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Ladeverfahren für Energiespeicher in einem Elektrofahrzeug

IP.com Disclosure Number: IPCOM000202433D
Original Publication Date: 2010-Dec-15
Included in the Prior Art Database: 2010-Dec-15
Document File: 2 page(s) / 100K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Elektrofahrzeuge benötigen zur Ladung ihrer Energiespeicher, wie beispielsweise Batterien oder Kondensatoren, Energie aus einem Stromnetz. Dieses kann beispielsweise ein Wechselspannungsnetz an einer Ladesäule bzw. zu Hause in der Garage sein. Die Batterie kann dafür beispielsweise direkt mit einem Ladegerät geladen werden. Zu diesem Zweck muss das Ladegerät intern so aufgebaut sein, dass sich die Ausgangsspannung und der Ladestrom bezüglich der Batterie anpassen lassen. Häufig ist das Ladegerät in der Leistung beschränkt und kann mit einer Potentialtrennung versehen sein. Während des Fahrens muss die Energie der Batterie über einen Elektromotor in mechanische Arbeit umgesetzt werden. Hierbei stellt die Batteriespannung, welche in Abhängigkeit des Ladegrades in einem weiten Bereich variabel sein kann, eine besondere Randbedingung dar. Soll die am Motor abgegebene Leistung unabhängig von der Batteriespannung sein, bestehen zwei Möglichkeiten. Zum einen kann die Batterie direkt mit dem Zwischenkreis eines Pulswechselrichters verbunden sein. Dieser muss dann einerseits auf die höchste Batteriespannung und andererseits auf den höchsten Strom, welcher bei der minimalen Batteriespannung auftritt, ausgelegt sein. Dies ist sowohl für den Umrichter als auch den Motor aufgrund der Gesichtspunkte Lebensdauer und Effizienz ungünstig. Zum anderen kann zwischen Batterie und Zwischenkreis ein zusätzlicher DC/DC-Wandler (DC: Direct Current) eingebaut sein, welcher die Zwischenkreisspannung konstant hält, obwohl die Batteriespannung variabel ist. Durch diesen Zusatzaufwand entfällt die ungünstige Auslegung von PWR (Pulswechselrichter) und Motor.

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Ladeverfahren für Energiespeicher in einem Elektrofahrzeug

Idee: Dr. Hubert Schierling, DE-Erlangen; Dr. Hans-Georg Köpken, DE-Erlangen; Dr. Benno Weis,
DE-Erlangen; Dr. Stefan Völkel, DE-Erlangen; Jürgen Rupp, DE-Erlangen

Elektrofahrzeuge benötigen zur Ladung ihrer Energiespeicher, wie beispielsweise Batterien oder Kondensatoren, Energie aus einem Stromnetz. Dieses kann beispielsweise ein Wechselspannungsnetz an einer Ladesäule bzw. zu Hause in der Garage sein. Die Batterie kann dafür beispielsweise direkt mit einem Ladegerät geladen werden. Zu diesem Zweck muss das Ladegerät intern so aufgebaut sein, dass sich die Ausgangsspannung und der Ladestrom bezüglich der Batterie anpassen lassen. Häufig ist das Ladegerät in der Leistung beschränkt und kann mit einer Potentialtrennung versehen sein.

Während des Fahrens muss die Energie der Batterie über einen Elektromotor in mechanische Arbeit umgesetzt werden. Hierbei stellt die Batteriespannung, welche in Abhängigkeit des Ladegrades in einem weiten Bereich variabel sein kann, eine besondere Randbedingung dar. Soll die am Motor abgegebene Leistung unabhängig von der Batteriespannung sein, bestehen zwei Möglichkeiten. Zum einen kann die Batterie direkt mit dem Zwischenkreis eines Pulswechselrichters verbunden sein. Dieser muss dann einerseits auf die höchste Batteriespannung und andererseits auf den höchsten Strom, welcher bei der minimalen Batteriespannung auftritt, ausgelegt sein. Dies ist sowohl für den Umrichter als auch den Motor aufgrund der Gesichtspunkte Lebensdauer und Effizienz ungünstig. Zum anderen kann zwischen Batterie und Zwischenkreis ein zusätzlicher DC/DC-Wandler (DC: Direct Current) eingebaut sein, welcher die Zwischenkreisspannung konstant hält, obwohl die Batteriespannung variabel ist. Durch diesen Zusatzaufwand entfällt die ungünstige Auslegung von PWR (Pulswechselrichter) und Motor.

Es wird nun vorgeschlagen, die Anforderungen aus Lade- und Fahrbetrieb derart zu kombinieren, so dass die Komponenten der elektrischen Schaltung wie in Abbildung 1 dargestellt verbunden werden, so dass der DC/DC-Steller in den Betriebsarten Ladebetrieb und Fahrbetrieb genutzt werden kann. Das Ladegerät kann in einer einfacheren Ausführung realisiert werden, weil der vorhandene DC/DC- Steller sowohl während des Fahrens als auch beim Laden für die Spannungsanpassung zwischen der Batteriespannung UBatt und der Spannung am Zwischenkreis UZK genutzt werden kann. Beim Ladevorgang muss das Ladegerät deshalb nur eine ungeregelte Spannung zur Verfügung stellen, die allerdings noch oberhalb der Ladeschlussspannung der Batterie liegen muss. Über den DC/DC-Steller kann dann der nötige Ladestrom für die Batterie...