DE102012202764A1 - Charging device of an electrically operated vehicle - Google Patents

Charging device of an electrically operated vehicle Download PDF

Info

Publication number
DE102012202764A1
DE102012202764A1 DE102012202764A DE102012202764A DE102012202764A1 DE 102012202764 A1 DE102012202764 A1 DE 102012202764A1 DE 102012202764 A DE102012202764 A DE 102012202764A DE 102012202764 A DE102012202764 A DE 102012202764A DE 102012202764 A1 DE102012202764 A1 DE 102012202764A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
converter
charging
partial
motor
drive
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.)
Ceased
Application number
DE102012202764A
Other languages
German (de)
Inventor
Marek Galek
Gerd Griepentrog
Thomas Komma
Mirjam Mantel
Jürgen Rupp
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens 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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102012202764A priority Critical patent/DE102012202764A1/en
Priority to PCT/EP2012/073555 priority patent/WO2013124012A2/en
Publication of DE102012202764A1 publication Critical patent/DE102012202764A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J5/00—Circuit arrangements for transfer of electric power between ac networks and dc networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B60L2210/42—Voltage source inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0095—Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Ladevorrichtung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (1), das einen Motor (10), einen Antriebsumrichter (20) und einen Energiespeicher (30) umfasst. Der Antriebsumrichter (20) des Fahrzeugs (1) bildet beim Anschluss der Phasen (14, 15, 16) des Motors (10) an ein Niederspannungsnetz (4) die Ladevorrichtung aus.The invention describes a charging device of an electrically operated vehicle (1), which comprises a motor (10), a drive converter (20) and an energy store (30). The drive converter (20) of the vehicle (1) forms the charging device when connecting the phases (14, 15, 16) of the motor (10) to a low-voltage network (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Das Fahrzeug umfasst einen Motor, einen Antriebsumrichter und einen Energiespeicher. The invention relates to a charging device of an electrically operated vehicle. The vehicle includes a motor, a drive converter and an energy storage.

Elektrofahrzeuge sind typischerweise mit einem Energiespeicher in Gestalt einer Batterie oder eines Akkumulators, einem oder mehreren Elektromotoren und mindestens einem Umrichter für den Antrieb ausgestattet. Zum Laden des Energiespeichers wird das Elektrofahrzeug mit einer Ladestation verbunden, wobei die Ladung üblicherweise am ein- oder dreiphasigen Niederspannungsnetz erfolgt. Unter einem Niederspannungsnetz wird in der vorliegenden Beschreibung ein dreiphasiges Netz mit einer Spannung von 400 V verstanden. Die in den Ladestationen enthaltenen Ladegeräte ermöglichen je nach Ausgestaltung ein Laden mit hoher Leistung (beispielsweise in einem Bereich von 40 kW bis über 100 kW) oder ein normales Laden mit reduzierter Leistung in einem Leistungsbereich von etwa 10 bis 25 kW. Insbesondere beim erstgenannten Schnellladen des Energiespeichers des Fahrzeugs werden den Leistungen entsprechende Hochsetzstellerdrosseln (sog. PFC-Drosseln), EMV-Filter und Schalter zum Trennen des Niederspannungsnetzes vom Energienetz des Fahrzeugs benötigt. Aufgrund der Größe und des Gewichts dieser Komponenten kann ein für eine Schnellladung geeignetes Ladegerät daher nicht in ein Fahrzeug integriert werden. Electric vehicles are typically equipped with an energy storage in the form of a battery or a rechargeable battery, one or more electric motors and at least one inverter for the drive. To charge the energy storage, the electric vehicle is connected to a charging station, the charge usually being carried out on a single-phase or three-phase low-voltage network. A low-voltage network is understood in the present description to mean a three-phase network with a voltage of 400V. Depending on the design, the chargers included in the charging stations allow high-performance charging (for example in a range of 40 kW to over 100 kW) or normal charging with reduced power in a power range of approximately 10 to 25 kW. In particular, in the first-mentioned rapid charging of the energy storage of the vehicle, the power corresponding boost converter chokes (so-called. PFC chokes), EMC filters and switches for disconnecting the low-voltage network from the energy network of the vehicle are required. Because of the size and weight of these components, a charger suitable for fast charging therefore can not be integrated into a vehicle.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrichtung anzugeben, welche ein Schnellladen des Energiespeichers des Fahrzeugs mit hohem Wirkungsgrad erlaubt, wenn die Ladevorrichtung in dem Fahrzeug integriert ist, wobei die Ladevorrichtung möglichst einfach aufgebaut sein soll. It is an object of the present invention to provide a charging device which allows rapid charging of the energy storage of the vehicle with high efficiency when the charging device is integrated in the vehicle, the charging device should be as simple as possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ladevorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. This object is achieved by a charging device according to the features of claim 1. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

Die Erfindung schlägt eine Ladevorrichtung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs vor, wobei das Fahrzeug einen Motor, einen Antriebsumrichter und einen Energiespeicher umfasst. Erfindungsgemäß bildet der Antriebsumrichter des Fahrzeugs beim Anschluss der Phasen des Motors an ein Niederspannungsnetz die Ladevorrichtung aus. The invention proposes a charging device of an electrically operated vehicle, wherein the vehicle comprises a motor, a drive converter and an energy store. According to the invention, the drive converter of the vehicle forms the charging device when connecting the phases of the motor to a low-voltage network.

Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung weist den Vorteil auf, dass in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug von Haus aus vorhandene Komponenten für die Realisierung einer Ladevorrichtung genutzt werden. Insbesondere ist der Antriebsumrichter eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs auf die für das Schnellladen erforderlichen hohen Leistungen ausgelegt, so dass der Antriebsumrichter nicht nur für das Schnellladen, sondern auch mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Für die Schnellladung des Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs werden Leistungen von über 40 kW bis über 100 kW umgesetzt. Ein weiterer Vorteil der Nutzung des Antriebsumrichters als Ladegerät besteht darin, dass kein zusätzlicher Schalter für den Motorstrom benötigt wird. Auch hierdurch ergibt sich eine geringe Komplexität der Ladevorrichtung. Insbesondere können auch die Wicklungen des Motors im Ladebetrieb als PFC-Drosseln der Ladevorrichtung genutzt werden, wodurch die Notwendigkeit entfällt, entsprechend große und schwere, separate PFC-Drosseln zusätzlich in dem elektrisch betriebenen Fahrzeug vorzusehen. Hierdurch lässt sich die Ladevorrichtung nicht nur kostengünstig, sondern auch mit geringem zusätzlichem Aufwand und insbesondere Gewicht bereitstellen. The charging device according to the invention has the advantage that used in an electrically powered vehicle from home existing components for the realization of a charging device. In particular, the drive converter of an electrically operated vehicle is designed for the high powers required for fast charging, so that the drive converter can be operated not only for fast charging, but also with high efficiency. For the fast charging of the energy storage of an electrically operated vehicle, power levels of more than 40 kW to more than 100 kW are implemented. Another advantage of using the drive inverter as a charger is that no additional switch for the motor current is needed. This also results in a low complexity of the charging device. In particular, the windings of the motor can also be used in charging mode as PFC throttles of the charging device, which eliminates the need to provide correspondingly large and heavy, separate PFC chokes additionally in the electrically powered vehicle. As a result, the loading device not only cost, but also with little additional effort and in particular provide weight.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weisen Wicklungen des Motors eine Mittelpunktsanzapfung auf, wodurch jede Motorphase eine erste und zweite Teilwicklung aufweist, wobei die Mittelpunktsanzapfungen zum Laden des Energiespeichers mit dem Niederspannungsnetz verbunden sind. Weiter umfasst der Antriebsumrichter zwei Teilumrichter, wobei der erste Teilumrichter zwischen dem Energiespeicher und den ersten Teilwicklungen verschaltet ist und der zweite Teilumrichter zwischen dem Energiespeicher und den zweiten Teilwicklungen verschaltet ist. Die beiden Teilumrichter verwenden einen gemeinsamen Zwischenkreis und denselben Energiespeicher. Sie können synchron von derselben Steuervorrichtung betrieben werden und auch gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sein. Durch die Aufteilung des Antriebsumrichters auf zwei Teilumrichter in Verbindung mit den auf Teilwicklungen aufgeteilten Wicklungen jeder Motorphase kann sichergestellt werden, dass während eines Ladebetriebs im Motor kein Drehfeld und Drehmoment entsteht. In an expedient embodiment, windings of the motor have a center tap, whereby each motor phase has a first and a second partial winding, wherein the center point taps for charging the energy store are connected to the low-voltage network. Furthermore, the drive converter comprises two partial converters, wherein the first partial converter is connected between the energy store and the first partial windings and the second partial converter is connected between the energy store and the second partial windings. The two partial converters use a common DC link and the same energy storage. They can be operated synchronously by the same control device and also be arranged together in a housing. By dividing the drive converter into two partial converters in conjunction with the windings of each motor phase split up on partial windings, it is possible to ensure that no rotating field and torque are generated during a charging operation in the motor.

In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Teilumrichter vorgesehen, welche im Motorbetrieb den ersten und den zweiten Teilumrichter im Gegentakt ansteuert, dass die ersten und zweiten Teilwicklungen der Motorphasen in der gleichen Richtung von Strom durchflossen werden. Hierdurch kann der Motor in herkömmlicher Weise betrieben werden. In a further embodiment, a control device is provided for controlling the partial converter, which controls the first and the second partial converter in push-pull mode during motor operation, in that current flows through the first and second partial windings of the motor phases in the same direction. As a result, the engine can be operated in a conventional manner.

Die Steuervorrichtung zur Steuerung der Teilumrichter ist weiter dazu ausgebildet, im Ladebetrieb den ersten und den zweiten Teilumrichter im Gleichtakt anzusteuern, dass die ersten und zweiten Teilwicklungen der Motorphasen in entgegengesetzter Richtung von Strom durchflossen werden. Durch die unterschiedliche Stromrichtung entsteht im Ladebetrieb kein Motormoment, aufgrund der sich aufhebenden Felder. Hierdurch wird die Gefahr eliminiert, dass sich das Fahrzeug im Ladebetrieb unbeabsichtigt in Bewegung setzen kann. The control device for controlling the partial converter is further designed to control in the charging operation, the first and the second partial converter in common mode, that the first and second partial windings of the motor phases are traversed by electricity in the opposite direction. Due to the different current direction, no motor torque arises in the charging mode, due to the repealing fields. This eliminates the risk that the vehicle may unintentionally set in motion during the loading operation.

Wahlweise können die Mittelpunktsanzapfungen der Wicklungen des Motors direkt oder über ein Schaltelement mit einem EMV-Filter verschaltet sein. Schaltelement und/oder EMV-Filter können in dem Fahrzeug oder in einer Ladestation angeordnet sein. Sind die Mittelpunktsanzapfungen direkt mit dem EMV-Filter verschaltet, so ist das Schaltelement aus Sicht des Fahrzeugs am Ausgang des EMV-Filters vorzusehen. Über die Schaltelemente wird der für das Laden benötigte Strom über die Wicklungen des Motors an den Antriebs-Umrichter zur Gleichrichtung und zum Laden des Energiespeichers geleitet. Nach dem Beenden des Ladevorgangs wird das Schaltelement geöffnet, so dass kein weiterer Ladestrom fließt. Optionally, the center taps of the windings of the motor can be connected directly or via a switching element with an EMC filter. Switching element and / or EMC filter can be arranged in the vehicle or in a charging station. If the center point taps are connected directly to the EMC filter, the switching element should be provided at the output of the EMC filter from the vehicle's point of view. Via the switching elements, the current required for charging via the windings of the motor to the drive inverter for rectification and charging of the energy storage is passed. After completion of the charging process, the switching element is opened, so that no further charging current flows.

In einer weiteren Ausgestaltung kann ein weiterer Umrichter vorgesehen sein, welcher zwischen dem Energiespeicher und einem Netzanschluss verschaltet ist, wobei der weitere Umrichter im Vergleich zum Antriebsumrichter derart dimensioniert ist, dass dieser mit Leistungen von maximal 25 %, insbesondere bis höchstens 50 %, der Leistung des Antriebsumrichters betreibbar ist. Der weitere Umrichter kann für ein „Normalladen“ eingesetzt werden, bei welchem wesentlich geringere Leistungen als beim Schnellladen umgesetzt werden. In a further embodiment, a further converter can be provided, which is connected between the energy store and a grid connection, wherein the further converter is dimensioned in comparison to the drive converter such that this with powers of not more than 25%, in particular up to 50%, of the power of the drive inverter is operable. The other inverter can be used for a "normal charging", in which much lower power than in fast charging implemented.

Prinzipiell könnte auch der oben beschriebene Antriebsumrichter für das Normalladen verwendet werden, aufgrund der zu großen Dimensionierung könnte der Antriebsumrichter jedoch lediglich mit schlechtem Wirkungsgrad betrieben werden. Aufgrund dessen ist der weitere Umrichter vorgesehen, dessen Komponenten an die typische Leistung für das Normalladen angepasst sind. Hierdurch kann der weitere Umrichter mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden. Der weitere Umrichter kann prinzipiell Teil einer Ladestation sein. Ebenso ist es möglich, diesen in dem elektrisch betriebenen Fahrzeug vorzusehen. Dies ist ohne weiteres möglich, da aufgrund der reduzierten Leistungsumsetzung die hierfür benötigten Komponenten wesentlich kleiner sind als bei einem Schnellladevorgang. In principle, the drive converter described above could also be used for normal charging, but due to the oversized dimensions, the drive converter could only be operated with poor efficiency. Because of this, the other inverter is provided whose components are adapted to the typical performance for the normal shop. As a result, the other inverter can be operated with optimum efficiency. The further converter can in principle be part of a charging station. It is also possible to provide this in the electrically powered vehicle. This is easily possible because due to the reduced power conversion, the components required for this purpose are much smaller than in a fast charging process.

Der weitere Umrichter und der Antriebsumrichter können an den gleichen Gleichspannungszwischenkreis geschaltet sein, an den der Energiespeicher angeschlossen ist. The further converter and the drive converter can be connected to the same DC voltage intermediate circuit to which the energy store is connected.

Um die Anzahl der für die Realisierung der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung benötigten Komponenten zu reduzieren, kann weiterhin vorgesehen sein, dass der weitere Umrichter und einer der Teilumrichter als kombinierter Umrichter ausgebildet sind, wobei ein zweites Leistungsteil des Teilumrichters für den Ladebetrieb unabhängig von einem ersten Leistungsteil für den Motorbetrieb als Zwei-, Drei- oder Mehrlevel-Umrichter ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, die Sinusform des Ladestroms unter Nutzung eines Zwei-, Drei- oder Mehrlevel-Umrichters besser nachzubilden. Die Integration der Komponenten des weiteren Umrichters in einen der beiden Teilumrichter ermöglicht die gemeinschaftliche Nutzung der Steuerung des Zwischenkreises und des Kühlsystems, ohne gesonderten Aufwand betreiben zu müssen. Insbesondere können auch für den Ladebetrieb andere Halbleiter verwendet werden als für den Motorbetrieb, wodurch sich die bereits erwähnte Wirkungsgradverbesserung erzielen lässt. In order to reduce the number of components required for the realization of the charging device according to the invention, it can further be provided that the further converter and one of the partial converters are designed as a combined converter, wherein a second power unit of the partial converter for the charging operation is independent of a first power unit for the Motor operation is designed as a two-, three- or multi-level inverter. This makes it possible to better emulate the sinusoidal shape of the charging current using a two-, three- or more-level inverter. The integration of the components of the other inverter in one of the two partial converter allows the joint use of the control of the DC link and the cooling system, without having to operate separately. In particular, other semiconductors can also be used for the charging operation than for the motor operation, whereby the already mentioned improvement in efficiency can be achieved.

Zweckmäßigerweise ist eine gemeinsame Steuerung für den Antriebsumrichter und den weiteren Umrichter vorgesehen. Conveniently, a common control for the drive converter and the other inverter is provided.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn fahrzeugseitig oder ladestationsseitig für die Phasen (einschließlich Neutralleiter und Schutzleiter) des weiteren Umrichters ein EMV-Filter oder eine PFC-Drossel vorgesehen sind. Wird der Ladebetrieb unter Nutzung der Komponenten des weiteren Umrichters durchgeführt, so sind zur Vermeidung elektromagnetischer Unverträglichkeiten der EMV-Filter und die PFC-Drossel vorzusehen. Aufgrund der vergleichsweise kleinen Größe und des geringen Gewichts können diese ohne Probleme als zusätzliche Komponenten in dem elektrisch betriebenen Fahrzeug vorgesehen werden. It is furthermore expedient if an EMC filter or a PFC throttle is provided on the vehicle side or on the charging station side for the phases (including neutral conductor and protective conductor) of the further converter. If the charging operation is carried out using the components of the other inverter, the EMC filter and the PFC choke must be provided to avoid electromagnetic incompatibility. Due to the comparatively small size and light weight, they can be provided without problems as additional components in the electrically powered vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment in the drawing. Show it:

1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung, bei der ein Antriebsumrichter des Fahrzeugs durch zwei Teilumrichter gebildet ist, 1 1 is a block diagram of a charging device according to the invention, in which a drive converter of the vehicle is formed by two partial converters,

2 einen Stromfluss bei Motorbetrieb in dem Blockdiagramm aus 1, 2 a flow of current during engine operation in the block diagram 1 .

3 einen Stromfluss bei Ladebetrieb in dem Blockdiagramm gemäß 1, 3 a current flow during charging operation in the block diagram according to 1 .

4 ein Blockschaltbild einer erweiterten Ladevorrichtung für ein Normalladen, bei dem Motor- und Ladebetrieb mit unterschiedlichen Umrichtern bzw. Leistungsteilen realisiert sind, 4 a block diagram of an extended charging device for a normal charging, are realized in the motor and charging operation with different converters or power parts,

5 ein Ersatzschaltbild eines kombinierten Halbbrückenzweigs für einen kombinierten Motor- und Ladebetrieb beim Normalladen, und 5 an equivalent circuit diagram of a combined half-bridge branch for a combined motor and charging operation in normal shop, and

6 ein Blockschaltbild einer weiter verbesserten Ladevorrichtung, welche wahlweise ein Schnellladen oder Normalladen ermöglicht. 6 a block diagram of a further improved charging device, which allows either a fast charging or normal charging.

1 zeigt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung. Die Ladevorrichtung nutzt den in einem Fahrzeug 1 für den Antrieb eines Motors 10 vorhandenen Antriebsumrichter 20 zur Ladung eines Energiespeichers 30. Für den Ladevorgang ist der Motor 10 mit einer Ladestation 2 verbunden. Eine Systemgrenze zwischen dem Fahrzeug 1 und der Ladestation 2 ist mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet. 1 shows a block diagram of a charging device according to the invention. The loader uses the in a vehicle 1 for driving an engine 10 existing drive inverter 20 for charging an energy store 30 , For charging is the engine 10 with a charging station 2 connected. A system boundary between the vehicle 1 and the charging station 2 is with the reference numeral 3 characterized.

Die Ladung erfolgt über ein dreiphasiges Niederspannungsnetz mit einer Spannung von 400 V. Zum Schalten des Ladestroms ist beispielhaft in der Ladestation 2 ein Schaltelement 40 zur Auftrennung einer jeweiligen der Phasen vorgesehen. Ferner weist die Ladestation 2 einen EMV (elektromagnetische Verträglichkeit)-Filter 41 auf. Das Schaltelement 40 sowie der EMV-Filter 41 könnten in einer alternativen Ausgestaltung ebenfalls Bestandteil des Fahrzeugs 1 sein. In der in 1 gezeigten Ausgestaltung ist das Schaltelement 40 über ein Kabel mit dem Motor 10 für den Ladebetrieb zu verbinden. In der anderen, nicht dargestellten Variante wäre der EMV-Filter über das Kabel mit der Ladestation verbunden. Charging takes place via a three-phase low-voltage network with a voltage of 400 V. For switching the charging current is an example in the charging station 2 a switching element 40 provided for separating a respective one of the phases. Furthermore, the charging station 2 an EMC (Electromagnetic Compatibility) filter 41 on. The switching element 40 as well as the EMC filter 41 could also be part of the vehicle in an alternative embodiment 1 be. In the in 1 The embodiment shown is the switching element 40 via a cable to the engine 10 to connect for the charging operation. In the other variant, not shown, the EMC filter would be connected to the charging station via the cable.

Um den Antriebsumrichter 20 zum Laden des Energiespeichers 30 nutzen zu können, müssen Maßnahmen getroffen sein, die während des Ladens die Erzeugung eines Drehmoments im Motor 10 unterbinden. Zu diesem Zweck sind die Wicklungen 14, 15, 16 der Motorphasen 11, 12, 13 des Motors 10 jeweils in eine erste und eine zweite Teilwicklung 14-1, 14-2, 15-1, 15-2, 16-1, 16-2 aufgeteilt. Die ersten Teilwicklungen 14-1, 15-1, 16-1 sind mit einem Wechselspannungsteil (3AC) des ersten Teilumrichters 21 verbunden. Die zweiten Teilwicklungen 14-2, 15-2, 16-2 sind mit einem Wechselspannungsteil (3AC) eines zweiten Teilumrichters 22 verbunden. Eine jeweilige Mittelanzapfung der Wicklungen 14, 15, 16 ist über das Kabel mit dem Schaltelement 40 verbunden. Die Gleichspannungs(DC)-Teile der Teilumrichter 21, 22 sind an einen gleichen Zwischenkreis 31 geschaltet, welcher mit dem Energiespeicher 30 verbunden ist. To the drive inverter 20 to charge the energy storage 30 To be able to use, measures must be taken during the loading of the generation of torque in the engine 10 prevention. For this purpose are the windings 14 . 15 . 16 the motor phases 11 . 12 . 13 of the motor 10 each in a first and a second partial winding 14-1 . 14-2 . 15-1 . 15-2 . 16-1 . 16-2 divided up. The first partial windings 14-1 . 15-1 . 16-1 are with an AC voltage part (3AC) of the first partial converter 21 connected. The second part windings 14-2 . 15-2 . 16-2 are with an AC voltage part (3AC) of a second partial converter 22 connected. A respective center tap of the windings 14 . 15 . 16 is over the cable with the switching element 40 connected. The DC (DC) parts of the partial converter 21 . 22 are connected to a same DC link 31 switched, which with the energy storage 30 connected is.

Durch die in 1 dargestellte Ladeeinrichtung, die den Antriebsumrichter des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 1 als Ladegerät nutzt, ist eine Schnellladung mit Leistungen von über 40 kW bis über 100 kW möglich. Dadurch, dass die Wicklungen 14, 15, 16 des Motors (d.h. die Motorinduktivität) als PFC-Drosseln verwendet werden, brauchen keine weiteren Komponenten vorgesehen werden. Aufgrund der im Schnellladebetrieb hohen Ströme ist es zweckmäßig, wenn das Kabel zwischen dem Fahrzeug 1 und der Ladestation 2 aus EMV-Gründen geschirmt ausgeführt ist. By the in 1 illustrated charging device, the drive converter of the electrically operated vehicle 1 As a charger, a fast charge with outputs of over 40 kW to over 100 kW is possible. Because of the windings 14 . 15 . 16 of the motor (ie, the motor inductance) are used as PFC chokes, no further components need to be provided. Due to the high currents in the fast-charging mode, it is expedient if the cable between the vehicle 1 and the charging station 2 is shielded for EMC reasons.

Für den Schnellladebetrieb werden damit keine zusätzlichen Komponenten, wie z.B. PFC-Drosseln, Motorstromschalter, benötigt. Hierdurch kann die Ladevorrichtung durch Komponenten des Fahrzeugs auf einfache und kostengünstige Weise bereitgestellt werden. Im Besonderen erhöht sich das Gewicht aufgrund der in das Fahrzeug integrierten Ladevorrichtung nicht oder kaum. Thus, for fast charging operation, no additional components, e.g. PFC chokes, motor current switch, required. As a result, the charging device can be provided by components of the vehicle in a simple and cost-effective manner. In particular, the weight does not increase or hardly increases due to the loader integrated in the vehicle.

Die beiden Teilumrichter 21, 22 werden synchron von derselben Steuerung betrieben. Die Teilumrichter können in der Praxis in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. The two partial converters 21 . 22 are operated synchronously by the same controller. The partial converter can be accommodated in practice in a common housing.

In dem in 2 dargestellten Motorbetrieb arbeiten die beiden Teilumrichter 21, 22 an jeder der Motorphasen 11, 12, 13 im Gegentakt, so dass der Strom in einer jeweiligen ersten und zweiten Teilwicklung 14-1, 14-2 bzw. 15-1, 15-2 bzw. 16-1, 16-2 in die gleiche Richtung fließt. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist die Stromrichtung mit dem Pfeil A gekennzeichnet. Zur Vereinfachung ist die in 1 dargestellte Ladestation weggelassen. Dadurch, dass die beiden Teilwicklungen einer jeweiligen Motorphase 11, 12, 13 in der gleichen Richtung von Strom durchflossen wird, kann ein Drehfeld erzeugt werden, wodurch der Motor in bestimmungsgemäßer Weise ein Drehmoment erzeugt. In the in 2 shown engine operation, the two partial converter work 21 . 22 at each of the engine phases 11 . 12 . 13 in push-pull, so that the current in a respective first and second part winding 14-1 . 14-2 respectively. 15-1 . 15-2 respectively. 16-1 . 16-2 flowing in the same direction. In the embodiment of 2 the current direction is indicated by the arrow A. For simplicity, the in 1 illustrated charging station omitted. Due to the fact that the two partial windings of a respective motor phase 11 . 12 . 13 In the same direction is flowed through by current, a rotating field can be generated, whereby the engine generates a torque in the intended manner.

Demgegenüber arbeiten im Ladebetrieb (3) die beiden Teilumrichter 21, 22 an jeder Motorphase 11, 12, 13 im Gleichtakt, so dass der Strom in der ersten und zweiten Teilwicklung 14-1, 14-2 bzw. 15-1, 15-2 bzw. 16-1, 16-2 in unterschiedliche Richtungen (vgl. den Pfeil B) fließt. Durch die unterschiedliche Stromrichtung wird ein in den jeweiligen Teilwicklungen erzeugtes Drehfeld kompensiert, so dass kein Motormoment entsteht. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich das Fahrzeug während des Ladebetriebs nicht unbeabsichtigt in Bewegung setzen kann. In contrast, work in the loading mode ( 3 ) the two partial converters 21 . 22 at every engine phase 11 . 12 . 13 in common mode, so that the current in the first and second partial winding 14-1 . 14-2 respectively. 15-1 . 15-2 respectively. 16-1 . 16-2 in different directions (see the arrow B) flows. Due to the different current direction, a rotating field generated in the respective partial windings is compensated so that no engine torque is generated. This ensures that the vehicle can not move unintentionally during the loading operation.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, dass mit den beiden Teilumrichtern 21, 22 des Antriebsumrichters 20 im Ladebetrieb mehr unterschiedliche Raumzeiger realisiert werden können. Hierdurch ist es möglich, den durch die Teilumrichter erzeugten Strom besser einer idealen Sinusform anzunähern. Während mit einem herkömmlichen sog. Zwei- Level-Umrichter außer den beiden Nullzeigern (000, 111) noch weitere sechs Zeiger erzeugbar sind, können mit dem in 1 dargestellten Antriebsumrichter, der aus zwei Teilumrichtern 21, 22 gebildet ist, acht Nullzeiger und 18 unterschiedliche Spannungszeiger ausgegeben werden. Another advantage of the arrangement described is that with the two sub-inverters 21 . 22 of the drive inverter 20 in charging mode more different space pointer can be realized. This makes it possible to better approximate the current generated by the partial converter to an ideal sinusoidal shape. While with a conventional so-called. Two-level converter in addition to the two zero pointers (000, 111) can be generated even more six pointers, with the in 1 shown drive inverter, consisting of two sub-inverters 21 . 22 is formed, eight zeros and 18 different voltage pointers are output.

In den nachfolgend beschriebenen 4 und 5 wird eine Ladevorrichtung beschrieben, welche ein Normalladen mit Leistungen bis etwa 25 kW, entsprechend 32 A, aus einem dreiphasigen 400 V-Netz erlaubt. Bei einer derartigen Leistung ist der Antriebsumrichter des Fahrzeugs 1, der in der Regel mehr als 100 kW aufweist, deutlich überdimensioniert. Dieser arbeitet daher im Teilleistungsbereich mit niedrigem Wirkungsgrad. Die Verwendung von leistungsmäßig angepassten Halbleitern in einem zusätzlichen Umrichter 23 bietet hier Vorteile. Wenn sich der Auftriebsumrichter für den Fahrbetrieb und der weitere Umrichter für den Ladebetrieb eine gemeinsame Steuerung und den Zwischenkreis teilen, ist der Mehraufwand für die Integration des weiteren Umrichters 23 gering. Durch die getrennten Umrichter ist darüber hinaus kein Schalter zum Trennen des Motors 10 erforderlich. In the following 4 and 5 a charging device is described, which allows a normal charging with power up to about 25 kW, corresponding to 32 A, from a three-phase 400 V network. With such a power is the drive converter of the vehicle 1 , which generally has more than 100 kW, significantly oversized. This therefore operates in the partial power range with low efficiency. The use of power matched semiconductors in an additional inverter 23 offers advantages here. If the buoyancy drive for the driving operation and the other converter for the charging operation share a common control and the DC link, the extra effort for the integration of the further converter 23 low. In addition, there is no switch for disconnecting the motor due to the separate converters 10 required.

In 4 umfasst der Antriebsumrichter 20 einen Umrichter 21 zum Antreiben des Motors 10. Die Wicklungen des Motors 10 sind wiederum mit den Bezugszeichen 14, 15, 16 gekennzeichnet. Der Gleichspannungs(DC)-Teil des Antriebsumrichters 20 ist mit dem Gleichspannungszwischenkreis 31 und dem Energiespeicher 30 gekoppelt. In gleicher Weise ist der Gleichspannung (DC)-Leistungsteil des weiteren Umrichters 23 mit dem Zwischenkreis 31 verbunden. Der dreiphasige Wechselstrom (3AC)-Teil ist über ein Kabel mit der Ladestation 2 verbunden. Die Systemgrenze zwischen Fahrzeug und Ladestation 2 ist wiederum mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet. Die Ladestation 2 umfasst neben dem Schaltelement 45 und dem EMV-Filter 46 für jede Phase eine PFC-Drossel 47, da für das Normalladen die Induktivität des Motors nicht genutzt werden kann. Der EMV-Filter 46 ist mit dem dreiphasigen Netz verbunden. In 4 includes the drive inverter 20 an inverter 21 to drive the engine 10 , The windings of the motor 10 are again with the reference numerals 14 . 15 . 16 characterized. The DC (DC) part of the drive inverter 20 is with the DC voltage intermediate circuit 31 and the energy storage 30 coupled. In the same way, the DC voltage (DC) power part of the other inverter 23 with the DC link 31 connected. The three-phase AC (3AC) part is via a cable with the charging station 2 connected. The system boundary between the vehicle and the charging station 2 is again with the reference numeral 3 characterized. The charging station 2 includes in addition to the switching element 45 and the EMC filter 46 one PFC choke for each phase 47 because the inductance of the motor can not be used for normal charging. The EMC filter 46 is connected to the three-phase network.

Da EMV-Filter und PFC-Drosseln aufgrund der vergleichsweise kleinen Leistungen klein und leicht ausfallen, könnte diese auch in das Fahrzeug integriert werden. Die in 4 dargestellte Variante einer Ladevorrichtung kann auch unabhängig von der Nutzung des Antriebsumrichters als Ladevorrichtung realisiert werden. 4 zeigt den diesbezüglichen Anwendungsfall. Since EMC filters and PFC chokes are small and lightweight due to the comparatively low power, they could also be integrated into the vehicle. In the 4 illustrated variant of a charging device can also be realized independently of the use of the drive converter as a charging device. 4 shows the relevant application.

Aufgrund der durch den Antriebsumrichter hohen zu schaltenden Ströme werden in diesem typischerweise IGBTs als Schaltelemente verwendet. Demgegenüber kann der weitere Umrichter 23 für den Ladebetrieb unabhängig vom Antriebsumrichter 20 als Zwei-, Drei- oder Mehrlevel-Umrichter realisiert werden, um die Anforderungen aus dem Ladebetrieb optimal zu erfüllen. Aufgrund der geringeren zu schaltenden Leistungen können anstelle von IGBTs auch MOSFETs eingesetzt werden. Due to the currents to be switched by the drive converter, IGBTs are typically used as switching elements in this case. In contrast, the other inverter 23 for charging operation independent of the drive inverter 20 be implemented as two-, three- or multi-level converters to optimally meet the requirements of the charging operation. Due to the lower power to be switched, MOSFETs can be used instead of IGBTs.

Die beiden Umrichter 20, 23 können von einer einzigen Steuervorrichtung angesteuert werden. Zur Realisierung des weiteren Umrichters sind daher lediglich die in diesem erforderlichen Leistungshalbleiter und Treiber erforderlich. The two inverters 20 . 23 can be controlled by a single control device. For the realization of the further converter, therefore, only the power semiconductors and drivers required in this case are required.

In einer bevorzugten Ausgestaltung können die Leistungshalbleiterschaltelemente für den Motor- und Ladebetrieb eine Phase zusammengefasst werden, wie dies für eine Phase in 5 dargestellt ist. Dort ist eine kombinierte Halbbrücke für Motor- und Ladebetrieb gezeigt. Die für den Motorbetrieb erforderlichen Elemente sind Bestandteil eines ersten Leistungsteils 201, das als Zwei-Level-Umrichter ausgebildet ist. Zwischen einer positiven und negativen Versorgungsspannung (+, –) sind in Reihe zwei Schaltelemente 202, 203 in Form von IGBTs verschaltet. Ein Knotenpunkt 204 zwischen den Schaltelementen 203, 204 bildet einen Ausgang 205 für eine Phase des Motors. In a preferred embodiment, the power semiconductor switching elements for the motor and charging operation, a phase can be summarized, as for a phase in 5 is shown. There, a combined half bridge for engine and loading operation is shown. The elements required for motor operation are part of a first power unit 201 , which is designed as a two-level inverter. Between a positive and negative supply voltage (+, -) are in series two switching elements 202 . 203 interconnected in the form of IGBTs. A node 204 between the switching elements 203 . 204 makes an exit 205 for one phase of the engine.

Ein zweites Leistungsteil für den Ladebetrieb des kombinierten Umrichters 200 ist mit dem Bezugszeichen 210 gekennzeichnet. Das zweite Leistungsteil 210 ist als Drei-Level-Umrichter ausgebildet. Zwischen dem positiven und negativen Versorgungsspannungsanschluss sind vier Schaltelemente 211, 212, 215, 216 mit ihren Laststrecken in Serie verschaltet. A second power unit for the charging operation of the combined inverter 200 is with the reference numeral 210 characterized. The second power section 210 is designed as a three-level inverter. Between the positive and negative supply voltage terminals are four switching elements 211 . 212 . 215 . 216 interconnected with their load paths in series.

Als Schaltelemente können aufgrund der geringeren zu tragenden Ströme und der geringeren Spannungsbeanspruchung bei Mehr-Level-Topologien MOSFETs eingesetzt werden. Ein Knotenpunkt zwischen dem Schaltelement 212 und dem Schaltelement 215 bildet den Eingang 220 einer Phase für den Netzanschluss. Zwischen einem Knotenpunkt 213 und einem Knotenpunkt 217 der Schaltelemente 211, 212, 215, 216 des zweiten Leistungsteils ist eine Serienschaltung aus zwei Dioden 214, 218 verschaltet. Ein Knotenpunkt 219 zwischen den beiden Dioden 214, 218 kann wahlweise auf den Mittelpunkt des Energiespeichers gelegt werden oder auf einen künstlichen Mittelpunkt aus Kondensatoren. As switching elements MOSFETs can be used due to the lower currents to be carried and the lower voltage stress in multi-level topologies. A node between the switching element 212 and the switching element 215 forms the entrance 220 a phase for grid connection. Between a node 213 and a node 217 the switching elements 211 . 212 . 215 . 216 of the second power section is a series connection of two diodes 214 . 218 connected. A node 219 between the two diodes 214 . 218 can be placed either on the center of the energy storage or on an artificial center of capacitors.

Grundsätzlich sind auch andere Ausführungen möglich, je nach vorliegendem Spannungsniveau und Topologie. Die Freilaufdioden der Leistungshalbleiterschalter sind nicht dargestellt. Die Steueranschlüsse der Schaltelemente sind wegen der besseren Übersichtlichkeit nicht als Anschlüsse gezeichnet. In principle, other designs are possible, depending on the present voltage level and topology. The freewheeling diodes of the power semiconductor switches are not shown. The control terminals of the switching elements are not drawn as connections for better clarity.

6 zeigt eine Kombination der Ladevorrichtung aus 1 und der Ladevorrichtung aus 4. Bei dieser Ladevorrichtung ist ein wahlweises Schnellladen über den Antriebsumrichter 20 oder ein Normalladen über den weiteren Umrichter 23 möglich. Die jeweilige Ladeleistung wird begrenzt durch die Leistungsfähigkeit der Ladestation 3, den Antriebsumrichter 20 und den Energiespeicher 30. 6 shows a combination of the charging device 1 and the charger off 4 , This charging device is an optional fast charging via the drive inverter 20 or a normal charging via the further inverter 23 possible. The respective charging power is limited by the performance of the charging station 3 , the drive inverter 20 and the energy storage 30 ,

Claims (11)

Ladevorrichtung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (1), das einen Motor (10), einen Antriebsumrichter (20) und einen Energiespeicher (30) umfasst, wobei der Antriebsumrichter (20) des Fahrzeugs (1) beim Anschluss der Phasen (14, 15, 16) des Motors (10) an ein Niederspannungsnetz (4) die Ladevorrichtung ausbildet. Charging device of an electrically operated vehicle ( 1 ), which has a motor ( 10 ), one Drive inverter ( 20 ) and an energy store ( 30 ), wherein the drive converter ( 20 ) of the vehicle ( 1 ) when connecting the phases ( 14 . 15 . 16 ) of the motor ( 10 ) to a low-voltage network ( 4 ) forms the loading device. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Wicklungen des Motors (10) eine Mittelpunktsanzapfung aufweisen, wodurch jede Motorphase (14, 15, 16) eine erste und eine zweite Teilwicklung (14-1, 14-2; 15-1, 15-2; 16-1, 16-2) aufweist, wobei die Mittelpunktsanzapfungen zum Laden des Energiespeichers (30) mit dem Niederspannungsnetz (4) verbunden sind, und – der Antriebsumrichter (20) zwei Teilumrichter (21, 22) umfasst, wobei der erste Teilumrichter (21) zwischen dem Energiespeicher (30) und den ersten Teilwicklungen (14-1; 15-1; 16-1) verschaltet ist und der zweite Teilumrichter (22) zwischen dem Energiespeicher (30) und den zweiten Teilwicklungen (14-2; 15-2; 16-2) verschaltet ist. Charging device according to claim 1, characterized in that - the windings of the motor ( 10 ) have a center tap, whereby each engine phase ( 14 . 15 . 16 ) a first and a second partial winding ( 14-1 . 14-2 ; 15-1 . 15-2 ; 16-1 . 16-2 ), wherein the center taps for charging the energy store ( 30 ) with the low voltage grid ( 4 ), and - the drive converter ( 20 ) two partial converters ( 21 . 22 ), wherein the first component converter ( 21 ) between the energy store ( 30 ) and the first partial windings ( 14-1 ; 15-1 ; 16-1 ) and the second partial converter ( 22 ) between the energy store ( 30 ) and the second partial windings ( 14-2 ; 15-2 ; 16-2 ) is interconnected. Ladevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Teilumrichter (21, 22) vorgesehen ist, welche im Motorbetrieb den ersten und den zweiten Teilumrichter (21, 22) im Gegentakt ansteuert, dass die ersten und zweiten Teilwicklungen (14-1, 14-2; 15-1, 15-2; 16-1, 16-2) der Motorphasen (14, 15, 16) in der gleichen Richtung von Strom durchflossen werden. Charging device according to claim 2, characterized in that a control device for controlling the partial converter ( 21 . 22 ) is provided, which in engine operation the first and the second partial converter ( 21 . 22 ) in push-pull controls that the first and second partial windings ( 14-1 . 14-2 ; 15-1 . 15-2 ; 16-1 . 16-2 ) of the motor phases ( 14 . 15 . 16 ) are traversed by electricity in the same direction. Ladevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung zur Steuerung der Teilumrichter (21, 22) dazu ausgebildet ist, im Ladebetrieb den ersten und den zweiten Teilumrichter (21, 22) im Gleichtakt anzusteuern, dass die ersten und zweiten Teilwicklungen (14-1, 14-2; 15-1, 15-2; 16-1, 16-2) der Motorphasen (14, 15, 16) in entgegengesetzter Richtung von Strom durchflossen werden. Charging device according to claim 2 or 3, characterized in that the control device for controlling the partial converter ( 21 . 22 ) is designed, in the loading operation, the first and the second partial converter ( 21 . 22 ) in common mode, that the first and second partial windings ( 14-1 . 14-2 ; 15-1 . 15-2 ; 16-1 . 16-2 ) of the motor phases ( 14 . 15 . 16 ) are traversed by electricity in the opposite direction. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunktsanzapfungen direkt oder über ein Schaltelement mit einem EMV-Filter verschaltet sind. Ladevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement und/oder der EMV-Filter in dem Fahrzeug (1) oder in einer Ladestation angeordnet sind. Charging device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the center point taps are connected directly or via a switching element with an EMC filter. Charging device according to claim 5, characterized in that the switching element and / or the EMC filter in the vehicle ( 1 ) or in a charging station are arranged. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (14, 15, 16) des Motors (10) im Ladebetrieb als PFC-Drosseln der Ladevorrichtung genutzt werden. Loading device according to one of the preceding claims, characterized in that the windings ( 14 . 15 . 16 ) of the motor ( 10 ) are used in charging mode as PFC chokes of the charging device. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Umrichter (23) vorgesehen ist, welcher zwischen dem Energiespeicher (30) und einem Netzanschluss verschaltet ist, wobei der weitere Umrichter (23) im Vergleich zum Antriebsumrichter (20) derart dimensioniert ist, dass dieser mit Leistungen von maximal 25 %, insbesondere bis höchstens 50 %, der Leistung des Antriebsumrichters (20) betreibbar ist. Loading device according to one of the preceding claims, characterized in that a further converter ( 23 ) is provided, which between the energy storage ( 30 ) and a mains connection, whereby the further converter ( 23 ) compared to the drive inverter ( 20 ) is dimensioned such that this maximum power of 25%, in particular up to 50%, of the performance of the drive inverter ( 20 ) is operable. Ladevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Umrichter (23) und der Antriebsumrichter (20) an den gleichen Gleichspannungszwischenkreis geschaltet sind, an den der Energiespeicher (30) angeschlossen ist. Loading device according to claim 8, characterized in that the further converter ( 23 ) and the drive inverter ( 20 ) are connected to the same DC voltage intermediate circuit to which the energy storage ( 30 ) connected. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7 in Verbindung mit Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Umrichter (23) und einer der Teilumrichter (21, 22) als kombinierter Teilumrichter (200) ausgebildet sind, wobei ein zweites Leistungsteil (210) des Teilumrichters (21, 22) für den Ladebetrieb unabhängig von einem ersten Leistungsteil (201) für den Motorbetrieb als Zwei-, Drei- oder Mehrlevel-Umrichter ausgebildet ist. Loading device according to one of claims 2 to 7 in conjunction with claim 8 or 9, characterized in that the further converter ( 23 ) and one of the partial converters ( 21 . 22 ) as a combined partial converter ( 200 ), wherein a second power unit ( 210 ) of the partial converter ( 21 . 22 ) for the charging operation independently of a first power unit ( 201 ) is designed for motor operation as a two-, three- or multi-level inverter. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Steuerung für den Antriebsumrichter (20) und den weiteren Umrichter (23) vorgesehen ist. Loading device according to one of claims 8 to 10, characterized in that a common control for the drive converter ( 20 ) and the other inverter ( 23 ) is provided. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass fahrzeugseitig oder Ladestationsseitig für jede Phase (14, 15, 16) ein EMV-Filter (46) und eine PFC-Drossel (47) vorgesehen sind. Loading device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the vehicle side or charging station side for each phase ( 14 . 15 . 16 ) an EMC filter ( 46 ) and a PFC throttle ( 47 ) are provided.
DE102012202764A 2012-02-23 2012-02-23 Charging device of an electrically operated vehicle Ceased DE102012202764A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012202764A DE102012202764A1 (en) 2012-02-23 2012-02-23 Charging device of an electrically operated vehicle
PCT/EP2012/073555 WO2013124012A2 (en) 2012-02-23 2012-11-26 Charging device for an electrically operated vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012202764A DE102012202764A1 (en) 2012-02-23 2012-02-23 Charging device of an electrically operated vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012202764A1 true DE102012202764A1 (en) 2013-08-29

Family

ID=47429739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012202764A Ceased DE102012202764A1 (en) 2012-02-23 2012-02-23 Charging device of an electrically operated vehicle

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012202764A1 (en)
WO (1) WO2013124012A2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016206945A1 (en) 2016-04-25 2017-10-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Combined multilevel inverter and ACDC power charging unit
WO2018054558A1 (en) * 2016-09-23 2018-03-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Apparatus for voltage conversion, traction network and method for charging a battery
DE102017219985A1 (en) 2017-11-09 2019-05-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Power converter component and semiconductor module of such a power converter component
DE102018203134A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-05 Zf Friedrichshafen Ag Drive device with transformation function, drive system and method for operating a drive device
WO2023006729A1 (en) * 2021-07-27 2023-02-02 Mercedes-Benz Group AG Electrical drive system for a vehicle, and method for operating an electrical drive system
US11724610B2 (en) 2018-12-14 2023-08-15 Daimler Ag Circuit arrangement for a motor vehicle, in particular for a hybrid or electric vehicle

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018203192A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-05 Schmidhauser Ag Loading system
US11498446B2 (en) * 2020-01-06 2022-11-15 Ford Global Technologies, Llc Plug-in charge current management for battery model-based online learning

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009021720A1 (en) * 2008-05-19 2009-11-26 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Control device for electric vehicles
US20120019173A1 (en) * 2008-11-18 2012-01-26 Valeo Systemes De Controle Moteur Method and electric combined device for powering and charging with compensation means

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2961970B1 (en) * 2010-06-25 2017-03-10 Valeo Systemes De Controle Moteur ELECTRICAL MOTOR WITH ALTERNATING CURRENT OF A COMBINED POWER SUPPLY AND CHARGING ELECTRICAL DEVICE
FR2961965B1 (en) * 2010-06-25 2012-07-13 Valeo Sys Controle Moteur Sas DEVICE FOR CHARGING ACCUMULATION MEANS

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009021720A1 (en) * 2008-05-19 2009-11-26 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Control device for electric vehicles
US20120019173A1 (en) * 2008-11-18 2012-01-26 Valeo Systemes De Controle Moteur Method and electric combined device for powering and charging with compensation means

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Lazzaro Volker, Ladesysteme für Elektrofahrzeuge, MENNEKES Elektrotechnik GmbH & Co.KG, 18.02.2009 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016206945A1 (en) 2016-04-25 2017-10-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Combined multilevel inverter and ACDC power charging unit
EP3238978A1 (en) 2016-04-25 2017-11-01 Volkswagen Aktiengesellschaft Combined multilevel converter and acdc power charging unit
WO2018054558A1 (en) * 2016-09-23 2018-03-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Apparatus for voltage conversion, traction network and method for charging a battery
US10476401B2 (en) 2016-09-23 2019-11-12 Volkswagen Aktiengesellschaft Device for converting voltage, traction network and method for charging a battery
DE102017219985A1 (en) 2017-11-09 2019-05-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Power converter component and semiconductor module of such a power converter component
DE102018203134A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-05 Zf Friedrichshafen Ag Drive device with transformation function, drive system and method for operating a drive device
US10819268B2 (en) 2018-03-02 2020-10-27 Zf Friedrichshafen Ag Driving device comprising a transformer function, driving system and method for operating a driving device
US11724610B2 (en) 2018-12-14 2023-08-15 Daimler Ag Circuit arrangement for a motor vehicle, in particular for a hybrid or electric vehicle
WO2023006729A1 (en) * 2021-07-27 2023-02-02 Mercedes-Benz Group AG Electrical drive system for a vehicle, and method for operating an electrical drive system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013124012A2 (en) 2013-08-29
WO2013124012A3 (en) 2013-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012202764A1 (en) Charging device of an electrically operated vehicle
DE102016218304B3 (en) Device for voltage conversion, traction network and method for charging a battery
EP2385909B1 (en) Method for controlling a power supply device having a power inverter
EP1311058B1 (en) Frequency power converter
EP2750920B1 (en) Method and device for charging a battery of an electrical drive using components of the electrical drive
DE102016114101A1 (en) TRANSFORMERLESS ELECTRIC INSULATED BOARD CHARGER WITH SOLID BUTTER SWITCH CONTROL
DE102010039886B4 (en) Drive system for a battery-operated vehicle
DE102013212682B4 (en) Energy storage device with DC power supply circuit and method for providing a DC voltage from an energy storage device
WO2014206724A1 (en) Energy storage device having a dc voltage supply circuit and method for providing a dc voltage from an energy storage device
EP3353007B1 (en) Vehicle-side power circuit for supplying power in an electrically driven vehicle
DE112015001920T5 (en) Power source means
EP3718201B1 (en) Power converter component and semiconductor module of such a power converter component
WO2010086823A2 (en) Dc/dc converter and ac/dc converter
EP2735073B1 (en) System with battery charging device and vehicle electrical system power supply stage
DE102009029387A1 (en) DC-AC inverter arrangement, in particular solar cell inverter
DE102016103041A1 (en) Power conversion device
DE102017222554A1 (en) A method for transmitting electrical power from a charging socket to an electrical energy storage of a vehicle electrical system, using an electrical machine of a vehicle and vehicle electrical system
WO2015062900A1 (en) Charging circuit for an energy storage device and method for charging an energy storage device
EP2764614B1 (en) Modular multilevel dc/ac converter comprising a series connection of dc/ac inverter sub-modules for the generation of polyphase output voltages
WO2013092046A2 (en) Rectifier circuit
DE102015225574A1 (en) Method and device for charging a battery
EP2928060A1 (en) Modular frequency converter circuit with submodules having different switching capacities
WO2014127871A2 (en) Internal energy supply of energy storage modules for an energy storage device, and energy storage device with such an internal energy supply
DE102021108918A1 (en) Bidirectional power converter
DE102013212692A1 (en) Energy storage device with DC power supply circuit

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20141223