DE102018000578A1 - Electrical coupling of a vehicle electrical system of a motor vehicle with a charging station - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Energiekoppeleinrichtung (10) zum elektrischen Koppeln eines Bordnetzes (12) eines Kraftfahrzeugs mit einer kraftfahrzeugexternen, eine elektrische Wechselspannung bereitstellenden Ladestation (14), mit einem mit der Ladestation (14) elektrisch koppelbaren und die Wechselspannung gleichrichtenden Brückengleichrichter (16), der einen Gleichspannungsanschluss (18) aufweist, der mit einem Gleichspannungszwischenkreis (20) des Bordnetzes (12) elektrisch gekoppelt ist, gekennzeichnet durch einen Gleichspannungswandler (22), der mit einem ersten Anschluss (24) mit dem Gleichspannungsanschluss (18) und mit einem zweiten Anschluss (26) mit dem Gleichspannungszwischenkreis (20) des Bordnetzes (12) elektrisch gekoppelt ist, wobei der Gleichspannungswandler (22) ausgebildet ist, elektrische Potentiale (28, 30) einer am zweiten Anschluss (26) für den Gleichspannungszwischenkreis (20) bereitgestellten Zwischenkreisgleichspannung (32) in Bezug auf ein vorgebbares elektrisches Bezugspotential (34) auf vorgebbare, im Wesentlichen konstante Werte einzustellen.The invention relates to an energy coupling device (10) for electrically coupling an electrical system (12) of a motor vehicle with a charging station (14) providing an electrical alternating voltage external to the motor vehicle, with a bridge rectifier (16) which can be electrically coupled to the charging station (14) and rectifies the AC voltage. comprising a DC voltage terminal (18) which is electrically coupled to a DC intermediate circuit (20) of the electrical system (12), characterized by a DC voltage converter (22) having a first terminal (24) with the DC voltage terminal (18) and with a second Terminal (26) to the DC voltage intermediate circuit (20) of the electrical system (12) is electrically coupled, wherein the DC-DC converter (22) is formed, electrical potentials (28, 30) at the second terminal (26) for the DC intermediate circuit (20) provided DC link voltage (32) with respect to a specifiable electr Set reference potential (34) to predetermined, substantially constant values.
Description
Die Erfindung betrifft eine Energiekoppeleinrichtung zum elektrischen Koppeln eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mit einer kraftfahrzeugexternen, eine elektrische Wechselspannung bereitstellenden Ladestation, mit einem mit der Ladestation elektrisch koppelbaren und die Wechselspannung gleichrichtenden Brückengleichrichter, der einen Gleichspannungsanschluss aufweist, der mit einem Gleichspannungszwischenkreis des Bordnetzes elektrisch gekoppelt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Koppeln eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mit einer kraftfahrzeugexternen, eine elektrische Wechselspannung bereitstellenden Ladestation, bei dem eine Wechselspannung der Ladestation mittels eines mit der Ladestation elektrisch koppelbaren und die Wechselspannung gleichrichtenden Brückengleichrichters gleichgerichtet und an einem mit einem Gleichspannungszwischenkreis des Bordnetzes elektrisch gekoppelten Gleichspannungsanschluss bereitgestellt wird.The invention relates to an energy coupling device for electrically coupling a vehicle electrical system of a motor vehicle with a charging station providing an electrical alternating voltage, with a charging station electrically coupled to the rectifier bridge rectifier rectifier having a DC voltage terminal which is electrically coupled to a DC voltage intermediate circuit of the electrical system. Furthermore, the invention relates to a method for electrically coupling a vehicle electrical system of a motor vehicle with a motor vehicle external, an electrical alternating voltage providing charging station in which an AC voltage of the charging station rectified by means of an electrically dockable with the charging station and rectifying the AC rectifying bridge rectifier and rectified at one with a DC voltage intermediate circuit of the electrical system electrically coupled DC voltage connection is provided.
Gattungsgemäße Energiekoppeleinrichtungen sowie auch gattungsgemäße Verfahren sind im Stand der Technik umfänglich im Einsatz und finden insbesondere dann Einsatz, wenn ein elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit der kraftfahrzeugexternen Ladestation elektrisch gekoppelt werden soll, beispielsweise um dem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs elektrische Energie zuführen zu können. Mittels der Energiekoppeleinrichtung können die unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der Ladestation und des elektrischen Bordnetzes angepasst werden, sodass eine zuverlässige vorgebbare Energieübertragung ermöglicht werden kann. Besonders häufig finden derartige elektrische Energiekoppeleinrichtungen sowie auch Verfahren zu deren Betrieb mittlerweile Einsatz bei Kraftfahrzeugen, insbesondere solchen Kraftfahrzeugen, die elektrisch antreibbar ausgebildet sind.Generic energy coupling devices as well as generic methods are extensively used in the prior art and find particular use when an electrical system of a motor vehicle with the motor vehicle charging station is to be electrically coupled, for example, to be able to supply electrical power to the electrical system of the motor vehicle. By means of the energy coupling device, the different electrical properties of the charging station and the electrical system can be adjusted so that a reliable specifiable energy transfer can be made possible. Such electrical power coupling devices and also methods for their operation are frequently used in motor vehicles, especially those motor vehicles which are designed to be electrically drivable.
Eine gattungsgemäße Energiekoppeleinrichtung dient insbesondere dazu, eine elektrische Kopplung herzustellen, wenn die Ladestation eine Wechselspannung bereitstellt. Üblicherweise ist das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs für die Beaufschlagung mit einer Gleichspannung ausgelegt. Es ist deshalb eine entsprechende Gleichrichtung erforderlich, um eine Energieübertragung zu ermöglichen. Dies erreicht die Koppeleinrichtung des Stands der Technik dadurch, dass eine Gleichrichtereinheit vorgesehen ist, die in der Regel als Brückengleichrichter ausgebildet ist. Durch den Brückengleichrichter kann auf besonders einfache Weise eine effiziente Nutzung der Wechselspannung beim Gleichrichten erfolgen. Daneben sind dem Grunde nach natürlich auch andere Varianten des Gleichrichtens möglich, beispielsweise eine Einweggleichrichtung, eine Zweiweggleichrichtung und/oder dergleichen. Diese erweisen sich jedoch in der Regel als ungünstiger im Vergleich zu einem Brückengleichrichter, insbesondere auch in Bezug auf die Nutzung der Wechselspannung, weshalb sie insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeuge keine Verbreitung gefunden haben.A generic energy coupling device is used in particular to produce an electrical coupling when the charging station provides an AC voltage. Usually, the electrical system of the motor vehicle is designed for the application of a DC voltage. It is therefore necessary a corresponding rectification to allow energy transfer. This achieves the coupling device of the prior art in that a rectifier unit is provided, which is usually designed as a bridge rectifier. The bridge rectifier can be used in a particularly simple manner an efficient use of the AC voltage during rectification. In addition, of course, other variants of the rectification are of course possible, for example, a half-wave rectification, a full-wave rectification and / or the like. However, these generally prove to be less favorable compared to a bridge rectifier, in particular also with regard to the use of the AC voltage, which is why they have found no distribution, especially in the field of motor vehicles.
Ein Brückengleichrichter ist eine spezifische Gleichrichterschaltung, die in der Regel unter Nutzung von vier in einer vorgegebenen Schaltungsanordnung angeschlossenen Schaltelementen ausgebildet ist. Üblicherweise sind die Schaltelemente durch Dioden gebildet. Bei spezifischen Brückengleichrichtern können anstelle oder ergänzend zu den Dioden auch Schaltelemente, insbesondere Halbleiterschalter, beispielsweise Transistoren oder dergleichen, vorgesehen sein. Im Übrigen können die Dioden selbst auch durch Schaltelemente gebildet sein, beispielsweise Transistoren, Thyristoren, Kombinationsschaltungen hiervon oder dergleichen.A bridge rectifier is a specific rectifier circuit, which is usually formed using four switching elements connected in a predetermined circuit arrangement. Usually, the switching elements are formed by diodes. In the case of specific bridge rectifiers, switching elements, in particular semiconductor switches, for example transistors or the like, may be provided instead of or in addition to the diodes. Incidentally, the diodes themselves may also be formed by switching elements, for example, transistors, thyristors, combination circuits thereof, or the like.
Elektrische Bordnetze sowie auch Kraftfahrzeuge mit solchen elektrischen Bordnetzen sind im Stand der Technik umfänglich bekannt. So offenbart zum Beispiel die
Kraftfahrzeuge weisen in der Regel ein elektrisches Bordnetz auf, das elektrische Einrichtungen und elektrische Einheiten umfasst. Das elektrische Bordnetz dient dazu, die elektrischen Einrichtungen und die elektrischen Einheiten miteinander in vorgebbarer Weise elektrisch zu koppeln. An dem elektrischen Bordnetz ist zumindest ein Teil der elektrischen Einrichtungen beziehungsweise elektrischen Einheiten angeschlossen. Das elektrische Bordnetz dient somit der Verteilung der elektrischen Energie innerhalb des Kraftfahrzeugs.Motor vehicles usually have an electrical system, which includes electrical equipment and electrical units. The electrical system serves to electrically couple the electrical devices and the electrical units with each other in a predeterminable manner. At least a part of the electrical devices or electrical units is connected to the electrical system. The electrical system thus serves to distribute the electrical energy within the motor vehicle.
Nicht nur aber besonders bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen ist in der Regel zumindest vorgesehen, dass das Bordnetz einen Gleichspannungszwischenkreis aufweist, der für eine Beaufschlagung mit einer Gleichspannung im Hochvoltbereich ausgebildet ist. Der Begriff „Hochvolt“ umfasst eine elektrische Gleichspannung, die größer als etwa 60 V ist. Vorzugsweise ist der Begriff „Hochvolt“ konform mit der Norm ECE R 100.Not only but especially in electrically driven vehicles is usually provided at least that the electrical system has a DC voltage intermediate circuit, which is designed to be subjected to a DC voltage in the high-voltage range. The term "high voltage" includes a DC electrical voltage that is greater than about 60V. Preferably, the term "high voltage" conforms to the standard ECE
Besonders bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen ist das Bordnetz für eine Beaufschlagung im Bereich „Hochvolt“ ausgelegt. So kann zum Beispiel das elektrische Bordnetz mit einer Gleichspannung von etwa 800 V oder auch mit einer Gleichspannung von etwa 400 V beaufschlagt sein. Natürlich können die Werte der Gleichspannung auch abweichend gewählt sein. Grundsätzlich ergeben sich die vorgenannten Spannungswerte jedoch unter Berücksichtigung von standardisierten Bauteilen sowie elektrischen Einrichtungen, die für derartige elektrische Spannungen ausgelegt sind.Especially in electrically driven motor vehicles, the electrical system is designed for admission in the "high voltage". For example, the electrical system with a DC voltage of about 800 V or with a DC voltage of about 400 V be applied. Of course, the values of the DC voltage can also be chosen differently. In principle, however, the aforementioned voltage values result in consideration of standardized components and electrical devices which are designed for such electrical voltages.
Aus Gründen der elektrischen Sicherheit ist in der Regel eine galvanische Verbindung zwischen der Ladestation und dem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Bereich „Hochvolt“, in der Regel nicht gewünscht beziehungsweise nicht zulässig. Aus diesem Grund ist im Stand der Technik in der Regel ein galvanisch getrennter DC/DC-Wandler vorgesehen, der eine elektrische Kopplung zwischen der durch den Brückengleichrichter bereitgestellten Gleichspannung und dem Gleichspannungszwischenkreis des Bordnetzes bereitstellt.For reasons of electrical safety is usually a galvanic connection between the charging station and the electrical system of the motor vehicle, especially in the "high voltage", usually not desired or not allowed. For this reason, a galvanically isolated DC / DC converter is usually provided in the prior art, which provides an electrical coupling between the provided by the bridge rectifier DC voltage and the DC voltage intermediate circuit of the electrical system.
Auch wenn sich der Stand der Technik diesbezüglich bewährt hat, so zeigen sich dennoch Probleme. Insbesondere, wenn zwischen dem Brückengleichrichter und dem galvanisch getrennten DC/DC-Wandler ein Isolationsfehler auftritt, besteht die Gefahr von unerwünschten Ableitströmen, die nicht nur gefährliche elektrische Potentiale, insbesondere an berührbaren Teilen, zur Folge haben können, sondern auch ladestationsseitig Sicherungseinrichtungen stören können. Dies kann zum Beispiel für einen Fehlerstromschutzschalter der Fall sein, insbesondere wenn er gemäß einem Typ A ausgebildet ist. Bei derartigen Fehlerstromschutzschaltern, wie sie üblicherweise auch bei elektrischen Haushaltsinstallationen zum Einsatz kommen, kann das Problem auftreten, dass aufgrund eines vorgenannten Isolationsfehlers der Fehlerstromschutzschalter mit einem Gleichstrom als Fehlerstrom beaufschlagt wird, der funktionsbestimmende Elemente, die insbesondere auf Magnetismus basieren, in eine Sättigung treibt, sodass die Funktion des Fehlerstromschutzschalters gestört wird. In einem solchen Fall kann die elektrische Sicherheit also nicht mehr gewährleistet werden. Da die Anwendung derartiger Fehlerstromschutzschalter jedoch weit verbreitet ist und insbesondere auch für Ladestationen zum Einsatz kommt, die im häuslichen Bereich, beispielsweise bei Privathaushalten, zum Einsatz kommen, um elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge außerhalb des Fahrbetriebs aufladen zu können, ist hier ein erhöhter Sicherheitsaufwand erforderlich. Dem Grunde nach besteht natürlich die Möglichkeit, insbesondere den Bereich des Brückengleichrichters zum DC/DC-Wandler mittels einer doppelten Isolation im elektrischen Sinne zu schützen, beispielsweise wie dies in der Norm IEC 60335 angegeben ist oder dergleichen. Dies ist jedoch sehr aufwendig und verursacht zusätzlichen Raumbedarf und Gewicht bei einem Kraftfahrzeug, weshalb eine derartige Lösung unerwünscht ist.Even if the state of the art has proven itself in this respect, problems still show up. In particular, if an insulation fault occurs between the bridge rectifier and the galvanically separated DC / DC converter, there is a risk of undesired leakage currents, which not only can result in dangerous electrical potentials, in particular on accessible parts, but can also disturb charging stations on the safety devices. This may be the case, for example, for a residual current circuit breaker, in particular if it is designed according to a type A. In such residual current circuit breakers, as they are usually used in household electrical installations, the problem may arise that due to an aforementioned insulation fault of the residual current circuit breaker with a DC current is applied as a fault current, the function-determining elements, which are based in particular on magnetism, in a saturation, so that the function of the residual current circuit breaker is disturbed. In such a case, electrical safety can no longer be guaranteed. However, since the application of such residual current circuit breakers is widespread and is also used in particular for charging stations, which are used in the domestic sector, for example in private households to charge electrically driven vehicles outside driving, an increased security effort is required here. Basically, of course, there is the possibility, in particular the area of the bridge rectifier to protect the DC / DC converter by means of a double insulation in the electrical sense, for example, as specified in the standard IEC 60335 or the like. However, this is very expensive and causes additional space and weight in a motor vehicle, which is why such a solution is undesirable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrische Sicherheit insbesondere bei einem Anschluss des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs an eine Ladestation zu verbessern, die eine elektrische Wechselspannung bereitstellt.The invention has for its object to improve electrical safety, in particular in a connection of the electrical system of the motor vehicle to a charging station, which provides an electrical alternating voltage.
Als Lösung werden mit der Erfindung eine Energiekoppeleinrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.As a solution, the invention proposes a power coupling device and a method according to the independent claims.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments will become apparent from the features of the dependent claims.
Bezüglich einer gattungsgemäßen Energiekoppeleinrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass diese einen Gleichspannungswandler aufweist, der mit einem ersten Anschluss mit dem Gleichspannungsanschluss und mit einem zweiten Anschluss mit dem Gleichspannungszwischenkreis des Bordnetzes elektrisch gekoppelt ist, wobei der Gleichspannungswandler ausgebildet ist, elektrische Potentiale einer am zweiten Anschluss für den Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellten Zwischenkreisgleichspannung in Bezug auf ein vorgebbares elektrisches Bezugspotential auf vorgebbare, im Wesentlichen konstante Werte einzustellen.With respect to a generic power coupling device is in particular proposed that this has a DC-DC converter, which is electrically coupled with a first terminal to the DC voltage terminal and a second terminal to the DC voltage intermediate circuit of the electrical system, wherein the DC-DC converter is formed, electrical potentials one at the second terminal for the DC intermediate voltage provided DC voltage with respect to a predetermined electrical reference potential to predetermined, substantially constant values.
Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Brückengleichrichter mittels eines Gleichspannungswandlers mit dem Gleichspannungszwischenkreis des Bordnetzes elektrisch gekoppelt wird, wobei der Gleichspannungswandler elektrische Potentiale einer für den Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellten Zwischenkreisgleichspannung in Bezug auf ein vorgebbares elektrisches Bezugspotential auf vorgebbare, im Wesentlichen konstante, Werte einstellt.With regard to a generic method, it is proposed, in particular, that the bridge rectifier is electrically coupled to the DC intermediate circuit of the vehicle electrical system by means of a DC-DC converter, wherein the DC-DC converter sets electrical potentials of a DC link voltage provided for the DC intermediate circuit to predetermined, substantially constant values with respect to a predeterminable electrical reference potential ,
Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass bei Auftreten eines Isolationsfehlers, der zum Beispiel eines der beiden elektrischen Potentiale der Zwischenkreisgleichspannung betrifft, der Ableitstrom dadurch reduziert werden kann, dass das betroffene Potential so verändert wird, dass ein entsprechender Gleichstrom möglichst gering ist. Das Einstellen des elektrischen Potentials, insbesondere des Potentials, das von dem Isolationsfehler betroffen ist, kann mittels des Gleichspannungswandlers entsprechend realisiert werden. Dadurch, dass das elektrische Potential so verändert werden kann, dass eine elektrische Spannung zwischen diesem Potential und dem Bezugspotential möglichst gering ist, kann auch der Ableitstrom entsprechend gering sein. Dies hat den Vorteil, dass unter anderem auch Schutzeinrichtungen wie Fehlerstromschutzschalter nicht mehr über Gebühr mit einem unzulässigen Gleichstrom beaufschlagt werden, sodass deren Funktion nicht mehr gestört wird. Dadurch kann die elektrische Sicherheit insgesamt wesentlich verbessert werden.The invention is based on the idea that when an insulation fault occurs, which relates, for example, to one of the two electrical potentials of the DC link voltage, the leakage current can be reduced by changing the affected potential so that a corresponding DC current is minimized. The adjustment of the electrical potential, in particular of the potential which is affected by the insulation fault, can be realized correspondingly by means of the DC-DC converter. The fact that the electrical potential can be changed so that an electrical voltage between this potential and the reference potential is as low as possible, the leakage current can be correspondingly low. This has the advantage that, inter alia, protective devices such as residual current circuit breakers are no longer overly charged with an impermissible direct current, so that their function is no longer disturbed. As a result, the overall electrical safety can be substantially improved.
Das Bezugspotential kann zum Beispiel eine Fahrzeugmasse sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch ein Erdpotential, welches insbesondere beim Herstellen einer leitungsgebundenen elektrischen Verbindung zwischen der Ladestation und dem Kraftfahrzeug mit der Fahrzeugmasse gekoppelt sein kann. The reference potential may be, for example, a vehicle ground. However, it is particularly advantageous for a ground potential, which can be coupled in particular when producing a wired electrical connection between the charging station and the motor vehicle with the vehicle mass.
Die Erfindung ermöglicht es darüber hinaus, Wirkungen, die durch eine begrenzte elektrische Isolation hervorgerufen werden, beispielsweise Ableitströme, reduzieren zu können. Solche Ableitströme können zum Beispiel durch Y-Kondensatoren hervorgerufen werden, die an den elektrischen Potentialen der Zwischenkreisgleichspannung angeschlossen sind, um zum Beispiel die elektromagnetische Verträglichkeit herstellen zu können.The invention also makes it possible to reduce effects caused by limited electrical isolation, for example, leakage currents. Such leakage currents can be caused, for example, by Y capacitors which are connected to the electrical potentials of the DC link voltage in order to be able to produce, for example, the electromagnetic compatibility.
Zum Bereitstellen einer elektrischen Isolation zwischen den elektrischen Potentialen der Zwischenkreisgleichspannung gegenüber dem Bezugspotential dient in der Regel eine Isolationseinrichtung. Die Isolationseinrichtung kann dadurch gebildet sein, dass zum Beispiel elektrisch isolierende Werkstoffe zwischen dem Bezugspotential und den Potentialen der Zwischenkreisspannung angeordnet sind, mittels denen eine gewünschte elektrische Isolation bereitgestellt werden kann. Ergänzend oder alternativ kann auch Luft als Werkstoff der elektrischen Isolationseinrichtung zum Einsatz kommen, wobei abhängig von einem Abstand die gewünschte elektrische Isolation erreicht werden kann. Die Zwischenkreisgleichspannung ergibt sich also durch eine Potentialdifferenz ihrer zugehörigen elektrischen Potentiale. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn ein erstes elektrisches Potential des Gleichspannungszwischenkreises ein Minus-Potential und ein zweites elektrisches Potential des Gleichspannungszwischenkreises ein Plus-Potential ist.To provide an electrical insulation between the electrical potentials of the DC link voltage relative to the reference potential is usually an isolation device. The isolation device can be formed by, for example, electrically insulating materials being arranged between the reference potential and the potentials of the intermediate circuit voltage, by means of which a desired electrical insulation can be provided. Additionally or alternatively, air can be used as a material of the electrical insulation device, wherein depending on a distance, the desired electrical insulation can be achieved. The DC link voltage thus results from a potential difference of their associated electrical potentials. It proves particularly advantageous if a first electrical potential of the DC intermediate circuit is a negative potential and a second electrical potential of the DC intermediate circuit is a positive potential.
Die für die erfindungsgemäße Energiekoppeleinrichtung angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Insofern können Vorrichtungsmerkmale natürlich auch als Verfahrensmerkmale und umgekehrt formuliert sein.The advantages and effects stated for the energy coupling device according to the invention apply equally to the method according to the invention and vice versa. In this respect, device features can of course also be formulated as process features and vice versa.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigen:
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1 in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung eine Ladeeinrichtung für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik zum Anschließen an eine Ladestation, die eine dreiphasige Wechselspannung bereitstellt, -
2 eine schematische Schaltbilddarstellung für eine erste Ausgestaltung für eine Gleichrichtereinheit mit Leistungsfaktorkorrektur für dieLadeeinrichtung gemäß 1 , -
3 eine schematische Schaltbilddarstellung für eine zweite Ausgestaltung für eine Gleichrichtereinheit mit Leistungsfaktorkorrektur für dieLadeeinrichtung gemäß 1 , -
4 eine schematische Schaltbilddarstellung für eine dritte Ausgestaltung für eine Gleichrichtereinheit mit Leistungsfaktorkorrektur für dieLadeeinrichtung gemäß 1 , -
5 eine schematische Schaltbilddarstellung für eine Ausgestaltung für einen galvanisch getrennten DC/DC-Wandler für dieLadeeinrichtung gemäß 1 , -
6 eine schematische Diagrammdarstellung einer elektrischen Spannung zwischen einem Minuspotential nach dem Gleichrichten mit einer Gleichrichtereinheit nach2 bis4 gegenüber einem Erdpotential, -
7 in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung eine Ladeeinrichtung für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung zum Anschließen an eine Ladestation, die eine einphasige Wechselspannung bereitstellt, -
8 zwei schematische Diagrammdarstellungen für Spannungsverläufe von elektrischen Spannungen zwischen dem Pluspotential und dem Minuspotential jeweils in Bezug auf das Erdpotential unmittelbar nach dem Gleichrichten bei der Ladeeinrichtung gemäß7 , -
9 zwei schematische Diagrammdarstellungen für Spannungsverläufe von elektrischen Spannungen zwischen dem Pluspotential und dem Minuspotential in Bezug auf das Erdpotential unmittelbar nach einer Leistungsfaktorkorrektur bei der Ladeeinrichtung gemäß7 , -
10 zwei schematische Diagrammdarstellungen für Spannungsverläufe von elektrischen Spannungen zwischen dem Pluspotential und dem Minuspotential in Bezug auf das Erdpotential unmittelbar nach einer Spannungswandlung mittels eines ersten Wandlermoduls bei der Ladeeinrichtung gemäß7 , -
11 zwei schematische Diagrammdarstellungen für Spannungsverläufe von elektrischen Spannungen zwischen dem Pluspotential und dem Minuspotential in Bezug auf das Erdpotential unmittelbar nach einer Spannungswandlung mittels eines zweiten Wandlermoduls bei der Ladeeinrichtung gemäß7 , -
12 eine schematische Schaltbilddarstellung für einen konventionellen Tiefsetzsteller, -
13 eine schematische Schaltbilddarstellung für einen Tiefsetzsteller zum Einsatz bei einem der Wandlermodule gemäß7 , -
14 eine schematische Schaltbilddarstellung für einen konventionellen Hochsetzsteller, -
15 eine schematische Schaltbilddarstellung für einen Hochsetzsteller zum Einsatz bei einem der Wandlermodule gemäß7 , und -
16 eine schematische Schaltbilddarstellung für die Ladeeinrichtung gemäß7 .
-
1 1 shows a schematic block diagram representation of a charging device for an electrical system of a motor vehicle according to the prior art for connection to a charging station, which provides a three-phase alternating voltage, -
2 a schematic diagram representation of a first embodiment of a rectifier unit with power factor correction for the charging device according to1 . -
3 a schematic diagram representation of a second embodiment for a rectifier unit with power factor correction for the charging device according to1 . -
4 a schematic diagram representation of a third embodiment of a rectifier unit with power factor correction for the charging device according to1 . -
5 a schematic diagram representation of an embodiment of a galvanically isolated DC / DC converter for the charging device according to1 . -
6 a schematic diagram of an electrical voltage between a negative potential after rectification with a rectifier unit according to2 to4 opposite a ground potential, -
7 1 shows a schematic block diagram representation of a charging device for an electrical system of a motor vehicle according to the invention for connection to a charging station, which provides a single-phase AC voltage; -
8th two schematic diagrams for voltage waveforms of electrical voltages between the plus potential and the negative potential respectively with respect to the ground potential immediately after the rectification in the charging device according to7 . -
9 two schematic diagrams for voltage waveforms of electrical voltages between the plus potential and the negative potential with respect to the ground potential immediately after a power factor correction in the charging device according to7 . -
10 two schematic diagrams for voltage waveforms of electrical voltages between the plus potential and the negative potential with respect to the ground potential immediately after a voltage conversion by means of a first converter module in the charging device according to7 . -
11 two schematic diagrams for voltage waveforms of electrical voltages between the plus potential and the negative potential with respect to the ground potential immediately after a voltage conversion by means of a second converter module in the charging device according to7 . -
12 a schematic diagram representation for a conventional buck converter, -
13 a schematic diagram representation of a buck converter for use in one of the converter modules according to7 . -
14 a schematic diagram representation of a conventional boost converter, -
15 a schematic diagram representation of a step-up converter for use in one of the converter modules according to7 , and -
16 a schematic diagram representation of the charging device according to7 ,
Die Ladeeinrichtung
Mit den
Tritt im Bereich der Kondensatoren
Aufgrund des Gleichrichtungsprinzips bei der Brückengleichrichtung tritt jedoch das Problem auf, dass die gleichgerichteten Potentiale an den Kondensatoren
Eine Abhilfemaßnahme wäre, eine doppelte Isolation im relevanten Bereich zwischen den Gleichrichtereinheiten
Die Ladeeinrichtung
Zu diesem Zweck umfasst die Ladeeinrichtung
Wie aus
Ferner ist aus
Darüber hinaus umfasst die Ladeeinrichtung
Um die elektrischen Potentiale
Die
In diesem Sinne zeigt
Die
Nach Durchführung der Leistungsfaktorkorrektur durch die Leistungsfaktoreinheit
Um nun die Schwankung des Plus-Potentials gemäß dem Graphen 70 ebenfalls zu reduzieren, ist das zweite Wandlermodul
Durch die Erfindung, die einen Wechsel von einem galvanisch getrennten Ladegerät auf ein galvanisch gekoppeltes Ladegerät vorschlägt, ergeben sich die folgenden Vorteile:
- - höherer Wirkungsgrad
- - kleinere Bauform, woraus sich eine höhere Leistungsdichte ergeben kann
- - Kostenvorteile, weil weniger Bauteile benötigt werden gegenüber galvanisch getrennten Ladegeräten
- - eine Stabilisierung der elektrischen Potentiale auf der Gleichspannungsseite kann erreicht werden, insbesondere eine Symmetrierung bezüglich eines elektrischen Bezugspotentials,
beispielsweise dem Erdpotential 34 , an einer Ausgangsseite des galvanisch gekoppelten Ladegeräts. Dadurch kann auch eine gesamte elektrische Energie, die in Y-Kondensatoren gespeichert ist, reduziert werden. - -
Durch die Wandlermodule 36 ,38 können Überspannungen aus der Ladestation 14 gedämpft beziehungsweise reduziert werden.
- - higher efficiency
- - smaller design, which may result in a higher power density
- - Cost advantages, because fewer components are required compared to galvanically isolated chargers
- a stabilization of the electrical potentials on the DC voltage side can be achieved, in particular a balancing with respect to an electrical reference potential, for example, the
earth potential 34 , on an output side of the galvanic charger. As a result, all electrical energy stored in Y capacitors can also be reduced. - - Through the
converter modules 36 .38 Surges can be damped or reduced from the chargingstation 14.
Grundsätzlich ist für die Erfindung das zweite Wandlermodul nicht zwingend erforderlich. Die grundsätzliche Funktion kann lediglich mit dem Wandlermodul
Die Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.The exemplary embodiments serve exclusively to explain the invention and are not intended to limit this.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Ladeeinrichtungloader
- 1212
- Bordnetzboard network
- 1414
- Ladestationcharging station
- 1616
- BrückengleichrichterBridge rectifier
- 1818
- GleichspannungsanschlussDC voltage connection
- 2020
- GleichspannungszwischenkreisDc link
- 2222
- GleichspannungswandlerDC converter
- 2424
- erster Anschlussfirst connection
- 2626
- zweiter Anschlusssecond connection
- 2828
- Plus-PotentialPlus potential
- 3030
- Minus-PotentialNegative potential
- 3232
- ZwischenkreisgleichspannungIntermediate circuit voltage
- 3434
- Erdpotentialground
- 3636
- erstes Wandlermodulfirst converter module
- 3838
- zweites Wandlermodulsecond converter module
- 4040
- LeistungsfaktoreinheitPower factor unit
- 5050
- Ladeeinrichtungloader
- 5252
- Ladestationcharging station
- 5454
- GleichrichtereinheitRectifier unit
- 5656
- Kondensatorcapacitor
- 5858
- DC/DC-WandlerDC / DC converter
- 6060
- Fahrzeugbatterievehicle battery
- 62 bis 7862 to 78
- Graphgraph
- L1, L2, L3 L 1 , L 2 , L 3
- Phasenanschlussphase connection
- PP
- Phasenanschlussphase connection
- NN
- Nullanschlusszero connection
- U1 U 1
- Spannungtension
- U2 U 2
- Spannungtension
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2010/0076636 A1 [0005]US 2010/0076636 A1 [0005]
Claims (7)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102018000578.0A DE102018000578A1 (en) | 2018-01-24 | 2018-01-24 | Electrical coupling of a vehicle electrical system of a motor vehicle with a charging station |
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DE102018000578.0A DE102018000578A1 (en) | 2018-01-24 | 2018-01-24 | Electrical coupling of a vehicle electrical system of a motor vehicle with a charging station |
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DE102018000578A1 true DE102018000578A1 (en) | 2018-07-12 |
Family
ID=62636945
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
DE102020203318A1 (en) | 2020-03-16 | 2021-09-16 | Siemens Mobility GmbH | Vehicle, in particular rail vehicle |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100076636A1 (en) | 2007-07-13 | 2010-03-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Vehicle |
-
2018
- 2018-01-24 DE DE102018000578.0A patent/DE102018000578A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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---|---|---|---|
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