DE102013017419A1 - Charging circuit for on-board-supercharger of vehicle e.g. motor vehicle e.g. passenger car, has short-circuited power supply line connected with lines of external power supply over switch, which provides short circuit of power supply line - Google Patents

Charging circuit for on-board-supercharger of vehicle e.g. motor vehicle e.g. passenger car, has short-circuited power supply line connected with lines of external power supply over switch, which provides short circuit of power supply line Download PDF

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Abstract

The circuit (10) has an electrical reluctance machine (13) connected with a battery (14) of a vehicle over a first circuit path (11). The battery is loaded with an external power supply (15) for supplying power to the electric reluctance machine through a second circuit path (12). A switch (17) provides a short circuit of a power supply line of a winding of the reluctance machine when connecting the battery with the external power supply. The short-circuited power supply line is connected with lines (L1, L2, L3) of the external power supply over the switch. The switch is designed as single switch, twin-switch and three-phase switch. The external power supply is designed as a three-phase alternating current (AC) supply, single-phase AC supply and direct current supply.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladeschaltung für einen On-Board-Lader eines Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug.The invention relates to a charging circuit for an on-board charger of a vehicle. Furthermore, the invention relates to a vehicle, in particular an electric vehicle.

Im Bereich der Fahrzeugtechnik werden Ladegeräte benötigt, um Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen aus dem elektrischen Stromnetz aufzuladen. Das Ladegerät erfüllt hierbei verschiedene Aufgaben, wie eine Anpassung der Spannungsart und Spannungshöhe, eine Leistungsregelung und eine Potentialtrennung.In the field of vehicle technology, chargers are needed to recharge vehicle batteries of electric vehicles from the electrical grid. The charger fulfills various tasks, such as an adjustment of the voltage type and voltage level, a power control and a potential separation.

Zur Anpassung der Spannungsart und/oder Spannungshöhe wird die Wechsel- oder Drehspannung des externen Energieversorgungsnetzes oder Stromnetzes in eine Gleichspannung umgeformt. Es findet eine Gleichrichtung mit einem Gleichrichter statt. Ein einfacher ungesteuerter Gleichrichter ist für ein Ladegerät jedoch ungeeignet. Es werden daher Ladegeräte mit einer Leistungsregulierung verwendet.To adapt the voltage and / or voltage level, the AC or three-phase voltage of the external power supply network or power grid is converted into a DC voltage. There is a rectification with a rectifier instead. However, a simple uncontrolled rectifier is unsuitable for a charger. Chargers with power regulation are therefore used.

Die Frage der Positionierung des Ladegeräts im Fahrzeug oder in einer Ladestation beeinflusst die Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Ladestation. Der Ladevorgang erfordert ein Batteriemanagement mit einer Überwachung der Batterie in Bezug auf Zellenspannung, Zellensymmetrierung und Temperatur. Da diese Parameter sehr batteriespezifisch sind, kann die Ladesteuerung in der Regel nicht von der Batterie getrennt werden. Bei einer Anordnung des Ladegeräts im Fahrzeug kann die Ladesteuerung mit in das Ladegerät integriert werden. Eine solche Lösung ist unter dem Begriff ”On-Board-Lader” oder kurz ”Bordlader” bekannt.The question of the positioning of the charger in the vehicle or in a charging station influences the interface between the vehicle and the charging station. Charging requires battery management with monitoring of the battery for cell voltage, cell balance, and temperature. Since these parameters are very battery-specific, charging control can not usually be disconnected from the battery. When arranging the charger in the vehicle, the charging control can be integrated into the charger. Such a solution is known by the term "on-board loader" or short "on-board loader".

Ein herkömmlicher Boardlader ist beispielsweise aus der Druckschrift US 201 0/01 64428 A1 bekannt, der einen DC/DC-Wandler aufweist, um mit einer Starter/Generator-Maschine zusammen zu wirken, die als Induktionsmaschine mit Käfigläufer ausgebildet ist. In der Druckschrift US 2012/0176084 A1 wird ein Bordlader im Zusammenhang mit einem Reluktanzmotor beschrieben, der über Halbleiter, die eine H-Brücke bilden, Gleichspannung von einer Gleichspannungsquelle mit einer oder mehreren Phasen wandelt.A conventional board loader is for example from the document US 201 0/01 64428 A1 which has a DC / DC converter to cooperate with a starter / generator machine, which is designed as a squirrel cage induction machine. In the publication US 2012/0176084 A1 describes an on-board charger in the context of a reluctance motor, which converts DC voltage from a DC voltage source with one or more phases via semiconductors forming an H-bridge.

Es werden derzeit Mehrfachnutzungen eines Bordladers zum Steuern einer elektrischen Maschine angestrebt. Diese sind jedoch bisher nur für elektrische Synchron- oder Asynchron- Maschinen anwendbar. Auf die Steuerung von Reluktanzmaschinen können diese Anwendungen bisher nicht übertragen werden.At present, multiple uses of an on-board charger for controlling an electric machine are desired. However, these have hitherto only been applicable to electric synchronous or asynchronous machines. To date, these applications can not be transferred to the control of reluctance machines.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Ladeschaltung für Mehrfachnutzungen eines Bordladers zum Steuern einer Reluktanzmaschine bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide a charging circuit for multiple uses of an on-board charger for controlling a reluctance machine.

Diese Aufgabe wird mit einer Ladeschaltung für einen On-Board-Lader eines Fahrzeugs gelöst. Die Ladeschaltung weist einen ersten Schaltungspfad, einen zweiten Schaltungspfad und einen Umschalter auf, wobei über den ersten Schaltungspfad eine elektrische Reluktanzmaschine mit einer Batterie des Fahrzeugs verbindbar ist und wobei über den zweiten Schaltungspfad die Batterie zur Versorgung der elektrischen Reluktanzmaschine an einer externen Energieversorgung ladbar ist. Ferner ist der Umschalter zwischen dem ersten Schaltungspfad und dem zweiten Schaltungspfad angeordnet und ausgebildet, die Batterie wahlweise mit der elektrischen Reluktanzmaschine oder mit der externen Energieversorgung zu verbinden. Hierbei ist vorgesehen, dass der Umschalter beim Herstellen einer Verbindung der Batterie mit der externen Energieversorgung einen Kurschluss von Versorgungsleitungen einer Wicklung der Reluktanzmaschine bereitstellt und die kurzgeschlossenen Versorgungsleitungen über den Umschalter mit einer Leitung der externen Energieversorgung verbunden werden.This object is achieved with a charging circuit for an on-board charger of a vehicle. The charging circuit has a first circuit path, a second circuit path and a changeover switch, wherein an electrical reluctance machine can be connected to a battery of the vehicle via the first circuit path and the battery can be charged via the second circuit path to supply the reluctance electrical machine to an external power supply. Further, the switch is disposed between the first circuit path and the second circuit path, and configured to selectively connect the battery to the electrical reluctance machine or to the external power supply. It is provided that the switch when connecting the battery to the external power supply provides a short circuit of supply lines of a winding of the reluctance machine and the short-circuited supply lines are connected via the switch with a line of the external power supply.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner mit einem Fahrzeug gelöst, das die erfindungsgemäße Ladeschaltung aufweist. Das Fahrzeug kann hierbei ein Elektrofahrzeug sein oder als Hybrid-Fahrzeug mit Elektroantrieb ausgebildet sein. Die Art des Fahrzeugs ist beliebig. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad sein.The object of the invention is further achieved with a vehicle having the charging circuit according to the invention. The vehicle may be an electric vehicle or designed as a hybrid vehicle with electric drive. The type of vehicle is arbitrary. The motor vehicle may be, for example, a passenger car, a truck or a motorcycle.

Im Folgenden werden das Prinzip der Erfindung und optionale Merkmale anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.In the following, the principle of the invention and optional features will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments.

Dabei zeigenShow

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ladeschaltung; und 1 a first embodiment of a charging circuit according to the invention; and

2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ladeschaltung. 2 A second embodiment of a charging circuit according to the invention.

Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Ladeschaltung in den 1 und 2 aufgezeigt, wobei die Ladeschaltung einen ersten Schaltungspfad 11, einen zweiten Schaltungspfad 12 und einen Umschalter 17 aufweist. Hierbei ist über den ersten Schaltungspfad 11 eine elektrische Reluktanzmaschine 13 mit einer Batterie 14 des Fahrzeugs über Versorgungsleitungen 26 verbindbar, wobei über den zweiten Schaltungspfad 12 die Batterie 14 zur Versorgung der elektrischen Reluktanzmaschine 13 an einer externen Energieversorgung 15 ladbar ist. Der Umschalter 17 ist hierbei zwischen dem ersten Schaltungspfad 11 und dem zweiten Schaltungspfad 12 angeordnet und derart ausgebildet, dass die Batterie 14 wahlweise mit der elektrischen Reluktanzmaschine 13 oder mit der externen Energieversorgung 15 verbindbar ist. Beim Herstellen einer Verbindung der Batterie 14 mit der externen Energieversorgung 15 stellt der Umschalter 17 einen Kurschluss von den beiden Versorgungsleitungen 26 einer Wicklung 27 der Reluktanzmaschine 13 und die kurzgeschlossenen Versorgungsleitungen über den Umschalter 17 mit einer Leitung L1, L2, L3 der externen Energieversorgung 15 verbunden sind. Der Umschalter 17 hat die Funktion, eine Wicklung 27 der Reluktanzmaschine 13 abzutrennen und die Versorgungsleitungen 26 dieser Wicklung 27 kurz zu schließen und diese kurzgeschlossenen Versorgungsleitungen 26 mit einer der Leitungen L1, L2, L3 der externen Energieversorgung 15 zu verbinden.In the following, two embodiments of a charging circuit according to the invention in the 1 and 2 shown, wherein the charging circuit has a first circuit path 11 , a second circuit path 12 and a switch 17 having. Here is the first circuit path 11 an electrical reluctance machine 13 with a battery 14 of the vehicle via supply lines 26 connectable, via the second circuit path 12 the battery 14 for supplying the electrical reluctance machine 13 at an external power supply 15 is loadable. The switch 17 is here between the first circuit path 11 and the second circuit path 12 arranged and formed such that the battery 14 optionally with the electrical reluctance machine 13 or with the external power supply 15 is connectable. When connecting the battery 14 with the external energy supply 15 puts the switch 17 a short circuit from the two supply lines 26 a winding 27 the reluctance machine 13 and the shorted supply lines via the switch 17 with a line L1, L2, L3 of the external power supply 15 are connected. The switch 17 has the function, a winding 27 the reluctance machine 13 disconnect and the supply lines 26 this winding 27 short-circuiting and these shorted supply lines 26 with one of the lines L1, L2, L3 of the external power supply 15 connect to.

In 1 ist der Umschalter 17 als Doppelumschalter ausgebildet und detailliert im rechten unteren Teil der 1 dargestellt. In 1 ist nur das Umschalten einer Phase dargestellt. Bei einem Doppelumschalter ist vorgesehen, dass der Umschalter 17 beide Versorgungsleitungen 27 von der Wicklung 27 der Reluktanzmaschine 13 abtrennt oder auftrennt. Gleichzeitig verbindet der Umschalter 17 die Versorgungsleitungen miteinander und diese wiederum mit der Leitung der externen Energieversorgung 15. Der Doppelumschalter weist pro Phase zwei interne Zweipositions-Schalter auf, die synchron geschaltet werden können.In 1 is the switcher 17 designed as a double-throw switch and detailed in the lower right part of 1 shown. In 1 only the switching of a phase is shown. With a double-throw switch it is provided that the change-over switch 17 both supply lines 27 from the winding 27 the reluctance machine 13 separates or separates. At the same time the switch connects 17 the supply lines with each other and this in turn with the line of the external power supply 15 , The double-throw switch has two internal two-position switches per phase, which can be switched synchronously.

In 2 ist der Umschalter 17 als Einzelumschalter ausgebildet und detailliert im rechten unteren Teil der 2 dargestellt. In 2 ist nur das Umschalten einer Phase dargestellt. Bei einem Einzelumschalter ist vorgesehen, dass der Umschalter 17 eine der Versorgungsleitungen von der Wicklung 27 der Reluktanzmaschine 13 abtrennt und eine weitere Versorgungsleitung nicht abtrennt. Die abgetrennte Versorgungsleitung wird von dem Umschalter 17 mit der nicht abgetrennten Versorgungsleitung und gleichzeitig mit der Leitung der externen Energieversorgung 15 verbunden. Der Einzelumschalter weist pro Phase einen internen Zweipositions-Schalter auf, um die beschriebenen Verbindungen herzustellen.In 2 is the switcher 17 designed as a single switch and detailed in the lower right part of the 2 shown. In 2 only the switching of a phase is shown. In a single-throw switch is provided that the switch 17 one of the supply lines from the winding 27 the reluctance machine 13 disconnects and disconnects another supply line. The disconnected supply line is from the switch 17 with the non-disconnected supply line and at the same time with the line of the external power supply 15 connected. The single-throw switch has an internal two-position switch per phase to make the connections described.

Insgesamt zeigen 1 und 2 Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Ladeschaltungen 10 für einen On-Board-Lader eines Fahrzeugs. Über den ersten Schaltungspfad 11 ist die Reluktanzmaschine 13 mit Ladestrom aus der Batterie 14 des Fahrzeugs versorgbar. Über den zweiten Versorgungspfad 12 kann die Batterie 14 zur Versorgung der elektrischen Maschine 13 an einer externen Energieversorgung 15 geladen werden. Die externe Energieversorgung 15 ist hier ein öffentliches Stromnetz eines Energieversorgungsunternehmens, das dreiphasig mit den Phasen L1, L2 und L3 sowie einem Erdpotential N ausgestattet ist. Eine Trennlinie 16 deutet die Schnittstelle zwischen dem öffentlichen Stromnetz und der Ladeschaltung 10 im Fahrzeug an.Overall show 1 and 2 Embodiments of charging circuits according to the invention 10 for an on-board loader of a vehicle. About the first circuit path 11 is the reluctance machine 13 with charging current from the battery 14 the vehicle can be supplied. About the second supply path 12 can the battery 14 to supply the electrical machine 13 on an external power supply 15 getting charged. The external energy supply 15 Here is a public power grid of a power company, which is equipped with phases L1, L2 and L3 and a ground potential N three-phase. A dividing line 16 indicates the interface between the public grid and the charging circuit 10 in the vehicle.

Die Ladeschaltung 10 weist ferner den Umschalter 17 auf, der einen Knotenpunkt zwischen dem ersten Schaltungspfad 11 und dem zweiten Schaltungspfad 12 darstellt. Insgesamt ist die Ladeschaltung 10 T-förmig aufgebaut, so dass der erste Schaltungspfad 11 zusammen mit dem Spannungspfad in Richtung Batterie 14 als ein Teil der T-Form und der zweite Schaltungspfad 12 als zweiter Teil der T-Form insgesamt ein T bilden. Der zweite Schaltungspfad 12 ist somit ein Abzweig von dem ersten Schaltungspfad 11, wobei der Umschalter 17 an einem Knotenpunkt zwischen dem ersten Schaltungspfad 11 und dem zweiten Schaltungspfad 12 angeordnet ist.The charging circuit 10 also has the switch 17 on, which is a node between the first circuit path 11 and the second circuit path 12 represents. Overall, the charging circuit 10 T-shaped so that the first circuit path 11 along with the voltage path towards the battery 14 as a part of the T-shape and the second circuit path 12 as the second part of the T-shape form a total T. The second circuit path 12 is thus a branch from the first circuit path 11 , where the switch 17 at a node between the first circuit path 11 and the second circuit path 12 is arranged.

In einem Schaltungspfad zwischen dem Umschalter 17 und der Batterie 14 ist ferner ein weiterer Umschalter 18 angeordnet, der einen Wechselrichter 19 mit galvanischer Trennung aufweist. Ferner kann der Wechselrichter 19 mit einem Gleichspannungs-Bypass 20 ausgestattet sein, der optional ist. Der weitere Umschalter 18 weist ferner einen Inverter 21 bzw. PFC (power factor correction) auf, der dreiphasig ausgelegt ist und mit dem Wechselrichter 19 verbunden ist.In a circuit path between the switch 17 and the battery 14 is also another switch 18 arranged, which is an inverter 19 having galvanic isolation. Furthermore, the inverter 19 with a DC bypass 20 be equipped, which is optional. The other switch 18 also has an inverter 21 or PFC (power factor correction), which is designed three-phase and with the inverter 19 connected is.

In den 1 und 2 ist zwischen dem Wechselrichter 19 und der Batterie 14 mit einem Batterieanschluss 25 ein Ausgangs-Filter 22 des Wechselrichters 19 angeordnet. Mit diesen Komponenten kann aus der Batterie 14, die eine Gleichspannung bereitstellt, ein Drehstrom an der elektrischen Maschine 13 durch Wechselrichtung mit dem Wechselrichter 19 bereitgestellt werden. In diesem Fall verbindet der Umschalter 17 die Batterie 14 über den ersten Schaltungspfad 11 mit der elektrischen Maschine 13, die hier eine Reluktanzmaschine eines Elektrofahrzeugs ist und im Motorbetrieb wie auch im Generatorbetrieb betrieben werden kann.In the 1 and 2 is between the inverter 19 and the battery 14 with a battery connection 25 an output filter 22 of the inverter 19 arranged. With these components can be removed from the battery 14 , which provides a DC voltage, a three-phase current at the electric machine 13 by changing direction with the inverter 19 to be provided. In this case, the switch connects 17 the battery 14 over the first circuit path 11 with the electric machine 13 , which is here a reluctance machine of an electric vehicle and can be operated in engine operation as well as in generator mode.

In dem zweiten Schaltungspfad 12 oder in dem Spannungspfad zwischen dem Umschalter 17 und dem weiteren Umschalter 18 ist ein Netzfilter 23 angeordnet. Das Netzfilter 23 ist ein Netzeingangs-Filter, da es die Funktion hat, Strom und Spannung, erhalten aus der externen Energieversorgung 15, zu filtern, so dass beispielsweise keine Spannungsüberhöhungen in die Ladeelektronik des Fahrzeugs gelangen. Das Netzfilter 23 ist dreiphasig ausgebildet, um in allen drei Phasen L1, L2, L3 eine Filterfunktion bereitstellen zu können.In the second circuit path 12 or in the voltage path between the switch 17 and the other switch 18 is a line filter 23 arranged. The net filter 23 is a power input filter because it has the function of receiving power and voltage from the external power supply 15 , to filter, so that, for example, no voltage peaks in the charging electronics of the vehicle. The net filter 23 is three-phase designed to be able to provide a filter function in all three phases L1, L2, L3.

Ferner können hinter dem Netzfilter 23, gesehen von der Einspeisung in Richtung Batterie 14 pro Phase L1, L2, L3 jeweils eine Spule 24 angeordnet sein. Ist das Netzfilter 23 im zweiten Spannungspfad 12 installiert, so kann dieses Netzfilter 23 am Ausgang der Spulen 24 geschaltet sein. Die Spulen 24 ergänzen das Netzfilter 23 und verbessern die Filterwirkung zusätzlich. Insgesamt kann das Netzfilter 23 zusammen mit den Spulen 24 als eine Einheit ausgebildet sein, d. h. als ein Bauteil mit gemeinsamem Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss. Das Netzfilter 23 kann als Tiefpassfilter mit 1. Ordnung, 2. Ordnung oder höherer Ordnung ausgebildet sein. Die Filterwirkung des Netzfilters 23 kann entsprechend den Anforderungen als eine Kombination aus bekannten Filterarten zusammengesetzt werden.Furthermore, behind the net filter 23 , seen from the feed towards the battery 14 Per Phase L1, L2, L3 one coil each 24 be arranged. Is the network filter 23 in the second voltage path 12 installed, so can this net filter 23 at the exit of the coils 24 be switched. The spools 24 complete the line filter 23 and additionally improve the filter effect. Overall, the line filter 23 along with the coils 24 be formed as a unit, ie as a component with a common input terminal and output terminal. The net filter 23 can be designed as a low-pass filter with 1st order, 2nd order or higher order. The filter effect of the mains filter 23 can be assembled according to the requirements as a combination of known filter types.

Insgesamt wird eine wirkungsgrad optimierte Nutzung von Teilkomponenten eines Bordladers zur Steuerung einer Reluktanzmaschine erreicht. Durch eine Anpassung des Umschalters 17 kann der für Reluktanzmaschinen, d. h. für Reluktanzmotoren und Reluktanzgeneratoren, angepasste Inverter 21 in Abhängigkeit der Arbeitsstellung des Umschalters 17 mit der Netzversorgungsseite oder der Reluktanzmaschine 13 gekoppelt werden. Der Umschalter 17 stellt beim Herstellen einer Verbindung der Batterie 14 mit der externen Energieversorgung 15 einen Kurschluss von Versorgungsleitungen 26 einer Wicklung 27 der Reluktanzmaschine 13 bereit. Die kurzgeschlossenen Versorgungsleitungen 26 sind über den Umschalter 17 mit einer Leitung der externen Energieversorgung 15 verbunden.Overall, an efficiency-optimized use of subcomponents of an on-board loader for controlling a reluctance machine is achieved. By adjusting the switch 17 is the inverter suitable for reluctance machines, ie for reluctance motors and reluctance generators 21 depending on the working position of the switch 17 with the power supply side or the reluctance machine 13 be coupled. The switch 17 when connecting the battery 14 with the external energy supply 15 a short circuit of supply lines 26 a winding 27 the reluctance machine 13 ready. The shorted supply lines 26 are via the switch 17 with a line of external power supply 15 connected.

Die erfindungsgemäße Ladeschaltung 10 für einen On-Board-Lader und deren Ausgestaltungen kann in zahlreichen Anwendungsfällen eingesetzt werden.The charging circuit according to the invention 10 for an on-board loader and its embodiments can be used in numerous applications.

Der Umschalter 17 kann beispielsweise an eine DC-Ladestation mit einer DC-Ladespannung, d. h. einer Gleichspannung als Ladespannung, als externe Energieversorgung 15 angeschlossen werden. Hierbei muss die DC-Spannung nicht galvanisch getrennt sein, da eine galvanische Trennung im Fahrzeug erfolgen kann. Ferner muss die DC-Spannung nicht kommandierbar sein, eine Zwischenkreis-Spannungsanpassung erfolgt in dem Wechselrichter 19, der auch als Funktionsblock ”galvanische Trennung” der Ladeschaltung 10 bezeichnet werden kann.The switch 17 For example, it can be connected to a DC charging station with a DC charging voltage, ie a DC voltage as a charging voltage, as an external power supply 15 be connected. In this case, the DC voltage must not be galvanically isolated, as a galvanic isolation can occur in the vehicle. Furthermore, the DC voltage need not be commandable, a DC link voltage adjustment takes place in the inverter 19 , which also functions as a "galvanic isolation" function block of the charging circuit 10 can be designated.

Ferner kann der Umschalter 17 an eine Ladedose als externe Energieversorgung 15 angeschlossen werden, die spannungsfrei ist. Hierbei kann ein Inverterbetrieb ermöglicht werden, bei dem die Reluktanzmaschine 13 als Antrieb oder Generator verwendet werden kann.Furthermore, the switch 17 to a charging socket as an external power supply 15 be connected, which is de-energized. In this case, an inverter operation can be made possible in which the reluctance machine 13 can be used as a drive or generator.

Bei einem zweiphasigen Motor 13 und einem dazu passenden zweiphasigen Inverter 21 ist ein einphasiges Laden möglich. Um dennoch eine dreiphasige Lademöglichkeit bereitstellen zu können, kann der Inverter 21 wie für eine Anwendung mit einem dreiphasigen Motor aufgebaut sein.For a two-phase motor 13 and a matching two-phase inverter 21 is a single-phase charging possible. To be able to provide a three-phase charging option, the inverter can 21 as designed for an application with a three-phase motor.

Bei einem n-phasigen Motor mit n größer als 3 als Reluktanzmaschine 13 kann der Umschalter 17, wie in 1 dargestellt, die drei Phasen der Infrastruktur bzw. des öffentlichen Versorgungsnetzes als externe Energieversorgung 15 auf drei der n Phasen des Inverters 21 bzw. der PFC schalten.In an n-phase motor with n greater than 3 as a reluctance machine 13 can the switch 17 , as in 1 represented the three phases of the infrastructure or of the public supply network as an external energy supply 15 on three of the n phases of the inverter 21 or the PFC switch.

Ferner mit ist der erfindungsgemäßen Ladeschaltung ein AC-Ladebetrieb, d. h. ein Ladebetrieb mit Wechselstrom (AC = alternating current), möglich, der eine dreiphasige galvanische Trennung vorsieht.Furthermore, with the charging circuit according to the invention is an AC charging operation, d. H. a charging operation with alternating current (AC), possible, which provides a three-phase galvanic isolation.

Durch die erfindungsgemäße Lösung und deren Ausführungsbeispiele ergeben sich zahlreiche Vorteile, die im Folgenden näher erläutert werden.The inventive solution and its embodiments, numerous advantages, which are explained in more detail below.

Die hier vorgestellten Prinzipien sind auf Reluktanzmaschinen 13, insbesondere auf Reluktanzmotoren und auf Reluktanzgeneratoren, anwendbar. Durch den Bypass 20 zur Überbrückung der galvanischen Trennung im Wechselrichter 19 wird der Wirkungsgrad beim Steuern einer elektrischen Maschine 13 erhöht. Durch die Wahl des Installationsorts der Netzfilter 23 des On-Board-Laders bzw. On-Board-Chargers kann der Wirkungsgrad innerhalb des elektrischen Motors bzw. Generators verbessert werden. Ferner wird durch die Netzfilter des On-Board-Laders bzw. On-Board-Chargers das EMV-Verhalten im Fahrzeug verbessert.The principles presented here are reluctance machines 13 , in particular on reluctance motors and on reluctance generators, applicable. Through the bypass 20 for bridging the galvanic isolation in the inverter 19 becomes the efficiency in controlling an electric machine 13 elevated. By selecting the installation location of the line filter 23 of the on-board charger or on-board charger, the efficiency can be improved within the electric motor or generator. Furthermore, the EMC performance in the vehicle is improved by the line filters of the on-board charger or on-board charger.

Durch die Mehrfachnutzung des On-Board-Laders bzw. On-Board-Chargers kann ein Inverter für einen elektrischen Motor entfallen.Due to the multiple use of the on-board charger or on-board charger, an inverter for an electric motor can be omitted.

Der DC/AC/DC-Wandler der galvanischen Trennung, das heißt die Reihenschaltung aus Inverter 21 und Wechselrichter 19, ermöglicht bei DC-Ladung der Fahrzeugbatterie 14, d. h. bei Ladung mit Gleichspannung (DC = direct current), eine Anpassung der Ladespannung an die Fahrzeug-Zwischenkreisspannung. Somit kann eine Steuerung der Ladespannung bei einer DC-Ladestation, wie beispielsweise einem externen Versorgungsnetz als externe Energieversorgung 15, entfallen.The DC / AC / DC converter of the galvanic isolation, that is the series circuit of inverter 21 and inverters 19 , allows for DC charging of the vehicle battery 14 , ie when charging with DC voltage (DC = direct current), an adjustment of the charging voltage to the vehicle DC link voltage. Thus, a control of the charging voltage at a DC charging station, such as an external supply network as an external power supply 15 , omitted.

Durch den DC/AC/DC-Wandler 21, 19 der galvanischen Trennung kann die Zwischenkreisspannung auf die Batteriespannung angepasst werden. Somit ist eine Variation der Batterie 14 möglich. Dadurch kann auf einen HV-DC/DC-Wandler verzichtet werden.Through the DC / AC / DC converter 21 . 19 The DC link voltage can be adapted to the battery voltage for galvanic isolation. Thus, a variation of the battery 14 possible. This eliminates the need for an HV DC / DC converter.

Durch die galvanische Trennung mit dem Wechselrichter 19 bietet die Mehrfachnutzung des On-Board-Chargers weiterhin die HV-Sicherheit eines konventionellen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs und somit eine erhöhte Sicherheit.Due to the galvanic isolation with the inverter 19 The multiple use of the on-board charger continues to provide the HV safety of a conventional electrically driven vehicle and thus increased safety.

Durch den Bypass 20 zur Überbrückung der galvanischen Trennung im Wechselrichter 19 kann die Leistung des Inverters 21 von der Leistung der galvanischen Trennung bzw. des Wechselrichters 19 variieren: Dies bedeutet, die schwächste Komponente, wie der Inverter 21 und die galvanische Trennung 19, bestimmt die maximale AC-Ladeleistung. Ferner bestimmt die galvanische Trennung 19 die DC-Ladeleistung, sofern ein galvanisch getrenntes Laden bei DC gewünscht ist. Through the bypass 20 for bridging the galvanic isolation in the inverter 19 can change the performance of the inverter 21 on the performance of the galvanic isolation or the inverter 19 vary: This means the weakest component, such as the inverter 21 and the galvanic isolation 19 , determines the maximum AC charging power. Furthermore, the galvanic isolation determines 19 the DC charging power, if a galvanically isolated charging at DC is desired.

Der Inverter 21 bestimmt die Steuerleistung der elektrischen Maschine 13. Dies bedeutet, wenn für den Ladebetrieb keine Bidirektionalität gefordert ist und die elektrische Maschine 13 nur als Generator betrieben wird, kann diese Funktion im Teilbereich einer galvanischen Trennung entfallen.The inverter 21 determines the control performance of the electric machine 13 , This means when no bidirectionality is required for the charging operation and the electric machine 13 operated only as a generator, this function can be omitted in the partial area of a galvanic isolation.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Ladeschaltungcharging circuit
1111
erster Schaltungspfadfirst circuit path
1212
zweiter Schaltungspfadsecond circuit path
1313
Reluktanzmaschinereluctance
1414
Batteriebattery
1515
externe Energieversorgungexternal energy supply
1616
Trennlinieparting line
1717
Umschalterswitch
1818
zweiter Umschaltersecond switch
1919
Wechselrichterinverter
2020
Gleichspannungs-BypassDC bypass
2121
Inverterinverter
2222
Ausgangs-FilterOutput filter
2323
NetzfilterLine filter
2424
SpuleKitchen sink
2525
Batterieanschlussbattery terminal
2626
Versorgungsleitungsupply line
2727
Wicklungwinding
L1L1
Phasephase
L2L2
Phasephase
L3L3
Phasephase
NN
Bezugspotential, z. B. ErdpotentialReference potential, z. B. ground potential

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2010/0164428 A1 [0005] US 2010/0164428 A1 [0005]
  • US 2012/0176084 A1 [0005] US 2012/0176084 A1 [0005]

Claims (8)

Ladeschaltung (10) für einen On-Board-Lader eines Fahrzeugs, aufweisend einen ersten Schaltungspfad (11), einen zweiten Schaltungspfad (12) und einen Umschalter (17), wobei über den ersten Schaltungspfad (11) eine elektrische Reluktanzmaschine (13) mit einer Batterie (14) des Fahrzeugs verbindbar ist, wobei über den zweiten Schaltungspfad (12) die Batterie (14) zur Versorgung der elektrischen Reluktanzmaschine (13) an einer externen Energieversorgung (15) ladbar ist, wobei der Umschalter (17) zwischen dem ersten Schaltungspfad (11) und dem zweiten Schaltungspfad (12) angeordnet ist und ausgebildet ist, die Batterie (14) wahlweise mit der elektrische Reluktanzmaschine (13) oder mit der externen Energieversorgung (15) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (17) beim Herstellen einer Verbindung der Batterie (14) mit der externen Energieversorgung (15) einen Kurschluss von Versorgungsleitungen einer Wicklung der Reluktanzmaschine (13) bereitstellt und die kurzgeschlossenen Versorgungsleitungen über den Umschalter (17) mit einer Leitung (L1, L2, L3) der externen Energieversorgung (15) verbunden sind.Charging circuit ( 10 ) for an on-board loader of a vehicle, having a first circuit path ( 11 ), a second circuit path ( 12 ) and a switch ( 17 ), whereby via the first circuit path ( 11 ) an electrical reluctance machine ( 13 ) with a battery ( 14 ) of the vehicle is connectable, wherein via the second circuit path ( 12 ) the battery ( 14 ) for supplying the electrical reluctance machine ( 13 ) to an external power supply ( 15 ) is loadable, wherein the switch ( 17 ) between the first circuit path ( 11 ) and the second circuit path ( 12 ) is arranged and is formed, the battery ( 14 ) optionally with the electrical reluctance machine ( 13 ) or with the external energy supply ( 15 ), characterized in that the switch ( 17 ) when connecting the battery ( 14 ) with the external power supply ( 15 ) a short circuit of supply lines of a winding of the reluctance machine ( 13 ) and the short-circuited supply lines via the switch ( 17 ) with a line (L1, L2, L3) of the external power supply ( 15 ) are connected. Ladeschaltung nach Anspruch 1, wobei der Umschalter (17) als Einzelumschalter ausgebildet ist.Charging circuit according to claim 1, wherein the switch ( 17 ) is designed as a single-throw switch. Ladeschaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Umschalter (17) als Doppelumschalter ausgebildet ist.Charging circuit according to claim 1 or claim 2, wherein the switch ( 17 ) is designed as a double-throw switch. Ladeschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Umschalter (17) dreiphasig ausgebildet.Charging circuit according to one of claims 1 to 3, wherein the switch ( 17 ) formed three-phase. Ladeschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die externe Energieversorgung (15) eine dreiphasige Wechselstromversorgung ist.Charging circuit according to one of claims 1 to 4, wherein the external power supply ( 15 ) is a three-phase AC power supply. Ladeschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die externe Energieversorgung (15) eine einphasige Wechselstromversorgung ist.Charging circuit according to one of claims 1 to 4, wherein the external power supply ( 15 ) is a single-phase AC power supply. Ladeschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die externe Energieversorgung (15) eine Gleichstromversorgung ist.Charging circuit according to one of claims 1 to 4, wherein the external power supply ( 15 ) is a DC power supply. Fahrzeug aufweisend eine Ladeschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Vehicle having a charging circuit ( 10 ) according to one of claims 1 to 7.
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