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DE102021107959A1 - Charging device and method for operating a charging device for solar-assisted charging of a motor vehicle - Google Patents

Charging device and method for operating a charging device for solar-assisted charging of a motor vehicle Download PDF

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DE102021107959A1
DE102021107959A1 DE102021107959.4A DE102021107959A DE102021107959A1 DE 102021107959 A1 DE102021107959 A1 DE 102021107959A1 DE 102021107959 A DE102021107959 A DE 102021107959A DE 102021107959 A1 DE102021107959 A1 DE 102021107959A1
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DE
Germany
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voltage
connection
module
low
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021107959.4A
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German (de)
Inventor
Vincent Molina
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (10) zum solargestützten Laden eines Kraftfahrzeugs. Zum Anschließen eines Solarmoduls (20) ist ein Solarmodulanschluss (11) vorgesehen. Ein Niedervoltspeicheranschluss (12) zum Anschließen eines Niedervoltspeichers (30) vorgesehen. Der Solarmodulanschluss (11) und der Niedervoltspeicheranschluss (12) sind über eine Verbindungsleitung (13) miteinander gekoppelt, um eine am Solarmodulanschluss (12) bereitgestellte Solarmodulspannung (Us) des Solarmoduls (20) an den Niedervoltspeicheranschluss (12) zum Laden des Niedervoltspeichers (30) bereitzustellen. Die Ladevorrichtung (10) umfasst auch eine Vielzahl an Batteriemodulanschlüssen (14) zum Anschließen von jeweils einem Batteriemodul (41, 42, 43, 44) eines Hochvoltspeichers (40). Die Batteriemodulanschlüsse (14) sind über ein Schaltmodul (15) zum selektiven Verbinden mit der Verbindungsleitung (13) gekoppelt. Eine Steuereinrichtung (16) wird eingesetzt, um gemäß einer vorbestimmten Steuerlogik das Schaltmodul (15) zum selektiven Verbinden anzusteuern. So kann die bereitgestellte Solarmodulspannung (Us) zudem an den verbundenen Batteriemodulanschluss (14) und/oder eine über den verbundenen Batteriemodulanschluss (14) bereitgestellte Batteriespannung (Ub) an den Niedervoltspeicheranschluss (12) durchgeschaltet werden.The invention relates to a charging device (10) for solar-assisted charging of a motor vehicle. A solar module connection (11) is provided for connecting a solar module (20). A low-voltage storage connection (12) is provided for connecting a low-voltage storage device (30). The solar module connection (11) and the low-voltage storage connection (12) are coupled to one another via a connecting line (13) in order to transmit a solar module voltage (Us) of the solar module (20), provided at the solar module connection (12), to the low-voltage storage connection (12) for charging the low-voltage storage device (30th ) to provide. The charging device (10) also includes a large number of battery module connections (14) for connecting one battery module (41, 42, 43, 44) of a high-voltage storage device (40). The battery module connections (14) are coupled via a switching module (15) for selective connection to the connecting line (13). A control device (16) is used in order to activate the switching module (15) for selective connection in accordance with a predetermined control logic. The solar module voltage (Us) provided can also be switched through to the connected battery module connection (14) and/or a battery voltage (Ub) provided via the connected battery module connection (14) to the low-voltage storage connection (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum solargestützten Laden eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Ladevorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Ladevorrichtung.The invention relates to a charging device for solar-assisted charging of a motor vehicle. The invention also relates to a motor vehicle with a corresponding charging device and a method for operating such a charging device.

Um die Verfügbarkeit eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs zu erhöhen, kann ein Kraftfahrzeug mit einem Solarmodul ausgestattet werden. Mit einem Solarmodul wird elektrische Energie aus Sonnenlicht gewonnen und dann zum Laden an den Energiespeicher bereitgestellt. Bei dem Energiespeicher kann es sich beispielsweise um einen Hochvoltspeicher des Kraftfahrzeugs handeln. Ein bekannter Hochvoltspeicher ist beispielsweise eine Antriebsbatterie, die zum Betreiben eines elektrischen Antriebs, zum Beispiel eines Elektromotors, in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen eingesetzt wird.In order to increase the availability of an energy store in a motor vehicle, a motor vehicle can be equipped with a solar module. With a solar module, electrical energy is obtained from sunlight and then made available for charging to the energy storage device. The energy store can be, for example, a high-voltage store of the motor vehicle. A known high-voltage storage device is, for example, a drive battery that is used to operate an electric drive, for example an electric motor, in electric vehicles or hybrid vehicles.

Mit Hochvolt ist im vorliegenden Sinne gemeint, dass der Energiespeicher eine Nennspannung größer als 60 V Gleichspannung, also zum Beispiel von 100 V oder mehr, bereitstellt. Üblicherweise wird ein Hochvoltspeicher dabei so konstruiert, dass die Nennspannung mehrere hundert Volt beträgt und beispielsweise zwischen etwa 400 und etwa 800 V liegt. Zum Erreichen einer solchen Hochvoltspannung werden zum Beispiel einzelne Akkumulatoren oder Batteriezellen, die selbst jeweils eine sehr viel geringere Nennspannung von wenigen Volt bereitstellen, in geeigneter Weise miteinander verschaltet. Dabei können zum Beispiel zunächst mehrere solcher Batteriezellen zu einem in einem gemeinsamen Funktionsblock als ein Batteriemodul zusammengeschaltet werden. Zum Bilden des Hochvoltspeichers können dann durch geeignete elektrische Verschaltung die Batteriemodule zusammengeschaltet werden. Die Dimensionierung eines solchen Batteriemoduls wird in der Regel so gewählt, dass die Batteriespannung in einem Niedervoltbereich liegt. Durch die elektrische Verschaltung summieren sich die von den Zellen oder Modulen bereitgestellten Spannungen auf, sodass an einem Anschluss des Hochvoltspeichers die gewünschte Nennspannung abgreifbar ist.In the present sense, high-voltage means that the energy store provides a nominal voltage greater than 60 V direct voltage, ie, for example, 100 V or more. A high-voltage storage device is usually constructed in such a way that the nominal voltage is several hundred volts and is between approximately 400 and approximately 800 V, for example. To achieve such a high voltage, for example, individual accumulators or battery cells, which each provide a very much lower nominal voltage of a few volts, are connected to one another in a suitable manner. In this case, for example, initially several such battery cells can be connected together in a common function block as a battery module. To form the high-voltage storage device, the battery modules can then be interconnected by means of suitable electrical interconnection. The dimensioning of such a battery module is usually chosen so that the battery voltage is in a low-voltage range. The voltages provided by the cells or modules add up as a result of the electrical interconnection, so that the desired nominal voltage can be tapped off at a connection of the high-voltage battery.

Zusätzlich oder alternativ kann es sich bei dem Energiespeicher beispielsweise um einen Niedervoltspeicher des Kraftfahrzeugs handeln. Ein Niedervoltspeicher kann beispielsweise eine Starterbatterie oder eine herkömmliche Autobatterie des Kraftfahrzeugs sein. Mit Niedervolt ist im vorliegenden Sinne gemeint, dass der Energiespeicher eine Nennspannung kleiner als 60 V Gleichspannung bereitstellt. Üblicherweise wird in einem Kraftfahrzeug ein Niedervoltspeicher verwendet, dessen Nennspannung zum Beispiel zwischen 12 V und 48 V liegt.Additionally or alternatively, the energy storage device can be a low-voltage storage device of the motor vehicle, for example. A low-voltage storage device can be a starter battery or a conventional car battery in the motor vehicle, for example. In the present sense, low-voltage means that the energy store provides a nominal voltage of less than 60 V direct voltage. A low-voltage storage device is usually used in a motor vehicle, the nominal voltage of which is between 12 V and 48 V, for example.

Aufgrund von elektrischen Vorgaben wird auch ein Solarmodul für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug in der Regel für den vorgenannten Niedervoltbereich ausgelegt. So kann Solarmodul zum Beispiel ebenfalls für eine maximale Solarmodulspannung von 12 bis 48 V ausgelegt sein.Due to electrical specifications, a solar module for use in a motor vehicle is generally designed for the aforementioned low-voltage range. For example, the solar module can also be designed for a maximum solar module voltage of 12 to 48 V.

Der Hochvoltspeicher einerseits und der Niedervoltspeicher oder das Solarmodul andererseits weisen somit unterschiedliche Spannungsniveaus oder Spannungsebenen auf. Um die Spannungsniveaus auszugleichen und somit elektrische Energie zum Beispiel von dem Solarmodul an den Hochvoltspeicher und/oder dem Hochvoltspeicher an den Niedervoltspeicher übertragen zu können, werden deshalb elektrische Wandler, insbesondere Gleichspannungswandler (DC/DC Wandler), die zum Beispiel als Aufwärtswandler oder Abwärtswandler betrieben werden können, eingesetzt.The high-voltage storage device on the one hand and the low-voltage storage device or the solar module on the other hand therefore have different voltage levels or voltage levels. In order to equalize the voltage levels and thus be able to transfer electrical energy, for example from the solar module to the high-voltage storage unit and/or the high-voltage storage unit to the low-voltage storage unit, electrical converters, in particular direct current converters (DC/DC converters), are operated, for example, as step-up converters or step-down converters can be used.

Zum Beispiel wird in der US 2019/0322193 A1 ein Solarmodul über einen DC/DC-Wandler an die Hochvoltbatterie angeschlossen. Durch Schalten eines Schalters kann zusätzlich auch eine Niedervoltbatterie des Kraftfahrzeugs an das Solarmodul angeschlossen werden.For example, in the U.S. 2019/0322193 A1 a solar module is connected to the high-voltage battery via a DC/DC converter. A low-voltage battery of the motor vehicle can also be connected to the solar module by switching a switch.

Ein solcher Wandler Benötigt jedoch zusätzlichen Bauraumbedarf und trägt zum Leistungsverlust in einem System zum solargestützten Laden bei. Um das solargestützte Laden ohne Wandler zu realisieren ist in der EP 2 276 100 A2 eine solargestützte Batterieladevorrichtung offenbart. Dabei ist der Hochvoltspeicher in mehrere Zellböcke aufgeteilt und eine von einem Solarmodul gelieferte Ladespannung wird selektiv an einen oder mehrere der Zellblöcke durchgeschaltet. Bei Bedarf kann die vom Solarmodul gelieferte Ladespannung auch an andere Verbraucher, wie beispielsweise einen 12-V-Verteiler, eingespeist werden.However, such a converter requires additional space and contributes to power loss in a solar-assisted charging system. In order to realize solar-assisted charging without a converter, EP 2 276 100 A2 discloses a solar powered battery charger. The high-voltage battery is divided into several cell blocks and a charging voltage supplied by a solar module is selectively switched through to one or more of the cell blocks. If necessary, the charging voltage supplied by the solar module can also be fed to other consumers, such as a 12 V distributor.

Um das Zwischenspeichern der von Solarmodul bereitgestellten elektrischen Energie in dem Hochvoltspeicher zu vermeiden, ist aus der US 2015/0349533 A1 bekannt, ein Photovoltaikmodul direkt zum Betreiben einer elektrischen Maschine zu nutzen. Die elektrische Energie des Photovoltaikmoduls wird dabei über einen Inverter (Wechselrichter) für den Betrieb der elektrischen Maschine gewandelt.In order to avoid caching the electrical energy provided by the solar module in the high-voltage storage unit, US 2015/0349533 A1 known to use a photovoltaic module directly to operate an electrical machine. The electrical energy of the photovoltaic module is converted via an inverter (inverter) for the operation of the electrical machine.

Es ist die Aufgabe der Erfindung beim solargestützten Laden eines Kraftfahrzeugs eine Verlustleistung zu reduzieren und eine Energieausbeute der von einem Solarmodul bereitgestellten elektrischen Energie zu verbessern.It is the object of the invention to reduce power loss during solar-assisted charging of a motor vehicle and to improve an energy yield of the electrical energy provided by a solar module.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Further possible configurations of the invention are disclosed in the dependent claims, the description and the figures.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass in Zukunft ein Solarmodul eine maximal verfügbare Oberfläche des Kraftfahrzeugkörpers bedecken kann, um den Energiegewinn aus der Solarenergie zum Laden des Kraftfahrzeugs zu optimieren. Aufgrund von elektrischen Vorgaben darf der Außenbereich des Kraftfahrzeugs keinen Hochvoltspannungen, wie sie zum Beispiel von einem Hochvoltspeicher des Kraftfahrzeugs zum Laden benötigt werden, ausgesetzt sein. Deshalb wird ein Solarmodul häufig für den vorgenannten Niederspannungsbereich ausgelegt und nur an einen Niedervoltspeicher des Kraftfahrzeugs angeschlossen. Hierbei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass zukünftige Solarmodule in der Lage sein können, mehr Energie bereitzustellen als überhaupt in einem Niedervoltspeicher, also einer herkömmlichen 12-V-Batterie, gespeichert werden kann. Somit wird die Menge an nutzbarer Energie, die von dem Solarmodul bereitgestellt werden kann, limitiert.The invention is based on the knowledge that in the future a solar module can cover a maximum available surface of the motor vehicle body in order to optimize the energy gain from the solar energy for charging the motor vehicle. Due to electrical specifications, the exterior of the motor vehicle must not be exposed to any high-voltage voltages, such as those required for charging a high-voltage battery in the motor vehicle. A solar module is therefore often designed for the aforementioned low-voltage range and is only connected to a low-voltage storage device in the motor vehicle. However, this has the disadvantage that future solar modules may be able to provide more energy than can be stored in a low-voltage storage device, i.e. a conventional 12 V battery. This limits the amount of usable energy that can be provided by the solar module.

Das Solarmodul kann auch an einen Hochvoltspeicher angeschlossen werden. Dabei wird allerdings ein Wandler, wie beispielsweise einem DC/DC-Konverter, benötigt, um die niedrigere Solarmodulspannung in eine Hochvoltspannung zum Laden des Hochvoltspeichers zu wandeln. Hierdurch ergibt sich der Nachteil, dass durch das zusätzliche Wandlermodul der Leistungsverlust beim solargestützten Laden des Kraftfahrzeugs erhöht wird. Zudem wird Ozusätzlicher Bauraum für das Wandlermodul benötigt.The solar module can also be connected to a high-voltage battery. However, a converter, such as a DC/DC converter, is required in order to convert the lower solar module voltage into a high-voltage voltage for charging the high-voltage storage unit. This results in the disadvantage that the additional converter module increases the power loss during solar-assisted charging of the motor vehicle. In addition, additional space is required for the converter module.

In der Erfindung geht es nun darum, eine Energieausbeute beim solargestützten Laden des Kraftfahrzeugs zu optimieren und gleichzeitig eine Verlustleistung durch Vermeiden der Nutzung eines Wandlermoduls zu reduzieren.The invention is now about optimizing an energy yield during solar-assisted charging of the motor vehicle and at the same time reducing power loss by avoiding the use of a converter module.

Dazu ist in der Erfindung eine Ladevorrichtung zum solargestützten Laden eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Ladevorrichtung umfasst einen Solarmodulanschluss zum Anschließen eines Solarmoduls. Weiterhin umfasst die Ladevorrichtung einen Niedervoltspeicheranschluss zum Anschließen eines Niedervoltspeichers, wie beispielsweise einer Starterbatterie. Der Solarmodulanschluss und der Niedervoltspeicheranschluss sind dabei über eine Verbindungsleitung miteinander gekoppelt, um eine über den Solarmodulanschluss bereitgestellte Solarmodulspannung des Solarmoduls an den Niedervoltspeicheranschluss zum Laden des Niedervoltspeichers bereitzustellen. Weiterhin umfasst die Ladevorrichtung eine Vielzahl, das heißt zwei oder mehr, an Batteriemodulanschlüssen zum Anschließen von jeweils einem Batteriemodul eines Hochvoltspeichers, wie beispielsweise einer Antriebsbatterie. Zudem ist noch ein Schaltmodul zum selektiven Verbinden von wenigstens einem der Vielzahl an Batteriemodulanschlüssen mit der Verbindungsleitung vorgesehen. Durch die Ladevorrichtung kann somit eine elektrische Parallelschaltung des Solarmodulanschlusses, des Niedervoltspeicheranschlusses und der Batteriemodulanschlüsse realisiert sein.For this purpose, a charging device for solar-assisted charging of a motor vehicle is provided in the invention. The charging device includes a solar module connection for connecting a solar module. Furthermore, the charging device includes a low-voltage storage connection for connecting a low-voltage storage device, such as a starter battery. The solar module connection and the low-voltage storage connection are coupled to one another via a connecting line in order to provide a solar module voltage of the solar module provided via the solar module connection to the low-voltage storage connection for charging the low-voltage storage device. Furthermore, the charging device includes a large number, ie two or more, of battery module connections for connecting one battery module of a high-voltage storage device, such as a drive battery, in each case. In addition, a switching module is also provided for selectively connecting at least one of the plurality of battery module connections to the connecting line. An electrical parallel connection of the solar module connection, the low-voltage storage connection and the battery module connections can thus be realized by the charging device.

Um einen Energiefluss im Betrieb der Ladevorrichtung zu steuern, ist noch eine Steuereinrichtung vorgesehen. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, gemäß einer vorbestimmten Steuerlogik, die in der Steuereinrichtung implementiert sein kann, das Schaltmodul zum selektiven Verbinden anzusteuern. Einerseits wird so die bereitgestellte Solarmodulspannung zusätzlich an den wenigstens einen verbundenen Batteriemodulanschluss zum Laden des zugeordneten Batteriemoduls durchgeschaltet. Andererseits wird zusätzlich oder alternativ eine über den wenigstens einen verbundenen Batteriemodulanschluss bereitgestellte Batteriespannung des zugeordneten Batteriemoduls an den Niedervoltspeicheranschluss zum Laden des Niedervoltspeichers durchgeschaltet.A control device is also provided in order to control an energy flow during operation of the charging device. The control device is designed to control the switching module for selective connection according to a predetermined control logic, which can be implemented in the control device. On the one hand, the solar module voltage provided is additionally switched through to the at least one connected battery module connection for charging the associated battery module. On the other hand, a battery voltage provided via the at least one connected battery module connection of the assigned battery module is additionally or alternatively switched through to the low-voltage storage connection for charging the low-voltage storage.

Eine Energieflussrichtung im Betrieb der Ladevorrichtung, also das Laden oder Entladen der jeweiligen Komponente der Ladevorrichtung, hängt dabei in bekannter Weise von den Spannungszuständen an den Anschlüssen der Ladevorrichtung ab. Die Spannungszustände sind zum Beispiel von einem Ladezustand des jeweiligen Energiespeichers, also der bereitgestellten Batteriespannung des jeweils angeschlossenen Batteriemoduls und einer Niedervoltspeicherspannung des Niedervoltspeichers, sowie der vom Solarmodul bereitgestellten Solarmodulspannung abhängig. Welche Energieübertragungspfade in der Ladevorrichtung für den Energiefluss, also die Energieübertragung, zur Verfügung stehen, hängt von der durchgeführten Steuerlogik der Steuereinrichtung, also dem Schalten des Schaltmoduls ab.A direction of energy flow during operation of the charging device, ie the charging or discharging of the respective component of the charging device, depends in a known manner on the voltage states at the terminals of the charging device. The voltage states are dependent, for example, on a state of charge of the respective energy store, ie the provided battery voltage of the respectively connected battery module and a low-voltage storage voltage of the low-voltage store, as well as the solar module voltage provided by the solar module. Which energy transmission paths are available in the charging device for the energy flow, ie the energy transmission, depends on the control logic implemented by the control device, ie the switching of the switching module.

Durch das Design der Ladevorrichtung und die passende Steuerung des Schaltmoduls ist es somit möglich, den Niedervoltspeicher und das jeweils angeschlossene Batteriemodul gemeinsam oder insbesondere zeitgleich solargestützt zu laden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass der Niedervoltspeicher aus dem Hochvoltspeicher geladen wird. Dabei ist insbesondere kein Wandler zwischen dem Hochvoltspeicher und dem Solarmodul und dem Niedervoltspeicher notwendig. So kann ein Leistungsverlust vermieden und Bauraumbedarf eingespart werden. Zudem kann die Menge an speicherbarer Solarenergie erhöht werden, indem beide vorhandenen Energiespeicher in dem Kraftfahrzeug für die Energieversorgung zur Verfügung stehen.Due to the design of the charging device and the appropriate control of the switching module, it is thus possible to charge the low-voltage storage device and the connected battery module together or, in particular, at the same time with solar support. In addition or as an alternative, it is possible for the low-voltage storage device to be charged from the high-voltage storage device. In particular, no converter is required between the high-voltage storage device and the solar module and the low-voltage storage device. In this way, a loss of performance can be avoided and space requirements can be saved. In addition, the amount of storable solar energy can be increased by using both existing energy storage are available in the motor vehicle for the energy supply.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Redundanz in der Verfügbarkeit des Niedervoltspeichers realisiert wird. Der Niedervoltspeicher kann sowohl über das Solarmodul als auch über das jeweils zugeschaltete Batteriemodul mit elektrischer Energie versorgt werden. Selbst wenn gerade keine Solarmodulspannung zur Verfügung steht, kann somit sichergestellt werden, dass zum Beispiel Verbraucher (ECU-Steuergeräte) im Niedervoltnetz des Kraftfahrzeugs aus dem Niedervoltspeicher zuverlässig mit Energie versorgt werden können.Another advantage is that redundancy in the availability of the low-voltage battery is implemented. The low-voltage battery can be supplied with electrical energy both via the solar module and via the connected battery module. Even if no solar module voltage is available at the moment, it can be ensured that, for example, consumers (ECU control units) in the low-voltage network of the motor vehicle can be reliably supplied with energy from the low-voltage storage unit.

Der vorliegende Hochvoltspeicher kann beispielsweise eine Batteriespannung von 400 oder 800 V bereitstellen. Natürlich sind auch andere Batteriespannungswerte möglich, die im eingangs genannten Hochvoltbereich liegen. Die vorliegenden Batteriemodule können zum Beispiel für eine Batteriespannung kleiner oder gleich der Niedervoltspeicherspannung oder der Solarmodulspannung ausgebildet sein. Insbesondre kann zum Beispiel eine Auslegung auf 4 bis 8 V vorgesehen sein. Der vorliegende Niedervoltspeicher kann beispielweise eine Niedervoltspeicherspannung von 12 oder 48 V bereitstellen. Natürlich sind auch andere Niedervoltspannungswerte möglich, die im eingangs genannten Niedervoltbereich liegen. Das vorliegende Solarmodul kann zum Beispiel ebenfalls für den Niedervoltbereich ausgelegt sein. Insbesondere ist die Dimensionierung Solarmoduls dabei an die Dimensionierung des Niedervoltspeichers angepasst. Entsprechend kann das Solarmodul beispielweise eine Solarmodulspannung von 12 oder 48 V bereitstellen.The present high-voltage storage device can provide a battery voltage of 400 or 800 V, for example. Of course, other battery voltage values are also possible, which are in the high-voltage range mentioned at the outset. The present battery modules can be designed, for example, for a battery voltage that is less than or equal to the low-voltage storage voltage or the solar module voltage. In particular, a design for 4 to 8 V can be provided, for example. The present low-voltage storage device can provide a low-voltage storage voltage of 12 or 48 V, for example. Of course, other low-voltage values are also possible, which are in the low-voltage range mentioned at the outset. The present solar module can also be designed for the low-voltage range, for example. In particular, the dimensioning of the solar module is adapted to the dimensioning of the low-voltage storage unit. Accordingly, the solar module can provide a solar module voltage of 12 or 48 V, for example.

Das Schaltmodul kann zum Beispiel als Schaltermatrix mit einer Vielzahl von Schaltereinheiten ausgebildet sein. Dabei ist jedem Batteriemodulanschluss der Ladevorrichtung eine der Schaltereinheiten zugeordnet. Eine Schaltereinheit kann beispielsweise als elektronischer Schalter insbesondere als Halbleiterschalter wie beispielsweise ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) oder ein MOSFET (Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor) ausgebildet sein. Alternativ kann die jeweilige Schaltereinheit beispielsweise als Relais oder ein anderes steuerbares Schaltelement ausgebildet sein. Zum Durchschalten können die Schaltereinheiten von der Steuereinrichtung in einem Schaltbetrieb betrieben werden.The switching module can be designed, for example, as a switch matrix with a large number of switch units. In this case, one of the switch units is assigned to each battery module connection of the charging device. A switch unit can be designed, for example, as an electronic switch, in particular as a semiconductor switch such as an IGBT (bipolar transistor with insulated gate electrode) or a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor). Alternatively, the respective switch unit can be designed, for example, as a relay or another controllable switching element. For switching through, the switch units can be operated by the control device in a switching mode.

Das Batteriemodul kann im vorliegenden Sinn, wie eingangs beschrieben, eine oder mehrere Batteriezellen oder Akkumulatoren umfassen, die in geeigneter Weise elektrisch miteinander zu einem Zellverbund verschaltet sind. Eine Dimensionierung der Batteriemodule, also die Anzahl an verschalteten Batteriezellen, kann insbesondere so gewählt sein, dass eine maximale Batteriespannung, die von dem Batteriemodul zur Verfügung stehen kann, höchstens der maximalen Solarmodulspannung, die von dem Solarmodul bereitgestellt werden kann, entspricht. So kann ein Batteriemodul im vollgeladenen Zustand beispielsweise höchstens eine Nennspannung (maximale Batteriespannung) von 12 V bis 48 V je nach Auslegung des Solarmoduls bereitstellen. Insbesondere sind die Batteriemodule jedoch kleiner dimensioniert, sodass zum Beispiel zwei oder mehr Batteriemodule zusammengeschaltet werden müssen, um die Nennspannung von 12 bis 48 V zu erreichen.As described above, the battery module in the present sense can comprise one or more battery cells or accumulators which are electrically connected to one another in a suitable manner to form a cell assembly. A dimensioning of the battery modules, ie the number of interconnected battery cells, can in particular be chosen such that a maximum battery voltage that can be available from the battery module corresponds at most to the maximum solar module voltage that can be provided by the solar module. For example, when fully charged, a battery module can provide a maximum nominal voltage (maximum battery voltage) of 12 V to 48 V, depending on the design of the solar module. In particular, however, the battery modules have smaller dimensions, so that, for example, two or more battery modules have to be interconnected in order to achieve the nominal voltage of 12 to 48 V.

Im Folgenden sind nun weitere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.Further embodiments of the invention are now described below, which result in additional advantages.

Für das vorgenannte Koppeln des Niedervoltspeicheranschlusses an die Verbindungsleitung sind in einer Ausführungsform der Erfindung unterschiedliche Varianten vorgeschlagen. Gemäß einer Variante ist der Niedervoltspeicheranschluss direkt an die Verbindungsleitung angeschlossen. Die Verbindungsleitung mündet sozusagen in den Niedervoltspeicheranschluss. Somit wird der Niedervoltspeicher immer dann, wenn ausreichend Solarmodulspannung und/oder Batteriespannung anliegt, direkt mit elektrischer Energie versorgt.In one embodiment of the invention, different variants are proposed for the aforementioned coupling of the low-voltage storage connection to the connecting line. According to one variant, the low-voltage storage connection is connected directly to the connecting line. The connecting line ends, so to speak, in the low-voltage battery connection. This means that the low-voltage battery is always supplied with electrical energy directly when there is sufficient solar module voltage and/or battery voltage.

Gemäß einer zweiten Variante umfasst die Ladevorrichtung eine Schaltereinheit, die ausgebildet ist, den Niedervoltspeicheranschluss selektiv mit der Verbindungsleitung zu verbinden. Zudem ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Schalteinheit gemäß der Steuerlogik zum Verbinden anzusteuern, um die bereitgestellte Solarmodulspannung und/oder die bereitgestellte Batteriespannung an den Niedervoltspeicheranschluss zum Laden des Niedervoltspeichers durchzuschalten. Somit kann der Niedervoltspeicher zum Beispiel nur bei Bedarf oder unter Berücksichtigung der vorgenannten Spannungszustände für die Energieversorgung zugeschaltet werden. Bei der Schalteinheit zum selektiven Verbinden des Niedervoltspeicheranschlusses kann es sich beispielsweise um eine zu dem Schaltmodul separat ausgebildete Schaltereinheit handeln. Alternativ kann die Schaltereinheit zum Beispiel von dem Schaltmodul umfasst sein.According to a second variant, the charging device includes a switch unit that is designed to selectively connect the low-voltage storage connection to the connecting line. In addition, the control device is designed to control the switching unit according to the control logic for connection in order to switch through the provided solar module voltage and/or the provided battery voltage to the low-voltage storage connection for charging the low-voltage storage. The low-voltage storage device can therefore only be switched on when required or taking into account the aforementioned voltage states for the energy supply. The switching unit for selectively connecting the low-voltage storage connection can, for example, be a switching unit that is configured separately from the switching module. Alternatively, the switch unit can be comprised by the switch module, for example.

Insbesondere erfolgt das Ansteuern des Schaltmoduls und somit das selektive Verbinden unter Berücksichtigung der vorgenannten Spannungszustände an den Anschlüssen der Ladevorrichtung. Dazu ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, in einer Priorisierungsroutine bereitgestellte Ladezustände der Batteriemodule zu vergleichen und abhängig von den Ladezuständen zu priorisieren und den gemäß der Steuerlogik jeweils zu verbindenden Batteriemodulanschluss in Abhängigkeit von der Priorisierung auszuwählen.In particular, the activation of the switching module and thus the selective connection takes place taking into account the aforementioned voltage states at the terminals of the charging device. For this purpose, in a further embodiment, it is provided that the control device is designed to compare provided states of charge of the battery modules in a prioritization routine and to prioritize them depending on the states of charge ren and select the battery module connection to be connected according to the control logic depending on the prioritization.

Somit wird von der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den Ladezuständen der Batteriemodule entschieden, welches Batteriemodul zum Laden oder Entladen verbunden werden soll. Die Steuereinrichtung kann die Priorisierung zum Beispiel nach einem Ladebedarf, der sich aus dem jeweiligen Ladezustand ergibt, auswählen. Somit kann zum Beispiel ein Batteriemodul mit dem niedrigsten Ladezustand durch Verbinden des zugeordneten Ladeanschlusses mit elektrischer Energie aus dem Solarmodul versorgt werden. Soll hingegen das jeweilige Batteriemodul selbst zum Laden des Niedervoltspeichers genutzt werden, kann zum Beispiel ein Batteriemodul mit dem höchsten Ladezustand gemäß der Priorisierung ausgewählt werden.The control device therefore decides which battery module is to be connected for charging or discharging, depending on the state of charge of the battery modules. The control device can select the prioritization, for example, according to a charging requirement that results from the respective charging state. Thus, for example, a battery module with the lowest state of charge can be supplied with electrical energy from the solar module by connecting the associated charging connection. If, on the other hand, the respective battery module itself is to be used to charge the low-voltage battery, a battery module with the highest state of charge can be selected according to the prioritization, for example.

In den folgenden Ausführungsformen geht es nun darum, wie viele Batteriemodule gemeinsam durch Zuschalten des jeweiligen Batteriemodulanschlusses mit der Ladevorrichtung verbunden werden. Dazu ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Anzahl an gemäß der Steuerlogik zu verbindenden Batteriemodulanschlüssen in Abhängigkeit von der bereitgestellten Solarmodulspannung und einem bereitgestellten Ladezustand des jeweiligen Batteriemoduls auszuwählen. Je mehr Solarmodulspannung von dem Solarmodul geliefert wird, desto mehr Batteriemodulanschlüsse können somit zugeschaltet werden. Das Zuschalten erfolgt insbesondere unter Berücksichtigung einer mindestens benötigten Ladespannung der Batteriemodule.In the following specific embodiments, it is a question of how many battery modules are connected together to the charging device by switching on the respective battery module connection. For this purpose, one embodiment provides that the control device is designed to select the number of battery module connections to be connected according to the control logic depending on the provided solar module voltage and a provided state of charge of the respective battery module. The more solar module voltage is supplied by the solar module, the more battery module connections can thus be switched on. The connection takes place in particular taking into account a minimum required charging voltage of the battery modules.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Anzahl an der gemäß der Steuerlogik zu verbindenden Batteriemodulanschlüsse in Abhängigkeit von einem bereitgestellten Ladezustand des Niedervoltspeichers und einem bereitgestellten Ladezustand des jeweiligen Batteriemoduls auszuwählen. Abhängig von der Dimensionierung der Batteriemodule können somit mehr oder weniger Batteriemodulanschlüsse zugeschaltet werden. Zudem kann auch vermieden werden, dass unter vorbestimmten Randbedingungen von dem Niedervoltanschluss elektrische Energie an den Batteriemodulanschluss bereitgestellt wird. Es soll also die Energieübertragung von Niedervoltspeicher und Hochvoltspeicher verhindert werden. Eine vorbestimmte Randbedingung kann zum Beispiel eintreten, wenn die bereitgestellte Solarmodulspannung einen vorbestimmten Untergrenzwert unterschreitet. Der Untergrenzwert kann zum Beispiel ein Spannungswert sein, der kleiner ist als die Batteriespannung und die Niedervoltspeicherspannung. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung das Schaltmodul zum selektiven Verbinden zum Beispiel nur dann ansteuern, wenn ein Ladezustand des oder der jeweiligen zum Verbinden ausgewählten Batteriemodule einen Ladezustand des Niedervoltspeichers überschreitet. Alternativ dazu kann zum Beispiel die Anzahl an zum Verbinden ausgewählten Batteriemodule an den Ladezustand des Niedervoltspeichers durch Schalten des Schaltmoduls angepasst werden.According to a further embodiment, the control device is designed to select the number of battery module connections to be connected according to the control logic depending on a provided state of charge of the low-voltage storage device and a provided state of charge of the respective battery module. Depending on the dimensioning of the battery modules, more or fewer battery module connections can be connected. In addition, it can also be avoided that electrical energy is provided from the low-voltage connection to the battery module connection under predetermined boundary conditions. So the energy transfer from low-voltage storage and high-voltage storage should be prevented. A predetermined boundary condition can occur, for example, if the solar module voltage provided falls below a predetermined lower limit value. For example, the lower limit value can be a voltage value that is lower than the battery voltage and the low-voltage storage voltage. In this case, the control device can only activate the switching module for selective connection, for example, if a state of charge of the battery module or modules selected for connection exceeds a state of charge of the low-voltage storage device. Alternatively, for example, the number of battery modules selected for connection can be adapted to the state of charge of the low-voltage storage device by switching the switching module.

Die vorgenannten Ladezustände der Batteriemodule und des Niedervoltspeichers können der Steuereinrichtung zum Beispiel von extern, zum Beispiel von einem Batteriemanagementsystem, vorgegeben sein. Alternativ kann die Ladevorrichtung zum Beispiel eine Messeinrichtung umfassen, um den Ladezustand des jeweiligen Batteriemoduls oder des Niedervoltspeichers durch Messen der bereitgestellten Spannung am jeweiligen Anschluss zu bestimmen.The aforementioned states of charge of the battery modules and of the low-voltage storage device can be specified for the control device externally, for example by a battery management system. Alternatively, the charging device can include a measuring device, for example, in order to determine the state of charge of the respective battery module or the low-voltage storage device by measuring the voltage provided at the respective connection.

In den folgenden Ausführungsformen geht es als nächstes darum, wie zwischen den Batteriemodulen des Hochvoltspeichers umgeschaltet werden kann, um zum Beispiel ein Balancing (Ladezustandsausgleich) zu realisieren. Dazu ist in einer ersten Ausführungsform vorgesehen, dass durch die Steuerlogik ein vorbestimmtes Umschaltkonzept umgesetzt ist, um durch Ansteuern des Schaltmoduls die Vielzahl an Batteriemodulanschlüssen einzeln oder in Gruppen nacheinander zum Bereitstellen der Batteriespannung und/oder zum Empfangen der Solarmodulspannung zu verbinden. Mit nacheinander ist vorliegend insbesondere einzeln oder gruppenweise zeitlich hintereinander oder abwechselnd gemeint. Durch das Umschaltkonzept kann somit ein Schaltmuster für das Schaltmodul realisiert werden, um zwischen den verschiedenen Batteriemodulanschlüssen umzuschalten. Durch das Umschaltkonzept kann beispielsweise ein gleichmäßiges Laden oder Entladen der Batteriemodule, also ein Balancing des Hochvoltspeichers, umgesetzt werden.In the following specific embodiments, the next issue is how to switch between the battery modules of the high-voltage storage device, for example in order to implement balancing (charge state equalization). For this purpose, a first embodiment provides that the control logic implements a predetermined switching concept in order to connect the plurality of battery module connections individually or in groups one after the other to provide the battery voltage and/or to receive the solar module voltage by controlling the switching module. In the present case, successively means in particular individually or in groups one after the other or alternately. A switching pattern for the switching module can thus be implemented by the switching concept in order to switch between the different battery module connections. For example, the switching concept can be used to evenly charge or discharge the battery modules, i.e. to balance the high-voltage battery.

Im Zusammenhang mit dem Umschaltkonzept ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, das Umschaltkonzept in Abhängigkeit von der vorgenannten Priorisierung festzulegen. Dabei ist die Steuereinrichtung ausgebildet, ausgehend von den bereitgestellten Ladezuständen einen jeweiligen Zielladezustand für das jeweilige Batteriemodul zu bestimmen und das Schaltmodul anzusteuern, um den jeweils zugeordneten Batteriemodulanschluss bis zum Erreichen des Zielladezustands zu verbinden.In connection with the switching concept, a further embodiment provides that the control device is designed to define the switching concept as a function of the aforementioned prioritization. The control device is designed to determine a respective target state of charge for the respective battery module based on the state of charge provided and to control the switching module in order to connect the respectively assigned battery module connection until the target state of charge is reached.

Anders ausgedrückt, kann der Hochvoltspeicher in einzelnen Modulen oder Modulblöcken (Gruppen) bis zu dem vorgegebenen Zielladezustand geladen oder entladen werden. Insbesondere kann der Zielladezustand so gewählt sein, dass eine Differenz zwischen den Ladezuständen der Batteriemodule innerhalb eines vorgegebenen Grenzbetrags bleibt. Somit können die Ladezustände der Batteriemodule homogen gehalten und eine Lebensdauer und Effizienz des Hochvoltspeichers verbessert werden.In other words, the high-voltage battery can be charged or discharged in individual modules or module blocks (groups) up to the specified target state of charge. Especially the target state of charge can be selected such that a difference between the states of charge of the battery modules remains within a predetermined limit amount. In this way, the state of charge of the battery modules can be kept homogeneous and the service life and efficiency of the high-voltage battery can be improved.

Abhängig von der Priorisierung können somit eine oder mehrere Batteriezellen zu einer Gruppe gebildet werden, um über den jeweiligen Batteriemodulanschluss gemeinsam, also insbesondere zeitgleich geladen oder entladen zu werden. Zum Beispiel können diejenigen Batteriemodule mit gleicher Priorisierung zu einer Gruppe zugeordnet werden, die dann zum Beispiel gemeinsam auf dem Zielladezustand geladen oder entladen werden.Depending on the prioritization, one or more battery cells can thus be formed into a group in order to be charged or discharged jointly, ie in particular at the same time, via the respective battery module connection. For example, those battery modules with the same prioritization can be assigned to a group, which are then, for example, charged or discharged together to the target state of charge.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgebildet, das Umschaltkonzept in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Sonnenstrahlungsdauer für das Solarmodul festzulegen. Durch die Sonnenstrahlungsdauer kann zum Beispiel ein Zeitfenster vorgegeben sein, in dem von dem Solarmodul elektrische Energie zum Bereitstellen an die Ladevorrichtung bereitsteht. Die Sonnenstrahlungsdauer kann zum Beispiel durch statistische Auswertungen von Wetterdaten vorgegeben sein. Dieses Zeitfenster kann nun für das Umschaltkonzept berücksichtigt werden, um die Batteriemodule des Hochvoltspeichers effizient zu laden. Insbesondere kann, wie zuvor beschrieben, darauf geachtet werden, dass die Ladezustände der Batteriemodule homogen gehalten werden.According to a further embodiment, the control device is designed to define the switching concept as a function of a predetermined duration of solar radiation for the solar module. The duration of solar radiation can, for example, predetermine a time window in which electrical energy is available from the solar module for provision to the charging device. The duration of solar radiation can be specified, for example, by statistical evaluations of weather data. This time window can now be taken into account for the switching concept in order to efficiently charge the battery modules of the high-voltage battery. In particular, as described above, care can be taken to ensure that the states of charge of the battery modules are kept homogeneous.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer Ladevorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Das Kraftfahrzeug umfasst ein Solarmodul, das an dem Solarmodulanschluss angeschlossen ist, einen Niedervoltspeicher, der an den Niedervoltspeicheranschluss angeschlossen ist, und einen Hochvoltspeicher mit einer Vielzahl an Batteriemodulen, die an einem jeweiligen der Batteriemodulanschlüsse angeschlossen sind. Das Kraftfahrzeug kann zum Beispiel als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb ausgebildet sein.The invention also relates to a motor vehicle with a charging device as described above. The motor vehicle includes a solar module that is connected to the solar module connection, a low-voltage storage device that is connected to the low-voltage storage device connection, and a high-voltage storage device with a plurality of battery modules that are connected to a respective one of the battery module connections. The motor vehicle can be designed, for example, as an electric vehicle or hybrid vehicle with an electric drive.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Dabei wird mittels der vorgenannten Steuereinrichtung die vorbestimmte Steuerlogik ausgeführt und dadurch das Schaltmodul zum selektiven Verbinden angesteuert, sodass die bereitgestellte Solarmodulspannung an den wenigstens einen verbundenen Batterieanschluss zum Laden des zugeordneten Batteriemoduls durchgeschaltet wird und/oder die über den wenigstens einen verbundenen Batteriemodulanschluss bereitgestellte Batteriespannung des zugeordneten Batteriemoduls an den Niedervoltspeicheranschluss zum Laden des Niedervoltspeichers durchgeschaltet wird.The invention also relates to a method for operating a charging device as described above. The aforementioned control device executes the predetermined control logic and thereby controls the switching module for selective connection, so that the solar module voltage provided is switched through to the at least one connected battery connection for charging the assigned battery module and/or the battery voltage of the assigned battery module provided via the at least one connected battery module connection Battery module is switched through to the low-voltage storage connection for charging the low-voltage storage.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description and the features and feature combinations shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the invention to leave.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine Ladevorrichtung zum solargestützten Laden eines Kraftfahrzeugs
The drawing shows in:
  • 1 a charging device for solar-assisted charging of a motor vehicle

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung 10, die zum solargestützten Laden eines Kraftfahrzeugs (in 1 nicht dargestellt) eingesetzt werden kann. Für das solargestützte Laden weist die Ladevorrichtung 10 einen Solarmodulanschluss 11 zum Anschließen eines Solarmoduls 20 auf. Das Solarmodul 20 kann zum Beispiel an einer oder mehreren verschiedenen Außenflächen, wie beispielsweise einem Dach und/oder einer Fronthaube, angebracht sein. Ein solches Solarmodul 20 kann aus einer oder mehreren Solarzellen oder Photovoltaikzellen, die in geeigneter elektrischer Verschaltung miteinander verschaltet sind, aufgebaut sein. Durch die Wahl der Verschaltung und der Anzahl der Zellen kann dabei eine maximal von dem Solarmodul 20 bereitstellbare Solarmodulspannung Us festgelegt werden. Um die mit dem Solarmodul bereitstellbare elektrische Energie zu optimieren, kann es zum Beispiel vorgesehen sein, so viele Zellen wie möglich miteinander zu verschalten, um eine möglichst große Oberfläche des Kraftfahrzeugs mit dem Solarmodul 20 zu bedecken. Bei der Dimensionierung des Solarmoduls 20 sind jedoch elektrische Vorgaben zu berücksichtigen. Für außenliegende oder oberflächliche Bauteile des Kraftfahrzeugs kann zum Beispiel eine maximal bereitgestellte elektrische Spannung auf höchsten 60 V Gleichspannung begrenzt sein. Typischerweise werden deshalb Solarmodule so dimensioniert, dass die Solarmodulspannung Us zum Beispiel auf 12 V oder auf 48 V ausgelegt ist. 1 shows a schematic representation of a charging device 10, which is used for solar-assisted charging of a motor vehicle (in 1 not shown) can be used. The charging device 10 has a solar module connection 11 for connecting a solar module 20 for solar-assisted charging. For example, the solar module 20 may be attached to one or more various exterior surfaces, such as a roof and/or a hood. Such a solar module 20 can be constructed from one or more solar cells or photovoltaic cells which are connected to one another in a suitable electrical circuit. A maximum solar module voltage Us that can be provided by the solar module 20 can be defined by the selection of the interconnection and the number of cells. In order to optimize the electrical energy that can be provided with the solar module, provision can be made, for example, for as many cells as possible to be connected to one another in order to cover the largest possible surface area of the motor vehicle with the solar module 20 . When dimensioning the solar module 20, however, electrical specifications must be taken into account. For example, a maximum electrical voltage provided for external or superficial components of the motor vehicle can be limited to a maximum of 60 V direct voltage. Solar modules are therefore typically dimensioned in such a way that the solar module voltage Us is designed for 12 V or 48 V, for example.

Mit dem beschriebenen Solarmodul 20 sollen nun elektrische Energiespeicher des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt werden. Bei den Energiespeichern kann es sich beispielsweise um einen Niedervoltspeicher 30 und einen Hochvoltspeicher 40 handeln. Der Niedervoltspeicher 30 kann beispielsweise eine herkömmliche Autobatterie oder Starterbatterie sein. Ein solcher Niedervoltspeicher 30 ist üblicherweise auf Niedervoltspannungen ausgelegt, die sich in einem Bereich kleiner als 60 V bewegen. Typischerweise wird ein Niedervoltspeicher 30 in einem Kraftfahrzeug deshalb auf eine Niedervoltspeicherspannung Un von zum Beispiel 12 V oder 48 V ausgelegt. Bei dem Hochvoltspeicher 40 kann es sich zum Beispiel um eine Antriebsbatterie des Kraftfahrzeugs zum Betreiben eines elektrischen Antriebs, wie etwa eines Elektromotors, handeln. Ein solcher Hochvoltspeicher 40 ist insbesondere auf Hochvoltspannungen größer als 60 V ausgelegt. Typischerweise werden Hochvoltspeicher 40 mit einer Hochvoltspannung von mehreren 100 V betrieben. Zum Beispiel kann der Hochvoltspeicher 40 auf eine Hochvoltspeicherspannung von 400 V oder 800 V ausgelegt sein.With the solar module 20 described, electrical energy stores of the motor vehicle are now to be supplied with electrical energy. The energy stores can be, for example, a low-voltage store 30 and a high-voltage store 40 . The low-voltage storage device 30 can be a conventional car battery or starter battery, for example. Such a low-voltage storage device 30 is usually based on low-voltage voltages laid, which move in a range smaller than 60 V. A low-voltage storage device 30 in a motor vehicle is therefore typically designed for a low-voltage storage device voltage Un of 12 V or 48 V, for example. The high-voltage storage device 40 can be, for example, a drive battery of the motor vehicle for operating an electric drive, such as an electric motor. Such a high-voltage storage device 40 is designed in particular for high-voltage voltages greater than 60V. Typically, high-voltage storage devices 40 are operated with a high-voltage of several 100 V. For example, the high-voltage storage device 40 can be designed for a high-voltage storage device voltage of 400 V or 800 V.

Um die entsprechende Hochvoltspeicherspannung bereitzustellen, werden zum Bilden des Hochvoltspeichers 40, wie in 1 gezeigt, in der Regel mehrere Batteriemodule 41, 42, 43, 44 in geeigneter Weise, zum Beispiel in elektrischer Serienschaltung, miteinander verschaltet. Dabei ist eine von dem jeweiligen Batteriemodul 41, 42, 43, 44 bereitgestellte Batteriespannung Ub kleiner als die Hochvoltspeicherspannung, wobei die Batteriespannungen Ub in Summe die Hochvoltspeicherspannung ergeben. Zum Bilden eines jeweiligen Batteriemoduls 41, 42, 43, 44 können wiederrum zum Beispiel eine oder mehrere Batteriezellen, also Akkumulatoren, in geeigneter Weise miteinander verschaltet werden. Die bereitgestellte Batteriespannung Ub ergibt sich dann wiederum in Abhängigkeit von der Anzahl an zusammengeschalteten Batteriezellen sowie eine von der jeweiligen Zelle bereitgestellten Zellspannung. Die Dimensionierung eines solchen Batteriemoduls 14 bis 44 wird in der Regel so gewählt, dass die Batteriespannung Ub im Niedervoltbereich liegt. Insbesondere kann die Dimensionierung zum Beispiel so gewählt sein, dass die jeweilige Batteriespannung Ub höchstens der Solarmodulspannung Ub oder der Niedervoltspeicherspannung Un entspricht. Insbesondere können die Batteriemodule 41 bis 44 jedoch auf eine kleinere Batteriespannung Ub zum Beispiel im Bereich von 4 bis 8 V ausgelegt sein.In order to provide the corresponding high-voltage storage voltage, to form the high-voltage storage 40, as in 1 shown, usually several battery modules 41, 42, 43, 44 in a suitable manner, for example in an electrical series connection, connected to one another. In this case, a battery voltage Ub provided by the respective battery module 41, 42, 43, 44 is lower than the high-voltage storage voltage, the battery voltages Ub totaling the high-voltage storage voltage. To form a respective battery module 41, 42, 43, 44, for example, one or more battery cells, ie accumulators, can in turn be connected to one another in a suitable manner. The battery voltage Ub that is provided then results in turn as a function of the number of interconnected battery cells and a cell voltage provided by the respective cell. The dimensioning of such a battery module 14 to 44 is usually chosen so that the battery voltage Ub is in the low-voltage range. In particular, the dimensioning can be chosen such that the respective battery voltage Ub corresponds at most to the solar module voltage Ub or the low-voltage storage voltage Un. In particular, however, the battery modules 41 to 44 can be designed for a lower battery voltage Ub, for example in the range from 4 to 8 V.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 ist nun beispielhaft eine Ladevorrichtung 10 vorgeschlagen, um eine Menge an der vom Solarmodul bereitgestellten nutzbaren elektrischen Energie erhöht und zudem Leistungsverluste beim solargestützten Laden vermieden werden können. Dazu umfasst die Ladevorrichtung 10 neben dem Solarmodulanschluss 11 zum Anschließen des Solarmoduls 20 noch einen Niedervoltspeicheranschluss 12 zum Anschließen des Niedervoltspeichers 30. Der Solarmodulanschluss 11 und der Niedervoltspeicheranschluss 12 sind über eine Verbindungsleitung 13 miteinander gekoppelt. Somit kann die über den Solarmodulanschluss 11 bereitgestellte Solarmodulspannung Us an den Niedervoltspeicheranschluss 12 zum Laden des Niedervoltspeichers 30 bereitgestellt werden. Weiterhin umfasst die Ladevorrichtung 10 noch eine Vielzahl von Batteriemodulanschlüssen 14 zum Anschließen von jeweils einem der Batteriemodule 41, 42, 43, 44 des Hochvoltspeichers 40. Jedem Batteriemodul 41 bis 44 ist somit genau ein Batteriemodulanschluss 14 zugeordnet. In 1 sind beispielhaft vier Batteriemodulanschlüsse 14 und entsprechend vier Batteriemodule 41 bis 44 dargestellt. Wie in 1 gezeigt, ergibt sich somit in der Ladevorrichtung 10 eine elektrische Parallelschaltung des Solarmodulanschlusses 11, des Niedervoltspeicheranschlusses 12 und des jeweiligen Batteriemodulanschlusses 14.According to the embodiment in 1 a charging device 10 is now proposed by way of example in order to increase the amount of usable electrical energy provided by the solar module and also to avoid power losses during solar-assisted charging. In addition to the solar module connection 11 for connecting the solar module 20, the charging device 10 also includes a low-voltage storage connection 12 for connecting the low-voltage storage 30. The solar module connection 11 and the low-voltage storage connection 12 are coupled to one another via a connecting line 13. The solar module voltage Us provided via the solar module connection 11 can thus be provided at the low-voltage storage connection 12 for charging the low-voltage storage device 30 . Furthermore, the charging device 10 also includes a large number of battery module connections 14 for connecting one of the battery modules 41, 42, 43, 44 of the high-voltage storage device 40. Each battery module 41 to 44 is therefore assigned exactly one battery module connection 14. In 1 four battery module connections 14 and correspondingly four battery modules 41 to 44 are shown as an example. As in 1 shown, this results in an electrical parallel connection of the solar module connection 11, the low-voltage storage connection 12 and the respective battery module connection 14 in the charging device 10.

Um die Batteriemodulanschlüsse selektiv an das Solarmodul 20 und/oder den Niedervoltspeicher 30 anschließen zu können, umfasst die Ladevorrichtung noch ein Schaltmodul 15. Über das Schaltmodul 15 sind die Batterieanschlüsse 14 mit der Verbindungsleitung 13 koppelbar. In 1 ist das Schaltmodul 15 als Schaltmatrix aus mehreren Schalteinheiten ausgebildet. Eine Schalteinheit umfasst ein Schalterpaar aus Halbleiterschaltern. Die Halbleiterschalter sind zum Beispiel als MOSFETs oder IGBTs ausgebildet. Die Anzahl der Schalteinheiten ist auf die Anzahl der Batteriemodulanschlüsse 14 abgestimmt. Somit ist jedem Batteriemodulanschluss 14 eine Schalteinheit zugeordnet.In order to be able to selectively connect the battery module connections to the solar module 20 and/or the low-voltage storage device 30 , the charging device also includes a switching module 15 . The battery connections 14 can be coupled to the connecting line 13 via the switching module 15 . In 1 the switching module 15 is designed as a switching matrix made up of several switching units. A switching unit includes a pair of switches made up of semiconductor switches. The semiconductor switches are in the form of MOSFETs or IGBTs, for example. The number of switching units is matched to the number of battery module connections 14 . A switching unit is thus assigned to each battery module connection 14 .

Zum Koppeln oder Verbinden der Batterieanschlüsse 14 umfasst die Ladevorrichtung 10 noch eine Steuereinrichtung 16. Mit der Steuereinrichtung 16 kann nach einer vorbestimmten Steuerlogik das Schaltmodul 15, insbesondere die jeweiligen Schalteinheiten, zum selektiven Verbinden angesteuert werden. Dazu kann die Steuereinrichtung 16 die Schalteinheiten in einem Schaltbetrieb betreiben. Bei dem selektiven Verbinden werden die Batterieanschlüsse 14 einzeln oder in Gruppen an die Verbindungsleitung 13 angeschlossen. Somit kann die bereitgestellte Solarmodulspannung Us neben dem Niedervoltspeicheranschluss 12 auch an den wenigstens einen verbundenen Batteriemodulanschluss 14 zum Laden des zugeordneten Batteriemoduls 41 bis 44 durchgeschaltet werden. Zusätzlich oder alternativ kann dadurch auch erreicht werden, dass die über den wenigstens einen verbundenen Batteriemodulanschluss 14 bereitgestellte Batteriespannung Ub des zugeordneten Batteriemoduls 41 bis 44 an den Niedervoltspeicheranschluss 12 zum Laden des Niedervoltspeichers 30 durchgeschaltet wird.For coupling or connecting the battery terminals 14, the charging device 10 also includes a control device 16. With the control device 16, the switching module 15, in particular the respective switching units, can be controlled for selective connection according to a predetermined control logic. For this purpose, the control device 16 can operate the switching units in a switching mode. With the selective connection, the battery terminals 14 are connected to the connection line 13 individually or in groups. The provided solar module voltage Us can thus be switched through to the at least one connected battery module connection 14 for charging the associated battery module 41 to 44 in addition to the low-voltage storage connection 12 . Additionally or alternatively, the battery voltage Ub of the associated battery module 41 to 44 provided via the at least one connected battery module connection 14 is switched through to the low-voltage storage connection 12 for charging the low-voltage storage 30 .

Eine Energieflussrichtung in der Ladevorrichtung 10 beim Durchschalten hängt dabei in bekannter Weise von den Spannungszuständen an den Anschlüssen 11, 12, 14 der Ladevorrichtung 10 ab. Somit entscheidet sich abhängig von der anliegenden Solarmodulspannung Us, der jeweils zugeschalteten Batteriespannung Ub und der Niedervoltspeicherspannung Un, ob das jeweilige Batteriemodul 41 bis 44 selbst geladen oder zum Laden des Niedervoltspeichers 30 genutzt wird. Welche Energieübertragungspfade durch die Ladevorrichtung 10 zur Verfügung stehen, hängt dann von der ausgeführten Steuerlogik der Steuereinrichtung 16 ab.An energy flow direction in the charging device 10 when switching through depends in a known manner on the voltage states at the connections 11, 12, 14 of the charging device 10. Thus decides depending on the concern the solar module voltage Us, the battery voltage Ub connected in each case and the low-voltage storage voltage Un, whether the respective battery module 41 to 44 is being charged itself or is being used to charge the low-voltage storage device 30 . Which energy transmission paths are available through the charging device 10 then depends on the implemented control logic of the control device 16 .

Insbesondere werden beim Ausführen der Steuerlogik die Spannungszustände an den Anschlüssen 11, 12, 14 der Ladevorrichtung 10 berücksichtigt. So kann zum Beispiel die Anzahl der Batteriemodule 41 bis 44, die zugeschaltet werden sollen, in Abhängigkeit von der bereitgestellten Solarmodulspannung Us und/oder der Niedervoltspeicherspannung Un unter Berücksichtigung eines Ladezustands des jeweiligen Batteriemoduls 41 bis 44 erfolgen. Der jeweilige Ladezustand kann zum Beispiel durch Messen der am jeweiligen Anschluss 12, 14 anliegenden Spannung Un, Ub gemessen werden. Alternativ kann der Ladezustand beispielsweise von einem Batteriemanagementsystem an die Steuereinrichtung 16 bereitgestellt werden. Dadurch kann insbesondere durch geeignetes Betreiben des Schaltmoduls 15 vermieden werden, dass eine Energieübertragung von dem Niedervoltspeicher 30 an das jeweils angeschlossene Batteriemodul 41 bis 44 erfolgt. Das könnte insbesondere dann eintreten, wenn die bereitgestellte Solarmodulspannung Us kleiner ist als die zum Laden benötigte Niedervoltspeicherspannung Un und gleichzeitig die Batteriespannung Ub kleiner ist als die Niedervoltspeicherspannung Un. In diesem Fall kann dann beispielsweise von einem Verbinden des jeweiligen Batteriemodulanschlusses 14 abgesehen werden.In particular, the voltage states at the terminals 11, 12, 14 of the charging device 10 are taken into account when executing the control logic. For example, the number of battery modules 41 to 44 to be switched on can be determined as a function of the solar module voltage Us provided and/or the low-voltage storage voltage Un, taking into account a state of charge of the respective battery module 41 to 44 . The respective state of charge can be measured, for example, by measuring the voltage Un, Ub present at the respective terminal 12, 14. Alternatively, the state of charge can be provided to the control device 16 by a battery management system, for example. As a result, in particular by suitably operating the switching module 15 , energy can be prevented from being transmitted from the low-voltage storage device 30 to the respectively connected battery module 41 to 44 . This could occur in particular when the solar module voltage Us provided is lower than the low-voltage storage voltage Un required for charging and at the same time the battery voltage Ub is lower than the low-voltage storage voltage Un. In this case, for example, a connection of the respective battery module connection 14 can then be dispensed with.

Eine weitere Möglichkeit um die Energieübertragung von dem Niedervoltspeicher 30 an den Hochvoltspeicher 40 zu vermeiden ist es, in die Ladevorrichtung 10 eine zusätzliche Schalteinheit 17 zu integrieren. Dabei ist die Schalteinheit 17, wie in 1 gezeigt, zwischen dem Niedervoltspeicheranschluss 12 und der Verbindungsleitung 13 angeordnet und wird zum selektiven Verbinden des Niedervoltspeicheranschlusses 12 mit der Verbindungsleitung 13 eingesetzt. Das Schalten der Schalteinheit 17 kann wiederrum von der Steuereinrichtung 16 durch Ausführen der Steuerlogik umgesetzt sein. Je nach Schaltzustand der Schalteinheit 17 kann somit die bereitgestellte Solarmodulspannung Us und/oder die bereitgestellte Batteriespannung Ub an den Niedervoltspeicheranschluss 12 zum Laden des Niedervoltspeichers 30 durchgeschaltet werden oder nicht. Wie in 1 gezeigt, ist die Schalteinheit 17, wie bereits in Zusammenhang mit dem Schaltmodul 15 beschrieben, aus einem Schalterpaar gebildet. Bei den Schaltern des Schalterpaars kann es sich wiederum um Halbleiterschalter handeln.A further possibility for avoiding the energy transfer from the low-voltage storage device 30 to the high-voltage storage device 40 is to integrate an additional switching unit 17 into the charging device 10 . The switching unit 17, as in 1 shown, arranged between the low-voltage storage connection 12 and the connecting line 13 and is used for selectively connecting the low-voltage storage connection 12 to the connecting line 13 . The switching of the switching unit 17 can in turn be implemented by the control device 16 by executing the control logic. Depending on the switching state of the switching unit 17 , the solar module voltage Us provided and/or the battery voltage Ub provided can thus be switched through to the low-voltage storage connection 12 for charging the low-voltage storage device 30 or not. As in 1 shown, the switching unit 17, as already described in connection with the switching module 15, is formed from a pair of switches. The switches of the switch pair can in turn be semiconductor switches.

Um neben der Anzahl der zuzuschaltenden Batteriemodule 41 bis 44 zu entscheiden, welche Batteriemodule 41 bis 44 bei Ausführen der Steuerlogik verbunden werden sollen, kann von der Steuereinrichtung eine Priorisierungsroutine durchgeführt werden. In der Priorisierungsroutine werden die bereitgestellten Ladezustände der Batteriemodule 41 bis 44 verglichen und die Batteriemodule abhängig von ihren Ladezuständen zum Beispiel nach einem Ladebedarf priorisiert. Bei der Priorisierung können zum Beispiel mehrere Batteriemodule mit einem gleichen Ladezustand einer gemeinsamen Gruppe zugeordnet werden. Diese Gruppen können dann entweder gemeinsam oder wiederum unterteilt in Untergruppen abhängig von den Spannungszuständen in der Ladevorrichtung 10 gemäß der Steuerlogik verbunden und somit geladen oder entladen werden.In order to decide, in addition to the number of battery modules 41 to 44 to be connected, which battery modules 41 to 44 are to be connected when executing the control logic, the control device can carry out a prioritization routine. In the prioritization routine, the provided states of charge of the battery modules 41 to 44 are compared and the battery modules are prioritized depending on their states of charge, for example according to a charging requirement. When prioritizing, for example, several battery modules with the same state of charge can be assigned to a common group. These groups can then be connected either together or in turn subdivided into subgroups depending on the voltage states in the charging device 10 according to the control logic and thus charged or discharged.

Um einen Ladungsausgleich, also ein Balancing zwischen den Batteriemodulen 41 bis 44 zu ermöglichen, kann durch die Steuerlogik insbesondere ein vorbestimmtes Umschaltkonzept umgesetzt sein. Dadurch werden die Batteriemodulanschlüsse 14 einzeln oder in Gruppen zeitlich nacheinander verbunden. Durch das Umschaltkonzept ist somit ein Schaltmuster für das Schaltmodul 15, insbesondere die Schalteinheiten, vorgesehen, um zwischen den verschiedenen Batteriemodulanschlüssen 14 umzuschalten. Das Umschaltkonzept kann zum Beispiel so gewählt werden, dass die Batteriemodule 41 bis 44 auf einen möglichst homogenen Ladezustand eingestellt werden. Dazu kann die Steuereinrichtung 16 zum Beispiel in Abhängigkeit von der vorgenannten Priorisierung ausgehend von den bereitgestellten Ladezuständen für jedes der Batteriemodule 41 bis 44 einen Zielladezustand bestimmen und dann das Schaltmodul 15 ansteuern, um den jeweils zugeordneten Batteriemodulanschluss 14 bis zum Erreichen des Zielladezustands zu verbinden.In order to enable charge equalization, that is to say balancing between the battery modules 41 to 44, the control logic can in particular implement a predetermined switching concept. As a result, the battery module connections 14 are connected one after the other individually or in groups. The switching concept thus provides a switching pattern for the switching module 15, in particular the switching units, in order to switch between the different battery module connections 14. The switching concept can be selected, for example, so that the battery modules 41 to 44 are set to a state of charge that is as homogeneous as possible. For this purpose, the control device 16 can, for example, determine a target state of charge for each of the battery modules 41 to 44 based on the aforementioned prioritization based on the state of charge provided and then activate the switching module 15 in order to connect the respectively assigned battery module connection 14 until the target state of charge is reached.

Es ist beispielsweise möglich, dass das Umschaltkonzept in Abhängigkeit von einem erkannten Ladebedarf des Niedervoltspeichers 30, also dem vorgegebenen Ladezustand, festgelegt werden kann.It is possible, for example, for the switching concept to be defined as a function of a recognized charging requirement for the low-voltage storage device 30, that is to say the specified state of charge.

Zusätzlich oder alternativ kann das Umschaltkonzept zum Beispiel abhängig von einer Sonnenstrahlungsdauer für das Solarmodul 20 festgelegt werden. Die Sonnenstrahlungsdauer kann zum Beispiel durch statistische Ermittlungen für einen aktuellen Standort des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Beleuchtungsstärke für das Umschaltkonzept berücksichtigt werden. Die Beleuchtungsstärke gibt dabei an, wie viel Solarmodulspannung Us an dem Solarmodulanschluss zum Beispiel innerhalb der Sonnenstrahlungsdauer zu jedem Zeitpunkt bereitgestellt werden kann. Somit kann zum Homogenhalten der Ladezustände der Batteriemodule 41 bis 44 bei einer kurzen Sonnenstrahlungsdauer, zum Beispiel von wenigen Minuten, entsprechend kurze Umschaltzeiten für das Schaltmodul in dem Umschaltkonzept realisiert werden. Zum Beispiel kann die Schaltzeit für das Schaltmodul 15 so gewählt sein, dass der Ladezustand des aktuell zugeschalteten Batteriemoduls 41 bis 44 um einen Prozentpunkt angehoben wird, um dann zum Verbinden des nächsten Batteriemoduls umzuschalten. Entsprechend kann das zum Beispiel auch für das Entladen des Hochvoltspeichers 40 an den Niedervoltspeicher 30 umgesetzt sein. Natürlich können auch je nach Sonnenstrahldauer und/oder Ladebedarf des Niedervoltspeichers 30 größere oder kleinere Ladezustandsdifferenzen und entsprechend kürzere oder längere Schaltzeiten gewählt sein.In addition or as an alternative, the switching concept can be defined for the solar module 20 as a function of the duration of solar radiation, for example. The duration of solar radiation can be determined, for example, by statistical determinations for a current location of the motor vehicle. Additionally or alternatively, an illuminance can also be taken into account for the switching concept. The illuminance indicates how much solar module voltage Us can be provided at the solar module connection, for example, within the duration of solar radiation at any point in time. Thus, to the Homogenhal th the state of charge of the battery modules 41 to 44 with a short solar radiation duration, for example, a few minutes, correspondingly short switching times for the switching module in the switching concept can be realized. For example, the switching time for the switching module 15 can be selected such that the state of charge of the currently connected battery module 41 to 44 is increased by one percentage point in order to then switch over to connect the next battery module. This can also be implemented correspondingly, for example, for discharging the high-voltage storage device 40 to the low-voltage storage device 30 . Of course, depending on the duration of the sun's rays and/or the charging requirement of the low-voltage storage device 30, larger or smaller differences in the state of charge and correspondingly shorter or longer switching times can also be selected.

Insgesamt ist durch das Ausführungsbeispiel ein verbessertes Design für eine Ladevorrichtung 10 zum Integrieren eines Solarmoduls 20 in ein Kraftfahrzeug dargestellt.Overall, the exemplary embodiment shows an improved design for a charging device 10 for integrating a solar module 20 in a motor vehicle.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Ladevorrichtungloading device
1111
Solarmodulanschlusssolar panel connection
1212
NiedervoltspeicheranschlussLow-voltage storage connection
1313
Verbindungsleitungconnection line
1414
Batteriemodulanschlussbattery module connector
1515
Schaltmodulswitching module
1616
Steuereinrichtungcontrol device
1717
Schalteinheitswitching unit
2020
Solarmodulsolar panel
3030
Niedervoltspeicherlow-voltage storage
4040
Hochvoltspeicherhigh-voltage storage
41 - 4441 - 44
Batteriemodulbattery module
UbUb
Batteriespannungbattery voltage
UnU.N
Niedervoltspeicherspannunglow-voltage storage voltage
Usus
Solarmodulspannungsolar panel voltage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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  • US 2015/0349533 A1 [0009]US 2015/0349533 A1 [0009]

Claims (10)

Ladevorrichtung (10) zum solargestützten Laden eines Kraftfahrzeugs, umfassend - einen Solarmodulanschluss (11) zum Anschließen eines Solarmoduls (20), - einen Niedervoltspeicheranschluss (12) zum Anschließen eines Niedervoltspeichers (30), wobei der Solarmodulanschluss (11) und der Niedervoltspeicheranschluss (12) über eine Verbindungsleitung (13) miteinander gekoppelt sind, um eine über den Solarmodulanschluss (12) bereitgestellte Solarmodulspannung (Us) des Solarmoduls (20) an den Niedervoltspeicheranschluss (12) zum Laden des Niedervoltspeichers (30) bereitzustellen, - eine Vielzahl an Batteriemodulanschlüssen (14) zum Anschließen von jeweils einem Batteriemodul (41, 42, 43, 44) eines Hochvoltspeichers (40), - ein Schaltmodul (15) zum selektiven Verbinden von wenigstens einem der Vielzahl an Batteriemodulanschlüssen (14) mit der Verbindungsleitung (13), und - eine Steuereinrichtung (16), welche ausgebildet ist, gemäß einer vorbestimmten Steuerlogik das Schaltmodul (15) zum selektiven Verbinden anzusteuern, um die bereitgestellte Solarmodulspannung (Us) zudem an den wenigstens einen verbundenen Batteriemodulanschluss (14) zum Laden des zugeordneten Batteriemoduls (41, 42, 43, 44) durchzuschalten und/oder eine über den wenigstens einen verbundenen Batteriemodulanschluss (14) bereitgestellte Batteriespannung (Ub) des zugeordneten Batteriemoduls (41, 42, 43, 44) an den Niedervoltspeicheranschluss (12) zum Laden des Niedervoltspeichers (30) durchzuschalten.Charging device (10) for solar-assisted charging of a motor vehicle, comprising - a solar module connection (11) for connecting a solar module (20), - a low-voltage storage connection (12) for connecting a low-voltage storage device (30), the solar module connection (11) and the low-voltage storage connection (12) being coupled to one another via a connecting line (13) in order to generate a solar module voltage (Us) provided via the solar module connection (12) of the provide the solar module (20) to the low-voltage storage connection (12) for charging the low-voltage storage (30), - a large number of battery module connections (14) for connecting one battery module (41, 42, 43, 44) of a high-voltage storage device (40), - a switching module (15) for selectively connecting at least one of the plurality of battery module terminals (14) to the connecting line (13), and - a control device (16), which is designed to control the switching module (15) for selective connection according to a predetermined control logic, in order to also supply the provided solar module voltage (Us) to the at least one connected battery module connection (14) for charging the associated battery module (41, 42, 43, 44) and/or to connect a battery voltage (Ub), provided via the at least one connected battery module connection (14), of the assigned battery module (41, 42, 43, 44) to the low-voltage storage connection (12) for charging the low-voltage storage device (30) switch through. Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Niedervoltspeicheranschluss (12) entweder direkt an die Verbindungleitung (13) angeschlossen ist, oder die Ladevorrichtung (10) eine Schalteinheit (17) umfasst, die ausgebildet ist, den Niedervoltspeicheranschluss (12) selektiv mit der Verbindungsleitung (13) zu verbinden und die Steuereinrichtung (16) ausgebildet ist, die Schalteinheit (17) gemäß der Steuerlogik zum Verbinden anzusteuern, um die bereitgestellte Solarmodulspannung (Us) und/oder die bereitgestellte Batteriespannung (Ub) an den Niedervoltspeicheranschluss (12) zum Laden des Niedervoltspeichers (30) durchzuschalten.Charger (10) after claim 1 , wherein the low-voltage storage connection (12) is either connected directly to the connecting line (13), or the charging device (10) comprises a switching unit (17) which is designed to selectively connect the low-voltage storage connection (12) to the connecting line (13) and the control device (16) is designed to activate the switching unit (17) according to the control logic for connection in order to switch through the provided solar module voltage (Us) and/or the provided battery voltage (Ub) to the low-voltage storage connection (12) for charging the low-voltage storage device (30). . Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (16) ausgebildet ist, in einer Priorisierungsroutine bereitgestellte Ladezustände der Batteriemodule (41, 42, 43, 44) zu vergleichen und die Batteriemodule (41, 42, 43, 44) abhängig von den Ladezuständen zu priorisieren und den gemäß der Steuerlogik den jeweils zu verbindenden Batteriemodulanschluss (14) in Abhängigkeit von der Priorisierung auszuwählen.Charging device (10) according to one of the preceding claims, wherein the control device (16) is designed to compare the state of charge of the battery modules (41, 42, 43, 44) provided in a prioritization routine and the battery modules (41, 42, 43, 44) as a function to prioritize the state of charge and according to the control logic to select the battery module connection (14) to be connected in each case depending on the prioritization. Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (16) ausgebildet ist, die Anzahl an gemäß der Steuerlogik zu verbindenden Batteriemodulanschlüssen (14) in Abhängigkeit von der bereitgestellten Solarmodulspannung (Us) und einem bereitgestellten Ladezustand des jeweiligen Batteriemoduls (41, 42, 43, 44) auszuwählen.Charging device (10) according to one of the preceding claims, wherein the control device (16) is designed to determine the number of battery module connections (14) to be connected according to the control logic depending on the provided solar module voltage (Us) and a provided state of charge of the respective battery module (41, 42, 43, 44). Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (16) ausgebildet ist, die Anzahl an gemäß der Steuerlogik zu verbindenden Batteriemodulanschlüssen (14) in Abhängigkeit von einem bereitgestellten Ladezustand des Niedervoltspeichers (30) und einem bereitgestellten Ladezustand des jeweiligen Batteriemoduls (41, 42, 43, 44) auszuwählen.Charging device (10) according to one of the preceding claims, wherein the control device (16) is designed to determine the number of battery module connections (14) to be connected according to the control logic as a function of a provided state of charge of the low-voltage storage device (30) and a provided state of charge of the respective battery module ( 41, 42, 43, 44). Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Steuerlogik ein vorbestimmtes Umschaltkonzept umgesetzt ist, um durch Ansteuern des Schaltmoduls (15) die Vielzahl an Batteriemodulanschlüssen (14) einzeln oder in Gruppen nacheinander zum Bereitstellen der Batteriespannung (Ub) und/oder Empfangen der Solarmodulspannung (Us) zu verbinden.Charging device (10) according to one of the preceding claims, wherein a predetermined switching concept is implemented by the control logic in order, by controlling the switching module (15), to switch the plurality of battery module connections (14) individually or in groups one after the other to provide the battery voltage (Ub) and/or Receiving the solar module voltage (Us) to connect. Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 3 und 6, wobei die Steuereinrichtung (16) ausgebildet ist, das Umschaltkonzept in Abhängigkeit von der Priorisierung festzulegen, und die Steuereinrichtung (16) ausgebildet ist, ausgehend von den bereitgestellten Ladezuständen einen jeweiligen Ziel-Ladezustand für das jeweilige Batteriemodul (41, 42, 43, 44) zu bestimmen und das Schaltmodul (15) anzusteuern, um den jeweils zugeordneten Batteriemodulanschluss (14) bis zum Erreichen des Ziel-Ladezustands zu verbinden.Charger (10) after claim 3 and 6 , wherein the control device (16) is designed to define the switching concept depending on the prioritization, and the control device (16) is designed to determine a respective target state of charge for the respective battery module (41, 42, 43, 44 ) and to control the switching module (15) in order to connect the respectively assigned battery module connection (14) until the target state of charge is reached. Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Steuereinrichtung (16) ausgebildet ist, das Umschaltkonzept in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Sonnenstrahlungsdauer und/oder einer Beleuchtungsstärke für das Solarmodul (20) festzulegen.Charger (10) after claim 6 or 7 , wherein the control device (16) is designed to define the switching concept as a function of a predetermined duration of solar radiation and/or an illuminance for the solar module (20). Kraftfahrzeug mit einer Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug umfasst - ein Solarmodul (20), welches an dem Solarmodulanschluss (11) angeschlossen ist, - einen Niedervoltspeicher (30), welcher an dem Niedervoltspeicheranschluss (12) angeschlossen ist, und - einen Hochvoltspeicher (40) mit einer Vielzahl an Batteriemodulen (41, 42, 43, 44), welche an einem jeweiligen der Batteriemodulanschlüsse (14) angeschlossen sind.Motor vehicle with a charging device (10) according to one of the preceding claims, wherein the motor vehicle comprises - a solar module (20) which is connected to the solar module connection (11), - a low-voltage storage device (30) which is connected to the low-voltage storage device connection (12). , And - a high-voltage storage (40) with a plurality of battery modules (41, 42, 43, 44), which at one respective of the battery module terminals (14) are connected. Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der Steuereinrichtung (16) eine vorbestimmte Steuerlogik ausgeführt wird, und dadurch das Schaltmodul (15)1 zum selektiven Verbinden angesteuert wird, sodass die bereitgestellte Solarmodulspannung (Us) an den wenigstens einen verbundenen Batteriemodulanschluss (14) zum Laden des zugeordneten Batteriemoduls (41, 42, 43, 44) durchgeschaltet wird und/oder die über den wenigstens einen verbundenen Batteriemodulanschluss (14) bereitgestellte Batteriespannung (Ub) des zugeordneten Batteriemoduls (41, 42, 43, 44) an den Niedervoltspeicheranschluss (12) zum Laden des Niedervoltspeichers (30) durchgeschaltet wird.Method for operating a charging device (10) according to one of the preceding claims, wherein a predetermined control logic is executed by means of the control device (16), and thereby the switching module (15) 1 is controlled for selective connection, so that the solar module voltage (Us) provided to the at least one connected battery module connection (14) for charging the assigned battery module (41, 42, 43, 44) is switched through and/or the battery voltage (Ub) of the assigned battery module (41, 42, 43) provided via the at least one connected battery module connection (14). , 44) is switched through to the low-voltage storage connection (12) for charging the low-voltage storage device (30).
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