Am Eingang zum Gleichrichter630 befindet sich eine Messvorrichtung zum Messen des Ladestroms608 . Die Werte der Spannung606 und des Ladestroms608 liegen der Ladesteuerung642 vor. Des Weiteren erhält die Ladesteuerung642 Informationen644 aus dem Batteriepack über Ladezustände und Temperatur der einzelnen Energiespeicher. Auf Grundlage all dieser Informationen steuert die Ladesteuerung642 die Verschaltung der Batteriemodule im Batteriepack, d.h. die sich am Batteriepack ergebende Klemmenspannung, und damit die Aufladung646 des Batteriepacks. Darüber hinaus wird hier eine Kommunikationsleitung609 zwischen dem Wechselstromanschluss612 der Ladesäule610 und der Ladesteuerung642 gezeigt, die bspw. durch eine Vehicle-to-Grid-Kommunikation realisiert sein kann. Diese ermöglicht eine Phasenregelschleife, mit der die Ladesteuerung642 durch Änderung der Verschaltung im Batteriepack und dadurch bedingter Änderung der Klemmenspannung einem Stoßstrom, der bspw. bei einem Anschluss des Kraftfahrzeugs an die Ladesäule610 entstehen kann, entgegenwirkt. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2012/025256 A1 [0004]
- WO 2016/174117 A1 [0005]
Claims (12)
- Verfahren zu einer Wechselstromladung (AC-Ladung) eines mit einer Ladesäule (230, 610) verbundenen intelligenten Batteriepacks (240, 640) mit mindestens zwei Batteriemodulen, die jeweilig mindestens einen Energiespeicher und mindestens zwei Leistungshalbleiterschalter, welche das jeweilige Batteriemodul seriell oder parallel zu einem anderen Batteriemodul verschalten, umfassen, bei dem der Batteriepack (240, 640) über eine Ladeschaltung (200), die ein Filter (210, 410, 420, 430, 620) und einen Gleichrichter (220, 310, 320, 330, 630) umfasst, zur Aufladung mit von der Ladesäule (230, 610) bereitgestellten Wechselstrom (612) geschaltet wird und ein Zustand (644) jedes einzelnen Energiespeichers überwacht wird, wobei gemäß einer fortgeführten Auswertung der Zustände (644) der jeweiligen Energiespeicher durch eine dynamische Ansteuerung (646) der Leistungshalbleiterschalter eine Klemmenspannung des Batteriepacks an eine vom Gleichrichter (220, 310, 320, 330, 630) bereitgestellte Spannung angepasst wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , bei dem das Filter (210, 410, 420, 430, 620) einen durch einen Spannungsunterschied des Batteriepacks (240, 640) und der Ladesäule (230, 610) bewirkten Einschaltstrom unterdrückt. - Verfahren nach
Anspruch 1 , bei dem durch die dynamische Ansteuerung (646) der Leistungshalbleiterschalter eine Ladeleistung kontrolliert wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 , bei dem mittels einer mit der Ladesäule (230, 610) verbundenen Phasenregelschleife (609) Stoßströme vermieden werden. - System zu einer Wechselstromladung eines mit einer Ladesäule (230, 610) verbundenen bzw. verbindbaren intelligenten Batteriepacks (240, 640), das mindestens zwei Batteriemodule, die jeweilig mindestens zwei Leistungshalbleiterschalter und mindestens einen Energiespeicher umfassen, eine Ladeschaltung (200), die ein Filter (210, 410, 420, 430, 620) und einen Gleichrichter (220, 310, 320, 330, 630) umfasst, eine jedem Batteriemodul zugeordnete Messvorrichtung zu einer Messung eines fließenden Ladestroms, mindestens einen Temperatursensor im Batteriepack, und eine jeweilige Messvorrichtung zur Messung einer Ladespannung (606) und eines Ladestroms (608) umfasst, und das eine mit einem Computerprozessor und einem auf dem Computerprozessor laufenden Computerprogramm ausgestattete Ladesteuerung (642) zu einer Ansteuerung (646) der Leistungshalbleiterschalter umfasst, wobei die Ladesteuerung (642) dazu konfiguriert ist, aus Sensoren und Messvorrichtungen Informationen (644) über Zustände der Energiespeicher auszulesen.
- System nach
Anspruch 5 , bei dem der Gleichrichter (310) der Ladeschaltung (200) mindestens zwei Dioden (311, 313, 315) umfasst. - System nach
Anspruch 5 , bei dem der Gleichrichter (320) der Ladeschaltung (200) mindestens zwei Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (321, 323, 333) umfasst. - System nach einem der
Ansprüche 5 bis7 , bei dem der Gleichrichter (330) eine Kombination aus Dioden (331) und Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (333, 335) umfasst. - System nach einem der
Ansprüche 5 bis8 , welches zusätzlich einen Schaltkreis zu einer galvanischen Trennung des Batteriepacks (240, 640) von einem Anschluss an die Ladesäule (230, 610) umfasst. - System nach einem der
Ansprüche 5 bis9 , welches zusätzlich eine Phasenregelschleife (609) zur Ladesäule (230, 610) umfasst. - System nach einem der
Ansprüche 5 bis10 , welches einen Mehrphasengleichrichter umfasst. - System nach einem der
Ansprüche 5 bis11 , bei dem der Gleichrichter (220, 310, 320, 330, 630) der Ladeschaltung (200) dazu konfiguriert ist, nach Beendigung der Aufladung zu einer Erzeugung eines Wechselstroms aus dem von dem intelligenten Batteriepack (240, 640) bereitgestellten Gleichstrom zu einem Betrieb eines Elektromotors genutzt zu werden.
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