EP3201037A1 - Charging circuit for an electrical energy accumulator, electrical drive system and method for operating a charging circuit - Google Patents

Charging circuit for an electrical energy accumulator, electrical drive system and method for operating a charging circuit

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EP3201037A1
EP3201037A1 EP15749772.8A EP15749772A EP3201037A1 EP 3201037 A1 EP3201037 A1 EP 3201037A1 EP 15749772 A EP15749772 A EP 15749772A EP 3201037 A1 EP3201037 A1 EP 3201037A1
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EP
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charging
charging circuit
voltage
electrical energy
terminal
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Withdrawn
Application number
EP15749772.8A
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German (de)
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Inventor
Hans Geyer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a charging circuit for an electrical energy storage, a drive system with a charging circuit, as well as a
  • Fully or at least partially electrically powered vehicles such as hybrid and electric vehicles, are increasingly gaining
  • European Patent Application EP 0 768 774 A2 discloses an apparatus for charging batteries of electric vehicles.
  • the electric vehicle includes a control electronics with Rekuperations tenukeit.
  • a direct current is provided by a DC power source, which charges the battery via this control electronics.
  • AC power provided electrical energy.
  • Charging circuit for an electrical energy storage for charging the electrical energy storage from an AC voltage network.
  • the present invention provides a charging circuit for an electrical energy store with a DC voltage connection, which comprises a first connection element and a second connection element and which is connected to the electrical energy storage; and one
  • the charging circuit further comprises a first switching element which is connected between the first connection element and a first
  • the charging circuit comprises a charging switch which is designed to operate in a charging mode
  • the present invention provides a method for operating a charging circuit according to the invention with the steps of electrically coupling an electrical machine to the charging circuit in FIG a drive mode; and electrically disconnecting the electrical machine from the charging circuit in a charging mode.
  • the present invention is based on the finding that in order to control the high currents both when charging an electrical energy store, as well as when removing electrical energy from the electrical energy storage for high currents each very expensive and sometimes large-volume components are required.
  • the present invention is based on the idea, a
  • the present invention provides a symmetrical, bidirectional buck / boost converter topology that can be easily switched from one
  • the charging circuit according to the invention also combines a bidirectional inverter / rectifier with a step-up / step-down converter (DC-DC converter).
  • DC-DC converter step-up / step-down converter
  • the charging circuit according to the invention also allows a very flexible control, so that even without additional hardware complexity, other functions, such as a Power Factor Correction (PFC) function or the like can be implemented.
  • the charging switch is further configured to connect the AC voltage terminal to a voltage source in the charging mode.
  • the voltage source is one
  • V2G Vehicle-to-Grid
  • the first inductance can be coupled to a further inductance.
  • a further inductance By this coupling of the first inductor with a further inductance, an inductive energy transfer from the further inductance to the first inductance - or in the opposite direction - done.
  • an inductive charging concept can be realized in which the first inductance of the charging circuit is used as a secondary coil and the further inductance is used as a primary coil of a charging station.
  • an inductive energy transfer can be realized without the need for a separate secondary coil (receiving coil) is required.
  • the charging circuit further comprises a control circuit, which is designed to drive the first, second, third and fourth switching element with a predetermined switching frequency.
  • Control circuit can either permanently open or close the individual switching elements, or else drive the individual switching elements with a suitable clock rate to an input voltage on
  • Voltage source for example, in a power grid
  • an electrical load for example, an electric drive
  • additional functionalities can be realized by appropriate control of the switching elements by means of the control device. In this way, by suitable control of the switching elements by means of the control circuit, the functionality of the charging circuit can be flexibly adjusted.
  • the predetermined switching frequency with which the control circuit drives the switching elements is greater than 20 kHz.
  • Such high frequency switching frequencies enable operation of the charging circuit at frequencies beyond the audible frequency spectrum. In this way disturbing noise emissions can be avoided.
  • by means of high switching frequencies, in particular switching frequencies of more than 20 kHz smaller components, in particular smaller inductances and possibly smaller capacitances in the charging circuit can also be used.
  • by increasing the switching frequency it is also possible to achieve scaling of the further components, in particular of the inductances and capacitances. In this way, the volume and the weight of the charging circuit can be reduced.
  • the costs for the construction of the charging circuit can be reduced by smaller components.
  • the first, second, third and fourth switching elements comprise silicon carbide (SiC) switching elements or super junction MOSFETs.
  • SiC silicon carbide
  • Such switching elements are particularly suitable for high switching frequencies, in particular switching frequencies for more than 20 kHz, and have relatively low losses even at these high switching frequencies.
  • the present invention provides a
  • Charging device with a plurality of charging circuits according to the invention, an electrical energy storage, which is electrically coupled to the DC voltage terminals of the charging circuits; and a multi-phase
  • each phase of the AC voltage source is electrically coupled to an AC voltage terminal of the charging circuit.
  • all the DC voltage connections of the plurality of charging circuits are also electrically coupled to each other and thus connected in parallel. In this way, the charging concept of the charging circuit according to the invention for an energy supply from a multi-phase power supply network or other multi-phase power source can be adjusted.
  • the present invention provides a
  • Charging device with a plurality of charging circuits according to the invention; an electrical energy store electrically coupled to the DC terminals of the charging circuits; and a plurality of further inductors, each further inductor having a phase of
  • multiphase AC voltage is electrically coupled. Again, the input terminals of the individual charging circuits are electrically coupled together and thus connected in parallel. In this way, even for a multi-phase energy supply, for example, from a three-phase network, an inductive energy transfer can be realized in the no separate
  • the present invention provides an electric drive system with a charging circuit according to the invention, an electrical energy store, which is electrically coupled to the DC voltage terminal of the charging circuit; and an electric machine, the one
  • Phase terminal which is electrically coupled to the charging switch of the charging circuit.
  • the present invention provides a
  • Motor vehicle in particular an air, water or land vehicle, with an electric drive system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a charging circuit 1.
  • An electrical energy store 2 is arranged on a DC voltage connection 11 with the two connecting elements B1 and B2.
  • this electrical energy store 2 may be a battery,
  • a traction battery of an electric or hybrid vehicle in particular a traction battery of an electric or hybrid vehicle.
  • the charging circuit 1 comprises a
  • a first switching element Sl of the charging circuit 1 is arranged between the first connection element Bl and a first node Kl.
  • a second switching element S2 is between the first node Kl and the second
  • Connection element B2 of the DC voltage terminal 11 is arranged.
  • a third switching element S3 is arranged between a first connection element AI of the AC voltage terminal 12 and a second node K2.
  • a fourth switching element S4 is connected between the second node K2 and another connecting element A2 of the AC voltage terminal 12 is arranged. Between the first
  • a first inductance LI is arranged. Furthermore, the second connection element B2 of the
  • this electrical connection is between the second
  • the two connection elements AI and A2 of the AC voltage connection l2 are connected to a charging switch 20.
  • the charging switch 20 is also connected to an electric power source 3 and an electrical load, such as an electric motor 4.
  • the charging switch 20 comprises two switching elements, wherein each of the two switching elements of one of the two connection elements AI and A2 of the AC voltage terminal 12 can connect either to the voltage source 3 or the electric motor 4 electrically.
  • the two switching elements of the charging switch 20 are coupled together so that always either both terminals AI and A2 of the AC voltage terminal 12 are connected to the electrical voltage source 3 or the electric motor 4.
  • the four switching elements S1 to S4 of the charging circuit 1 are preferably semiconductor switching elements. It can each of the
  • the semiconductor switching elements of the switching elements S1 to S4 can be, for example, thyristors, bipolar transistors with an insulated gate (IGBT) or MOSFET.
  • IGBT insulated gate
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor
  • SiC silicon carbide switches
  • super junction MOSFETs are possible for high switching frequencies, which have only very low switching losses at switching frequencies of more than 20 kHz.
  • the switching elements Sl to S4 are controlled by a control device 10.
  • the control device 10 is designed to receive control signals and / or setpoint values for charging the electrical energy store 2 or for operating the electric machine 4. Based on this Control signals and / or set values, the control device 10 outputs switching signals to the switching elements Sl to S4 in order to open or close the corresponding switching elements Sl to S4.
  • the control signals or desired values can be transmitted via analog or digital signals to the control device 10
  • control signals or setpoint values can also be transmitted via a bus system and transmitted by the corresponding control signals or setpoint values.
  • Control device 10 are received. Furthermore, the control device 10 can also receive measured values via the voltage at the DC voltage connection 11 and / or at the AC voltage connection 12.
  • the charging circuit 1 operates as a combined rectifier and buck-boost converter.
  • the AC voltage terminal 12 of the charging circuit 1 is first connected via the charging switch 20 to the voltage source 3 and at the same time an electrical connection between
  • the height of the provided AC voltage may vary and be greater or smaller than the required DC voltage for charging the electrical energy storage device 2, which is to be provided at the DC voltage terminal 12.
  • the charging circuit 1 operates in an operating mode as a combined rectifier and boost converter.
  • the third switching element S3 is permanently closed and the fourth
  • the Switching element S4 permanently open.
  • the first switching element Sl operates as an active rectifier, and allows the current through only in one direction.
  • the second switching element S2 is clocked at a predetermined switching frequency.
  • T further denotes the period of the clock signal with which the second switching element S2 is driven and te in the turn-on within the period, the following relationship arises:
  • the charging circuit 1 operates as a combined rectifier and buck converter.
  • the first switching element Sl is permanently closed and the second switching element S2 permanently open.
  • the voltage ratios according to the following formula:
  • the charging circuit 1 also allows a reverse operation, in which the voltage from the electrical energy storage 2 is converted into a voltage that can be fed into an electrical power grid, or can serve to control an electric machine 4. In this case, in a further operating mode, the charging circuit 1 as
  • the DC voltage of the electrical energy source 2 is thereby raised and simultaneously converted into a voltage which is suitable for driving the electric machine 4 or for feeding into an electrical energy supply network.
  • the first switching element Sl is controlled by the control device 10 such that it is permanently closed. Furthermore, the second
  • Switching element S2 permanently open.
  • the third switching element S3 is driven as an active rectifier, so that the current flows in one direction only.
  • the fourth switching element S4 is finally given a predetermined
  • Switching frequency (f l / T) controlled. It is in accordance with the principle of Pulse width modulation selected a duty cycle, with which the voltage at the AC voltage terminal 12 can be adjusted. The following relationship applies here:
  • the charging circuit 1 operates as a combined buck converter and inverter. The am
  • DC voltage terminal 11 applied DC voltage of the electrical energy storage device 2 is thereby reduced and simultaneously converted into a voltage which is suitable for driving the electric machine 4, or to be fed into a power supply network.
  • In buck converter mode is the maximum value, ie the amplitude of the voltage at
  • the third switching element S3 is permanently closed and the fourth switching element S4 permanently open.
  • the second switching element S2 is driven as an active rectifier, and allows the current through only in one direction.
  • the ratio of voltage U2 at the AC voltage terminal 12 to the input voltage U1 at the DC voltage terminal 11 is as follows:
  • the voltage U2 can be reduced to 0 volts when te in goes to zero.
  • Controlling device 10 can be controlled, can be selected in a very wide frequency range.
  • Controlling device 10 can be controlled, can be selected in a very wide frequency range.
  • Inverters for example, switching frequencies in the range of up to 10 kHz possible.
  • relatively low switching frequencies require a relatively large inductance LI between the first node K1 and the second Node K2.
  • the required inductance LI can be correspondingly reduced. This leads to a reduction of the required installation space and weight of the charging circuit 1.
  • SiC switches are advantageous. Such SiC switches have relatively low switching losses even at switching frequencies above 20 kHz.
  • voltage converters with a super-junction MOSFET, which also have only low switching losses at high switching frequencies.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further embodiment for a charging circuit 1.
  • the charging circuit 1 of this embodiment largely corresponds to the charging circuit of Figure 1.
  • the first inductance LI is used simultaneously as a transmitting / receiving coil for an inductive charging system. That way is one
  • This capacitor Cl is arranged in parallel with the first inductance LI between the first node K1 and the second node K2.
  • the further inductance L2 is driven by a suitable charging circuit 30.
  • the charging circuit 30 converts the voltage provided by the voltage source 3 into a suitable, preferably high-frequency, AC voltage and excites the further inductance L2 with this high-frequency AC voltage.
  • the further inductance L2 then generates an electromagnetic alternating field which couples into the first inductance LI and thereby induces a voltage in the first inductance LI. To a coupling of the electromagnetic alternating field in the first
  • the first inductance LI must be modified for the inductive energy transfer between the further inductance L2 and the first inductance LI. While for operation in the drive mode in which electrical energy is converted between the DC voltage terminal 11 and the AC voltage terminal 12, the first inductance LI preferably has to have a closed yoke. But should that be
  • Inductance LI it is necessary to open this yoke, so that the magnetic flux of the further inductance L2 can couple into the first inductance.
  • the coupling factor between further inductance L2 and first inductance LI is maximized.
  • any mechanical constructions are possible.
  • the yoke can be adjusted according to the operating mode to be set.
  • automatic folding away or shifting of a part of the yoke is possible as soon as the first inductance LI is arranged above the further inductance L2.
  • any purely mechanical or motor-driven solutions are possible.
  • AC voltage terminal 12 is electrically connected, so that a rectifier circuit is formed by the four switching elements Sl to S4.
  • An additional increase in efficiency can also be achieved by active control of the switching elements Sl to S4 parallel to the freewheeling diodes (active
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a multiphase
  • the charging device comprises for each phase a separate charging circuit 1.
  • the DC voltage terminals 11 of the individual charging circuits 1 are coupled together and connected in parallel. These coupled DC voltage terminals 11 of the charging circuits 1 are connected to an energy storage device 2.
  • each charging circuit 1 is coupled to one phase of a multi-phase system.
  • the charging switch 20 in this embodiment comprises a suitable number of switching elements, so that all phases can be coupled to either the polyphase power source 3 or the phase terminals of the polyphase electric drive 4. In principle, it is also possible that the electric drive 4 has more phases than the electrical energy source 3.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a charging device for a multi-phase inductive charging.
  • the charging device comprises a separate charging circuit 1 for each phase.
  • the charging circuit in this embodiment comprises a separate charging circuit according to FIG. 2 for each phase of the voltage source 3.
  • all the charging circuits 1 can be controlled by a central charging circuit
  • Control device 10 are controlled.
  • control device 10 can be charged in particular as a function of the electrical power with which the electrical energy store 2 is to be charged
  • a single charging circuit 1 is described for each phase in both single-phase and multi-phase operation.
  • all available charging circuits 1 can be activated in parallel. If, on the other hand, the electrical energy store 2 is to be charged only with a lower power, or should only a smaller power be taken from the electric energy store 2, then it is several
  • Parallel connected charging circuits 1 also possible to control only a portion of these charging circuits 1, or possibly even a single charging circuit 1. In this way, the controlled charging circuits 1 can always be operated in an efficient working range and thereby the losses in the active charging circuits are minimized.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a flow diagram for a method for operating a charging circuit according to the invention. If the charging circuit 1 is to be operated in a drive mode, the charging circuit 1 is coupled to an electric machine 4 in step S1. For a
  • step S2 the electrical connection between the electrical machine 4 and the charging circuit 1 is disconnected.
  • the present invention relates to a charging circuit for an electrical energy storage.
  • a charging circuit for charging and discharging the electrical energy storage common components are used.
  • a charging circuit is proposed, the boosting and Includes buck converter functionality and combines these with rectifier or inverter functionality. In this way, a circuit arrangement is made possible, which allows flexible configuration with a small number of components.

Abstract

The present invention relates to a charging circuit for an electrical energy accumulator and a method for operating a charging circuit. Common components are used for charging and discharging the electrical energy accumulator. According to the invention, a charging circuit comprises step-up and step-down functionalities and combines them with rectifier and/or inverter functionalities. In this way, a circuit arrangement is created which allows a flexible circuit design with a small number of components.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Ladeschaltung für einen elektrischen Energiespeicher, elektrisches  Charging circuit for an electrical energy storage, electric
Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben einer Ladeschaltung Drive system and method for operating a charging circuit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeschaltung für einen elektrischen Energiespeicher, ein Antriebssystem mit einer Ladeschaltung, sowie ein The present invention relates to a charging circuit for an electrical energy storage, a drive system with a charging circuit, as well as a
Verfahren zum Betreiben einer Ladeschaltung. Method for operating a charging circuit.
Stand der Technik State of the art
Vollständig oder zumindest teilweise elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, wie zum Beispiel Hybrid- und Elektrofahrzeuge, gewinnen zunehmend an Fully or at least partially electrically powered vehicles, such as hybrid and electric vehicles, are increasingly gaining
Bedeutung. Gleichzeitig steigt auch der Wunsch nach höheren Reichweiten und Leistungen der elektrisch angetriebenen Fahrzeuge. In diesem Zusammenhang gewinnt auch die Ladetechnik für Elektrofahrzeuge zunehmend an Bedeutung. Typischerweise werden in heutigen Elektrofahrzeugen konduktive Ladekonzepte eingesetzt, die autarke und räumlich von der Antriebselektronik getrennte Einheiten darstellen. Darüber hinaus sind auch bereits kontaktlose, in der Regel induktive, Ladekonzepte bekannt. Diese Ladekonzepte werden typischerweise ebenfalls als Stand-Alone-Systeme realisiert. Importance. At the same time, the desire for higher ranges and performance of electric vehicles is increasing. In this context, the charging technology for electric vehicles is becoming increasingly important. Typically, in today's electric vehicles conductive charging concepts are used, which represent autonomous and spatially separated from the drive electronics units. In addition, contactless, usually inductive, charging concepts are already known. These charging concepts are also typically realized as stand-alone systems.
Die Europäische Patentanmeldung EP 0 768 774 A2 offenbart eine Vorrichtung zum Laden von Batterien von Elektrofahrzeugen. Das Elektrofahrzeug umfasst dabei eine Regelelektronik mit Rekuperationsmöglichkeit. Zum Aufladen der Batterie wird von einer Gleichstromquelle ein Gleichstrom bereitgestellt, der über diese Regelelektronik die Batterie auflädt. European Patent Application EP 0 768 774 A2 discloses an apparatus for charging batteries of electric vehicles. The electric vehicle includes a control electronics with Rekuperationsmöglichkeit. To charge the battery, a direct current is provided by a DC power source, which charges the battery via this control electronics.
Aufgrund wachsender Batteriekapazitäten und dem Streben nach immer kürzeren Ladezeiten ist es wünschenswert, dass die übertragene Energiemenge pro Zeiteinheit im Ladebetrieb sich der im Fahrbetrieb entnommenen Due to increasing battery capacities and the quest for ever shorter charging times, it is desirable that the amount of energy transmitted per unit time in the loading operation, the removed during driving
Energiemenge aus der Traktionsbatterie annähert, oder diese sogar übersteigt. Dabei müssen die bei dem Ladevorgang beteiligten Bauteile für entsprechend große Ströme ausgelegt werden. Das Aufladen der elektrischen Energiespeicher in einem Elektrofahrzeug erfolgt dabei in der Regel mittels der durch ein Energy from the traction battery approaches, or even exceeds. The components involved in the charging process must be designed for correspondingly large currents. The charging of the electrical energy storage in an electric vehicle is usually carried out by means of a
Wechselspannungsnetz bereitgestellten elektrischen Energie.  AC power provided electrical energy.
Es besteht daher ein Bedarf nach einer kostengünstigen und effizienten There is therefore a need for a low-cost and efficient
Ladeschaltung für einen elektrischen Energiespeicher zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers aus einem Wechselspannungsnetz. Charging circuit for an electrical energy storage for charging the electrical energy storage from an AC voltage network.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Hierzu schafft die vorliegende Erfindung eine Ladeschaltung für einen elektrischen Energiespeicher mit einem Gleichspannungsanschluss, der ein erstes Anschlusselement und ein zweites Anschlusselement umfasst und der mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden ist; und einem For this purpose, the present invention provides a charging circuit for an electrical energy store with a DC voltage connection, which comprises a first connection element and a second connection element and which is connected to the electrical energy storage; and one
Wechselspannungsanschluss, der ein drittes Anschlusselement und ein viertes Anschlusselement umfasst. Die Ladeschaltung umfasst ferner ein erstes Schaltelement, das zwischen dem ersten Anschlusselement und einem erstenAC connection, which includes a third terminal and a fourth terminal. The charging circuit further comprises a first switching element which is connected between the first connection element and a first
Knotenpunkt angeordnet ist; ein zweites Schaltelement, das zwischen dem ersten Knotenpunkt und dem zweiten Anschlusselement angeordnet ist; ein drittes Schaltelement, das zwischen dem dritten Anschlusselement und einem zweiten Knotenpunkt angeordnet ist; ein viertes Schaltelement, das zwischen dem zweiten Knotenpunkt und dem vierten Anschlusselement angeordnet ist; und eine erste Induktivität, die zwischen dem ersten Knotenpunkt und dem zweiten Knotenpunkt angeordnet ist. Ferner umfasst die Ladeschaltung einen Ladeschalter, der dazu ausgelegt ist, in einem Lademodus den Node is arranged; a second switching element disposed between the first node and the second terminal; a third switching element disposed between the third terminal and a second node; a fourth switching element disposed between the second node and the fourth terminal; and a first inductor disposed between the first node and the second node. Furthermore, the charging circuit comprises a charging switch which is designed to operate in a charging mode
Wechselspannungsanschluss von einer elektrischen Maschine elektrisch zu trennen und in einem Antriebsmodus den Wechselspannungsanschluss mit der elektrischen Maschine elektrisch zu koppeln. Electrically disconnect AC terminal from an electric machine and electrically couple the AC terminal to the electric machine in a drive mode.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Ladeschaltung mit den Schritten des elektrischen Koppeins einer elektrischen Maschine mit der Ladeschaltung in einem Antriebsmodus; und des elektrischen Trennens der elektrischen Maschine von der Ladeschaltung in einem Lademodus. According to a further aspect, the present invention provides a method for operating a charging circuit according to the invention with the steps of electrically coupling an electrical machine to the charging circuit in FIG a drive mode; and electrically disconnecting the electrical machine from the charging circuit in a charging mode.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Steuerung der hohen Ströme sowohl beim Aufladen eines elektrischen Energiespeichers, als auch bei der Entnahme von elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher für hohe Ströme jeweils sehr teure und zum Teil großvolumige Bauelemente erforderlich sind. The present invention is based on the finding that in order to control the high currents both when charging an electrical energy store, as well as when removing electrical energy from the electrical energy storage for high currents each very expensive and sometimes large-volume components are required.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Idee zugrunde, eine Therefore, the present invention is based on the idea, a
Schaltungsanordnung bereitzustellen, die sowohl für das Aufladen eines elektrischen Energiespeichers, als auch für das Steuern des Stroms bei der Entnahme von elektrischer Energie aus dem Energiespeicher die gleichenTo provide circuit arrangement, both for charging an electrical energy storage, as well as for controlling the current in the removal of electrical energy from the energy storage the same
Bauelemente verwenden kann. Auf diese Weise kann eine synergetische Doppelnutzung von teuren Bauteilen erreicht werden, die sowohl im Ladebetrieb, als auch bei der Entnahme der elektrischen Energie genutzt werden können. Hierzu schafft die vorliegende Erfindung eine symmetrische, bidirektionale Hoch- /Tiefsetzsteller- Topologie, die durch einfaches Umschalten von einem Can use components. In this way, a synergetic double use of expensive components can be achieved, which can be used both in the charging operation, as well as in the removal of electrical energy. For this purpose, the present invention provides a symmetrical, bidirectional buck / boost converter topology that can be easily switched from one
Lademodus in einen Antriebsmodus und zurück wechseln kann.  Charge mode in a drive mode and can switch back.
Die erfindungsgemäße Ladeschaltung kombiniert darüber hinaus einen bidirektionalen Wechselrichter/Gleichrichter mit einem Hoch-/Tiefsetzsteller (Gleichspannungswandler). Durch die Nutzung der Hoch-/Tiefsetzsteller-The charging circuit according to the invention also combines a bidirectional inverter / rectifier with a step-up / step-down converter (DC-DC converter). By using the boost / buck converter
Funktionalität wird eine hohe Flexibilität bei der Wahl von Eingangs- und Functionality will provide a high degree of flexibility in the choice of input and output
Ausgangsspannungen erreicht. Somit eröffnen sich vielfältige Möglichkeiten bei der Wahl der Eingangsspannung im Lademodus, sowie bei der Output voltages reached. This opens up a variety of options in the selection of the input voltage in the charging mode, as well as in the
Ausgangsspannung im Antriebsmodus. Output voltage in drive mode.
Die erfindungsgemäße Ladeschaltung ermöglicht darüber hinaus eine sehr flexible Ansteuerung, so dass auch ohne zusätzlichen Hardwareaufwand weitere Funktionen, wie beispielsweise eine Power- Factor-Correction (PFC)-Funktion oder ähnliches implementiert werden kann. Gemäß einer Ausführungsform ist der Ladeschalter ferner dazu ausgelegt, im Lademodus den Wechselspannungsanschluss mit einer Spannungsquelle zu verbinden. Vorzugsweise ist die Spannungsquelle dabei eine The charging circuit according to the invention also allows a very flexible control, so that even without additional hardware complexity, other functions, such as a Power Factor Correction (PFC) function or the like can be implemented. In one embodiment, the charging switch is further configured to connect the AC voltage terminal to a voltage source in the charging mode. Preferably, the voltage source is one
Wechselspannungsquelle. Auf diese Weise ist eine konduktive elektrische Kopplung zwischen der Spannungsquelle und der Ladeschaltung möglich, so dass die Ladeschaltung von dieser Spannungsquelle gespeist werden kann, um den elektrischen Energiespeicher aufzuladen. Darüber hinaus ist bei einer solchen elektrischen Kopplung auch eine Rückspeisung von der elektrischen Energiequelle über die Ladeschaltung zur Spannungsquelle möglich. Auf diese Weise kann insbesondere ein Energierückspeisungs- Konzept, zum BeispielAC voltage source. In this way, a conductive electrical coupling between the voltage source and the charging circuit is possible, so that the charging circuit can be powered by this voltage source to charge the electrical energy storage. In addition, in such an electrical coupling, a return from the electrical energy source via the charging circuit to the voltage source is possible. In this way, in particular an energy recovery concept, for example
Vehicle-to-Grid (V2G) realisiert werden. Vehicle-to-Grid (V2G) can be realized.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Induktivität mit einer weiteren Induktivität koppelbar. Durch diese Kopplung der ersten Induktivität mit einer weiteren Induktivität kann eine induktive Energieübertragung von der weiteren Induktivität zur ersten Induktivität - oder auch in umgekehrter Richtung - erfolgen. Auf diese Weise kann ein induktives Ladekonzept realisiert werden, bei dem die erste Induktivität der Ladeschaltung als Sekundärspule eingesetzt wird und die weitere Induktivität als Primärspule einer Ladestation eingesetzt wird. Somit kann eine induktive Energieübertragung realisiert werden, ohne dass hierzu eine separate Sekundärspule (Empfangsspule) erforderlich ist. According to a further embodiment, the first inductance can be coupled to a further inductance. By this coupling of the first inductor with a further inductance, an inductive energy transfer from the further inductance to the first inductance - or in the opposite direction - done. In this way, an inductive charging concept can be realized in which the first inductance of the charging circuit is used as a secondary coil and the further inductance is used as a primary coil of a charging station. Thus, an inductive energy transfer can be realized without the need for a separate secondary coil (receiving coil) is required.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladeschaltung ferner eine Steuerschaltung, die dazu ausgelegt ist, das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement mit einer vorbestimmten Schaltfrequenz anzusteuern. DieAccording to a further embodiment, the charging circuit further comprises a control circuit, which is designed to drive the first, second, third and fourth switching element with a predetermined switching frequency. The
Steuerschaltung kann dabei die einzelnen Schaltelemente entweder permanent öffnen oder schließen, oder aber auch die einzelnen Schaltelemente mit einer geeigneten Taktrate ansteuern, um eine Eingangsspannung am Control circuit can either permanently open or close the individual switching elements, or else drive the individual switching elements with a suitable clock rate to an input voltage on
Wechselspannungsanschluss in eine Ladespannung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers zu konvertieren. Gleichzeitig kann durch dieselbeConvert AC voltage to a charging voltage to charge the electrical energy storage. At the same time can through the same
Ladeschaltung auch eine inverse Spannungswandlung erfolgen, bei der die elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher zurück zur Charging also done an inverse voltage conversion, in which the electrical energy from the electrical energy storage back to
Spannungsquelle, beispielsweise in ein Energieversorgungsnetz, eingespeist werden kann. Darüber hinaus ist durch entsprechende Ansteuerung mittels der Steuervorrichtung auch das Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers, beispielsweise eines elektrischen Antriebs, durch die von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellte Energie möglich. Weiterhin können durch entsprechende Ansteuerung der Schaltelemente mittels der Steuervorrichtung zusätzliche Funktionalitäten realisiert werden. Auf diese Weise kann durch geeignete Ansteuerung der Schaltelemente mittels der Steuerschaltung die Funktionalität der Ladeschaltung flexibel angepasst werden. Voltage source, for example, in a power grid, can be fed. In addition, by appropriate control by means of the control device and the driving of an electrical load, for example, an electric drive, by the energy provided by the electrical energy storage possible. Furthermore, additional functionalities can be realized by appropriate control of the switching elements by means of the control device. In this way, by suitable control of the switching elements by means of the control circuit, the functionality of the charging circuit can be flexibly adjusted.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die vorbestimmte Schaltfrequenz, mit der die Steuerschaltung die Schaltelemente ansteuert, größer als 20 kHz. Solche hochfrequenten Schaltfrequenzen ermöglichen einen Betrieb der Ladeschaltung bei Frequenzen jenseits des hörbaren Frequenzspektrums. Auf diese Weise können störende Schallemissionen vermieden werden. Darüber hinaus können durch hohe Schaltfrequenzen, insbesondere Schaltfrequenzen von mehr als 20 kHz auch kleinere Bauelemente, insbesondere kleinere Induktivitäten und gegebenenfalls kleinere Kapazitäten in der Ladeschaltung eingesetzt werden. Somit kann durch eine Erhöhung der Schaltfrequenz auch eine Skalierung der weiteren Bauelemente, insbesondere der Induktivitäten und Kapazitäten, erreicht werden. Auf diese Weise kann das Volumen und das Gewicht der Ladeschaltung verkleinert werden. Darüber hinaus können durch kleinere Bauelemente auch die Kosten für den Aufbau der Ladeschaltung reduziert werden. According to a further embodiment, the predetermined switching frequency with which the control circuit drives the switching elements is greater than 20 kHz. Such high frequency switching frequencies enable operation of the charging circuit at frequencies beyond the audible frequency spectrum. In this way disturbing noise emissions can be avoided. In addition, by means of high switching frequencies, in particular switching frequencies of more than 20 kHz, smaller components, in particular smaller inductances and possibly smaller capacitances in the charging circuit can also be used. Thus, by increasing the switching frequency, it is also possible to achieve scaling of the further components, in particular of the inductances and capacitances. In this way, the volume and the weight of the charging circuit can be reduced. In addition, the costs for the construction of the charging circuit can be reduced by smaller components.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelemente Siliziumcarbit (SiC)-Schaltelemente oder Super- Junction-MOSFET. Derartige Schaltelemente sind für hohe Schaltfrequenzen, insbesondere Schaltfrequenzen für mehr als 20 kHz, besonders geeignet und weisen auch bei diesen hohen Schaltfrequenzen relativ geringe Verluste auf. According to another embodiment, the first, second, third and fourth switching elements comprise silicon carbide (SiC) switching elements or super junction MOSFETs. Such switching elements are particularly suitable for high switching frequencies, in particular switching frequencies for more than 20 kHz, and have relatively low losses even at these high switching frequencies.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine In another aspect, the present invention provides a
Ladevorrichtung mit einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Ladeschaltungen, einem elektrischen Energiespeicher, der mit den Gleichspannungsanschlüssen der Ladeschaltungen elektrisch gekoppelt ist; und einer mehrphasigen Charging device with a plurality of charging circuits according to the invention, an electrical energy storage, which is electrically coupled to the DC voltage terminals of the charging circuits; and a multi-phase
Wechselspannungsquelle, wobei jede Phase der Wechselspannungsquelle mit einem Wechselspannungsanschluss der Ladeschaltung elektrisch gekoppelt ist. Dabei sind insbesondere auch alle Gleichspannungsanschlüsse der Mehrzahl der Ladeschaltungen elektrisch miteinander gekoppelt und somit parallelgeschaltet. Auf diese Weise kann das Ladekonzept der erfindungsgemäßen Ladeschaltung für eine Energieeinspeisung aus einem mehrphasigen Energieversorgungsnetz oder einer anderen mehrphasigen Energiequelle angepasst werden. AC voltage source, wherein each phase of the AC voltage source is electrically coupled to an AC voltage terminal of the charging circuit. In particular, all the DC voltage connections of the plurality of charging circuits are also electrically coupled to each other and thus connected in parallel. In this way, the charging concept of the charging circuit according to the invention for an energy supply from a multi-phase power supply network or other multi-phase power source can be adjusted.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine In another aspect, the present invention provides a
Ladevorrichtung mit einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Ladeschaltungen; einem elektrischen Energiespeicher, der mit den Gleichspannungsanschlüssen der Ladeschaltungen elektrisch gekoppelt ist; und einer Mehrzahl von weiteren Induktivitäten, wobei jede weitere Induktivität mit einer Phase einer Charging device with a plurality of charging circuits according to the invention; an electrical energy store electrically coupled to the DC terminals of the charging circuits; and a plurality of further inductors, each further inductor having a phase of
mehrphasigen Wechselspannung elektrisch gekoppelt ist. Auch hierbei sind die Eingangsanschlüsse der einzelnen Ladeschaltungen elektrisch miteinander gekoppelt und somit parallelgeschaltet. Auf diese Weise kann auch für eine mehrphasige Energieeinspeisung, beispielsweise aus einem Drehstromnetz, eine induktive Energieübertragung realisiert werden, bei der keine separaten multiphase AC voltage is electrically coupled. Again, the input terminals of the individual charging circuits are electrically coupled together and thus connected in parallel. In this way, even for a multi-phase energy supply, for example, from a three-phase network, an inductive energy transfer can be realized in the no separate
Sekundärspulen (Empfangsspulen) erforderlich sind. Secondary coils (receiving coils) are required.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein elektrisches Antriebssystem mit einer erfindungsgemäßen Ladeschaltung, einem elektrischen Energiespeicher, der mit dem Gleichspannungsanschluss der Ladeschaltung elektrisch gekoppelt ist; und einer elektrischen Maschine, die einen According to a further aspect, the present invention provides an electric drive system with a charging circuit according to the invention, an electrical energy store, which is electrically coupled to the DC voltage terminal of the charging circuit; and an electric machine, the one
Phasenanschluss umfasst, der mit dem Ladeschalter der Ladeschaltung elektrisch gekoppelt ist. Phase terminal which is electrically coupled to the charging switch of the charging circuit.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein In another aspect, the present invention provides a
Kraftfahrzeug, insbesondere ein Luft-, Wasser- oder Landfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystem. Motor vehicle, in particular an air, water or land vehicle, with an electric drive system according to the invention.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Dabei zeigen: eine schematische Darstellung einer Ladeschaltung zum konduktiven Laden gemäß einer Ausführungsform; eine schematische Darstellung einer Ladeschaltung zum induktiven Laden gemäß einer Ausführungsform; eine schematische Darstellung einer dreiphasigen Ladevorrichtung zum konduktiven Laden gemäß einer Ausführungsform; eine schematische Darstellung einer dreiphasigen Ladevorrichtung zum induktiven Laden gemäß einer Ausführungsform; und eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Showing: a schematic representation of a charging circuit for conductive charging according to an embodiment; a schematic representation of a charging circuit for inductive charging according to an embodiment; a schematic representation of a three-phase charging device for conductive charging according to one embodiment; a schematic representation of a three-phase charging device for inductive charging according to an embodiment; and a schematic representation of a flowchart underlying a method according to one embodiment.
Beschreibung von Ausführungsformen Description of embodiments
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladeschaltung 1. An einem Gleichspannungsanschluss 11 mit den beiden Anschlusselementen Bl und B2 ist ein elektrischer Energiespeicher 2 angeordnet. Beispielsweise kann es sich bei diesem elektrischen Energiespeicher 2 um eine Batterie handeln, FIG. 1 shows a schematic representation of a charging circuit 1. An electrical energy store 2 is arranged on a DC voltage connection 11 with the two connecting elements B1 and B2. For example, this electrical energy store 2 may be a battery,
insbesondere eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges. in particular a traction battery of an electric or hybrid vehicle.
Darüber hinaus sind auch weitere beliebige elektrische In addition, any other electrical
Energiespeichervorrichtungen an dem Gleichspannungsanschluss 11 derEnergy storage devices on the DC voltage terminal 11 of
Ladeschaltung 1 möglich. Ferner umfasst die Ladeschaltung 1 einen Charging circuit 1 possible. Furthermore, the charging circuit 1 comprises a
Wechselspannungsanschluss 12 mit den beiden Anschlusselementen AI und A2. Ein erstes Schaltelement Sl der Ladeschaltung 1 ist zwischen dem ersten Anschlusselement Bl und einem ersten Knotenpunkt Kl angeordnet. Ein zweites Schaltelement S2 ist zwischen dem ersten Knotenpunkt Kl und dem zweitenAC voltage connection 12 with the two connection elements AI and A2. A first switching element Sl of the charging circuit 1 is arranged between the first connection element Bl and a first node Kl. A second switching element S2 is between the first node Kl and the second
Anschlusselement B2 des Gleichspannungsanschlusses 11 angeordnet. Ein drittes Schaltelement S3 ist zwischen einem ersten Anschlusselement AI des Wechselspannungsanschlusses 12 und einem zweiten Knotenpunkt K2 angeordnet. Ein viertes Schaltelement S4 ist zwischen dem zweiten Knotenpunkt K2 und einem weiteren Anschlusselement A2 des Wechselspannungsanschlusses 12 angeordnet. Zwischen dem ersten Connection element B2 of the DC voltage terminal 11 is arranged. A third switching element S3 is arranged between a first connection element AI of the AC voltage terminal 12 and a second node K2. A fourth switching element S4 is connected between the second node K2 and another connecting element A2 of the AC voltage terminal 12 is arranged. Between the first
Knotenpunkt Kl und dem zweiten Knotenpunkt K2 ist eine erste Induktivität LI angeordnet. Weiterhin ist der zweite Anschlusselement B2 des Node Kl and the second node K2, a first inductance LI is arranged. Furthermore, the second connection element B2 of the
Gleichspannungsanschlusses 11 und der weitere Anschlusselement A2 des Wechselspannungsanschlusses 12 elektrisch miteinander verbunden. DC voltage terminal 11 and the further connection element A2 of the AC voltage terminal 12 electrically connected to each other.
Vorzugsweise ist diese elektrische Verbindung zwischen zweitem  Preferably, this electrical connection is between the second
Anschlusselement B2 des Gleichspannungsanschlusses 11 und weiterem Anschlusselement A2 des Wechselspannungsanschlusses 12 mit einem Bezugspotential verbunden. Die beiden Anschlusselemente AI und A2 des Wechselspannungsanschlussesl2 sind mit einem Ladeschalter 20 verbunden.Connection element B2 of the DC voltage terminal 11 and further connection element A2 of the AC voltage terminal 12 connected to a reference potential. The two connection elements AI and A2 of the AC voltage connection l2 are connected to a charging switch 20.
Der Ladeschalter 20 ist darüber hinaus mit einer elektrischen Energiequelle 3 und einem elektrischen Verbraucher, beispielsweise einem elektrischen Motor 4 verbunden. Dabei umfasst der Ladeschalter 20 zwei Schaltelemente, wobei jedes der beiden Schaltelemente eines der beiden Anschlusselemente AI und A2 des Wechselspannungsanschlusses 12 entweder mit der Spannungsquelle 3 oder dem elektrischen Motor 4 elektrisch verbinden kann. Dabei sind die beiden Schaltelemente des Ladeschalters 20 miteinander gekoppelt, so dass stets entweder beide Anschlüsse AI und A2 des Wechselspannungsanschlusses 12 mit der elektrischen Spannungsquelle 3 oder dem elektrischen Motor 4 verbunden sind. The charging switch 20 is also connected to an electric power source 3 and an electrical load, such as an electric motor 4. In this case, the charging switch 20 comprises two switching elements, wherein each of the two switching elements of one of the two connection elements AI and A2 of the AC voltage terminal 12 can connect either to the voltage source 3 or the electric motor 4 electrically. In this case, the two switching elements of the charging switch 20 are coupled together so that always either both terminals AI and A2 of the AC voltage terminal 12 are connected to the electrical voltage source 3 or the electric motor 4.
Bei den vier Schaltelementen Sl bis S4 der Ladeschaltung 1 handelt es sich vorzugsweise um Halbleiterschaltelemente. Dabei kann jedem der The four switching elements S1 to S4 of the charging circuit 1 are preferably semiconductor switching elements. It can each of the
Halbleiterschaltelemente jeweils eine Diode parallelgeschaltet werden. Bei den Halbleiterschaltelementen der Schaltelemente Sl bis S4 kann es sich beispielsweise um Tyristoren, bipolare Transistoren mit einem isolierten Gate (IGBT) oder MOSFET handeln. Für hohe Schaltfrequenzen sind dabei insbesondere Siliziumcarbit-Schalter (SiC) oder Super-Junction-MOSFET möglich, die bei Schaltfrequenzen von mehr als 20 kHz nur sehr geringe Schaltverluste aufweisen. Semiconductor switching elements in each case one diode are connected in parallel. The semiconductor switching elements of the switching elements S1 to S4 can be, for example, thyristors, bipolar transistors with an insulated gate (IGBT) or MOSFET. In particular, silicon carbide switches (SiC) or super junction MOSFETs are possible for high switching frequencies, which have only very low switching losses at switching frequencies of more than 20 kHz.
Die Schaltelemente Sl bis S4 werden dabei durch eine Steuervorrichtung 10 angesteuert. Die Steuervorrichtung 10 ist dabei dazu ausgelegt, Steuersignale und/oder Sollwerte zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 2 oder zum Betrieb der elektrischen Maschine 4 zu empfangen. Basierend auf diesen Steuersignalen und/oder Sollwerten gibt die Steuervorrichtung 10 Schaltsignale an die Schaltelemente Sl bis S4 aus, um die entsprechenden Schaltelemente Sl bis S4 zu öffnen bzw. zu schließen. Die Steuersignale bzw. Sollwerte können dabei über analoge oder digitale Signale an der Steuervorrichtung 10 The switching elements Sl to S4 are controlled by a control device 10. The control device 10 is designed to receive control signals and / or setpoint values for charging the electrical energy store 2 or for operating the electric machine 4. Based on this Control signals and / or set values, the control device 10 outputs switching signals to the switching elements Sl to S4 in order to open or close the corresponding switching elements Sl to S4. The control signals or desired values can be transmitted via analog or digital signals to the control device 10
bereitgestellt werden. Beispielsweise können die entsprechenden Steuersignale oder Sollwerte auch über ein Bussystem übertragen und von der to be provided. For example, the corresponding control signals or setpoint values can also be transmitted via a bus system and transmitted by the
Steuervorrichtung 10 empfangen werden. Weiterhin kann die Steuervorrichtung 10 auch Messwerte über die Spannung am Gleichspannungsanschluss 11 und/oder am Wechselspannungsanschluss 12 empfangen. Control device 10 are received. Furthermore, the control device 10 can also receive measured values via the voltage at the DC voltage connection 11 and / or at the AC voltage connection 12.
Je nach Ansteuerung der Schaltelemente Sl bis S4 in der Ladeschaltung 10 können somit verschiedene Betriebsmodi realisiert werden. In einem Lademodus arbeitet dabei die Ladeschaltung 1 als kombinierter Gleichrichter und Hoch- /Tiefsetzsteller. Hierzu wird zunächst der Wechselspannungsanschluss 12 der Ladeschaltung 1 über den Ladeschalter 20 mit der Spannungsquelle 3 verbunden und dabei gleichzeitig eine elektrische Verbindung zwischen Depending on the control of the switching elements Sl to S4 in the charging circuit 10 thus different operating modes can be realized. In a charging mode, the charging circuit 1 operates as a combined rectifier and buck-boost converter. For this purpose, the AC voltage terminal 12 of the charging circuit 1 is first connected via the charging switch 20 to the voltage source 3 and at the same time an electrical connection between
Wechselspannungsanschluss 12 und elektrischer Maschine 4 getrennt. In diesem Lademodus wird von der Spannungsquelle 3 am AC voltage terminal 12 and electrical machine 4 separated. In this charging mode is from the voltage source 3 am
Wechselspannungsanschluss 12 der Ladeschaltung 1 eine elektrische AC voltage terminal 12 of the charging circuit 1 an electrical
Spannung, vorzugsweise eine Wechselspannung, bereitgestellt. Die Höhe der bereitgestellten Wechselspannung kann dabei variieren und größer oder kleiner sein als die erforderliche Gleichspannung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 2, die am Gleichspannungsanschluss 12 bereitgestellt werden soll. Voltage, preferably an AC voltage provided. The height of the provided AC voltage may vary and be greater or smaller than the required DC voltage for charging the electrical energy storage device 2, which is to be provided at the DC voltage terminal 12.
Ist die Amplitude bzw. der Maximalwert der Spannung am Is the amplitude or the maximum value of the voltage at
Wechselspannungsanschluss 12 kleiner als die zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 2 erforderliche Gleichspannung, so arbeitet die Ladeschaltung 1 in einem Betriebsmodus als kombinierter Gleichrichter und Hochsetzsteller. Dabei ist das dritte Schaltelement S3 dauerhaft geschlossen und das vierteAC voltage terminal 12 smaller than the DC voltage required for charging the electrical energy storage device 2, the charging circuit 1 operates in an operating mode as a combined rectifier and boost converter. In this case, the third switching element S3 is permanently closed and the fourth
Schaltelement S4 dauerhaft geöffnet. Das erste Schaltelement Sl arbeitet als aktiver Gleichrichter, und lässt den Strom nur in eine Richtung durch. Das zweite Schaltelement S2 wird mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz getaktet. Switching element S4 permanently open. The first switching element Sl operates as an active rectifier, and allows the current through only in one direction. The second switching element S2 is clocked at a predetermined switching frequency.
Bezeichnet U2 den Maximalwert der Wechselspannung am U2 denotes the maximum value of the AC voltage at
Wechselspannungsanschluss 12 und Ul den Wert der Gleichspannung, die an dem elektrischen Energiespeicher 2 bereitgestellt werden soll, und bezeichnet T weiterhin die Periodendauer des Taktsignals, mit dem das zweite Schaltelement S2 angesteuert wird und tein die Einschaltzeit innerhalb der Periodendauer, so ergibt sich folgender Zusammenhang: AC terminal 12 and Ul the value of DC voltage, the the electric energy storage 2 is to be provided, and T further denotes the period of the clock signal with which the second switching element S2 is driven and te in the turn-on within the period, the following relationship arises:
Ist der Maximalwert bzw. die Amplitude der von der Spannungsquelle 3 bereitgestellten Spannung U2 am Wechselspannungsanschluss größer als die Spannung Ul, mit der der elektrische Energiespeicher 2 aufgeladen werden soll, so arbeitet die Ladeschaltung 1 als kombinierter Gleichrichter und Tiefsetzsteller. Hierzu ist das erste Schaltelement Sl dauerhaft geschlossen und das zweite Schaltelement S2 dauerhaft geöffnet. Das vierte Schaltelement S4 arbeitet als aktiver Gleichrichter, und lässt den Strom nur in eine Richtung durch, während das dritte Schaltelement S3 mit der vorgegebenen Schaltfrequenz (f=l/T) getaktet wird. Hierbei stellen sich die Spannungsverhältnisse gemäß der folgenden Formel ein: If the maximum value or the amplitude of the voltage U2 provided by the voltage source 3 at the AC voltage terminal is greater than the voltage U1 with which the electrical energy store 2 is to be charged, the charging circuit 1 operates as a combined rectifier and buck converter. For this purpose, the first switching element Sl is permanently closed and the second switching element S2 permanently open. The fourth switching element S4 operates as an active rectifier, and allows the current in only one direction, while the third switching element S3 is clocked at the predetermined switching frequency (f = l / T). Here, the voltage ratios according to the following formula:
Darüber hinaus ermöglicht die Ladeschaltung 1 auch einen umgekehrten Betrieb, bei der die Spannung aus dem elektrischen Energiespeicher 2 in eine Spannung konvertiert wird, die in ein elektrisches Energieversorgungsnetz eingespeist werden kann, oder zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine 4 dienen kann. Dabei kann in einem weiteren Betriebsmodus die Ladeschaltung 1 als In addition, the charging circuit 1 also allows a reverse operation, in which the voltage from the electrical energy storage 2 is converted into a voltage that can be fed into an electrical power grid, or can serve to control an electric machine 4. In this case, in a further operating mode, the charging circuit 1 as
kombinierter Hochsetzsteller-Wechselrichter arbeiten. Die Gleichspannung der elektrischen Energiequelle 2 wird dabei angehoben und gleichzeitig in eine Spannung konvertiert, die zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 4 oder zum Einspeisen in ein elektrisches Energieversorgungsnetz geeignet ist. Hierzu wird das erste Schaltelement Sl durch die Steuervorrichtung 10 derart angesteuert, dass es dauerhaft geschlossen ist. Ferner wird das zweite Combined boost converter inverter work. The DC voltage of the electrical energy source 2 is thereby raised and simultaneously converted into a voltage which is suitable for driving the electric machine 4 or for feeding into an electrical energy supply network. For this purpose, the first switching element Sl is controlled by the control device 10 such that it is permanently closed. Furthermore, the second
Schaltelement S2 dauerhaft geöffnet. Das dritte Schaltelement S3 wird als aktiver Gleichrichter angesteuert, so dass der Strom nur in eine Richtung fließt. Das vierte Schaltelement S4 wird schließlich mit einer vorgegebenen Switching element S2 permanently open. The third switching element S3 is driven as an active rectifier, so that the current flows in one direction only. The fourth switching element S4 is finally given a predetermined
Schaltfrequenz (f=l/T) angesteuert. Dabei wird gemäß dem Prinzip der Pulsbreitenmodulation ein Tastverhältnis gewählt, mit dem die Spannung am Wechselspannungsanschluss 12 eingestellt werden kann. Hierbei gilt folgende Beziehung: Switching frequency (f = l / T) controlled. It is in accordance with the principle of Pulse width modulation selected a duty cycle, with which the voltage at the AC voltage terminal 12 can be adjusted. The following relationship applies here:
In einem alternativen Betriebsmodus arbeitet die Ladeschaltung 1 als kombinierter Tiefsetzsteller und Wechselrichter. Die am In an alternative operating mode, the charging circuit 1 operates as a combined buck converter and inverter. The am
Gleichspannungsanschluss 11 anliegende Gleichspannung des elektrischen Energiespeichers 2 wird dabei verringert und gleichzeitig in eine Spannung konvertiert, die dazu geeignet ist, die elektrische Maschine 4 anzusteuern, oder in ein Energieversorgungsnetz eingespeist zu werden. Im Tiefsetzstellerbetrieb ist dabei der Maximalwert, also die Amplitude der Spannung am DC voltage terminal 11 applied DC voltage of the electrical energy storage device 2 is thereby reduced and simultaneously converted into a voltage which is suitable for driving the electric machine 4, or to be fed into a power supply network. In buck converter mode is the maximum value, ie the amplitude of the voltage at
Wechselspannungsanschluss 12 kleiner als die Gleichspannung, die am AC voltage terminal 12 smaller than the DC voltage at the
Gleichspannungsanschluss 11 anliegt. Das dritte Schaltelement S3 ist dabei dauerhaft geschlossen und das vierte Schaltelement S4 dauerhaft geöffnet. Das zweite Schaltelement S2 wird als aktiver Gleichrichter angesteuert, und lässt den Strom nur in eine Richtung durch. Das erste Schaltelement Sl wird schließlich mit einer vorbestimmten Schaltfrequenz (f=l/T) derart angesteuert, dass sich am Wechselspannungsanschluss 12 die gewünschte Ausgangsspannung einstellt.DC voltage terminal 11 is applied. The third switching element S3 is permanently closed and the fourth switching element S4 permanently open. The second switching element S2 is driven as an active rectifier, and allows the current through only in one direction. Finally, the first switching element S1 is driven with a predetermined switching frequency (f = 1 / T) in such a way that the desired output voltage is established at the AC voltage terminal 12.
Dabei ist das Verhältnis von Spannung U2 am Wechselspannungsanschluss 12 zur Eingangsspannung Ul am Gleichspannungsanschluss 11 wie folgt: The ratio of voltage U2 at the AC voltage terminal 12 to the input voltage U1 at the DC voltage terminal 11 is as follows:
Es ist dabei aus diesen Formeln einfach zu erkennen, dass im It is easy to recognize from these formulas that in the
Tiefsetzstellermodus die Spannung U2 bis auf 0 Volt herabgesetzt werden kann, wenn tein gegen Null geht. Die Schaltfrequenz, mit der die Schaltelemente Sl bis S4 durch die Bucket mode, the voltage U2 can be reduced to 0 volts when te in goes to zero. The switching frequency at which the switching elements Sl to S4 by the
Steuervorrichtung 10 dabei angesteuert werden, kann in einem sehr breiten Frequenzbereich gewählt werden. Dabei sind, wie bei konventionellen  Controlling device 10 can be controlled, can be selected in a very wide frequency range. Here are, as with conventional
Wechselrichtern, beispielsweise Schaltfrequenzen im Bereich von bis zu 10 kHz möglich. Relativ niedrige Schaltfrequenzen erfordern jedoch eine relativ große Induktivität LI zwischen dem ersten Knotenpunkt Kl und dem zweiten Knotenpunkt K2. Durch Erhöhung der Schaltfrequenz auf Frequenzen oberhalb von 20 kHz und mehr kann die erforderliche Induktivität LI entsprechend verkleinert werden. Dies führt zu einer Reduktion des erforderlichen Bauraums und Gewichts der Ladeschaltung 1. Darüber hinaus führt die Verwendung von Schaltfrequenzen oberhalb des für einen Menschen hörbaren Inverters, for example, switching frequencies in the range of up to 10 kHz possible. However, relatively low switching frequencies require a relatively large inductance LI between the first node K1 and the second Node K2. By increasing the switching frequency to frequencies above 20 kHz and more, the required inductance LI can be correspondingly reduced. This leads to a reduction of the required installation space and weight of the charging circuit 1. In addition, the use of switching frequencies above the audible for a human
Frequenzspektrums auch zu geringeren akustischen Beeinträchtigungen. Für die Verwendung derart hoher Schaltfrequenzen von 20 kHz und mehr sind insbesondere moderne Siliziumcarbit (SiC)-Schalter vorteilhaft. Derartige SiC- Schalter weisen auch bei Schaltfrequenzen oberhalb von 20 kHz relativ geringe Schaltverluste auf. Alternativ können darüber hinaus auch Spannungskonverter mit Super-Junction-MOSFET eingesetzt werden, die ebenfalls bei hohen Schaltfrequenzen nur geringe Schaltverluste aufweisen.  Frequency spectrum also to lower acoustic impairments. For the use of such high switching frequencies of 20 kHz and more, in particular modern silicon carbide (SiC) switches are advantageous. Such SiC switches have relatively low switching losses even at switching frequencies above 20 kHz. Alternatively, it is also possible to use voltage converters with a super-junction MOSFET, which also have only low switching losses at high switching frequencies.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform für eine Ladeschaltung 1. Die Ladeschaltung 1 dieser Ausführungsform entspricht weitestgehend der Ladeschaltung aus Figur 1. Darüber hinaus wird in dieser Ausführungsform die erste Induktivität LI gleichzeitig als Sende-/Empfangsspule für ein induktives Ladesystem eingesetzt. Auf diese Weise ist eine 2 shows a schematic representation of a further embodiment for a charging circuit 1. The charging circuit 1 of this embodiment largely corresponds to the charging circuit of Figure 1. In addition, in this embodiment, the first inductance LI is used simultaneously as a transmitting / receiving coil for an inductive charging system. That way is one
transformatorische Energieübertragung zwischen der ersten Induktivität LI und einer weiteren Induktivität L2 möglich. Da typischerweise induktive Systeme als resonante Schwingkreise realisiert werden, muss in der Ladeschaltung 1 ein Kondensator Cl für eine kapazitive Kompensation und transformable energy transfer between the first inductance LI and another inductance L2 possible. Since inductive systems are typically realized as resonant oscillating circuits, in the charging circuit 1, a capacitor Cl for a capacitive compensation and
Resonanzfrequenzbestimmung zugeschaltet werden. Dieser Kondensator Cl ist parallel zu der ersten Induktivität LI zwischen dem ersten Knotenpunkt Kl und dem zweiten Knotenpunkt K2 angeordnet.  Resonant frequency determination are switched on. This capacitor Cl is arranged in parallel with the first inductance LI between the first node K1 and the second node K2.
Die weitere Induktivität L2 wird dabei von einer geeigneten Ladeschaltung 30 angesteuert. Zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 2 wird dabei die Ladeschaltung 30 von einer Spannungsquelle 3 gespeist. Die Ladeschaltung 30 konvertiert die von der Spannungsquelle 3 bereitgestellte Spannung in eine geeignete, vorzugsweise hochfrequente, Wechselspannung und regt mit dieser hochfrequenten Wechselspannung die weitere Induktivität L2 an. Die weitere Induktivität L2 erzeugt daraufhin ein elektromagnetisches Wechselfeld, das in die erste Induktivität LI einkoppelt und dabei in der ersten Induktivität LI eine Spannung induziert. Um ein Einkoppeln des elektromagnetischen Wechselfeldes in die erste The further inductance L2 is driven by a suitable charging circuit 30. To charge the electrical energy storage device 2 while the charging circuit 30 is powered by a voltage source 3. The charging circuit 30 converts the voltage provided by the voltage source 3 into a suitable, preferably high-frequency, AC voltage and excites the further inductance L2 with this high-frequency AC voltage. The further inductance L2 then generates an electromagnetic alternating field which couples into the first inductance LI and thereby induces a voltage in the first inductance LI. To a coupling of the electromagnetic alternating field in the first
Induktivität LI zu ermöglichen, muss dabei für die induktive Energieübertragung zwischen der weiteren Induktivität L2 und der ersten Induktivität LI die erste Induktivität LI modifiziert werden. Während für einen Betrieb im Antriebsmodus, bei dem elektrische Energie zwischen dem Gleichspannungsanschluss 11 und dem Wechselspannungsanschluss 12 konvertiert wird, muss die erste Induktivität LI vorzugsweise ein geschlossenes Joch aufweisen. Soll jedoch das To enable inductance LI, the first inductance LI must be modified for the inductive energy transfer between the further inductance L2 and the first inductance LI. While for operation in the drive mode in which electrical energy is converted between the DC voltage terminal 11 and the AC voltage terminal 12, the first inductance LI preferably has to have a closed yoke. But should that be
elektromagnetische Wechselfeld der weiteren Induktivität 2 in die erste alternating electromagnetic field of the further inductor 2 in the first
Induktivität LI einkoppeln, so ist es erforderlich, dieses Joch zu öffnen, damit der magnetische Fluss der weiteren Induktivität L2 in die erste Induktivität einkoppeln kann. Somit wird der Koppelfaktor zwischen weiterer Induktivität L2 und erster Induktivität LI maximiert. Hierzu sind beliebige mechanische Konstruktionen möglich. Beispielsweise kann durch einen elektrischen Antrieb das Joch entsprechend dem einzustellenden Betriebsmodus angepasst werden. Alternativ ist auch ein automatisches Wegklappen oder Verschieben eines Teils des Jochs möglich, sobald die erste Induktivität LI über der weiteren Induktivität L2 angeordnet wird. Hierzu sind beliebige rein mechanische oder motorisch gesteuerte Lösungen möglich. Inductance LI, it is necessary to open this yoke, so that the magnetic flux of the further inductance L2 can couple into the first inductance. Thus, the coupling factor between further inductance L2 and first inductance LI is maximized. For this purpose, any mechanical constructions are possible. For example, by an electric drive, the yoke can be adjusted according to the operating mode to be set. Alternatively, automatic folding away or shifting of a part of the yoke is possible as soon as the first inductance LI is arranged above the further inductance L2. For this purpose, any purely mechanical or motor-driven solutions are possible.
Auch in dieser Konfiguration muss in dem Lademodus durch den Ladeschalter 20 die elektrische Verbindung zwischen Wechselspannungsanschluss 12 und elektrischem Motor 4 getrennt werden. Darüber hinaus wird durch ein Also in this configuration, in the charging mode by the charging switch 20, the electrical connection between the AC power terminal 12 and the electric motor 4 must be disconnected. In addition, by a
zusätzliches Schaltelement 21 das erste Anschlusselement Bl des additional switching element 21, the first connection element Bl of
Gleichspannungsanschlusses 11 mit dem ersten Anschlusselement AI desDC voltage terminal 11 with the first connection element AI of
Wechselspannungsanschlusses 12 elektrisch verbunden, so dass durch die vier Schaltelemente Sl bis S4 eine Gleichrichterschaltung entsteht. Eine zusätzliche Wirkungsgradsteigerung kann darüber hinaus durch aktive Ansteuerung der Schaltelemente Sl bis S4 parallel zu den Freilaufdioden erfolgen (aktive AC voltage terminal 12 is electrically connected, so that a rectifier circuit is formed by the four switching elements Sl to S4. An additional increase in efficiency can also be achieved by active control of the switching elements Sl to S4 parallel to the freewheeling diodes (active
Gleichrichtung). Rectification).
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer mehrphasigen FIG. 3 shows a schematic representation of a multiphase
Ladevorrichtung. Dabei ist das erfindungsgemäße Konzept auf eine beliebige Anzahl von Phasen anwendbar und nicht auf die hier dargestellte Struktur mit drei Phasen beschränkt. Die Ladevorrichtung gemäß Figur 3 umfasst dabei für jede Phase eine separate Ladeschaltung 1. Die Gleichspannungsanschlüsse 11 der einzelnen Ladeschaltungen 1 sind dabei miteinander gekoppelt und parallelgeschaltet. Diese miteinander gekoppelten Gleichspannungsanschlüsse 11 der Ladeschaltungen 1 sind mit einem Energiespeicher 2 verbunden. Auf der Wechselspannungsseite ist jede Ladeschaltung 1 mit einer Phase eines mehrphasigen Systems gekoppelt. Der Ladeschalter 20 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine geeignete Anzahl von Schaltelementen, so dass sämtliche Phasen entweder mit der mehrphasigen Energiequelle 3 oder den Phasenanschlüssen des mehrphasigen elektrischen Antriebs 4 gekoppelt werden können. Grundsätzlich ist es dabei auch möglich, dass der elektrische Antrieb 4 mehr Phasen aufweist, als die elektrische Energiequelle 3. In diesem Fall sind gegebenenfalls nicht alle Ladeschaltungen 1 mit einer Phase der elektrischen Spannungsquelle 3 gekoppelt. Für eine zentrale und synchrone Ansteuerung aller Ladeschaltungen 1 können dabei alle Ladeschaltungen 1 und insbesondere sämtliche Schaltelemente Sl bis S4 aller Ladeschaltungen 1 von einer gemeinsamen Steuervorrichtung 10 angesteuert werden. Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung für ein induktives Laden mit mehreren Phasen. Die Ladevorrichtung umfasst in dieser Ausführungsform für jede Phase eine separate Ladeschaltung 1. Insbesondere umfasst die Ladeschaltung in dieser Ausführungsform für jede Phase der Spannungsquelle 3 eine separate Ladeschaltung gemäß Figur 2. Auch in dieser Ausführungsform können alle Ladeschaltungen 1 von einer zentralen Loader. In this case, the inventive concept is applicable to any number of phases and not limited to the structure shown here with three phases. The charging device according to FIG. 3 comprises for each phase a separate charging circuit 1. The DC voltage terminals 11 of the individual charging circuits 1 are coupled together and connected in parallel. These coupled DC voltage terminals 11 of the charging circuits 1 are connected to an energy storage device 2. On the AC side, each charging circuit 1 is coupled to one phase of a multi-phase system. The charging switch 20 in this embodiment comprises a suitable number of switching elements, so that all phases can be coupled to either the polyphase power source 3 or the phase terminals of the polyphase electric drive 4. In principle, it is also possible that the electric drive 4 has more phases than the electrical energy source 3. In this case, not all charging circuits 1 may be coupled to one phase of the electrical voltage source 3. For a central and synchronous control of all charging circuits 1, all charging circuits 1 and in particular all switching elements S1 to S4 of all charging circuits 1 can be controlled by a common control device 10. Figure 4 shows a schematic representation of a charging device for a multi-phase inductive charging. In this embodiment, the charging device comprises a separate charging circuit 1 for each phase. In particular, the charging circuit in this embodiment comprises a separate charging circuit according to FIG. 2 for each phase of the voltage source 3. In this embodiment too, all the charging circuits 1 can be controlled by a central charging circuit
Steuervorrichtung 10 angesteuert werden.  Control device 10 are controlled.
Bei einer mehrphasigen Ladeschaltung gemäß den Figuren 3 oder 4 kann die Steuervorrichtung 10 dabei insbesondere in Abhängigkeit von der elektrischen Leistung, mit der der elektrische Energiespeicher 2 aufgeladen werden soll, dieIn the case of a polyphase charging circuit according to FIGS. 3 or 4, the control device 10 can be charged in particular as a function of the electrical power with which the electrical energy store 2 is to be charged
Anzahl der verwendeten Phasen der Spannungsquelle 3 anpassen. Dabei kann beispielsweise abhängig von der zur Verfügung stehenden Ladezeit und/oder dem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 2 die Anzahl der verwendeten Phasen der Spannungsquelle 3 variiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, durch Reduktion der verwendeten Phasen der Spannungsquelle 3 auch bei geringer elektrischer Ladeleistung die aktiven Ladeschaltungen in einem effizienten Arbeitsbereich zu betreiben. Adjust the number of phases used for the voltage source 3. In this case, for example, depending on the available charging time and / or the state of charge of the electrical energy storage device 2, the number of phases of the voltage source 3 used can be varied. In this way it is possible, by reducing the phases of the voltage source 3 used Even with low electrical charging power to operate the active charging circuits in an efficient work area.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist dabei sowohl im einphasigen als auch im mehrphasigen Betrieb jeweils für jede Phase eine einzelne Ladeschaltung 1 beschrieben. Darüber hinaus ist es auch möglich, mehrere Ladeschaltungen 1 parallel zu schalten und hierdurch das In the exemplary embodiments described above, a single charging circuit 1 is described for each phase in both single-phase and multi-phase operation. In addition, it is also possible to switch several charging circuits 1 in parallel and thereby the
Leistungsspektrum zu erweitern. Sind in einer Phase mehrere Ladeschaltungen 1 parallelgeschaltet, so kann auch dabei in Abhängigkeit von der gewünschten Ladeleistung die Anzahl der angesteuerten Ladeschaltungen variiert werden.Expand range of services. If several charging circuits 1 are connected in parallel in one phase, the number of driven charging circuits can also be varied depending on the desired charging power.
Beispielsweise können bei einer hohen gewünschten Ladeleistung sämtliche zur Verfügung stehende Ladeschaltungen 1 parallel angesteuert werden. Soll dagegen der elektrische Energiespeicher 2 nur mit einer geringeren Leistung aufgeladen werden, oder soll von dem elektrischen Energiespeicher 2 nur eine geringere Leistung entnommen werden, so ist es bei mehreren For example, with a high desired charging power, all available charging circuits 1 can be activated in parallel. If, on the other hand, the electrical energy store 2 is to be charged only with a lower power, or should only a smaller power be taken from the electric energy store 2, then it is several
parallelgeschalteten Ladeschaltungen 1 auch möglich, nur einen Teil dieser Ladeschaltungen 1, oder gegebenenfalls auch nur eine einzelne Ladeschaltung 1 anzusteuern. Auf diese Weise können die angesteuerten Ladeschaltungen 1 stets in einem effizienten Arbeitsbereich betrieben werden und hierdurch die Verluste in den aktiven Ladeschaltungen minimiert werden. Parallel connected charging circuits 1 also possible to control only a portion of these charging circuits 1, or possibly even a single charging circuit 1. In this way, the controlled charging circuits 1 can always be operated in an efficient working range and thereby the losses in the active charging circuits are minimized.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms für ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Ladeschaltung. Soll die Ladeschaltung 1 in einem Antriebsmodus betrieben werden, so wird in Schritt Sl die Ladeschaltung 1 mit einer elektrischen Maschine 4 gekoppelt. Für einFIG. 5 shows a schematic representation of a flow diagram for a method for operating a charging circuit according to the invention. If the charging circuit 1 is to be operated in a drive mode, the charging circuit 1 is coupled to an electric machine 4 in step S1. For a
Aufladen des elektrischen Energiespeichers 2, oder das Einspeisen von elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher 2 in ein Charging the electrical energy storage device 2, or the feeding of electrical energy from the electrical energy storage device 2 in a
Energieversorgungsnetz wird die Ladeschaltung 1 dagegen in einem Lademodus betrieben. Hierzu wird in Schritt S2 die elektrische Verbindung zwischen elektrischer Maschine 4 und der Ladeschaltung 1 getrennt. Power supply network, the charging circuit 1, however, operated in a charging mode. For this purpose, in step S2, the electrical connection between the electrical machine 4 and the charging circuit 1 is disconnected.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Ladeschaltung für einen elektrischen Energiespeicher. Für das Aufladen und Entladen des elektrischen Energiespeichers werden gemeinsame Bauteile eingesetzt. Hierzu wird eine Ladeschaltung vorgeschlagen, die Hochsetz- und Tiefsetzstellerfunktionalitäten umfasst und diese mit Gleichrichter- bzw. Wechselrichterfunktionalitäten kombiniert. Auf diese Weise wird eine Schaltungsanordnung ermöglicht, die mit einer geringen Anzahl von Bauelementen einen flexiblen Schaltungsaufbau ermöglicht. In summary, the present invention relates to a charging circuit for an electrical energy storage. For charging and discharging the electrical energy storage common components are used. For this purpose, a charging circuit is proposed, the boosting and Includes buck converter functionality and combines these with rectifier or inverter functionality. In this way, a circuit arrangement is made possible, which allows flexible configuration with a small number of components.

Claims

Ansprüche claims
1. Ladeschaltung (1) für einen elektrischen Energiespeicher (2), mit: einem Gleichspannungsanschluss (11), der ein erstes Anschlusselement (Bl) und ein zweites Anschlusselement (B2) umfasst und der mit einem elektrischen Energiespeicher (2) verbunden ist; einem Wechselspannungsanschluss (12), der ein drittes Anschlusselement (AI) und ein viertes Anschlusselement (A2) umfasst; einem ersten Schaltelement (Sl), das zwischen dem ersten 1. charging circuit (1) for an electrical energy store (2), comprising: a DC voltage terminal (11), which comprises a first connection element (Bl) and a second connection element (B2) and which is connected to an electrical energy store (2); an AC terminal (12) including a third terminal (AI) and a fourth terminal (A2); a first switching element (S1) connected between the first
Anschlusselement (Bl) und einem ersten Knotenpunkt (Kl) angeordnet ist; einem zweiten Schaltelement (S2), das zwischen dem ersten Knotenpunkt (Kl) und dem zweiten Anschlusselement (B2) angeordnet ist; einem dritten Schaltelement (S3), das zwischen dem dritten  Connection element (Bl) and a first node (Kl) is arranged; a second switching element (S2) disposed between the first node (K1) and the second terminal (B2); a third switching element (S3) connected between the third
Anschlusselement (AI) und einem zweiten Knotenpunkt (K2) angeordnet ist; einem vierten Schaltelement (S4), das zwischen dem zweiten Knotenpunkt (K2) und dem viertem Anschlusselement (A2) angeordnet ist; einer ersten Induktivität (LI), die zwischen dem ersten Knotenpunkt (Kl) und dem zweiten Knotenpunkt (K2) angeordnet ist; und einem Ladeschalter (20), der dazu ausgelegt ist, in einem Lademodus den Wechselspannungsanschluss (12) von einer elektrischen Maschine (4) elektrisch zu trennen und in einem Antriebsmodus den Wechselspannungsanschluss (12) mit der elektrischen Maschine (4) elektrisch zu koppeln. Connection element (AI) and a second node (K2) is arranged; a fourth switching element (S4) disposed between the second node (K2) and the fourth terminal (A2); a first inductor (LI) disposed between the first node (K1) and the second node (K2); and a charging switch (20) configured to electrically disconnect the AC voltage terminal (12) from an electric machine (4) in a charging mode and in a drive mode AC connection (12) to electrically couple with the electric machine (4).
2. Ladeschaltung (1) nach Anspruch 1, wobei der Ladeschalter (20) ferner dazu ausgelegt ist, im Lademodus den Wechselspannungsanschluss (12) mit einer Wechselspannungsquelle (3) zu verbinden. 2. charging circuit (1) according to claim 1, wherein the charging switch (20) is further adapted to connect in the charging mode, the AC voltage terminal (12) with an AC voltage source (3).
3. Ladeschaltung (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Induktivität (LI) mit einer weiteren Induktivität (L2) koppelbar ist. 3. charging circuit (1) according to claim 1, wherein the first inductance (LI) with a further inductance (L2) can be coupled.
4. Ladeschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer 4. charging circuit (1) according to one of claims 1 to 3, with a
Steuerschaltung (10), die dazu ausgelegt ist, das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement (Sl, S2, S3, S4) mit einer vorbestimmten  Control circuit (10) adapted to connect the first, second, third and fourth switching elements (S1, S2, S3, S4) with a predetermined one
Schaltfrequenz anzusteuern.  To control switching frequency.
5. Ladeschaltung (1) nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte 5. charging circuit (1) according to claim 1, wherein the predetermined
Schaltfrequenz größer als 20 kHz ist.  Switching frequency is greater than 20 kHz.
6. Ladevorrichtung, mit: einer Mehrzahl von Ladeschaltungen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5; einem elektrischen Energiespeicher (2), der mit den 6. A charging device, comprising: a plurality of charging circuits (1) according to any one of claims 1 to 5; an electrical energy store (2), with the
Gleichspannungsanschlüssen (11) der Mehrzahl von Ladeschaltungen (1) elektrisch gekoppelt ist; einer mehrphasigen Wechselspannungsquelle (3), wobei jede Phase der Wechselspannungsquelle (3) mit einem Wechselspanungsanschluss (12) einer Ladeschaltung (1) elektrisch gekoppelt ist.  DC voltage terminals (11) of the plurality of charging circuits (1) is electrically coupled; a multiphase AC voltage source (3), each phase of the AC voltage source (3) being electrically coupled to an AC voltage terminal (12) of a charging circuit (1).
7. Ladevorrichtung, mit: einer Mehrzahl von Ladeschaltungen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5; einem elektrischen Energiespeicher (2), der mit den 7. A charging device, comprising: a plurality of charging circuits (1) according to any one of claims 1 to 5; an electrical energy store (2), with the
Gleichspannungsanschlüssen (11) der Mehrzahl von Ladeschaltungen (1) elektrisch gekoppelt ist; einer Mehrzahl von weiteren Induktivitäten (L2), wobei jede weitere  DC voltage terminals (11) of the plurality of charging circuits (1) is electrically coupled; a plurality of further inductors (L2), each further one
Induktivität (L2) mit einer Phase einer mehrphasigen  Inductance (L2) with a phase of a multiphase
Wechselspannungsquelle (3) elektrisch gekoppelt ist.  AC voltage source (3) is electrically coupled.
8. Elektrisches Antriebssystem, mit: einer Ladeschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5; einem elektrischen Energiespeicher (2), der mit dem 8. An electric drive system, comprising: a charging circuit (1) according to any one of claims 1 to 5; an electrical energy store (2) connected to the
Gleichspannungsanschluss (11) der Ladeschaltung (1) elektrisch gekoppelt ist; und einer elektrischen Maschine (4), die einen Phasenanschluss umfasst, der mit dem Ladeschalter (20) der Ladeschaltung (1) elektrisch gekoppelt ist.  DC voltage terminal (11) of the charging circuit (1) is electrically coupled; and an electric machine (4) comprising a phase terminal electrically coupled to the charging switch (20) of the charging circuit (1).
9. Kraftfahrzeug, insbesondere Luft-, Wasser- oder Landfahrzeug, mit einem elektrischen Antriebssystem nach Anspruch 8. 9. Motor vehicle, in particular air, water or land vehicle, with an electric drive system according to claim 8.
10. Verfahren zum Betreiben einer Ladeschaltung (1) nach einem der 10. A method for operating a charging circuit (1) according to one of
Ansprüche 1 bis 5, mit den Schritten: elektrisches Koppeln (Sl) einer elektrischen Maschine (4) mit der  Claims 1 to 5, with the steps: electrical coupling (Sl) of an electric machine (4) with the
Ladeschaltung (1) in einem Antriebsmodus; elektrisches Trennen (S2) der elektrischen Maschine (4) von der  Charging circuit (1) in a drive mode; electrical disconnection (S2) of the electric machine (4) from the
Ladeschaltung (1) in einem Lademodus.  Charging circuit (1) in a charging mode.
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