DE-102024210649-A1 - Ladeanordnung, Verfahren und Steuervorrichtung zum Betreiben der Ladeanordnung

Abstract

Die Ladeanordnung (CA) umfasst einen Ladeanschluss (CP), einen Akkumulatoranschluss (ACCP) und eine fahrzeugseitige Ladevorrichtung (OBC). Die Ladevorrichtung (OBC) ist ausgebildet, eine an dem Wechselspannungsanschluss anliegende Wechselspannung in eine erste Systemgleichspannung zu wandeln und die erste Systemgleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitzustellen und eine an dem Wechselspannungsanschluss anliegende Ladegleichspannung zu wandeln in die erste Systemgleichspannung und die erste Systemgleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitzustellen. Ferner umfasst die Ladeanordnung einen Lastanschluss (LP), der eingerichtet ist zum elektrischen Verbinden mit zumindest einer Hochvoltlast (HV-AUX) des Fahrzeugs und der verbunden ist mit einem Gleichspannungsanschluss der Ladevorrichtung. Des Weiteren umfasst die Ladeanordnung eine Verbindungsanordnung, die elektrische Verbindungspfade (L1, ..., L8) mit steuerbaren Trenneinrichtungen (IS1, ..., IS6) zum Herstellen und Unterbrechen jeweiliger elektrischer Verbindungen der Verbindungspfade (L1, ..., L8) zum Bereitstellen einer Menge an Betriebsmodi für die Ladeanordnung (CA), aufweist.

Inventors

• Franz Pfeilschifter

Assignees

• Schaeffler Technologies AG & Co. KG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241106

Claims (14)

1. Ladeanordnung (CA) für einen Akkumulator (HV-ACC) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei die Ladeanordnung (CA) aufweist: - einen Ladeanschluss (CP) - einen Akkumulatoranschluss (ACCP) - eine fahrzeugseitige Ladevorrichtung (OBC) mit einem Wechselspannungsanschluss und einem Gleichspannungsanschluss, wobei die Ladevorrichtung (OBC) ausgebildet ist, - -eine an dem Wechselspannungsanschluss anliegende Wechselspannung in eine erste Systemgleichspannung zu wandeln und die erste Systemgleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitzustellen und - - eine an dem Wechselspannungsanschluss anliegende Ladegleichspannung zu wandeln in die erste Systemgleichspannung und die erste Systemgleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitzustellen, - einen Lastanschluss (LP), der eingerichtet ist zum elektrischen Verbinden mit zumindest einer Hochvoltlast (HV-AUX) des Fahrzeugs und der verbunden ist mit dem Gleichspannungsanschluss der Ladevorrichtung (OBC), - eine Verbindungsanordnung, umfassend elektrische Verbindungspfade (L1, ..., L8) mit steuerbaren Trenneinrichtungen (IS1, ..., IS6) zum Herstellen und Unterbrechen jeweiliger elektrischer Verbindungen der Verbindungspfade (L1, ..., L8) zum Bereitstellen einer Menge an Betriebsmodi für die Ladeanordnung (CA), wobei die Menge einen zweiten Betriebsmodus umfasst und die Ladeanordnung (CA) ausgebildet ist, in dem zweiten Betriebsmodus eine an dem Ladeanschluss (CP) bereitgestellte zweite Ladegleichspannung, die gleich einer zweiten Systemgleichspannung ist, an dem Akkumulatoranschluss (ACCP) zum Laden des Akkumulators (HV-ACC) und an dem Wechselspannungsanschluss der Ladevorrichtung (OBC) bereitzustellen und den Lastanschluss (LP) freizuhalten von einer Beaufschlagung mit der zweiten Systemgleichspannung sowie mittels der Ladevorrichtung (OBC), die erste Systemgleichspannung an dem Lastanschluss (LP) bereitzustellen, wobei die erste Systemgleichspannung größer ist als die zweite Systemgleichspannung.
2. Ladeanordnung (CA) nach Anspruch 1 , wobei die Menge an Betriebsmodi ferner einen ersten Betriebsmodus und/oder einen dritten Betriebsmodus und/oder einen vierten Betriebsmodus umfasst und die Ladeanordnung (CA) ausgebildet ist, - in dem ersten Betriebsmodus eine an dem Ladeanschluss (CP) bereitgestellte erste Ladegleichspannung, die gleich der ersten Systemspannung ist, an dem Akkumulatoranschluss (ACCP) zum Laden des Akkumulators (HV-ACC) und an dem Lastanschluss (LP) zum Betrieb der zumindest einen Hochvoltlast (HV-AUX) bereitzustellen, - in dem dritten Betriebsmodus eine an dem Ladeanschluss (CP) bereitgestellte Wechselspannung mittels der Ladevorrichtung (OBC) in die erste Systemgleichspannung zu wandeln und die erste Systemgleichspannung an dem Akkumulatoranschluss (ACCP) zum Laden des Akkumulators (HV-ACC) und an dem Lastanschluss (LP) zum Betrieb der zumindest einen Hochvoltlast (HV-AUX) bereitzustellen, - in dem vierten Betriebsmodus eine an dem Ladeanschluss (CP) bereitgestellte zweite Ladegleichspannung, die gleich der zweiten Systemgleichspannung ist, an dem Wechselspannungsanschluss der Ladevorrichtung (OBC) bereitzustellen sowie mittels der Ladevorrichtung (OBC) die erste Systemgleichspannung an dem Lastanschluss (LP) und dem Akkumulatoranschluss (ACCP) bereitzustellen.
3. Ladeanordnung (CA) nach Anspruch 1 oder 2 , wobei die Ladevorrichtung (OBC) aufweist: - einen Stromrichter, der eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite aufweist, wobei die Eingangsseite des Stromrichters mit dem Wechselspannungsanschluss der Ladevorrichtung (OBC) elektrisch verbunden ist und der Stromrichter eingerichtet ist, eine an dessen Eingangsseite anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln und an dessen Ausgangsseite bereitzustellen, und - einen Gleichspannungswandler mit einer primären Wandlerseite, die mit der Ausgangsseite des Stromrichters elektrisch verbunden ist, und einer sekundären Wandlerseite, die mit der Gleichspannungsseite der Ladevorrichtung (OBC) elektrisch verbunden ist, wobei der Gleichspannungswandler eingerichtet ist, eine Gleichspannungswandlung zwischen der primären Wandlerseite und der sekundären Wandlerseite vorzunehmen.
4. Ladeanordnung (CA) nach Anspruch 3 , wobei die primäre Wandlerseite galvanisch getrennt ist von der sekundären Wandlerseite.
5. Ladeanordnung (CA) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsanordnung umfasst: - einen ersten Verbindungspfad (L1) zwischen einer ersten Ladeanschlussstelle (CP1) des Ladeanschlusses (CP) und einem ersten Verbindungsknoten (VK1), wobei in dem ersten Verbindungspfad (L1) eine steuerbare erste Trenneinrichtung (IS1) angeordnet ist, - einen zweiten Verbindungspfad (L2) zwischen einer zweiten Ladeanschlussstelle (CP2) des Ladeanschlusses (CP) und einem zweiten Verbindungsknoten (VK2), wobei in dem zweiten Verbindungspfad (L2) eine steuerbare zweite Trenneinrichtung (IS2) angeordnet ist, - einen dritten Verbindungspfad (L3) zwischen einer ersten Gleichspannungsanschlussstelle (DC1) der Ladevorrichtung (OBC) und dem ersten Verbindungsknoten (VK1), wobei in dem dritten Verbindungspfad (L3) eine steuerbare dritte Trenneinrichtung (IS3) angeordnet ist, - einen vierten Verbindungspfad (L4) zwischen einer zweiten Gleichspannungsanschlussstelle (DC2) der Ladevorrichtung (OBC) und dem zweiten Verbindungsknoten (VK2), wobei in dem vierten Verbindungspfad (L4) eine steuerbare vierte Trenneinrichtung (IS4) angeordnet ist, - einen fünften Verbindungspfad (L5) zwischen der ersten Ladeanschlussstelle (CP1) und einer ersten Anschlussstelle (AC1) des Wechselspannungsanschlusses der Ladevorrichtung (OBC), - einen sechsten Verbindungspfad (L6) zwischen der zweiten Ladeanschlussstelle (CP2) und einer zweiten Anschlussstelle (AC2) des Wechselspannungsanschlusses der Ladevorrichtung (OBC), - einen siebten Verbindungspfad (L7) zwischen dem ersten Verbindungsknoten (VK1) und einer ersten Akkumulatoranschlussstelle (ACC1) des Akkumulatoranschlusses (ACCP), - einen achten Verbindungspfad (L8) zwischen dem zweiten Verbindungsknoten (VK2) und einer zweiten Akkumulatoranschlussstelle (ACC2) des Akkumulatoranschlusses (ACCP).
6. Ladeanordnung (CA) nach Anspruch 5 , wobei in dem fünften Verbindungspfad (L5) eine fünfte steuerbare Trenneinrichtung (IS5) und in dem sechsten Verbindungspfad (L6) eine steuerbare sechste Trenneinrichtung (IS6) angeordnet ist.
7. Verfahren zum Betreiben einer Ladeanordnung (CA) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Empfangen eines ersten Messsignals oder von ersten Messdaten, das beziehungsweise die repräsentativ ist beziehungsweise sind für eine Spannung, die an dem Ladeanschluss (CP) anliegt, - abhängig von dem ersten Messsignal beziehungsweise den ersten Messdaten Auswahl eines Betriebsmodus für die Ladeanordnung (CA) aus der Menge von Betriebsmodi, - Ansteuern der Ladeanordnung (CA) gemäß dem ausgewählten Betriebsmodus.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , bei dem abhängig von einer empfangenen und/oder gespeicherten Akkumulator-Konfigurationsinformation der eine Betriebsmodus ausgewählt wird und/oder eine Änderung der Akkumulator-Konfiguration veranlasst wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 , bei dem - der erste Betriebsmodus ein Ansteuern der Trenneinrichtungen (IS1, ..., IS6) umfasst, so dass die erste Trenneinrichtung (IS1), die zweite Trenneinrichtung (IS2), die dritte Trenneinrichtung (IS3) und die vierte Trenneinrichtung (IS4) jeweils einen geschlossenen Zustand aufweisen und die fünfte Trenneinrichtung (IS5) und die sechste Trenneinrichtung (IS6) jeweils einen offenen Zustand aufweisen, - der zweite Betriebsmodus ein Ansteuern der Trenneinrichtungen (IS1, ..., IS6) umfasst, so dass die dritte Trenneinrichtung (IS3) und die vierte Trenneinrichtung (IS4) jeweils einen offenen Zustand aufweisen, und die erste Trenneinrichtung (IS1), die zweite Trenneinrichtung (IS2), die fünfte Trenneinrichtung (IS5) und die sechste Trenneinrichtung (IS6) jeweils einen geschlossenen Zustand aufweisen, - der dritte Betriebsmodus ein Ansteuern der Trenneinrichtungen (IS1, ..., IS6) umfasst, so dass die dritte Trenneinrichtung (IS3), die vierte Trenneinrichtung (IS4), die fünfte Trenneinrichtung (IS5) und die sechste Trenneinrichtung (IS6) jeweils einen geschlossenen Zustand aufweisen, und die erste Trenneinrichtung (IS1) und die zweite Trenneinrichtung (IS2) jeweils einen offenen Zustand aufweisen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 , bei dem in dem dritten Betriebsmodus abhängig von einer Amplitude der detektierten Wechselspannung eine Überspannungs-Diagnoseschwelle für die Ladevorrichtung (OBC) ermittelt wird.
11. Steuervorrichtung für eine Ladeanordnung (CA) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 , die ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 auszuführen.
12. Ladesystem für einen Akkumulator (HV-ACC) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei das Ladesystem eine Ladeanordnung (CA) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und eine Steuervorrichtung gemäß Anspruch 11 aufweist.
13. Computerprogramm umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Steuercomputer für eine Ladeanordnung (CA) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 den Steuercomputer veranlassen, dass dieser das Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 ausführt.
14. Computerlesbares Medium umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Steuercomputer für eine Ladeanordnung (CA) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 den Steuercomputer veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 auszuführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladeanordnung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug vorzugsweise für ein batterieelektrisches Fahrzeug, kurz BEV (englisch: „battery electric vehicle“) genannt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Betreiben der Ladeanordnung. Ferner betrifft die Erfindung ein Ladesystem mit solch einer Ladeanordnung, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium. Unidirektionale als auch bidirektionale Ladevorrichtungen für batterieelektrische Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik weitläufig bekannt und werden herkömmlicherweise als On-Board Charger (OBC) bezeichnet. Derartige Ladevorrichtungen in Form von On-Board Charger (OBC) für Elektrofahrzeuge sorgen dafür, dass der elektrische Energiespeicher bzw. der Akkumulator, beispielsweise in Form eines Hochvolt-Energiespeichers bzw. eines Hochvolt-Akkumulators, des Fahrzeugs sicher und effizient geladen und entladen wird. Der North American Charging Standard (NACS), derzeit als SAE J3400 standardisiert und auch als Tesla-Ladestandard bekannt, ist ein von Tesla, Inc. entwickeltes Ladeanschlusssystem für BEVs. Das Ladeanschlusssystem wurde im November 2022 für die Nutzung für andere Hersteller freigegeben. Der NACS-Ladeanschlusssystem unterstützt sowohl AC- als auch DC-Ladungen. Das AC-Laden wird in der Regel für das langsamere Laden über Nacht verwendet, während das DC-Laden für das Schnellladen genutzt wird. Noch sind die meisten Elektroautos auf eine System-Spannung von 400 Volt ausgelegt. Nachdem mehrere Hersteller von Premiumpersonenkraftfahrzeugen begonnen haben, eine System-Spannung von 800 Volt zu nutzen, bieten inzwischen auch andere Hersteller Fahrzeuge mit der System-Spannung von 800 V an. Um die Lade-Infrastruktur optimal nutzen zu können, ist es erforderlich, dass 800-V-Fahrzeuge mit 800 V über den NACS-Ladeeingang geladen werden können. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Ladeanordnung für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben der Ladeanordnung bereitzustellen, die beziehungsweise das ein Laden des Fahrzeugs mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Ladespannungen kostengünstig und/oder hochvoltsicher und/oder mit erhöhtem Komfort für den Fahrzeugnutzer ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Gemäß einem ersten Aspekt wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Ladeanordnung für einen Akkumulator eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Die Ladeanordnung weist einen Ladeanschluss auf, der eingerichtet ist, die Ladeanordnung mit einer externen Ladeeinrichtung SE zu verbinden. Ferner weist die Ladeanordnung einen Akkumulatoranschluss auf, der eingerichtet ist, die Ladeanordnung mit dem Akkumulator zu verbinden und der direkt, insbesondere ohne Zwischenschaltung von Batterieschützen beziehungsweise Akkumulator-Schützen verbindbar ist mit dem Akkumulator des Fahrzeugs. Je nach Sicherheitskonzept können jedoch zwischen dem Akkumulatoranschluss und dem Akkumulator Sicherungen angeordnet sein. Die Ladeanordnung umfasst eine fahrzeugseitige Ladevorrichtung mit einem Wechselspannungsanschluss und einem Gleichspannungsanschluss. Die Ladevorrichtung ist ausgebildet, eine an dem Wechselspannungsanschluss anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln und an dem Gleichspannungsanschluss bereitzustellen. Die Ladevorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, Wechselspannungen mit unterschiedlichen Amplituden und/oder unterschiedlicher Frequenz in die gewünschte Gleichspannung zu wandeln. Die Ladevorrichtung ist insbesondere ausgebildet, jeweils eine erste Wechselspannung und eine zweite Wechselspannung in eine erste Systemgleichspannung zu wandeln. Die Ladevorrichtung ist ferner ausgebildet, eine an dem Wechselspannungsanschluss anliegende Ladegleichspannung zu wandeln in die erste Systemgleichspannung und die erste Systemgleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitzustellen. Die Ladeanordnung umfasst ferner einen Lastanschluss, der eingerichtet ist, die Ladeanordnung mit zumindest einer Hochvoltlast des Fahrzeugs, insbesondere einem Hochvolt-Hilfsaggregat des Fahrzeugs, zu verbinden. Der Ladeanschluss ist mit dem Gleichspannungsanschluss der Ladevorrichtung verbunden. Die Ladeanordnung weist eine Verbindungsanordnung auf, die elektrische Verbindungspfade mit steuerbaren Trenneinrichtungen umfasst. Die steuerbaren Trenneinrichtungen dienen dem Herstellen und Unterbrechen der elektrischen Verbindungen der jeweiligen Verbindungspfade zum Bereitstellen einer Menge an vorgegebener Betriebsmodi für die Ladeanordnung. Die Menge umfasst zumindest einen zweiten Betriebsmodus. Die Ladeanordnung ist ausgebildet, in dem zweiten Betriebsmodus eine an dem Ladeanschluss bereitgestellte zweite Ladegleichspannung, die gleich einer zweiten Systemgleichspannung (zum Beispiel 400V) ist, an dem Akkumulatoranschluss zum Laden des Akkumulators und an dem Wechsel