DE102018203489A1

DE102018203489A1 - Wechselstromladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Wechselstromladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018203489A1
Application number: DE102018203489.3A
Authority: DE
Inventors: Franz Pfeilschifter; Martin Götzenberger; Klaus Mühlbauer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: CN111801241B; KR20200123837A; DE102018203489B4; KR102509686B1; US11285825B2; US20200406768A1; CN111801241A; WO2019170457A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wechselstromladevorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem Neutralleiter (6), zumindest einen Phasenleiter (7, 8, 9) und zumindest einen Gleichrichter (13, 18), wobei der Neutralleiter (6) und der Phasenleiter (7, 8, 9) an einen Gleichrichter angeschlossen sind, an den auch zumindest ein Glättungskondensator (14, 16) angeschlossen ist, und die Wechselstromladevorrichtung (2) eine zwischen einem Stromnetzanschluss (33, 34, 35, 36) und dem Glättungskondensator (14, 16) angeordnete Vorladeschaltung (20, 37) aufweist, welche dazu ausgebildet ist den Glättungskondensator (14, 16) vorzuladen, wobei die Vorladeschaltung (20, 37) zumindest einen Transistor (22) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wechselstromladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Wechselstromladevorrichtung weist mindestens einen Glättungskondensator und eine Vorladeschaltung zum Vorladen des Glättungskondensators auf.
Wechselstromladevorrichtungen sind bekannt. Durch eine Wechselstromladevorrichtung kann ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt werden oder aber ein Traktionsakkumulator des Kraftfahrzeugs geladen werden. Die Wechselstromladevorrichtung ist dazu ausgebildet Wechselstrom aus einem Stromnetz aufzunehmen und Gleichstrom an ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs abzugeben.
Üblicherweise weist die Wechselstromladevorrichtung mindestens einen Glättungskondensator auf. Durch den Glättungskondensator wird eine Restwelligkeit bzw. ein Wechselstromanteil, welcher nach dem Gleichrichten des Wechselstroms verbleibt, reduziert. Der Glättungskondensator wird üblicherweise vor dem Schließen eines Netztrennschützes, welches eine Verbindung zwischen einem Stromnetz und dem Glättungskondensator herstellt, durch eine Vorladeschaltung vorgeladen. Die Vorladeschaltung weist dabei üblicherweise nur einen Vorladewiderstand auf. Durch das Vorladen wird der Glättungskondensator üblicherweise verzögert auf das Spannungsniveau des Stromnetzes gebracht. Durch die Vorladeschaltung wird somit ein abruptes Durchschlagen der Spannung des Stromnetzes auf den Glättungskondensator vermieden.
Ein Nachteil der bekannten Vorladeschaltung ist, dass auch wenn ein Stromnetzanschluss der Wechselstromladevorrichtung nicht am Stromnetz angeschlossen ist, der Stromnetzanschluss der Wechselstromladevorrichtung mit elektrischer Spannung von einem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs beaufschlagt ist. Damit der Stromnetzanschluss bei der bekannten Wechselstromladevorrichtung sicher ist wird dieser beispielsweise mit einer Schutzabdeckung geschützt. Durch die Schutzabdeckung soll ein direkter Personenkontakt von außen mit dem Stromnetzanschluss vermieden werden. Trotzdem verbleibt ein Berührungsrisiko.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wechselstromladevorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit welcher bzw. bei welchem ein Kraftfahrzeug sicherer betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Wechselstromladevorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Eine erfindungsgemäße Wechselstromladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug weist einen Neutralleiter, zumindest einen Phasenleiter, insbesondere drei Phasenleiter, und zumindest einen, insbesondere passiven, Gleichrichter auf. Der Neutralleiter und der Phasenleiter sind mit dem Gleichrichter verbunden, insbesondere mit einer Wechselstromseite des Gleichrichters. Zumindest ein Glättungskondensator ist ebenso mit dem Gleichrichter verbunden, insbesondere mit einer Gleichstromseite des Gleichrichters. Weiterhin weist die Wechselstromladevorrichtung eine zwischen einem Stromnetzanschluss der Wechselstromladevorrichtung und dem, vorzugsweise vom Stromnetzanschluss des Phasenleiters aus betrachteten ersten, Glättungskondensator angeordnete Vorladeschaltung auf. Die Vorladeschaltung ist zwischen dem Gleichrichter und dem Stromnetzanschluss vorgesehen. Die Vorladeschaltung ist dazu ausgebildet, den Glättungskondensator vorzuladen. Als ein wichtiger Gedanke der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Vorladeschaltung zumindest einen, insbesondere normal sperrenden bzw. selbstsperrenden, Transistor aufweist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Wechselstromladevorrichtung sicherer ausgebildet werden kann, wenn die Vorladeschaltung den Transistor aufweist. Durch den Transistor kann der Stromnetzanschluss der Wechselstromladevorrichtung spannungsfrei geschaltet werden. Der Transistor ist durch dessen Anbindung innerhalb der Vorladeschaltung hierzu ausgebildet. Die Vorladeschaltung umfasst den Transistor und insbesondere einen Vorladewiderstand. Der Transistor und der Vorladewiderstand sind in Reihe geschaltet. Der Transistor und der Vorladewiderstand überbrücken einen Netztrennschütz, über das der Stromnetzanschluss mit dem Gleichrichter verbunden ist. Ist der Transistor offen und ist auch der Netztrennschütz, dann ist der Gleichrichter und insbesondere der Glättungskondensator von dem Stromnetzanschluss abgetrennt. Die Vorladeschaltung ist derart in der Wechselstromladevorrichtung angeschlossen, dass bei offenem Netztrennschütz nur ein einziger Strompfad besteht, der mittels des Transistors der Vorladeschaltung geschlossen oder vollständig getrennt werden kann.
Das Kraftfahrzeug kann dadurch sicherer betrieben werden, wenn die Wechselstromladevorrichtung nicht mehr an das Stromnetz angeschlossen ist, aber beispielsweise die Kontakte bzw. der jeweilige Stromnetzanschluss frei liegt bzw. ungeschützt ist.
Weiterhin kann auch die Lebensdauer der Wechselstromladevorrichtung erhöht werden, da die Komponenten der Wechselstromladevorrichtung dadurch gegebenenfalls nicht unnötig unter Spannung stehen. Die Wechselstromladevorrichtung kann beispielsweis auch für den Fall spannungsfrei geschaltet werden, wenn die Wechselstromladevorrichtung noch mit dem Stromnetz verbunden ist, der Traktionsakkumulator aber nicht (mehr) geladen wird.
Die Wechselstromladevorrichtung ist insbesondere als dreiphasige Drehstromladevorrichtung ausgebildet. Insbesondere weist die Wechselstromladevorrichtung dadurch drei Phasenleiter auf. Jeder der Phasenleiter kann die Vorladeschaltung mit dem Transistor aufweisen. Damit kann der Stromnetzanschluss jedes einzelnen Phasenleiters spannungsfrei geschaltet werden, falls der Stromnetzanschluss nicht mit dem Stromnetz verbunden ist.
Insbesondere ist die Wechselstromladevorrichtung mit zumindest einer Querverbindungsleitung ausgebildet, so dass zumindest zwei Phasenleiter über die Querverbindungsleitung miteinander verbunden sind. Vorteilhaft ist dies, da mehrere Zweige der Wechselstromladevorrichtung durch die Querverbindungsleitung genutzt werden können, selbst wenn die Wechselstromladevorrichtung nur mit einem einzigen Phasenleiter mit dem Stromnetz verbunden ist. Der Transistor ist besonders in diesem Fall vorteilhaft, da ansonsten beim Schließen eines Querverbindungsschalters der Querverbindungsleitung quasi ein Netzkurzschluss über einen Vorladewiderstand vorliegen würde.
Insbesondere weist die Vorladeschaltung zumindest einen Vorladewiderstand auf. Die Vorladeschaltung kann entweder parallel zu einem Querverbinder und parallel zu einem Netztrennschütz angeordnet sein oder aber parallel zu drei Netztrennschützen, oder parallel entweder zu den Netztrennschützen oder den Querverbindungsschaltern angeordnet sein. Angenommen nur ein erster Phasenleiter der Phasenleiter ist mit dem Stromnetz verbunden, dann ist es vorgesehen, dass parallel zum Netztrennschütz des ersten Phasenleiters die Vorladeschaltung im ersten Phasenleiter angeordnet ist, da es insbesondere für den ersten Phasenleiter keinen entsprechenden Querverbindungsschalter gibt. Die Vorladeschaltung ist eine passive Vorladeschaltung und gibt daher nur einen Strompfad zur Vorladung frei, ohne jedoch selbst über eine Stromquelle oder einen Wandler zu verfügen.
Bei Anlegen einer Spannung an den Stromnetzanschluss über das Stromnetz wird also zuerst der Glättungskondensator über die Vorladeschaltung, insbesondere über den geschlossenen Transistor und den Vorladewiderstand, vorgeladen. Während dem Vorladen ist das Netztrennschütz des Phasenleiters geöffnet. Das Netztrennschütz wird vorzugsweise erst dann geschlossen, wenn der Glättungskondensator ausreichend über die Vorladeschaltung vorgeladen ist.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Vorladeschaltung neben dem Transistor eine Diode aufweist. Die Sperrichtungen einer Inversdiode des Transistors und der Diode sind entgegengesetzt. Dier ermöglicht eine vollständige Auftrennung des Vorladepfads bzw. der Vorladeschaltung bei jeder Polarität oder Phasenlage in der betreffenden Phase. Die Diode ist vorzugsweise bezüglich des Glättungskondensators vor dem Transistor angeordnet. Jedoch kann die Reihenfolge auch umgekehrt sein. Die Diode ist in Richtung vom Gleichrichter zum Stromnetzanschluss sperrend ausgebildet. Durch die Diode kann verhindert werden, dass ausgelöst durch den Netzsinus Strom über die Vorladeschaltung zurück fließt, also vom Glättungskondensator in Richtung Stromnetzanschluss. Durch die Diode kann selbst bei geschlossenem Transistor kein Strom über die Vorladeschaltung vom Glättungskondensator in Richtung des Stromnetzanschlusses zurückfließen. Die Wechselstromladevorrichtung kann dadurch sicherer betrieben werden. Weiterhin kann die Wechselstromladevorrichtung dadurch in einfacher Weise mit den Querverbindungsleitungen ausgebildet sein. Die Vorladeschaltung umfasst zudem den Vorladewiderstand. Der Vorladewiderstand, der Transistor und die Diode sind in Reihe geschaltet. Diese Reihenschaltung (bzw. deren Enden) ist parallel an das Netztrennschütz angeschlossen bzw. überbrückt dieses. Anstatt der Diode kann auch ein weiterer Transistor vorgesehen sein. Der weitere Transistor weist eine Inversdiode auf, welche die gleichen Merkmale wie die Diode hat, insbesondere in Hinblick auf deren Sperrrichtung und der Anbindung innerhalb der Vorladeschaltung.
Weiterhin vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Vorladeschaltung im Phasenleiter angeordnet ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Vorladeschaltung im ersten Phasenleiter der Phasenleiter angeordnet ist. Der erste Phasenleiter wird vorzugsweise alleine mit dem Stromnetz verbunden wird. So kann es beispielsweise sein, dass nur der erste Phasenleiter mit dem Stromnetz verbunden ist. Deshalb ist es vorteilhaft auch die Vorladeschaltung im ersten Phasenleiter anzuordnen. Die jeweilige Vorladeschaltung eines zweiten Phasenleiters oder eines dritten Phasenleiters kann beispielsweise in einer Querverbindungsleitung, welche den ersten Phasenleiter und den zweiten Phasenleiter oder den ersten Phasenleiter oder den dritten Phasenleiter, insbesondere direkt, elektrisch miteinander verbindet. In dem Phasenleiter kann ein Netztrennschütz vorgesehen sein, zu dem die Vorladeschaltung parallel (d.h. überbrückend) angeschlossen ist.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Phasenleiter und mindestens ein weiterer Phasenleiter der Wechselstromladevorrichtung mittels einer Querverbindungsleitung verbunden sind.
Ergänzend weist die Querverbindungsleitung vorzugsweise einen Querverbindungsschalter zum Trennen des Phasenleiters und des weiteren Phasenleiters auf.
Durch die Querverbindungsleitung können die Phasenleiter miteinander verbunden werden. Das Verbinden ist insbesondere dann vorgesehen, wenn lediglich einer der Phasenleiter mit dem Stromnetz verbunden ist, aber mehrere Zweige der Wechselstromladevorrichtung zum Laden genutzt werden sollen. So kann durch die Querverbindungsleitung auch beispielsweise mit einer höheren Stromstärke als 16 A geladen werden, da jeder einzelne Zweig der Wechselstromladevorrichtung beispielsweise nur auf höchstens 16 A ausgelegt ist. So kann es beispielsweise sein, dass nicht der richtige Ladeanschluss vorhanden ist, um den Stromnetzanschluss der Wechselstromladevorrichtung mit mehr als einem Phasenleiter zu verbinden. So wird das Stromnetz dann lediglich mit einem einzigen Stromnetzanschluss, insbesondere des ersten Phasenleiters, elektrisch verbunden. Die Stromstärke, mit welcher das Bordnetz des Kraftfahrzeugs gespeist, insbesondere ein Akkumulator des Kraftfahrzeugs geladen, wird, kann aber trotz dem Netzanschluss an nur einem Stromnetzanschluss des Phasenleiters bzw. einem Pin eines Steckanschlusses der Wechselstromladevorrichtung, mit vorzugsweise dreimal 16 A geladen werden.
Die Querverbindungsleitung weist insbesondere weiterhin den Querverbindungsschalter auf, welcher parallel zu einer der Vorladeschaltungen ausgebildet sein kann. Durch den Querverbindungsschalter kann die Querverbindungsleitung unterbrochen werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass eine zur Vorladeschaltung identisch ausgebildete weitere Vorladeschaltung in der Querverbindungsleitung ausgebildet ist. Durch die weitere Vorladeschaltung kann dann auch ein Glättungskondensator aus einem zweiten Zweig der Wechselstromladevorrichtung und/oder ein Glättungskondensator aus einem dritten Zweig der Wechselstromladevorrichtung vorgeladen werden. Durch die Vorladeschaltung mit dem Transistor der zumindest einen Querverbindungsleitung kann die Wechselstromladevorrichtung sicherer betrieben werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Vorladeschaltung im Neutralleiter angeordnet ist (und insbesondere nicht in einer Phase der Ladevorrichtung). Durch die Anordnung der Vorladeschaltung im Neutralleiter kann auf die zumindest eine Vorladeschaltung im Phasenleiter bzw. in der Querverbindungsleitung verzichtet werden. Durch die Anordnung der Vorladeschaltung im Neutralleiter reicht dann nur eine einzige Vorladeschaltung aus, um die Wechselstromladevorrichtung sicher mit drei Zweigen, und beispielsweise nur einem an das Stromnetz angeschlossenen Phasenleiter, betreiben zu können. Durch die Anordnung der Vorladeschaltung im Neutralleiter können also beispielsweise zwei Vorladeschaltungen eingespart werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Wechselstromladevorrichtung zwischen dem Stromnetzanschluss und dem Gleichrichter ein Netztrennschütz und eine parallel zum Netztrennschütz ausgebildete Netztrennschaltung aufweist. Durch die parallel zum Netztrennschütz angeordnete Netztrennschaltung kann auf eine Lichtbogenlöschkammer verzichtet werden. So kann das Netztrennschütz aufgrund der Netztrennschaltung ohne die Lichtbogenlöschkammer ausgebildet sein. Die Lichtbogenlöschkammer ist in der elektrischen Energietechnik eine Vorrichtung zur Funkenlöschung von Schaltlichtbögen wie sie beim Ausschalten von hohen elektrischen Strömen, typischerweise bei einem elektrischen Kurzschluss auftreten. Beim Ausschalten von hohen Strömen kommt es bei Kontakttrennung zu einem Schaltlichtbogen zwischen den Kontakten. Dieser Lichtbogen, gebildet aus ionisierter Luft, führt auch bei möglichst schneller Kontakttrennung zu Kontaktabbrand und muss zur Vermeidung von Folgeschäden möglichst schnell gelöscht bzw. deionisiert werden.
Durch die Netztrennschaltung kann die Kontakttrennung allerdings ionenkammerlos erfolgen. So wird zu diesem Zweck die Netztrennschaltung geschlossen. Das Netztrennschütz kann nun geöffnet werden, ohne, dass ein Schaltlichtbogen entsteht, da der Strom über die Netztrennschaltung abfließen kann. Sind das Netztrennschütz und die Netztrennschaltung gleichzeitig geschlossen, so fließt der Strom insbesondere im Wesentlichen über das Netztrennschütz und nicht über die höherohmige Netztrennschaltung. Das Netztrennschütz ist vorzugsweise niederohmiger als die Netztrennschaltung ausgebildet.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Vorladeschaltung parallel zum Netztrennschütz ausgebildet ist. Durch die parallele Anordnung der Vorladeschaltung zum Netztrennschütz kann der Glättungskondensator über die Vorladeschaltung mit Energie aus dem Stromnetz vorgeladen werden, falls das Netztrennschütz und/oder die Netztrennschaltung geöffnet ist.
Vorzugsweise ist es auch vorgesehen, dass die Vorladeschaltung parallel zum Netztrennschaltung ausgebildet ist. Durch die parallele Anordnung der Vorladeschaltung zur Netztrennschaltung kann der Glättungskondensator auch mit Energie aus dem Stromnetz über die Vorladeschaltung vorgeladen werden, falls die Netztrennschaltung offen ist.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Netztrennschaltung zwei Halbleiterelemente aufweist. Durch die beiden Halbleiterelemente ist die Netztrennschaltung sicherer und zuverlässiger ausgebildet. Die Wechselstromladevorrichtung kann dadurch sicherer betrieben werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Halbleiterelemente die Netztrennschaltung als zwei zueinander antiseriell zueinander geschaltete Transistoren geschaltet sind.
Dadurch kann erreicht werden, dass der Strom nach der Netztrennschaltung auch in Richtung des Stromnetzanschlusses fließen kann.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass ein Halbleiterelement der zwei Halbleiterelemente der Netztrennschaltung als Diode ausgebildet ist. Durch die Diode kann die Netztrennschaltung günstiger ausgebildet werden. Die Leistungsschaltung der Netztrennschaltung kann dann jedoch nur noch jeweils bei einer Halbwelle möglich sein (entweder positive Halbwelle oder negative Halbwelle).
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Vorladeschaltung mit einem Verbindungspunkt zwischen den zwei Halbleiterelementen der Netztrennschaltung, insbesondere direkt, elektrisch verbunden ist. Die Vorladeschaltung ist dadurch vorzugsweise mit einem der Halbleiterelemente der Netztrennschaltung in Serie geschaltet. Dadurch kann eine Diode der Vorladeschaltung eingespart werden und die Vorladeschaltung kann ohne eine Diode ausgebildet sein.
Weiter ist es vorgesehen, dass die Wechselstromladevorrichtung zwischen dem Stromnetzanschluss und dem Gleichrichter ein weiteres Netztrennschütz und eine parallel zum Netztrennschütz ausgebildete weitere Netztrennschaltung aufweist und das weitere Netztrennschütz in Serie bzw. in Reihenschaltung zur Vorladeschaltung ausgebildet ist. Durch das weitere Netztrennschütz und die weitere Netztrennschaltung kann eine Notfallabschaltung bzw. eine Notfalltrennung der Verbindung zwischen Wechselstromladevorrichtung und Stromnetz zuverlässig erfolgen. So ist die Nottrennvorrichtung dadurch redundant ausgebildet. So kann es beispielsweise sein, dass das Netztrennschütz nicht zu öffnen ist, da die Kontakte des Netztrennschützes untrennbar miteinander verbunden sind. Das kann beispielsweise vorkommen, falls das Netztrennschütz hängen bleibt, wenn beispielsweise ein oder mehrere Kontakte des Netztrennschützes unabsichtlich miteinander verschweißt sind. Insbesondere für diesen Fall ist es vorteilhaft das weitere Netztrennschütz in Serie zum Netztrennschütz zur Spannungsunterbrechung bzw. Abtrennung des Stromnetzes nutzen zu können. Das weitere Netztrennschütz kann aufgrund der weiteren Netztrennschaltung ebenfalls ohne Lichtbogenlöschkammer ausgebildet sein.
Die weitere Netztrennschaltung kann insbesondere zu sämtlichen Netztrennschützen oder Querverbindungsschaltern parallel geschaltet werden.
Es wird ferner ein Verfahren beschrieben, bei welchem eine Wechselstromladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug betrieben wird. Es werden folgende Schritte durchgeführt:

- Öffnen eines Netzverbindungsschalters der Wechselstromladevorrichtung, welche ein Stromnetz mit einem, insbesondere passiven, Gleichrichter der Wechselstromladevorrichtung, insbesondere direkt, elektrisch verbindet, falls der Netzverbindungsschalter nicht geöffnet ist;
- Beaufschlagen der Wechselstromladevorrichtung mit elektrischer Spannung des Stromnetzes;
- Vorladen eines Glättungskondensators der Wechselstromladevorrichtung durch eine zwischen einem Stromnetzanschluss der Wechselstromladevorrichtung und dem Glättungskondensator angeordnete Vorladeschaltung; und
- Schließen des Netzverbindungsschalters, falls der Glättungskondensator vorgeladen ist.

Als ein wichtiger Gedanke ist es vorgesehen, dass der Glättungskondensator durch zumindest einen, insbesondere normal sperrenden, Transistor der Vorladeschaltung vorgeladen wird. Dieser ist vorzugsweise in Serie geschaltet, und ist insbesondere in Reihe mit einem Vorladewiderstand der Vorladeschaltung verbunden.
Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Wechselstromladevorrichtung sind als vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen. Die gegenständlichen Komponenten der Wechselstromladevorrichtung sind jeweils dazu ausgebildet, die jeweiligen Verfahrensschritte durchzuführen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Draufsichtdarstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Wechselstromladevorrichtung;
2 ein Ausführungsbeispiel der Wechselstromladevorrichtung mit einer Vorladeschaltung mit einem Transistor und zwei Querverbindungsleitungen mit jeweils einem Querverbindungsschalter;
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Wechselstromladevorrichtung mit der Vorladeschaltung, welche in einem Neutralleiter der Wechselstromladevorrichtung angeordnet ist;
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Wechselstromladevorrichtung mit einer Netztrennschaltung, welcher zwei zueinander antiseriell geschaltete Transistoren aufweist;
5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Wechselstromladevorrichtung mit der Netztrennschaltung, welcher einen Transistor und eine Diode aufweist;
6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Wechselstromladevorrichtung mit einem Verbindungspunkt zwischen zwei Halbleiterelementen der Netztrennschaltung und der mit dem Verbindungspunkt verbundenen Vorladeschaltung; und
7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Wechselstromladevorrichtung mit der Netztrennschaltung mit einem Transistor und einer Diode.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 in schematischer Draufsichtdarstellung mit einer Wechselstromladevorrichtung 2. Die Wechselstromladevorrichtung 2 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel im Ladezustand und an ein Stromnetz 3 angeschlossen. Das Stromnetz 3 stellt Wechselstrom bereit. Weiterhin ist die Wechselstromladevorrichtung über ein Bordnetz 4 des Kraftfahrzeugs 1 mit einem Traktionsakkumulator 5 des Kraftfahrzeugs 1 elektrisch verbunden. Das Bordnetz 4 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als Hochvoltbordnetz mit beispielsweise 400 V ausgebildet.
2 zeigt die Wechselstromladevorrichtung 2. Die Wechselstromladevorrichtung 2 weist einen Neutralleiter 6, einen ersten Phasenleiter 7, einen zweiten Phasenleiter 8 und einen dritten Phasenleiter 9 auf. Der Neutralleiter 6 sowie zumindest der erste Phasenleiter 7 sind mit dem Stromnetz 3 elektrisch verbunden.
Der erste Phasenleiter 7 ist mit einem ersten Zweig 10 der Wechselstromladevorrichtung 2 elektrisch verbunden. Der zweite Phasenleiter 8 ist mit einem zweiten Zweig 11 der Wechselstromladevorrichtung 2 direkt elektrisch verbunden. Der dritte Phasenleiter 9 ist mit einem dritten Zweig 12 der Wechselstromladevorrichtung 2 direkt elektrisch verbunden. Der erste Zweig 10 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel identisch zum zweiten Zweig 11 oder zum dritten Zweig 12 ausgebildet. Im Weiteren wird der erste Zweig 10 beispielhaft für die zwei weiteren Zweige 11, 12 beschrieben.
Der erste Zweig 10 der Wechselstromladevorrichtung weist einen ersten passiven Gleichrichter 13, einen ersten Glättungskondensator 14, einen Gleichspannungswandler 15, einen zweiten Glättungskondensator 16, einen Inverter 17, einen zweiten Gleichrichter 18 und einen dritten Glättungskondensator 19 auf. Zwischen dem Inverter 17 und dem zweiten Gleichrichter 18 kann ein Transformator angeordnet sein. Der Transformator kann zur galvanischen Trennung von dem Stromnetz 3 und dem Bordnetz 4 führen. Vorzugsweise ist die Wechselstromladevorrichtung jedoch ohne den Transformator ausgebildet, wodurch das Stromnetz 3 und das Bordnetz 4 galvanisch verbunden sind.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist im ersten Phasenleiter 7 eine erste Vorladeschaltung 20 angeordnet. Die erste Vorladeschaltung 20 umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Vorladewiderstand 21, einen selbstsperrenden Transistor 22 und eine Diode 23. Die Durchlassrichtung der Diode 23 verläuft von dem Stromnetz 3 zum ersten Glättungskondensator 14.
Über die erste Vorladeschaltung 20 wird der erste Glättungskondensator 14 und/oder der zweite Glättungskondensator 16 und/oder der dritte Glättungskondensator 19 vorgeladen. Falls die Glättungskondensatoren 14, 16, 19 vorgeladen sind, d.h. dadurch auf die Spannung des Stromnetzes 3 gebracht wurden, wird ein zur ersten Vorladeschaltung 20 parallel geschaltetes erstes Netztrennschütz 24 des ersten Phasenleiters 7 geschlossen. Nach dem Schließen des ersten Netztrennschützes 24 fließt der Strom im Wesentlichen über das erste Netztrennschütz 24 und nicht mehr über die erste Vorladeschaltung 20. Das erste Netztrennschütz 24 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel auf 16 A ausgelegt. Das erste Netztrennschütz 24 kann aber auch auf vielfältige andere Stromstärken ausgelegt sein.
Weiterhin ist der erste Phasenleiter 7 über eine erste Querverbindungsleitung 25 mit dem zweiten Phasenleiter 8 elektrisch verbunden. Die erste Querverbindungsleitung 25 weist einen zweiten Netztrennschütz 26 auf. Parallel zu dem zweiten Netztrennschütz 26 ist eine zweite Vorladeschaltung 27 der ersten Querverbindungsleitung 25 angeordnet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der erste Querverbindungsschalter identisch mit dem ersten Netztrennschütz 24 ausgebildet. Weiterhin ist die zweite Vorladeschaltung 27 insbesondere identisch zur ersten Vorladeschaltung 20 ausgebildet.
Weiterhin ist der erste Phasenleiter 7 mit dem dritten Phasenleiter 9 durch eine zweite Querverbindungsleitung 28 elektrisch verbunden. Die zweite Querverbindungsleitung 28 weist einen zweiten Querverbindungsschalter 29 und eine dritte Vorladeschaltung 30 auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind der zweite Querverbindungsschalter 29 und die dritte Vorladeschaltung 30 parallel zueinander angeordnet.
Die Vorladeschaltungen 20, 27, 30 sind vorzugsweise identisch ausgebildet. Weiterhin sind die Querverbindungsschalter 26, 29 auch vorzugsweise identisch ausgebildet.
Der zweite Phasenleiter 8 weist ein zweites Netztrennschütz 31 auf. Der dritte Phasenleiter 9 weist ein drittes Netztrennschütz 32 auf. Die Netztrennschütze 24, 31, 32 sind vorzugsweise identisch ausgebildet. Durch das erste Netztrennschütz 24 kann eine elektrische Verbindung zwischen einem Stromnetzanschluss 32 des ersten Phasenleiters 7 zum ersten Zweig 10 unterbrochen werden. Durch das zweite Netztrennschütz 31 kann eine elektrische Verbindung von einem Stromnetzanschluss 34 des zweiten Phasenleiters 8 zum zweiten Zweig 11 unterbrochen werden. Durch das dritte Netztrennschütz 32 kann eine elektrische Verbindung von einem Stromnetzanschluss 35 des dritten Phasenleiters 9 zum dritten Zweig 12 unterbrochen werden. Die Stromnetzanschlüsse 33, 34, 35 können beispielsweise als Pins eines Steckers ausgebildet sein. Der Stecker kann beispielsweise als Drehstromstecker ausgebildet sein, welcher drei Pins als die Stromnetzanschlüsse 33, 34, 35 der Phasenleiter 7, 8, 9 aufweist und einen weiteren Pin als einen Stromnetzanschluss 36 des Neutralleiters 6.
Durch die erste Querverbindungsleitung 25 ist es möglich, dass der zweite Zweig 11 mit Strom versorgt wird, falls nur der Stromnetzanschluss 33 des ersten Phasenleiters 7 mit dem Stromnetz 3 verbunden ist während der Stromnetzanschluss 34 des zweiten Phasenleiters 8 nicht mit dem Stromnetz 3 verbunden ist. Analog dazu kann der dritte Zweig 12 über die zweite Querverbindungsleitung 28 mit Strom versorgt werden, falls nur der Stromnetzanschluss 33 des ersten Phasenleiters 7 mit dem Stromnetz 3 elektrisch verbunden ist und weder der Stromnetzanschluss 34 des zweiten Phasenleiters 8 und/oder der Stromnetzanschluss 35 des dritten Phasenleiters 9 mit dem Stromnetz 3 verbunden ist.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wechselstromladevorrichtung 2, welche analog dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ausgebildet ist, wobei anstatt der ersten Vorladeschaltung 20, der zweiten Vorladeschaltung 27 und der dritten Vorladeschaltung 30 eine weitere Vorladeschaltung 37 im Neutralleiter 6 angeordnet ist. Die weitere Vorladeschaltung 37 ist insbesondere identisch zu der im Ausführungsbeispiel gemäß 2 gezeigten ersten Vorladeschaltung 20 ausgebildet. Der erste Phasenleiter 7, der zweite Phasenleiter 8 und der dritte Phasenleiter 9 weisen gemäß dem Ausführungsbeispiel von 3 keine Vorladeschaltung auf.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wechselstromladevorrichtung 2. Die Wechselstromladevorrichtung 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel von 4 ist analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ausgebildet, wobei der Neutralleiter 6 ein viertes Netztrennschütz 38 aufweist und parallel zu dem vierten Netztrennschütz 38 eine Netztrennschaltung 39 angeordnet ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Netztrennschaltung 39 ebenfalls parallel zur weiteren Vorladeschaltung 37 angeordnet. Durch die Netztrennschaltung 39 ist das vierte Netztrennschütz 38 insbesondere ohne Funkenlöschkammer ausgebildet. Ist die Wechselstromladevorrichtung 2 mit dem Stromnetz 3 verbunden und das vierte Netztrennschütz 38 wird geöffnet, so fließt der Strom über die höherohmige Netztrennschaltung 39, wodurch der normalerweise, ohne den Netztrennschaltung 39 entstehende Lichtbogen, ausbleibt.
Die Netztrennschaltung 39 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel einen ersten Transistor 40 und einen zweiten Transistor 41 auf. Der erste Transistor 40 und der zweite Transistor 41 sind zueinander antiseriell geschaltet.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wechselstromladevorrichtung 2, welches analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ausgebildet ist, wobei der Neutralleiter 6 ein weiteres Netztrennschütz 42 aufweist und parallel zu dem weiteren Netztrennschütz 42 eine weitere Netztrennschaltung 43 angeordnet ist. Das weitere Netztrennschütz 42 ist in Serie zum vierten Netztrennschütz 38 angeordnet.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die weitere Netztrennschaltung 43 auch parallel zu dem ersten Netztrennschütz 24 und/oder dem zweiten Netztrennschütz 31 und/oder dem dritten Netztrennschütz 32 und/oder dem ersten Querverbindungsschalter 26 und/oder dem zweiten Querverbindungsschalter 29 angeordnet sein.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wechselstromladevorrichtung 2, welches analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 ausgebildet ist, wobei zwischen den zwei Halbleiterelementen bzw. Transistoren 40, 41 der Netztrennschaltung 39 ein Verbindungspunkt 44 ist und die weitere Vorladeschaltung 37 mit dem Verbindungspunkt 44 elektrisch verbunden ist. Somit ist der erste Transistor 40 mit dem Transistor 22 der weiteren Vorladeschaltung 37 in Serie geschaltet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist die weitere Vorladeschaltung 37 keine Diode 23, sondern lediglich den Vorladewiderstand 21 und den Transistor 22 auf.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wechselstromladevorrichtung 2, welches analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 ausgebildet ist. Allerdings weist die Netztrennschaltung 39 anstatt des zweiten Transistors 41 eine Diode 45 auf.
Gemäß einem nicht weiter dargestellten Ausführungsbeispiel kann alternativ zum zweiten Transistor 41 auch der erste Transistor 40 durch die Diode 45 ersetzt werden. Die Netztrennschaltung 39 kann also durch die Diode 45 und den zweiten Transistor 41 ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Wechselstromladevorrichtung
3: Stromnetz
4: Bordnetz
5: Traktionsakkumulator
6: Neutralleiter
7: erster Phasenleiter
8: zweiter Phasenleiter
9: dritter Phasenleiter
10: erster Zweig
11: zweiter Zweig
12: dritter Zweig
13: erster Gleichrichter
14: erster Glättungskondensator
15: Gleichspannungswandler
16: zweiter Glättungskondensator
17: Inverter
18: zweiter Gleichrichter
19: dritter Glättungskondensator
20: erste Vorladeschaltung
21: Vorladewiderstand
22: Transistor
23: Diode
24: erstes Netztrennschütz
25: erste Querverbindungsleitung
26: erste Querverbindungsschalter
27: zweite Vorladeschaltung
28: zweite Querverbindungsleitung
29: zweiter Querverbindungsschalter
30: dritte Vorladeschaltung
31: zweites Netztrennschütz
32: drittes Netztrennschütz
33: Stromnetzanschluss des ersten Phasenleiters
34: Stromnetzanschluss des zweiten Phasenleiters
35: Stromnetzanschluss des dritten Phasenleiters
36: Stromnetzanschluss des Neutralleiters
37: weitere Vorladeschaltung
38: viertes Netztrennschütz
39: Netztrennschalter
40: erster Transistor des Netztrennschalters
41: zweiter Transistor des Netztrennschalters
42: weiteres Netztrennschütz
43: weiterer Netztrennschalter
44: Verbindungspunkt
45: Diode

Claims

Wechselstromladevorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem Neutralleiter (6), zumindest einem Phasenleiter (7, 8, 9) und zumindest einem Gleichrichter (13, 18), wobei der Neutralleiter (6) und der Phasenleiter (7, 8, 9) mit dem Gleichrichter verbunden sind und ferner ein Glättungskondensator (14, 16) mit dem Gleichrichter verbunden ist, wobei die Wechselstromladevorrichtung (2) eine zwischen einem Stromnetzanschluss (33, 34, 35, 36) der Wechselstromladevorrichtung (2) und dem Glättungskondensator (14, 16, 19) angeordnete Vorladeschaltung (20, 37) aufweist, welche dazu ausgebildet ist den Glättungskondensator (14, 16) vorzuladen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (20, 37) zumindest einen Transistor (22) und einen Vorladewiderstand aufweist, die in Reihe miteinander verbunden sind.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (20, 37) eine bezüglich des Glättungskondensators (14, 16, 19) vor dem Transistor (22) angeordnete Diode (23) aufweist.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (20) im Phasenleiter (7, 8, 9) angeordnet ist.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenleiter (7) und mindestens ein weiterer Phasenleiter (8, 9) der Wechselstromladevorrichtung (2) mittels einer Querverbindungsleitung (25, 28) verbunden sind und die Querverbindungsleitung (25, 28) einen Querverbindungsschalter (26, 29) zum Trennen des Phasenleiters (7) und des weiteren Phasenleiters (8, 9) aufweist.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Vorladeschaltung (20, 37) identisch ausgebildete weitere Vorladeschaltung (27, 30) in der Querverbindungsleitung (25, 28) ausgebildet ist.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (37) im Neutralleiter (6) angeordnet ist.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselstromladevorrichtung (2) zwischen dem Stromnetzanschluss (33, 34, 35, 36) und dem Gleichrichter (13, 18) ein Netztrennschütz (24, 31, 32, 38) und eine parallel zum Netztrennschütz (24, 31, 32, 38) ausgebildete Netztrennschaltung (39) aufweist.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (20, 37) parallel zum Netztrennschütz (24, 31, 32, 38) angeschlossen ist.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (20, 37) parallel zur Netztrennschaltung (39) angeschlossen ist.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Netztrennschaltung (39) zwei Halbleiterelemente (40, 41, 45) aufweist.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterelemente der Netztrennschaltung (39) als zwei zueinander antiseriell geschaltete Transistoren (40, 41) ausgebildet sind.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleiterelement der zwei Halbleiterelemente der Netztrennschaltung (39) als Diode (45) ausgebildet ist.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung (20, 37) mit einem Verbindungspunkt (44) zwischen den zwei Halbleiterelementen (40, 41, 45) der Netztrennschaltung (39) elektrisch verbunden ist.
Wechselstromladevorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselstromladevorrichtung (2) zwischen dem Stromnetzanschluss (33, 34, 35, 36) und dem Gleichrichter (13, 18) ein weiteres Netztrennschütz (42) aufweist und eine parallel zum weiteren Netztrennschütz (42) ausgebildeten weiteren Netztrennschaltung (43) aufweist und das weitere Netztrennschütz (42) in Serie zur Vorladeschaltung (20, 37) ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Wechselstromladevorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1) , bei welchem folgende Schritte durchgeführt werden: - Öffnen eines Netztrennschütz (24, 31, 32, 38) der Wechselstromladevorrichtung (2), welcher ein Stromnetz (3) mit einem Gleichrichter (13, 18) der Wechselstromladevorrichtung (2) elektrisch verbindet, falls das Netztrennschütz (24, 31, 32, 38) nicht geöffnet ist; - Beaufschlagen der Wechselstromladevorrichtung (2) mit elektrischer Spannung des Stromnetzes (3); - Vorladen eines Glättungskondensators (14, 16, 19) der Wechselstromladevorrichtung (2) durch eine zwischen einem Stromnetzanschluss (33, 34, 35, 36) der Wechselstromladevorrichtung (2) und dem Glättungskondensator (14, 16, 19) angeordnete Vorladeschaltung (20, 37); und - Schließen des Netztrennschützes (24, 31, 32, 38), falls der Glättungskondensator (14, 16, 19) vorgeladen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Glättungskondensator (14, 16, 19) durch einen Strom geladen wird, der zumindest durch eine Transistor (22) und einen hierzu seriellen Vorladewiderstand der Vorladeschaltung (20, 37) fließt.