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Die Erfindung betrifft eine Ladeanordnung und einen Ladepark.
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Die
DE 10 2017 105 839 A1 zeigt ein Stromversorgungssystem und ein EMI-Filter für Gleichstrom netzwerke oder für Elektrofahrzeuge.
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Die
DE 10 2017 128 555 A1 zeigt eine netzrückwirkungsminimierende Transformatorschaltung mit Bezug zur harmonischen Verzerrung.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Batterieanordnung und einen neuen Ladepark bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der nebengeordneten Patentansprüche.
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Eine Ladeanordnung weist einen ersten Anschluss, mindestens einen Hauptverbraucher, mindestens einen Nebenverbraucher, eine Steuervorrichtung und einen zweiten Anschluss auf, welcher erste Anschluss dazu eingerichtet ist, an ein Wechselstromnetz angeschlossen zu werden, welcher mindestens eine Hauptverbraucher und welcher mindestens eine Nebenverbraucher parallel geschaltet sind und mit dem ersten Anschluss verbunden sind, welcher mindestens eine Hauptverbraucher eine Leistungselektronik mit einem ersten AC/DC-Wandler aufweist und dazu eingerichtet ist, am zweiten Anschluss einen Gleichstrom bereitzustellen, welcher mindestens eine Nebenverbraucher einen ersten Nebenverbraucher umfasst, welcher im Betrieb eine erste harmonische Verzerrung am ersten Anschluss bewirkt, welcher Steuervorrichtung ein Datenspeicher zugeordnet ist, in welchem Datenspeicher erste Daten gespeichert sind, welche ersten Daten eine erste Kennlinie für den ersten Nebenverbraucher umfasst, und welche Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, bei aktiviertem ersten Nebenverbraucher in Abhängigkeit von der ersten Kennlinie die Stromstärke in der Leistungselektronik und damit die Stromstärke am ersten Anschluss zu beeinflussen, um eine durch den ersten Nebenverbraucher verursachte harmonische Verzerrung am ersten Anschluss und damit das Verhältnis der summierten Leistungen aller Oberschwingungen zur Leistung der Grundschwingung zumindest zeitweise zu verringern. Der Hauptverbraucher kann somit die harmonische Verzerrung des Nebenverbrauchers reduzieren. Filter am Nebenverbraucher können hierdurch entfallen oder zumindest weniger aufwändig ausgeführt werden. Dies erhöht den Wirkungsgrad der gesamten Anordnung. Zudem sind durch die Mehrfachnutzung des ersten AC/DC-Wandlers keine oder nur geringe Hardwareänderungen möglich. Zudem haben Messungen gezeigt, dass die Hauptverbraucher in der Praxis weniger Probleme bei der elektromagnetischen Verträglichkeit und bei der Verursachung der harmonischen Verzerrung erzeugen als die Nebenverbraucher. Zudem können bevorzugt die Nebenverbraucher wie beispielsweise ein Kühlkompressor oder Lüfter in jedem Arbeitsbereich bei Bedarf mit maximaler Leistung betrieben werden, ohne normgemäße Grenzwerte der Ladeanordnung zu überschreiten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der mindestens eine Nebenverbraucher mindestens einen Nebenverbrauchertyp auf aus der Nebenverbrauchertypengruppe bestehend aus:
- - Lüfter,
- - zweiter AC/DC-Wandler,
- - Kompressor für eine Klimaeinheit,
- - unterbrechungsfreie Stromversorgung,
- - Display, und
- - LED-Licht.
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Dies sind Nebenverbraucher, die zu einer harmonischen Verzerrung führen können und deren Einfluss besonders gut durch die Ladeanordnung kompensiert werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leistungselektronik eine Stromsteuervorrichtung auf, welche Stromsteuervorrichtung dazu eingerichtet ist, einen durch die Leistungselektronik fließenden Strom zu beeinflussen, und bei welcher die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, bei aktiviertem ersten Nebenverbraucher in Abhängigkeit von der ersten Kennlinie die Stromstärke in der Leistungselektronik und damit die Stromstärke am ersten Anschluss durch die Stromsteuervorrichtung zu beeinflussen. Durch die Stromsteuervorrichtung kann der Strom unmittelbar beeinflusst werden. Ein aktives Filter bzw. Frontend lässt sich hierdurch mit geringem zusätzlichem Aufwand verwirklichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leistungselektronik einen Stromregler und eine Strommessanordnung auf, welche Strommessanordnung dazu eingerichtet ist, einen Istwert zu erzeugen, welcher Istwert einen durch die Strommessanordnung fließenden Strom charakterisiert, und welcher Stromregler dazu eingerichtet ist, den Istwert auf einen Sollwert zu regeln, und bei welcher die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, bei aktiviertem ersten Nebenverbraucher in Abhängigkeit von der ersten Kennlinie den Sollwert und damit die Stromstärke am ersten Anschluss zu beeinflussen. Durch den Stromregler lässt sich eine vergleichsweise genaue Beeinflussung des Stroms erzielen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste AC/DC-Wandler Halbleiterschalter auf, und die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, bei aktiviertem ersten Verbraucher in Abhängigkeit von der ersten Kennlinie die Stromstärke in der Leistungselektronik durch Beeinflussung eines Ansteuersignals der Halbleiterschalter zu beeinflussen. Die Verwendung von Halbleiterschaltern ermöglicht eine verlustarme Beeinflussung des Stroms. Bevorzugt ist das Ansteuersignal ein getaktetes Ansteuersignal. Hierdurch kann die Verlustleistung weiter reduziert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ladeanordnung dazu eingerichtet, mit unterschiedlichen Anschlussleistungen am ersten Anschluss zu arbeiten, welche unterschiedlichen Anschlussleistungen einen unteren Minimalleistungswert und einen oberen Maximalleistungswert umfassen, welcher Minimalleistungswert 50 kW oder niedriger ist, und welcher Maximalleistungswert 86 kW oder höher ist. Hierdurch wird ein Betreiben der Ladeanordnung sowohl an Netzen wie einem Steckdosenanschluss in einer Wohnung mit niedriger Anschlussleistung als auch an Netzen mit einer Anschlussleistung von beispielsweise 110 kW ermöglicht, und durch eine Auslegung der Leistungselektronik für einen Bereich unterschiedlicher Anschlussleistungen kann die Ladeanordnung breit genutzt werden. Dies führt zu einem ökologischen Vorteil.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Minimalleistungswert 22 kW oder niedriger, bevorzugt 11 kW oder niedriger. Die Ladeanordnung kann also auch für vergleichsweise niedrige Anschlussleistungen genutzt werden, obwohl sie auch für größere Leistungen einsetzbar ist. Hierdurch kann auf zusätzliche Modelle für kleine Leistungen verzichtet werden, und dies ist ökologisch vorteilhaft.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Maximalleistungswert 86 kW oder höher, bevorzugt 110 kW oder höher. Die Nutzung der Ladeanordnung für hohe Anschlussleistungen wird durch diese Auslegung der Ladeanordnung ermöglicht, obwohl sie auch für kleinere Leistungen einsetzbar ist, und dies ist ökologisch vorteilhaft.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ladeanordnung einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher auf, und die Ladeanordnung ist dazu ausgebildet, eine Aufladung des Energiespeichers über den ersten Anschluss zu ermöglichen und eine Entladung des Energiespeichers über den zweiten Anschluss zu ermöglichen. Der Energiespeicher kann hierdurch ebenfalls zur Verbesserung der harmonischen Verzerrung genutzt werden, und bei Hausanschlüssen mit niedriger Anschlussleistung ist ein schnelles Laden möglich. Die Kombination eines wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichers mit der für unterschiedliche Anschlussleistungen ausgelegten Ladeanordnungen ist besonders interessant, und dies war bisher nicht üblich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, bei deaktiviertem ersten Nebenverbraucher keine Beeinflussung der Stromstärke in der Leistungselektronik in Abhängigkeit von der ersten Kennlinie durchzuführen. Eine Beeinflussung in Abhängigkeit von der ersten Kennlinie könnte bei deaktiviertem ersten Nebenverbraucher zu einer Erhöhung der harmonischen Verzerrung führen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der mindestens eine Nebenverbraucher einen zweiten Nebenverbraucher, welcher im Betrieb eine zweite harmonische Verzerrung am ersten Anschluss bewirkt, und im Datenspeicher sind zweite Daten gespeichert, welche zweiten Daten eine zweite Kennlinie für den zweiten Nebenverbraucher umfassen, und die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, bei aktiviertem zweiten Nebenverbraucher in Abhängigkeit von der zweiten Kennlinie die Stromstärke in der Leistungselektronik und damit die Stromstärke am ersten Anschluss zu beeinflussen, um eine durch den zweiten Nebenverbraucher verursachte zweite harmonische Verzerrung am ersten Anschluss und damit das Verhältnis der summierten Leistungen aller Oberschwingungen zur Leistung der Grundschwingung zumindest zeitweise zu verringern.
Hierdurch kann der Einfluss der harmonischen Verzerrung weiter kompensiert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, bei aktiviertem ersten Nebenverbraucher und aktiviertem zweiten Nebenverbraucher in Abhängigkeit von der Summe der ersten Kennlinie und der zweiten Kennlinie die Stromstärke in der Leistungselektronik und damit die Stromstärke am ersten Anschluss zu beeinflussen. Die Kompensation kann hierdurch für mehrere Verbraucher gemeinsam erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine gemeinsame Kennlinie für den ersten und zweiten Verbraucher vorgesehen. Wenn zwei Verbraucher immer gemeinsam aktiviert sind, kann eine gemeinsame Kennlinie verwendet werden. Es können auch unterschiedliche Kennlinien hinterlegt werden, die jeweils für einen vorgegebenen Zustand aktivierter und deaktivierter Verbraucher vorgesehen sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ladeanordnung dazu eingerichtet, mindestens ein Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie aufzuladen. Hierbei handelt es sich um vergleichsweise leistungsstarke Ladeanordnungen, bei denen die Verbesserung der harmonischen Verzerrung besonders vorteilhaft ist.
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Ein Ladepark für ein Elektrofahrzeug weist eine Ladeanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf. Ein Ladepark hat bevorzugt eine Ladesäule, eine Kühlungseinheit und die eigentliche Ladeanordnung.
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Bevorzugt haben die Ladeanordnung und/oder der Ladepark ein Backend.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es zeigt:
- 1 in schematischer Darstellung einen Ladepark mit einer Ladeanordnung, welche Ladeanordnung einen ersten Anschluss, einen Hauptverbraucher und einen Nebenverbraucher umfasst,
- 2 in schematischer Darstellung den Hauptverbraucher der Ladeanordnung von 1,
- 3 einen sinusförmigen Spannungsverlauf am ersten Anschluss der Ladeanordnung von 1,
- 4 einen Stromverlauf am Nebenverbraucher von 1,
- 5 eine Kennlinie für den Stromverlauf des Nebenverbrauchers von 4,
- 6 einen gesteuerten Stromverlauf am Hauptverbraucher von 1, und
- 7 einen Gesamtstromverlauf am ersten Anschluss der Ladeanordnung.
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Im Folgenden sind gleiche oder gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.
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1 zeigt eine Ladeanordnung 20 mit einem Anschluss 21, Anschlüssen 22A, 22B und Anschlüssen 25A, 25B. Der Anschluss 21 ist beispielhaft über eine Leitung 11 mit einem Versorgungsnetz 10 verbunden, welches Versorgungsnetz 10 als Wechselstromnetz ausgebildet ist. Üblicherweise hat das Versorgungsnetz 10 drei Außenleiter L1, L2 und L3, einen Neutralleiter N und einen Schutzleiter PE. Alternativ zu einem solchen dreiphasigen Versorgungsnetz 10 kann auch ein einphasiges Versorgungsnetz 10 mit den aktiven Leitern L1, N und dem Schutzleiter PE oder ein US-Versorgungsnetz vom Typ Split Phase mit den Außenleitern HOT1, HOT2 verwendet werden.
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Eine Ladesäule 81 ist über eine Leitung 85 mit dem Anschluss 22A und über eine Leitung 87 mit dem Anschluss 25A verbunden. Eine Ladesäule 82 ist über eine Leitung 86 mit dem Anschluss 22B und über eine Leitung 88 mit dem Anschluss 25B verbunden.
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Die Ladesäulen 81, 82 haben im Ausführungsbeispiel jeweils einen oder mehrere Nebenverbraucher 44 bzw. 45, bspw. ein Display und/oder eine Beleuchtung wie ein LED-Licht.
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Die Ladesäule 81 ist über ein Ladekabel 89 mit einem Fahrzeug 83 verbunden, welches Fahrzeug 83 eine Traktionsbatterie 103 aufweist. Die Ladesäule 82 ist über ein Ladekabel 90 mit einem Fahrzeug 84 verbunden, welches Fahrzeug 84 eine Traktionsbatterie 104 aufweist.
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Die Ladeanordnung 20 ist bevorzugt ein Bestandteil eines schematisch angedeuteten Ladeparks 12.
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Die Ladeanordnung 20 hat im Ausführungsbeispiel zwei Hauptverbraucher 31, 32, welche jeweils eine Leistungselektronik 33 bzw. 34 mit einem ersten AC/DC-Wandler 35 bzw. 36 aufweisen und dazu eingerichtet sind, am Anschluss 22A bzw. 22B einen Gleichstrom für die Ladesäule 81 bzw. 82 bereitzustellen. Dies ermöglicht ein DC-Schnellladen an den Ladesäulen 81, 82.
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Neben den Hauptverbrauchern 31, 32 sind Nebenverbraucher 41, 42 und 43 vorgesehen, wobei der Nebenverbraucher 41 bspw. einen oder mehrere Lüfter umfasst, der Nebenverbraucher 42 einen AC/DC-Wandler für eine vergleichsweise niedrige Spannung für weitere Nebenverbraucher bereitstellt, und der Nebenverbraucher 43 als Kompressor für eine Klimaeinheit ausgebildet ist.
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Die Hauptverbraucher 31, 32 und die Nebenverbraucher 41, 42, 43, 44 und 45 sind parallel geschaltet und über ein internes Netz 50 mit dem ersten Anschluss 21 zur Zuführung eines Wechselstroms verbunden. Die Nebenverbraucher 44 und 45 sind im Ausführungsbeispiel über die Anschlüsse 25A, 25B bspw. nur einphasig versorgt, es wird also neben N und PE nur einer der Außenleiter L1, L2 bzw. L3 am entsprechenden Anschluss 25A, 25B nach außen geführt.
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Eine Steuervorrichtung 23 ist vorgesehen. Die Steuervorrichtung 23 ist über eine Datenleitung 111 mit dem Nebenverbraucher 41, über eine Datenleitung 112 mit dem Nebenverbraucher 42, über eine Datenleitung 113 mit dem Nebenverbraucher 43, über eine Datenleitung 115 mit dem Hauptverbraucher 31 und über eine Datenleitung 116 mit dem Hauptverbraucher 32 verbunden. Die Steuervorrichtung 23 weist einen Datenspeicher 24 auf, in welchem erste Daten gespeichert sind.
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Im Betrieb der Ladeanordnung 20 entsteht am Anschluss 21 bzw. am internen Netz 50 in Abhängigkeit von der jeweiligen Leistung der Hauptverbraucher 31, 32 und Nebenverbraucher 41, 42, 43, 44, 45 ein Gesamtstrom I, welcher sich bei einem dreiphasigen Versorgungsnetz 10 überwiegend aufteilt auf die aktiven Leiter L1, L2, L3 und N. Die das Versorgungsnetz 10 bereitstellenden Netzversorger haben insbesondere bei Verbrauchern mit hohen Leistungen Anforderungen an die Netzqualität. Die Ströme in den einzelnen Außenleitern L1, L2, L3 sollten im Idealfall einen dem sinusförmigen Spannungsverlauf folgenden sinusförmigen Stromverlauf aufweisen. In der Praxis haben jedoch unterschiedliche Verbraucher einen nicht sinusförmigen Verlauf und/oder eine Phasenverschiebung, und hierdurch kann es zu einer Netzrückwirkung in das Versorgungsnetz 10 kommen, die das Versorgungsnetz 10 belasten und zu Störungen bei anderen Verbrauchern führen können. Zudem können Schwierigkeiten mit der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) auftreten, welche einer Zulassung der Ladeanordnung im Wege stehen. Eine übliche Angabe zur Quantifizierung der gesamten harmonischen Verzerrung durch einen oder mehrere Verbraucher wird als THD (englisch: Total Harmonic Distortion) bezeichnet. Der THD-Wert ist definiert als das Verhältnis der summierten Leistungen P_h aller Oberschwingungen zur Leistung der Grundschwindung P_1. Bei einem perfekten elektrischen Verbraucher wie einem elektrischen Widerstand ist somit der THD-Wert gleich null. Reale Verbraucher wie Lüfter oder Kompressoren sind jedoch nicht perfekt und führen zu einer harmonischen Verzerrung am Anschluss 21. Es ist grundsätzlich möglich, den Nebenverbrauchern 41 bis 45 Filteranordnungen zuzuordnen, um die harmonische Verzerrung zu verringern. Je aufwändiger jedoch solche Filteranordnungen ausgebildet werden, desto geringer wird der Wirkungsgrad.
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Es ist zudem möglich, die Ladeanordnung 20 auf eine vorgegebene Anschlussleistung auszulegen, bspw. auf 22 kW oder 110 kW, und für eine einzelne Anschlussleistung kann eine vergleichsweise gute Optimierung durchgeführt werden. Die Anschlussleistung, auch Anschlusswert genannt, ist die maximal von einem Energieversorger an der jeweiligen Anschlussstelle bereitgestellte und in der Auslegung der Installation zugrunde gelegte Leistung bei der Versorgung mit elektrischer Energie. Auch Geräte werden mit ihrem Anschlusswert gekennzeichnet. Bei einer solchen Optimierung auf eine bestimmte Anschlussleistung hat es sich jedoch als problematisch erwiesen, wenn bspw. eine Ladeanordnung 20, welche für eine Anschlussleistung von 110 kW ausgelegt und optimiert ist, mit einer Anschlussleistung von 11 kW genutzt wird. Dies führt zu einer deutlichen Verschlechterung des THD-Werts, und die Ladeanordnung 20 erfüllt in einem solchen Fall bspw. nicht die gesetzlichen Anforderungen für einen Anschluss an ein Versorgungsnetz mit einer Anschlussleistung von 11 kW, wie sie bspw. bei privaten Haus-Versorgungsnetzen vorliegen kann. Bevorzugt ist die Ladeanordnung 20 für einen großen Bereich an Anschlussleistungen nutzbar, bspw. für einen Bereich zwischen 50 kW und 86 kW, 22 kW bis 86 kW oder 11 kW bis 110 kW.
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2 zeigt schematisch den Aufbau der Hauptverbraucher 31, 32 anhand des Hauptverbrauchers 31. Der Hauptverbraucher 31 hat die Leistungselektronik 33, welche im Ausführungsbeispiel einen AC/DC-Wandler 89 und einen schematisch dargestellten DC/DC-Wandler 90 aufweist. Der AC/DC-Wandler 89 ist eingangsseitig mit dem Anschluss 21 verbunden, im Ausführungsbeispiel insbesondere mit den Außenleitern L1, L2, L3, mit dem Neutralleiter N und mit dem Schutzleiter PE. Die Nutzung des Neutralleiters N und des Schutzleiters PE ist in der schematischen Darstellung nicht weiter ausgeführt. Der AC/DC-Wandler 89 ist beispielhaft als dreiphasige Gleichrichter-Brückenschaltung mit sechs schematisch angedeuteten Halbleiterschaltern 61, 62, 63, 64, 65, 66 ausgebildet, welche jeweils durch ein zugeordnetes Ansteuersignal S1, S2, S3, S4, S5 und S6 angesteuert werden. Ggf. notwendige Induktivitäten und Freilaufdioden sind in der schematischen Darstellung nicht dargestellt. Andere Ausführungsbeispiele für den AC/DC-Wandler sind bspw. ein Vienna-Gleichrichter oder eine hybride, halbgesteuerte Gleichrichter-Brückenschaltung.
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Durch den AC/DC-Wandler 89 wird in die Leitung 67 und 68 eingespeist, und diese bilden zusammen mit einem zwischen den Leitungen 67 und 68 geschalteten Kondensator 69 einen Gleichstromzwischenkreis 40. Der DC/DC-Wandler 90 ist eingangsseitig an den Leitungen 67, 68 und ausgangsseitig über die Leitungen 91, 92 am Anschluss 22A angeschlossen. Der optionale DC/DC-Wandler 90 ermöglicht eine Erniedrigung und bevorzugt auch Erhöhung der Gleichspannung am Anschluss 22A gegenüber der Spannung am Gleichstromzwischenkreis 40.
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Die Leistungselektronik 33 weist eine Stromsteuervorrichtung 46 auf, welche ausgangsseitig zur Ausgabe der Ansteuersignale S1 bis S6 ausgebildet ist. Eingangsseitig ist die Stromsteuervorrichtung 46 mit einer Steuervorrichtung 38 und mit der Steuervorrichtung 23 verbunden. Die Steuervorrichtung 38 gibt bspw. vor, welcher Strom und damit welche elektrische Leistung über den Anschluss 22A ausgangsseitig fließen soll. Die Steuervorrichtung 23 ist dazu ausgebildet, bei aktiviertem Nebenverbraucher 41, 42, 43, 44 und/oder 45 die Stromstärke in der Leistungselektronik 33 und damit die Stromstärke am ersten Anschluss 21 durch die Stromsteuervorrichtung 46 zu beeinflussen, um die durch den oder die Nebenverbraucher 41 bis 45 verursachte harmonische Verzerrung am ersten Anschluss 21 zumindest zeitweise zu verringern. Dies wird durch Verwendung einer im Datenspeicher 24 gespeicherten Kennlinie 75 erreicht, wie dies weiter unten beschrieben wird. Die Beeinflussung kann entweder über alle Außenleiter gleichverteilt erfolgen, oder es kann eine Reduzierung der Verzerrung in jedem Außenleiter unabhängig voneinander erfolgen. Bei mehreren Hauptverbrauchern kann der zusätzliche Strom zur Verringerung der Verzerrung durch einen der Hauptverbraucher oder durch mehrere der Hauptverbraucher gemeinsam eingespart werden.
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Im Ausführungsbeispiel weist die Stromsteuervorrichtung 46 einen Stromregler 37 und eine Strommessanordnung 39 auf. Die Strommessanordnung 39 ist dazu eingerichtet, einen Istwert I_L1, I_L2, I_L3 zu erzeugen, welcher Istwert einen durch die Strommessanordnung 39 fließenden Strom i1, i2, i3 charakterisiert. Der Stromregler 37 ist dazu eingerichtet, den Istwert I_L1, I_L2, I_L3 auf einen zugeordneten Sollwert T_I_L1, T_I_L2, T_I_L3 zu regeln. Die Sollwerte T_I_L1, T_I_L2 und T_I_L3 werden im Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von der Steuervorrichtung 38 und der Steuervorrichtung 23 ermittelt, und hierdurch kann die Leistungselektronik 33 sowohl die Funktion der Erzeugung einer gewünschten Ausgangsleistung am Anschluss 22A als auch eines gewünschten zusätzlichen Stroms am Anschluss 21 erfüllen, um hierdurch das Verhältnis der summierten Leistungen aller Oberschwingungen zur Leistung der Grundschwingung am Anschluss 21 zumindest zeitweise zu verringern.
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3 zeigt als Linie 70 die Spannung U_21 am Anschluss 21, aufgetragen über die Zeit t. Die Linie 70 hat einen sinusförmigen Verlauf.
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4 zeigt schematisch als Linie 71 den Strom I_41, der in einem der Außenleiter L1, L2 oder L3 zum Nebenverbraucher 41 fließt, aufgetragen über die Zeit t. Im Ausführungsbeispiel ist der Nebenverbraucher 41 ein Lüfter, und der Strom hat - abweichend vom idealen sinusförmigen Verlauf - bei jeder Halbwelle zwei Bereiche 710, 711 bzw. 712, 713 mit gegenüber dem sinusförmigen Verlauf betragsmäßig geringerem Strom. Die Bereiche 710, 711, 712 und 713 wiederholen sich jeweils in einem Phasenwinkelabstand von 360° bzw. 2 π (2 pi). Da der Nebenverbraucher 41 über den Anschluss 21 mit Strom versorgt wird, treten die entsprechenden Bereiche 710, 711, 712, 713 ebenfalls am Anschluss 21 in - absolut betrachtet - gleicher Größe auf, sofern die Ladevorrichtung 20 keine zusätzlichen Energiespeicher aufweist. Da weitere Hauptverbraucher 31, 32 und Nebenverbraucher 41 bis 45 über den Anschluss 21 versorgt werden, ist der relative Anteil der Stromänderung in den Bereichen 710, 711, 712, 713 am Anschluss 21 gegenüber dem insgesamt fließenden Strom I geringer als am Nebenverbraucher 41.
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5 zeigt beispielhaft einen Strom I_KL, wie er in einer entsprechenden Kennlinie 75 im Datenspeicher 24 gespeichert werden kann, vgl. 2. Die dargestellte Kennlinie 72 hat im Ausführungsbeispiel für jede Halbwelle zwei positive bzw. negative Bereiche, in denen ein Strom definiert ist. Die Bereiche 710, 711, 712, 713 entsprechen den entsprechenden Bereichen in 5. Die Kennlinie 72 und damit auch die gespeicherte Kennlinie 75 ergeben sich bspw. durch Ermittlung der Abweichung der Linie 71 von 4 von einem sinusförmigen Verlauf. Im Ausführungsbeispiel wurde die Kennlinie 72 zudem invertiert, um bei der Berechnung des Gesamtstroms beim Hauptverbraucher 31 eine Kompensation durch Addition der Kennlinie 72 zu ermöglichen. Alternativ könnten die Kennlinie 72 auch invertiert vorgegeben werden und der resultierende Strom durch Subtraktion berechnet werden. Im Ausführungsbeispiel ist die Kennlinie 72 über den Phasenwinkel phi definiert, sie kann aber auch über die Zeit definiert werden. Die Frequenz der Netzspannung ist üblicherweise bei Versorgungsnetzen 10 (vgl. 1) fest bzw. konstant vorgegeben, z.B. 50 Hz oder 60 Hz. Daher ist es ausreichend, die Kennlinie 75 für eine positive Halbwelle und eine negative Halbwelle vorzugeben und immer gleich zu verwenden. Bildlich gesprochen enthält die Kennlinie 75 einen Fingerabdruck des Nebenverbrauchers, der eine (Teil-)Kompensation der harmonischen Verzerrung ermöglicht.
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6 zeigt den Strom I_31, welcher durch die Stromsteuervorrichtung 46 von 2 im Hauptverbraucher 31 erzeugt wird. Der Stromsteuervorrichtung 46 wird über die Steuervorrichtung 38 bevorzugt eine sinusförmige Grundform zur Bereitstellung einer gewünschten Ausgangsleistung am Anschluss 22A vorgegeben, an welchem ein Gleichstrom vorliegt. Im Ausführungsbeispiel erhält die Stromsteuervorrichtung 46 über die Steuervorrichtung 23 in Abhängigkeit von der Kennlinie 72 von 5 ein zusätzliches Signal, welches durch Addition zu dem Gesamtstrom I_31 entsprechend der Linie 73 von 6 führt. Der Strom entsprechend der Linie 73 hat in den Bereichen 710, 711, 712, 713 jeweils einen betragsmäßig erhöhten Strom, welcher den betragsmäßig erniedrigten Strom von 4 zumindest teilweise kompensiert.
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7 zeigt den Strom I_21 am Anschluss 21. Dieser entspricht u. a. der Summe der Ströme I_41 und I_31 bzw. ist abhängig von dieser Summe, und durch die Kompensation im Strom I_31 von 6 wird die harmonische Verzerrung im Gesamtstrom I_21 von 7 reduziert oder im Idealfall vollständig kompensiert. Hierbei ist ein Vorteil, dass getaktete AC/DC-Wandler üblicherweise mit einer hohen Taktfrequenz arbeiten und vergleichsweise genau eine vorgegebene Stromkurve stellen können.
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Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
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Im Ausführungsbeispiel sind die Bereiche 710, 711, 712, 713 fest innerhalb der Halbwellen vorgegeben. Die Bereiche 710 bis 713 können aber beispielsweise bei einem Lüfter abhängig von der Drehzahl des Lüfters sein, oder sie sind bei einem Elektromotor für einen Klimakompressor abhängig von der Drehzahl des Elektromotors. Sofern einer der Nebenverbraucher mit unterschiedlichen Leistungen betrieben werden kann, kann beispielsweise die Höhe des zu kompensierenden Stroms in der Kennlinie abhängig sein von der aktuellen Leistung des Nebenverbrauchers.
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Im Datenspeicher 24 können hierfür beispielsweise unterschiedliche Kennlinien bzw. Kennlinienfelder gespeichert werden, oder es kann eine geeignete Kennlinie durch ein im Datenspeicher 24 gespeicherte Kennlinien-Näherungsformel berechnet werden. Der Begriff Kennlinie ist somit breit zu verstehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015010713 A1 [0002]
- DE 102012222427 A1 [0003]
- DE 102017105839 A1 [0004]
- DE 102017128555 A1 [0005]
