DE102012220371A1 - Device for charging high voltage battery of electric vehicle from three-phase alternating current voltage source, has switch switched by control device such that current and voltage of source are in phase with each other - Google Patents

Device for charging high voltage battery of electric vehicle from three-phase alternating current voltage source, has switch switched by control device such that current and voltage of source are in phase with each other Download PDF

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DE102012220371A1
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Heinz Waeldele
Bertram Schillinger
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

The device has a converter device (U) connected with a rectifier device (G2), and including a half bridge (H1) of two serially connected switches (S1, S2). An inductor (L1) is connected between a connecting point of the switches and the converter device. One of the switches is switched by a control device (10) such that a current that is withdrawn for charging an electrical energy storage (B), and a voltage of a three-phase alternating current (AC) voltage source (W) are in phase with each other. An electrical chopper device (Z) is connected with another rectifier device (G1). Independent claims are also included for the following: (1) a method for charging an electrical energy storage from a three-phase AC voltage source (2) a computer program product comprising instructions for performing a method for charging an electrical energy storage from a three-phase AC voltage source.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers aus einer Wechselspannungsquelle. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers aus einer Wechselspannungsquelle. The invention relates to a device for charging an electrical energy store from an AC voltage source. The invention further relates to a method for charging an electrical energy store from an AC voltage source.

DE 195 235 76 A1 offenbart ein Gleichspannungsnetzteil und ein Verfahren zur Spannungsumformung. Beschrieben ist ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, in welchem ein Wirkungsgrad des Netzteils verbessert ist durch Bereitstellen eines Rücklaufwandlers, in dem ein erster Halbleiterschalter eine niedrigere Durchbruchspannung aufweist als ein zweiter Halbleiterschalter, und durch Reduzieren eines Leistungsanteils, der in einer Nachregelungsvorrichtung bearbeitet wird. DE 195 235 76 A1 discloses a DC power supply and a method of voltage conversion. Described is an AC-to-DC converter in which efficiency of the power supply is improved by providing a flyback converter in which a first semiconductor switch has a lower breakdown voltage than a second semiconductor switch, and by reducing a power component processed in a readjustment device.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers aus einer Wechselspannungsquelle, aufweisend:

  • – eine erste Gleichrichtereinrichtung;
  • – eine mit der ersten Gleichrichtereinrichtung verschaltete elektrische Zerhackereinrichtung;
  • – eine mit einem Ausgang der Zerhackereinrichtung verschaltete Transformatoreinrichtung;
  • – eine mit einer Sekundärseite der Transformatoreinrichtung verschaltete zweite Gleichrichtereinrichtung; und
  • – eine mit der zweiten Gleichrichtereinrichtung verschaltete Umrichtereinrichtung mit einer ersten Halbbrücke aus zwei seriell geschalteten Schaltern, wobei eine erste Induktivität zwischen einem Verbindungspunkt der Schalter der ersten Halbbrücke und der zweiten Gleichrichtereinrichtung verschaltet ist, wobei mittels einer Steuerungseinrichtung einer der Schalter der ersten Halbbrücke derart schaltbar ist, dass ein zum Laden des elektrischen Energiespeichers der Wechselspannungsquelle entnommener Strom und eine Spannung der Wechselspannungsquelle im Wesentlichen in Phase sind.
According to a first aspect, the invention provides a device for charging an electrical energy store from an AC voltage source, comprising:
  • A first rectifier device;
  • - An electrical chopper connected to the first rectifier means;
  • A transformer means connected to an output of the chopper means;
  • A second rectifier device connected to a secondary side of the transformer device; and
  • A converter device connected to the second rectifier device having a first half-bridge of two serially connected switches, wherein a first inductance is connected between a connection point of the switches of the first half-bridge and the second rectifier device, wherein by means of a control device one of the switches of the first half-bridge can be switched in such a way in that a current removed for charging the electrical energy store of the AC voltage source and a voltage of the AC voltage source are substantially in phase.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird mit der Erfindung ein Verfahren bereitgestellt, welches folgende Schritte aufweist:

  • – Gleichrichten einer Eingangswechselspannung;
  • – Wandeln der gleichgerichteten Eingangswechselspannung in eine hochfrequente Wechselspannung;
  • – Transformieren der hochfrequenten Wechselspannung;
  • – Gleichrichten der transformierten Wechselspannung; und
  • – Generieren einer Gegenspannung zur gleichgerichteten, transformierten Spannung derart, dass eine Spannung der Wechselspannungsquelle und ein Strom, der der Wechselspannungsquelle zum Laden des elektrischen Energiespeichers entnommen wird, im Wesentlichen in Phase sind.
According to a second aspect, the invention provides a method comprising the following steps:
  • - rectifying an input AC voltage;
  • - converting the rectified input AC voltage into a high frequency AC voltage;
  • - transforming the high-frequency AC voltage;
  • - rectifying the transformed AC voltage; and
  • - Generating a counter voltage to the rectified, transformed voltage such that a voltage of the AC voltage source and a current that is taken from the AC voltage source for charging the electrical energy storage, are substantially in phase.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Preferred developments of the invention are the subject of dependent claims.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Ladestrom für den elektrischen Energiespeicher und von der Spannung der Wechselspannungsquelle ein Tastverhältnis des Schalters der ersten Halbbrücke einstellbar ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft mittels der Steuerungseinrichtung durch Ändern des Tastverhältnisses des Schalters ein Ladestrom für den Energiespeicher reguliert werden. A preferred embodiment of the device is characterized in that by means of the control device in dependence on a charging current for the electrical energy storage and of the voltage of the AC voltage source, a duty cycle of the switch of the first half-bridge is adjustable. In this way can be advantageously regulated by means of the control device by changing the duty cycle of the switch, a charging current for the energy storage.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine zweite Induktivität zwischen einer zweiten Halbbrücke der Umrichtereinrichtung aus zwei seriell geschalteten Schaltern und der zweiten Gleichrichtereinrichtung verschaltet ist. Dadurch kann eine verbesserte Ausnutzung der Umrichtereinrichtung erreicht werden, wobei die einzelnen Schalter der Umrichtereinrichtung entlastet werden. A preferred embodiment of the device is characterized in that a second inductance is connected between a second half-bridge of the converter device from two switches connected in series and the second rectifier device. Thereby, an improved utilization of the converter device can be achieved, wherein the individual switches of the converter device are relieved.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zweite Schalter der zwei Halbbrücken in einem überlappenden Schaltbetrieb schaltbar sind. Dies bewirkt vorteilhaft eine Verringerung einer Welligkeit des Ladestroms (Stromripples) aufgrund von überlappendem Interleave-Schalten. Vorteilhaft hat dies verringerte Oberwellenemissionen ins Wechselspannungsnetz zur Folge. A preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that second switches of the two half-bridges are switchable in an overlapping switching operation. This advantageously causes a reduction of a ripple of the charging current (current ripples) due to overlapping interleave switching. Advantageously, this results in reduced harmonic emissions into the AC grid.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Induktivität als eine Induktivität von Wicklungen eines dreiphasigen Elektromotors ausgebildet ist, wobei die Wicklungen mit Verbindungspunkten von Schaltern von drei Halbbrücken der Umrichtereinrichtung verschaltet sind. Dadurch ist vorteilhaft keine externe Koppelinduktivität erforderlich und es ist eine Nutzung der drei Phasenwicklungen der Elektromaschine zum Zwecke des Ladens bereitgestellt. Auf diese Weise kann auch eine Realisierung der Oberwellenverbesserungseinrichtung (engl. Power Factor Correction) durch den Elektromotor bereitgestellt werden. A preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the first inductance is formed as an inductance of windings of a three-phase electric motor, wherein the windings are connected to connection points of switches of three half-bridges of the converter. As a result, advantageously no external coupling inductance is required and it is provided a use of the three-phase windings of the electric machine for the purpose of loading. In this way, an implementation of the harmonic recovery device (English Power Factor Correction) can be provided by the electric motor.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine zusätzliche Induktivität zwischen der zweiten Gleichrichtereinrichtung und dem Verbindungspunkt der beiden Schalter der ersten Halbbrücke verschaltet ist. Dadurch kann vorteilhaft eine zusätzliche externe Induktivität verwendet werden, wenn die Induktivität der Motorwicklungen des dreiphasigen Elektromotors zum Aufbau der erforderlichen Gegenspannung nicht ausreicht. A preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that an additional inductance between the second rectifier device and the Connection point of the two switches of the first half-bridge is connected. As a result, an additional external inductance can advantageously be used if the inductance of the motor windings of the three-phase electric motor is insufficient to build up the required reverse voltage.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass zweite Schalter der beiden Halbbrücken in einem überlappenden Schaltbetrieb schaltbar sind. Dies bewirkt vorteilhaft eine Reduzierung von Stromripples, zudem wird elektrische Schaltenergie auf mehrere Schalter verteilt, was eine erhöhte Lebensdauer der Schalter bewirken kann. Vorteilhaft wird der Elektromotor dadurch auch verbessert ausgenutzt, indem alle drei Phasen verwendet werden. A preferred embodiment of the device according to the invention provides that second switches of the two half-bridges are switchable in an overlapping switching operation. This advantageously brings about a reduction of current ripples, moreover, electrical switching energy is distributed over a plurality of switches, which can bring about an increased service life of the switches. Advantageously, the electric motor is thereby exploited also improved by all three phases are used.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung dreifach ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung jeweils mit einer Phase eines Drehstromsystems verschaltet ist, wobei jeweils eine erste Induktivität zwischen jeweils einer zweiten Gleichrichtereinrichtung und einem Verbindungspunkt zweier Schalter der Halbbrücken der Umrichtereinrichtung verschaltet ist, wobei mittels der Steuerungseinrichtung die Schalter der drei Halbbrücken derart schaltbar sind, dass ein zum Laden des elektrischen Energiespeichers der Wechselspannungsquelle entnommener Strom und eine jeweilige Phasenspannung der Wechselspannungsquellen im Wesentlichen in Phase sind. Auf diese Weise übernimmt die Umrichtereinrichtung vorteilhaft wiederum die Funktionalität der Power-Factor-Correction. Vorteilhaft können sämtliche Halbbrücken der Umrichtereinrichtung verwendet werden, was eine gleichmäßige Leistungsverteilung auf alle Schalter bewirkt. Aufgrund der dreifachen Ausgestaltung der Vorrichtung können drei unabhängige Ladestromverläufe nachgebildet und es kann dadurch vorteilhaft ein Schnellladen des elektrischen Energiespeichers erreicht werden. A preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the device is formed in three, wherein the device is connected in each case with a phase of a three-phase system, wherein in each case interconnected a first inductance between each second rectifier means and a connection point of two switches of the half-bridges of the converter wherein, by means of the control device, the switches of the three half-bridges are switchable such that a current removed for charging the electrical energy store of the AC voltage source and a respective phase voltage of the AC voltage sources are substantially in phase. In this way, the converter device advantageously takes over again the functionality of the power factor correction. Advantageously, all half bridges of the converter device can be used, which causes a uniform power distribution to all switches. Due to the threefold configuration of the device, three independent charging current profiles can be simulated and it can thereby advantageously a rapid charging of the electrical energy storage can be achieved.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Zerhackereinrichtung als eine vierte Halbbrücke mit zwei Schaltern an einer Primärseite der Transformatoreinrichtung ausgebildet ist, wobei die Transformatoreinrichtung an der Primärseite einen Mittelpunktsabgriff aufweist. Dadurch wird vorteilhaft eine Reduzierung einer Anzahl von Halbleiterschaltern erreicht, was verringerte Durchlass- und Schaltverluste bedeutet. Zudem kann dadurch ein Raumgewinn und eine verringerte Anzahl von Treibern für die Schalter erreicht werden. Dies resultiert insgesamt vorteilhaft in einer Kostenersparnis der gesamten Vorrichtung. A preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the electrical chopper device is designed as a fourth half-bridge with two switches on a primary side of the transformer device, wherein the transformer device has a center tap on the primary side. This advantageously achieves a reduction in a number of semiconductor switches, which means reduced forward and switching losses. In addition, thereby a space gain and a reduced number of drivers for the switches can be achieved. This results in a total advantageous in a cost saving of the entire device.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Gleichrichtereinrichtung jeweils eine Diode an jedem Endabschnitt der Sekundärseite der Transformatoreinrichtung aufweist, wobei die Sekundärseite der Transformatoreinrichtung einen Mittelpunktsabgriff aufweist. Dadurch wird eine Anzahl von Halbleiterbauelementen der zweiten Gleichrichtereinrichtung vorteilhaft halbiert, wodurch Ausfallraten vorteilhaft minimiert werden. An advantageous development of the device according to the invention is characterized in that the second rectifier device in each case has a diode at each end section of the secondary side of the transformer device, wherein the secondary side of the transformer device has a center point tap. As a result, a number of semiconductor components of the second rectifier device is advantageously halved, whereby failure rates are advantageously minimized.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Als besonders vorteilhaft wird bei der Erfindung angesehen, dass zum Laden des elektrischen Energiespeichers in einem Ladebetrieb des Elektrofahrzeugs ein bereits vorhandener Umrichter verwendet werden kann. Vorteilhaft kann ein Zwischenkreiskondensator, der in herkömmlichen Vorrichtungen verwendet wird, entfallen. Zudem wird der Umrichter auch zu einer Realisierung einer Oberwellenverbesserungsvorrichtung verwendet, so dass die herkömmliche Korrektureinrichtung entfallen kann. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung wesentlich einfacher und kostengünstiger ausgestaltet sein. Mittels der galvanischen Trennung durch die Transformatoreinrichtung kann zudem ein Sicherheitsaspekt für Anwender vorteilhaft erhöht werden. Particularly advantageous is considered in the invention that for loading the electrical energy storage in a charging operation of the electric vehicle, an existing converter can be used. Advantageously, a link capacitor, which is used in conventional devices omitted. In addition, the inverter is also used to realize a harmonic improving device, so that the conventional correcting device can be omitted. Advantageously, in this way a charging device according to the invention can be made much simpler and less expensive. In addition, a safety aspect for users can be advantageously increased by means of galvanic isolation by the transformer device.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf Figuren erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Die Figuren sind vor allem dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen und sind nicht notwendigerweise als detailgetreue Schaltbilder zu verstehen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente. Further features and advantages of the present invention will be explained below with reference to embodiments with reference to figures. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency, as well as regardless of their formulation or representation in the description or in the figures. The figures are primarily intended to illustrate the principles essential to the invention and are not necessarily to be understood as detailed circuit diagrams. In the figures, like reference numerals designate the same or functionally identical elements.

Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures

Es zeigen: Show it:

1 ein prinzipielles Blockschaltbild einer Batterieladevorrichtung gemäß Stand der Technik; 1 a schematic block diagram of a battery charger according to the prior art;

2 ein prinzipielles Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers; 2 a schematic block diagram of a first embodiment of a device according to the invention for charging an electrical energy storage device;

2a..2f zeitliche Verläufe von elektrischen Größen innerhalb der Vorrichtung von 2; 2a .. 2f time courses of electrical quantities within the device of 2 ;

3 ein elektrisches Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 3 an electrical equivalent circuit diagram of the device according to the invention;

4 ein Zeigerdiagramm mit Spannungen und Strömen innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 4 a phasor diagram with voltages and currents within the device according to the invention;

5 ein Zeitdiagramm mit Signalverläufen von Strömen und Spannungen innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 5 a timing diagram with waveforms of currents and voltages within the device according to the invention;

6 ein prinzipielles Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 6 a schematic block diagram of a second embodiment of the device according to the invention;

7 ein prinzipielles Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 7 a schematic block diagram of a third embodiment of the device according to the invention;

8 eine herkömmliche Vorrichtung zum dreiphasigen Laden eines elektrischen Energiespeichers; 8th a conventional device for three-phase charging of an electrical energy storage device;

9 ein prinzipielles Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 9 a schematic block diagram of a fourth embodiment of the device according to the invention;

10 ein Verlaufsdiagramm mit elektrischen Größen innerhalb der vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 10 a course diagram with electrical variables within the fourth embodiment of the device according to the invention.

11 ein prinzipielles Blockschaltbild einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 11 a schematic block diagram of a fifth embodiment of the device according to the invention;

12 ein prinzipielles Blockschaltbild einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und 12 a schematic block diagram of a sixth embodiment of the device according to the invention; and

13 ein prinzipielles Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 13 a schematic flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer konventionellen Vorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers B (z.B. eine Hochvoltbatterie für ein Elektrofahrzeug) aus einer Wechselspannungsquelle W. Dabei ist eine erste Gleichrichtereinrichtung G1 elektrisch an die Wechselspannungsquelle W angeschlossen. Die Wechselspannung wird mittels der ersten Gleichrichtereinrichtung G1 und eines Zwischenkreiskondensators in eine Gleichspannung umgewandelt. Eine elektrische Zerhackereinrichtung Z zerhackt die gleichgerichtete Wechselspannung, um diese über eine Transformatoreinrichtung T mit einem definierten Wicklungsverhältnis zu übertragen. Nach der Transformatoreinrichtung T richtet eine zweite Gleichrichtereinrichtung G2 die zerhackte Spannung wieder gleich. Ein nachfolgend geschalteter Tiefpassfilter mit einer Induktivität und einem Kondensator filtert restliche Oberwellen aus der gleichgerichteten Spannung. 1 shows a schematic block diagram of a conventional device for charging an electrical energy storage B (eg, a high-voltage battery for an electric vehicle) from an AC voltage source W. In this case, a first rectifier device G1 is electrically connected to the AC voltage source W. The AC voltage is converted into a DC voltage by means of the first rectifier device G1 and a DC link capacitor. An electric chopper Z chops the rectified AC voltage to transmit it via a transformer T with a defined winding ratio. After the transformer device T, a second rectifier device G2 rectifies the chopped voltage again. A subsequently connected low-pass filter with an inductance and a capacitor filters residual harmonics from the rectified voltage.

Um genormte Erfordernisse bezüglich Oberwellenemissionen in das öffentliche Wechselspannungsnetz einzuhalten, ist zwischen der ersten Gleichrichtereinrichtung G1 und der elektrischen Zerhackereinrichtung Z eine Korrektureinrichtung K geschaltet, die im Wesentlichen dafür sorgt, dass der aus der Wechselspannungsquelle W entnommene Strom in Phase mit der Wechselspannung aus der Wechselspannungsquelle ist. In order to comply with standardized requirements with regard to harmonic emissions in the public alternating voltage network, a correction device K is connected between the first rectifier device G1 and the electric chopper device Z, which essentially ensures that the current drawn from the AC voltage source W is in phase with the AC voltage from the AC voltage source ,

2 zeigt Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Man erkennt, dass nunmehr die Korrektureinrichtung K der herkömmlichen Ladevorrichtung fehlt und eine Umrichtereinrichtung U (beispielsweise ein B6-Inverter mit drei Halbbrücken H1, H2, H3 mit jeweils zwei seriell geschalteten Halbleiterschaltern), der zu einem Betrieb eines Elektrofahrzeugs vorgesehen ist, zwischen der zweiten Gleichrichtereinrichtung G2 und dem elektrischen Energiespeicher B geschaltet ist. Zudem ist eine erste Induktivität L1 zwischen der zweiten Gleichrichtereinrichtung G2 und der Umrichtereinrichtung U verschaltet. 2 shows a block diagram of a first embodiment of the device according to the invention. It can be seen that now the correction device K of the conventional charging device is missing and a converter U (for example, a B6 inverter with three half-bridges H1, H2, H3, each with two series-connected semiconductor switches), which is provided for operation of an electric vehicle, between the second Rectifier device G2 and the electrical energy storage B is connected. In addition, a first inductance L1 is connected between the second rectifier device G2 and the converter device U.

Einer Steuerungseinrichtung 10 werden mittels Sensoren (nicht dargestellt) messtechnisch ermittelte Werte der Spannung der Wechselspannungsquelle W und des Ladestroms des elektrischen Energiespeichers B (beispielsweise vor der ersten Induktivität L1) zugeführt. A control device 10 By means of sensors (not shown), measured values of the voltage of the alternating voltage source W and the charging current of the electrical energy store B (for example, before the first inductance L1) are supplied.

Mittels der Steuerungseinrichtung 10 wird ein zweiter Schalter S2 der ersten Halbbrücke H1 derart betätigt, dass ein Strom über eine zum ersten Schalter S1 parallel verschaltete Freilaufdiode (nicht dargestellt) fließt. Auf diese Weise wird mittels der Umrichtereinrichtung U eine elektrische Gegenspannung nach der ersten Induktivität L1 in Bezug auf eine elektrische Spannung vor der ersten Induktivität L1 erzeugt. Mittels dieser Gegenspannung wird der Ladestrom für den elektrischen Energiespeicher B derart gesteuert, dass er einen im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf hat und ein der Wechselspannungsquelle entnommener Strom im Wesentlichen in Phase mit der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle W ist. Die Transformatoreinrichtung T wirkt als ein Tiefpass für hochfrequente Signale seitens der Umrichtereinrichtung U, sodass störende Oberwellen nicht in das Wechselspannungsnetz gelangen können. By means of the control device 10 a second switch S2 of the first half-bridge H1 is actuated such that a current flows via a freewheeling diode (not shown) connected in parallel with the first switch S1. In this way, by means of the converter device U, an electrical countervoltage is generated after the first inductance L1 in relation to an electrical voltage in front of the first inductance L1. By means of this countervoltage, the charging current for the electrical energy store B is controlled such that it has a substantially sinusoidal profile and a current taken from the AC voltage source is substantially in phase with the AC voltage of the AC voltage source W. The transformer T acts as a low pass for high frequency signals from the inverter U, so that disturbing harmonics can not get into the AC mains.

Mehrere Diagramme innerhalb von 2 zeigen Zeitverläufe von elektrischen Größen innerhalb der Vorrichtung 100, wobei die örtlichen Positionen der Vorrichtung, an denen die jeweilige Größe auftritt, mit Pfeilen gekennzeichnet sind. Multiple diagrams within 2 show time courses of electrical quantities within the device 100 , where the local positions the device at which the respective size occurs, are marked with arrows.

2a zeigt einen zeitlichen Verlauf der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle W. 2a shows a time course of the AC voltage of the AC voltage source W.

2b zeigt einen zeitlichen Verlauf der gleichgerichteten Wechselspannung nach der ersten Gleichrichtereinrichtung G1. 2 B shows a time course of the rectified AC voltage after the first rectifier device G1.

2c zeigt einen zerhackten Verlauf der Wechselspannung nach der elektrischen Zerhackereinrichtung Z. 2c shows a chopped course of the AC voltage after the electric chopper Z.

2d zeigt einen spannungsmäßig reduzierten Verlauf der Wechselspannung nach der zweiten Gleichrichtereinrichtung G2. 2d shows a reduced voltage profile of the AC voltage after the second rectifier device G2.

2e zeigt einen Verlauf der genannten Gegenspannung der Umrichtereinrichtung U nach der ersten Induktivität L1. 2e shows a profile of said back voltage of the converter U after the first inductor L1.

2f zeigt einen Verlauf des Ladestroms des elektrischen Energiespeichers (Batterieladestrom) B. 2f shows a profile of the charging current of the electrical energy storage (battery charging current) B.

3 stellt ein prinzipielles elektrisches Ersatzschaltbild mit elektrischen Größen dar, in denen die galvanische Trennung mittels der Transformatoreinrichtung T nicht berücksichtigt ist. Es ist erkennbar, dass die einzelnen elektrischen Spannungen: UAC (Spannung der Wechselspannungsquelle W), UR (Spannungsabfall infolge Ohmscher Verluste), UL (Spannungsabfall an der ersten Induktivität L1) und UB6 (Gegenspannung der Umrichtereinrichtung U) eine geschlossene Spannungsmasche bilden und sich zu Null addieren. 3 represents a principal electrical equivalent circuit diagram with electrical quantities in which the electrical isolation by means of the transformer T is not taken into account. It can be seen that the individual electrical voltages: U AC (voltage of the AC voltage source W), U R (voltage drop due to ohmic losses), U L (voltage drop across the first inductance L1) and U B6 (reverse voltage of the converter U) form a closed voltage mesh form and add up to zero.

Prinzipiell ist somit erkennbar, dass im Falle, dass UB6 < UAC ist, ein Strom I von der Wechselspannungsquelle W in Richtung der Umrichtereinrichtung U und damit in den elektrischen Energiespeicher B fließt. Die erste Induktivität L1 dient somit als eine Art Entkopplung zwischen der elektrischen Spannung UAC der Wechselspannungsquelle W und der Gegenspannung UB6 der Umrichtereinrichtung U. In principle, it can thus be seen that in the case where U B6 <U AC , a current I flows from the AC voltage source W in the direction of the converter device U and thus into the electrical energy store B. The first inductance L1 thus serves as a kind of decoupling between the electrical voltage U AC of the AC voltage source W and the countervoltage U B6 of the converter U.

4 stellt ein Zeigerdiagramm des Ersatzschaltbilds von 3 dar. Man erkennt, dass mittels der Gegenspannung UB6 der Umrichtereinrichtung U der Strom durch die Umrichtereinrichtung U und damit der Ladestrom des elektrischen Energiespeichers B derart gesteuert werden kann, dass er im Wesentlichen phasengleich mit der Eingangswechselspannung UAC ist. Auf diese Weise wird der Umrichter U nicht nur zur Steuerung einer Höhe des Ladestroms verwendet, sondern übernimmt auch die Funktion der herkömmlichen Korrektureinrichtung K. 4 represents a phasor diagram of the equivalent circuit diagram of 3 It can be seen that by means of the countervoltage U B6 of the converter U the current through the converter U and thus the charging current of the electrical energy store B can be controlled such that it is substantially in phase with the AC input voltage U AC . In this way, the inverter U is not only used to control a level of the charging current, but also takes over the function of the conventional correction device K.

Aus der 4 ist ersichtlich, dass durch ein Verändern eines Phasenwinkels α der Gegenspannung UB6 ein Phasenwinkel φ zwischen dem Ladestrom I und der Spannung der Wechselspannungsquelle UAC im Wesentlichen Null ist. Ein Maximalwert für den Ladestrom ist mit IMax gekennzeichnet. Uzk bezeichnet die elektrische Zwischenkreisspannung bzw. die elektrische Spannung der Hochvolt-Batterie (HV-Batterie). From the 4 It can be seen that a phase angle φ between the charging current I and the voltage of the AC voltage source U AC is substantially zero by changing a phase angle α of the countervoltage U B6 . A maximum value for the charging current is marked with I Max . U zk denotes the electrical intermediate circuit voltage or the electrical voltage of the high-voltage battery (HV battery).

5 zeigt drei Zeitverläufe von elektrischen Größen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es ist erkennbar, dass ein Ladestrom I des elektrischen Energiespeichers B im Wesentlichen in Phase mit der Wechselspannung UAC der Wechselspannungsquelle W und dem während eines Ladevorgangs aus der Wechselspannungsquelle W entnommenen Strom IAC ist. 5 shows three time courses of electrical variables of the device according to the invention. It can be seen that a charging current I of the electrical energy store B is substantially in phase with the AC voltage U AC of the AC voltage source W and the current I AC taken during a charging process from the AC voltage source W.

6 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Man erkennt, dass nunmehr im Unterschied zur Ausführungsform von 2 eine zweite Induktivität L2 zwischen der zweiten Gleichrichtereinrichtung G2 und einem Verbindungspunkt der Schalter S3 und S4 einer zweiten Halbbrücke H2 der Umrichtereinrichtung U geschaltet ist. Die zweiten Schalter S2 und S4 der ersten bzw. der zweiten Halbbrücke H1, H2 werden vorzugsweise überlappend geschaltet („Interleave-Schaltbetrieb“), so dass eine Welligkeit des Ladestroms für den elektrischen Energiespeicher B vorteilhaft minimiert ist. Auf diese Weise wird eine elektrische Schaltleistung der Schalter auf zwei Halbbrücken H1, H2 der Umrichtereinrichtung U aufgeteilt, so dass die Schalter mit einer höheren Frequenz getaktet werden können. 6 shows a schematic block diagram of a second embodiment of the device according to the invention. It can be seen that now unlike the embodiment of 2 a second inductance L2 is connected between the second rectifier device G2 and a connection point of the switches S3 and S4 of a second half-bridge H2 of the converter device U. The second switches S2 and S4 of the first and the second half-bridge H1, H2 are preferably switched overlapping ("interleave switching operation"), so that a ripple of the charging current for the electrical energy storage B is advantageously minimized. In this way, an electrical switching capacity of the switches on two half-bridges H1, H2 of the inverter U is divided, so that the switches can be clocked at a higher frequency.

Der Stromfluss erfolgt über Freilaufdioden (nicht dargestellt), die parallel zu den Schaltern S1 und S3 geschaltet sind. The current flow is via freewheeling diodes (not shown), which are connected in parallel to the switches S1 and S3.

Ein elektrisches Ersatzschaltbild und ein Zeigerdiagramm entsprechen jenen der ersten Ausführungsform (siehe 3 und 4). An electric equivalent circuit and a phasor diagram are the same as those of the first embodiment (see FIG 3 and 4 ).

7 zeigt ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. In dieser Ausführungsform wird zum Aufbauen der Gegenspannung eine Induktivität von Motorwicklungen eines mittels der Umrichtereinrichtung U betriebenen Elektromotors M verwendet. Aus diesem Grund ist vorteilhaft keinerlei externe Induktivität erforderlich. Ein Stromfluss durch die Umrichtereinrichtung U ist prinzipiell mit Pfeilen angedeutet. 7 shows a block diagram of a third embodiment of the device according to the invention 100 , In this embodiment, an inductance of motor windings of an electric motor M operated by means of the converter device U is used to build up the countervoltage. For this reason, advantageously no external inductance is required. A current flow through the converter U is indicated in principle by arrows.

Beispielsweise können lediglich die Schalter S3 und S4 der zweiten Halbbrücke H2 abwechselnd schalten, wodurch der Ladestrom für den elektrischen Energiespeicher B durch zwei Wicklungsinduktivitäten fließt. Eine genutzte Motorinduktivität entspricht daher der zweifachen Wicklungsinduktivität. Durch dieses Schalten kann kurzzeitig bei Beginn des Ladevorgangs je nach Stellung des Rotors des Elektromotors M ein Drehmoment erzeugt werden, welches zu einer geometrischen Ausrichtung des Rotors führt. Während des weiteren Ladevorgangs wird kein weiteres Drehmoment mehr erzeugt. For example, only the switches S3 and S4 of the second half-bridge H2 can alternate, whereby the charging current for the electrical energy store B flows through two winding inductances. A used motor inductance therefore corresponds to twice the winding inductance. By this switching, a torque can be generated for a short time at the beginning of the charging process, depending on the position of the rotor of the electric motor M, which leads to a geometric orientation of the rotor. During the further charging process, no further torque is generated.

In einer alternativen Betriebsart der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 von 7 wird mittels der Steuerungseinrichtung 10 ein überlappender Schaltbetrieb für die Schalter S4 und S6 durchgeführt. Auf diese Weise kann vorteilhaft auch eine dritte Wicklungsinduktivität verwendet werden, wobei die Schalter für die elektrischen Phasen V und W überlappend geschaltet werden. Dadurch wird eine Welligkeit des Ladestroms des elektrischen Energiespeichers B vorteilhaft verringert. Durch die elektrische Phase U fließt in diesem Fall der gesamte Ladestrom für den elektrischen Energiespeicher B. In an alternative mode of operation of the embodiment of the device according to the invention 100 from 7 is by means of the control device 10 an overlapping switching operation for the switches S4 and S6 is performed. In this way, advantageously, a third winding inductance can be used, wherein the switches for the electrical phases V and W are switched overlapping. As a result, a ripple of the charging current of the electrical energy store B is advantageously reduced. In this case, the entire charging current for the electrical energy store B flows through the electrical phase U.

8 zeigt eine konventionelle dreiphasige Vorrichtung zum Laden des elektrischen Energiespeichers B. Dabei wird eine Eingangswechselspannung aus einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle W1, W2, W3 über einen Hochsetzsteller HS gleichgerichtet und auf ein höheres Spannungsniveau angehoben. Ein Zwischenkreiskondensator glättet die Zwischenkreis-Gleichspannung. Ein Tiefsetzsteller TS senkt ein Spannungsniveau der Zwischenkreisspannung entsprechend den Ladebedürfnissen des elektrischen Energiespeichers B. Ein Netzfilter N verhindert ein Überschreiten von Oberwellenanteilen nach gesetzlichen Normen und Vorschriften. 8th shows a conventional three-phase device for charging the electrical energy storage B. In this case, an input AC voltage from a three-phase AC voltage source W1, W2, W3 rectified via a boost converter HS and raised to a higher voltage level. A DC link capacitor smoothes the DC link DC voltage. A step-down converter TS lowers a voltage level of the intermediate circuit voltage in accordance with the charging requirements of the electrical energy store B. A line filter N prevents the exceeding of harmonic content according to legal standards and regulations.

9 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei in diesem Fall die Vorrichtung 100 dreiphasig ausgebildet ist. Man erkennt, dass die Vorrichtung von der Grundstruktur der Vorrichtung von 2 entspricht, wobei für jede Phase W1, W2, W3 ein Ausgang der zweiten Gleichrichtereinrichtung G2 mit einer ersten Induktivität L11, L12, L13 an einen Verbindungspunkt einer Halbbrücke H1, H2, H3 der Umrichtereinrichtung U geschaltet ist. Auf diese Weise wird ebenfalls kein Zwischenkreiskondensator oder eine zusätzliche Realisierung einer Korrektureinrichtung K benötigt. Ein großer Vorteil der Vorrichtung besteht wiederum darin, dass die Umrichtereinrichtung U, die bereits in einem System vorhanden ist, für die Ladefunktion des elektrischen Energiespeichers B mitgenutzt werden kann. Die Umrichtereinrichtung U steuert dabei den Ladestrom der Batterie und realisiert auch noch die Oberwellenverbesserungs-Funktionalität ohne zusätzliche Bauteile. 9 shows a fourth embodiment of the device according to the invention, in which case the device 100 is formed three-phase. It can be seen that the device differs from the basic structure of the device of FIG 2 corresponds, wherein for each phase W1, W2, W3, an output of the second rectifier device G2 is connected to a first inductance L11, L12, L13 to a connection point of a half-bridge H1, H2, H3 of the inverter U. In this way, no DC link capacitor or an additional implementation of a correction device K is also required. A major advantage of the device, in turn, is that the converter device U, which is already present in a system, can be shared for the charging function of the electrical energy store B. The converter U controls the charging current of the battery and also realizes the harmonics improvement functionality without additional components.

Aufgrund der galvanischen Trennung mittels der Transformatoreinrichtung T ist es möglich, ein Ladekonzept derart auszulegen, dass das Laden der Batterie unabhängig von Spannungsniveaus der Batteriespannung bzw. der Netzspannung stets möglich ist. Dadurch lässt sich ein Ladekonzept realisieren, welches weltweit einsetzbar ist. Um einen Wirkungsgrad des Konzeptes zu erhöhen, können passive Bauelemente der zweiten Gleichrichtereinrichtung G2 durch aktive Schalter ersetzt werden. Due to the galvanic isolation by means of the transformer device T, it is possible to design a charging concept such that the charging of the battery is always possible independently of voltage levels of the battery voltage or the mains voltage. This makes it possible to realize a charging concept which can be used worldwide. In order to increase the efficiency of the concept, passive components of the second rectifier device G2 can be replaced by active switches.

Ein zeitlicher Verlauf von elektrischen Größen innerhalb der Vorrichtung 100 entspricht den Verläufen der 2a bis 2f. Die Wechselspannungsquelle W stellt drei Spannungen (mit den Phasen W1, W2, W3) mit jeweils 120° Phasenschiebung zueinander bereit. Jede der drei ersten Gleichrichtereinrichtungen G11, G12, G13 richtet eine der Phasenspannungen gleich. Danach zerhackt die elektrische Zerhackereinrichtung Z1, Z2, Z3 die jeweilige Zwischenkreisspannung, um sie mit hoher Taktfrequenz über den Transformator T1, T2, T3 zu übertragen. Eine hohe Taktfrequenz der Zerhackereinrichtungen Z1, Z2, Z3 ermöglicht es, Transformatoreinrichtungen T1, T2, T3 mit geringer Baugröße auszubilden. Nach den Transformatoreinrichtungen T1, T2, T3 werden die zerhackten Zwischenkreisspannungen mittels zweiter Gleichrichtereinrichtungen G21, G22 und G23 wieder gleichgerichtet. Die Umrichtereinrichtung U bildet an den ersten Induktivitäten L11, L12, L13 jeweils eine elektrische Gegenspannung auf, wobei mit einer Höhe der jeweiligen Gegenspannung der Ladestrom für den elektrischen Energiespeicher B eingestellt werden kann. A time course of electrical quantities within the device 100 corresponds to the courses of the 2a to 2f , The AC voltage source W provides three voltages (with the phases W1, W2, W3), each with 120 ° phase shift to each other. Each of the three first rectifier devices G11, G12, G13 rectifies one of the phase voltages. The electric chopper device Z1, Z2, Z3 then chops the respective intermediate circuit voltage in order to transmit it at high clock frequency via the transformer T1, T2, T3. A high clock frequency of the chopper Z1, Z2, Z3 makes it possible to form transformer devices T1, T2, T3 with a small size. After the transformer devices T1, T2, T3, the chopped intermediate circuit voltages are rectified again by means of second rectifier devices G21, G22 and G23. The converter device U forms at the first inductors L11, L12, L13 each have an electrical counter-voltage, wherein the charging current for the electrical energy storage B can be adjusted with a height of the respective counter-voltage.

Ein Ersatzschaltbild und ein Zeigerdiagramm entsprechen denen der ersten Ausführungsform. An equivalent circuit and a phasor diagram are the same as those of the first embodiment.

10 zeigt zeitliche Verläufe von elektrischen Größen innerhalb der Vorrichtung 100 von 9. Es ist erkennbar, dass in der obersten Abbildung die drei Ladeströme i1, i2, i3, durch die ersten Induktivitäten L11, L12 und L13 einen Gesamtstrom ergeben, der wesentlich weniger oberwellenbehaftet ist bzw. wesentlich weniger Ripples aufweist. Erkennbar ist aus der mittleren Darstellung, dass die genannten Ströme i1, i2, i3 im Wesentlichen in Phase sind mit den Strömen iN1, iN2, iN3 aus den drei Phasenspannungen. In der untersten Darstellung ist ein prinzipieller Verlauf von einer der Netzspannungen dargestellt, die in diesem Fall die Spannung uN2 der zweiten Phase W2 der dreiphasigen Wechselspannungsquelle repräsentiert. 10 shows time courses of electrical quantities within the device 100 from 9 , It can be seen that in the uppermost figure, the three charging currents i 1 , i 2 , i 3 , result in a total current through the first inductors L 11, L 12 and L 13, which is substantially less harmonic and has substantially fewer ripples. It can be seen from the middle representation that the named currents i 1 , i 2 , i 3 are substantially in phase with the currents i N1 , i N2 , i N3 from the three phase voltages. In the bottom diagram, a basic curve of one of the mains voltages is shown, which in this case represents the voltage u N2 of the second phase W2 of the three-phase AC voltage source.

11 zeigt eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Laden einer Batterie aus einer Wechselspannungsquelle. Die Transformatoreinrichtung T weist bei dieser Variante primärseitig einen symmetrischen Mittelpunktsabgriff auf, wobei Schalter S7 und S8 mit jeweils einem Endabschnitt der Primärwicklung der Transformatoreinrichtung T elektrisch verbunden sind. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist in dieser Ausführungsform die elektrische Zerhackereinrichtung Z also durch die zwei Schalter S7, S8 auf der Primärseite der Transformatoreinrichtung T realisiert. Dies bedeutet vorteilhaft eine Reduzierung einer Schalteranzahl der Zerhackereinrichtung Z mit daraus resultierendem Raum- bzw. Platzgewinn und dadurch eine kostengünstigere Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Funktionsweise ist ansonsten die gleiche wie bereits vorhergehend beschrieben und wird deshalb nicht nochmals erläutert. 11 shows a fifth embodiment of the inventive device for charging a battery from an AC voltage source. In this variant, the transformer device T has a symmetrical center point tap on the primary side, switches S7 and S8 being electrically connected to one end section of the primary winding of the transformer device T in each case. in the In contrast to the preceding embodiments, in this embodiment the electrical chopper device Z is thus realized by the two switches S7, S8 on the primary side of the transformer device T. This advantageously means a reduction of a number of switches of the chopper Z with resulting space or space gain and thus a cost-effective implementation of the device according to the invention. The operation is otherwise the same as previously described and will therefore not be explained again.

12 zeigt eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Unterschied zur fünften Ausführungsform von 11 ist nunmehr die zweite Gleichrichtereinrichtung G2 mittels zweier Dioden D1, D2 auf einer Sekundärseite der Transformatoreinrichtung T realisiert. Die Transformatoreinrichtung T weist sekundärseitig einen Mittelpunktsabgriff auf. Im Ergebnis bedeutet dies für die zweite Gleichrichtereinrichtung G2 eine Reduktion einer Diodenanzahl von vier auf zwei. Dies bedeutet vorteilhaft eine Verringerung von Verdrahtungsaufwand, Treibersoftware, Logikschaltungen, usw., was vorteilhaft auch eine Verringerung von Ausfallraten bedeutet, so dass auch mit dieser Variante eine kostengünstigere Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist. Die Funktionsweise ist ansonsten die gleiche wie bereits vorhergehend beschrieben und wird deshalb hier nicht nochmals erläutert. 12 shows a sixth embodiment of the device according to the invention. In contrast to the fifth embodiment of 11 is now the second rectifier device G2 realized by means of two diodes D1, D2 on a secondary side of the transformer device T. The transformer T has a secondary point on the secondary side. As a result, this means for the second rectifier device G2 a reduction of a diode number from four to two. This advantageously means a reduction of wiring complexity, driver software, logic circuits, etc., which advantageously also means a reduction of failure rates, so that even with this variant, a more cost-effective implementation of the device according to the invention is possible. The operation is otherwise the same as previously described and will therefore not be explained again here.

13 zeigt einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 13 shows a basic sequence of an embodiment of the method according to the invention.

In einem Schritt 101 wird die Eingangswechselspannung gleichgerichtet. In einem Schritt 201 erfolgt ein Wandeln der gleichgerichteten Eingangswechselspannung in eine hochfrequente Wechselspannung. In einem Schritt 301 wird die hochfrequente Wechselspannung transformiert. In einem Schritt 401 wird ein Gleichrichten der transformierten Wechselspannung durchgeführt. Schließlich wird in einem Schritt 501 eine Gegenspannung zur gleichgerichteten, transformierten Spannung derart generiert, dass eine Spannung der Wechselspannungsquelle und ein Strom, der der Wechselspannungsquelle zum Laden des elektrischen Energiespeichers entnommen wird, im Wesentlichen in Phase sind Zusammenfassend werden mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgeschlagen, mit denen es vorteilhaft möglich ist, einen bereits vorhandenen Umrichter bzw. Inverter in einem Ladebetrieb zum Laden einer Batterie zu verwenden. Mittels eines gesteuerten Betätigens von Schalter der Umrichtereinrichtung wird ein Ohmsches Verhalten zwischen Strom und Spannung der Wechselspannungsquelle erzwungen. Auf diese Weise wird eine Funktionalität einer Oberwellenverbesserungsvorrichtung in den Umrichter verlagert, so dass insgesamt eine kostengünstigere Realisierung der Ladevorrichtung ermöglicht ist. Dadurch ist es vorteilhaft auch möglich, dass der Umrichter eine Funktionalität der konventionellen Korrektureinrichtung übernimmt, sodass auf diese Weise vorgegebene Normen gegenüber dem öffentlichen Stromversorgungsnetz eingehalten werden können. In one step 101 the input AC voltage is rectified. In one step 201 there is a conversion of the rectified input AC voltage into a high-frequency AC voltage. In one step 301 the high-frequency AC voltage is transformed. In one step 401 a rectification of the transformed AC voltage is performed. Finally, in one step 501 a counter voltage to the rectified, transformed voltage is generated such that a voltage of the AC voltage source and a current that is taken from the AC voltage source for charging the electrical energy storage, are substantially in phase In summary, the present invention, an apparatus and a method are proposed, with which It is advantageously possible to use an existing converter or inverter in a charging operation for charging a battery. By means of a controlled actuation of switches of the converter device, an ohmic behavior between current and voltage of the AC voltage source is forced. In this way, a functionality of a harmonic improving device is shifted into the inverter, so that overall a more cost-effective implementation of the charging device is made possible. As a result, it is advantageously also possible for the converter to assume a functionality of the conventional correction device, so that predefined standards with respect to the public power supply network can be maintained in this way.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Der Fachmann wird also die beschriebenen Merkmale der Erfindung abändern oder miteinander kombinieren können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Although the present invention has been described in terms of preferred embodiments, it is not limited thereto. The person skilled in the art will thus be able to modify or combine the described features of the invention without departing from the essence of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19523576 A1 [0002] DE 19523576 A1 [0002]

Claims (12)

Vorrichtung (100) zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (B) aus einer Wechselspannungsquelle (W), aufweisend: – eine erste Gleichrichtereinrichtung (G1); – eine mit der ersten Gleichrichtereinrichtung (G1) verschaltete elektrische Zerhackereinrichtung (Z); – eine mit einem Ausgang der Zerhackereinrichtung (Z) verschaltete Transformatoreinrichtung (T); – eine mit einer Sekundärseite der Transformatoreinrichtung (T) verschaltete zweite Gleichrichtereinrichtung (G2); und – eine mit der zweiten Gleichrichtereinrichtung (G2) verschaltete Umrichtereinrichtung (U) mit einer ersten Halbbrücke (H1) aus zwei seriell geschalteten Schaltern (S1, S2), wobei eine erste Induktivität (L1) zwischen einem Verbindungspunkt der Schalter (S1, S2) der ersten Halbbrücke (H1) und der zweiten Gleichrichtereinrichtung (G2) verschaltet ist, wobei mittels einer Steuerungseinrichtung (10) einer der Schalter (S1, S2) der ersten Halbbrücke (H1) derart schaltbar ist, dass ein zum Laden des elektrischen Energiespeichers (B) der Wechselspannungsquelle (W) entnommener Strom und eine Spannung (UAC) der Wechselspannungsquelle (W) im Wesentlichen in Phase sind. Contraption ( 100 ) for charging an electrical energy store (B) from an AC voltage source (W), comprising: - a first rectifier device (G1); - An electrical chopper device (Z) connected to the first rectifier device (G1); A transformer device (T) connected to an output of the chopper device (Z); A second rectifier device (G2) connected to a secondary side of the transformer device (T); and - a converter device (U) connected to the second rectifier device (G2), having a first half-bridge (H1) of two serially connected switches (S1, S2), a first inductor (L1) being connected between a connection point of the switches (S1, S2) the first half-bridge (H1) and the second rectifier device (G2) is connected, wherein by means of a control device ( 10 ) one of the switches (S1, S2) of the first half-bridge (H1) is switchable such that for charging the electrical energy store (B) of the AC voltage source (W) removed current and a voltage (U AC ) of the AC voltage source (W) substantially are in phase. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerungseinrichtung (10) in Abhängigkeit von einem Ladestrom für den elektrischen Energiespeicher (B) und von der Spannung der Wechselspannungsquelle (W) ein Tastverhältnis des Schalters (S2) der ersten Halbbrücke (H1) einstellbar ist. Apparatus according to claim 1, characterized in that by means of the control device ( 10 ) in dependence on a charging current for the electrical energy store (B) and of the voltage of the AC voltage source (W), a duty cycle of the switch (S2) of the first half-bridge (H1) is adjustable. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Induktivität (L2) zwischen einer zweiten Halbbrücke (H2) der Umrichtereinrichtung (U) aus zwei seriell geschalteten Schaltern (S3, S4) und der zweiten Gleichrichtereinrichtung (G2) verschaltet ist. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a second inductance (L2) between a second half-bridge (H2) of the converter device (U) of two series-connected switches (S3, S4) and the second rectifier device (G2) is connected. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Schalter (S2, S4) der zwei Halbbrücken (H1, H2) in einem überlappenden Schaltbetrieb schaltbar sind. Apparatus according to claim 3, characterized in that second switches (S2, S4) of the two half-bridges (H1, H2) are switchable in an overlapping switching operation. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Induktivität (L1) als eine Induktivität von Wicklungen eines dreiphasigen Elektromotors (M) ausgebildet ist, wobei die Wicklungen mit Verbindungspunkten von Schaltern (S1...S6) von drei Halbbrücken (H1, H2, H3) der Umrichtereinrichtung (U) verschaltet sind. Device according to claim 1, characterized in that the first inductance (L1) is formed as an inductance of windings of a three-phase electric motor (M), the windings being connected to connection points of switches (S1 ... S6) of three half-bridges (H1, H2 , H3) of the converter (U) are interconnected. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Induktivität zwischen der zweiten Gleichrichtereinrichtung (G2) und dem Verbindungspunkt der beiden Schalter (S1, S2) der ersten Halbbrücke (H1) verschaltet ist. Apparatus according to claim 5, characterized in that an additional inductance between the second rectifier means (G2) and the connection point of the two switches (S1, S2) of the first half-bridge (H1) is connected. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Schalter (S4, S6) der beiden Halbbrücken (H2, H3) in einem überlappenden Schaltbetrieb schaltbar sind. Apparatus according to claim 6, characterized in that second switches (S4, S6) of the two half-bridges (H2, H3) are switchable in an overlapping switching operation. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dreifach ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung jeweils mit einer Phase eines Drehstromsystems verschaltet ist, wobei jeweils eine erste Induktivität (L11, L12, L13) zwischen jeweils einer zweiten Gleichrichtereinrichtung (G2) und einem Verbindungspunkt zweier Schalter (S1, S2; S3, S4; S5, S6) der Halbbrücken (H1, H2, H3) der Umrichtereinrichtung (U) verschaltet ist, wobei mittels der Steuerungseinrichtung (10) die Schalter (S1...S6) der drei Halbbrücken (H1, H2, H3) derart schaltbar sind, dass ein zum Laden des elektrischen Energiespeichers (B) der Wechselspannungsquelle (W) entnommener Strom und eine jeweilige Phasenspannung der Wechselspannungsquellen (W1, W2, W3) im Wesentlichen in Phase sind. Apparatus according to claim 1, characterized in that the device is formed in three, wherein the device is connected in each case with a phase of a three-phase system, wherein in each case a first inductance (L11, L12, L13) between in each case a second rectifier means (G2) and a connection point two switches (S1, S2, S3, S4, S5, S6) of the half-bridges (H1, H2, H3) of the converter device (U) is connected, wherein by means of the control device ( 10 ) the switches (S1 ... S6) of the three half-bridges (H1, H2, H3) are switchable in such a way that a current taken to charge the electrical energy store (B) of the alternating voltage source (W) and a respective phase voltage of the alternating voltage sources (W1, W2, W3) are substantially in phase. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Zerhackereinrichtung (Z) als eine vierte Halbbrücke (H4) mit zwei Schaltern (S7, S8) an einer Primärseite der Transformatoreinrichtung (T) ausgebildet ist, wobei die Transformatoreinrichtung (T) an der Primärseite einen Mittelpunktsabgriff aufweist. Apparatus according to claim 1, characterized in that the electrical chopper device (Z) as a fourth half-bridge (H4) with two switches (S7, S8) on a primary side of the transformer device (T) is formed, wherein the transformer means (T) on the primary side has a center tap. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gleichrichtereinrichtung (G2) jeweils eine Diode (D1, D2) an jedem Endabschnitt der Sekundärseite der Transformatoreinrichtung (T) aufweist, wobei die Sekundärseite der Transformatoreinrichtung (T) einen Mittelpunktsabgriff aufweist. Apparatus according to claim 9, characterized in that the second rectifier means (G2) each comprise a diode (D1, D2) at each end portion of the secondary side of the transformer means (T), the secondary side of the transformer means (T) having a center tap. Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (B) aus einer Wechselspannungsquelle (W), aufweisend die Schritte: – Gleichrichten einer Eingangswechselspannung; – Wandeln der gleichgerichteten Eingangswechselspannung in eine hochfrequente Wechselspannung; – Transformieren der hochfrequenten Wechselspannung; – Gleichrichten der transformierten Wechselspannung; und – Generieren einer Gegenspannung zur gleichgerichteten, transformierten Spannung derart, dass eine Spannung (UAC) der Wechselspannungsquelle (W) und ein Strom, der der Wechselspannungsquelle (W) zum Laden des elektrischen Energiespeichers (B) entnommen wird, im Wesentlichen in Phase sind. A method of charging an electrical energy store (B) from an AC source (W), comprising the steps of: - rectifying an AC input voltage; - converting the rectified input AC voltage into a high frequency AC voltage; - transforming the high-frequency AC voltage; - rectifying the transformed AC voltage; and generating a counter voltage to the rectified, transformed voltage such that a voltage (U AC ) of the AC voltage source (W) and a current taken from the AC voltage source (W) for charging the electrical energy store (B) are substantially in phase , Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11, wenn es auf einer elektronischen Steuerungseinrichtung (10) abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist. Computer program product with program code means for carrying out the method according to Claim 11 when on an electronic control device ( 10 ) or stored on a computer-readable medium.
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