DE102022203204A1 - Interne Ableitstromkompensation durch einen Stromrichter einer Fahrzeugladeschaltung - Google Patents

Interne Ableitstromkompensation durch einen Stromrichter einer Fahrzeugladeschaltung Download PDF

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Abstract

Eine Fahrzeugladeschaltung (FS) hat einen Leistungspfad (LP), der von einem Wechselstrom-Ankopplungsanschluss (A1) zu einem Bordnetzanschluss (A2) führt. Mindestens ein Element (E) ist in dem Leistungspfad (LP) vorgesehen oder an diesen angeschlossen, das einen Ist-Ableitstrom erzeugt. Die Fahrzeugladeschaltung (FS) ist eingerichtet, eine Ableitstromgröße (FI) zu erfassen, die den Ist-Ableitstrom kennzeichnet. Ein Stromrichter (KS, KS') liegt in dem Leistungspfad (LP) vor, der als ein kompensierender Stromrichter (KS, KS') vorgesehen und eingerichtet ist, durch Betreiben einen Kompensations-Ableitstrom zu erzeugen, der den Ist-Ableitstrom zumindest teilweise kompensiert.

Description

  • Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb weisen einen Hochvolt-Akkumulator auf, mit dem der elektrische Antrieb versorgt wird. Fahrzeuge, die zur Aufschaltung mittels einer Ladestation ausgebildet sind, weisen einen Ladeanschluss auf sowie eine fahrzeuginterne Ladeschaltung. Die Ladeschaltung kann als galvanisch nichttrennende Schaltung aufgebaut sein, wodurch sich zwar ein höherer Wirkungsgrad ergibt als bei galvanisch isolierenden Ladeschaltungen, jedoch mit zusätzlichen Sicherheitsmechanismen (zum Schutz vor gefährlichen Berührspannungen) auszustatten sind.
  • Es sind hierbei Ableitströme zu berücksichtigen, die im Fehlerfall nicht vollständig über einen Schutzleiter abgeleitet werden, sondern zu einem gefährlichen Berührstrom führen können. Diese Ableitströme ergeben sich beispielsweise durch Filter, die ein Ladepotential (Wechselstrom oder Hochvolt-Gleichstrom) kapazitiv mit einem Schutzleiterpotential koppeln und ergeben sich ferner bei variabler Ansteuerung von Leistungsfaktorkorrekturfiltern, gesteuerten Gleichrichtern, durch parasitäre Induktivitäten oder Kapazitäten, die einen Wechsel-Ladestrom mit einem Schutzleiterpotential wie Chassis koppeln und ähnlichem. Um einen daraus sich ergebenden gefährlichen Berührstrom zu vermeiden bzw. um ladestationsseitige Fehlerstrommechanismen nicht unnötigerweise auszulösen, sind Geräte zur aktiven Ableitstromkompensation bekannt. Diese werden als Zusatzmodul mit betreffenden Potentialen verbunden und sind eingerichtet, Ableitströme zu erfassen, aktiv einen gegenphasigen, kompensierenden Strom zu erzeugen und diesen derart einzuspeisen, dass dieser den störenden Ableitstrom zumindest teilweise kompensiert.
  • Da dies zusätzliche Komponenten erfordert, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich eine Verringerung des Ableitstroms mit geringem Aufwand verwirklichen lässt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Fahrzeugladeschaltung nach Anspruch 1. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen der Beschreibung und den Figuren.
  • Es wird vorgeschlagen, einen Stromrichter, der sich im Leistungspfad einer Fahrzeugladeschaltung befindet und zur Übertragung von Ladeleistung verwendet wird, dazu zu verwenden, einen kompensierenden Ableitstrom zu erzeugen. Da ein derartiger Stromrichter bereits zum Laden verwendet wird und somit ohnehin in der Fahrzeugladeschaltung vorliegt, erfordert es keine zusätzlichen Leistungsbauteile, um einen entsprechenden kompensierenden Ableitstrom zu erzeugen und einzuspeisen, zumal der Stromrichter bereits mit den entsprechenden Potentialen verbunden ist. Dadurch ist es möglich, dass der von dem Stromrichter selbst erzeugte Ableitstrom und/oder ein Ableitstrom eines anderen Elements im oder am Leistungspfad zumindest teilweise kompensiert wird durch den bereits vorhandenen Stromrichter, indem dieser zur Erzeugung eines kompensierenden Ableitstroms angesteuert wird. Hierbei kann der Stromrichter während der Erzeugung des kompensierenden Ableitstroms auch weiterhin nach Sollvorgabe Leistung übertragen (das heißt wandeln und/oder richten), ohne dass die Sollgrößen des Wandelns (des Wandlers) und/oder des Stromrichtens (des Stromrichters) verändert werden. Vielmehr wird der kompensierende Ableitstrom erzeugt, ohne dass eine vom Stromrichter abzugebende Leistung im Hinblick auf Strom oder Spannung verändert wird; insbesondere wird auch der am Ladeanschluss vorliegende Leistungsfaktor durch die Erzeugung des kompensierenden Ableitstroms durch den Stromrichter nicht verändert.
  • Der zu kompensierende Ableitstrom entsteht im Wesentlichen durch Wechselstromanteile von Potentialen des Bordnetzes bzw. der Fahrzeugladeschaltung. Diese Anteile koppeln über vorhandene Filterkondensatoren auf ein Schutzleiterpotential wie Chassis und werden somit auch zu dem Schutzleiter geführt. Die Erfindung ermöglicht neben der Kompensation des Ableitstroms, dass die Potentiale des Bordnetzes relativ zum Schutzleiterpotential bzw. Chassis stabil gehalten werden, insbesondere unabhängig von den Potentialen der verwendeten Netzpotentiale (am Wechselstrom-Ankopplungsanschluss der Fahrzeugladeschaltung). Zur Erfassung des zu kompensierenden Ist-Ableitstroms kann auf unterschiedliche Weise eine Ableitstromgröße erfasst werden, die den Ist-Ableitstrom kennzeichnet, um so einen Kompensations-Ableitstrom erzeugen zu können. Hierbei können einfache Spannungsabgriffe und/oder Stromsensoren bzw. vorhandene Stromsensoren und deren Werte verwendet werden, oder es können andere Betriebsparameter von Komponenten innerhalb der Fahrzeugladeschaltung verwendet werden. Daher kann die Erfassung der Ableitstromgröße bzw. des Ist-Ableitstroms ohne besonderen Aufwand verifiziert werden, größtenteils unter Verwendung von bereits vorhandenen Komponenten. Der Kompensations-Ableitstrom kann insbesondere durch Anpassen der Modulation von Leistungsendstufen des Stromrichters durchgeführt werden. Hierbei werden insbesondere die differenziellen Spannungen innerhalb des Stromrichters, insbesondere an Ausgang des Stromrichters (zwischen Ausgangs-Gleichspannungspotentialen des Stromrichters), im Wesentlichen nicht verändert. Es werden lediglich relative Potentiale wie Sternpotentiale, mittlere Potentiale oder ähnliches verschoben, um so den Kompensations-Ableitstrom zu erzeugen. Es wird daher eine Fahrzeugladeschaltung beschrieben, die einen Leistungspfad aufweist, der von einem Wechselstrom-Ankopplungsanschluss zu einem Bordnetzanschluss führt. Die Anschlüsse sind Teil der Fahrzeugladeschaltung. Der Wechselstrom-Ankopplungsanschluss kann insbesondere als Ladebuchse ausgestaltet sein, oder als Anschlussstelle zum Anschluss einer fahrzeugseitigen Ladebuchse. Der Bordnetzanschluss kann insbesondere zu einem Traktionsakkumulator führen, so dass der Leistungspfad vom Wechselstrom-Ankopplungsanschluss über den Bordnetzanschluss bis zum Traktionsakkumulator weitergeführt werden kann.
  • In dem Leistungspfad ist ein Element vorgesehen, das einen Ist-Ableitstrom erzeugt. Alternativ oder in Kombination hierzu kann mindestens ein Element an den Leistungspfad angeschlossen sein, das einen Ist-Ableitstrom erzeugt. So kann beispielsweise ein Stromrichter oder ein Wandler als Element in dem Leistungspfad vorgesehen sein und etwa durch eigene Filterelemente oder parasitäre Impedanzen einen Ableitstrom erzeugen. Ferner kann als Element beispielsweise ein Filter an den Leistungspfad angeschlossen sein, der eine kapazitive Ankopplung des Leistungspfads an einen Schutzleiter vorsieht, und der somit ebenso einen Ableitstrom erzeugt, der gut zu kompensieren ist.
  • Die Fahrzeugladeschaltung ist eingerichtet, eine Ableitstromgröße zu erfassen, die den Ist-Ableitstrom kennzeichnet. Insbesondere kennzeichnet diese Ableitstromgröße Phase und Amplitude des Ist-Ableitstroms und somit allgemein Parameter des Ist-Ableitstroms, die erforderlich sind, um einen Kompensations-Ableitstrom zu erzeugen. Die Ableitstromgröße kann insbesondere den Verlauf des Ist-Ableitstroms kennzeichnen, der von dem mindestens ein Element erzeugt wird.
  • Ein Stromrichter innerhalb des Leistungspfads ist als kompensierender Stromrichter vorgesehen und eingerichtet, einen Kompensations-Ableitstrom zu erzeugen. Der Stromrichter ist spannungswandelnd und/oder stromrichtend in dem Leistungspfad vorgesehen. Die vom Leistungspfad übertragene Leistung wird somit vom Stromrichter übertragen, insbesondere in einer Richtung, die vom Wechselstrom-Ankopplungsanschluss zum Bordnetzanschluss führt. Es sind jedoch auch umgekehrte Richtungen zur Energieübertragung denkbar. Der kompensierende Stromrichter erzeugt den Kompensations-Ableitstrom. Der kompensierende Stromrichter ist eingerichtet, durch Betreiben des Stromrichters selbst den Kompensations-Ableitstrom zu erzeugen. Hierbei werden insbesondere Betriebsparameter des Stromrichters (etwa Modulationsgrade, Tastverhältnisse, Flankenschaltzeiten und/oder Phasenversatz zwischen Strom und Spannung), die die Stromrichtung bzw. Spannungswandlung des Stromrichters betreffen, verändert, um gleichzeitig den Kompensations-Ableitstrom zu erzeugen. Durch die Änderung der Betriebsparameter werden jedoch Soll-Größen, die die Wandlung bzw. Stromrichtung des Stromrichters betreffen, nicht verändert, insbesondere Spannungen zwischen Hochvolt- oder Wechselstrompotentialen der Fahrzeugladeschaltung. Der kompensierende Stromrichter ist eingerichtet, durch Betreiben den Kompensations-Ableitstrom zu erzeugen, indem Betriebsparameter des Stromrichters angepasst oder moduliert werden, die sich auf Spannungen eines Wechselstrom- oder Hochvoltpotentials der Fahrzeugladeschaltung gegenüber einem Schutzleiterpotential wie Chassis beziehen. Es werden somit bei dem Erzeugen von Kompensations-Ableitstrom nur Spannungen verändert, die sich auf das Schutzleiterpotential bzw. auf Chassis beziehen, nicht jedoch Spannungen zwischen Potentialen, die nicht mit Chassis bzw. dem Schutzleiterpotential verbunden sind. Anstatt einer zusätzlichen Komponente wird somit ein bereits vorhandener Stromrichter der Fahrzeugladeschaltung verwendet, um aktiv den Ist-Ableitstrom zu verringern, indem der Kompensations-Ableitstrom erzeugt wird. Der Kompensations-Ableitstrom ist insbesondere gegenphasig zum Ist-Ableitstrom ausgebildet und kompensiert diesen dadurch zumindest teilweise. Der Kompensations-Ableitstrom wird als Ableitstrom bezeichnet, da er sich auf den Ist-Ableitstrom bezieht, ist jedoch selbst kein Ableitstrom, der durch Filter mit Schutzpotentialbezug erzeugt werden würde. Daher kann der Kompensations-Ableitstrom auch als Kompensationsstrom bezeichnet werden, der den Ist-Ableitstrom zumindest teilweise kompensiert.
  • Das mindestens eine Ableitstrom erzeugende Element (im Leistungspfad oder an diesen angeschlossen) kann ein Filter sein, insbesondere ein Netzfilter zur kapazitiven Ableitung von Störsignalen zum Schutzleiterpotential. Es kann sich beispielsweise bei dem Filter um eine Sternschaltung von Kondensatoren handeln, wobei der Sternpunkt mit einem Schutzleiterpotential verbunden ist (etwa Chassis), und die einzelnen Enden des Sterns mit den einzelnen Phasen der Fahrzeugladeschaltung verbunden sind. Weiterhin kann das mindestens eine Ableitstromelement eine parasitäre Impedanz sein, beispielsweise eine Leitungsinduktivität oder eine parasitäre Kapazität zwischen einem Hochvoltpotential bzw. einem Wechselstrompotential der Fahrzeugladeschaltung einerseits und dem Schutzleiterpotential (Chassis) andererseits. Zudem kann es sich um einen Zwischenkreiskondensator handeln, der beispielsweise auf Grund eines Gehäuses und/oder auf Grund von Leitungen eine kapazitive oder induktive Ankopplung an das Schutzleiterpotential (Chassis) aufweist, wodurch ein Ableitstrom erzeugt wird. Das ableitstromerzeugende Element kann zudem ein weiterer Stromrichter des Pfads und/oder den kompensierenden Stromrichter selbst umfassen. Insbesondere kann eine Kombination dieser Elemente vorliegen, wobei diese Elemente zusammen den Ist-Ableitstrom erzeugen. Ist der Stromrichter beispielsweise als Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgebildet, so kann dieser selbst das Element sein, das den Ableitstrom erzeugt, und kann gleichzeitig als kompensierender Stromrichter ausgebildet sein, um den selbsterzeugten Ableitstrom durch Erzeugen des Kompensations-Ableitstroms zumindest teilweise wieder zu kompensieren.
  • Vorzugsweise kompensiert hierbei der Stromrichter nicht nur den selbsterzeugten Ableitstrom, sondern den gesamten Ist-Ableitstrom aller Elemente, die in dem Leistungspfad vorliegen oder an diesen angeschlossen sind, und die eine Kopplung mit einem Schutzleiterpotential wie Chassis aufweisen und somit einen Ableitstrom erzeugen.
  • Ein entsprechendes Verfahren sieht vor, dass Leistung in einem Leistungspfad zwischen einem Wechselstrom-Ankopplungsanschluss und einem Bordnetzanschluss übertragen wird, dass die Leistung über einen Stromrichter übertragen wird, und dass dieser Stromrichter nicht nur zur Übertragung von Leistung, sondern auch zum Erzeugen eines Kompensations-Ableitstroms betrieben wird, der einen Ist-Ableitstrom zumindest teilweise kompensiert. Das Übertragen von Leistung über den Stromrichter umfasst hierbei eine Umwandlung einer Stromart und/oder das Ändern von mindestens einem charakteristischen Parameter der elektrischen Leistung, beispielsweise die Spannungshöhe und/oder die Frequenz. Der Ist-Ableitstrom entsteht auf Grund eines Elements, das in dem Leistungspfad vorgesehen ist oder angeschlossen ist. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die den Ist-Ableitstrom erfasst, wobei dies eine eigenständige Komponente ist, oder ein Teil des Stromrichters ist, etwa ein Teil einer Ansteuerung des Stromrichters. Insbesondere wird der Kompensations-Ableitstrom erzeugt durch Verändern der Modulation von Leistungsendstufen des Stromrichters. Hierbei wird die Modulation derart verändert, dass es zu einer Verschiebung der mittleren Potentiale kommt, ohne differenzielle Spannungen zu beeinflussen. Die Modulation ist daher derart gestaltet, dass die Spannung von Hochvoltpotentialen gegenüber einem Massepotential geändert wird (um den Kompensations-Ableitstrom zu erzeugen), ohne jedoch die Spannung zwischen den Hochvoltpotentialen zu ändern. Der erzeugte Kompensations-Ableitstrom ist somit ein Gleichtakt-Strom und hat insbesondere keine Komponente, die zu einem genannten Stromfluss zwischen den Hochvoltpotentialen selbst führen würde. Somit betrifft die Erzeugung des Kompensations-Ableitstroms bzw. dieser Strom selbst nur die Spannung eines der Hochvoltpotentiale gegenüber einem Massepotential, und nicht den Strom, der durch die Hochvoltpotentiale fließt bzw. die Spannung zwischen diesen herrscht.
  • Der Kompensations-Ableitstrom wird durch Betreiben des kompensierenden Stromrichters erzeugt. Gleichzeitig wird durch das Betreiben dieses Stromrichters von dem Stromrichter selbst eine Stromrichtung, Spannungswandlung oder ähnliches durchgeführt. Der Kompensations-Ableitstrom wird erzeugt, indem der Stromrichter getaktet angesteuert wird, und indem der Kompensations-Ableitstrom als gegenphasiger Strom zu dem Ist-Ableitstrom erzeugt wird. Das getaktete Ansteuern des Stromrichters realisiert zum einen die Stromrichtung bzw. Spannungswandlung bei der Leistungsübertragung über den Stromrichter, und erzeugt zum anderen den Kompensations-Ableitstrom, wobei dieser als ein Kompensations-Signal vorgesehen ist, das nur zwischen einem Chassis-Potential einerseits und den Hochvoltpotentialen andererseits (als Gleichtaktsignal) erzeugt wird. Insbesondere wird der Kompensations-Ableitstrom erzeugt durch Modulation einer getakteten Ansteuerung innerhalb des Stromrichters, wobei die getaktete Ansteuerung zum Stromrichten bzw. Spannungswandeln dient, und die Modulation zur Erzeugung des Kompensations-Ableitstroms durchgeführt wird. Es kann der Kompensations-Ableitstrom selbst mittels einer derart gestalteten Stromquelle (Modulation innerhalb des Stromrichters) erzeugt werden, oder kann auch durch ein anderes Signal, etwa durch Erzeugen eines Spannungssignals, erzeugt werden, wobei unabhängig von der Art des Signals dies letztendlich zu einem Kompensations-Ableitstrom führt, der den Ist-Ableitstrom zumindest teilweise kompensiert.
  • Eine erste Möglichkeit zur Erfassung des Ist-Ableitstroms bzw. einer Ableitstromgröße, die diesen kennzeichnet, ist das Messen des Ist-Ableitstroms selbst. Hierzu kann eine Strommesseinrichtung vorgesehen sein, insbesondere am Wechselstrom-Ankopplungsanschluss oder an einer Leitung, die zu diesem führt. Der Ist-Ableitstrom kann gemessen werden an einer Stelle zwischen dem Wechselstrom-Ankopplungsanschluss und der ersten Komponente, die auf diesen folgt, insbesondere zwischen dem Ankopplungsanschluss und dem Stromrichter. Beispielsweise kann dem Ankopplungsanschluss ein Filter nachgeschaltet sein, wobei sich dann vorzugsweise die Strommesseinrichtung zwischen dem Filter und dem Wechselstrom-Ankopplungsanschluss befindet. Eine weitere Möglichkeit zum Erfassen einer Ableitstromgröße, die den Ist-Ableitstrom kennzeichnet (und somit zur Erfassung des Ist-Ableitstroms selbst), ist das Messen einer Spannung bzw. von Wechselspannungskomponenten, die zwischen einem Mittenpotential und einem Schutzleiterpotential auftreten. Das Mittenpotential kann beispielsweise mittels eines kapazitiven Spannungsteilers vorgesehen sein, dessen Enden an die Hochvoltpotentiale angeschlossen sind (insbesondere an Hochvolt-Gleichspannungspotentiale). Das Mittenpotential ist vorzugsweise ein Gleichspannungs-Zwischenkreispotential, insbesondere das Potential des Verbindungspunkts eines kapazitiven Spannungsteilers des Zwischenkreises. Der kapazitive Spannungsteiler kann dargestellt sein durch zwei Messkondensatoren, die seriell geschaltet sind, oder durch zwei Zwischenkreis-Kondensatorelemente, die seriell geschaltet sind und den Zwischenkreiskondensator bilden.
  • Ferner kann eine Wechselspannungskomponente gemessen werden, die zwischen einem Gleichspannungspotential und dem Schutzleiterpotential vorgesehen ist. Das Gleichspannungspotential kann dem Ausgangspotential eines Gleichspannungswandlers entsprechen. Der Gleichspannungswandler ist hierbei innerhalb des Leistungspfad vorgesehen. Ferner betrifft das Mittenpotential dem Leistungspfad. Diese Wechselspanungskomponenten entsprechen der Ableitstromgröße. Aus den Wechselspannungskomponenten kann der Ist-Ableitstrom ermittelt werden. Die Wechselspannungskomponenten kennzeichnen den Ist-Ableitstrom, insbesondere im Hinblick auf Amplitude und Phase.
  • Es kann daher zum einen ein direkter Messwert des Ableitstroms verwendet werden. Dieser Messwert kann insbesondere im Rahmen einer Regelschleife als Ist-Wert des Ist-Ableitstroms verwendet werden, um dadurch den Kompensations-Ableitstrom (als Sollwert) zu erzeugen. Die betreffende Regelung ist insbesondere in der Fahrzeugladeschaltung implementiert, vorzugsweise in einer Steuerung des kompensierenden Stromrichters.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass ein mittleres Potential des Spannungszwischenkreises gegenüber einem Schutzleiterpotential verwendet wird. Das mittlere Potential entspricht insbesondere dem Potential des Zwischenpunkts eines kapazitiven Spannungsteilers, der an Gleichspannungs-Hochvoltpotentialen der Fahrzeugladeschaltung angeschlossen ist. Dies kann beispielsweise der Zwischenkreis sein, der auf eine Gleichrichtervorrichtung folgt, die wechselspannungsseitig mit dem Wechselspannungseingang verbunden ist. Diese Gleichrichtereinrichtung kann insbesondere als Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgebildet sein. Vorzugsweise wird das mittlere Potential durch eine kapazitive Ankopplung bzw. eine Wechselspannungs-Ankopplung abgegriffen. Dadurch kann eine Erfassung des Sollwerts (der Kombination von Kompensations-Ableitstrom und Ist-Ableitstrom) erfasst werden. Insbesondere kann dadurch ein Messsignal von einem ersten Spannungsniveau (Hochspannungsniveau) abgekoppelt werden, und ohne weitere Spannungsniveau-Anpassung an ein Steuergerät eines anderen Spannungsniveaus übermittelt werden.
  • Eine weitere Möglichkeit ist es, das mittlere Potential der Ausgangsspannung eines Gleichspannungswandlers zu verwenden. Dieser Gleichspannungswandler kann mit der Gleichspannungsseite einer Gleichrichtereinrichtung verbunden sein, die wiederum wechselspannungsseitig mit dem Wechselstrom-Ankopplungsanschluss verbunden ist. Die der Gleichrichtereinrichtung abgewandte Seite des Gleichspannungswandlers kann hierbei ein mittleres Potential aufweisen, insbesondere gebildet von dem Verbindungspunkt eines kapazitiven Spannungsteilers, der an die Gleichspannungsseite des Gleichspannungswandlers angeschlossen ist, die der Gleichrichtereinrichtung abgewandt ist. Auch hier kann das mittlere Potential kapazitiv angekoppelt werden.
  • Zudem kann die Ableitstromgröße bzw. der Ist-Ableitstrom erfasst werden durch Ermittlung des Ist-Ableitstroms aus Potentialen der verwendeten Netzspannungen (das heißt Potentialen des Wechselstrom-Ankopplungsanschlusses) und anhand eines Modulationsgrads. Der Modulationsgrad betrifft ein Ableitstrom erzeugendes Element innerhalb des Leistungspfads, oder ein entsprechendes Element, das an den Leistungspfad angeschlossen ist, wobei das betreffende Element getaktet arbeitet (etwa als gesteuerter Gleichrichter, Wechselrichter, Gleichspannungswandler oder ähnliches). Hierbei können auch mehrere derartige Elemente vorgesehen sein (innerhalb des Leistungspfads oder an diesen angeschlossen), wobei die jeweiligen Modulationsgrade (zusammen mit den Potentialen des Wechselstrom-Ankopplungsanschlusses) als Grundlage zur Berechnung des Ist-Ableitstroms verwendet werden. Die Ableitstromgrößen sind somit hierbei die Potentiale am Wechselstrom-Ankopplungsanschluss sowie der Modulationsgrad bzw. die Modulationsgrade der Elemente in oder an dem Leistungspfad, die getaktet arbeiten.
  • Es kann die Ableitstromgröße erfasst werden, welche den Ist-Ableitstrom kennzeichnet, indem anhand von Potentialen, insbesondere Potentialverläufen, die Ableitstromgröße berechnet wird untere Berücksichtigung des Zusammenhangs zwischen Potentialverlauf und dadurch erzeugtem Ableitstrom, der für die Fahrzeugladeschaltung charakteristisch ist. Diese Potentiale können insbesondere Potentiale des Wechselspannungseingangs sein. Die Kombination hiermit oder alternativ kann die Berechnung der Ableitstromgröße bzw. des Ist-Ableitstroms basieren auf den aktuellen Modulationsgrad eines Stromrichters innerhalb des Leistungspfads. Dies kann der kompensierende Stromrichter sein und/oder ein weiteres Element, das an den Leistungspfad angeschlossen ist oder in diesem vorgesehen ist, und das als Stromrichter ausgebildet ist. Dies betrifft insbesondere Stromrichter, die getaktet arbeiten, das heißt Inverter, gesteuerte Gleichrichter, Leistungsfaktorkorrekturfilter und ähnliches. Die Fahrzeugladeschaltung kann daher über eine Ableitstrom-Berechnungseinheit verfügen, die einen Spannungseingang bzw. einen Potentialeingang aufweist, die mit Potentialen innerhalb der Fahrzeugladeschaltung (insbesondere des Leistungspfads) verbunden ist. Die Ableitstrom-Berechnungseinheit kann insbesondere über einen Wechselspannungseingang verfügen, der signalübertragend mit Potentialen des Wechselstrom-Ankopplungsanschlusses verbunden ist. Es werden daher insbesondere Potentiale des Wechselstrom-Ankopplungsanschlusses verwendet, um daraus die Ableitstromgröße zu berechnen. Die Ableitstrom-Berechnungseinheit kann ferner über einen Modulationseingang verfügen, der signalübertragend mit einem Ableitstrom erzeugenden Stromrichter verbunden ist. Als Ableitstrom erzeugender Stromrichter wird hierbei der kompensierende Stromrichter selbst oder andere Elemente bezeichnet, die als Stromrichter arbeiten und in dem Leistungspfad vorgesehen sind, oder an diesen als Element angeschlossen sind und einen Ableitstrom erzeugen. Die Berechnung des Ist-Ableitstroms kann einen Zusammenhang zwischen Potentialverlauf und Modulationsgrad einerseits und dem dadurch erzeugten Ableitstrom nutzen und die Potentialverläufe sowie den Modulationsgrad auf den Ableitstrom abbilden. Der Zusammenhang gibt die charakteristischen ableitstromerzeugenden Eigenschaften der Fahrzeugladeschaltung wieder.
  • Der Kompensations-Ableitstrom kann vorgesehen werden mittels einer Regelung, die in einer Steuereinrichtung der Fahrzeugladeschaltung implementiert ist. Die Steuerung bzw. Regelung insbesondere die Steuereinrichtung steuern den kompensierenden Stromrichter an. Insbesondere kann der kompensierende Stromrichter gemäß einer Steuerung angesteuert werden, welche die Ableitstromgröße als Steuergröße vorsieht. Änderungen von Betriebsparametern dieses Stromrichters oder des weiteren Stromrichters werden als Stellgröße verwendet. Alternativ kann die Fahrzeugladeschaltung eine Regeleinrichtung aufweisen, die die Regelung implementiert. Die Regeleinrichtung steuert den kompensierenden Stromrichter an. Die Regelung sieht die Differenz zwischen dem Ist-Ableitstrom und dem Kompensations-Ableitstrom als Regeldifferenz vor. Die Regeldifferenz kann wie erwähnt gemessen werden, oder kann errechnet oder auf andere Weise abgeleitet werden. Als Stellgröße der Regelung fungieren hier ebenso die Betriebsparameter des kompensierenden Stromrichters, wobei insbesondere die Änderung dieser Betriebsparameter die Stellgröße vorsieht. Die Betriebsparameter umfassen insbesondere Modulationsgrade bzw. Tastverhältnisse sowie Phasendifferenzen von verschiedenen Phasen des kompensierenden Stromrichters. Da diese direkten Einfluss auf die Erzeugung eines (kompensierenden) Ableitstroms haben, lässt sich mit diesen Betriebsgrößen der kompensierende Ableitstrom erzeugen. Ferner kann der kompensierende Ableitstrom selbst als Betriebsparameter betrachtet werden.
  • Der kompensierende Stromrichter kann als Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgebildet sein. Die Fahrzeugladeschaltung kann eine Gesamt-Regeleinrichtung aufweisen, die mit den Leistungsfaktorkorrekturfilter ansteuernd verbunden ist. Die Gesamt-Regeleinrichtung kann eine Stromregelung aufweisen (die eine Regelung implementiert). Diese Regeleinrichtung bzw. Regelung sieht für jede Phase des Leistungsfaktorkorrekturfilters als Regeldifferenz die Differenz zwischen einem Ist-Wechselstrom und einem Soll-Wechselstrom vor. Alternativ oder in Kombination hiermit kann als Regeldifferenz die Differenz zwischen einer Ist-Wechselspannung und einer Soll-Wechselspannung vorgesehen sein. Die Regeleinrichtung kann als Stellgröße eine Soll-Stromgröße abgeben. Diese Soll-Stromgröße kann vorgegeben sein und einer Stromamplitude oder einer Spannungsamplitude entsprechen.
  • Die Gesamt-Regeleinrichtung kann ferner eine Ableitstrom-Kompensationsregelung vorsehen. Diese weist die Differenz zwischen einem Schutzleiterpotential und einem Mittenpotential eines Zwischenkreises als Regeldifferenz auf. Das Mittenpotential kann das Potential eines Verbindungspunkts eines kapazitiven Spannungsteilers sein, der an zwei Hochvoltpotentiale angeschlossen ist, insbesondere an zwei Gleichspannungs-Hochvoltpotentiale. Diese Potentiale sind insbesondere Potentiale des Leistungspfads. Insbesondere kann der Zwischenkreis selbst als kapazitiver Spannungsteiler vorgesehen sein. Die Regelung zur Ableitstromkompensation sieht als Stellgröße eine Kompensations-Stromgröße vor. Die Gesamt-Regeleinrichtung kann ferner für jede Phase ein Additionselement aufweisen. Jedes Additionselement sieht als Eingangsgrößen die Stell-Stromgröße und die Kompensationsstromgröße vor. Die Stell-Stromgröße entspricht insbesondere der Soll-Stromgröße, die einen Leistungsparameter innerhalb des Leistungspfads definiert. Als Ausgangsgröße jedes Additionselements ist insbesondere ein kompensierter Sollstrom. Dieser entspricht im Wesentlichen der Soll-Stromgröße bzw. Stell-Stromgröße (abhängig von einem Stellfehler) und enthält ferner neben dem erzeugten Ableitstrom auch den kompensierten Ableitstrom, welche sich gegenseitig zumindest teilweise aufheben. Dadurch kann ein Leistungsfaktorkorrekturfilter betrieben werden gemäß bekannter Leistungsvorgaben wie Ausgangsspannung, Ausgangsstrom, Übertragungsleistung und/oder kompensierter Phasenversatz auf der Wechselspannungsseite, wobei eine zusätzliche Modulation derart ausgeführt wird, dass sich ein Kompensations-Ableitstrom ergibt (der einen Ist-Ableitstrom zumindest teilweise kompensiert). Hierbei kann der Ist-Ableitstrom von dem Leistungsfaktorkorrekturfilter selbst erzeugt werden, oder durch ein anderes Element innerhalb des Leistungspfads, beispielsweise durch einen nachgeschalteten Gleichspannungswandler oder ähnliches.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass der kompensierende Stromrichter als Leistungsfaktorkorrekturfilter, als Gleichspannungswandler mit einer durchgehenden Potentialschiene oder als Gleichspannungswandler mit zwei Eingangspotentialen und zwei Ausgangspotentialen ausgeführt ist. Im letztgenannten Fall können innerhalb des Gleichspannungswandlers beide Eingangspotentiale über mindestens einen getakteten Schalter mit einem der Ausgangspotentiale verbunden sein. Der Gleichspannungswandler kann hierbei eine erste und eine zweite Halbbrücke aufweisen, die jeweils einen Verbindungspunkt haben. Die Verbindungspunkte der beiden Halbrücken sind über eine Induktivität (Arbeitsinduktivität) verbunden. Während die durchgehende Potentialschiene eines der Eingangspotentiale mit einem der Ausgangspotentiale verbindet (etwa eine negative Potentialschiene), kann vorgesehen sein, dass die entgegengesetzten Enden der Halbbrücken nicht miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten kann ein Ende der ersten Halbbrücke mit einem Ende der zweiten Halbbrücke verbunden sein (über die (negative) Potentialschiene), während die jeweils gegenüberliegenden Enden der Halbbrücken nicht miteinander verbunden sind. Andere Ausführungsformen sehen eine durchgehende positive Potentialschiene vor, so dass die negativen Enden der Halbbrücken nicht miteinander verbunden sind. Der kompensierende Stromrichter kann insbesondere als Gleichspannungsvorrichtung ausgebildet sein mit zwei derartiger Gleichspannungswandler, die jeweils zwei Halbbrücken aufweisen, wobei in einem der Gleichspannungswandler die positiven Enden der Halbbrücken miteinander verbunden sind, und in einem nachgeschalteten zweiten Gleichspannungswandler die negativen Enden der Halbbrücken nicht miteinander verbunden sind. Da somit für jedes der Eingangspotentiale gilt, dass dieses über mindestens einen getakteten Schalter mit einem der Ausgangspotentiale verbunden ist, können die Eingangspotentiale gegenüber den Ausgangspotentialen verschoben werden. Mit anderen Worten kann die Spannung zwischen den Ausgangspotentialen gegenüber der Spannung zwischen den Eingangspotentialen verschoben werden, so dass sich ein quasi isolierender Wandler ergibt.
  • Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass der Wechselstrom-Ankopplungsanschluss direkt oder über einen Filter (und/oder über Trennschalter oder Sicherungen) mit einem Leistungsfaktorkorrekturfilter verbunden ist, insbesondere mit dessen Wechselspannungsseite. Dieser Leistungsfaktorkorrekturfilter bildet hierbei das mindestens eine Element (welches in dem Leistungspfad vorgesehen ist oder an dieses angeschlossen ist und einen Ableitstrom erzeugt). Der Leistungsfaktorkorrekturfilter ist als der kompensierende Stromrichter ausgebildet. Daher korrigiert der Leistungsfaktorkorrekturfilter nicht nur den Leistungsfaktor am Wechselstrom-Ankopplungsanschluss, sondern erzeugt auch den kompensierenden Ableitstrom, insbesondere um den bei der Korrektur des Leistungsfaktors erzeugte Ist-Ableitstrom zum Kompensieren. Der Leistungsfaktorkorrekturfilter weist eine Gleichspannungsseite auf, die mit dem Bordnetzanschluss wandlerfrei verbunden ist. Somit ist zwischen Leistungsfaktorkorrekturfilter und Bordnetzanschluss kein getakteter Wandler mehr vorgesehen. Es können jedoch zwischen Leistungsfaktorkorrekturfilter und Bordnetzanschluss Filter, Sicherungen und/oder Trennschalter vorgesehen sein. Der Bordnetzanschluss ist insbesondere als Akkumulatoranschluss vorgesehen zur direkten Anwendung eines Hochvolt-Akkumulators.
  • Der Wechselstrom-Ankopplungsanschluss kann direkt oder über einen Filter zu einem Leistungsfaktorkorrekturfilter führen. Der Filter ist insbesondere ein Cy-Filter (wobei dies auch auf die anderen hier genannten Filter gilt). Die Gleichspannungsseite des Leistungsfaktorkorrekturfilters ist über einen Gleichspannungswandler mit dem Bordnetzanschluss verbunden. Die Verbindung ist somit nicht wandlerfrei, wie in der vorangehenden Ausführungsform. Hierbei kann der Leistungsfaktorkorrekturfilter oder der Gleichspannungswandler als der kompensierende Stromrichter ausgebildet sein. Weiterhin können beide als kompensierende Stromrichter ausgebildet sein und zusammen den kompensierenden Ableitstrom erzeugen. Der Leistungsfaktorkorrekturfilter weist eine Gleichspannungsseite auf, die mit dem Bordnetzanschluss verbunden ist. auch hier ist der Bordnetzanschluss beispielsweise ein Hochvolt-Akkumulatoranschluss zur direkten Anbindung an einen Hochvolt-Akkumulator.
  • Der Gleichspannungswandler, der wie vorangehend erwähnt dem Leistungsfaktorkorrekturfilter nachgeschaltet ist, oder auch ein anderer Gleichspannungswandler innerhalb des Leistungspfads, kann eine erste und eine zweite steuerbare Halbbrücke aufweisen. Die Verbindungspunkte der beiden Halbbrücken sind über eine Arbeitsinduktivität des Gleichspannungswandlers miteinander verbunden. Erste Enden der Halbbrücken sind in einer ersten Gleichspannungspotentialschiene miteinander verbunden (etwa die positive oder die negative). Die entgegengesetzten zweiten Enden der Halbbrücken sind nicht miteinander verbunden, das heißt die Enden positiver oder negativer Polarität. Der Gleichspannungswandler ist eingerichtet, das Potentialniveau der Spannung über der zweiten Halbbrücke (das heißt die ausgangsseitige Halbbrücke) gegenüber dem Potentialniveau der Spannung über der ersten Halbbrücke (das heißt die eingangsseitige Halbbrücke, die dem Wechselstrom-Ankopplungsanschluss zugewandt ist) gemäß einer Soll-Potentialdifferenz zu verschieben. Das Verschieben der Soll-Potentialdifferenz zwischen den beiden Halbbrücken ist vorzugsweise damit verknüpft, dass sich die Spannung über der zweiten Halbbrücke nicht verändert, sondern die Spannung der zweiten Halbbrücke gemäß einer Sollvorgabe ausgebildet ist. Auf Grund der Möglichkeit, die Potentialniveaus gegeneinander zu verschieben, kann ein derartiger Gleichspannungswandler als quasi isolierender Gleichspannungswandler bezeichnet werden.
  • Die 1 und 2 zeigen beispielhafte Ausführungsformen zum näheren Verständnis der hier beschriebenen Fahrzeugladeschaltung und der entsprechenden Vorgehensweise.
  • Die 1 zeigt eine Fahrzeugladeschaltung FS mit einem Wechselstrom-Ankopplungsanschluss A1, der drei Phasen L1 bis L3 aufweist. Ferner verfügt der Ankopplungsanschluss A1 über einen Schutzleiter PE bzw. über ein entsprechendes Potential. Ferner hat die Fahrzeugladeschaltung einen Bordnetzanschluss A2. Dieser ist in der dargestellten Ausführungsform eines Bordnetzes mit einem Akkumulator B verbunden. Der Akkumulator B ist nicht Teil der Fahrzeugladeschaltung, sondern lediglich an diese angeschlossen.
  • Der Leistungspfad LP der Fahrzeugladeschaltung führt vom Wechselstrom-Ankopplungsanschluss A1 zu dem Bordnetzanschluss A2. Innerhalb dieses Leistungspfads LP sind zwei Elemente E, E' nacheinander vorgesehen. Das erste Element E ist als gleichrichtendes Element ausgebildet, beispielsweise als Leistungsfaktorkorrekturfilter. Das optionale zweite Element E' ist als Gleichspannungswandler ausgebildet, um die Spannung der Gleichspannungsseite des Leistungsfaktorkorrekturfilters auf ein anderes Spannungsniveau zu heben und dieses am Bordnetzanschluss A2 abzugeben. Zwischen dem ersten Element E und dem Wechselstrom-Ankopplungsanschluss A1 ist ein Filter F vorgesehen, der als Cy-Filter ausgebildet ist und kapazitiv die Phasen L1 bis L3 mit dem Schutzleiter PE verbindet. Es ergibt sich dadurch ein Ableitstrom. Weiterhin kann ein Ableitstrom erzeugt werden von den Elementen E, E' selbst.
  • Um diesen zu kompensieren, sind kompensierende Stromrichter KS, KS' vorgesehen. Eine erste Möglichkeit ist es, nur das gleichrichtende Element E als kompensierenden Stromrichter KS auszubilden, etwa als Leistungsfaktorkorrekturfilter. Alternativ oder in Kombination hierzu kann das zweite Element E' (welches als Gleichspannungswandler ausgebildet ist) als kompensierendes Element KS- ausgebildet sein. Grundsätzlich können auch beide Elemente als kompensierende Stromrichter ausgebildet sein, um zusammen den Kompensations-Ableitstrom zu erzeugen.
  • Eine Steuereinrichtung SE ist vorgesehen, um den zu kompensierenden Stromrichter anzusteuern. Dargestellt ist lediglich eine ansteuernde Verbindung zwischen der Steuereinrichtung SE und dem kompensierenden Stromrichter KS`, wobei jedoch auch alternativ oder in Kombination hierzu eine gesteuerte Verbindung ausgehend von der Steuereinrichtung SE zum kompensierenden Stromrichter KS hin ausgebildet sein kann.
  • Eine erste Möglichkeit ist es, dass die Fahrzeugladeschaltung eine Spannungsmesseinrichtung SM aufweist, die dem Wechselstrom-Ankopplungsanschluss direkt nachgeschaltet ist, oder mit diesem direkt verbunden ist. Die so erhaltenen Messgrößen sind Ableitstromgrößen FI, die den Ist-Ableitstrom selbst wiedergeben. Dementsprechend hat die Steuereinrichtung SE einen Eingang FI, der mit der Strommesseinrichtung im verbunden ist, um dessen dort gemessenen Ist-Ableitstrom als Ableitstromgröße FI zu erhalten.
  • Weiterhin ist es möglich, eine Ableitstromgröße FI zu erfassen durch Betrachtung von Gleichspannungspotentialen SA, SA`, wobei die Fahrzeugladeschaltung in diesem Fall eine Spannungsmesseinrichtung SA, SA` aufweist, die zur Messung von Wechselspannungskomponenten eingerichtet ist, die sich in einer Gleichspannung befinden. Dies betrifft beispielsweise die Gleichspannung, die zwischen dem Element E' und dem Element E übertragen wird, oder die zwischen dem Element E' und dem Bordnetzanschluss A2 besteht. Die Steuereinrichtung ist in diesem Fall mit einem entsprechenden Eingang FI ausgebildet, der mit den entsprechenden Spannungsmesseinrichtungen SA, SA' verbunden ist, um die dort ermittelte Spannung, insbesondere dessen Wechselspannungsanteil erfassen kann.
  • Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass dem Bordnetzanschluss A2 ein Zwischenkreis Z vorgeschaltet ist, der zwei Kondensatoren aufweist, die in Reihenschaltung verbunden sind. Es ergibt sich ein Verbindungspunkt VP. Die Kondensatoren Z1, Z2 sind im dargestellten Fall Zwischenkreiskondensatoren, können jedoch auch mittels eines kapazitiven Spannungsteilers mit geringer Kapazität ausgebildet sein. Der Verbindungspunkt VP ist mit einem Eingang der Steuereinrichtung signalübertragend verbunden (insbesondere über einen Spannungsteiler), so dass die Steuereinrichtung SE die Spannung des Potentials am Punkt VP gegenüber dem Schutzleiterpotential erfassen kann. In gleicher Weise ist die Steuereinrichtung SE ausgebildet, um die Hochspannungspotentiale +, -, die von den Spannungsmesseinrichtungen SA bzw. SA- gemessen werden, gegenüber dem Potential des Schutzleiters PE zu messen. Hierzu besteht eine Verbindung zwischen dem Schutzleiter PE und der Steuereinrichtung SE.
  • Schließlich kann die Steuereinrichtung SE Modulationsgradeingänge ME, ME` aufweisen, wobei die Elemente E, E' ihren aktuellen Modulationsgrad an diese Eingänge ME, ME' übermitteln können. Die entsprechend übertragenen Modulationsgrade MG, MG` können zusammen mit den Potentialen, die etwa am Ankopplungsanschluss A1 vorliegen, verwendet werden, um daraus den Ist-Ableitstrom zu errechnen. Hierzu kann eine Spannungsmesseinrichtung auch an dem Wechselstrom-Ankopplungsanschluss A1 vorgesehen sein, die signalübertragend mit der Steuereinrichtung SE verbunden ist. Aus den einzelnen Potentialen L1 bis L3 (insbesondere gegenüber PE) und dem betreffenden Modulationsgrad MG kann die Steuereinrichtung SE den sich ergebenden Ist-Ableitstrom ermitteln. Hierzu kann eine Abbildung vorgesehen sein, die die betreffenden Ableitstromgrößen FI (das heißt Potential L1 bis L3, PE sowie Modulationsgrad MG) abbildet auf den Ist-Ableitstrom. Die Abbildung kann hierbei auf gemessenen Zusammenhängen des Bordnetzes bzw. der Fahrzeugladeschaltung beruhen, wobei Ableitstromgröße und zugehörige Ist-Ableitströme hinterlegt sind, oder die Ableitstromgrößen können mittels eines Modells abgebildet werden auf dem Ist-Ableitstrom, wobei das Modell die Fahrzeugladeschaltung und insbesondere dessen Ableitstrom erzeugende Elemente wiedergibt. Die Abbildung entspricht dem oben beschriebenen Zusammenhang zwischen Potentialverlauf bzw. Modulationsgrad einerseits und dadurch erzeugtem Ableitstrom andererseits. Das Modell entspricht dem hier beschriebenen Zusammenhang der hier beschriebenen Abbildung.
  • Die 2 zeigt eine Regelung, die beispielsweise in der Einrichtung SE implementiert sein kann. Die Regelung dient zur Ansteuerung eines Leistungsfaktorkorrekturfilters, der als Element E vorgesehen ist.
  • Eingangsgrößen der Regelung sind die Potentiale L1 bis L3 sowie das Potential des Verbindungspunkts VP (bzw. die Spannungen zwischen L1-3 einerseits und VP andererseits). Der Verbindungspunkt VP entspricht einem Mittenpotential, das beispielsweise gebildet wird durch einen kapazitiven Spannungsteiler, der zwei verschiedene Hochvoltpotentiale miteinander verbindet (Gleichspannung), beispielsweise ein Mittenpotential eines Verbindungspunkts VP eines Zwischenkreises (auf der Gleichspannungsseite eines Leistungsfaktorkorrekturfilters). Die Signale L1' bis L3' geben vorgegebene Sollwerte der Wechselspannungsphasen wieder bzw. deren Soll-Potentiale, die für jede Phase mit einem Soll-Leistungsfaktor verknüpft sind. Die dargestellte Gesamt-Regeleinrichtung ist als Stromregelung realisiert. Für jede Phase L1 bis L3 ist als Regeldifferenz die Differenz zwischen dem Ist-Wechselstrom L1 bis L3 und den Soll-Wechselströmen L1 bis L3 vorgesehen.
  • Durch Additionsglieder (und durch Invertierung) wird die Differenz gebildet, und es ergibt sich pro Phase eine Differenz, die einer Stromregelung R eingegeben wird. Diese ist für jede Phase L1 bis L3 vorgesehen. Jede Regelung R bzw. die Gesamt-Stromregelung R erzeugt pro Phase eine Soll-Stromgröße SS. Zu dieser wird pro Phase die jeweilige Spannung der Phase L1 eingegeben. Dargestellt ist dies durch die Spannung VL1 bis VL3. Über ein Additionselement AE wird die sich ergebende Summe einem Modulator Mod (für jede Phase einen) eingegeben. Dieser bildet den kompensierten Sollstrom LST1 bis LST3. Dem Additionselement AE wird eine Kompensationsstromgröße KG eingegeben. Diese wird von eine weiteren Regler R' erzeugt. Dem Regler R' wird als Regeldifferenz die Differenz zwischen der Spannung am Verbindungspunkt VP und dem Schutzleiter PE eingegeben. Die Differenz dieser beiden Potentiale entspricht einem Signal, das den ermittelten Ableitstrom wiedergibt. Ist die Differenz groß, dann besteht ein hoher zu kompensierender Ableitstrom, so dass die Regelung R' eine hohe Kompensationsstromgröße KG vorsieht, die sich auf alle Phase über die Additionselemente AE auf die jeweilige Modulation in der Phase niederschlägt. Besteht eine im Vergleich hierzu geringe Differenz zwischen VP und PE, das heißt besteht eine geringe Ableitstromgröße bzw. ein geringer tatsächlicher (kompensierter) Ableitstrom, dann greift die Regelung R' nur wenig oder nicht in die Größe ein, die als Eingangsgröße für die phasenweise Modulation Mod verwendet wird. Im letztgenannten Fall richtet sich die Modulation Mod im Wesentlichen nur nach den Soll-Stromgrößen L1' bis L3'. Ist die Differenz jedoch vergleichsweise groß, entspricht dies einem hohen zu kompensierenden Ableitstrom, so dass über die Regelung R' eine im Vergleich hierzu große Kompensationsstromgröße KG verwendet wird, um so die Modulation stärker als im vorangehenden Fall zu beeinflussen zur Erzeugung eines kompensierenden Ableitstroms. Die Größe KG gibt daher die Stärke des erzeugten kompensierenden Ableitstroms wieder.
  • Durch die Addition an den Additionspunkten AE ist es möglich, die ohnehin durchgeführte Modulation zur Erzeugung der entsprechenden kompensierten Sollströme LST1 bis LST3 zu modulieren, wobei durch die Modulation der kompensierende Ableitstrom erzeugt wird. Der Betrieb der Modulatoren Mod nur gemäß der Größen, die von links zu den Additionsgliedern AE zufließen, entspricht dem üblichen Betrieb eines Leistungsfaktorkorrekturfilters (oder allgemein eines Stromrichters), während das von unten in die Additionspunkte AE eingefügte Signal KG der Erzeugung des Kompensations-Ableitstroms entspricht. Beide haben kombiniert bzw. addiert Einfluss auf die Modulation in den Modulatoren Mod und somit auf die erzeugte Größe LST1 bis LST3, die den kompensierten Sollstrom wiedergibt.

Claims (10)

  1. Fahrzeugladeschaltung (FS) mit einem Leistungspfad (LP), der von einem Wechselstrom-Ankopplungsanschluss (A1) zu einem Bordnetzanschluss (A2) führt, wobei mindestens ein Element (E) in dem Leistungspfad (LP) vorgesehen oder an diesen angeschlossen ist, das einen Ist-Ableitstrom erzeugt, und wobei die Fahrzeugladeschaltung (FS) eingerichtet ist, eine Ableitstromgröße (FI) zu erfassen, die den Ist-Ableitstrom kennzeichnet, und ein Stromrichter (KS, KS') in dem Leistungspfad (LP) vorliegt, der als ein kompensierender Stromrichter (KS, KS') vorgesehen und eingerichtet ist, durch Betreiben einen Kompensations-Ableitstrom zu erzeugen, der den Ist-Ableitstrom zumindest teilweise kompensiert.
  2. Fahrzeugladeschaltung (FS) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine ableitstromerzeugende Element ein Filter (F), parasitäre Impedanzen, einen Zwischenkreiskondensator (Z1, Z2), einen weiteren Stromrichter (KS`) des Leistungspfads (LP) und/oder den kompensierenden Stromrichter (KS) umfasst.
  3. Fahrzeugladeschaltung (FS) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der kompensierende Stromrichter (KS, KS') eingerichtet ist, durch Betreiben dieses Stromrichters (KS, KS`) den Kompensations-Ableitstrom zu erzeugen, indem dieser eingerichtet ist, durch getaktetes Ansteuern den Kompensations-Ableitstrom als gegenphasigen Strom zu dem Ist-Ableitstrom zu erzeugen.
  4. Fahrzeugladeschaltung (FS) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei (i) die Fahrzeugladeschaltung (FS) eine Strommesseinrichtung (IM) aufweist, die zur Messung des Ist-Ableitstrom eingerichtet ist, oder (ii) die Fahrzeugladeschaltung (FS) eine Spannungsmesseinrichtung (SA; SA') aufweist, die zur Messung von Wechselspannungskomponenten einer Spannung eingerichtet ist, die zwischen einem Gleichspannungs-Zwischenkreispotential (VP) oder einem Ausgangspotential eines Gleichspannungswandlers (KS) innerhalb des Leistungspfads (LP) einerseits und einem Schutzleiterpotential (PE) der Fahrzeugladeschaltung (FS) andererseits besteht, wobei diese Wechselspannungskomponenten der Ableitstromgröße entsprechen oder (iii) die Fahrzeugladeschaltung über eine Ableitstrom-Berechnungseinheit (B) verfügt, die einen Wechselspannungseingang aufweist, der signalübertragend mit Potentialen (L1-L3) des Wechselstrom-Ankopplungsanschlusses (A1) verbunden ist, und einen Modulationsgradeingang (ME, ME`) aufweist, der signalübertragend mit dem ableitstromerzeugenden Stromrichter (E, KS) verbunden ist.
  5. Fahrzeugladeschaltung (FS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeugladeschaltung (FS) eine Steuereinrichtung (SE) aufweist, die eingerichtet ist, den kompensierenden Stromrichter (KS, KS`) gemäß einer Steuerung anzusteuern, wobei die Steuerung die Ableitstromgröße als Steuergröße vorsieht und Änderungen von Betriebsparametern dieses Stromrichter (KS, KS') oder des weiteren Stromrichters als Stellgröße vorsieht oder wobei die Fahrzeugladeschaltung (FS) eine Regeleinrichtung aufweist, welche eingerichtet ist, den kompensierenden Stromrichter (KS) gemäß einer Regelung anzusteuern, wobei die Regelung die Differenz zwischen dem Ist-Ableitstrom und dem Kompensations-Ableitstrom als Regeldifferenz vorsieht und Änderungen von Betriebsparametern des kompensierenden Stromrichters als Stellgröße vorsieht.
  6. Fahrzeugladeschaltung (FS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der kompensierenden Stromrichter (KS) als Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgebildet ist und die Fahrzeugladeschaltung (FS) eine Gesamt-Regeleinrichtung aufweist, die mit dem Leistungsfaktorkorrekturfilter ansteuernd verbunden ist, wobei die Gesamt-Regeleinrichtung eine Stromregelung (R) aufweist, die für jede Phase des Leistungsfaktorkorrekturfilters als Regeldifferenz die Differenz zwischen einem Ist-Wechselstrom (L1 - L3) und einem Soll-Wechselstrom (L1' - L3') vorsieht und als Stellgröße eine Soll-Stromgröße (SS) abgibt, und die Gesamt-Regeleinrichtung ferner eine Ableitstromkompensationsregelung (R') vorsieht, die als Regeldifferenz die Differenz zwischen einem Schutzleiterpotential (PE) und einem Mittenpotential (VP) eines Zwischenkreises (Z) aufweist, der als kapazitiver Spannungsteiler (Z1, Z2) vorgesehen ist, wobei die Ableitstromkompensationsregelung als Stellgröße eine Kompensationsstromgröße (KG) vorsieht, und die Gesamt-Regeleinrichtung ferner für jede Phase ein Additionselement (AE) aufweist, das als Eingangsgrößen die Stell-Stromgröße (SS) und die Kompensationsstromgröße (KG) vorsieht und als Ausgangsgröße für jede Phase einen kompensierten Sollstrom (LST1 - LST3) vorsieht.
  7. Fahrzeugladeschaltung (FS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der kompensierende Stromrichter (KS, KS`) als Leistungsfaktorkorrekturfilter, als Gleichspannungswandler mit einer durchgehenden Potentialschiene oder als Gleichspannungswandler mit zwei Eingangspotentialen und zwei Ausgangspotentialen ausgeführt ist, wobei die beiden Eingangspotentiale jeweils über mindestens einen getakteten Schalter mit einem der Ausgangspotentiale verbunden sind.
  8. Fahrzeugladeschaltung (FS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wechselstrom-Ankopplungsanschluss (A1) direkt oder über einen Filter (F) zu einem Leistungsfaktorkorrekturfilter (KS) führt, der das mindestens eine Element (E) bildet, und der als der kompensierende Stromrichter (KS) ausgebildet ist, wobei der Leistungsfaktorkorrekturfilter (E) eine Gleichspannungsseite aufweist, die mit dem Bordnetzanschluss (A2) wandlerfrei verbunden ist.
  9. Fahrzeugladeschaltung (FS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wechselstrom-Ankopplungsanschluss (A1) direkt oder über Filter (F) zu einem Leistungsfaktorkorrekturfilter (E) führt, dessen Gleichspannungsseite über einen Gleichspannungswandler (KS) mit dem Bordnetzanschluss (A2) verbunden ist, wobei der Leistungsfaktorkorrekturfilter (E) und/oder der Gleichspannungswandler (KS) als der kompensierende Stromrichter ausgebildet ist, wobei der Leistungsfaktorkorrekturfilter (E) eine Gleichspannungsseite aufweist, die mit dem Bordnetzanschluss (A2) verbunden ist.
  10. Fahrzeugladeschaltung (FS) nach Anspruch 9, wobei der Gleichspannungswandler (KS`) eine erste und eine zweite steuerbare Halbbrücke aufweist, deren jeweiligen Verbindungspunkte über eine Arbeitsinduktivität des Gleichspannungswandlers (KS') verbunden ist, erste Enden der Halbbrücken in einer ersten Gleichspannungspotentialschiene miteinander verbunden sind, die entgegengesetzten zweite Enden der Halbbrücken nicht miteinander verbunden sind, und der Gleichspannungswandler (KS') eingerichtet ist, das Potentialniveau der Spannung über der zweiten Halbbrücke gegenüber dem Potentialniveau der Spannung über der ersten Halbbrücke gemäß einer Soll-Potentialdifferenz zu verschieben.
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