-
Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, das heißt rein elektrisch fahrende Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge, weisen einen elektrischen Energiespeicher auf. Um diesen aufzuladen, wird beispielsweise Wechselstrom über einen Wechselstromanschluss angelegt. Je nach Ausstattung der Ladesäule bzw. des externen Stromnetzes ist der zur Verfügung stehende Wechselstrom einphasig oder mehrphasig. Ferner wird zum Aufladen ein Wandler eingesetzt, mit dem auch die Leistung gesteuert werden kann. Der Wandler arbeitet hierbei getaktet, wobei dies zu Belastungen eines Zwischenkreiskondensators oder zu Störungen führen kann.
-
Es besteht daher die Aufgabe, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der unterschiedliche Stromquellen zum Laden verwendet werden können, wobei die aus dem Takten resultierenden Nachteile zumindest teilweise abgemildert werden sollten.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Ausführungsformen, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Figur.
-
Es wird eine Ladeschaltung vorgeschlagen, bei der ein Gleichrichter über mehrere Eingangsphasen und daran angeschlossene Induktivitäten verfügt, wobei mittels eines Seriellschalters die Induktivität einer Phase in Serie geschaltet werden kann mit der Induktivität einer weiteren Phase. Der Gleichrichter kann hierbei mehrphasig ausgestaltet sein, insbesondere dreiphasig, wobei zum einphasigen Laden der Seriellschalter geschlossen werden kann, und so eine Addition in den Induktivitäten zu erreichen. In diesem Fall wäre eine Gleichrichterphase (etwa eine Schalterphase einer Schalteinheit des Gleichrichters) inaktiv, d. h. offen. Dies betrifft diejenige Phase, welche direkt mit der Induktivität der anderen Phase über den Seriellschalter verbunden ist, um so den Betrieb der zweiten Schalterphase nicht zu stören. Durch die Addition der Induktivitäten lässt sich eine höhere Dämpfungswirkung erreichen bei gleicher Auslegung der Induktivitäten.
-
Es sei bemerkt, dass etwa im dreiphasigen Betrieb die Phasen zueinander phasenversetzt sind und sich dadurch insgesamt eine geringere Wechselstromkomponente ergibt als im einphasigen Fall.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass mittels eines Querschalters zwei oder mehr als zwei Eingangsphasen des Gleichrichters miteinander verbunden werden, um so beim einphasigen Laden den Strom auf zwei (oder mehr als zwei) Phasen des Gleichrichters verteilen zu können. In diesem Fall werden die Schalterphasen vorzugsweise zueinander versetzt angesteuert, insbesondere um 180° versetzt, um so eine zeitliche Verteilung der Wechselstromkomponente bzw. der durch das Schalten bedingten Wechselstromkomponenten zu erreichen. Auch dadurch lassen sich die Dämpfungsanforderungen verringern, wobei jedoch zwei Schalterphasen zum Gleichrichten vorgesehen sind und sich so (gegenüber dem Betrieb einer einzelnen Schalterphase) eine höhere Stromtragfähigkeit ergibt. Der Versatz kann eine vorgegebene Periode geteilt durch die Anzahl der mittels Querschalter verbundenen sein.
-
Es wird daher eine Ladeschaltung vorgeschlagen, die beim Gleichspannungsanschluss und einen daran angeschlossenen steuerbaren Gleichrichter verfügt. Der Gleichspannungsanschluss ist dem Gleichrichter nachgeschaltet. Der Gleichrichter ist steuerbar und weist insbesondere eine steuerbare Schalteinheit auf, welche vorzugsweise mehrere Schalterphasen umfasst. Die Schalteinheit bzw. deren Phasen weist bzw. weisen Halbleiterschalter auf, insbesondere MOSFETs oder IGBTS. Dadurch kann die Schalteinheit getaktet schalten. Der Gleichrichter ist dadurch steuerbar.
-
Der Gleichrichter weist somit eine Schalteinheit auf. Diese ist über eine erste Induktivität mit einer ersten Eingangsphase des Gleichrichters verbunden, und ist ferner über eine zweite Induktivität mit einer zweiten Eingangsphase des Gleichrichters verbunden. Bei einer dreiphasigen Ausführung ist die Schalteinheit ferner über eine dritte Induktivität mit einer dritten Eingangsphase des Gleichrichters verbunden. Die Eingangsphase des Gleichrichters sind somit dreiphasig. Auch der Gleichrichter kann hierbei dreiphasig ausgestaltet sein. Dies gilt insbesondere, wenn die Schalteinheit drei Schalterphasen aufweist. Jede Schalterphase ist über eine eigene Induktivität mit einer eigenen Eingangsphase verbunden, sofern der Gleichrichter dreiphasig ausgestaltet ist.
-
Die Ladeschaltung weist einen Seriellschalter auf. Dieser verbindet schaltbar ein Ende der ersten Induktivität, das der Schalteinheit zugewandt ist (bzw. direkt mit dieser verbunden ist), mit der zweiten Eingangsphase. Mit anderen Worten verbindet der Seriellschalter die erste Schalterphase des Gleichrichters mit der zweiten Induktivität der zweiten Eingangsphase. Eine weitere Betrachtungsweise ist die, dass die erste Schalterphase über den Seriellschalter und die zweite Induktivität (nicht jedoch über die erste Induktivität) mit der zweiten Schalterphase verbunden ist. Der Seriellschalter verbindet dadurch die erste und die zweite Induktivität miteinander in Reihenschaltung. Der Seriellschalter kann ein elektromechanischer Schalter sein oder kann ein Halbleiterschalter sein. Der Seriellschalter verbindet ein Ende einer der Induktivitäten (insbesondere der ersten Induktivität) mit einem entgegengesetzten Ende einer anderen der Induktivitäten (etwa der zweiten Induktivität). Die Begriffe „Ende“ und „entgegengesetzt“ beziehen sind auf eine Richtung einer Verbindung, die zum Gleichrichter führt.
-
Vorzugsweise bilden die Induktivitäten zusammen mit der Schalteinheit einen mehrphasigen Leistungsfaktorkorrekturfilter. Der Leistungsfaktorkorrekturfilter kann als Vienna-Filter ausgebildet sein. Die Induktivitäten bilden zusammen mit den Schalterphasen der Schalteinheit den Leistungsfaktorkorrekturfilter. Der Leistungsfaktorkorrekturfilter ist insbesondere dreiphasig ausgebildet (etwa mittels drei Schalterphasen und zugehörigen Induktivitäten), wobei bei einem einphasigen Betrieb der Seriellschalter geschlossen sein kann oder zwei Eingangsphasen miteinander verbunden sein können, etwa mittels eines Querschalters, um so den gleichzurichtenden Strom auf zwei Schalterphasen zu verteilen. Diese werden in diesem letztgenannten Fall vorzugsweise zueinander versetzt angesteuert.
-
Es kann innerhalb der Ladeschaltung eine Steuerung vorgesehen sein. Diese ist ansteuernd insbesondere mit dem Seriellschalter verbunden. Falls vorhanden, kann die Steuerung auch ansteuernd mit dem Querschalter verbunden sein. Die Steuerung ist vorzugsweise eingerichtet, in einem ersten Einphasen-Ladezustand den Seriellschalter in einen geschlossenen Zustand anzusteuern. Es kann ein weiterer Einphasen-Ladezustand vorgesehen sein, bei dem die Steuerung den Seriellschalter in offenen Zustand ansteuert. Durch die Ansteuerung des Seriellschalters in dem geschlossenen Zustand ist die Steuerung in der Lage, die erste und die zweite Induktivität (der ersten und zweiten Phasen des Gleichrichters) seriell zu schalten. Hierdurch kann über die erste Phase, d. h. über die erste Eingangsphase des Gleichrichters ein einphasiger Wechselstrom eingespeist werden, der von der zweiten Schalterphase der Schalteinheit des Gleichrichters gesteuert gleichgerichtet wird. Die Steuerung ist vorzugsweise auch ansteuernd mit der Schalteinheit bzw. mit deren Schalterphasen verbunden.
-
Die Ladeschaltung kann ferner wie erwähnt einen Querschalter umfassen. Dieser Querschalter verbindet die erste Eingangsphase mit der zweiten Eingangsphase des Gleichrichters (in schaltbarer Weise). Dadurch kann ein einphasiger Strom durch die Parallelschaltung der beiden betreffenden Phasen des Gleichrichters von zwei Phasen gleichgerichtet werden (die vorzugsweise hierbei versetzt zueinander angesteuert werden). Vorzugsweise ist die Steuerung auch ansteuernd mit dem Querschalter verbunden. Die Steuerung ist eingerichtet, in einem zweiten Einphasen-Ladezustand den Querschalter in einem geschlossenen Zustand anzusteuern. Die Steuerung ist eingerichtet, im ersten Einphasen-Ladezustand den Querschalter in einem offenen Zustand anzusteuern. Die Steuerung ist vorzugsweise ferner eingerichtet, in dem zweiten Einphasen-Ladenzustand den Seriellschalter in einem offenen Zustand anzusteuern. Bezogen auf den ersten und zweiten Einphasen-Ladezustand werden der Seriellschalter und der Querschalter wechselweise in dem geschlossenen Zustand vorgesehen.
-
Der erste Einphasen-Ladezustand kann auch als Geringleistungs-Einphasen-Ladezustand bezeichnet werden (da in diesem Fall nur eine der Schalterphasen aktiv ist). Der zweite Einphasen-Ladezustand kann auch als Hochleistungs-Einphasen-Ladezustand bezeichnet werden, da in diesem zwei Schalterphasen aktiv sind und somit auch zwei Schalterphasen den eingespeisten Wechselstrom tragen können.
-
Die Steuerung ist vorzugsweise auch ansteuernd mit der Schalteinheit verbunden. Insbesondere ist die Steuerung mit den Schalterphasen der Schalteinheit verbunden. Die Schalterphasen sind hierbei einzeln mit den Induktivitäten verbunden. Jede Schalterphase ist über eine eigene Induktivität mit einer eigenen (der betreffenden Schalterphase zugeordneten) Eingangsphase des Gleichrichters verbunden. Eine erste Schalterphase ist über die erste Induktivität mit der ersten Eingangsphase verbunden. Eine zweite Schalterphase ist über die zweite Induktivität mit der zweiten Eingangsphase des Gleichrichters verbunden. Bei einer dreiphasigen Ausbildung ist die dritte Schalterphase über die dritte Induktivität mit einer dritten Eingangsphase des Gleichrichters verbunden. Die Eingangsphasen des Gleichrichters bilden hierbei einen dreiphasigen Eingang des Gleichrichters.
-
Die Steuerung kann eingerichtet sein, im zweiten Einphasen-Ladezustand die Schalterphasen getaktet anzusteuern und insbesondere zueinander zeitlich versetzt anzusteuern. Die Ansteuerung der Schalterphasen ist gemäß einem zeitlichen Versatz zueinander versetzt. Der Versatz bezieht sich auf beispielsweise ansteigende oder fallende Taktflanken. Der Versatz entspricht vorzugsweise einer Taktperiode geteilt durch die Anzahl der getaktet angesteuerten Wandlerphasen, insbesondere zwei Wandlerphasen, bei geschlossenen Querschalter. Insbesondere werden die Schalterphasen zueinander zeitlich gleichverteilt angesteuert. Insbesondere sind die Schalterphasen zueinander 120° versetzt, wenn drei Schalterphasen aktiv sind. Im ersten Einphasen-Ladezustand ist nur eine Schalterphase aktiv. Im zweiten Einphasen-Ladezustand sind zwei Schalterphasen aktiv, jedoch nicht eine dritte Schalterphase, die ggf. vorliegt. In einem Dreiphasen-Ladezustand sind alle drei Schalterphasen aktiv. Die Steuerung ist eingerichtet, die Ansteuerung der Schalterphasen auszuführen.
-
In einer spezifischen Ausführungsform weist die Ladeschaltung eine Steuerung auf, die ansteuernd mit dem Serienschalter verbunden ist und die eingerichtet ist, den ersten Einphasen-Ladezustand oder den Dreiphasen-Ladezustand herzustellen.
-
Hierzu kann die Ladeschaltung Trennschalter aufweisen (vorzugsweise jeweils einen Trennschalter pro Phase, verbunden mit einem dreiphasig ausgestalteten Wechselspannungsanschluss). Die Steuerung kann eingerichtet sein, ansteuernd mit den Trennschaltern verbunden zu sein. Ferner kann die Steuerung eingerichtet sein, die Trennschalter (alle) zu schließen, wenn der Dreiphasen-Ladezustand vorliegt, und einen Trennschalter zu schließen sowie die anderen Trennschalter zu öffnen, wenn der erste Einphasen-Ladezustand vorliegt. Dies der zu schließende Trennschalter ist vorzugsweise derjenige, welcher über eine betreffende Induktivität mit dem Serienschalter verbunden ist. In dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass kein Querschalter vorliegt. Zudem kann vorgesehen sein, dass die Steuerung nicht zur Ausführung des zweiten Einphasen-Ladezustands ausgebildet ist.
-
Die Ladeschaltung umfasst ferner vorzugsweise einen Wechselspannungsanschluss. Dieser ist mehrphasig und insbesondere dreiphasig ausgestaltet. Zudem kann die Ladeschaltung einen ersten und einen zweiten Trennschalter aufweisen, vorzugsweise jeweils einen Trennschalter pro Wechselspannungsanschluss. Die Trennschalter sind dem Wechselspannungsanschluss nachgeschaltet (in Richtung des Gleichrichters). Der erste Trennschalter verbindet schaltbar eine erste Phase des Wechselspannungsanschlusses mit der ersten Eingangsphase des Gleichrichters. Der zweite Trennschalter verbindet schaltbar eine zweite Phase des Wechselspannungsanschlusses mit der zweiten Eingangsphase des Gleichrichters. Bei einer dreiphasigen Ausführung ist ein dritter Trennschalter vorgesehen, der die dritte Phase des Wechselspannungsanschlusses mit der dritten Eingangsphase des Gleichrichters schaltbar verbindet. Die Trennschalter sind zwischen dem Wechselspannungsanschluss und dem Querschalter, dem Seriellschalter oder den Quer- und den Seriellschalter vorgesehen. Von dem Wechselspannungsanschluss aus gesehen sind der Gleichrichter sowie auch der Quer- und/oder Seriellschalter den Trennschaltern nachgeschaltet.
-
Der erste Trennschalter ist vorzugsweise zwischen dem an die erste Induktivität angeschlossene Seriellschalter und den Wechselspannungsanschluss bzw. dessen erster Phase angeordnet. Ist der erste Trennschalter geöffnet, dann ist auch der Querschalter bzw. der Seriellschalter von der ersten Phase des Wechselspannungsanschlusses (an die der erste Trennschalter angeschlossen ist) getrennt.
-
In dem ersten Einphasen-Ladezustand ist der Seriellschalter geschlossen. Falls vorhanden, ist der Querschalter geöffnet. Ferner ist im ersten Einphasen-Ladezustand die erste Schalterphase inaktiv und die zweite Schalterphase aktiv. Falls vorhanden wäre eine dritte Schalterphase inaktiv. In dem ersten Einphasen-Ladezustand ist der erste Trennschalter geschlossen und der zweite Trennschalter geöffnet. Dadurch kann über die erste Phase des Wechselspannungsanschlusses ein einphasiger Wechselstrom eingeprägt werden, die die erste und die zweite Induktivität (in Serie zueinander durchfließt). Der Strom wird der zweiten Schalterphase zugeführt, die aktiv ist.
-
Im zweiten Einphasen-Ladezustand ist der Querschalter geschlossen, der Seriellschalter geöffnet und der erste Trennschalter geschlossen. Der zweite und ein ggf. vorhandener dritter Trennschalter wären geöffnet. Dadurch kann über die erste Phase des Wechselspannungsanschlusses ein Wechselstrom eingebracht werden, der über den geschlossenen Querschalter auf zwei Phasen des Gleichrichters verteilt wird. Insbesondere wird der Wechselstrom parallel über die erste und die zweite Induktivität der ersten und zweiten Schalterphase der Schalteinheit des Gleichrichters zugeführt. Die Schalterphasen arbeiten hierbei zueinander versetzt, um so nicht gleichzeitig Schaltflanken zu erzeugen, sondern um die durch das getaktete Schalten erzeugten Wechselkomponenten zeitlich zu verteilen.
-
Der erste Einphasen-Ladezustand kann für Leistungen bis 3.6 kW verwendet werden, während sich der zweite Einphasen-Ladezustand für Leistungen zwischen 3.6 und 7.2 bzw. 7.3 kW eignet. Dies bezieht sich auf ein 230 Volt-Versorgungsnetz bzw. auf eine Wechselspannung mit einer effektiven Spannung von 230 V an dem Wechselspannungsansch luss.
-
Vorzugsweise hat der Wechselspannungsanschluss einen Neutralleiterkontakt, welcher (direkt und nicht über eine Induktivität) der Schalteinheit zugeführt wird. Beim einphasigen Laden wird eine Ladespannung über die betreffende Phase, insbesondere die erste Phase des Wechselspannungsanschlusses und über den Neutralleiterkontakt eingespeist.
-
Wie erwähnt kann der Gleichrichter dreiphasig ausgebildet sein. Es kann daher innerhalb der Ladespeisung eine dritte Induktivität vorgesehen sein. Die Schalteinheit über die dritte Induktivität mit einer dritten Eingangsphase des Gleichrichters verbunden. Insbesondere verfügt die Schalteinheit über eine dritte Schalterphase, die über die dritte Induktivität mit der dritten Eingangsphase des Gleichrichters verbunden ist. Der Wechselspannungsanschluss verfügt hierbei über drei Phasen, wobei die dritte Phase über einen dritten Trennschalter mit der dritten Induktivität verbunden ist. In einem Dreiphasen-Ladezustand sind alle drei Trennschalter geschlossen, der Querschalter ist geöffnet (falls vorhanden), der Seriellschalter ist ebenso geöffnet und alle drei Schalterphasen der Schalteinheit sind aktiv (d. h. werden aktiv getaktet). Im Dreiphasen-Ladezustand werden alle drei Schalterphasen zueinander versetzt getaktet angesteuert. Der Versatz beträgt vorzugsweise 120°.
-
Jede Schalterphase kann zusammen mit der daran angeschlossenen Induktivität als Wandlerphase bezeichnet werden. Die Induktivitäten sind vorzugsweise gleich ausgelegt. Dies gilt insbesondere auch für die Schalterphasen. Ebenso sind die Trennschalter vorzugsweise gleich ausgelegt.
-
Die Trennschalter können elektromechanisch oder als Halbleiterschalter ausgebildet sein. Die Schaltphasen umfassen vorzugsweise Halbleiterschalter bzw. Schalter, die zum getakteten Schalten ausgebildet sind. Durch das Takten lässt sich insbesondere durch eine Pulsweitenmodulation ein gesteuertes Gleichrichten ausführen und vorzugsweise mit den Induktivitäten zusammen eine Hochsetzfunktion innerhalb des Gleichrichters ausführen. Dies wird insbesondere bei einer Ausbildung des Gleichrichters als Vienna-Filter bzw. als Leistungsfaktorkorrekturfilter.
-
Die Ladeschaltung ist vorzugsweise eine fahrzeugseitige Ladeschaltung. Es kann ein Fahrzeugbordnetz vorgesehen sein, dass eine Ladeschaltung wie hier beschrieben aufweist.
-
Das Fahrzeugbordnetz kann einen Akkumulator aufweisen, insbesondere ein Hochvoltakkumulator, wie ein Lithium-Hochvoltakkumulator. Der Akkumulator kann als Traktionsakkumulator ausgebildet sein. Der Akkumulator ist entweder direkt (d. h. wandlerfrei) oder über einen Gleichspannungswandler mit dem Gleichspannungsanschluss verbunden. Ein entsprechender Gleichspannungswandler, falls vorhanden, ist Teil des Fahrzeugbordnetzes. Zwischen Gleichspannungsanschluss und Akkumulator können Trennschalter vorgesehen sein. Alternativ oder in Kombination hiermit können auch Sicherungen und/oder Filter dort vorgesehen sein. Der Gleichspannungsanschluss umfasst zwei Pole, nämlich einen positiven und einen negativen Pol.
-
Der Wechselspannungsanschluss ist vorzugsweise gemäß einem Standard für elektrisches Laden ausgebildet. Der Wechselspannungsanschluss kann als eine Steckbuchse ausgebildet sein, die vorzugsweise eingerichtet ist, in der Außenhaut eines Fahrzeug angebracht zu werden.
-
Die hier beschriebene Ladeschaltung kann unidirektional oder auch bidirektional ausgebildet sein. Bei letztgenannter Möglichkeit ist der Gleichrichter ausgebildet, aus einer am Gleichspannungsanschluss anliegenden Spannung eine Wechselspannung zu erzeugen (vorzugsweise dreiphasig oder einphasig), wobei über die Induktivitäten diese Wechselspannung an den Wechselspannungsanschluss abgegeben wird.
-
Die 1 dient zur schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
-
In der 1 ist eine Ladeschaltung LS dargestellt, die über einen Wechselspannungsanschluss WA an eine dreiphasige Wechselspannungsquelle SQ angeschlossen ist. Die Spannungsquelle SQ kann beispielsweise ein öffentliches Versorgungsnetz sein. Der Wechselspannungsanschluss WA ist mit drei Phasen P1, P2, P3 ausgestaltet. Ein evtl. vorhandener Neutralleiter würde sich über einen Neutralleiteranschluss ausgehend vom Sternpunkt der Spannungsquelle zur Ladeschaltung LS und insbesondere zu einer Schalteinheit GE eines Gleichrichters GR der Ladeschaltung LS erstrecken.
-
Die Ladeschaltung LS weist einen Gleichrichter GR auf, der über eine Schalteinheit GE verfügt. Die Schalteinheit GE ist dreiphasig ausgeführt und umfasst drei Schalterphasen G1 bis G3. Diese sind rein schematisch dargestellt. Die Schalteinheit GE hat gleichrichtende Funktion. Der Gleichrichter GR umfasst ferner eine erste Induktivität L1, eine zweite Induktivität L2 und eine dritte Induktivität L3. Der Gleichrichter umfasst ferner einen Eingang in Form von drei Eingangsphasen W1 bis W3, die jeweils über eine eigene Induktivität L1 bis L3 mit der Schalteinheit verbunden sind. Insbesondere ist jede Schalterphase G1 bis G3 der Schalteinheit GE mit einer zugehörigen Induktivität L1 bis L3 verbunden, die zu dem Eingang bzw. zur betreffenden Eingangsphase W1 bis W3 führt. Die Schalteinheit ist eine Halbleiter-Schalteinheit. Die Schalteinheit ist zum getakteten Schalten ausgestattet, etwa mit einer Schaltfrequenz > 50 Hz.
-
Um die eingangs erwähnte Seriellschaltung der ersten Induktivität L1 und der zweiten Induktivität L2 zu ermöglichen, ist ein Seriellschalter SL vorgesehen. Dieser verbindet die erste Schalterphase G1 bzw. den Verbindungspunkt zwischen der ersten Induktivität L1 und der Schalterphase G1 (somit den Eingang der ersten Schalterphase G1) schaltbar mit der Induktivität L2. Insbesondere verbindet der Seriellschalter SL die erste Induktivität L1 mit der zweiten Induktivität L2 derart, dass diese in Serie geschaltet sind. Die erste Phase P1 des Wechselspannungsanschlusses WA ist (über einen Trennschalter S1) über die erste Induktivität L1 mit dem Seriellschalter SL verbunden, der wiederum über die zweite Induktivität L2 mit der zweiten Schalterphase G2 verbunden ist. Mit anderen Worten ist die erste Phase P1 des Wechselspannungsanschlusses über die erste Induktivität, den Seriellschalter SL und die zweite Induktivität mit der Schalteinheit GE und insbesondere mit dessen erster Schalterphase G1 verbunden.
-
Dies gilt, wenn der Seriellschalter SL geschlossen ist. Ist dies der Fall, dann kann an der ersten Phase P1 des Wechselspannungsanschlusses WA eine einphasige Spannung angelegt werden, die sowohl über die erste Induktivität L1 als auch über die zweite Induktivität L2 geführt wird, wobei die beiden Induktivitäten in Serie geschaltet sind (mittels des Seriellschalters SL). Die Induktivitätswerte der ersten und der zweiten Induktivität L1 und L2 addieren sich hierbei. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Filterwirkung, so dass die zweite Schalterphase G2 (getaktet angesteuert) nur geringere Rückwirkungen hinsichtlich des Wechselspannungsanteils auf die erste Phase P1 hat.
-
Weiterhin umfasst die dargestellte Ausführungsform einen Querschalter SQ. Dieser verbindet die erste Phase W1 des Gleichrichters mit der zweiten Phase W2 des Gleichrichters. Der Querschalter SQ ist zwischen den Trennschaltern S1, S2 einerseits und den Induktivitäten L1, L2 andererseits vorgesehen. Ist der Trennschalter S1 geschlossen (und der Trennschalter S2, S3 geöffnet), dann verteilt der Querschalter SQ den über die Phase P1 eingeprägten Strom auf die beiden Induktivitäten L1 und L2 sowie über die Schalterphasen G1 und G2. Diese werden dann vorzugsweise zueinander zeitlich versetzt getaktet.
-
Auf der Wechselspannungsseite der Schalteinheit GE des Gleichrichters GR sind die Induktivitäten angeschlossen, welche zu dem Wechselspannungsanschluss führen bzw. zum Eingang des Gleichrichters W1 bis W3. Auf der Gleichspannungsseite des Gleichrichter GR bzw. der Schalteinheit GE schließt sich ein Gleichspannungsanschluss mit den Kontakten A+ und A- an. Die beiden Kontakte umfassen einen positiven und einen negativen Kontakt und sind für positive und negative Potentiale vorgesehen. An den Gleichspannungsanschluss A+, A- kann eine Batterie angeschlossen werden, entweder direkt oder über einen Gleichspannungswandler.
-
In der 1 ist ferner eine Steuerung C dargestellt, die ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Die Steuerung C ist Ansteuerung mit den Trennschaltern S1 bis S3, mit dem Querschalter SQ, mit dem Seriellschalter SL sowie mit der Schalteinheit GE (bzw. deren Schalterphasen G1 bis G3) ansteuernd verbunden.
-
In einem ersten Einphasen-Ladezustand steuert die Steuerung C den Schalter S1 geschlossen an, und die Schalter S2, S3 geöffnet an. In diesem Zustand steuert die Steuerung C den Querschalter SQ offen an und den Seriellschalter SL in geschlossenen Zustand an. Zudem steuert die Steuerung C in diesem Zustand die zweite Schalterphase G2 getaktet an, während die Schalterphasen G1 und G3 inaktiv angesteuert werden. Als inaktive Ansteuerung wird eine Ansteuerung bezeichnet, bei der betreffende Schalter der Schalterphase mit offenen Zustand angesteuert werden. In diesem Zustand kann einphasig Wechselstrom über die Phase P1 eingespeist werden, wobei der Strom über L1 und L2 der zweiten Schalterphase G2 zugeführt wird, welche gleichrichtend (und zusammen mit den Induktivitäten L1 und L2 hochsetzen) arbeitet.
-
In einem zweiten Einphasen-Ladezustand ist S1 oder S2 geschlossen, während S2 oder S1 geöffnet sind. Insbesondere kann entweder S1 offen und S2 geschlossen sein, oder es kann S1 geschlossen und S2 geöffnet sein. Der Schalter S3 ist hierbei vorzugsweise in einem offenen Zustand. Der Schalter SQ ist geschlossen, während der Schalter SL geöffnet bleibt. Die Steuerung C ist eingerichtet, die betreffenden Schalter entsprechend anzusteuern. Ferner ist die Steuerung C eingerichtet, in diesen zweiten Einphasen-Ladezustand die Schalterphasen G1 und G2 aktiv anzusteuern, insbesondere zueinander zeitlich versetzt. Die Steuerung ist in diesem Zustand eingerichtet, die dritte Schalterphase G3 in einen inaktiven Zustand zu versetzen. Hierbei kann über P1 oder über P2 einphasig eine Wechselspannung eingebracht werden, die über SQ parallel an die erste und zweite Induktivität L1 und L2 verteilt wird. Die jeweils aktiven Schalterphasen G1 und G2 der Schaltereinheit GE dienen dann zur Gleichrichtung und, zusammen mit den Induktivitäten L1 und L2, als Hochsetzsteller. Dadurch wird eine Gleichspannung an den Gleichspannungsanschluss A+, A- erzeugt.
-
Die Steuerung C ist eingerichtet, bei einer Leistungsanforderung über einer vorgegebenen Schwelle den zweiten Einphasen-Ladezustand vorzusehen, und unterhalb der Schwelle den Einphasen-Ladezustand vorzusehen. Es kann eine weitere Schwelle vorgesehen sein, unterhalb der ein Einphasen-Ladenzustand ausgeführt wird, und oberhalb der ein Dreiphasen-Ladezustand ausgeführt wird. Die erstgenannte Schwelle kann bei 3.6 kW liegen, während die zweite Schwelle bei 7.2, 7.3 oder 7.4 kW liegen kann. Diese Angaben beziehen sich auf eine Effektivspannung (einphasig) von 230 V.
-
In einem Dreiphasen-Ladezustand sind die Schalter S1 bis S3 geschlossen, die Schalter SQ, SL geöffnet und die Schalterphasen G1 bis G3 sind in aktiven Zustand. Hierbei wird ein dreiphasiger Wechselstrom über den Wechselspannungsanschluss WA bzw. über deren drei Phasen P1 bis P3 individuell an die Induktivitäten L1 bis L3 abgegeben, die diesen weiterleiten an die Schalteinheit GE. Diese wandelt dann dreiphasig den sowohl den Wechselstrom in eine Gleichspannung um, um diese an den Gleichspannungsanschluss A+, A- abzugeben. Die Steuerung ist eingerichtet, die Schalter im Dreiphasen-Ladezustand entsprechend anzusteuern.
-
Die Steuerung kann einen Eingang aufweisen, an dem diese eine Sollleistung oder einen Sollladezustand empfangen kann. Bei einer Sollleistung wird dieser mit zumindest einer der vorangehend genannten Schwellen verglichen und der entsprechende Zustand wird eingestellt. Wird der Zustand vorgegeben, so stellt die Steuerung C diesen Zustand ein. Die Steuerung kann ferner für weitere Zustände ausgelegt sein, beispielsweise für einen Fehler-Zustand oder einen Inaktiv-Zustand.
-
Der dargestellte Wechselspannungsanschluss WA kann ferner einen Neutralleiterkontakt aufweisen (nicht dargestellt), der vorzugsweise ohne eine weitere Induktivität mit der Schalteinheit GE verbunden ist.
-
Wie erwähnt kann die Steuerung C mehrteilig ausgebildet sein, beispielsweise mit einem Teil zur Ansteuerung der Schalteinheit GE und einem weiteren Teil zur Ansteuerung der Schalter SL und SQ bzw. der Schalter S1 bis S3. Es können verschiedene Teile vorgesehen sein, die zum einen die Schalter S1 bis S3 ansteuern und zum anderen die Schalter SQ und SL ansteuern. Es kann eine hierarchisch übergeordnete Steuerungsvorrichtung vorgesehen sein, die die entsprechenden Teile der Steuerung C ansteuert vorzugsweise unter Berücksichtigung der vorangehend genannten Zustände.
-
Es kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Steuerung nur zur Einstellung des ersten Einphasen-Ladezustands und des Dreiphasen-Ladezustands eingerichtet ist, nicht aber zur Einstellung des zweiten Einphasen-Ladezustands. Eine derartige Ausführungsform umfasst keinen Querschalter SQ.
