EP3818604A1 - Device for coupling electrical grids - Google Patents

Device for coupling electrical grids

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Publication number
EP3818604A1
EP3818604A1 EP19735540.7A EP19735540A EP3818604A1 EP 3818604 A1 EP3818604 A1 EP 3818604A1 EP 19735540 A EP19735540 A EP 19735540A EP 3818604 A1 EP3818604 A1 EP 3818604A1
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EP
European Patent Office
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converter
connections
input
output
network
Prior art date
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Pending
Application number
EP19735540.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
André Körner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella GmbH and Co KGaA
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Filing date
Publication date
Application filed by Hella GmbH and Co KGaA filed Critical Hella GmbH and Co KGaA
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a device for coupling power networks, in particular a direct current network, for example a motor vehicle electrical system, with a single phase alternating current network or a further direct current network.
  • a coupling device can be used in particular to charge a vehicle battery of an electric vehicle with electricity from a single-phase AC network or from another vehicle.
  • the invention also relates to an arrangement of coupling devices with which a direct current network can be coupled to a multi-phase alternating current network.
  • the charging devices known today for charging batteries from electric vehicles use transformers to achieve electrical safety for the galvanic isolation of the AC network side and the vehicle DC side to which the battery is connected. These transformers are complex and heavy.
  • coupling devices without transformers with which direct voltage sources, such as photovoltaic generators, can be connected to the alternating current network.
  • a disadvantage of these coupling devices is that, depending on the parasitic capacitance of the DC voltage side and the switching or mains frequency, they can generate leakage currents, which e.g. can impair the function of residual current devices.
  • Multi-stage charging converters are also common for use on three-phase networks, and are correspondingly complex for multi-stage conversion.
  • the present invention is based on the object of proposing a transformerless coupling means with which a DC network can be coupled to different power networks.
  • the device has a non-inverting DC converter and an inverting DC converter each with a first input and / or output and a second input and / or output, the first input and / or output the first DC converter is connected in series with a first converter valve to a first series circuit and the first input and / or output of the second DC converter is connected in series with a second converter valve to a second series circuit, and wherein the first and the second series circuit are connected in parallel and the second inputs and / or outputs of the DC converters are connected in parallel.
  • connections of the parallel connection of the series connections are connected to a first input and / or output of the device according to the invention and the connections of the parallel connection of the second inputs and / or outputs of the direct voltage converters are connected to a second input and / or output of the device.
  • a device With a device according to the invention, it is possible to convert alternating currents into direct currents without using a transformer. Leakage currents, such as would be generated using conventional converter circuits when used on vehicle electrical systems, can be avoided with the device according to the invention. This is particularly possible because a connection of a first input and / or output of one of the two DC-DC converters, preferably the non-inverting DC-DC converter, or of the first input and / or output of the device directly or indirectly with the interposition of switches or fuses a connection of the second input and / or output of the same DC converter or the second input and / or output of the device is connected. Since leakage currents can be reduced, residual current protective devices can be used to protect life and property. To save space and weight, among other things, the first DC converter and the second DC converter can have a common coil or choke. The two DC converters can also have common switches.
  • the direct current converters can be buck converters, boost converters and / or buck boost converters. It can be a four-quadrant converter.
  • the DC voltage converters can thus be bidirectional DC voltage converters.
  • first converter valve and / or the second converter valve are bidirectional converter valves. If only power is to be transferred from the first input and / or output to the second input and / or output, unidirectional converter valves are sufficient, for example diodes that form one-way rectifiers.
  • a device can have a filter for filtering current ripples on the second side of the DC converters.
  • the filter can be an active filter.
  • the filter can be designed in such a way that it blocks a frequency band in the range of the frequency of the fundamental oscillation of an AC network that can be connected to the first input and / or output and the frequencies of the harmonics of the fundamental oscillation.
  • the filter can be a storage capacitor and can additionally have one or more filter capacitors and filter coils, which are combined to form a filter in a known manner.
  • the filter can comprise a switch which connects the filter to the second connection of the first side of the non-inverting direct current converter or to the connection of the first input and / or output for the neutral conductor or disconnects it from this connection.
  • An arrangement according to the invention for coupling a DC network to a multi-phase AC network can have at least two devices according to the invention.
  • the first inputs and / or outputs of the devices of an arrangement according to the invention can have a first connection for connection to an outer conductor of the multiphase AC network, while a second connection of each first input and / or output is connected to a neutral conductor of the multiphase AC network.
  • the second inputs and / or outputs of the devices can be connected in parallel.
  • Coils of the DC-DC converters of the devices of an arrangement can be magnetically coupled.
  • Fig. 1 is a simplified schematic diagram of a first invention
  • FIG. 3 shows a simplified basic circuit diagram of a second device according to the invention
  • FIG. 5 shows a simplified basic circuit diagram of an arrangement for operation on a three-phase AC network
  • FIG. 6 is a simplified circuit diagram of a module of an arrangement including a simplified representation of the internal structure of the DC converters used with an active filter,
  • the invention is a transformerless single-stage device for coupling power networks, with which it is possible to transfer energy preferably between an AC or three-phase network and a DC network.
  • the DC network can include a rechargeable battery.
  • DC network can be a vehicle electrical system, for example a vehicle electrical system of an electric vehicle.
  • the device according to the invention can represent a charging device for the battery of the electric vehicle.
  • a device has a first one-way rectifier R1 as a first converter valve, a first, non-inverting DC converter B1, a second one-way rectifier R2 as a second converter valve and a second, inverting DC converter B2.
  • the first one-way rectifier R1 is connected to a connection for positive potential of a first side of the first DC converter B1 and to an outer conductor connection L1 of the device for connection to an outer conductor of a single-phase alternating current network.
  • a connection for negative potential of the first side of the first DC converter B1 is connected to a connection N of the device for connection to a neutral conductor of the single-phase AC network.
  • the second one-way rectifier R2 is connected to a negative potential connection on a first side of the second DC converter B2 and to the outer conductor connection L1.
  • a connection for positive potential of the first side of the two th DC converter B2 is connected to the connection N for connection to the neutral conductor of the single-phase AC network.
  • connections L1, N form a first input and / or output of the device.
  • a connection for positive potential of a second side of the first DC converter B1 and a connection for positive potential of a second side of the second DC converter are connected to one another and lead to a first connection DC1 of the device for the DC network.
  • There is also a connection for negative potential of a second side of the first DC converter B1 and a connection for negative potential of a second DC converter are connected to one another and led to a second connection DC2 of the device for the DC network.
  • connections DC1, DC2 form a second input and / or output of the device.
  • the first direct current converter B1 can be a boost, buck, or buck-boost converter.
  • the second DC converter B2 can be a buck-boost converter.
  • the first DC converter B1 can be designed as a boost converter or as a buck converter in half-bridge topology or as a buck-boost converter in full-bridge topology.
  • the second direct current converter B2 is preferably designed as an inverting buck-boost converter in a half-bridge topology.
  • the DC converters B1, B2 can operate bidirectionally in a known manner, i.e. Energy is either transferred from the first side to the second side or vice versa.
  • the one-way rectifiers are realized by controllable switching elements.
  • the circuit in addition to supplying a battery of the direct current network from the direct, single-phase alternating or multi-phase alternating current network, the circuit can also realize the feedback from the battery into the direct, single-phase alternating or multi-phase alternating current network or provide reactive power for the alternating current or multiphase alternating current network ,
  • the devices shown in FIGS. 1, 2, 2a, 2b, 3, 4a, 4b, 5 can be chargers, for example for charging a vehicle battery in the voltage range up to approx. 500V from an AC mains voltage of, for example, 110V or 230V, which are connected to the connections L1 , N is connected.
  • the connections DC, D2 of the device can lead to the vehicle battery.
  • the DC voltage converters B1, B2 are provided Storage chokes L and one or more switch elements of the DC converters B1, B2 used for both DC converters B1, B2 together, for example to save effort, space and weight of the separate chokes.
  • the other half-wave of the AC voltage, to which the connections L1, N for the outer conductor and the neutral conductor are applied, is conducted via the second one-way rectifier R2 to the second DC converter B2, where it is converted into a higher, lower or equal voltage of opposite polarity, and then to be led to the connections DC1, DC2.
  • the rectifiers R1 and R2 can be designed to be controllable, so that when they are actuated, they current against their rectifiers - Allow direction.
  • the DC converters B1, B2 are preferably regulated in such a way that the DC output voltage at the connections DC1, DC2 is largely constant and the current profile in the connection L1 corresponds to the profile of the AC voltage at the connection L1 largely follows at the same time.
  • the DC-voltage converters B1, B2 can be regulated so that the current profile in the connection DC1 largely follows the square of the AC voltage at the connection L1. As a result, the power factor becomes almost 1, which is usually an important requirement for coupling high-power consumers to AC supply networks.
  • the DC-voltage converters B1 and B2 are advantageously regulated in such a way that the time course of the AC output current via the connections L1, N essentially follows the AC voltage at the connections L1, N. Deviations from this, for example in the form of phase shifts or deviations in the magnitude of the curve, for example for implementing network services such as in particular reactive power supply, can be implemented in the regulation of the DC voltage converters B1, B2.
  • the direct voltage converters B1, B2 each generate the current for one of the half-waves of the alternating current.
  • the neutral conductor N and the second connection DC2 can be connected to one another in the charger (see FIGS. 2, 2a, 2b, 4, 4a, 4b and 5).
  • the connection of the device for the neutral conductor N of the single-phase alternating or multi-phase alternating current system can be connected directly or via fuse and isolating / switching elements to a connection of the device for a potential (for example to the negative pole) of the direct current network ,
  • FIG. 2 shows a variant with a non-inverting boost converter B1 and an inverting buck-boost converter B2 for the direction of energy transmission from the connections L1, N to the connections DC1, DC2 for applications with a higher voltage at DC1, DC2 than the maximum value (e.g. the peak value for an AC voltage) of the voltage at the connections L1, N.
  • This case can occur, for example, when charging an electric vehicle battery with 250-500V DC voltage on AC voltage networks with 1 10V or when charging an electric vehicle battery with 400-900V DC voltage on AC voltage networks with 230V or appropriate three-phase networks.
  • two separate chokes are used as an example.
  • the switches Q2 and / or Q6 can be passive rectifiers and can be implemented in particular by diodes.
  • the chokes L can be replaced by a shared choke, which is used for the inverting and the non-inverting converter.
  • This variant is shown in Fig. 4.
  • Figure 2a shows a variant with a non-inverting buck-boost converter and an inverting buck-boost converter for the energy transfer direction from the connections L1, N to the connections DC1, DC2 of the device for applications with temporarily lower and sometimes higher voltage at the connections Sen DC1, DC2 as the maximum value (e.g. the peak value at the connections L1, N) of the voltage at the connections L1, N, e.g. for charging an electric vehicle battery with 200 to 500V DC voltage on AC networks with 230V or the corresponding three-phase networks.
  • two separate chokes are used as examples.
  • FIG. 4a The general case of the practical implementation of the common use of the two storage chokes for a non-inverting buck-boost converter and an inverting buck-boost converter for the energy transmission direction from the connections L1, N to the connections DC1, DC2 is shown in FIG. 4a.
  • This is the preferred variant on AC or three-phase networks with approx. 230V line voltage and electric vehicle high-voltage DC on-board systems with approx. 250 to 500V.
  • Figure 2b shows a variant with a non-inverting buck converter and an inverting buck-boost converter for the energy transfer direction from the connections L1, N to the connections DC1, DC2 for applications with a lower voltage at the connections DC1, DC2 than the maximum value (e.g. the peak value at connections L1, N) the voltage at connections L1, N, e.g. for charging a battery with 12 to 48V DC voltage on AC voltage networks with 230V.
  • two separate chokes are used as an example (FIG. 2b) or, alternatively, the throttle function is combined in one component (FIG. 4b).
  • FIG. 4b two separate chokes are used as an example
  • the throttle function is combined in one component
  • the invention can also be used to couple a multi-phase AC network and a DC network.
  • three devices according to the invention are used as modules made of tem one-way rectifier R1 and non-inverting DC converter B1 and ge opposing second one-way rectifier R2 and inverting DC converter B2 used in an inventive arrangement according to FIG. 5. That is, devices according to the invention are used as modules for one phase each and are connected to one another at their DC voltage connections.
  • the storage chokes L and one or more switch elements of each module are then advantageously used together.
  • the storage chokes L of the phases can then be magnetically coupled to one another, in particular in order to further reduce the construction volume.
  • one or two of the modules can be expanded to form an active filter F, primarily for frequencies in the range of the input AC voltage frequency and their harmonics, by connecting a passive ripple current filter with at least one filter capacitor to the phase circuit by means of at least one controllable switching element Q7, and this is operated as a bidirectional DC / DC converter.
  • An additional active filter can also be provided to increase the filter performance.
  • FIGS. 6 and 7d A realization of a ripple current filter in a converter module with a non-inverting and inverting buck-boost converter is shown in FIGS. 6 and 7d. If such a module is not to be connected to an outer conductor of an AC network, the components of the inverting boost converter and its rectifier, Q5 and R2, the components of the buck converter Q3, Q4 and the rectifier R1 as well as the assigned capacitors, omitted.
  • the capacitor Cs is a storage capacitor which is charged in time with the mains frequency by means of a half-bridge converter formed from Q1 and Q2 in buck mode via the connections DC1, DC2 or discharged in boost mode via the connections DC1, DC2 to the voltage at the connections Stabilize DC1, DC1.
  • LF and CF form a filter for the switching frequency for Cs. It is possible that the neutral conductor of an input AC voltage network is fed into the device via the connection N in a device according to the invention and is connected to the zero point of the circuits of the DC voltage converters B1, B2.
  • a zero point can also be generated in the device, for example by means of a star connection with capacitors, at least one first capacitor connection being connected to one of the outer conductor connections L1, L2, L3 and second capacitor connections and possibly being connected to the neutral conductor connection N.
  • the devices according to the invention and the arrangement according to the invention works without a transformer and is therefore particularly simple and therefore compact and inexpensive, and because of the one-stage energy conversion, and yet allows a variety of functions such as power factor correction, power recovery, reactive power feed-in and the like. The like. Furthermore, it avoids leakage currents due to the constant electrical potential of the second side with respect to the neutral conductor or the ground potential of the first side. As a result, the invention on the one hand enables a high degree of electrical safety, e.g. in that leakage current detectors are not disturbed by leakage currents and can therefore reliably detect even very low leakage currents. It is also suitable for multi-phase, especially three-phase systems on the first side. Two DC networks can also be connected to the device, for example to charge another vehicle using DC or to supply a DC island network.
  • the controlled switching elements used for the DC converters B1, B2 can be semiconductor switches which can be passable for a current direction regardless of their control, that is to say they can have a diode function integrated. They are implemented, for example, by MOSFETs, thyristors or other controllable semiconductor switching elements, or as combinations of these, for example by series circuits or parallel circuits of the same or different types of switching elements which are connected in the same or opposite directions. Examples of this are anti-serial MOSFETs, or parallel-connected MOS- FETs, IGBTs and so-called wide-bandgap components such as gallium nitride or silicon carbide components.
  • FIG. 7a An example of a circuit realized with concrete components of the converter shown in FIG. 4a for bidirectional operation with Si-MOSFETs is shown in FIG. 7a;
  • Fig. 7b shows an example of unidirectional operation with simplified assembly using diodes.
  • a switching element Q6 was added antiserially to the switching element Q1 in order to be able to block the current in this branch bidirectionally.
  • the order of the switching elements Q1 and Q6 can also be reversed.
  • the switching element Q6 can then also be replaced by a diode, as shown in Figure 7c. If such a circuit is to be used optionally as an active filter for the voltage at the connections DC, DC2, this is done directly by coupling a storage element, in particular a storage capacitor Cs, or by means of a filter for the switching frequency, e.g. from a choke LF and a capacitor CF. realized. For this, no diodes D2, D3 are used in the buck converter branch, but controllable switching elements Q2, Q6 (Fig. 7d).
  • the filter switch Q7 can be a relay or a controllable semiconductor switching element.
  • the stabilization and filtering of the half-bridge voltages is implemented in the usual way by capacitors over each half-bridge.
  • the rectifiers R1, R2 can be used as controlled, so-called (network) synchronous rectifiers, e.g. to reduce the total losses or also to enable energy transmission from the connections DC1, DC2 to the connections L1, N.
  • network synchronous rectifiers
  • MOSFET MOSFET
  • thyristors or other controllable switching elements.
  • control electrodes of the switching elements a control circuit is provided, which has not been shown.
  • the circuit can be installed in a vehicle, an aircraft or a ship, or can be used in a stationary or mobile charging device for electrical storage.
  • the controllable semiconductor switches are controlled depending on the operating state and switching element with a switching frequency as described below, simultaneously with the alternating current frequency at the connections L1, N or with a switching frequency, that is to say a frequency which is generated in a control device and which is well above the alternating current frequency, e.g. kHz range or above.
  • This can be a fixed frequency, or the frequency is set or regulated in a known manner as a function of the polarity and the amount of voltage at the terminals L1, N or the current through L1 or DC1 in such a way that a mode of operation is created with continuous or intermittent current or with zero current.
  • the alternating current frequency is 0 and, depending on the required polarity, the respective switching state for the positive or negative alternating voltage half-oscillation is set.
  • the pulse duty factor on the control electrodes of the switching elements, which are controlled with switching frequency, is adjusted or regulated by means of the control device in such a way that an output variable, e.g. the input or output current, or the transmission power, is set to a target value.
  • the alternating current can be regulated with the mains frequency in synchronism with the alternating voltage, so that there is a high power factor for the alternating current mains connection.
  • the output current is adjusted so that the battery voltage and the AC, DC and. Like. Do not violate the permissible limits.
  • the control is shown as an example and is initially shown for an energy transfer from the connections L1, N to the connections DC1, DC2 for FIG. 6.
  • the magnitude of the peak voltage of the AC voltage at the connections L1, N can be greater, less than or equal to the DC voltage at the connections DC1, DC2.
  • the inverting boost converter works.
  • the non-inverting DC / DC converter operates during a positive half-wave of the AC voltage. If the AC voltage is less than the DC voltage during the positive half-wave, the non-inverting DC-DC converter works in boost mode (period 1). If the AC voltage becomes greater than the DC voltage during the positive half-wave, the converter operates in Buck mode (period 2). If the instantaneous voltage then drops again during the positive half-wave and is again less than the direct voltage, converter B1 works again in boost mode until the instantaneous voltage 0 is reached (period 3).
  • the switch Q1 is controlled with the switching frequency at the positive half-wave of the AC voltage at the connections L1, N, if this is less than the voltage at the connections DC1, DC2 (period 1, period 3).
  • the switch Q2 is driven inverted to the switch Q1, with a short dead time in which the switches Q1 and Q2 are switched off can also be observed in the switching transition.
  • the switches Q1 and Q2 thus work as a boost converter for transmitting power from the connections L1, N to the connections DC1, DC2.
  • the switch Q4 is turned on, while the switches Q3 and Q5 are turned off.
  • switch Q4 is controlled with the switching frequency.
  • the switch Q3 is inverted to the switch Q4, and a short dead time can also be maintained in the switching transition.
  • the switches Q3 and Q4 thus work as a buck converter between the connections L1, N and the connections DC1, DC2.
  • the switch Q2 is turned on.
  • the switch Q1 as well as the switch Q5 are switched off.
  • the switches Q5 and Q2 are driven inverted with the switching frequency.
  • Switch Q3 is on and switches Q1 and Q4 are off.
  • the switches Q5 and Q2 thus work as an inverting boost converter from the connections L1, N to the connections DC1, DC2.
  • the rectifiers R1 and R2 switch at the AC frequency.
  • the rectifiers R1, R2 For the energy transfer in the opposite direction from the connections DC1, DC2 to the connections L1, N, the rectifiers R1, R2 must be used as controlled switching elements, e.g. be constructed by means of MOSFET transistors, thyristors or other controllable switching elements. In the event of a positive half-wave of the AC voltage at the connections L1, N, the rectifier R1 constructed as a controlled switching element is switched on and the rectifier R2 also constructed as a controlled switching element is switched off. With a negative half wave it is the other way round.
  • controlled switching elements e.g. be constructed by means of MOSFET transistors, thyristors or other controllable switching elements.
  • the switches Q1 and Q2, as buck converters, are inverted from the connections DC1, DC2 to the connections L, N with the switching frequency, possibly controlled with a short dead time.
  • the switch Q4 is switched on.
  • the switch Q3 as well as the switch Q5 is switched off.
  • the switch Q3 is controlled with the switching frequency.
  • the switch Q4 is driven inverted to the switch Q3, with an additional short dead time in the switching transition can be observed.
  • the switches Q3 and Q4 thus work as a boost converter from the connections DC1,
  • Switch Q2 is switched on.
  • the switch Q3 as well as the switch Q5 are switched off.
  • the switching element forming the rectifier R2 is switched on in the negative half-wave of the AC voltage at the connections L1, N.
  • the switches Q5 and Q2 are controlled inverted with the switching frequency.
  • Switch Q3 is switched on and switches Q1 and Q4 are switched off.
  • the switches Q5 and Q2 thus work as buck converters for power transmission from the connections DC1, DC2 to the connections N, L1 (ie inverting to L1, N).
  • the controllable switching elements forming the rectifiers R1 and R2 are alternately switched on. They switch at the AC frequency of the AC network when there is an AC voltage or is to be generated by the device described here. If a DC voltage is present or is to be generated at the connections L1, N, they are driven so that the polarity generated by the device corresponds to the applied or required polarity.
  • the switch Q7 of the filter F is switched off in all these cases.
  • phase switch is to be used to stabilize the voltage at the connections DC1, DC2 in the time domain, in particular e.g. against a voltage ripple, which results from the battery charge with pulsating current from one or more other phase circuits, the switch Q7 is switched on. The switches Q3, Q4 and Q5 are turned off.
  • the switches Q1 and Q2 are then inversely controlled with a switching frequency, so that the buffer capacitor is charged by operating the switches Q1 and Q2 in buck mode with power from the connections DC1, DC2, as long as the voltage at the connections DC1, DC2 is above a predetermined value.
  • the buffer capacitor is discharged by operating the switches Q1 and Q2 in boost mode by power transmission to the connections DC1, DC2, as long as the voltage at the connections DC1, DC2 is below a predetermined value.
  • the amount of the charging or discharging current is regulated essentially synchronously with the voltage ripple at the connections DC1, DC2.
  • Charging and discharging with Buck or Boost operation and the level of the filter current can also be derived from their sizes such as the AC input voltages L1 ... 3.
  • the level of the switching frequencies used in each case can be varied depending on the operating state, for example the voltages, currents and the polarity of the voltage at the connections L1, N, in order to influence the current ripple at the switching frequency, the spectrum of the emitted interference or the switching losses. as is known for buck boost circuits.
  • Voltage and current measuring devices at the input and output terminals of the converter and at the choke, as well as temperature sensors generate signals necessary for the control device for setting the switching-frequency control signals, i.e. their frequency, modulation and dead times.
  • the measuring devices and sensors are not shown.
  • the direction of the energy transmission is controlled in such a way that it remains constant for half or entire periods of the AC input voltage in order to feed a DC network connected to the connections DC1, DC2 or to load a memory connected there or to connect the connections L1, N to connect connected consumers or the local network.
  • the direction of the energy transfer can also be controlled so that it changes phase-shifted to them during the half-waves, e.g. To conduct reactive power in a known manner in the AC side if this is caused by a higher-level control device.
  • Such commands for the direction of energy transmission can be generated by request from a communication of the vehicle, which contains a charging device described here, with a network operator or a network control device. They can also be generated to charge a consumer connected to the AC side or to another vehicle or its energy store to be charged there by means of direct or alternating voltage. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

The invention relates to a device for coupling electrical grids, in particular a direct-current grid, for example a motor vehicle electrical system, to a single-phase alternating-current grid or a further direct-current grid, the device having a non-inverting DC-DC converter (B1) and an inverting DC-DC converter (B2) each having a first input and/or output and a second input and/or output, the first input and/or output of the first DC-DC converter being connected in a series with a first converter valve (R1) to form a first series circuit and the first input and/or output of the second DC-DC converter being connected in a series with a second converter valve (R2) to form a second series circuit, the first and second series circuits being connected in parallel and the second inputs and/or outputs of the DC-DC converters being connected in parallel, and the connection points of the parallel circuit of the series circuits being connected to a first input and/or output (L1, N) of the device according to the invention and the connection points of the parallel circuit of the second inputs and/or outputs of the DC-to-DC converters being connected to a second input and/or output (DC1, DC2) of the device.

Description

VORRICHTUNG ZUM KOPPELN VON STROMNETZEN  DEVICE FOR COUPLING ELECTRICAL NETWORKS
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Koppeln von Stromnetzen, insbesondere eines Gleichstromnetzes, zum Beispiel einem Kraftfahrzeugbordnetz, mit einem Ein phasenwechselstromnetz oder einem weiteren Gleichstromnetz. Eine solche Kopp lungsvorrichtung kann insbesondere benutzt werden, um eine Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeugs mit Strom aus einem Einphasenwechselstromnetz oder aus einem anderen Fahrzeug zu laden. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung aus Kopp lungsvorrichtungen, mit denen ein Gleichstromnetz mit einem Mehrphasenwechsel stromnetz gekoppelt werden kann. The invention relates to a device for coupling power networks, in particular a direct current network, for example a motor vehicle electrical system, with a single phase alternating current network or a further direct current network. Such a coupling device can be used in particular to charge a vehicle battery of an electric vehicle with electricity from a single-phase AC network or from another vehicle. The invention also relates to an arrangement of coupling devices with which a direct current network can be coupled to a multi-phase alternating current network.
Die heute bekannten Ladevorrichtungen zum Laden von Batterien von Elektrofahr zeugen benutzen zur Erreichung der elektrischen Sicherheit Transformatoren zur gal vanischen Trennung der Wechselstromnetzseite und der Fahrzeug-Gleichstromseite, an der die Batterie angeschlossen ist. Diese Transformatoren sind aufwändig und schwer. The charging devices known today for charging batteries from electric vehicles use transformers to achieve electrical safety for the galvanic isolation of the AC network side and the vehicle DC side to which the battery is connected. These transformers are complex and heavy.
Außerdem sind Kopplungsvorrichtungen ohne Transformatoren bekannt, mit denen Gleichspannungsquellen, wie zum Beispiel Photovoltaikgeneratoren an das Wechsel stromnetz angeschlossen werden können. Ein Nachteil dieser Kopplungsvorrichtun gen ist, dass diese in Abhängigkeit von der parasitären Kapazität der Gleichspan nungsseite und der Schalt- oder Netzfrequenz Ableitströme erzeugen können, die z.B. die Funktion von Fehlerstromschutzeinrichtungen beeinträchtigen können. Für die Verwendung an Drehstromnetzen sind zudem mehrstufige Ladewandler üblich, die für die mehrstufige Umwandlung entsprechend aufwändig sind. In addition, coupling devices without transformers are known, with which direct voltage sources, such as photovoltaic generators, can be connected to the alternating current network. A disadvantage of these coupling devices is that, depending on the parasitic capacitance of the DC voltage side and the switching or mains frequency, they can generate leakage currents, which e.g. can impair the function of residual current devices. Multi-stage charging converters are also common for use on three-phase networks, and are correspondingly complex for multi-stage conversion.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein trafoloses Kopplungsmit tel vorzuschlagen, mit dem ein Gleichstromnetz mit unterschiedlichen Stromnetzen gekoppelt werden kann. This is where the present invention comes in. The present invention is based on the object of proposing a transformerless coupling means with which a DC network can be coupled to different power networks.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen nicht-invertierenden Gleichstromwandler und einen invertierenden Gleichstromwand ler jeweils mit einem ersten Ein- und/oder Ausgang und einem zweiten Ein- und/oder Ausgang aufweist, wobei der erste Ein- und/oder Ausgang des ersten Gleichstrom wandlers mit einem ersten Stromrichterventil zu einer ersten Serienschaltung in Serie geschaltet ist und der ersten Ein- und/oder Ausgang des zweiten Gleichstromwandlers mit einem zweiten Stromrichterventil zu einer zweiten Serienschaltung in Serie ge schaltet ist, und wobei die erste und die zweite Serienschaltung parallel geschaltet sind und die zweiten Ein- und/oder Ausgänge der Gleichstromwandler parallel ge schaltet sind. Die Anschlüsse der Parallelschaltung der Serienschaltungen sind mit einem ersten Ein- und/oder Ausgang der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden und die Anschlüsse der Parallelschaltung der zweiten Ein- und/oder Ausgänge der Gleichspannungswandler sind mit einem zweiten Ein- und/oder Ausgang der Vorrich tung verbunden. This object is achieved in that the device has a non-inverting DC converter and an inverting DC converter each with a first input and / or output and a second input and / or output, the first input and / or output the first DC converter is connected in series with a first converter valve to a first series circuit and the first input and / or output of the second DC converter is connected in series with a second converter valve to a second series circuit, and wherein the first and the second series circuit are connected in parallel and the second inputs and / or outputs of the DC converters are connected in parallel. The connections of the parallel connection of the series connections are connected to a first input and / or output of the device according to the invention and the connections of the parallel connection of the second inputs and / or outputs of the direct voltage converters are connected to a second input and / or output of the device.
Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, Wechselströme ohne Ver wendung eines Transformators in Gleichströme zu wandeln. Ableitströme, wie sie bei Verwendung herkömmlicher Wandlerschaltungen bei der Anwendung an Fahrzeug bordnetzen erzeugt würden, können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermie den werden. Das ist insbesondere deshalb möglich, weil ein Anschluss eines ersten Ein- und/oder Ausgangs eines der beiden Gleichspannungswandler, vorzugsweise des nicht-invertierenden Gleichspannungswandlers, oder des ersten Ein- und/oder Ausgangs der Vorrichtung direkt oder indirekt unter Zwischenschaltung von Schaltern oder Sicherungen mit einem Anschluss des zweiten Ein- und/oder Ausgangs dessel ben Gleichspannungswandlers oder des zweiten Ein- und/oder Ausgangs der Vorrich tung verbunden ist. Da Ableitströme reduziert werden können, können Fehlerstrom schutzeinrichtungen zum Schutz von Leben und Sachen eingesetzt werden. Unter anderem um Bauvolumen und Gewicht zu sparen, können der erste Gleich stromwandler und der zweite Gleichstromwandler eine gemeinsame Spule bzw. Dros sel aufweisen. Die beiden Gleichstromwandler können auch gemeinsame Schalter aufweisen. With a device according to the invention, it is possible to convert alternating currents into direct currents without using a transformer. Leakage currents, such as would be generated using conventional converter circuits when used on vehicle electrical systems, can be avoided with the device according to the invention. This is particularly possible because a connection of a first input and / or output of one of the two DC-DC converters, preferably the non-inverting DC-DC converter, or of the first input and / or output of the device directly or indirectly with the interposition of switches or fuses a connection of the second input and / or output of the same DC converter or the second input and / or output of the device is connected. Since leakage currents can be reduced, residual current protective devices can be used to protect life and property. To save space and weight, among other things, the first DC converter and the second DC converter can have a common coil or choke. The two DC converters can also have common switches.
Die Gleichstromwandler können Buck-Wandler, Boost-Wandler und/oder Buck-Boost- Wandler sein. Es kann sich um Vier-Quadranten-Steller handeln. Die Gleichspan nungswandler können also bidirektionale Gleichspannungswandler sein. The direct current converters can be buck converters, boost converters and / or buck boost converters. It can be a four-quadrant converter. The DC voltage converters can thus be bidirectional DC voltage converters.
Dann ist von Vorteil, wenn das erste Stromrichterventil und/oder das zweite Strom richterventil bidirektionale Stromrichterventile sind. Soll nur Leistung vom ersten Ein und/oder Ausgang zum zweiten Ein- und/oder Ausgang übertragen werden, sind un- idirektionale Stromrichterventile ausreichend, zum Beispiel Dioden, die Einweggleich richter bilden. It is then advantageous if the first converter valve and / or the second converter valve are bidirectional converter valves. If only power is to be transferred from the first input and / or output to the second input and / or output, unidirectional converter valves are sufficient, for example diodes that form one-way rectifiers.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Filter zum Filtern von Stromrippein auf der zweiten Seite der Gleichstromwandler aufweisen. Das Filter kann ein aktives Filter sein. Das Filter kann so entworfen sein, dass es ein Frequenzband im Bereich der Frequenz der Grundschwingung eines an den ersten Ein- und/oder Ausgang an schließbaren Wechselstromnetzes und die Frequenzen der Harmonischen der Grund schwingung sperrt. Das Filter kann einen Speicherkondensator und kann zusätzlich einen oder mehrere Filterkondensatoren und Filterspulen aufweisen, die in bekannter Art zu einem Filter zusammengesetzt sind. Das Filter kann einen Schalter umfassen, der das Filter mit dem zweiten Anschluss der ersten Seite des nicht-invertierenden Gleichstromwandlers bzw. mit dem Anschluss des ersten Ein- und/oder Ausgangs für den Neutralleiter verbindet oder von diesem Anschluss trennt. A device according to the invention can have a filter for filtering current ripples on the second side of the DC converters. The filter can be an active filter. The filter can be designed in such a way that it blocks a frequency band in the range of the frequency of the fundamental oscillation of an AC network that can be connected to the first input and / or output and the frequencies of the harmonics of the fundamental oscillation. The filter can be a storage capacitor and can additionally have one or more filter capacitors and filter coils, which are combined to form a filter in a known manner. The filter can comprise a switch which connects the filter to the second connection of the first side of the non-inverting direct current converter or to the connection of the first input and / or output for the neutral conductor or disconnects it from this connection.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Koppeln eines Gleichstromnetzes mit einem Mehrphasenwechselstromnetz kann wenigstens zwei erfindungsgemäße Vorrichtun gen aufweisen. Die ersten Ein- und/oder Ausgänge der Vorrichtungen einer erfindungsgemäßen An ordnung können einen ersten Anschluss zur Verbindung mit je einem Außenleiter des Mehrphasenwechselstromnetzes aufweisen, während ein zweiter Anschluss jedes ersten Ein- und/oder Ausgangs mit einem Neutralleiter des Mehrphasenwechsel stromnetzes verbunden ist. Die zweiten Ein- und/oder Ausgänge der Vorrichtungen können parallel geschaltet sein. An arrangement according to the invention for coupling a DC network to a multi-phase AC network can have at least two devices according to the invention. The first inputs and / or outputs of the devices of an arrangement according to the invention can have a first connection for connection to an outer conductor of the multiphase AC network, while a second connection of each first input and / or output is connected to a neutral conductor of the multiphase AC network. The second inputs and / or outputs of the devices can be connected in parallel.
Spulen der Gleichspannungswandler der Vorrichtungen einer Anordnung können magnetisch gekoppelt sein. Coils of the DC-DC converters of the devices of an arrangement can be magnetically coupled.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt: The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:
Fig. 1 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Fig. 1 is a simplified schematic diagram of a first invention
Vorrichtung,  Contraption,
Fig. 2, 2a, 2b vereinfachte Schaltbilder verschiedener erster Vorrichtungen ein schließlich einer vereinfachten Darstellung der inneren Struktur der verwendeten Gleichstromwandler,  2, 2a, 2b simplified circuit diagrams of various first devices including a simplified representation of the internal structure of the DC converters used,
Fig. 3 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild einer zweiten erfindungsgemä ßen Vorrichtung,  3 shows a simplified basic circuit diagram of a second device according to the invention,
Fig. 4, 4a, 4b vereinfachte Schaltbilder verschiedener zweiter Vorrichtungen ein schließlich einer vereinfachten Darstellung der inneren Struktur der verwendeten Gleichstromwandler,  4, 4a, 4b simplified circuit diagrams of various second devices including a simplified representation of the internal structure of the DC converter used,
Fig. 5 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild einer Anordnung zum Betreiben an einem Dreiphasenwechselstromnetz,  5 shows a simplified basic circuit diagram of an arrangement for operation on a three-phase AC network,
Fig. 6 vereinfachtes Schaltbild eines Moduls einer Anordnung einschließ lich einer vereinfachten Darstellung der inneren Struktur der ver wendeten Gleichstromwandler mit einem aktiven Filter, 6 is a simplified circuit diagram of a module of an arrangement including a simplified representation of the internal structure of the DC converters used with an active filter,
Fig. 7a bis d Beispiele für eine mit konkreten Bauteilen realisierte Schaltung der in Figur 4a dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung Bei der Erfindung handelt es sich um eine transformatorlose einstufige Vorrichtung zum Koppeln von Stromnetzen, mit der es möglich ist, Energie vorzugsweise zwi schen einem Wechselstrom- bzw. Drehstromnetz und einem Gleichstromnetz zu über tragen. Das Gleichstromnetz kann eine aufladbare Batterie umfassen. Bei dem 7a to d show examples of a circuit realized with concrete components of the device according to the invention shown in FIG. 4a The invention is a transformerless single-stage device for coupling power networks, with which it is possible to transfer energy preferably between an AC or three-phase network and a DC network. The DC network can include a rechargeable battery. In which
Gleichstromnetz kann es sich um ein Fahrzeugbordnetz handeln, zum Beispiel ein Fahrzeugbordnetz eines Elektrofahrzeugs. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Ladevorrichtung für die Batterie des Elektrofahrzeugs darstellen. DC network can be a vehicle electrical system, for example a vehicle electrical system of an electric vehicle. The device according to the invention can represent a charging device for the battery of the electric vehicle.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen ersten Einweggleichrichter R1 als erstes Stromrichterventil, einen ersten, nicht-invertierenden Gleichstromwandler B1 , einen zweiten Einweggleichrichter R2 als zweites Stromrichterventil und einen zwei ten, invertierenden Gleichstromwandler B2 auf. A device according to the invention has a first one-way rectifier R1 as a first converter valve, a first, non-inverting DC converter B1, a second one-way rectifier R2 as a second converter valve and a second, inverting DC converter B2.
Der erste Einweggleichrichter R1 ist mit einem Anschluss für positives Potential einer ersten Seite des ersten Gleichstromwandlers B1 und mit einem Außenleiteranschluss L1 der Vorrichtung zur Verbindung mit einem Außenleiter eines Einphasenwechsel stromnetzes verbunden. Ein Anschluss für negatives Potential der ersten Seite des ersten Gleichstromwandlers B1 ist mit einem Anschluss N der Vorrichtung zur Verbin dung mit einem Neutralleiter des Einphasenwechselstromnetzes verbunden. The first one-way rectifier R1 is connected to a connection for positive potential of a first side of the first DC converter B1 and to an outer conductor connection L1 of the device for connection to an outer conductor of a single-phase alternating current network. A connection for negative potential of the first side of the first DC converter B1 is connected to a connection N of the device for connection to a neutral conductor of the single-phase AC network.
Der zweite Einweggleichrichter R2 ist mit einem Anschluss für negatives Potential ei ner ersten Seite des zweiten Gleichstromwandlers B2 und mit dem Außenleiteran schluss L1 verbunden. Ein Anschluss für positives Potential der ersten Seite des zwei ten Gleichstromwandlers B2 ist mit dem Anschluss N zur Verbindung mit dem Neutral leiter des Einphasenwechselstromnetzes verbunden. The second one-way rectifier R2 is connected to a negative potential connection on a first side of the second DC converter B2 and to the outer conductor connection L1. A connection for positive potential of the first side of the two th DC converter B2 is connected to the connection N for connection to the neutral conductor of the single-phase AC network.
Die Anschlüsse L1 , N bilden einen ersten Ein- und/oder Ausgang der Vorrichtung. The connections L1, N form a first input and / or output of the device.
Ein Anschluss für positives Potential einer zweiten Seite des ersten Gleichstromwand lers B1 und ein Anschluss für positives Potential einer zweiten Seite des zweiten Gleichstromwandlers sind miteinander verbunden und zu einem ersten Anschluss DC1 der Vorrichtung für das Gleichstromnetz geführt. Ebenso sind ein Anschluss für negatives Potential einer zweiten Seite des ersten Gleichstromwandlers B1 und ein Anschluss für negatives Potential eines zweiten Gleichstromwandlers miteinander verbunden und zu einem zweiten Anschluss DC2 der Vorrichtung für das Gleich stromnetz geführt. A connection for positive potential of a second side of the first DC converter B1 and a connection for positive potential of a second side of the second DC converter are connected to one another and lead to a first connection DC1 of the device for the DC network. There is also a connection for negative potential of a second side of the first DC converter B1 and a connection for negative potential of a second DC converter are connected to one another and led to a second connection DC2 of the device for the DC network.
Die Anschlüsse DC1 , DC2 bilden einen zweiten Ein- und/oder Ausgang der Vorrich tung. The connections DC1, DC2 form a second input and / or output of the device.
Bei dem ersten Gleichstromwandler B1 kann es sich um einen Boost-, Buck-, oder Buck-Boost-Wandler handeln. Bei dem zweiten Gleichstromwandler B2 kann es sich um einen Buck-Boost-Wandler handeln. The first direct current converter B1 can be a boost, buck, or buck-boost converter. The second DC converter B2 can be a buck-boost converter.
Der erste Gleichstromwandler B1 kann als Boost-Wandler oder als Buck-Wandler in Halbbrückentopologie oder als Buck-Boost-Wandler in Vollbrückentopologie ausge führt sein. Der zweiten Gleichstromwandler B2 ist vorzugsweise als invertierender Buck-Boost-Wandler in Halbbrückentopologie ausgeführt. The first DC converter B1 can be designed as a boost converter or as a buck converter in half-bridge topology or as a buck-boost converter in full-bridge topology. The second direct current converter B2 is preferably designed as an inverting buck-boost converter in a half-bridge topology.
Die Gleichstromwandler B1 , B2 können in bekannter Weise bidirektional arbeiten, d.h. Energie entweder von der ersten Seite auf die zweite Seite übertragen oder umge kehrt. Dafür werden die Einweggleichrichter durch steuerbare Schaltelemente reali siert. Somit kann die Schaltung neben der Versorgung einer Batterie des Gleich stromnetzes aus dem Gleich-, Einphasenwechsel- bzw. Mehrphasenwechselstrom netz auch die Rückspeisung aus der Batterie in das Gleich-, Einphasenwechsel- bzw. Mehrphasenwechselstromnetz realisieren oder Blindleistung für das Wechselstrom- bzw. Mehrphasenwechselstromnetz bereitstellen. The DC converters B1, B2 can operate bidirectionally in a known manner, i.e. Energy is either transferred from the first side to the second side or vice versa. For this, the one-way rectifiers are realized by controllable switching elements. Thus, in addition to supplying a battery of the direct current network from the direct, single-phase alternating or multi-phase alternating current network, the circuit can also realize the feedback from the battery into the direct, single-phase alternating or multi-phase alternating current network or provide reactive power for the alternating current or multiphase alternating current network ,
Die in Figuren 1 , 2, 2a, 2b, 3, 4a, 4b, 5 dargestellten Vorrichtungen können Ladegerä te z.B. für die Ladung einer Fahrzeugbatterie im Spannungsbereich bis ca. 500V aus einer Netzwechselspannung von z.B. 110V oder 230V sein, die an die Anschlüsse L1 , N angeschlossen ist. Die Anschlüsse DC, D2 der Vorrichtung können zur Fahrzeug batterie führen. In vorteilhaften Varianten, wie sie in den Figuren 3, 4, 4a, 4b und 5 dargestellt ist, werden die in den Gleichspannungswandlern B1 , B2 vorgesehenen Speicherdrosseln L und ein oder mehrere Schalterelemente der Gleichspannungs wandler B1 , B2 für beide Gleichspannungswandler B1 , B2 gemeinsam verwendet, um zum Beispiel Aufwand, Bauraum und Gewicht der separaten Drosseln zu sparen. The devices shown in FIGS. 1, 2, 2a, 2b, 3, 4a, 4b, 5 can be chargers, for example for charging a vehicle battery in the voltage range up to approx. 500V from an AC mains voltage of, for example, 110V or 230V, which are connected to the connections L1 , N is connected. The connections DC, D2 of the device can lead to the vehicle battery. In advantageous variants, as shown in FIGS. 3, 4, 4a, 4b and 5, the DC voltage converters B1, B2 are provided Storage chokes L and one or more switch elements of the DC converters B1, B2 used for both DC converters B1, B2 together, for example to save effort, space and weight of the separate chokes.
Eine Halbwelle einer Wechselspannung, die an die Anschlüsse L1 , N für den Außen leiter und den Neutralleiter ansteht, wird über den ersten Einweggleichrichter R1 zum ersten Gleichstromwandler B1 geführt und dort in eine betragsmäßig höhere, niedere oder gleiche Spannung der gleichen Polarität gewandelt, um dann zu den Anschlüs sen DC1 , DC2 geführt zu werden. A half-wave of an alternating voltage, which is applied to the connections L1, N for the outer conductor and the neutral conductor, is conducted via the first one-way rectifier R1 to the first DC converter B1, where it is converted into a higher, lower or identical voltage of the same polarity, and then to be led to the connections DC1, DC2.
Die andere Halbwelle der Wechselspannung, an die die Anschlüsse L1 , N für den Au ßenleiter und den Neutralleiter ansteht, wird über den zweiten Einweggleichrichter R2 zum zweiten Gleichstromwandler B2 geführt und dort in eine betragsmäßig höhere, niedere oder gleiche Spannung entgegengesetzter Polarität gewandelt, um dann zu den Anschlüssen DC1 , DC2 geführt zu werden. The other half-wave of the AC voltage, to which the connections L1, N for the outer conductor and the neutral conductor are applied, is conducted via the second one-way rectifier R2 to the second DC converter B2, where it is converted into a higher, lower or equal voltage of opposite polarity, and then to be led to the connections DC1, DC2.
Für einen Betrieb als Inverter für die Speisung des an die Anschlüsse L1 und N ange schlossenen Wechselstromnetzes aus dem an die Anschlüsse DC1 und DC2 ange schlossenen Gleichstromnetzes, könne die Gleichrichter R1 und R2 steuerbar ausge legt sein, so dass sie bei Ansteuerung Strom entgegen ihrer Gleichrichter-Richtung durchlassen. For operation as an inverter for the supply of the AC network connected to the connections L1 and N from the DC network connected to the connections DC1 and DC2, the rectifiers R1 and R2 can be designed to be controllable, so that when they are actuated, they current against their rectifiers - Allow direction.
Im Betrieb als Gleichrichter, mit einer Eingangswechselspannung an den Anschlüssen L1 , N werden die Gleichstromwandler B1 , B2 vorzugsweise so geregelt, dass die Ausgangsgleichspannung an den Anschlüssen DC1 , DC2 weitgehend konstant ist und der Stromverlauf im Anschluss L1 dem Verlauf der Wechselspannung an den An schluss L1 weitgehend zeitgleich folgt. Ebenso können die Gleichspannungswandler B1 , B2 so geregelt werden, dass der Stromverlauf im Anschluss DC1 dem Quadrat der Wechselspannung am Anschluss L1 weitgehend zeitgleich folgt. Dadurch wird der Leistungsfaktor nahezu 1 , was üblicherweise eine wichtige Anforderung für die An kopplung von Verbrauchern hoher Leistung an Wechselspannungs-Versorgungsnetze ist. Im Inverterbetrieb mit einer Eingangsgleichspannung an den Anschlüssen DC1 , DC2 werden die Gleichspannungswandler B1 und B2 in vorteilhafter weise so geregelt, dass der zeitliche Verlauf des Ausgangswechselstroms über die Anschlüsse L1 , N im Wesentlichen der Wechselspannung an den Anschlüssen L1 , N folgt. Abweichungen davon, z.B. in Form von Phasenverschiebungen oder Betragsverlaufsabweichungen z.B. zur Realisierung von Netzdienstleistungen wie insbesondere Blindleistungsein speisung, können in der Regelung der Gleichspannungswandler B1 , B2 realisiert wer den. Die Gleichspannungswandler B1 , B2 erzeugen den Strom dabei jeweils für eine der Halbwellen des Wechselstromes. In operation as a rectifier, with an input AC voltage at the connections L1, N, the DC converters B1, B2 are preferably regulated in such a way that the DC output voltage at the connections DC1, DC2 is largely constant and the current profile in the connection L1 corresponds to the profile of the AC voltage at the connection L1 largely follows at the same time. Likewise, the DC-voltage converters B1, B2 can be regulated so that the current profile in the connection DC1 largely follows the square of the AC voltage at the connection L1. As a result, the power factor becomes almost 1, which is usually an important requirement for coupling high-power consumers to AC supply networks. In inverter operation with an input DC voltage at the connections DC1, DC2, the DC-voltage converters B1 and B2 are advantageously regulated in such a way that the time course of the AC output current via the connections L1, N essentially follows the AC voltage at the connections L1, N. Deviations from this, for example in the form of phase shifts or deviations in the magnitude of the curve, for example for implementing network services such as in particular reactive power supply, can be implemented in the regulation of the DC voltage converters B1, B2. The direct voltage converters B1, B2 each generate the current for one of the half-waves of the alternating current.
Der Neutralleiter N und der zweite Anschluss DC2 können im Ladegerät miteinander verbunden sein (siehe Fig. 2, 2a, 2b, 4, 4a, 4b und 5). Grundsätzlich können bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der Anschluss der Vorrichtung für den Neutralleiter N des Einphasenwechsel- bzw. Mehrphasenwechselstromsystems direkt oder über Si cherungs- und Trenn/Schaltelemente an einen Anschluss der Vorrichtung für ein Po tential (z.B. an den negativen Pol) des Gleichstromnetzes angeschlossen sein. The neutral conductor N and the second connection DC2 can be connected to one another in the charger (see FIGS. 2, 2a, 2b, 4, 4a, 4b and 5). In principle, in a device according to the invention, the connection of the device for the neutral conductor N of the single-phase alternating or multi-phase alternating current system can be connected directly or via fuse and isolating / switching elements to a connection of the device for a potential (for example to the negative pole) of the direct current network ,
Die Figur 2 zeigt eine Variante mit einem nichtinvertierendem Boost-Wandler B1 und einem invertierenden Buck-Boost-Wandler B2 für die Energieübertragungsrichtung von den Anschlüssen L1 , N zu den Anschlüssen DC1 , DC2 für Anwendungen mit hö herer Spannung an DC1 , DC2 als dem Maximalwert (z.B. dem Scheitelwert bei einer Wechselspannung) der Spannung an den Anschlüssen L1 , N. Dieser Fall kann z.B. beim Laden einer Elektrofahrzeugbatterie mit 250-500V Gleichspannung an Wechsel spannungsnetzen mit 1 10V oder beim Laden einer Elektrofahrzeugbatterie mit 400- 900V Gleichspannung an Wechselspannungsnetzen mit 230V oder entsprechenden Drehstromnetzen eintreten. Bei der Variante nach Fig. 2 sind beispielhaft zwei ge trennte Drosseln verwendet. Die Schalter Q2 und/oder Q6 können passive Gleichrich ter sein und insbesondere durch Dioden realisiert sein. Die Drosseln L können durch eine gemeinsam genutzte Drossel ersetzt sein, die für den invertierenden und den nichtinvertierenden Wandler gemeinsam genutzt wird. Diese Variante ist in Fig 4 dar gestellt. Figur 2a zeigt eine Variante mit einem nichtinvertierendem Buck-Boost Wandler und einem invertierenden Buck-Boost-Wandler für die Energieübertragungsrichtung von den Anschlüssen L1 , N zu den Anschlüssen DC1 , DC2 der Vorrichtung für Anwen dungen mit zeitweise geringerer und zeitweise höherer Spannung an den Anschlüs sen DC1 , DC2 als dem Maximalwert (z.B. dem Scheitelwert an den Anschlüssen L1 , N) der Spannung an den Anschlüssen L1 , N, z.B. zum Laden einer Elektrofahrzeug batterie mit 200 bis 500V Gleichspannung an Wechselspannungsnetzen mit 230V o- der entsprechenden Drehstromnetzen. Auch hier werden beispielhaft zwei getrennte Drosseln verwendet. Den allgemeinen Fall der praktischen Realisierung der gemein samen Verwendung der beiden Speicherdrosseln für einen nichtinvertierenden Buck- Boost Wandler und einen invertierenden Buck-Boost-Wandler für die Energieübertra gungsrichtung von den Anschlüssen L1 , N zu den Anschlüssen DC1 , DC2 zeigt Figur 4a. Dies ist die bevorzugte Variante an Wechselstrom- bzw. Drehstromnetzen mit ca. 230V Leiterspannung und Elektrofahrzeug-Hochvolt-Gleichspannungsbordnetzen mit ca. 250 bis 500V. FIG. 2 shows a variant with a non-inverting boost converter B1 and an inverting buck-boost converter B2 for the direction of energy transmission from the connections L1, N to the connections DC1, DC2 for applications with a higher voltage at DC1, DC2 than the maximum value (e.g. the peak value for an AC voltage) of the voltage at the connections L1, N. This case can occur, for example, when charging an electric vehicle battery with 250-500V DC voltage on AC voltage networks with 1 10V or when charging an electric vehicle battery with 400-900V DC voltage on AC voltage networks with 230V or appropriate three-phase networks. In the variant of FIG. 2, two separate chokes are used as an example. The switches Q2 and / or Q6 can be passive rectifiers and can be implemented in particular by diodes. The chokes L can be replaced by a shared choke, which is used for the inverting and the non-inverting converter. This variant is shown in Fig. 4. Figure 2a shows a variant with a non-inverting buck-boost converter and an inverting buck-boost converter for the energy transfer direction from the connections L1, N to the connections DC1, DC2 of the device for applications with temporarily lower and sometimes higher voltage at the connections Sen DC1, DC2 as the maximum value (e.g. the peak value at the connections L1, N) of the voltage at the connections L1, N, e.g. for charging an electric vehicle battery with 200 to 500V DC voltage on AC networks with 230V or the corresponding three-phase networks. Here, too, two separate chokes are used as examples. The general case of the practical implementation of the common use of the two storage chokes for a non-inverting buck-boost converter and an inverting buck-boost converter for the energy transmission direction from the connections L1, N to the connections DC1, DC2 is shown in FIG. 4a. This is the preferred variant on AC or three-phase networks with approx. 230V line voltage and electric vehicle high-voltage DC on-board systems with approx. 250 to 500V.
Figur 2b zeigt eine Variante mit einem nichtinvertierendem Buck Wandler und einem invertierenden Buck-Boost-Wandler für die Energieübertragungsrichtung von den An schlüssen L1 , N zu den Anschlüssen DC1 , DC2 für Anwendungen mit geringerer Spannung an den Anschlüssen DC1 , DC2 als dem Maximalwert (z.B. dem Scheitel wert an den Anschlüssen L1 , N) der Spannung an den Anschlüssen L1 , N, z.B. zum Laden einer Batterie mit 12 bis 48V Gleichspannung an Wechselspannungsnetzen mit 230V. Auch hier werden beispielhaft zwei getrennte Drosseln verwendet (Figur 2b) bzw. alternativ die Drosselfunktion in einem Bauteil zusammengefasst (Figur 4b). Hier ist allerdings zu beachten, dass in der positiven Halbwelle mittels R1 , Q3 und Q4 nur ein Ladestrom erzeugt werden kann, solange die Eingangsspannung größer als die Batteriespannung ist. Figure 2b shows a variant with a non-inverting buck converter and an inverting buck-boost converter for the energy transfer direction from the connections L1, N to the connections DC1, DC2 for applications with a lower voltage at the connections DC1, DC2 than the maximum value (e.g. the peak value at connections L1, N) the voltage at connections L1, N, e.g. for charging a battery with 12 to 48V DC voltage on AC voltage networks with 230V. Here, too, two separate chokes are used as an example (FIG. 2b) or, alternatively, the throttle function is combined in one component (FIG. 4b). However, it should be noted here that only a charging current can be generated in the positive half-wave using R1, Q3 and Q4 as long as the input voltage is greater than the battery voltage.
Die Erfindung kann auch dazu genutzt werden, ein Mehrphasenwechselstromnetz und ein Gleichstromnetz zu koppeln. Für die Verwendung bei z.B. dreiphasigen Wechsel spannungsnetzen werden drei erfindungsgemäße Vorrichtungen als Module aus ers- tem Einweggleichrichter R1 und nichtinvertierendem Gleichstromwandler B1 und ge gensinnigem zweitem Einweggleichrichter R2 und invertierendem Gleichstromwandler B2 in einer erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 5 eingesetzt. D.h., erfindungs gemäße Vorrichtungen werden als Module für je eine Phase verwendet und an ihren Gleichspannungsanschlüssen miteinander verbunden. Die Speicherdrosseln L und ein oder mehrere Schalterelemente jedes Moduls sind vorteilhafterweise auch dann ge meinsam verwendet. Darüber hinaus können dann auch die Speicherdrosseln L der Phasen untereinander magnetisch gekoppelt werden, insbesondere um das Bauvolu men weiter zu verringern. The invention can also be used to couple a multi-phase AC network and a DC network. For use in, for example, three-phase AC networks, three devices according to the invention are used as modules made of tem one-way rectifier R1 and non-inverting DC converter B1 and ge opposing second one-way rectifier R2 and inverting DC converter B2 used in an inventive arrangement according to FIG. 5. That is, devices according to the invention are used as modules for one phase each and are connected to one another at their DC voltage connections. The storage chokes L and one or more switch elements of each module are then advantageously used together. In addition, the storage chokes L of the phases can then be magnetically coupled to one another, in particular in order to further reduce the construction volume.
Bei mehrphasiger Ausführung können eine oder zwei der Module zu einem aktiven Filter F vorrangig für Frequenzen im Bereich der Eingangs- Wechselspannungsfrequenz und deren Harmonischer erweitert werden, indem ein passives Rippelstromfilter mit mindestens einem Filterkondensator mittels mindestens eines steuerbaren Schaltelementes Q7 an die Phasenschaltung angeschaltet wird, und diese als bidirektionaler DC/DC Wandler betrieben wird. Es kann auch ein zusätz liches aktives Filter vorgesehen werden, um die Filterleistung zu erhöhen. In the case of a multi-phase version, one or two of the modules can be expanded to form an active filter F, primarily for frequencies in the range of the input AC voltage frequency and their harmonics, by connecting a passive ripple current filter with at least one filter capacitor to the phase circuit by means of at least one controllable switching element Q7, and this is operated as a bidirectional DC / DC converter. An additional active filter can also be provided to increase the filter performance.
Eine Realisierung eines Rippeistromfilters in einem Wandlermodul mit nichtinvertie rendem und invertierendem Buck-Boost Wandler zeigen die Figuren 6 und 7d. Falls ein solches Modul nicht an einen Außenleiter eines Wechselstromnetzes angeschlos sen werden soll, können die dafür erforderlichen Bauteile des invertierenden Boost- Wandlers und dessen Gleichrichters, Q5 und R2, die Bauteile des Buck Wandlers Q3, Q4 und der Gleichrichter R1 sowie die zugeordneten Kondensatoren, entfallen. A realization of a ripple current filter in a converter module with a non-inverting and inverting buck-boost converter is shown in FIGS. 6 and 7d. If such a module is not to be connected to an outer conductor of an AC network, the components of the inverting boost converter and its rectifier, Q5 and R2, the components of the buck converter Q3, Q4 and the rectifier R1 as well as the assigned capacitors, omitted.
Der Kondensator Cs ist ein Speicherkondensator, der im Takt der Netzfrequenz mit tels eines aus Q1 und Q2 gebildeten Halbbrückenwandlers im Buckbetrieb über die Anschlüsse DC1 , DC2 aufgeladen wird bzw. im Boostbetrieb über die Anschlüsse DC1 , DC2 entladen wird, um die Spannung an den Anschlüssen DC1 , DC1 zu stabili sieren. LF bzw.CF bilden ein Filter für die Schaltfrequenz für Cs. Es ist möglich, dass über den Anschluss N in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der Neutralleiter eines Eingangswechselspannungsnetzes in die Vorrichtung geführt und am Nullpunkt der Schaltungen der Gleichspannungswandler B1 , B2 angeschlos sen ist. Alternativ kann auch im Gerät ein Nullpunkt erzeugt werden, z.B. durch eine Sternschaltung mit Kondensatoren, wobei jeweils mindestens ein erster Kondensator anschluss an einem der Außenleiteranschlüsse L1 , L2, L3 und zweite Kondensator anschlüsse miteinander verbunden und ggf. am Neutralleiteranschluss N angeschlos sen sind. The capacitor Cs is a storage capacitor which is charged in time with the mains frequency by means of a half-bridge converter formed from Q1 and Q2 in buck mode via the connections DC1, DC2 or discharged in boost mode via the connections DC1, DC2 to the voltage at the connections Stabilize DC1, DC1. LF and CF form a filter for the switching frequency for Cs. It is possible that the neutral conductor of an input AC voltage network is fed into the device via the connection N in a device according to the invention and is connected to the zero point of the circuits of the DC voltage converters B1, B2. Alternatively, a zero point can also be generated in the device, for example by means of a star connection with capacitors, at least one first capacitor connection being connected to one of the outer conductor connections L1, L2, L3 and second capacitor connections and possibly being connected to the neutral conductor connection N.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet transformatorlos und ist dadurch und durch die einstufige Energiewandlung besonders einfach und damit kompakt und kostengünstig, und erlaubt dennoch vielfältige Funkti onen wie Leistungsfaktorkorrektur, Netzrückspeisung, Blindleistungseinspeisung u. dgl. Weiterhin vermeidet sie Ableitströme durch das konstante elektrische Potenzial der zweiten Seite in Bezug auf den Neutralleiter bzw. das Erdpotential der ersten Sei te. Dadurch ermöglicht die Erfindung einerseits ein hohes Maß an elektrischer Sicher heit, z.B. indem Fehlerstromdetektoren nicht durch Ableitströme gestört werden, und somit auch bereits sehr niedrige Ableitströme sicher detektieren können. Außerdem ist sie dadurch auch für mehrphasige, insbesondere Drehstromsysteme auf der ersten Seite geeignet. Es können auch zwei Gleichstromnetze an die Vorrichtung ange schlossen werden, zum Beispiel um ein anderes Fahrzeug mittels Gleichstrom zu la den oder um ein Gleichstrominselnetz zu versorgen. The devices according to the invention and the arrangement according to the invention works without a transformer and is therefore particularly simple and therefore compact and inexpensive, and because of the one-stage energy conversion, and yet allows a variety of functions such as power factor correction, power recovery, reactive power feed-in and the like. The like. Furthermore, it avoids leakage currents due to the constant electrical potential of the second side with respect to the neutral conductor or the ground potential of the first side. As a result, the invention on the one hand enables a high degree of electrical safety, e.g. in that leakage current detectors are not disturbed by leakage currents and can therefore reliably detect even very low leakage currents. It is also suitable for multi-phase, especially three-phase systems on the first side. Two DC networks can also be connected to the device, for example to charge another vehicle using DC or to supply a DC island network.
Die für die Gleichstromwandler B1 , B2 verwendeten gesteuerten Schaltelemente kön nen Halbleiterschalter sein, die für eine Stromrichtung unabhängig von ihrer Ansteue rung durchlassfähig sein können, also eine Diodenfunktion integriert haben können. Sie werden z.B. durch MOSFETs, Thyristoren oder andere steuerbare Halbleiter schaltelementen realisiert, oder als Kombinationen aus diesen, z.B. durch Reihen schaltungen oder Parallelschaltungen aus gleichartigen oder verschiedenartigen Schaltelementen, die gleichsinnig oder gegensinnig verbunden sind. Beispiele dafür sind antiseriell geschaltete MOSFETs, oder gleichsinnig parallel geschaltete MOS- FETs, IGBTs und sogenannte Wide-Bandgap-Bauelemente wie Gallium-Nitrid- oder Siliziumkarbid-Bauteile. The controlled switching elements used for the DC converters B1, B2 can be semiconductor switches which can be passable for a current direction regardless of their control, that is to say they can have a diode function integrated. They are implemented, for example, by MOSFETs, thyristors or other controllable semiconductor switching elements, or as combinations of these, for example by series circuits or parallel circuits of the same or different types of switching elements which are connected in the same or opposite directions. Examples of this are anti-serial MOSFETs, or parallel-connected MOS- FETs, IGBTs and so-called wide-bandgap components such as gallium nitride or silicon carbide components.
Ein Beispiel für eine mit konkreten Bauteilen realisierte Schaltung des in Figur 4a ge zeigten Wandlers für bidirektionalen Betrieb mit Si-MOSFETs zeigt Figur 7a; ein Bei spiel für unidirektionalen Betrieb mit vereinfachter Bestückung durch Dioden zeigt Fi gur 7b. Hier wurde ein Schaltelement Q6 antiseriell zum Schaltelement Q1 hinzuge fügt, um den Strom in diesem Zweig bidirektional sperren zu können. Die Reihenfolge der Schaltelemente Q1 und Q6 ist auch umgekehrt wählbar. An example of a circuit realized with concrete components of the converter shown in FIG. 4a for bidirectional operation with Si-MOSFETs is shown in FIG. 7a; Fig. 7b shows an example of unidirectional operation with simplified assembly using diodes. Here, a switching element Q6 was added antiserially to the switching element Q1 in order to be able to block the current in this branch bidirectionally. The order of the switching elements Q1 and Q6 can also be reversed.
Das Schaltelement Q6 kann dann auch durch eine Diode ersetzt werden, wie in Bild 7c gezeigt ist. Soll eine solche Schaltung wahlweise auch als aktives Filter für die Spannung an den Anschlüssen DC, DC2 eingesetzt werden, wird dies mittels Ankopp lung eines Speicherelementes, insbesondere eines Speicherkondensators Cs direkt oder mittels eines Filters für die Schaltfrequenz, z.B. aus einer Drossel LF und einem Kondensator CF. realisiert. Dafür werden keine Dioden D2, D3 im Buck-Wandlerzweig eingesetzt, sondern steuerbare Schaltelemente Q2, Q6 (Bild 7d). Der Filterschalter Q7 kann ein Relais, oder ein steuerbares Halbleiterschaltelement sein. The switching element Q6 can then also be replaced by a diode, as shown in Figure 7c. If such a circuit is to be used optionally as an active filter for the voltage at the connections DC, DC2, this is done directly by coupling a storage element, in particular a storage capacitor Cs, or by means of a filter for the switching frequency, e.g. from a choke LF and a capacitor CF. realized. For this, no diodes D2, D3 are used in the buck converter branch, but controllable switching elements Q2, Q6 (Fig. 7d). The filter switch Q7 can be a relay or a controllable semiconductor switching element.
Die Stabilisierung und Filterung der Halbbrückenspannungen wird in üblicher weise durch Kondensatoren über jede Halbbrücke realisiert. The stabilization and filtering of the half-bridge voltages is implemented in the usual way by capacitors over each half-bridge.
Die Gleichrichter R1 , R2 können zur Verringerung der Gesamtverluste oder um auch eine Energieübertragung von den Anschlüssen DC1 , DC2 zu den Anschlüssen L1 , N zu ermöglichen, als gesteuerte, sogenannte (netz)synchrone Gleichrichter, z.B. mittels MOSFET, Thyristoren oder sonstigen steuerbaren Schaltelementen aufgebaut sein. Für die Ansteuerung von Steuerelektroden der Schaltelemente ist eine Steuerschal tung vorgesehen, die nicht dargestellt wurde. The rectifiers R1, R2 can be used as controlled, so-called (network) synchronous rectifiers, e.g. to reduce the total losses or also to enable energy transmission from the connections DC1, DC2 to the connections L1, N. be constructed by means of MOSFET, thyristors or other controllable switching elements. For the control of control electrodes of the switching elements, a control circuit is provided, which has not been shown.
Die Schaltung kann in einem Fahrzeug, einem Fluggerät oder einem Schiff, verbaut sein, oder in einer ortsfesten oder mobilen Ladeeinrichtung für elektrische Speicher verwendet werden. Die Ansteuerung der steuerbaren Halbleiterschalter erfolgt je nach Betriebszustand und Schaltelement mit einer Schaltfrequenz wie nachfolgend beschrieben simultan zur Wechselstromfrequenz an den Anschlüssen L1 , N oder mit einer Schaltfrequenz, d.h. einer Frequenz, die in einer Steuereinrichtung erzeugt wird und die deutlich über der Wechselstromfrequenz, z.B. im kHz-Bereich oder darüber liegt. Dies kann eine fest eingestellte Frequenz sein, oder die Frequenz wird in Abhängigkeit von der Polarität und dem Betrag der Spannung an den Anschlüssen L1 , N oder dem Strom durch L1 bzw. DC1 in bekannter Weise so eingestellt bzw. eingeregelt, dass sich eine Be triebsweise mit kontinuierlichem oder lückendem Strom oder mit Stromnulldurchgang ergibt. Für den Fall, dass an den Anschlüssen L1 , N eine Gleichspannung anliegt oder erzeugt werden soll, ist die Wechselstromfrequenz 0 und es wird je nach erforderlicher Polarität der jeweilige Schaltzustand für die positive oder negative Wechselspan nungshalbschwingung eingestellt. The circuit can be installed in a vehicle, an aircraft or a ship, or can be used in a stationary or mobile charging device for electrical storage. The controllable semiconductor switches are controlled depending on the operating state and switching element with a switching frequency as described below, simultaneously with the alternating current frequency at the connections L1, N or with a switching frequency, that is to say a frequency which is generated in a control device and which is well above the alternating current frequency, e.g. kHz range or above. This can be a fixed frequency, or the frequency is set or regulated in a known manner as a function of the polarity and the amount of voltage at the terminals L1, N or the current through L1 or DC1 in such a way that a mode of operation is created with continuous or intermittent current or with zero current. In the event that a direct voltage is present or is to be generated at the connections L1, N, the alternating current frequency is 0 and, depending on the required polarity, the respective switching state for the positive or negative alternating voltage half-oscillation is set.
Das Tastverhältnis an den Steuerelektroden der Schaltelemente, die mit Schaltfre quenz gesteuert werden, wird dabei mittels der Steuereinrichtung so eingestellt oder geregelt, dass eine Ausgangsgröße, z.B. der Eingangs- oder Ausgangsstrom, oder die Übertragungsleistung, auf einen Zielwert eingestellt wird. Insbesondere kann der Wechselstrom mit der Netzfrequenz synchron zur Wechselspannung eingeregelt wer den, so dass sich ein hoher Leistungsfaktor für den Wechselstromnetzanschluss ergibt. Über längere Zeiträume, z.B. über mehrere Wechselstromschwingungen hin weg, wird der Ausgangsstrom so eingeregelt, dass die Batteriespannung und der Wechselstrom, Gleichstrom u. dgl. die jeweils zulässigen Grenzwerte nicht verletzen. The pulse duty factor on the control electrodes of the switching elements, which are controlled with switching frequency, is adjusted or regulated by means of the control device in such a way that an output variable, e.g. the input or output current, or the transmission power, is set to a target value. In particular, the alternating current can be regulated with the mains frequency in synchronism with the alternating voltage, so that there is a high power factor for the alternating current mains connection. For longer periods, e.g. over several AC oscillations away, the output current is adjusted so that the battery voltage and the AC, DC and. Like. Do not violate the permissible limits.
Die Ansteuerung ist beispielhaft und zunächst für eine Energieübertagung von den Anschlüssen L1 , N zu den Anschlüssen DC1 , DC2 für Fig. 6 dargestellt. Dabei kann der Betrag der Scheitelspannung der Wechselspannung an den Anschlüssen L1 , N größer, kleiner oder gleich der Gleichspannung an den Anschlüssen DC1 , DC2 sein. The control is shown as an example and is initially shown for an energy transfer from the connections L1, N to the connections DC1, DC2 for FIG. 6. The magnitude of the peak voltage of the AC voltage at the connections L1, N can be greater, less than or equal to the DC voltage at the connections DC1, DC2.
Während einer negativen Halbschwingung der Wechselspannung arbeitet der invertie rende Boost-Wandler. Während einer positiven Halbwelle der Wechselspannung arbeitet der nicht invertierende Gleichspannungswandler. Ist während der positiven Halbwelle die Wechselspannung kleiner als die Gleichspannung, arbeitet der nicht-invertierende Gleichspannungswandler im Boost-Betrieb (Zeitraum 1 ). Wird während der positiven Halbwelle die Wechselspannung größer als die Gleichspannung, arbeitet der Wandler im Buck-Betrieb (Zeitraum 2). Sinkt dann die Augenblicksspannung während der posi tiven Halbwelle wieder und ist wieder kleiner als die Gleichspannung, arbeitet der Wandler B1 bis zum Erreichen der Augenblicksspannung 0 (Zeitraum 3) erneut im Boost-Betrieb. During a negative half-wave of the AC voltage, the inverting boost converter works. The non-inverting DC / DC converter operates during a positive half-wave of the AC voltage. If the AC voltage is less than the DC voltage during the positive half-wave, the non-inverting DC-DC converter works in boost mode (period 1). If the AC voltage becomes greater than the DC voltage during the positive half-wave, the converter operates in Buck mode (period 2). If the instantaneous voltage then drops again during the positive half-wave and is again less than the direct voltage, converter B1 works again in boost mode until the instantaneous voltage 0 is reached (period 3).
Das funktioniert im Detail wie folgt: This works in detail as follows:
Für die Energieübertagung von den Anschlüssen L1 , N zu den Anschlüssen DC1 ,For energy transfer from connections L1, N to connections DC1,
DC2 wird der Schalter Q1 bei der positiven Halbwelle der Wechselspannung an den Anschlüssen L1 , N, wenn diese kleiner ist als die Spannung an den Anschlüssen DC1 , DC2 (Zeitraum 1 , Zeitraum 3), mit der Schaltfrequenz gesteuert. Der Schalter Q2 wird zum Schalter Q1 invertiert angesteuert, wobei im Schaltübergang zusätzlich eine kurze Totzeit eingehalten werden kann, in der die Schalter Q1 und Q2 ausge schaltet sind. Die Schalter Q1 und Q2 arbeiten somit als Boost-Wandler zum Übertra gen von Leistung von den Anschlüssen L1 , N zu den Anschlüssen DC1 , DC2. Der Schalter Q4 ist dabei eingeschaltet, während die Schalter Q3 und Q5 ausgeschaltet sind. DC2, the switch Q1 is controlled with the switching frequency at the positive half-wave of the AC voltage at the connections L1, N, if this is less than the voltage at the connections DC1, DC2 (period 1, period 3). The switch Q2 is driven inverted to the switch Q1, with a short dead time in which the switches Q1 and Q2 are switched off can also be observed in the switching transition. The switches Q1 and Q2 thus work as a boost converter for transmitting power from the connections L1, N to the connections DC1, DC2. The switch Q4 is turned on, while the switches Q3 and Q5 are turned off.
Wenn die Wechselspannung an den Anschlüssen L1 , N dagegen größer ist als die Spannung an den Anschlüssen DC1 , DC2 (Zeitraum 2), wird der Schalter Q4 mit der Schaltfrequenz gesteuert. Der Schalter Q3 wird zum Schalter Q4 invertiert angesteu ert, wobei im Schaltübergang wiederum zusätzlich eine kurze Totzeit eingehalten werden kann. Die Schalter Q3 und Q4 arbeiten somit als Buck-Wandler zwischen den Anschlüssen L1 , N und den Anschlüssen DC1 , DC2. Der Schalter Q2 ist dabei einge schaltet. Der Schalter Q1 wie auch der Schalter Q5 sind ausgeschaltet. In der negativen Halbwelle der Wechselspannung an den Anschlüssen L1 , N werden die Schalter Q5 und Q2 invertiert mit der Schaltfrequenz angesteuert. Der Schalter Q3 ist eingeschaltet und die Schalter Q1 und Q4 sind ausgeschaltet. Die Schalter Q5 und Q2 arbeiten somit als invertierender Boost-Wandler von den Anschlüssen L1 , N zu den Anschlüssen DC1 , DC2. Die Gleichrichter R1 und R2 schalten mit der Wechsel stromfrequenz. If, on the other hand, the AC voltage at connections L1, N is greater than the voltage at connections DC1, DC2 (period 2), switch Q4 is controlled with the switching frequency. The switch Q3 is inverted to the switch Q4, and a short dead time can also be maintained in the switching transition. The switches Q3 and Q4 thus work as a buck converter between the connections L1, N and the connections DC1, DC2. The switch Q2 is turned on. The switch Q1 as well as the switch Q5 are switched off. In the negative half-wave of the AC voltage at the connections L1, N, the switches Q5 and Q2 are driven inverted with the switching frequency. Switch Q3 is on and switches Q1 and Q4 are off. The switches Q5 and Q2 thus work as an inverting boost converter from the connections L1, N to the connections DC1, DC2. The rectifiers R1 and R2 switch at the AC frequency.
Für die Energieübertragung in der entgegengesetzten Richtung von den Anschlüssen DC1 , DC2 zu den Anschlüssen L1 , N müssen die Gleichrichter R1 , R2 als gesteuerte Schaltelemente, z.B. mittels MOSFET Transistoren, Thyristoren oder sonstigen steu erbaren Schaltelementen aufgebaut sein. Bei einer positiven Halbwelle der Wechsel spannung an den Anschlüssen L1 , N ist der als gesteuertes Schaltelement aufgebau te Gleichrichter R1 eingeschaltet und der ebenfalls als gesteuertes Schaltelement aufgebaute Gleichrichter R2 ist ausgeschaltet. Bei einer negativen Halbwelle ist es umgekehrt. For the energy transfer in the opposite direction from the connections DC1, DC2 to the connections L1, N, the rectifiers R1, R2 must be used as controlled switching elements, e.g. be constructed by means of MOSFET transistors, thyristors or other controllable switching elements. In the event of a positive half-wave of the AC voltage at the connections L1, N, the rectifier R1 constructed as a controlled switching element is switched on and the rectifier R2 also constructed as a controlled switching element is switched off. With a negative half wave it is the other way round.
Wenn die Wechselspannung an den Anschlüssen L1 , N kleiner ist als die Spannung an den Anschlüssen DC1 , DC2, werden die Schalter Q1 und Q2 als Buck-Wandler von den Anschlüssen DC1 , DC2 zu den Anschlüssen L, N mit der Schaltfrequenz zu einander invers, ggf. mit einer kurzen Totzeit gesteuert. Der Schalter Q4 ist dabei ein geschaltet. Der Schalter Q3 wie auch der Schalter Q5 ist ausgeschaltet. If the AC voltage at the connections L1, N is less than the voltage at the connections DC1, DC2, the switches Q1 and Q2, as buck converters, are inverted from the connections DC1, DC2 to the connections L, N with the switching frequency, possibly controlled with a short dead time. The switch Q4 is switched on. The switch Q3 as well as the switch Q5 is switched off.
Wenn die Wechselspannung an den Anschlüssen L1 , N größer ist als die Spannung an den Anschlüssen DC1 , DC2, wird der Schalter Q3 mit der Schaltfrequenz gesteu ert. Der Schalter Q4 wird zum Schalter Q3 invertiert angesteuert, wobei im Schalt übergang wiederum zusätzlich eine kurze Totzeit eingehalten werden kann. Die Schalter Q3 und Q4 arbeiten somit als Boost-Wandler von den Anschlüssen DC1 ,If the alternating voltage at the connections L1, N is greater than the voltage at the connections DC1, DC2, the switch Q3 is controlled with the switching frequency. The switch Q4 is driven inverted to the switch Q3, with an additional short dead time in the switching transition can be observed. The switches Q3 and Q4 thus work as a boost converter from the connections DC1,
DC2 zu den Anschlüssen L1 , N. Der Schalter Q2 ist dabei eingeschaltet. Der Schalter Q3 wie auch der Schalter Q5 sind ausgeschaltet. DC2 to connections L1, N. Switch Q2 is switched on. The switch Q3 as well as the switch Q5 are switched off.
In der negativen Halbwelle der Wechselspannung an den Anschlüssen L1 , N wird das den Gleichrichter R2 bildende Schaltelement eingeschaltet. Die Schalter Q5 und Q2 werden invertiert mit der Schaltfrequenz angesteuert. Der Schalter Q3 ist eingeschal tet und die Schalter Q1 und Q4 sind ausgeschaltet. Die Schalter Q5 und Q2 arbeiten somit als Buck-Wandler zur Leistungsübertragung von den Anschlüssen DC1 , DC2 zu den Anschlüssen N, L1 (d.h. invertierend auf L1 , N). The switching element forming the rectifier R2 is switched on in the negative half-wave of the AC voltage at the connections L1, N. The switches Q5 and Q2 are controlled inverted with the switching frequency. Switch Q3 is switched on and switches Q1 and Q4 are switched off. The switches Q5 and Q2 thus work as buck converters for power transmission from the connections DC1, DC2 to the connections N, L1 (ie inverting to L1, N).
Die die Gleichrichter R1 und R2 bildenden steuerbaren Schaltelemente werden wech selweise eingeschaltet. Sie schalten mit der Wechselstromfrequenz des Wechsel stromnetzes, wenn dort eine Wechselspannung anliegt oder von der hier beschriebe nen Einrichtung erzeugt werden soll. Wenn an den Anschlüssen L1 , N eine Gleich spannung anliegt oder erzeugt werden soll, werden sie so angesteuert, dass die von der Einrichtung erzeugte Polarität der anliegenden oder geforderten Polarität ent spricht. The controllable switching elements forming the rectifiers R1 and R2 are alternately switched on. They switch at the AC frequency of the AC network when there is an AC voltage or is to be generated by the device described here. If a DC voltage is present or is to be generated at the connections L1, N, they are driven so that the polarity generated by the device corresponds to the applied or required polarity.
Der Schalter Q7 des Filters F ist in allen diesen Fällen ausgeschaltet. The switch Q7 of the filter F is switched off in all these cases.
Wenn die Phasenschaltung dazu verwendet werden soll, die Spannung an den An schlüssen DC1 , DC2 im Zeitbereich zu stabilisieren, insbesondere z.B. gegen einen Spannungsrippel, der von der Batterieladung mit pulsierendem Strom aus einer oder mehreren anderen Phasenschaltungen herrührt, wird Der Schalter Q7 eingeschaltet. Die Schalter Q3, Q4 und Q5 werden ausgeschaltet.  If the phase switch is to be used to stabilize the voltage at the connections DC1, DC2 in the time domain, in particular e.g. Against a voltage ripple, which results from the battery charge with pulsating current from one or more other phase circuits, the switch Q7 is switched on. The switches Q3, Q4 and Q5 are turned off.
Die Schalter Q1 und Q2 werden dann mit einer Schaltfrequenz zueinander invers an gesteuert, so dass der Pufferkondensator durch Betreiben der Schalter Q1 und Q2 im Buck-Mode mit Leistung von den Anschlüssen DC1 , DC2 aufgeladen wird, solange die Spannung an den Anschlüssen DC1 , DC2 über einem vorgegebenen Wert liegt. Der Pufferkondensator wird durch Betreiben der Schalter Q1 und Q2 im Boost-Mode durch Leistungsübertragung zu den Anschlüssen DC1 , DC2 entladen, solange die Spannung an den Anschlüssen DC1 , DC2 unter einem vorgegebenen Wert liegt. Der Betrag des Auf- bzw. Entladestromes wird dabei im Wesentlichen synchron zum Spannungsrippel an den Anschlüssen DC1 , DC2 eingeregelt. Auf- und Entladung mit tels Buck- oder Boostbetrieb sowie die Höhe des Filterstromes können auch aus an deren Größen wie den Eingangswechselspannungen L1 ...3 abgeleitet werden. Die Höhe der jeweils verwendeten Schaltfrequenzen kann in Abhängigkeit vom Be triebszustand, d.h. z.B. den Spannungen, Strömen und der Polarität der Spannung an den Anschlüssen L1 , N variiert werden, um die Stromwelligkeit bei der Schaltfrequenz, das Spektrum der ausgesendeten Störungen oder die Schaltverluste zu beeinflussen, so wie dies für Buck-Boost-Schaltungen bekannt ist. The switches Q1 and Q2 are then inversely controlled with a switching frequency, so that the buffer capacitor is charged by operating the switches Q1 and Q2 in buck mode with power from the connections DC1, DC2, as long as the voltage at the connections DC1, DC2 is above a predetermined value. The buffer capacitor is discharged by operating the switches Q1 and Q2 in boost mode by power transmission to the connections DC1, DC2, as long as the voltage at the connections DC1, DC2 is below a predetermined value. The amount of the charging or discharging current is regulated essentially synchronously with the voltage ripple at the connections DC1, DC2. Charging and discharging with Buck or Boost operation and the level of the filter current can also be derived from their sizes such as the AC input voltages L1 ... 3. The level of the switching frequencies used in each case can be varied depending on the operating state, for example the voltages, currents and the polarity of the voltage at the connections L1, N, in order to influence the current ripple at the switching frequency, the spectrum of the emitted interference or the switching losses. as is known for buck boost circuits.
Spannungs- und Strommesseinrichtungen an den Eingangs- und Ausgangsklemmen der Wandler sowie an der Drossel, sowie Temperatursensoren erzeugen für die Steu er- bzw. Regeleinrichtung erforderliche Signale zur Einstellung der schaltfrequenten Steuersignale, d.h. deren Frequenz, Modulation und Totzeiten. Die Messeinrichtungen und Sensoren sind nicht dargestellt. Voltage and current measuring devices at the input and output terminals of the converter and at the choke, as well as temperature sensors generate signals necessary for the control device for setting the switching-frequency control signals, i.e. their frequency, modulation and dead times. The measuring devices and sensors are not shown.
Die Richtung der Energieübertragung wird so gesteuert, dass sie für halbe bzw. ganze Perioden der Eingangswechselspannung konstant bleibt, um ein an die Anschlüsse DC1 , DC2 angeschlossenes Gleichstromnetz zu speisen bzw. einen dort angeschlos senen Speicher zu laden oder um an der den Anschlüssen L1 , N angeschlossenen Verbraucher oder das dortige Netz zu speisen. The direction of the energy transmission is controlled in such a way that it remains constant for half or entire periods of the AC input voltage in order to feed a DC network connected to the connections DC1, DC2 or to load a memory connected there or to connect the connections L1, N to connect connected consumers or the local network.
Die Richtung der Energieübertragung kann aber auch so gesteuert werden, dass sie während der Halbwellen phasenversetzt zu ihnen wechselt, um z.B. Blindleistung in bekannter Weise in die Wechselstromseite zu leiten, wenn dies durch eine überge ordnete Steuerungseinrichtung veranlasst wird. The direction of the energy transfer can also be controlled so that it changes phase-shifted to them during the half-waves, e.g. To conduct reactive power in a known manner in the AC side if this is caused by a higher-level control device.
Solche Kommandierungen der Richtung der Energieübertragung können durch Anfor derung aus einer Kommunikation des Fahrzeuges, das eine hier beschriebene Lade einrichtung enthält, mit einem Netzbetreiber oder einer Netzregeleinrichtung erzeugt werden. Sie können auch zur Ladung eines an der Wechselstromseite angeschlosse nen Verbrauchers oder eines dort mittels Gleich- oder Wechselspannung zu ladenden anderen Fahrzeuges bzw. dessen Energiespeichers generiert werden. Bezugszeichenliste Such commands for the direction of energy transmission can be generated by request from a communication of the vehicle, which contains a charging device described here, with a network operator or a network control device. They can also be generated to charge a consumer connected to the AC side or to another vehicle or its energy store to be charged there by means of direct or alternating voltage. LIST OF REFERENCE NUMBERS
B1 nicht-invertierenden Gleichstromwandler B1 non-inverting DC converter
B2 invertierenden Gleichstromwandler  B2 inverting DC converter
R1 erstes Stromrichterventil  R1 first converter valve
R2 zweites Stromrichterventil  R2 second converter valve
L1 , N erster Ein- und/oder Ausgang L1, N first input and / or output
DC1 , DC2 zweiter Ein- und/oder Ausgang  DC1, DC2 second input and / or output
L Gemeinsame Spule L Common coil
F Filter F filter
L1 , L2, L3 erste Anschlüsse von ersten Ein- und Ausgängen bei einem Mehr phasensystem L1, L2, L3 first connections of first inputs and outputs in a multi-phase system
Q1 bis Q6 Schalter der Gleichstromwandler Q1 to Q6 DC converter switches
D2, D3 Dioden der Gleichstromwandler  D2, D3 diodes of the DC converters
Q7 Schalter der Filterschaltung Q7 switch of the filter circuit
Cs Speicherkondensator der Filterschaltung  Cs storage capacitor of the filter circuit
LF, CF Bauelemente des Filters  LF, CF components of the filter

Claims

Kopplungsvorrichtung Patentansprüche Coupling device claims
1. Vorrichtung zum Koppeln von Stromnetzen, insbesondere eines Gleich 1. Device for coupling power networks, in particular a DC
stromnetzes, zum Beispiel einem Kraftfahrzeugbordnetz, mit einem Einpha senwechselstromnetz oder einem weiteren Gleichstromnetz,  power network, for example a motor vehicle electrical system, with a single-phase AC network or a further DC network,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Vorrichtung einen nicht-invertierenden Gleichstromwandler (B1 ) und ei nen invertierenden Gleichstromwandler (B2) jeweils mit einem ersten Ein und/oder Ausgang und einem zweiten Ein- und/oder Ausgang aufweist, wo bei der erste Ein- und/oder Ausgang des ersten Gleichstromwandlers mit einem ersten Stromrichterventil (R1 ) zu einer ersten Serienschaltung in Serie geschaltet ist und der erste Ein- und/oder Ausgang des zweiten Gleich stromwandlers mit einem zweiten Stromrichterventil (R2) zu einer zweiten Serienschaltung in Serie geschaltet ist, wobei die erste und die zweite Seri enschaltung parallel geschaltet sind und die zweiten Ein- und/oder Ausgänge der Gleichstromwandler parallel geschaltet sind, und wobei die Anschlüsse der Parallelschaltung der Serienschaltungen mit einem ersten Ein- und/oder Ausgang (L1 , N) der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden sind und die Anschlüsse der Parallelschaltung der zweiten Ein- und/oder Ausgänge der Gleichspannungswandler mit einem zweiten Ein- und/oder Ausgang (DC1 , DC2) der Vorrichtung verbunden sind.  the device has a non-inverting DC converter (B1) and an inverting DC converter (B2) each with a first input and / or output and a second input and / or output, where the first input and / or output of the first DC converter is connected in series with a first converter valve (R1) to a first series circuit and the first input and / or output of the second DC converter is connected in series with a second converter valve (R2) to a second series circuit, the first and the second series circuit are connected in parallel and the second inputs and / or outputs of the DC converters are connected in parallel, and the connections of the parallel connection of the series circuits are connected to a first input and / or output (L1, N) of the device according to the invention and the Connections of the parallel connection of the second inputs and / or outputs of the DC-DC converters with a two iten input and / or output (DC1, DC2) of the device are connected.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste 2. Device according to claim 1, characterized in that the first
Gleichstromwandler (B1 ) und der zweite Gleichstromwandler (B2) eine ge meinsame Spule (L) aufweisen.  DC converter (B1) and the second DC converter (B2) have a common coil (L).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ers te Gleichstromwandler (B1 ) und der zweite Gleichstromwandler (B2) ge meinsame Schalter aufweisen. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the first te DC converter (B1) and the second DC converter (B2) have common switches.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromwandler (B1 , B2) trafolose Buck-Wandler, Boost- Wandler und/oder Buck-Boost-Wandler sind. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the direct current converters (B1, B2) are transformerless buck converters, boost converters and / or buck-boost converters.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Gleichspannungswandler (B1 , B2) ein bidirektiona ler Gleichspannungswandler ist. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one of the DC-DC converters (B1, B2) is a bidirectional DC-DC converter.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschluss eines ersten Ein- und/oder Ausgangs eines der beiden Gleichspannungswandler (B1 , B2), vorzugsweise des nicht-invertierenden Gleichspannungswandlers (B1 ) oder der Vorrichtung, direkt oder indirekt un ter Zwischenschaltung von Schaltern oder Sicherungen mit einem Anschluss des zweiten Ein- und/oder Ausgangs des Gleichspannungswandlers oder der Vorrichtung verbunden ist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a connection of a first input and / or output of one of the two direct voltage converters (B1, B2), preferably the non-inverting direct voltage converter (B1) or the device, directly or indirectly with the interposition of switches or fuses is connected to a connection of the second input and / or output of the DC-DC converter or the device.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stromrichterventil (R1 ) und/oder das zweite Stromrichterventil (R2) ein bidirektionales Stromrichterventil sind. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first converter valve (R1) and / or the second converter valve (R2) are a bidirectional converter valve.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Filter (F) zum Filtern von Stromrippein auf der zweiten Seite der Gleichstromwandler aufweist. 8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the device has a filter (F) for filtering current ripples on the second side of the DC converters.
9. Anordnung zum Koppeln eines Gleichstromnetzes mit einem Mehrphasen wechselstromnetz, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung wenigstens zwei Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist. 9. Arrangement for coupling a DC network with a multi-phase AC network, characterized in that the arrangement has at least two devices according to one of claims 1 to 8.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Ein und/oder Ausgänge der Vorrichtungen einen ersten Anschluss (L1 , L2, L3) zur Verbindung mit je einem Außenleiter des Mehrphasenwechselstromnet zes aufweisen, während die zweiten Anschlüsse (N) des ersten Ein- und/oder Ausgangs der Vorrichtungen mit einem Neutralleiter des Mehrpha senwechselstromnetzes verbunden ist. 10. The arrangement according to claim 9, characterized in that the first inputs and / or outputs of the devices have a first connection (L1, L2, L3) for connection to an outer conductor of the multiphase AC network, while the second connections (N) of the first On- and / or output of the devices is connected to a neutral conductor of the multiphase AC network.
1 1. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Ein- und/oder Ausgänge (DC1 , DC2) der Vorrichtungen parallel ge schaltet sind. 1 1. Arrangement according to claim 9 or 10, characterized in that the second inputs and / or outputs (DC1, DC2) of the devices are connected in parallel GE.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Spulen (L) der Gleichspannungswandler (B1 , B2) der Vorrichtungen magnetisch gekoppelt sind. 12. Arrangement according to one of claims 9 to 1 1, characterized in that coils (L) of the DC converter (B1, B2) of the devices are magnetically coupled.
13. Verfahren zum Koppeln von Stromnetzen, insbesondere eines Gleichstrom netzes, zum Beispiel eines Kraftfahrzeugbordnetzes, mit einem Einphasen wechselstromnetz, wobei das Einphasenwechselstromnetz an einen Eingang (L1 , N) und das Gleichstromnetz an einen Ausgang (DC1 , DC2) angeschlos sen ist, 13. A method for coupling power networks, in particular a direct current network, for example a motor vehicle electrical system, with a single-phase alternating current network, the single-phase alternating current network being connected to an input (L1, N) and the direct current network to an output (DC1, DC2),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
während einer positiven Halbwelle der am Eingang (L1 , N) anliegenden Wechselspannung ein erster Einweggleichrichter (R1 ) und ein dem ersten Einweggleichrichter (R1 ) nachgeschalteter nicht-invertierender Gleichspan nungswandler (B1 ) stromführend ist und  during a positive half-wave of the AC voltage present at the input (L1, N), a first one-way rectifier (R1) and a non-inverting DC converter (B1) connected downstream of the first one-way rectifier (R1) is live and
dass während einer negativen Halbwelle der am Eingang (L1 , N) anliegen den Wechselspannung ein zweiter Einweggleichrichter (R2) und ein dem zweiten Einweggleichrichter (R2) nachgeschalteter invertierender Gleich spannungswandler (B2) stromführend ist.  that during a negative half wave of the AC voltage present at the input (L1, N), a second one-way rectifier (R2) and an inverting DC converter (B2) connected downstream of the second one-way rectifier (R2) is live.
14. Schaltungsanordnung für eine Gleichspannungswandlerbaugruppe umfas send einen nicht-invertierenden Gleichspannungswandler (B1 ) und einen invertierenden Gleichspannungswandler (B2) die gemeinsame Bauelemente, insbesondere gemeinsame Stromrichterventile (Q1 , Q2, Q3) und eine ge meinsame Speicherdrossel (L)aufweisen, 14. Circuit arrangement for a DC converter assembly comprising a non-inverting DC converter (B1) and an inverting DC converter (B2) which have common components, in particular common converter valves (Q1, Q2, Q3) and a common storage choke (L),
mit einem ersten Ein- und Ausgang mit drei Anschlüssen, einen für ein erstes positives Potential, einen für neutrales Potential (N) und einen für negatives Potential, und with a first input and output with three connections, one for a first positive potential, one for neutral potential (N) and one for negative potential, and
mit einem zweiten Ein- und Ausgang mit zwei Anschlüssen, einen für ein zweites positives Potential (DC1 ) und einen für das neutrale Potential (DC2), wobei die Anschlüsse für das neutrale Potential miteinander verbunden sind.  with a second input and output with two connections, one for a second positive potential (DC1) and one for the neutral potential (DC2), the connections for the neutral potential being connected to one another.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, 15. Circuit arrangement according to claim 14, characterized in
dass der Anschluss (DC1 ) für das zweite positive Potential über ein erstes Stromrichterventil (Q1 , D1 ) und ein zweites Stromrichterventil (Q2, D2) mit den Anschlüssen (N, DC2) für das neutrale Potential verbunden ist, dass der Anschluss für das erste positive Potential über ein drittes Strom richterventil (Q3, D3) und ein viertes Stromrichterventil (Q4) mit den An schlüssen für das neutrale Potential (N) verbunden ist,  that the connection (DC1) for the second positive potential is connected to the connections (N, DC2) for the neutral potential via a first converter valve (Q1, D1) and a second converter valve (Q2, D2), that the connection for the first positive potential is connected to the connections for the neutral potential (N) via a third converter valve (Q3, D3) and a fourth converter valve (Q4),
dass Knoten zwischen dem ersten und dem zweiten Stromrichterventil einer seits und dem dritten und vierten Stromrichterventil andererseits über die Speicherdrossel (L) miteinander verbunden sind und  that nodes between the first and the second converter valve on the one hand and the third and fourth converter valve on the other hand are connected to one another via the storage throttle (L) and
dass der Knoten zwischen dem ersten und dem zweiten Stromrichterventil über ein fünftes Stromrichterventil (Q5) mit dem Anschluss für das negative Potential verbunden ist.  that the node between the first and the second converter valve is connected to the connection for the negative potential via a fifth converter valve (Q5).
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, 16. Circuit arrangement according to claim 15, characterized in
dass ein erstes Stromrichterventil (Q1 ) mittels eines in Reihe zu diesem ge schalteten zweiten Stromrichterventil (Q6) oder einem Gleichrichterbauteil (D3) ergänzt ist.  that a first converter valve (Q1) is supplemented by means of a second converter valve (Q6) connected in series with this or a rectifier component (D3).
17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung einen Kondensator (Cs) aufweist, der einer seits über einen Schalter (Q7) mit dem neutralen Potential und andererseits unmittelbar oder mittelbar über ein Filter (CF, LF) mit dem Knoten zwischen dem dritten und vierten Stromrichterventil (Q3, Q4) verbunden ist. 17. Circuit arrangement according to claim 15 or 16, characterized in that the circuit arrangement has a capacitor (Cs), which on the one hand via a switch (Q7) with the neutral potential and on the other hand directly or indirectly via a filter (CF, LF) with the Node is connected between the third and fourth converter valve (Q3, Q4).
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