DE102019201706A1 - Vehicle-side charging circuit - Google Patents
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Abstract
Eine Fahrzeugseitige Ladeschaltung (LS) mit einem steuerbaren Gleichrichter (V), und mehreren Energiespeichern (C1, C2; B1, B2) weist eine Konfigurationsschaltung (K) auf, die die Energiespeicher auswählbar in einer seriellen oder parallelen Konfiguration verbindet (C1, C2; B1, B2). Die mehreren Energiespeicher (C1, C2; B1, B2) sind über die Konfigurationsschaltung (K) mit dem steuerbaren Gleichrichter (V, BG) verbunden. Der steuerbare Gleichrichter (V, BG) weist mindestens eine Schalterzelle (Z1 - Z3) auf. Mindestens eine der Schalterzellen (Z1 - Z3) ist steuerbar und weist jeweils mindestens einen schaltbaren Halbbrückenzweig (SH1 - SH3; S1, S3, S5) auf.A vehicle-side charging circuit (LS) with a controllable rectifier (V) and a plurality of energy stores (C1, C2; B1, B2) has a configuration circuit (K) that connects the energy stores selectably in a serial or parallel configuration (C1, C2; B1, B2). The multiple energy stores (C1, C2; B1, B2) are connected to the controllable rectifier (V, BG) via the configuration circuit (K). The controllable rectifier (V, BG) has at least one switch cell (Z1-Z3). At least one of the switch cells (Z1-Z3) can be controlled and each has at least one switchable half-bridge branch (SH1-SH3; S1, S3, S5).
Description
Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, das heißt rein elektrisch fahrende Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge, weisen einen Akkumulator auf. Es ist bekannt, mittels einer Wechselstrom-Ladesäule elektrische Leistung an den Akkumulator zu übertragen, um diesen aufzuladen. Hierbei werden hohe Spannungen verwendet, so dass sich die Notwendigkeit des Schutzes vor zu hoher Berührspannung ergibt, um zu gewährleisten, dass ein Nutzer bei Berührung des Chassis oder anderer Teile des Fahrzeugs keine Schäden erleidet, falls etwa ein Isolationsfehler besteht. Eine Gefahr ergibt sich nicht nur durch die Spannungsquelle der externen Ladestation, sondern auch durch Energiespeicher innerhalb des Bordnetzes, etwa (Zwischenkreis-)Kondensatoren oder durch einen Hochvoltakkumulator. Mechanismen zur elektrischen Abtrennung der letztgenannten, fahrzeugseitigen Komponenten erfordern zusätzliche Bauelemente wie Trennschalter, so dass es eine Aufgabe ist, eine Gefahr durch fahrzeugseitige Spannungsquellen in kostengünstiger Weise zu unterbinden.Vehicles with an electric drive, that is, vehicles that drive purely electrically and hybrid vehicles, have an accumulator. It is known to transfer electrical power to the accumulator by means of an alternating current charging station in order to charge it. High voltages are used here, so that it is necessary to protect against excessively high contact voltage in order to ensure that a user does not suffer any damage when touching the chassis or other parts of the vehicle in the event of an insulation fault. A danger arises not only from the voltage source of the external charging station, but also from energy storage devices within the on-board network, such as (intermediate circuit) capacitors or a high-voltage accumulator. Mechanisms for the electrical separation of the last-mentioned, vehicle-side components require additional components such as disconnectors, so that it is a task to prevent danger from voltage sources on the vehicle side in a cost-effective manner.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Weitere Merkmale, Ausführungsformen, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Figuren.This problem is solved by the subject matter of the independent claim. Further features, embodiments, properties and advantages emerge from the dependent claims, the description and the figures.
Es wird vorgeschlagen, eine Ladeschaltung mit einem Gleichrichter auszustatten, der mindestens einen schaltbaren Halbrückenzweig aufweist. Die Energiespeicher (von denen die Gefahr der zu hohen Berührspannung ausgeht) sind über eine Konfigurationsschaltung mit dem Vienna-Gleichrichter verbunden. Mittels der Konfigurationsschaltung (insbesondere deren Schaltern) und dem mindestens einen schaltbaren Halbbrückenzweig ist es möglich, die Energiespeicher abzutrennen, um so eine Übertragung von gefährlicher Berührspannung etwa an Chassis-Teile eines Fahrzeugs zu vermeiden. Insbesondere können dadurch die Energiespeicher von einem Wechselspannungsanschluss abgetrennt werden, der an dem Vienna-Gleichrichter (bzw. an dessen Wechselspannungsseite) angeschlossen ist. Durch die Ausbildung mindestens eines Halbbrückenzweigs als steuerbarer Halbbrückenzweig (anstatt einer Realisierung mittels Dioden) und durch die Verwendung von Schaltern der Konfigurationsschaltung kann eine effiziente Abtrennung der Energiespeicher ermöglicht werden, indem diese schaltbaren Komponenten in einen offenen Schaltzustand versetzt werden.It is proposed to equip a charging circuit with a rectifier which has at least one switchable half-bridge branch. The energy stores (from which there is a risk of excessive contact voltage) are connected to the Vienna rectifier via a configuration circuit. By means of the configuration circuit (in particular its switches) and the at least one switchable half-bridge branch, it is possible to disconnect the energy storage device in order to prevent dangerous contact voltage from being transmitted, for example, to chassis parts of a vehicle. In particular, the energy storage device can thereby be separated from an AC voltage connection which is connected to the Vienna rectifier (or to its AC voltage side). The formation of at least one half-bridge branch as a controllable half-bridge branch (instead of implementation using diodes) and the use of switches in the configuration circuit enable the energy storage devices to be efficiently disconnected by putting these switchable components in an open switching state.
Es werden somit die gleichen oder leicht modifizierte Komponenten verwendet, die ohnehin zur Ausführung einer anderen Funktion vorhanden sind. Im Falle der Schalter der Konfigurationsschaltung ist diese andere Funktion die Konfigurierung der Energiespeicher (in paralleler oder serieller Konfiguration). Der schaltbare Halbbrückenzweig hat diesbezüglich neben der abtrennenden Funktion die gleichrichtende Funktion im Rahmen des üblichen (d.h. gleichrichtenden) Betriebs des Vienna-Gleichrichters.The same or slightly modified components are therefore used that are already available for performing a different function. In the case of the switches of the configuration circuit, this other function is the configuration of the energy stores (in parallel or serial configuration). In this regard, the switchable half-bridge branch has, in addition to its isolating function, the rectifying function within the scope of the usual (i.e. rectifying) operation of the Vienna rectifier.
Es wird somit eine fahrzeugseitige Ladeschaltung vorgeschlagen, die einen steuerbaren (d.h. aktiven) Gleichrichter aufweist. Ferner weist die Ladeschaltung mehrere Energiespeicher und eine Konfigurationsschaltung auf. Die Konfigurationsschaltung verbindet die Energiespeicher auswählbar in einer seriellen oder parallelen Konfiguration. Die Konfigurationsschaltung umfasst Schalter, die abhängig von der gewählten Konfiguration offen oder geschlossen sind. Ferner können die Schalter der Konfigurationsschaltung einen offenen Zustand aufweisen, wenn eine Abtrennung erwünscht ist bzw. wenn ein entsprechendes Abtrennungssignal vorliegt. Durch den letztgenannten Fall werden die Schalter der Konfigurationsschaltung auch dazu verwendet, die Energiespeicher abzutrennen.A vehicle-mounted charging circuit is therefore proposed which has a controllable (i.e. active) rectifier. Furthermore, the charging circuit has a plurality of energy stores and a configuration circuit. The configuration circuit connects the energy storage devices in a selectable serial or parallel configuration. The configuration circuit includes switches that are open or closed depending on the selected configuration. Furthermore, the switches of the configuration circuit can have an open state when disconnection is desired or when a corresponding disconnection signal is present. In the latter case, the switches of the configuration circuit are also used to disconnect the energy stores.
Der Gleichrichter umfasst Schalterzellen. Der Gleichrichter ist vorzugsweise mehrphasig ausgestaltet. Jede Phase weist eine Schalterzelle auf. Jede Schalterzelle kann als Vollwellen-Brückengleichrichter aufgebaut sein, insbesondere bei der Ausgestaltung des Gleichrichters als Vienna-Gleichrichter. Bei einer Ausgestaltung als schaltbarer Brückengleichrichter ist jede Schalterzelle als steuerbarer Halbbrückenzweig ausgebildet; es ergibt sich eine Halbbrücke als Schalterzelle. Der Brückengleichrichter ist zumindest teilweise gesteuert, etwa in Form einer halbgesteuerten Brückenschaltung, insbesondere bei Ausgestaltung als Vienna-Gleichrichter. Bei Ausgestaltung als Brückengleichrichter sind die Schalterzellen bzw. deren Halbbrückenzweige steuerbar. Jede Schalterzelle kann (vorzugsweise bei Ausgestaltungen als Vienna-Gleichrichter) insbesondere als einphasige symmetrische Brückenschaltung oder als vollgesteuerte Brückenschaltung ausgebildet sein. Dies gilt (vorzugsweise bei Ausgestaltungen als Vienna-Gleichrichter) für jede der Schalterzellen.The rectifier includes switch cells. The rectifier is preferably designed in a multi-phase manner. Each phase has a switch cell. Each switch cell can be constructed as a full-wave bridge rectifier, in particular when the rectifier is designed as a Vienna rectifier. In an embodiment as a switchable bridge rectifier, each switch cell is designed as a controllable half-bridge branch; there is a half bridge as a switch cell. The bridge rectifier is at least partially controlled, for example in the form of a semi-controlled bridge circuit, especially when designed as a Vienna rectifier. When configured as a bridge rectifier, the switch cells or their half-bridge branches can be controlled. Each switch cell can (preferably in the case of designs as Vienna rectifiers) in particular be designed as a single-phase symmetrical bridge circuit or as a fully controlled bridge circuit. This applies (preferably in designs as Vienna rectifiers) for each of the switch cells.
Die steuerbaren Schaltelemente der Schalterzellen können daher in einem geschlossenen Zustand eingerichtet sein, den Strom zu leiten, entweder in eine Richtung, während die entgegengesetzte Richtung gesperrt ist. Die Schaltelemente können eingerichtet sein, in einem Aus-Zustand einen Stromfluss in beide Richtungen zu sperren. Als steuerbare Schaltelemente können insbesondere Halbleiterschalter wie Thyristoren in Betracht. Es sind ferner TRIACs einsetzbar. Bei der Verwendung von Transistoren als steuerbare Schaltelemente sind diese vorzugsweise entweder ohne Inversdiode ausgestaltet oder ein Schaltelement ist durch ein Paar antiseriell verbundener Transistoren (mit Inversdiode) ausgebildet oder ein Schaltelement wird durch einen Transistor (mit Inversdiode) und einer nachgeschalteten Diode (individuell für jedes Schaltelement oder als den Schalterzellen nachgeschaltete, gemeinsame Diode) gebildet. Als Transistoren kommen insbesondere MOSFETs oder IGBTs in Betracht.The controllable switching elements of the switch cells can therefore be set up in a closed state to conduct the current, either in one direction, while the opposite direction is blocked. The switching elements can be set up to block a current flow in both directions in an off state. In particular, semiconductor switches such as thyristors can be considered as controllable switching elements. TRIACs can also be used. When using transistors as controllable switching elements, these are preferably either without an inverse diode or a switching element is formed by a pair of transistors connected in reverse series (with inverse diode) or a switching element is formed by a transistor (with inverse diode) and a downstream diode (individually for each switching element or as a common diode downstream of the switch cells). In particular, MOSFETs or IGBTs come into consideration as transistors.
Wie erwähnt weisen die Schalterzellen jeweils mindestens einen schaltbaren Halbbrückenzweig auf. Dieser Halbbrückenzweig ist vorzugsweise bei einem Vienna-Gleichrichter derjenige, welcher einem Wechselspannungsanschluss zugewandt ist. Der Wechselspannungsanschluss ist über den Gleichrichter mit der Konfigurationsschaltung verbunden. Bei Schalterzellen eines Vienna-Gleichrichters, die als Vollbrücken ausgestaltet sind, kann der andere Halbbrückenzweig als nicht schaltbarer Halbbrückenzweig (aus Dioden) ausgebildet sein, oder kann ebenfalls als schaltbarer Halbbrückenzweig ausgebildet sein. Der letztgenannte Halbbrückenzweig ist derjenige, welcher der Konfigurationsschaltung zugewandt ist bzw. mit dem Kurzschlusspunkt verbunden ist. Jede Schalterzelle hat bei einem Vienna-Gleichrichter als Gleichrichter somit zwei Halbbrückenzweige (insbesondere einen ersten, der dem Wechselspannungsanschluss zugewandt ist und einen zweiten, der dem Kurzschlusspunkt, der Konfigurationsschaltung bzw. den Energiespeichern zugewandt ist), die zusammen auch als Vollbrücke (oder Brückengleichrichter) bezeichnet werden können. Ein erster der Halbbrückenzweige jeder Schalterzelle kann in einer Wechselstromseite des als Vienna-Gleichrichter ausgebildeten Gleichrichter vorgesehen sein, und ein zweiter der Halbbrückenzweige jeder Schalterzelle kann in einer Gleichstromseite des Vienna-Gleichrichters vorgesehen sein. Der Vienna-Gleichrichter ist in einem Beispiel dreiphasig. Dieses Beispiel kann ohne Neutrallleiteranschluss (des Gleichrichters und/oder des Wechselspannungsanschlusses) ausgebildet sein.As mentioned, the switch cells each have at least one switchable half-bridge branch. In a Vienna rectifier, this half-bridge branch is preferably that which faces an AC voltage connection. The AC voltage connection is connected to the configuration circuit via the rectifier. In the case of switch cells of a Vienna rectifier that are designed as full bridges, the other half-bridge arm can be designed as a non-switchable half-bridge arm (made of diodes), or it can also be designed as a switchable half-bridge arm. The last-mentioned half-bridge branch is the one that faces the configuration circuit or is connected to the short-circuit point. With a Vienna rectifier as a rectifier, each switch cell has two half-bridge branches (in particular a first one that faces the AC voltage connection and a second one that faces the short-circuit point, the configuration circuit or the energy storage device), which together also function as a full bridge (or bridge rectifier) can be designated. A first of the half-bridge branches of each switch cell can be provided in an alternating current side of the rectifier designed as a Vienna rectifier, and a second of the half-bridge branches of each switch cell can be provided in a direct current side of the Vienna rectifier. The Vienna rectifier is three-phase in one example. This example can be designed without a neutral conductor connection (of the rectifier and / or the AC voltage connection).
Bei Ausführungsformen, bei denen ein Vienna-Gleichrichter als Gleichrichter verwendet wird, können die Schalterzellen des Vienna-Gleichrichters entweder auf der Wechselstromseite (des Gleichrichters) einen Halbbrückenzweig aufweisen, der schaltbar ist, und einen zweiten Halbbrückenzweig (einer Gleichstromseite des Gleichrichters), der nicht schaltbar ist, oder können einen Halbbrückenzweig auf der Wechselstromseite aufweisen, der schaltbar ist. Die Schalterzellen können ferner auf der Gleichstromseite, d. h. auf der dem Kurzschlusspunkt zugewandten Seite, einen Halbbrückenzweig aufweisen, der schaltbar ist.In embodiments in which a Vienna rectifier is used as the rectifier, the switch cells of the Vienna rectifier can either have a half-bridge arm on the AC side (of the rectifier), which is switchable, and a second half-bridge arm (a DC side of the rectifier) which is not is switchable, or can have a half-bridge branch on the AC side, which is switchable. The switch cells can also be on the direct current side, i.e. H. on the side facing the short-circuit point, have a half-bridge branch that is switchable.
Bei Ausführungsformen, bei denen ein Vienna-Gleichrichter als Gleichrichter verwendet wird, weist jede Schalterzelle des Vienna-Gleichrichters wie üblich einen Transistor auf, der eingerichtet ist, die Schalterzelle (insbesondere die beiden Enden jedes Halbbrückenzweigs, d.h. die beiden Gleichspannungspotentiale/ Ausgangspotentiale des Gleichrichters über zwei Dioden) in geschlossenen Zustand kurzzuschließen. Durch diesen gezielten und vorzugsweise getakteten Kurzschluss kann eine Spannungswandlung erreicht werden, zumal jede Speicherzelle über eine eigene Induktivität mit dem Wechselspannungsanschluss verbunden ist. Jede Schalterzelle ist ferner über eine erste Diode mit einem positiven Spannungspotential und über jeweils eine zweite Diode mit einem negativen Spannungspotential verbunden. Insbesondere ist die Schalterzelle bzw. deren Brückengleichrichter (teilweise oder vollständige gesteuert) über die Dioden mit der Gleichspannungsseite des Vienna-Gleichrichters verbunden. Die Dioden führen zu der Konfigurationsschaltung. Jede Schalterzelle ist über zwei Dioden mit den beiden Potentialen verbunden, an die auch die Konfigurationsschaltung angeschlossen ist. Es können dem Gleichrichter Induktivitäten vorgeschaltet sein (in Richtung Wechselspannungsanschluss) und/oder nachgeschaltet sein (in Richtung Energiespeicher).In embodiments in which a Vienna rectifier is used as a rectifier, each switch cell of the Vienna rectifier has, as usual, a transistor which is set up to transfer the switch cell (in particular the two ends of each half-bridge branch, i.e. the two DC voltage potentials / output potentials of the rectifier two diodes) when closed. A voltage conversion can be achieved by means of this targeted and preferably clocked short circuit, especially since each memory cell is connected to the AC voltage connection via its own inductance. Each switch cell is also connected to a positive voltage potential via a first diode and to a negative voltage potential via a second diode in each case. In particular, the switch cell or its bridge rectifier (partially or fully controlled) is connected to the DC voltage side of the Vienna rectifier via the diodes. The diodes lead to the configuration circuit. Each switch cell is connected to the two potentials to which the configuration circuit is also connected via two diodes. Inductivities can be connected upstream of the rectifier (in the direction of the AC voltage connection) and / or downstream (in the direction of the energy store).
Umfasst bei Ausführungsformen, bei denen ein Vienna-Gleichrichter als Gleichrichter verwendet wird, die Schalterzelle einen schaltbaren Halbbrückenzweig und einen nicht schaltbaren Halbbrückenzweig, so ist der schaltbare Halbbrückenzweig mit dem Wechselspannungsanschluss verbunden. Insbesondere sind die schaltbaren Halbbrückenzweige der Schalterzellen mit jeweils einer Phase des Wechselspannungsanschlusses verbunden. Sind beide Halbbrückenzweige schaltbar ausgebildet, so ist derjenige schaltbare Halbbrückenzweig, der nicht mit dem Wechselspannungsanschluss verbunden ist (d. h. der gegenüberliegende Halbbrückenzweig) mit dem Kurzschlusspunkt (direkt) verbunden. Insbesondere ist hierbei der Verbindungspunkt zwischen den beiden Schaltelementen des Halbbrückenzweigs mit dem Kurzschlusspunkt verbunden.If, in embodiments in which a Vienna rectifier is used as a rectifier, the switch cell comprises a switchable half-bridge branch and a non-switchable half-bridge branch, the switchable half-bridge branch is connected to the AC voltage connection. In particular, the switchable half-bridge branches of the switch cells are each connected to one phase of the AC voltage connection. If both half-bridge branches are designed to be switchable, the switchable half-bridge branch which is not connected to the AC voltage connection (i.e. the opposite half-bridge branch) is (directly) connected to the short-circuit point. In particular, the connection point between the two switching elements of the half-bridge branch is connected to the short-circuit point.
Bei Ausführungsformen, bei denen ein Vienna-Gleichrichter als Gleichrichter verwendet wird, ist der Kurzschlusspunkt des Vienna-Gleichrichters mit den Schalterzellen verbunden. Dies gilt vorzugsweise für alle Schalterzellen des Vienna-Gleichrichters. Somit bildet der Kurzschlusspunkt einen Sammelpunkt.In embodiments in which a Vienna rectifier is used as the rectifier, the short-circuit point of the Vienna rectifier is connected to the switch cells. This preferably applies to all switch cells of the Vienna rectifier. The short-circuit point thus forms a collection point.
Die Schalterzellen des Gleichrichters umfassen jeweils mindestens einen schaltbaren Halbbrückenzweig. Der Gleichrichter kann unidirektional oder bidirektional ausgebildet sein. Die Schaltelemente bzw. die Halbleiterschalteinheiten des mindestens einen schaltbaren Halbbrückenzweigs sind vorzugsweise bidirektional schaltbar, können jedoch - insbesondere bei einem unidirektionalen Gleichrichter - unidirektional schaltbar sein. Bei bidirektionaler Schaltbarkeit eines Schaltelements bzw. einer Halbleiterschalteinheit kann der Stromfluss in beide Richtungen durch das Schaltelement geschaltet werden. Bei unidirektionaler Schaltbarkeit eines Schaltelements bzw. einer Halbleiterschalteinheit kann der Stromfluss in einer Richtung geschaltet werden (vorzugsweise zur Konfigurationsschaltung hin), während das Schaltelement bzw. die Halbleiterschalteinheit in entgegengesetzter Richtung sperrt. Bei einem unidirektionalen Gleichrichter werden vorzugsweise unidirektional schaltbare Schaltelemente bzw. Halbleiterschalteinheiten zur Darstellung des mindestens einen schaltbaren Halbbrückenzweigs verwendet. Derartige Schaltelemente bzw. Halbleiterschalteinheiten können entgegen der schaltbaren Stromrichtung sperrend ausgestaltet sein. Bei einem bidirektionalen Gleichrichter werden vorzugsweise bidirektional schaltbare Schaltelemente bzw. Halbleiterschalteinheiten zur Darstellung des mindestens einen schaltbaren Halbbrückenzweigs verwendet. Ein Schaltelement bzw. eine Halbleiterschalteinheit kann mit einem Halbleiterbauelement oder mit mehreren Halbleiterbauelementen realisiert werden.The switch cells of the rectifier each include at least one switchable half-bridge branch. The rectifier can be unidirectional or bidirectional. The switching elements or the semiconductor switching units of the at least one switchable half-bridge branch can preferably be switched bidirectionally, but can - especially with a unidirectional rectifier - be unidirectional switchable. With bidirectional switchability of a switching element or a semiconductor switching unit, the current flow can be switched in both directions through the switching element. If a switching element or a semiconductor switching unit can be switched unidirectionally, the current flow can be switched in one direction (preferably towards the configuration circuit), while the switching element or the semiconductor switching unit blocks in the opposite direction. In a unidirectional rectifier, unidirectionally switchable switching elements or semiconductor switching units are preferably used to represent the at least one switchable half-bridge branch. Such switching elements or semiconductor switching units can be designed to be blocking against the switchable current direction. In a bidirectional rectifier, bidirectionally switchable switching elements or semiconductor switching units are preferably used to represent the at least one switchable half-bridge branch. A switching element or a semiconductor switching unit can be implemented with one semiconductor component or with a plurality of semiconductor components.
Beispielsweise kann als unidirektional schaltbares Schaltelement (oder Halbleiterschalteinheit) ein (insbesondere zur Konfigurationsschaltung hin steuerbar leitender) Thyristor oder ein Transistor ohne Inversdiode verwendet werden, etwa ein IGBT. Ferner kann als unidirektional schaltbares Schaltelement ein Transistor mit Inversdiode (etwa ein MOSFET) verwendet werden, mit dem eine individuelle oder für mehrere Schaltelemente gemeinsame Diode in Reihe geschaltet ist, deren Sperrrichtung vorzugsweise entgegengesetzt ist zur Sperrrichtung der Inversdiode. Ein unidirektional schaltbares Schaltelement (oder eine entsprechende Halbleiterschalteinheit) leitet gesteuert in eine Richtung (insbesondere in Richtung der Konfigurationsschaltung) und sperrt in entgegengesetzter Richtung.For example, a thyristor (in particular a controllably conductive towards the configuration circuit) or a transistor without an inverse diode, such as an IGBT, can be used as a unidirectional switchable switching element (or semiconductor switching unit). Furthermore, a transistor with an inverse diode (such as a MOSFET) can be used as a unidirectional switchable switching element, with which an individual diode or a diode common to several switching elements is connected in series, the reverse direction of which is preferably opposite to the reverse direction of the inverse diode. A unidirectionally switchable switching element (or a corresponding semiconductor switching unit) conducts in a controlled manner in one direction (in particular in the direction of the configuration circuit) and blocks in the opposite direction.
Beispielsweise kann als bidirektional schaltbares Schaltelement ein TRIAC verwendet werden, oder es werden zwei antiparallel verbundene Transistoren ohne Inversdiode verwendet, etwa IGBTs. Es können zwei antiparallel verbundene, schaltbare Halbleiterbauelemente verwendet werden, die jeweils in einer Richtung sperren, etwa indem sie keine Inversdiode aufweisen. Daher ist es möglich, ein bidirektional schaltbares Schaltelement zu realisieren mittels eines Thyristors und eines IGBTs, die antiparallel verbunden sind (d.h. die parallel miteinander verbunden sind mit entgegengesetzten Durchflussrichtungen). Ferner kann ein bidirektional schaltbares Schaltelement realisiert werden mittels zweier Transistoren, die jeweils eine Inversdiode aufweisen (etwa MOSFETs), wobei diese Transistoren antiseriell miteinander verbunden sind. Zudem kann ein bidirektional schaltbares Schaltelement realisiert werden mittels zweier Halbleiterschalter-Bauelemente, die jeweils eine Inversdiode aufweisen (etwa zwei MOSFETs), wobei diese Transistoren antiseriell miteinander verbunden sind.For example, a TRIAC can be used as the bidirectionally switchable switching element, or two transistors connected in anti-parallel without an inverse diode, such as IGBTs, are used. It is possible to use two switchable semiconductor components which are connected in anti-parallel and each block in one direction, for example by not having an inverse diode. It is therefore possible to implement a bidirectionally switchable switching element by means of a thyristor and an IGBT, which are connected in anti-parallel (i.e. which are connected in parallel with one another with opposite flow directions). Furthermore, a bidirectionally switchable switching element can be implemented by means of two transistors, each of which has an inverse diode (such as MOSFETs), these transistors being connected to one another in an antiserial manner. In addition, a bidirectionally switchable switching element can be implemented by means of two semiconductor switch components, each of which has an inverse diode (for example two MOSFETs), these transistors being connected to one another in anti-series.
Ein unidirektional schaltbares Schaltelement (oder eine entsprechende Halbleiterschalteinheit) leitet gesteuert in einer Richtung (insbesondere in Richtung der Konfigurationsschaltung) und sperrt in entgegengesetzter Richtung (ungesteuert). Ein bidirektional schaltbares Schaltelement (oder eine entsprechende Halbleiterschalteinheit) leitet gesteuert in eine Richtung sowie in der entgegengesetzten Richtung.A unidirectionally switchable switching element (or a corresponding semiconductor switching unit) conducts in a controlled manner in one direction (in particular in the direction of the configuration circuit) and blocks in the opposite direction (uncontrolled). A bidirectionally switchable switching element (or a corresponding semiconductor switching unit) conducts in a controlled manner in one direction and in the opposite direction.
Die Begriffe Schaltelement und Halbleiterschalteinheit werden in dieser Beschreibung synonym zueinander verwendet.The terms switching element and semiconductor switching unit are used synonymously with one another in this description.
Der mindestens eine Halbbrückenzweig kann Halbleiterschalteinheiten aufweisen, die entgegen ihrer Durchlassrichtung sperren. Derartige Halbleiterschalteinheiten werden als unidirektional schaltbare Halbleiterschalteinheiten bezeichnet. Dies betrifft insbesondere unidirektionale Ausbildungen der Ladeschaltung bzw. Ladeschaltungen mit unidirektionalem Gleichrichter.The at least one half-bridge branch can have semiconductor switching units that block against their forward direction. Such semiconductor switching units are referred to as unidirectionally switchable semiconductor switching units. This applies in particular to unidirectional designs of the charging circuit or charging circuits with a unidirectional rectifier.
In einer anderen Ausführungsform kann der mindestens eine Halbbrückenzweig kann Halbleiterschalteinheiten aufweisen, die in beide Richtungen schaltbar sind. Derartige Halbleiterschalteinheiten werden als bidirektional schaltbare Halbleiterschalteinheiten bezeichnet. Dies betrifft insbesondere bidirektionale Ausbildungen der Ladeschaltung (d.h. eine rückspeisefähige Ladeschaltung) bzw. Ladeschaltungen mit bidirektionalem Gleichrichter.In another embodiment, the at least one half-bridge branch can have semiconductor switching units that can be switched in both directions. Such semiconductor switching units are referred to as bidirectionally switchable semiconductor switching units. This applies in particular to bidirectional configurations of the charging circuit (i.e. a charging circuit capable of feedback) or charging circuits with a bidirectional rectifier.
Es kann vorgesehen sein, dass die Halbleiterschalteinheiten jeweils einen Thyristor aufweisen. Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Halbleiterschalteinheiten einen Halbleiterschalter mit Inversdiode und eine mit dem Halbleiterschalter in Reihe geschaltete Diode aufweisen. Anstatt des Begriffs „Halbleiterschalter mit Inversdiode“ kann auch „Halbleiterschalter, der entgegen der schaltbaren Richtung leitet“ verwendet werden, zumal der Effekt der gleiche ist und das Leiten entgegen der schaltbaren Richtung des Halbleiters (d.h. die Leitung durch die Inversdiode) durch die Reihenschaltung einer Diode oder durch einen antiseriellen, weiteren (gleichartigen) Halbleiterschalter verhindert wird. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Halbleiterschalteinheiten jeweils zwei zueinander antiseriell geschaltete Halbleiterschalter mit Inversdiode oder jeweils einen Halbleiterschalter mit Inversdiode aufweisen, der in Reihe mit mindestens einer zentralen Sperrdiode geschaltet ist.It can be provided that the semiconductor switching units each have a thyristor. It can also be provided that the semiconductor switching units have a semiconductor switch with an inverse diode and a diode connected in series with the semiconductor switch. Instead of the term “semiconductor switch with inverse diode”, “semiconductor switch that conducts against the switchable direction” can also be used, especially since the effect is the same and the conductance against the switchable direction of the semiconductor (i.e. the line through the inverse diode) through the series connection of a Diode or by an antiserial, further (similar) semiconductor switch. It can further be provided that the semiconductor switching units each have two semiconductor switches connected in reverse series with one another with an inverse diode or each have one semiconductor switch with an inverse diode which is connected in series with at least one central blocking diode.
Es kann vorgesehen sein, dass der Gleichrichter ein Vienna-Gleichrichter ist, der einen Kurzschlusspunkt aufweist, mit dem die Schalterzellen verbunden sind. Im Falle eines Vienna-Gleichrichters können die Schalterzellen, welche über weitere Dioden mit dem negativen und dem positiven Potential des Gleichrichters (bzw. dessen Ausgangsseite) verbunden sind, schaltbare Halbbrückenzweige aufweisen, deren Halbleiterschalteinheiten (einfache) MOSFETs sind. Im Falle eines Vienna-Gleichrichters kann somit der mindestens eine schaltbare Halbbrückenzweig jeder Schalterzelle zwei in Reihe geschaltete MOSFETs aufweisen. Wenn die Schalterzellen jeweils zwei steuerbare Halbbrückenzweige aufweisen (und somit eine steuerbare Vollbrücke darstellen), dann kann jeder Halbbrückenzweig zwei in Reihe geschaltete MOSFETs aufweisen. Es können allgemein Halbleiterschalter verwendet werden, die entgegen der gesteuerten Stromrichtung leiten, etwa aufgrund einer Inversdiode, wobei „MOSFET“ an dieser Stelle nur ein Platzhalter für derartige Halbleiterschalter ist. It can be provided that the rectifier is a Vienna rectifier which has a short-circuit point to which the switch cells are connected. In the case of a Vienna rectifier, the switch cells, which are connected to the negative and positive potential of the rectifier (or its output side) via further diodes, can have switchable half-bridge branches whose semiconductor switching units are (simple) MOSFETs. In the case of a Vienna rectifier, the at least one switchable half-bridge branch of each switch cell can thus have two MOSFETs connected in series. If the switch cells each have two controllable half-bridge branches (and thus represent a controllable full bridge), then each half-bridge branch can have two MOSFETs connected in series. Semiconductor switches can generally be used which conduct against the controlled current direction, for example due to an inverse diode, with “MOSFET” at this point only being a placeholder for such semiconductor switches.
Der Gleichrichter kann als schaltbarer Brückengleichrichter ausgebildet sein, insbesondere als vorzugsweise dreiphasige Drehstrombrücke. Dessen Brückenzweige, die hier auch als Halbbrückenzweige bezeichnet werden, werden von den Schalterzellen gebildet. Die Halbleiterschalteinheiten können jeweils von einem Thyristor gebildet werden oder von Halbleiterschaltern, der entgegen der steuerbaren Stromrichtung leitet in Verbindung mit einem weiteren, hierzu antiseriellen, gleichartigen Halbleiterschalter, oder in Verbindung mit einer Diode, deren Sperrrichtung entgegengesetzt ist zu der steuerbaren Stromrichtung des Halbleiters (um so das Leiten entgegen der steuerbaren Stromrichtung durch den Halbleiterschalter zu sperren). Die Diode bzw. der gleichartige Halbleiterschalter kann für jeden Halbleiterschalter einzeln vorliegen oder kann gemeinschaftlich für die Halbleiterschalter als gemeinsames Bauelement vorliegen (etwa im positiven und/oder negativen Gleichspannungspotential des Gleichrichters).The rectifier can be designed as a switchable bridge rectifier, in particular as a preferably three-phase three-phase bridge. Its bridge branches, which are also referred to here as half-bridge branches, are formed by the switch cells. The semiconductor switching units can each be formed by a thyristor or by semiconductor switches that conducts against the controllable current direction in connection with a further, antiserial, similar semiconductor switch, or in connection with a diode, the reverse direction of which is opposite to the controllable current direction of the semiconductor (um so to block the conduction against the controllable current direction through the semiconductor switch). The diode or the semiconductor switch of the same type can be present individually for each semiconductor switch or can be present jointly for the semiconductor switches as a common component (for example in the positive and / or negative DC voltage potential of the rectifier).
Der schaltbare Halbbrückenzweig jeder Schalterzelle kann zwei in Reihe geschaltete Thyristoren aufweisen. Beide schaltbaren Halbbrückenzweige jeder Schalterzelle können jeweils zwei in Reihe geschaltete Thyristoren aufweisen. Allgemein kann der mindestens eine schaltbare Halbbrückenzweig zwei Schaltelemente aufweisen, die in offenem Schaltzustand weder in die eine oder in die andere Richtung Strom leiten, und im geschlossenen Schaltzustand entweder in beide Richtungen leiten oder in nur eine Richtung leiten, während in der anderen Richtung ein Stromfluss gesperrt ist. Wie erwähnt eignen sich zum Aufbau der Schaltelemente der Schalterzellen insbesondere Halbleiterschalter wie Thyristoren. Ferner kann auch ein Schaltelement ausgebildet sein mittels zweier Transistoren, die antiparallel geschaltet sind, und die eine Inversdiode aufweisen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Transistor ohne Inversdiode als Halbleiter verwendet wird. Alternativ oder in Kombination hierzu kann als Schaltelement ein Transistor und eine daran seriell angeschlossene Diode verwendet werden. Der Transistor kann eine Inversdiode aufweisen.The switchable half-bridge arm of each switch cell can have two thyristors connected in series. Both switchable half-bridge branches of each switch cell can each have two thyristors connected in series. In general, the at least one switchable half-bridge branch can have two switching elements that conduct current neither in one or the other direction in the open switching state, and either conduct in both directions or in only one direction in the closed switching state, while a current flow in the other direction Is blocked. As mentioned, semiconductor switches such as thyristors are particularly suitable for constructing the switching elements of the switch cells. Furthermore, a switching element can also be formed by means of two transistors which are connected in anti-parallel and which have an inverse diode. Alternatively, it can be provided that a transistor without an inverse diode is used as the semiconductor. Alternatively or in combination with this, a transistor and a diode connected in series can be used as the switching element. The transistor can have an inverse diode.
Es kann vorgesehen sein, dass die Schalterzellen einen nicht schaltbaren Halbbrückenzweig aufweisen. Dieser kann aus Dioden ausgestaltet sein. Der nicht schaltbare Halbbrückenzweig ist insbesondere mit zwei über einen Verbindungspunkt in Reihe geschalteten Dioden ausgestaltet. Der Verbindungspunkt ist mit dem Kurzschlusspunkt verbunden. Allgemein ist der nicht schaltbare Halbbrückenzweig mit dem Kurzschlusspunkt verbunden. Der nicht schaltbare Halbbrückenzweig ist somit von dem Wechselspannungsanschluss abgewandt. Der schaltbare Halbbrückenzweig ist dem Wechselspannungsanschluss zugewandt. Die Schalterzellen können somit jeweils als BnHZ-Schaltung ausgebildet sein (mit n = 2 oder eine geradzahlige Zahl, insbesondere das Doppelte der Anzahl der Phasen am Wechselspannungsanschluss). In diesem Fall kann ein Neutrallleiteranschluss des Wechselspannungsanschlusses über einen Schalter (vorzugsweise ein rückwärtssperrender Schalter wie ein elektromechanischer Schalter oder ein rückwärtssperrender Halbleiterschalter, etwa ein Thyristor oder ein TRIAC) angeschlossen sein, beispielsweise an einen von mehreren Wechselspannungsanschlüssen des Gleichrichters.It can be provided that the switch cells have a non-switchable half-bridge branch. This can be designed from diodes. The non-switchable half-bridge branch is designed in particular with two diodes connected in series via a connection point. The connection point is connected to the short-circuit point. In general, the non-switchable half-bridge branch is connected to the short-circuit point. The non-switchable half-bridge branch is thus facing away from the AC voltage connection. The switchable half-bridge arm faces the AC voltage connection. The switch cells can thus each be designed as a BnHZ circuit (with n = 2 or an even number, in particular twice the number of phases at the AC voltage connection). In this case, a neutral conductor connection of the AC voltage connection can be connected via a switch (preferably a reverse blocking switch such as an electromechanical switch or a reverse blocking semiconductor switch such as a thyristor or a TRIAC), for example to one of several AC voltage connections of the rectifier.
Wie erwähnt kann der Gleichrichter zwei (oder mehr) Halbbrückenzweige aufweisen, die gesteuert sind. Mit anderen Worten können beide Halbbrückenzweige des Gleichrichters gesteuert ausgebildet sein. Es ergibt sich eine B2C-Schaltung (für jede Schalterzelle). Die Schalterzellen können somit jeweils als vollgesteuerter Brückengleichrichter ausgebildet sein. Auch hier sind vorzugsweise beide Halbbrückenzweige bzw. alle Schaltelemente des Brückengleichrichters als Thyristoren ausgebildet, können jedoch auch als antiseriell verbundenes Transistorpaar (jeweils mit Inversdiode) als Transistor ohne Inversdiode oder als Transistor mit Inversdiode und in Reihe geschalteter Diode ausgebildet sein. Eine Ausführungsform, bei der jede Schalterzelle zwei schaltbare Halbbrückenzweige umfasst, kann vorsehen, dass die zwei schaltbaren Halbbrückenzweige jeweils zwei in Reihe geschaltete Thyristoren aufweist. Die Schaltelemente des Brückengleichrichters sind in einer Richtung steuerbar und in der entgegengesetzten Richtung sperrend.As mentioned, the rectifier can have two (or more) half-bridge branches that are controlled. In other words, both half-bridge branches of the rectifier can be designed in a controlled manner. The result is a B2C circuit (for each switch cell). The switch cells can thus each be designed as a fully controlled bridge rectifier. Here, too, both half-bridge branches or all switching elements of the bridge rectifier are preferably designed as thyristors, but can also be designed as a back-to-back transistor pair (each with an inverse diode) as a transistor without an inverse diode or as a transistor with an inverse diode and a diode connected in series. An embodiment in which each switch cell comprises two switchable half-bridge branches can provide that the two switchable half-bridge branches each have two thyristors connected in series. The switching elements of the bridge rectifier are controllable in one direction and blocking in the opposite direction.
Der Gleichrichter kann als vorzugsweise mehrphasiger Vienna-Gleichrichter ausgebildet sein. Hierbei kann jede Schalterzelle als B2C-Schaltung oder als B2HZ-Schaltung ausgebildet sein, d.h. zwei gesteuerte Halbbrückenzweige aufweisen oder einen gesteuerten und einen ungesteuerten Halbbrückenzweig aufweisen. Eine andere Möglichkeit zur Darstellung des Gleichrichters ist die Ausbildung als (zumindest teilweise) schaltbarer Brückengleichrichter. Hierbei ist zumindest ein Halbbrückenzweig (von mehreren) schaltbar ausgebildet (während mindestens ein nicht steuerbarer bzw. stromgeführter Halbbrückenzweig besteht), oder es sind alle Halbbrückenzweige schaltbar ausgebildet. Bei der Ausbildung des Gleichrichters als Brückengleichrichter wird jede Schalterzelle gebildet von einem (eigenen) Halbbrückenzweig. Mindestens eine Schalterzelle ist somit vorzugsweise schaltbar, oder es sind alle Schalterzellen schaltbar. Der Brückengleichrichter, der den Gleichrichter darstellt, kann somit ein BnC-Gleichrichter oder ein BnHZ-Gleichrichter sein. Die Variable n ist hierbei das Doppelte der Phasenanzahl des Wechselspannungsanschlusses und kann beispielsweise 2 oder 6 sein. Ist eine mindestens einer der Halbbrückenzweige des Brückengleichrichters nicht gesteuert bzw. stromgeführt (etwa in Form eines Diodenhalbbrückenzweigs), dann kann vorgesehen sein, dass ein Neutrallleiteranschluss des Wechselspannungsanschlusses mit einem elektromechanischen Schalter oder mit einem (rückwärts sperrenden bzw. bidirektional sperrbaren) Halbleiterschalter verbunden ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass bei einer dreiphasigen Ausführung des Gleichrichters dieser keinen Neutrallleiteranschluss aufweist bzw. nicht mit einem Neutrallleiteranschluss des Wechselspannungsanschlusses verbunden ist.The rectifier can be designed as a preferably polyphase Vienna rectifier. In this case, each switch cell can be designed as a B2C circuit or as a B2HZ circuit, ie it can have two controlled half-bridge branches or have a controlled and an uncontrolled half-bridge branch. Another possibility for representing the rectifier is to design it as an (at least partially) switchable bridge rectifier. Here, at least one half-bridge branch (of several) is designed to be switchable (while at least one non-controllable or current-controlled half-bridge branch exists), or all half-bridge branches are designed to be switchable. When the rectifier is designed as a bridge rectifier, each switch cell is formed by a (separate) half-bridge branch. At least one switch cell is thus preferably switchable, or all switch cells are switchable. The bridge rectifier, which represents the rectifier, can thus be a BnC rectifier or a BnHZ rectifier. The variable n is twice the number of phases of the AC voltage connection and can be 2 or 6, for example. If at least one of the half-bridge branches of the bridge rectifier is not controlled or current-carried (e.g. in the form of a diode half-bridge branch), it can be provided that a neutral conductor connection of the AC voltage connection is connected to an electromechanical switch or to a (reverse blocking or bidirectionally blocking) semiconductor switch. Furthermore, it can be provided that in the case of a three-phase design of the rectifier, the rectifier does not have a neutral conductor connection or is not connected to a neutral conductor connection of the AC voltage connection.
In der Ausführungsform, bei denen jede Schalterzelle einen gesteuerten Halbbrückenzweig und einen nicht gesteuerten Halbbrückenzweig aufweist, ist vorzugsweise vorgesehen, dass zwischen dem Kurzschlusspunkt und einen Neutralleiteranschluss des Wechselspannungsanschlusses ein Schaltelement vorgesehen ist. Bei Ausführungsformen, bei denen beide Halbbrückenzweige jeder Schaltzelle gesteuert ausgebildet sind, kann ein Neutralleiteranschluss eines Wechselspannungsanschlusses direkt oder auch über einen Schalter mit dem Kurzschlusspunkt verbunden sein.In the embodiment in which each switch cell has a controlled half-bridge branch and a non-controlled half-bridge branch, it is preferably provided that a switching element is provided between the short-circuit point and a neutral conductor connection of the AC voltage connection. In embodiments in which both half-bridge branches of each switching cell are designed in a controlled manner, a neutral conductor connection of an AC voltage connection can be connected to the short-circuit point directly or via a switch.
Es kann somit vorgesehen sein, dass die fahrzeugseitige Ladeschaltung einen Neutralleiteranschluss aufweist (insbesondere als Teil des Wechselspannungsanschlusses), wobei der Neutralleiteranschluss mit dem Kurzschlusspunkt direkt oder über einen Schalter verbunden ist.It can thus be provided that the vehicle-side charging circuit has a neutral conductor connection (in particular as part of the AC voltage connection), the neutral conductor connection being connected to the short-circuit point directly or via a switch.
Die Energiespeicher können als Zwischenkreiskondensatoren mehrerer Gleichspannungsrichter ausgebildet sein. Die Gleichspannungsrichter verbinden die Konfigurationsschaltung bzw. den Vienna-Gleichrichter, beispielsweise mit einem Bordnetzabschnitt, einem Hochspannungsakkumulator oder ähnlichem. Die Gleichspannungswandler können galvanisch isolierend ausgebildet sein. Die Gleichspannungswandler können gleichartig ausgestaltet sein. In einer Ausführungsform sind zwei Gleichspannungswandler vorgesehen. Beide sind vorzugsweise galvanisch trennend ausgebildet (insbesondere durch Verwendung eines Transformators in jedem Wandler). Parallel zu jedem Gleichspannungswandler (bzw. zu der Seite des Wandlers, die dem Gleichrichter zugewandt ist) ist ein Zwischenkreiskondensator vorgesehen. Bei zwei Gleichspannungswandlern ergeben sich somit zwei Zwischenkreiskondensatoren. Ein erster Zwischenkreiskondensator ist parallel zu einem ersten der beiden Gleichspannungswandler angeschlossen, und einem zweiten der Zwischenkreiskondensatoren ist parallel zu einem der zweiten Gleichspannungswandler angeschlossen. Die Zwischenkreiskondensatoren bzw. die Gleichspannungswandler sind an die Konfigurationsschaltung angeschlossen. Insbesondere sind diese derart daran angeschlossen, dass bei unterschiedlichen Schaltzuständen der Konfigurationsschaltung die Zwischenkreiskondensatoren und somit auch die Gleichspannungswandler parallel oder seriell zueinander konfiguriert sind. Dies betrifft insbesondere die Seite des Gleichspannungswandlers zu, die den Gleichrichter zugewandt ist. Die Zwischenkreiskondensatoren sind an der Seite der Gleichspannungswandler angeordnet, die den Vienna-Gleichrichter zugewandt ist.The energy stores can be designed as intermediate circuit capacitors of a plurality of DC voltage converters. The DC voltage converters connect the configuration circuit or the Vienna rectifier, for example to an on-board network section, a high-voltage accumulator or the like. The DC voltage converters can be designed to be galvanically isolating. The DC voltage converters can be designed in the same way. In one embodiment, two DC voltage converters are provided. Both are preferably designed to be galvanically isolating (in particular by using a transformer in each converter). An intermediate circuit capacitor is provided in parallel to each DC voltage converter (or to the side of the converter which faces the rectifier). With two DC voltage converters, there are thus two intermediate circuit capacitors. A first intermediate circuit capacitor is connected in parallel to a first of the two DC voltage converters, and a second of the intermediate circuit capacitors is connected in parallel to one of the second DC voltage converters. The intermediate circuit capacitors or the DC voltage converters are connected to the configuration circuit. In particular, these are connected to it in such a way that, in the case of different switching states of the configuration circuit, the intermediate circuit capacitors and thus also the DC voltage converters are configured in parallel or in series with one another. This applies in particular to the side of the DC / DC converter that faces the rectifier. The intermediate circuit capacitors are arranged on the side of the DC / DC converter that faces the Vienna rectifier.
Alternativ sind die Energiespeicher als Akkumulatorelemente eines Akkumulators ausgebildet. Insbesondere umfasst jedes Akkumulatorelement gleich viele Zellen. Die Akkumulatorelemente sind vorzugsweise gleichartig ausgebildet. Ein Akkumulator kann somit mehrere Akkumulatorelemente aufweisen. Die Akkumulatorelemente können aus einer einzigen Zelle bestehen. Vorzugsweise umfasst jedes Akkumulatorelement eine Vielzahl von seriell und/oder parallel miteinander verbundener Zellen. Mittels der Konfigurationsschaltung können die Akkumulatorelemente zueinander seriell oder parallel geschaltet werden. Dadurch lässt sich die Gesamtspannung des Akkumulators und auch die abrufbare Stromstärke einstellen. Die Konfiguration des Akkumulators kann mittels der Konfigurationsschaltung eingestellt werden. Die Akkumulatorelemente sind somit derart mit der Konfigurationsschaltung verbunden, dass bei verschiedenen Schaltzuständen der Konfigurationsschaltung die Akkumulatorelemente parallel oder seriell miteinander verbunden sind. Der Akkumulator ist insbesondere ein Hochvoltakkumulator mit einer Nennspannung von mehr als 300 Volt, mehr als 350 Volt und insbesondere von ungefähr 400 Volt. Der Akkumulator ist insbesondere ein Traktionsakkumulator. Der Akkumulator kann als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet sein. Jedes Akkumulatorelement kann beispielsweise ca. 100 oder ca. 96 Lithiumzellen aufweisen, die zueinander in Serie geschaltet sind.Alternatively, the energy stores are designed as accumulator elements of an accumulator. In particular, each accumulator element comprises the same number of cells. The accumulator elements are preferably designed in the same way. An accumulator can thus have several accumulator elements. The accumulator elements can consist of a single cell. Each accumulator element preferably comprises a multiplicity of cells connected to one another in series and / or in parallel. The accumulator elements can be connected in series or in parallel to one another by means of the configuration circuit. This allows the total voltage of the accumulator and also the current strength to be set. The configuration of the accumulator can be set by means of the configuration circuit. The accumulator elements are thus connected to the configuration circuit in such a way that, in different switching states of the configuration circuit, the accumulator elements are connected to one another in parallel or in series. The accumulator is, in particular, a high-voltage accumulator with a nominal voltage of more than 300 volts, more than 350 volts and in particular of approximately 400 volts. The accumulator is in particular a traction accumulator. The accumulator can be designed as a lithium-ion accumulator. Each accumulator element can for example have approx. 100 or approx. 96 lithium cells, which are connected in series with one another.
Die Ladeschaltung kann ferner eine Fehlerstromerfassungseinheit aufweisen. Diese kann direkt oder indirekt (etwa über eine Steuerung) mit den schaltbaren Brückenzweigen verbunden sein. Hierbei ist die Fehlerstromerfassungseinheit logisch mit dem schaltbaren Halbbrückenzweig verbunden, während der andere Halbbrückenzweig jeder Schalterzelle nicht schaltbar ausgebildet ist, oder die Fehlerstromerfassungseinheit ist logisch mit beiden, steuerbaren Halbbrückenzweigen jeder Schalterzelle verbunden. Ferner ist die Fehlerstromerfassungseinheit vorzugsweise mit der Konfigurationsschaltung ansteuernd verbunden. Die Fehlerstromerfassungseinheit ist eingerichtet, bei Erfassen eines Fehlerstroms, der größer als ein Schwellenwert ist, die schaltbaren Brückenzweige sowie die Schalter der Konfigurationsschaltung in offenem Zustand anzusteuern. Dadurch lassen sich die Energiespeicher zuverlässig abtrennen. The charging circuit can also have a fault current detection unit. This can be connected to the switchable bridge arms directly or indirectly (e.g. via a controller). The fault current detection unit is logically connected to the switchable half-bridge branch, while the other half-bridge branch of each switch cell is not designed to be switchable, or the fault current detection unit is logically connected to both controllable half-bridge branches of each switch cell. Furthermore, the fault current detection unit is preferably connected to the configuration circuit in a driving manner. The fault current detection unit is set up to control the switchable bridge branches and the switches of the configuration circuit in the open state when a fault current is detected that is greater than a threshold value. This enables the energy storage devices to be reliably disconnected.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass eine Steuerung ansteuernd mit den schaltbaren Brückenzweigen und der Konfigurationsschaltung ansteuerbar verbunden ist. Die Steuerung kann eingerichtet sein, entweder selbst Fehler zu erfassen oder kritische Zustände zu erfassen, oder kann einen Eingang aufweisen, über den sich Signale eingeben lassen, die einen Fehler oder eine Gefahrensituation (Crash, Isolationsfehler, ...) darstellen. Die Steuerung ist somit eingerichtet, bei einem empfangenen oder erfassten Fehler sämtliche schaltbare Brückenzweige des Gleichrichters sowie die Schalter der Konfigurationsschaltung in einem offenen Zustand anzusteuern. Darüber hinaus kann die Steuerung eingerichtet sein, gemäß einem gewünschten Konfigurationszustand die Konfigurationsschaltung anzusteuern. Ferner kann die Steuerung eingerichtet sein, in einem Normal-Betriebsmodus die schaltbaren Brückenzweige des Gleichrichters derart anzusteuern, dass sich eine gleichrichtende Funktion ergibt. Insbesondere ist die Steuerung eingerichtet, in einem Normal-Betriebsmodus die schaltbaren Halbbrücken derart anzusteuern, dass diese die Funktion einer Dioden-Halbbrücke ausüben.Furthermore, it can be provided that a control is controllably connected to the switchable bridge branches and the configuration circuit. The control can be set up either to detect errors itself or to detect critical states, or it can have an input via which signals can be entered that represent an error or a dangerous situation (crash, insulation fault, ...). The controller is thus set up to control all switchable bridge branches of the rectifier and the switches of the configuration circuit in an open state in the event of a received or detected error. In addition, the controller can be set up to control the configuration circuit according to a desired configuration state. Furthermore, the controller can be set up to control the switchable bridge branches of the rectifier in a normal operating mode in such a way that a rectifying function results. In particular, the controller is set up to control the switchable half bridges in a normal operating mode in such a way that they perform the function of a diode half bridge.
Die Konfigurationsschaltung kann drei Schalter aufweisen, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Außenpunkte dieser Schaltung mit den Potenzialen der Gleichspannungsseite des Gleichrichters verbunden sind, mit denen jeweils mit einem Ende auch die Energiespeicher verbunden sind, während die beiden sich ergebenden Verbindungspunkte zwischen den Schaltern mit jeweils einem anderen Ende der Energiespeicher verbunden ist.The configuration circuit can have three switches that are connected in series, the outer points of this circuit being connected to the potentials of the DC voltage side of the rectifier, to which the energy storage is also connected at one end, while the two resulting connection points between the switches are connected to each other end of the energy storage is connected.
In einer Ausführungsform weist die Konfigurationsschaltung zwei Schalter auf, sowie zwei Dioden. Die Schalter und die Dioden sind in Reihenschaltung miteinander verbunden. Insbesondere sind die zwei Dioden direkt miteinander verbunden. Die Schalter sind über die Dioden miteinander verbunden. Der Kurzschlusspunkt des Vienna-Gleichrichters ist mit einem Dioden-Verbindungspunkt verbunden. Über diesen Dioden-Verbindungspunkt sind die Dioden der Konfigurationsschaltung miteinander verbunden. Anstatt von Dioden können auch Halbleiterschalter verwendet werden, die gemäß einer Diodenfunktion angesteuert werden. Die sich ergebende Reihenschaltung der Dioden und Schalter der Konfigurationsschaltung weist zwei äußere Enden auf, die mit verschiedenen Potenzialen der Gleichspannungsseite des Vienna-Gleichrichters verbunden sind. Zwischen einem ersten der beiden Schalter und den Dioden ergibt sich ein Verbindungspunkt, der mit einem Ende eines ersten der Energiespeicher verbunden ist. Zwischen den Dioden oder einem zweiten der Schalter ergibt sich ein weiterer Verbindungspunkt, der mit einem Ende des anderen Energiespeichers verbunden ist. Das jeweils andere Ende des Energiespeichers ist mit den äußeren Enden der Reihenschaltung verbunden, die sich aus den Dioden und den Schaltern der Konfigurationsschaltung ergibt. Mit anderen Worten sind die anderen Enden der Energiespeicher mit einem Ende der Schalter verbunden, das jeweils nicht mit einer Diode verbunden ist. Anders formuliert sind die anderen Enden der Energiespeicher mit einer Gleichspannungsseite des Gleichrichters bzw. mit den beiden Gleichspannungspotenzialen verbunden, die insbesondere von dem Gleichrichter vorgesehen werden. Die Schalter können elektromechanische Schalter sein oder Halbleiterschalter, die vorzugsweise bidirektional sperrend wirken können, etwa die genannten bidirektional oder unidirektional (und rückwärtig sperrendes) schaltbaren Schaltelemente, etwa Thyristoren oder ein TRIACs. Es kann vorgesehen sein, dass ein Schalter parallel zu der Reihenschaltung angeschlossen ist, die von den beiden Dioden der Konfigurationsschaltung gebildet wird. Ein Neutrallleiteranschluss (des Wechselspannungsanschlusses) kann mit einem Verknüpfungspunkt verbunden sein, über den die Dioden miteinander verbunden sind.In one embodiment, the configuration circuit has two switches and two diodes. The switches and the diodes are connected in series. In particular, the two diodes are directly connected to one another. The switches are connected to one another via the diodes. The short-circuit point of the Vienna rectifier is connected to a diode connection point. The diodes of the configuration circuit are connected to one another via this diode connection point. Instead of diodes, semiconductor switches can also be used, which are controlled according to a diode function. The resulting series connection of the diodes and switches of the configuration circuit has two outer ends which are connected to different potentials on the DC voltage side of the Vienna rectifier. Between a first of the two switches and the diodes there is a connection point which is connected to one end of a first of the energy stores. A further connection point, which is connected to one end of the other energy store, results between the diodes or a second one of the switches. The other end of the energy store is connected to the outer ends of the series circuit that results from the diodes and the switches of the configuration circuit. In other words, the other ends of the energy stores are connected to one end of the switch that is not connected to a diode in each case. In other words, the other ends of the energy stores are connected to a DC voltage side of the rectifier or to the two DC voltage potentials that are provided in particular by the rectifier. The switches can be electromechanical switches or semiconductor switches, which can preferably have a bidirectional blocking effect, for example the aforementioned bidirectional or unidirectional (and reverse blocking) switchable switching elements, such as thyristors or a TRIAC. It can be provided that a switch is connected in parallel to the series circuit that is formed by the two diodes of the configuration circuit. A neutral conductor connection (of the AC voltage connection) can be connected to a connection point via which the diodes are connected to one another.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Konfigurationsschaltung drei Schalter auf. Die Schalter sind in Reihenschaltung miteinander verbunden. Die Schalter sind elektromechanische Schalter oder Halbleiterschalter, die vorzugsweise bidirektional sperrend wirken können, etwa die genannten bidirektional oder unidirektional (und rückwärtig sperrendes) schaltbaren Schaltelemente, etwa Thyristoren oder ein TRIACs. In dieser Ausführungsform ist der Gleichrichter vorzugsweise nicht mit einem Neutrallleiteranschluss verbunden.In a further embodiment, the configuration circuit has three switches. The switches are connected to one another in series. The switches are electromechanical switches or semiconductor switches which can preferably have a bidirectional blocking effect, for example the aforementioned bidirectional or unidirectional (and reverse blocking) switchable switching elements, such as thyristors or a TRIAC. In this embodiment, the rectifier is preferably not connected to a neutral conductor connection.
Vorzugsweise weist jede Schalterzelle eine Wechselspannungsseite auf, die mit einer Induktivität verbunden ist. Schalterzellen mit nur einem gesteuerten Halbbrückenzweig (während der andere Halbbrückenzweig nicht gesteuert ist) sind über den gesteuerten Halbbrückenzweig direkt mit der Wechselspannungsseite verbunden, insbesondere mit einer individuellen Wechselspannungsphase des Wechselspannungsanschlusses. Umfasst jede Schalterzelle zwei steuerbare Halbbrückenzweige, dann ist eine der beiden steuerbaren Halbbrückenzweige mit einer individuellen Phase der Wechselspannungsseite verbunden. Jede Schalterzelle kann auch eine Gleichspannungsseite aufweisen. Im Falle von Schalterzellen mit nur einem gesteuerten Halbbrückenzweig ist dies derjenige Halbbrückenzweig, der nicht gesteuert ist, und der insbesondere als Dioden-Halbbrückenzweig ausgebildet ist. Die Gleichspannungsseite jeder Schalterzelle ist mit dem Kurzschlusspunkt verbunden.Each switch cell preferably has an AC voltage side that is connected to an inductance. Switch cells with only one controlled half-bridge branch (while the other half-bridge branch is not controlled) are via the controlled half-bridge branch connected directly to the AC voltage side, in particular with an individual AC voltage phase of the AC voltage connection. If each switch cell comprises two controllable half-bridge branches, then one of the two controllable half-bridge branches is connected to an individual phase on the AC voltage side. Each switch cell can also have a DC voltage side. In the case of switch cells with only one controlled half-bridge branch, this is the half-bridge branch which is not controlled and which is designed in particular as a diode half-bridge branch. The DC voltage side of each switch cell is connected to the short-circuit point.
Die hier erwähnte Fehlerstromerfassungseinheit kann vorgesehen sein, um einen Fehlerstrom im Vienna-Gleichrichter oder in der Konfigurationsschaltung zu erfassen sowie auch in Komponenten, die an diese Komponenten angeschlossen sind.The fault current detection unit mentioned here can be provided in order to detect a fault current in the Vienna rectifier or in the configuration circuit and also in components that are connected to these components.
Vorzugsweise ist die Ladeschaltung unidirektional, d. h. nicht für das Rückspeisen ausgebildet. Falls die Energiespeicher als Zwischenkreiskondensatoren mehrerer Gleichspannungswandler ausgebildet sind, sind die Gleichspannungswandler insbesondere unidirektional ausgestaltet. Die Gleichspannungswandler können als Tiefsetzsteller (als Synchronwandler oder als Hochsetzsteller) ausgebildet sein. Die Erfindung ermöglicht eine Ausgestaltung der Ladeschaltung ohne dezidierte Trennschalter, die bei einem erfassten Fehlerstrom (der zu hoch ist) zu öffnen wären.Preferably the charging circuit is unidirectional, i. H. not designed for feedback. If the energy stores are designed as intermediate circuit capacitors of a plurality of DC voltage converters, the DC voltage converters are designed in particular unidirectional. The DC voltage converters can be designed as buck converters (as synchronous converters or as boost converters). The invention enables the charging circuit to be designed without dedicated disconnectors which would have to be opened in the event of a detected fault current (which is too high).
Die Ladeschaltung kann zum einphasigen Laden oder dreiphasigen Laden ausgestaltet sein. Im Falle eines dreiphasigen Ladens wird vorzugsweise ein Schalter geöffnet, der sich zwischen den Neutralleiteranschluss und dem Kurzschlusspunkt befindet. Der Vienna-Gleichrichter ist insbesondere bidirektional sperrend ausgebildet, vorzugsweise durch die Ausprägung der steuerbaren Halbbrückenzweige. Es kann vorgesehen sein, etwa durch Ausgestaltung der Steuerung, dass zunächst bei erfasstem Fehler oder zu hohem Fehlerstrom die schaltbaren Halbbrückenzweige geöffnet werden, und erst danach die Konfigurationsschaltung in offenem Zustand versetzt wird. Umfasst eine Verbindung zwischen dem Neutralleiteranschluss und dem Kurzschlusspunkt (bzw. dem Gleichrichter) einen Schalter (der in offenem Zustand den Neutralleiteranschluss von dem Kurzschlusspunkt bzw. von dem Gleichrichter trennt), so kann jede Schalterzelle wie eingangs erwähnt mit einem schaltbaren Halbbrückenzweig und einem nicht schaltbaren Halbbrückenzweig ausgebildet sein, oder kann mit zwei schaltbaren Halbbrückenzweigen ausgebildet sein. Umfasst eine Verbindung zwischen dem Neutralleiteranschluss und dem Kurzschlusspunkt bzw. dem Gleichrichter keinen Schalter (d.h. ist als durchgehende Verbindung ausgestaltet), so ist vorzugsweise jede Schalterzelle wie mit zwei schaltbaren Halbbrückenzweigen ausgebildet. Im Fehlerfall wird, falls vorhanden, der Schalter zwischen Neutralleiteranschluss und Kurzschluss geöffnet angesteuert (vorzugsweise von der Steuerung, die hierzu ausgebildet ist). In einem Ladezustand (insbesondere in einem Einphasen-Ladezustand) ist der Schalter vorzugsweise geschlossen. In einem Dreiphasen-Ladezustand ist der Schalter vorzugsweise geschlossen.The charging circuit can be designed for single-phase charging or three-phase charging. In the case of three-phase charging, a switch is preferably opened, which is located between the neutral conductor connection and the short-circuit point. The Vienna rectifier is, in particular, designed to be bidirectional blocking, preferably due to the configuration of the controllable half-bridge branches. It can be provided, for example by designing the control, that the switchable half-bridge branches are opened first when a fault is detected or the fault current is too high, and only then is the configuration circuit set in the open state. If a connection between the neutral conductor connection and the short-circuit point (or the rectifier) comprises a switch (which, when open, separates the neutral conductor connection from the short-circuit point or from the rectifier), each switch cell can, as mentioned above, have a switchable half-bridge branch and a non-switchable one Half-bridge branch can be formed, or can be formed with two switchable half-bridge branches. If a connection between the neutral conductor connection and the short-circuit point or the rectifier does not include a switch (i.e. is designed as a continuous connection), then each switch cell is preferably designed as with two switchable half-bridge branches. In the event of a fault, the switch between the neutral conductor connection and the short circuit, if present, is activated open (preferably by the controller, which is designed for this). In a charge state (in particular in a single-phase charge state) the switch is preferably closed. In a three-phase state of charge, the switch is preferably closed.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Ladeschaltung eine Entladeschaltung aufweist. Im Fehlerfall kann diese aktiviert werden, wenn ein Fehler und insbesondere ein zu hoher Fehlerstrom erfasst wird, wobei die Steuerung ausgebildet ist, dies durchzuführen. Insbesondere wird die Entladeschaltung dann aktiviert, wenn sich die Konfigurationsschaltung, die schaltbaren Brückenzweige oder beides in offenem Zustand befindet.Finally, it can be provided that the charging circuit has a discharging circuit. In the event of an error, this can be activated when an error and, in particular, an excessively high error current is detected, the controller being designed to carry this out. In particular, the discharge circuit is activated when the configuration circuit, the switchable bridge branches or both are in the open state.
Es kann eine Aufprallerfassungseinheit vorgesehen sein, die eingerichtet ist, einen Aufprall des Fahrzeugs zu ermitteln. Ferner ist dieser ausgebildet, bei erfasstem Aufprall die Konfigurationsschaltung und die schaltbaren Brückenzweige zu öffnen (vorzugsweise zuerst die Konfigurationsschaltung und dann die schaltbaren Brückenzweige). Hierzu kann die Aufprallerfassungseinheit der Steuerung vorgeschaltet sein, oder die Steuerung umfasst eine entsprechende Aufprallerfassungseinheit.An impact detection unit can be provided which is set up to determine an impact of the vehicle. Furthermore, this is designed to open the configuration circuit and the switchable bridge branches when the impact is detected (preferably first the configuration circuit and then the switchable bridge branches). For this purpose, the impact detection unit can be connected upstream of the control, or the control comprises a corresponding impact detection unit.
Die
Die
Jede Schalterzelle
Der Vienna-Gleichrichter bildet einen Leistungsfaktorkorrekturfilter. Der Vienna-Gleichrichter hat gleichrichtende Funktion und umfasst ferner eine hochsetzstellende Funktion, entsprechend eines Hochsetzstellens einer gleichgerichteten Spannung zu einer (im Vergleich hierzu) höheren Spannung. Jede Schalterzelle umfasst einen Transistor T1 - T3 (wie jede übliche Vienna-Schaltung). Dieser Transistor T1 - T3 jeder Zelle Z1 - Z3 ist dazu vorgesehen, getaktet einen Kurzschluss (zwischen den jeweiligen Enden der Halbbrückenzweige) herbeizuführen. Durch die Verbindung der Schalterzellen mit dem Wechselspannungsanschluss über jeweilige Induktivitäten I1 - 13 ergibt sich dadurch die Möglichkeit des Hochsetzstellens.The Vienna rectifier forms a power factor correction filter. The Vienna rectifier has a rectifying function and also includes a step-up function, corresponding to a step-up of a rectified voltage to a (in comparison to this) higher voltage. Each switch cell includes a transistor T1 - T3 (like any common Vienna circuit). This transistor T1-T3 of each cell Z1-Z3 is provided to cause a short circuit (between the respective ends of the half-bridge branches) in a clocked manner. The connection of the switch cells to the AC voltage connection via respective inductances I1-13 results in the possibility of boosting.
An den Vienna-Gleichrichter V schließt sich eine Konfigurationsschaltung K an. Diese umfasst zwei Schalter SC1, SC2. Ferner umfasst die Konfigurationsschaltung K zwei Dioden KD, die ebenso in Reihe geschaltet sind. Die beiden Dioden sind zwischen die beiden Schalter SC1, SC2 der Konfigurationsschaltung K vorgesehen. Es ergibt sich eine Reihenschaltung der beiden Schalter SC1 und der Dioden KD, wobei die äußeren Enden dieser Reihenschaltung von den beiden Schaltern SC1, SC2 gebildet werden. Die äußeren Enden sind mit den beiden Gleichspannungspotentialen verbunden, die von dem Vienna-Gleichrichter V vorgesehen werden. Zwischen den Dioden KD und den direkt daran angeschlossenen Schalter SC1, SC2 ergibt sich zu beiden Seiten der Dioden KD jeweils ein Verbindungspunkt. Beide der sich ergebenden Verbindungspunkte sind mit unterschiedlichen Energiespeichern C1, C2 verbunden.A configuration circuit K is connected to the Vienna rectifier V. This comprises two switches SC1, SC2. The configuration circuit K further comprises two diodes KD, which are also connected in series. The two diodes are provided between the two switches SC1, SC2 of the configuration circuit K. The result is a series connection of the two switches SC1 and the diodes KD, the outer ends of this series connection being formed by the two switches SC1, SC2. The outer ends are connected to the two DC voltage potentials which are provided by the Vienna rectifier V. Between the diodes KD and the switches SC1, SC2 connected directly to them, there is in each case a connection point on both sides of the diodes KD. Both of the resulting connection points are connected to different energy stores C1, C2.
Anstatt der Dioden KD kann auch ein Schalter vorgesehen sein. Dieser Schalter sowie die Schalter SC1 und SC2 können Thyristoren (allgemein: rückwärts sperrende oder rückwärts sperrbare Halbleiterschalter) oder elektromechanische Schalter sein. Dies gilt insbesondere für die
Die in den Figuren dargestellten Energiespeicher C1, C2 sind gemäß den durchgezogenen Linien als Kondensatoren (insbesondere als Zwischenkreiskondensatoren) ausgebildet. Als Alternative zu den Energiespeichern T1, T2 können Akkumulatorelemente B1, B2 verwendet werden.The energy stores C1, C2 shown in the figures are designed as capacitors (in particular as intermediate circuit capacitors) according to the solid lines. As an alternative to the energy stores T1, T2, accumulator elements B1, B2 can be used.
Ein erster der Energiespeicher C1 oder B1, der mit dem ersten (positiven) Gleichspannungspotential des Gleichrichters V verbunden ist, ist zudem mit über eine der beiden Schalter mit dem gegenüberliegenden Potential verbunden. Der erste Energiespeicher C1 bzw. D1 ist somit direkt an das positive Gleichspannungspotential angeschlossen und mit dem gegenüberliegenden Ende mit dem Schalter SC2, der direkt an das zweite (negative) Gleichspannungspotential angeschlossen ist. In vergleichbarer Weise ist der andere Energiespeicher (der zweite Energiespeicher C2 bzw. B2) direkt mit dem zweiten Potential verbunden (beispielsweise einem negativen Potential) und ist zudem mit dem anderen Ende über den Schalter SC1 mit dem erstgenannten Potential (positiven Gleichspannungspotential) verbunden. Die Energiespeicher sind somit sich überkreuzend an die Konfigurationsschaltung angeschlossen. Im geschlossenen Zustand der Schalter SC1, SC2 der Konfigurationsschaltung K sind die Energiespeicher zueinander parallel angeschlossen. In einem offenen Zustand sind sie (über die Dioden KD) seriell miteinander verbunden.A first of the energy stores C1 or B1, which is connected to the first (positive) direct voltage potential of the rectifier V, is also connected to the opposite potential via one of the two switches. The first energy store C1 or D1 is thus connected directly to the positive direct voltage potential and at the opposite end to the switch SC2, which is connected directly to the second (negative) direct voltage potential. In a comparable way, the other energy store (the second energy store C2 or B2) is directly connected to the second potential (for example a negative potential) and is also connected to the first-mentioned potential (positive direct voltage potential) at the other end via the switch SC1. The energy stores are thus connected to the configuration circuit in a crossover manner. In the closed state of the switches SC1, SC2 of the configuration circuit K, the energy stores are connected in parallel to one another. In an open state they are connected to one another in series (via the diodes KD).
Die
Eine zweite Variante, die gestrichelt dargestellt ist, sieht vor, dass die Energiespeicher als Akkumulatoreinheiten B1, B2 eines (gemeinsamen) Akkumulators vorgesehen sind. Die Akkumulatoreinheiten B1, B2 sind schaltbar dargestellt, wie durch den symbolhaft dargestellten Schalter zu erkennen ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuerung C eingerichtet ist, einen Trennschalter des Akkumulatorelements B1, B2 zu öffnen, insbesondere wenn ein Fehler erfasst oder empfangen wird. In der zweiten Variante sind die Kondensatoren C1, C2 sowie die Gleichspannungswandler DC1, 2 vorzugsweise nicht vorhanden; die einzigen Energiespeicher sind in diesem Fall die Akkumulatoreinheiten B1 und B2.A second variant, which is shown in dashed lines, provides that the energy stores are provided as accumulator units B1, B2 of a (common) accumulator. The accumulator units B1, B2 are shown switchable, as can be seen from the symbolic switch. It can be provided that the controller C is set up to open a circuit breaker of the accumulator element B1, B2, in particular when an error is detected or received. In the second variant, the capacitors C1, C2 and the DC voltage converters DC1, 2 are preferably not present; the only energy stores in this case are the accumulator units B1 and B2.
Die Steuerung kann ferner vorgesehen sein, je nach Anzahl der aktiven Phasen am Wechselspannungseingang, je nach Akkumulatorspannung oder abhängig von einer gewünschten Versorgungsspannung die Energiespeicher C1 oder B1 parallel oder seriell miteinander zu verbinden.The control can furthermore be provided, depending on the number of active phases at the AC voltage input, depending on the battery voltage or depending on a desired supply voltage, to connect the energy stores C1 or B1 to one another in parallel or in series.
In der
Abgesehen davon weist die Ausführungsform der
Abschließend sei bemerkt, dass in den
Zudem sei bemerkt, dass in der durchgezogenen Variante die Energiespeicher C1, C2 zusammen mit den Elementen DC1, DC2 funktionell einen Gleichspannungswandler bilden, um an den Anschlüssen A+, A- eine Spannung abzugeben. An diesen Anschlüssen A+, A- kann ein Hochvoltakkumulator vorgesehen sein, der in dieser Variante, bei der die Zwischenkreiskondensatoren C1 und C2 als Energiespeicher bezeichnet werden, nicht explizit als Energiespeicher zu bezeichnen ist. Vielmehr werden die Energiespeicher als solche bezeichnet, welche galvanisch ungetrennt mit dem Wechselspannungsanschluss verbunden sind. Da in diesem Fall der Akkumulator jenseits der galvanisch trennenden Gleichspannungswandler DC1, DC2 ist, geht von diesem keine Gefahr hinsichtlich der Berührspannung aus. Vielmehr wird die Berührspannung der Zwischenkreiskondensatoren als Energiespeicher erfindungsgemäß unterdrückt. Bei der Betrachtung der gestrichelten Variante hingegen sind die Akkumulatorelemente B1 und B2 zusammen als Akkumulator zu betrachten, der im Hinblick auf die Erfindung als Energiespeicher bezeichnet wird. Hierbei ist zu bemerken, dass diejenigen Energiespeicher als solche bezeichnet werden, welche galvanisch ungetrennt mit dem Wechselspannungsanschluss P1 - P3 verbunden sind, und von denen somit potentiell eine Gefahr hinsichtlich einer zu hohen Berührspannung ausgehen kann.In addition, it should be noted that in the solid variant the energy stores C1, C2 functionally form a DC voltage converter together with the elements DC1, DC2 in order to output a voltage at the connections A +, A-. A high-voltage accumulator can be provided at these connections A +, A-, which in this variant, in which the intermediate circuit capacitors C1 and C2 are designated as energy stores, is not explicitly designated as energy stores. Rather, the energy stores are referred to as those which are connected to the AC voltage connection in an unseparated manner. Since, in this case, the accumulator is on the other side of the galvanically isolating DC voltage converters DC1, DC2, there is no risk of contact voltage from this. Rather, the contact voltage of the intermediate circuit capacitors is suppressed as an energy store according to the invention. When considering the dashed variant, however, the accumulator elements B1 and B2 are to be considered together as an accumulator which, with regard to the invention, is referred to as an energy store. It should be noted here that those energy stores are referred to as those which are electrically connected to the AC voltage connection P1-P3 in an unseparated manner, and from which there can thus potentially arise a risk with regard to an excessively high contact voltage.
Die Blöcke DC1, DC2 werden als Gleichspannungswandler bezeichnet, obwohl deren Zwischenkreiskondensatoren C1 und C2 getrennt von diesen dargestellt sind. In funktioneller Hinsicht sind jedoch die Gleichspannungswandler DC1 und DC2 zusammen mit den Zwischenkreiskondensatoren C1 und C2 als Gleichspannungswandler zu betrachten. Bei detaillierter schaltungstechnischer Betrachtung ergibt sich, dass die Zwischenkreiskondensatoren C1 und C2 an Schalt- und Transformatoreinheiten angeschlossen sind, die das Bezugszeichen DC1 und DC2 tragen. Da die
Die
Um die dargestellte Ladeschaltung LS der
Der Brückengleichrichter BG ist über die Sperrdioden SD mit der Konfigurationsschaltung K verbunden, die wie vorangehend dargestellt ausgebildet ist. Auch die weiteren Einheiten, das heißt Energiespeicher C1, C2 oder alternativ B1, B2 sowie die Gleichspannungswandler DC1, DC2, und die Steuerung C sowie die Fehlerstromerfassungseinheit F sind wie hier allgemein oder anhand der
Allgemein ist die Durchgangsrichtung der Sperrdioden und die Durchlassrichtung der betreffenden Halbleiterschalteinheiten zueinander entgegengesetzt. Dies trifft auch für die Sperrrichtung zu.In general, the direction of passage of the blocking diodes and the direction of passage of the relevant semiconductor switching units are opposite to one another. This also applies to the blocking direction.
Eine Möglichkeit ist, die Phasen in den
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