WO2019053160A1 - Charging an electric energy store of a motor vehicle - Google Patents

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WO2019053160A1
WO2019053160A1 PCT/EP2018/074807 EP2018074807W WO2019053160A1 WO 2019053160 A1 WO2019053160 A1 WO 2019053160A1 EP 2018074807 W EP2018074807 W EP 2018074807W WO 2019053160 A1 WO2019053160 A1 WO 2019053160A1
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charging
energy storage
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PCT/EP2018/074807
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Bernhard Sofaly
Thomas Paesler
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Conti Temic Microelectronic Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for charging an electrical energy storage device of a motor vehicle with electrical energy from a vehicle external charging station, wherein the charging station provides a single-phase electrical AC voltage with respect to a predetermined electrical reference potential, wherein the electrical energy storage by means of a clocked energy converter with the vehicle external charging station electrically is coupled, wherein the clocked energy converter, the electrical energy by means of at least two parallel-connected series circuits of two
  • the invention further relates to a charging ⁇ device for charging an electrical energy storage device of a motor vehicle with electrical energy from a vehicle external charging station, with a charging station connection for supplying a single-phase AC electrical power with respect to a predetermined electrical reference potential, an energy storage port for electrically coupling the
  • the invention also relates to a motor vehicle with an electrical system which has a DC voltage intermediate circuit and an electrical energy store connected to the DC voltage intermediate circuit, a charging connection for connecting to a vehicle-external charging station providing a single-phase electrical AC voltage and one to the charging connection and the electrical energy storage device coupled charging device for charging the electrical energy storage with electrical energy from the charging station.
  • a motor vehicle comprises an electrical vehicle electrical system in order to be able to supply electric devices which can be connected to the electrical vehicle electrical system as well as units of the electrical vehicle electrical system in a predeterminable manner.
  • the electrical system thus serves the electrical power distribution.
  • the electrical system includes a DC voltage intermediate circuit to which the electrical energy storage is connected.
  • the electrical energy storage is used to store excess energy in the electrical system, as well as to provide for a demand for electrical energy for the electrical system.
  • the electrical energy storage is often formed for this purpose by an accumulator or the like, which is able to chemically store electrical energy reversibly.
  • the electrical energy store may also include an electrical capacitor.
  • an electrically driven motor vehicle which comprises an electric drive device by means of which the motor vehicle can be driven in the intended driving operation.
  • a drive device comprises an inverter connected to the vehicle electrical system, in particular to an intermediate circuit of the electrical system, to which in turn a usually rotating electrical machine is connected, which is capable of providing the mechanical drive power.
  • a three-phase electrical machine is used, for example in the manner of a synchronous ⁇ machine, an induction machine and / or the like.
  • an electrically driven motor vehicle which may be, for example, an electric vehicle or hybrid vehicle, it is usually necessary to charge the electrical energy storage regularly so that it can provide electrical energy for the intended driving operation.
  • the motor vehicle has one with the electric
  • Energy storage electrically coupled charging device which is connected, for example, to the DC voltage intermediate circuit of the onboard ⁇ network in order to establish the electrical connection to the electrical energy storage can.
  • the charging device is connected to the charging port of the
  • the vehicle-external charging station is formed by a charging station, for example a charging station or the like.
  • the vehicle-external charging station can be either lei ⁇ tion bound or wireless, for example by means of an alternating magnetic field or the like, be coupled to the charging port of the motor vehicle to promote electrical energy from the charging station to the electrical energy storage can.
  • the charging device is usually a switched energy converter, for example in the manner of a rectifier, the gels ⁇ may be sionally also coupled to a DC / DC converter and / or the like.
  • the galvanic isolation is often formed by a transformer.
  • the vehicle-external charging station for the purpose of energy supply provides an electrical alternating voltage, which relates to a predetermined electrical reference potential is, for example, the ground potential, another suitable ground potential and / or the like. Since the electrical energy is usually taken from a public power supply network or is provided by this, the AC voltage usually has an AC voltage frequency, which corresponds to that of the public power distribution network ent ⁇ . In Europe and much of Asia, this is predominantly a frequency of about 50 Hz. In America, however, the frequency is usually 60 Hz.
  • a single-phase or three-phase a Wech ⁇ selledge is usually provided.
  • special requirements relating to electrical safety and electromagnetic compatibility to be ⁇ shall be respected.
  • a corresponding filter circuit is usually for example la- destations nurse and / or power the vehicle side, so that the diesbezüg ⁇ union prescribed requirements can be met.
  • a corresponding requirement is, for example, compliance with a maximum permissible leakage current.
  • the Ab ⁇ leitstrom is an electric current that flows in the normal operation of an electrical system in an undesirable current path. The current path is often by one
  • Protective conductor formed which is usually electrically connected to the electrical reference potential.
  • the electrical reference potential is often the ground potential.
  • the leakage current is essentially determined by the filter circuit, which serves to comply with the electromagnetic compatibility, in particular with regard to conducted radio interference.
  • Y-capacitors are often used in the filter circuit, which electrically couple a respective potential to be suppressed with the reference potential. This causes that when exposed to an AC voltage and a corresponding alternating current flows through the Y-capacitor, which at least partially determines the leakage current.
  • the leakage current can also be dependent on further, in particular capacitive, couplings.
  • the invention has for its object to improve the situation with respect to a leakage current when charging an electrical energy storage of a motor vehicle.
  • the invention proposes a method, a charging device and a motor vehicle according to the independent claims. Further advantageous embodiments will become apparent from the features of the dependent claims.
  • the switching elements are controlled at least as a function of an electrical reference voltage between one of at least two energy storage potentials of the electrical energy store and the electrical reference potential.
  • this has a control unit which is designed to switch the switching elements at least as a function of an electrical reference voltage between one of at least to control two energy storage potentials at the energy storage connection and the electrical reference potential.
  • the charging device is designed according to the invention.
  • the invention is based on the finding that by suitably controlling the cycled energy converter, in particular its switching elements arranged in a predetermined circuit structure, it is possible to already fundamentally reduce the generation of a leakage current.
  • the invention uses the idea that the AC voltage of the charging station is usually related to a reference potential, usually the ground potential.
  • the charging station, the Wech ⁇ selschreib usually of two electrical connections provided, wherein one of the electrical connections, a zero terminal and the second electrical connections is a phase terminal.
  • the zero terminal is electrically connected to the ground potential in the charging station itself or by a subsequent electrical infrastructure to which the charging station is connected to the ground potential as the reference potential. Since during charging, the charging station is electrically conductively connected to the charging terminal of the motor vehicle, these electric potentials are respectively in the motor vehicle before ⁇ hands.
  • Motor vehicle for example, a mass, electrically connected.
  • the electrical reference potential of the motor vehicle is formed by a motor vehicle mass, which is connected via a separately guided connection cable to the reference potential of the charging station.
  • dangerous electrical states can be reduced or avoided during the charging of the electrical energy store.
  • the invention makes use of the fact that the electrical energy store is usually connected with its energy storage connection to the DC voltage intermediate circuit and thus provides the intermediate circuit DC voltage with its at least two electrical energy storage potentials.
  • the energy storage connection therefore generally also includes the DC voltage intermediate circuit at the same time.
  • the DC intermediate circuit has for line-connected suppression of the energy storage potentials of the electrical energy storage device connected Y capacitors that electrically couple each of the at least two energy storage potentials that also correspond to the DC link potentials with the motor vehicle-side reference potential or the vehicle mass.
  • the Y capacitors have a comparatively large capacitance value.
  • a common capacity of such Y-capacitors is for example about lyF.
  • the invention is based on the further idea of reducing the fluctuation of the energy storage potentials with respect to the reference potential during charging of the electrical energy store by controlling the semiconductor switches. It can thereby be achieved that the leakage current can be correspondingly reduced on the motor vehicle side, in particular between the circuit circle side.
  • the effects of the invention can thus be achieved in particular when the electrical energy store is charged by a charging station which merely provides a single-phase AC voltage. For a three-phase AC voltage is already due to the underlying
  • Rectification principle of the leakage current motor vehicle side basically already much lower, so that the above problem with respect to the leakage does not occur here or can be already reduced by other simple cost-effective measures already in a suitable manner.
  • the inventive principle can also be used here to reduce the leakage current.
  • the effect according to the invention is particularly suitable for charging stations which provide a single-phase AC voltage.
  • the clocked power converter which is designed preferably in the manner of an inverter has at least two pa ⁇ rallel structuree series circuits each consisting of two switching elements.
  • the two series circuits are also connected to the electrical energy storage, for example, to the DC voltage intermediate circuit, if the elekt ⁇ hari technik energy storage also at Gleichwoods surge- circle is connected.
  • the electrical energy storage for the purpose of charging from the DC voltage intermediate circuit is disconnected and electrically coupled to the Ladeein ⁇ direction.
  • Each of the series circuits has a corresponding center terminal provided at a junction of the respective two switching elements of the respective series circuit.
  • Each of the two center terminals is electrically connected to one of the potentials provided by the charging station, between which is the AC voltage provided by the charging station for the purpose of charging.
  • the clocked energy converter further comprises an energy converter control which is connected to the switching elements and operates the switching elements in a clock mode in order to be able to provide the energy conversion in a desired manner.
  • an energy converter control which is connected to the switching elements and operates the switching elements in a clock mode in order to be able to provide the energy conversion in a desired manner.
  • switching patterns or clock patterns for the switching elements are provided, by means of which the desired energy conversion can be realized.
  • the switching elements of the energy converter are preferably semiconductor switching elements which may be formed, for example, by transistors such as bipolar transistors, field-effect transistors, in particular metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), isolated gate bipolar transistor (IGBT) or the like.
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • IGBT isolated gate bipolar transistor
  • the transistors are operated in a switching mode.
  • the switching operation of the semiconductor switching element means that in the on state during the switch-on between terminals of the semiconductor switching element between which the switching path is formed, a very low electrical resistance is provided so that a high current flow at very low residual voltage is possible. In the off
  • the switching path of the semiconductor switching element is high impedance, that is, it provides a high electrical resistance, so also At high, applied to the switching path electrical voltage substantially no or only a very small, especially negligible, current flow is present. This differs from a linear operation, which is usually not used in clocked energy converters.
  • the switching operation preferably provides only for the on ⁇ switching state and the off state.
  • the switching elements for reducing the leakage current can be controlled by means of the energy converter control, but it is also possible to be able to set the converted power in a predeterminable manner.
  • This makes it possible to operate the electrical energy storage in the most favorable operating condition for the purpose of charging.
  • an aging of the electrical energy store can be kept as low as possible and at the same time, if appropriate, a high efficiency with respect to the electrical charging can be achieved.
  • the switching elements are controlled at least as a function of the electrical reference voltage between one of at least two energy storage potentials of the electrical energy store and the electrical reference potential. Since the at least two energy storage potentials are coupled together in a predetermined manner by the electrical energy store, the reference voltage need only be taken into account with respect to one of the two energy storage potentials.
  • the electrical reference voltage is detected, for example by using a voltage sensor or the like.
  • the reference voltage also represents a measure of the electrical voltage with which the Y-capacitors, which comprises the electrical system of the motor vehicle and the electrical Energy storage are electrically coupled, are acted upon.
  • This reference voltage thus also represents a measure of which the leakage current is dependent.
  • the leakage current may also be frequency-dependent. Incidentally, this also explains why at a Be ⁇ zugsschreib, which is essentially only a DC voltage, the leakage current is correspondingly low.
  • a control in the manner of a control can be achieved, in which the electrical reference voltage detected by a suitable voltage sensor and a control unit of the control unit of the charging ⁇ device is supplied by means of the switching pattern for the switching elements adapted in a suitable manner or be provided so that the reference voltage has the smallest possible ripple, preferably is substantially constant.
  • the suitable switching patterns can be determined by means of simulation methods. With decreasing ripple of the reference voltage, the leakage current caused by the Y capacitors is reduced at the same time. With the invention, for example, depending on the reference voltage, a suitable switching pattern for respective switching elements can be selected.
  • a Y capacitor is a capacitor specially designed for the function of radio interference suppression, which must meet special technical requirements, in particular with respect to its dielectric strength, its current carrying capacity and / or the like.
  • These capacitors are electronic components which have to meet special requirements, in particular with regard to the radio interference suppression, as is the case for example with standards relating to electromagnetic compatibility, such as EN 61000, or also with regard to electrical safety.
  • Y capacitors are usually covered by standardization, for example according to IEC 60364. These are capacitors which are usually connected between the phase or the zero connection and the reference potential, for example a touchable, in particular protective earthed, part, whereby they can bridge a usually required due to electrical safety basic insulation. You must therefore meet very high, especially standardized, requirements.
  • Y capacitors are commonly used to suppress common mode noise.
  • this is a special constellation in which the reference potential, as it can be provided, for example, by the protective conductor, may be used for purposes other than protective earthing and thus protection against electric shock.
  • This differs from the X-capacitors also used for the purpose of radio interference suppression of conducted radio interference, which are commonly used to suppress push-pull interference.
  • increased protection requirements are imposed both on X capacitors and on Y capacitors.
  • the charging device is also proposed with the invention.
  • the charging device is preferably designed for arrangement on or in the motor vehicle. It is in particular designed to be connected to the DC voltage intermediate circuit of the electrical system of the motor vehicle, and in particular when the electrical energy storage is connected to this intermediate circuit and thus can be acted upon directly by the charging device with electrical charge.
  • the leakage current need not only be caused by the Y capacitors, but it can equally or additionally be effected by parasitic ka ⁇ pacitive couplings the reference potential with one or both of the energy storage potentials of the electrical energy storage or the DC link potentials of Gleichspan ⁇ voltage intermediate circuit. Parasitic capacities are often present due to design and can be avoided even with the most careful construction hardly or only insufficiently. In general, however, the leakage current is essentially determined by the Y capacitors, because in reality their electrical capacitance is usually significantly greater than the electrical capacitance of parasitic capacitances.
  • the charging device has the control unit, by means of which the switching elements can be controlled in a suitable manner.
  • the control unit comprises the energy converter ⁇ control.
  • the control unit represents a separate structural unit which is connected to the
  • the control unit is preferably an electronic circuit, which may be connected to a voltage sensor, in particular for detecting the reference voltage, or may even include this.
  • the control unit may also include a program-controlled computer unit, which may also be combined with the electronic circuit. By means of the computer program, the computer unit can provide the desired functionality.
  • the AC voltage is provided at a predetermined AC voltage frequency and only a spectral portion of the electrical reference voltage in a predetermined range of the AC voltage frequency is taken into account for controlling the switching elements.
  • the range of the AC voltage frequency includes, for example, a range that is determined by a maximum deviation from the AC voltage frequency by about 10%, preferably 5%, be ⁇ be provided.
  • the predetermined range corresponds exactly to the AC voltage frequency. This has the advantage that it is precisely the frequencies that are particularly unfavorably to be filtered that can be compensated for in the range of the AC voltage frequency.
  • the AC voltage frequency is, for example, 50 Hz or 60 Hz, depending on in which region and in which energy supply network the charging station is connected. In isolated networks, moreover, a frequency of 400 Hz may be provided, such as at
  • Ver ⁇ direction drive course is particularly suitable for control purposes for which the switching pattern for the switching elements are changed depending on the detected reference voltage.
  • the switching elements are controlled such that the electrical reference voltage is substantially constant.
  • This embodiment takes into account that only very small or negligible leakage currents are caused at a substantially constant reference voltage, in particular by the Y capacitors. This results from the functionality of capacitors.
  • Switching elements are controlled such that the electrical reference voltage corresponds to 40% to 60%, preferably 50%, an electrical energy storage voltage between the at least two energy storage potentials of the electrical energy storage. If the electrical energy store is connected directly to the DC voltage intermediate circuit, this voltage corresponds to the DC link voltage.
  • This embodiment has the advantage that a voltage load of the components relative to the electrical reference potential can be uniform. In addition, effects that result in, for example, differential mode noise can be reduced. It is further proposed that one of the electrical
  • AC potentials of the electrical AC voltage is electrically coupled to the electrical reference potential, wherein the center terminals of the two series circuits are coupled to the two provided by the charging station connections or electrical potentials.
  • a power-frequency component of the voltages for example at a frequency of approximately 50 Hz, which are set at the two center connections of the two series circuits with respect to the reference potential, essentially follows the power-frequency component of the two connected electrical potentials with respect to the reference potential.
  • the voltage drops across the line filter chokes can be taken into account when setting the voltages at the two center terminals of the two series circuits, which can lead to a nearly complete elimination of the mains frequency components of the leakage currents.
  • an advantageous control of the circuit breaker would be characterized in that the series circuit, the center port electrically coupled to the reference potential, about 40% to 60%, preferably about 50%, the energy storage voltage or optionally the DC link voltage, and the other series circuit performs the full stroke of the charging voltage, ie sinusoidally, for example, between 10% and 90% of the energy storage voltage with the Mains frequency oscillates.
  • the voltage drops across the line filter chokes can be superimposed on these two voltages.
  • the two series circuits of the clocked energy converter are preferably operated according to the invention so that it provides an AC voltage with a full amplitude at the AC frequency at one of the two center connections with respect to the DC link voltage available at the clocked power converter, whereas the other series circuit its central terminal provides an opposite phase partial voltage of the AC voltage at the AC frequency.
  • This can be achieved that the corresponding AC component of the reference ⁇ voltage is reduced, thereby consequently, the leakage current is reduced accordingly.
  • each of the at least two energy storage potentials of the electrical energy store is electrically coupled via a respective Y capacitor to the electrical reference potential.
  • the charging device can determine which is electrically coupled to the central terminals to the reference potential, it is further proposed that the switching elements each having an inverse diode, wherein the switching elements are turned off, and respective electrical Wegelem ⁇ relaxations are recorded and evaluated to determine which of the Central terminals is electrically coupled to the reference potential.
  • drive circuits provided for the switching elements generally comprise a switching state detection. The switching state detection is based on detecting a switching element voltage applied to the switching element. If the detected switching element voltage is smaller than a predetermined comparison value, this is output as a switched-on state. If, however, the detected switching element voltage greater than the comparison value, this will be as a power-down state ⁇ . This makes it possible to detect the respective switching state of the switching elements. Since a respective diode is connected in parallel to each switching element, thus also the
  • Switching state of the respective diode can be determined because the switching elements are themselves in the designed switching state.
  • the clocked energy converter works like a single-phase bridge rectifier.
  • the comparison value is preferably chosen at an electrical voltage of about 4V. However, it may also be chosen in a range from about 2.5 V to about 8 V, in deviation. In this case, this embodiment is based on the fact that a switching state of the switching element, in which the middle connection of the series connection is electrically coupled to the phase connection, corresponds to FIG.
  • connection situation of the charging station to the clocked energy converter can be used to be able to control the switching elements of the two series circuits in a suitable manner, as has already been explained in detail above.
  • the laser is destationsan gleich coupled to the switched energy converter galvanic ⁇ cally.
  • the invention makes it possible to dispense with galvanic isolation, as is conventional in the prior art.
  • the galvanic separation also serves, among other things, to prevent leakage currents.
  • a suitable transformer is usually provided, by means of which the electrical isolation can be achieved.
  • such a transformer is costly and also requires a large amount of space.
  • it is possible to avoid the galvanic separation and at the same time to meet the requirements, which may be at least partially justified by the standardization.
  • the motor vehicle has an electric drive device, which has a three-phase electrical machine for driving the motor vehicle and an output connected to the electric machine and the vehicle power supply inverter, which is formed, provide a three-phase AC power supply system for the electric machine foizu ⁇ , wherein the inverter is configured to provide the clocked power converter of the charging device.
  • this inverter generally also includes a switching element structure, as is required for the cycled energy converter, which is used to carry out the method according to the invention.
  • the clocked energy converter is electrically coupled via phase windings of the electric machine to the charge port. In this case, the electric machine is at least partially included in the conversion process. This makes it possible to operate the clocked energy converter as a boost converter or buck converter.
  • stator windings of the electric machine are connected to a star point in a proper driving operation, with the neutral point being resolved for the purpose of charging, so that respective winding connections released thereby can take over the function of the center connections of the cycled energy converter.
  • additional effects due to the inductances provided by the windings can be used advantageously for the method according to the invention.
  • the invention also includes developments of the method according to the invention, which have features as they have already been described in connection with the developments of the charging device according to the invention or the motor vehicle according to the invention and vice versa. For this reason, the corresponding developments are not described here again.
  • Embodiments of the invention are be ⁇ wrote. This shows:
  • Fig. 1 is a schematic diagram of an electrical wiring system of an electric vehicle as a force ⁇ vehicle with an electric drive device in a designated driving operation;
  • Fig. 2 is a schematic diagram view as in FIG. 1, but in which the electric vehicle for charging a
  • Fig. 3 is a schematic diagram of electrical voltages applied to AC terminals of an inverter of the drive means when charging in accordance with Fig. 2;
  • Fig. 4 in a schematic diagram representation
  • FIG. 5 is a schematic diagram of electrical see voltages as Figure 3, abut the input terminals of the inverter when connecting to a charging station, which provides a single-phase AC voltage ⁇ ;
  • Fig. 6 is a schematic diagram representation as shown in FIG. 4 of
  • FIG. 7 shows a schematic circuit diagram representation like FIG. 2, in which the vehicle electrical system for charging the energy store is connected to a charging station, which provides a single-phase AC voltage;
  • FIG. 8 shows a schematic view like FIG. 5 for the circuit according to FIG. 7;
  • FIG. 8 shows a schematic view like FIG. 5 for the circuit according to FIG. 7;
  • Fig. 9 is a schematic representation as shown in FIG. 6 for the
  • Fig. 10 is a schematic diagram of Fig. 7, wherein the switching elements of the inverter are controlled in accordance with a switching pattern of the invention, as illustrated with reference to Fig. 9;
  • FIG. 11 is a schematic equivalent circuit diagram for a simulation of the operation of the circuit of FIG. 7;
  • FIG. 12 shows a schematic diagram of the conditions during operation of the circuit according to FIG. 7;
  • Fig. 13 is a schematic equivalent circuit diagram of the
  • FIG. 14 is a view like FIG. 12 for the equivalent circuit diagram of FIG. 13;
  • FIG. FIG. 15 is a schematic equivalent circuit diagram for further improved common-mode rejection;
  • FIG. 14 is a view like FIG. 12 for the equivalent circuit diagram of FIG. 13;
  • FIG. 15 is a schematic equivalent circuit diagram for further improved common-mode rejection;
  • FIG. 14 is a view like FIG. 12 for the equivalent circuit diagram of FIG. 13;
  • FIG. 15 is a schematic equivalent circuit diagram for further improved common-mode rejection;
  • FIG. 16 shows an illustration as in FIG. 14 for the equivalent switching image representation according to FIG. 15;
  • FIG. 18 is a schematic diagram of a simulation of the circuit of FIG. 17 to determine which of the inverter terminals is connected to the neutral connection of the charging station is electrically coupled;
  • FIG. 19 is an illustration like FIG. 18, in which the recognition is further clarified.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram representation of a DC intermediate circuit 54 of an electrical system of an electric vehicle not further illustrated as an electrically driven motor vehicle, in which an electrical An ⁇ drive device 56 is connected.
  • the electric drive device 56 comprises a three-phase electrical machine 58, which in the present case is designed as a synchronous machine and which serves to drive the electric vehicle.
  • an inverter 60 is closed at ⁇ formed to provide a three-phase alternating voltage network ⁇ for the electric machine 58th
  • the inverter 60 comprises a control unit 52, by means of the inverter 60 is controlled with respect to the alternating-voltage network in a suitable manner, so that the electrical machine 58 to provide the desired drive function during the determination ⁇ proper driving operation of the electric vehicle can.
  • the inverter has three inverter connections, which are explained in more detail below, to which non-designated stator windings of the electrical machine 58 are connected.
  • the stator windings of the electric machine 58 are connected while driving at a common star point 62.
  • the inverter 60 is further connected to the DC voltage intermediate circuit 54.
  • the high-voltage battery 10 ⁇ at the DC voltage intermediate circuit 54 is also a high ⁇ voltbatterie 10 is connected as an electrical energy storage, which provides electrical energy for the intended driving operation of the electric vehicle.
  • the high-voltage battery 10 ⁇ at the same time also provides the intermediate circuit direct voltage of the DC voltage intermediate circuit 54th
  • Y capacitors 42, 44 coupled to a reference potential, which is presently formed by a mass 40 of the electric vehicle.
  • the Y capacitors 42, 44 cooperate in this regard with a current-compensated inductor 64.
  • the electrical capacitance of each of the two Y capacitors 42, 44 is about 1 i iF.
  • the electric capacity of the Ka ⁇ Y-capacitors 42, 44 may be needed, even thereof chosen differently.
  • a respective electrical voltage of the potentials of the high-voltage battery 10 with respect to the mass 40 is shown. It can be seen from the two schematic diagrams that a reference voltage 38, which is formed between a positive electrical potential of the high-voltage battery 10 and the ground 40, corresponds to approximately half of the DC link voltage. Accordingly, an electrical voltage results between the negative electrical potential of the high-voltage battery 10 and the mass 40.
  • a reference voltage 38 which is formed between a positive electrical potential of the high-voltage battery 10 and the ground 40
  • an electrical voltage results between the negative electrical potential of the high-voltage battery 10 and the mass 40.
  • FIG. 1 In two in a right portion adjacent to the circuit diagram shown charts electrical potentials of a star ⁇ point 62 with respect to the negative potential of the high-voltage battery 10 are shown.
  • the star point 62 is formed by respective winding terminals of windings of the electric machine 58.
  • the left of the two diagrams shows an electrical voltage between the two potentials with a resolution in the range of
  • the inverter 60 has in this case three series circuits 22, 24, 26 of two semiconductor switches 28, 30, in the present case are formed by Isolated Gate Bipolar Transitors (IGBT).
  • IGBT Isolated Gate Bipolar Transitors
  • the series circuits 22, 24, 26 are paral ⁇ lel matter and subsequently closed to the DC voltage intermediate circuit 54th
  • Each of the three series circuits 22, 24, 26 has a respective center terminal 32, 34, 36, which provide the inverter terminals to which the Stän ⁇ derwicklungen the electrical machine 58 are connected.
  • the inverter 60 is thus designed in the manner of a B6 inverter bridge and provides the three-phase alternating voltage network for driving.
  • Fig. 2 shows in a schematic diagram representation based on Fig. 1, as the electrical system for charging the
  • High-voltage battery 10 is connected to a vehicle external charging station 12, which provides electrical energy for charging the high-voltage battery 10.
  • the charging station 12 is a stationary charging station and the electric vehicle is used for close to the charging station 12 in the area of the charging station 12 parked.
  • a not further shown wired ⁇ bound connection in this case a connection cable, the electrical system, as will be explained further below, connected to the charging station 12.
  • the charging station 12 provides a three-phase AC voltage with a nominal voltage of about 230 V per phase at an AC voltage frequency of about 50 Hz.
  • the three phases are inserted ver ⁇ respectively to each other by 120 °.
  • a galvanic connection between the charging station 12 and the electrical system of the electric vehicle is provided. Accordingly, a protective conductor connection or a reference potential 16, here ground, the loading station 12 to the ground 40 of the Elect ⁇ ro Vietnameses is electrically coupled.
  • the loading station 12 also comprises a customized for three-phase alternating voltage network trained filter is carried out by means of which a filtering of the terminals of the charging station 12, so that the prescribed limits for reactions un ⁇ be undershot.
  • Star point 62 of the electric machine 58 is opened and the corresponding terminals of the stator windings of the electric machine 58 are connected to the respective phase terminals of the La ⁇ tion 12. As a result, a charging station connection 48 of the electric vehicle is provided.
  • the stator windings of the electric machine 58 and the inverter 60 can then be used to supply electrical energy to the high-voltage battery 10.
  • the IGBTs 28, 30 of the inverter 60 are suitably controlled by the control unit 52 of the inverter 60.
  • the inverter 60 thus provides a clocked energy converter, which makes use of the inductance of the stator windings the electric machine 58 realized an energy conversion in a suitable manner.
  • the high-voltage battery 10 can be supplied with electrical energy from the charging station 12.
  • the respective reference voltage 38 is again shown in two schematic diagrams in a left-hand area in FIG. 2. It can be seen that the Be ⁇ zugsschreib 38 is substantially equal, as they correspond also in the embodiment shown in Fig.
  • FIG. 1 operating situation. Only slight fluctuations occur when charging by means of a three-phase alternating voltage. Accordingly, the conditions at the central connections 32, 34, 36 set in such a way as they are already shown for Fig. 1. This is illustrated by two superimposed diagrams in a central region in the circuit diagram of FIG. 2. In the right-hand area of FIG. 2, the three phases of the AC voltage provided by the charging station 12 are shown.
  • a charging station provided on the net filter or filter circuit 120 can be prevented that the reference potential 16 jumps neither with respect to the DC link side nor with respect to the charging station side AC voltage side.
  • the filter circuit 120 of the charging station 12 is designed adapted for these disturbances.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of the time profile of a PWM pattern of the series circuit 24 of the inverter 60 with a graph 66 and the associated integrated AC voltage with a graph 68.
  • FIG. 3 shows the three corresponding AC voltages at the three input terminals of the inverter 60 with three graphs 70, 72 and 74.
  • the abscissa is respectively a time axis in which the time is given in milliseconds.
  • the ordinate is a voltage axis indicating the voltage in volts.
  • FIG. 7 shows a schematic diagram of a diagram as in FIG. 2, but here the vehicle electrical system of the electric vehicle is connected to a charging station 14, which provides a single-phase AC voltage 18.
  • the clocked energy converter 20 has an energy storage connection 50, with which it is connected to the DC voltage intermediate circuit 54 and thus also to the high-voltage battery 10.
  • the clocked energy converter 20 forms a charging device 46, which is designed to be connected to the charging station 14.
  • the center terminals 32 and 34 of the series circuits 22, 24 are respectively electrically connected to a phase terminal L and a neutral terminal N of the charging station 14.
  • an alternating voltage of 230 V at 50 Hz is provided at the phase connection L in relation to the zero connection N.
  • the La ⁇ destation 14 further also has a filter circuit 120th
  • FIG. 2 In the left area - as well as in Fig. 2 - also two schematic diagrams are shown one above the other.
  • the two superposed diagrams respectively represent the reference voltage 38 with respect to the positive potential of the high-voltage battery 10 with respect to the ground 40 and the negative potential with respect to the ground 40.
  • the ground 40 is electrically coupled to the reference potential 16.
  • FIGS. 5 and 6 further clarify the functionality in single-phase charging operation in this operating mode.
  • Fig. 5 corresponds to the illustration, as has already been explained to Fig. 3.
  • Graphs 78 and 80 show the respective voltages at the input terminals of the inverter 60 which are integrated at the center terminals 32, 34 which provide the respective input terminals.
  • the illustration in FIG. 5 essentially shows the AC frequency component without further spectra, which may be supplemental, inter alia, by the PWM operation.
  • Fig. 6 shows, in a protracted representation corresponding PWM signals with graphs 82, 84, wherein the voltage profile illustrated with the graph 78, the PWM signal is too ⁇ sorted, which is illustrated with the graph 84 and the graph 80 shown Voltage curve that
  • Common mode filter of the filter circuit 120 is unable to adequately filter the relatively low AC frequency frequency of about 50 Hz, the phase terminal L and the neutral terminal N are connected directly to the inverter terminals.
  • the AC frequency related common mode component of the inverter outputs follows the AC frequency common mode component on the charging station side. Since there is no common mode component of the inverter terminals with respect to the negative potential of the high voltage battery 10, the common mode voltage on the DC link side follows
  • FIG. 10 now shows a schematic circuit diagram as in FIG. 7, wherein, however, the schematic diagrams additionally shown in FIG. 10 illustrate the leakage current resulting from the different control according to the invention as well as common-mode potentials.
  • the circuit structure therefore corresponds to that which has already been explained with reference to FIG. 7, for which reason reference is additionally made to the relevant explanations.
  • the idea of the invention is to use a PWM pattern for single-phase charging of the high voltage battery 10, because it said before ⁇ problems in single-phase charging can be solved.
  • FIGS. 8 and 9 show diagrams corresponding to FIGS. 5 and 6, which likewise illustrate voltage profiles, as already explained with reference to FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 9 shows a time-magnified resolution, wherein graphs 86 and 88 are also shown.
  • PWM signals with graphs 90, 92 are shown.
  • the PWM signal according to the graph 90 is assigned to the voltage profile according to the graph 86
  • the PWM signal according to the graph 92 is assigned to the voltage profile according to the graph 88.
  • the reference voltage 38 in contrast to FIG. 7, is essentially a DC voltage. Accordingly, the negative potential of the high ⁇ voltbatterie 10 relative to the ground 40 is a DC voltage. As a result, the Y capacitors 42, 44 are now essentially each subjected to a constant voltage, so that the leakage current is considerably reduced by these capacitors.
  • Suppress clock frequency of the inverter 60 in addition to, however, this frequency compared to the AC voltage frequency is considerably higher, for example, 10 kHz, which is why this high frequency can be filtered in a suitable manner with relatively little filter effort.
  • FIG. 11 shows a schematic equivalent circuit diagram for a simulation of a symmetrical full bridge with a common mode current or leakage current to the reference potential 16 with a frequency of approximately 50 Hz in the case of a symmetrical full bridge operation with a suitable PWM pattern.
  • 12 shows a schematic voltage or current-time diagram in which graphs 94 and 96 show AC voltages at the inverter terminals of the inverter 60, with only the spectral component in the range of 50 Hz with respect to the negative potential of the high-voltage battery 10 is shown.
  • a graph 98 shows the leakage current to the reference potential 16, which is detected by the Y capacitors 42, 44 and optionally further Y capacitors of the line filter.
  • the electrical capacitance of the Y capacitors of a respective phase of the network filter or the filter circuit 120 is generally about 22 nF.
  • FIG. 13 shows a schematic equivalent circuit diagram like Fig. 11, in which now the clocked energy converter 20 is operated according to the invention.
  • FIG. 14 shows a representation like FIG. 12, in which graphs 100 and 102 show the corresponding AC voltages at the center terminals 32, 34 of the clocked energy converter 20 for a spectral range around the AC frequency of 50 Hz.
  • a graph 104 shows the corresponding leakage current. Compared to the illustration according to FIGS. 11 and 12, it can be seen that the leakage current can be almost completely reduced by the control principle of the invention.
  • Fig. 15 shows a further schematic Optimizschaltsentdar ⁇ position based on the equivalent circuit representations of the FIGS. 11 and 13, wherein caused to further reduce the leakage current, an expected voltage drop across filter inductances of the line filter or the filter circuit 120 of the La ⁇ destation 14 in the direction of the zero terminal N is added by the leakage current or the charging current to the voltage at the corresponding inverter terminal.
  • FIG. 16 shows the corresponding effects in a diagram as in FIGS. 12 and 14.
  • graphs 106 and 108 again represent the corresponding AC voltages at the center terminals 32, 34 of the clocked energy converter 20. With a graph 110, however, again the leakage current is shown. It is also apparent here that the leakage current is considerably reduced compared to the simulation according to FIGS. 11 and 12.
  • inverter 60 is configured to include a portion of the clocked power converter 20 of the charging device 46 to provide.
  • the clocked energy converter 20 thus comprises in this case the series circuits 22, 24 of the alternating ⁇ richters 60 whose central terminals 32, 34 are connected to the corresponding terminals of the charging station 14, namely the phase connection L and the neutral terminal N.
  • the control unit 52 is used, which thus also comprises a power converter control, which is designed for the inventive process control.
  • FIG. 17 schematically shows an equivalent circuit diagram in which only inverse diodes D 1, D 2, D 3, D 4 connected in parallel are illustrated with the IGBTs 28, 30.
  • This substitute circuit diagram is intended to explain how the charging device 46 is enabled to determine which of the connections of the clocked energy converter 20, namely which of the central connections 32, 34, is electrically coupled to the phase connection L and which of the central connections 32, 34 to the neutral connection N. is. This is useful for the control of the clocked energy converter in the sense of the method according to the invention.
  • a state information of the inverter 60 or of the clocked energy converter 20 provided by the inverter 60 can be used, which by means of corresponding not shown driver units corresponding to the corresponding IGBTs 28, 30 be controlled, can be determined. From the information obtained in this way, it can be determined which of the central connections 32, 34 is electrically connected to the phase connection L and which is electrically connected to the zero connection N.
  • Fig. 18 shows a corresponding timing diagram as shown in FIGS. 12, 14, 16, with which the above-mentioned measurement method is to be ⁇ interpreting further light ver. Because the DC link side of the AC The inverter 60 and the clocked energy converter 20 via the Y capacitors 42, 44 connected to the ground 40 and consequently to the reference potential 16, the voltage across the IGBT's 28, 30, in Fig. 17 only by their respective diodes Dl, D2, D3, D4 are shown, very different for connection to the phase terminal L and the neutral terminal. This is with Fig. 18 clarifies. For this purpose, this embodiment uses a function of the corresponding driver units, which provide a status signal, depending on a switching state of the respective IGBT 28, 30th
  • the state signal is dependent on an electrical voltage measured at a switching path of the respective IGBT 28, 30. If this voltage is less than approximately 4 V, which corresponds to a predetermined reference voltage, this is signaled as a switched-on state with a suitable signal. Accordingly, a detected voltage greater than about 4 V is reported as being off with an appropriate signal.
  • this embodiment makes use of the fact that the respective switched-off state of the respective IGBT 28, 30, which is electrically coupled to the phase connection L, jumps back and forth, whereas a corresponding state of the IGBTs 28, 30, the are electrically coupled to the neutral terminal N, constantly indicate the turned off state.
  • the rectified DC voltage is coupled to the reference potential 16. Without the Y-capacitors 42, 44 of the DC intermediate circuit 54, the rectified voltage would rise only to the maximum peak voltage of the supplied AC voltage. Because the Y-capacitors 42, 44 act on the DC link side like bootstrap capacitors when the AC side is not symmetrical with respect to the
  • the DC voltage increases to about twice the peak voltage of the AC voltage when the Phase terminal L or the neutral terminal N are coupled to the dustspo ⁇ potential 16.
  • Fig. 18 illustrates this.
  • a graph 114 in FIG. 18 shows the corresponding voltage of the IGBTs 28, 30 which are coupled to the phase connection L.
  • the graph 112 shows the situation for the IGBTs 28, 30 connected to the neutral terminal N.
  • a graph 116 represents the reference potential 16. From FIG. 18 it can be seen that it can be easily determined that the diodes D 1 and D 3 are coupled to the phase connection L. Accordingly, their IGBTs 28, 30 are electrically coupled to the phase terminal L. This can be used 30 to control the IGBT's 28, in order to realize the invention Ver ⁇ direction drive.
  • FIG. 19 shows, in a schematic representation like FIG. 18, detection areas 118 that can be used to be able to determine the assignment of the connections provided by the charging station 14 to the reference potential 16.
  • the exemplary examples show how the inventive process it ⁇ leakage particularly when charging an electrical energy accumulator of a motor vehicle ⁇ with a single-phase AC voltage of a laser can be destation reduced.
  • the embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit this.

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Abstract

The invention relates to a method for charging an electric energy store (10) of a motor vehicle with electric energy from a vehicle-external charging station (14), in which the charging station (14) provides single-phase alternating electric current (18) in relation to a predefined electric reference potential (16), wherein the electric energy store (10) is coupled electrically to the vehicle-external charging station (14) by means of a clocked energy converter (20), wherein the clocked energy converter converts the electrical energy by means of at least two parallel-connected series circuits (22, 24) each comprising two switching elements (28, 30), for which purpose respective centre taps (32, 34) of the series circuits (22, 24) are coupled electrically to the charging station (14). According to the invention, the switching elements (28, 30) are controlled between one of at least two energy storage potentials of the electric energy store (10) and the electric reference potential (16), at least as a function of an electric reference voltage (38).

Description

Beschreibung description
Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraft¬ fahrzeugs Charging an electrical energy storage of a power ¬ vehicle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen Ladestation, bei dem die Ladestation eine einphasige elektrische Wechselspannung in Bezug auf ein vorgegebenes elektrisches Bezugspotential bereitstellt, wobei der elektrische Energiespeicher mittels eines getakteten Energiewandlers mit der fahrzeugexternen Ladestation elektrisch gekoppelt wird, wobei der getaktete Energiewandler die elektrische Energie mittels wenigstens zwei parallelgeschalteten Reihenschaltungen aus jeweils zwei The invention relates to a method for charging an electrical energy storage device of a motor vehicle with electrical energy from a vehicle external charging station, wherein the charging station provides a single-phase electrical AC voltage with respect to a predetermined electrical reference potential, wherein the electrical energy storage by means of a clocked energy converter with the vehicle external charging station electrically is coupled, wherein the clocked energy converter, the electrical energy by means of at least two parallel-connected series circuits of two
Schaltelementen wandelt, zu welchem Zweck jeweilige Mittelanschlüsse der Reihenschaltungen mit der Ladestation elektrisch gekoppelt werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Lade¬ einrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen Ladestation, mit einem Ladestationsanschluss zum Zuführen einer einphasigen elektrischen Wechselspannung in Bezug auf ein vorgegebenes elektrisches Bezugspotential, einem Energiespeicheranschluss zum elektrischen Koppeln des Switching elements converts, for which purpose respective center terminals of the series circuits are electrically coupled to the charging station. The invention further relates to a charging ¬ device for charging an electrical energy storage device of a motor vehicle with electrical energy from a vehicle external charging station, with a charging station connection for supplying a single-phase AC electrical power with respect to a predetermined electrical reference potential, an energy storage port for electrically coupling the
elektrischen Energiespeichers, einem getakteten Energiewandler mit wenigstens zwei Reihenschaltungen aus jeweils zwei electrical energy storage, a clocked energy converter with at least two series circuits of two
Schaltelementen, wobei die Reihenschaltungen parallelgeschaltet und mit dem Energiespeicheranschluss elektrisch gekoppelt sind, wobei jede der wenigstens zwei Reihenschaltungen einen Mit- telanschluss aufweist und wobei die Mittelanschlüsse elektrisch mit dem Ladestationsanschluss gekoppelt sind. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, das einen Gleichspannungszwischenkreis und einen an dem Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen elektrischen Energiespeicher aufweist, einem Ladeanschluss zum Anschließen an eine fahrzeugexterne, eine einphasige elektrische Wechselspannung bereitstellende Ladestation und einer mit dem Ladeanschluss und dem elektrischen Energiespeicher elektrisch gekoppelte Ladeeinrichtung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers mit elektrischer Energie von der Ladestation. Switching elements, wherein the series circuits are connected in parallel and electrically coupled to the energy storage terminal, wherein each of the at least two series circuits has a central terminal and wherein the central terminals are electrically coupled to the charging station terminal. Finally, the invention also relates to a motor vehicle with an electrical system which has a DC voltage intermediate circuit and an electrical energy store connected to the DC voltage intermediate circuit, a charging connection for connecting to a vehicle-external charging station providing a single-phase electrical AC voltage and one to the charging connection and the electrical energy storage device coupled charging device for charging the electrical energy storage with electrical energy from the charging station.
Das Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Charging an electrical energy store of a
Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie von einer fahrzeug¬ externen Ladestation ist dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Ein Kraftfahrzeug umfasst in der Regel ein elektrisches Bordnetz, um damit elektrische Ein- richtungen, die an das elektrische Bordnetz angeschlossen sind sowie auch Einheiten des elektrischen Bordnetzes in vorgebbarer Weise mit elektrischer Energie versorgen zu können. Das Bordnetz dient somit der elektrischen Energieverteilung. In der Regel umfasst das Bordnetz einen Gleichspannungszwischenkreis, an dem der elektrische Energiespeicher angeschlossen ist. Der elektrische Energiespeicher dient dazu, im elektrischen Bordnetz überschüssige Energie zu speichern, sowie auch dazu, bei einem Bedarf an elektrischer Energie diese für das elektrische Bordnetz bereitzustellen . Der elektrische Energiespeicher ist zu diesem Zweck häufig durch einen Akkumulator oder dergleichen gebildet, der elektrische Energie reversibel chemisch zu speichern vermag. Darüber hinaus kann der elektrische Energiespeicher auch einen elektrischen Kondensator umfassen. Motor vehicle with electrical energy from a vehicle ¬ external charging station is basically well known in the art, so that a separate documentary evidence for this need not. As a rule, a motor vehicle comprises an electrical vehicle electrical system in order to be able to supply electric devices which can be connected to the electrical vehicle electrical system as well as units of the electrical vehicle electrical system in a predeterminable manner. The electrical system thus serves the electrical power distribution. In general, the electrical system includes a DC voltage intermediate circuit to which the electrical energy storage is connected. The electrical energy storage is used to store excess energy in the electrical system, as well as to provide for a demand for electrical energy for the electrical system. The electrical energy storage is often formed for this purpose by an accumulator or the like, which is able to chemically store electrical energy reversibly. In addition, the electrical energy store may also include an electrical capacitor.
Eine besondere Bedeutung kommt dem elektrischen Energiespeicher bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug zu, welches eine elektrische Antriebseinrichtung umfasst, mittels der das Kraftfahrzeug im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb angetrieben werden kann. Eine solche Antriebseinrichtung umfasst in der Regel einen am Bordnetz, insbesondere an einem Zwischenkreis des Bordnetzes, angeschlossenen Wechselrichter, an dem seinerseits eine in der Regel rotierende elektrische Maschine angeschlossen ist, die die mechanische Antriebsleistung bereitzustellen vermag. Üblicherweise wird hierfür eine dreiphasige elektrische Maschine eingesetzt, beispielsweise nach Art einer Synchron¬ maschine, einer Asynchronmaschine und/oder dergleichen. Bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug, welches beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder auch Hybridfahrzeug sein kann, ist es in der Regel nötig, den elektrischen Energiespeicher regelmäßig aufzuladen, damit dieser für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb elektrische Energie bereitstellen kann. Zu diesem Zweck weist das Kraftfahrzeug eine mit dem elektrischen Of particular importance is the electric energy storage in an electrically driven motor vehicle, which comprises an electric drive device by means of which the motor vehicle can be driven in the intended driving operation. As a rule, such a drive device comprises an inverter connected to the vehicle electrical system, in particular to an intermediate circuit of the electrical system, to which in turn a usually rotating electrical machine is connected, which is capable of providing the mechanical drive power. Usually, for this purpose a three-phase electrical machine is used, for example in the manner of a synchronous ¬ machine, an induction machine and / or the like. In an electrically driven motor vehicle, which may be, for example, an electric vehicle or hybrid vehicle, it is usually necessary to charge the electrical energy storage regularly so that it can provide electrical energy for the intended driving operation. For this purpose, the motor vehicle has one with the electric
Energiespeicher elektrisch gekoppelte Ladeeinrichtung auf, die beispielsweise an den Gleichspannungszwischenkreis des Bord¬ netzes angeschlossen ist, um die elektrische Verbindung zum elektrischen Energiespeicher herstellen zu können. Darüber hinaus ist die Ladeeinrichtung an den Ladeanschluss des Energy storage electrically coupled charging device, which is connected, for example, to the DC voltage intermediate circuit of the onboard ¬ network in order to establish the electrical connection to the electrical energy storage can. In addition, the charging device is connected to the charging port of the
Kraftfahrzeugs elektrisch angeschlossen, über den eine energietechnische Verbindung zu der fahrzeugexternen Ladestation hergestellt werden kann. Motor vehicle electrically connected, via which an energy-related connection to the vehicle external charging station can be made.
Üblicherweise ist die fahrzeugexterne Ladestation durch eine Ladestation, beispielsweise eine Ladesäule oder dergleichen gebildet. Die fahrzeugexterne Ladestation kann entweder lei¬ tungsgebunden oder auch drahtlos, beispielsweise mittels eines magnetischen Wechselfeldes oder dergleichen, mit dem Ladeanschluss des Kraftfahrzeugs gekoppelt sein, um elektrische Energie von der Ladestation zum elektrischen Energiespeicher fördern zu können. Um eine energietechnische Kopplung herstellen zu können, weist die Ladeeinrichtung in der Regel einen getakteten Energiewandler auf, beispielsweise nach Art eines Gleichrichters, der gele¬ gentlich auch mit einem DC/DC-Wandler gekoppelt sein kann und/oder dergleichen. Darüber hinaus ist in der Regel aufgrund der elektromagnetischen Verträglichkeit und/oder der Usually, the vehicle-external charging station is formed by a charging station, for example a charging station or the like. The vehicle-external charging station can be either lei ¬ tion bound or wireless, for example by means of an alternating magnetic field or the like, be coupled to the charging port of the motor vehicle to promote electrical energy from the charging station to the electrical energy storage can. To produce an energy-technical coupling, the charging device is usually a switched energy converter, for example in the manner of a rectifier, the gels ¬ may be sionally also coupled to a DC / DC converter and / or the like. In addition, as a rule, due to the electromagnetic compatibility and / or the
elektrischen Sicherheit eine galvanische Trennung vorgesehen, die die fahrzeugexterne Ladestation galvanisch vom Bordnetz des Kraftfahrzeugs trennt. Die galvanische Trennung ist häufig durch einen Transformator gebildet. electrical safety galvanic isolation provided which separates the vehicle external charging station galvanically from the electrical system of the motor vehicle. The galvanic isolation is often formed by a transformer.
Häufig stellt die fahrzeugexterne Ladestation zum Zwecke der Energiebereitstellung eine elektrische Wechselspannung bereit, die auf ein vorgegebenes elektrisches Bezugspotential bezogen ist, beispielsweise das Erdpotential, ein anderes geeignetes Massepotential und/oder dergleichen. Da die elektrische Energie in der Regel einem öffentlichen Energieversorgungsnetz entnommen wird beziehungsweise durch dieses bereitgestellt wird, weist die Wechselspannung üblicherweise eine Wechselspannungsfrequenz auf, die der des öffentlichen Energieverteilungsnetzes ent¬ spricht. In Europa und weiten Teilen von Asien ist dies überwiegend eine Frequenz von etwa 50 Hz. In Amerika beträgt die Frequenz dagegen in der Regel 60 Hz. Frequently, the vehicle-external charging station for the purpose of energy supply provides an electrical alternating voltage, which relates to a predetermined electrical reference potential is, for example, the ground potential, another suitable ground potential and / or the like. Since the electrical energy is usually taken from a public power supply network or is provided by this, the AC voltage usually has an AC voltage frequency, which corresponds to that of the public power distribution network ent ¬ . In Europe and much of Asia, this is predominantly a frequency of about 50 Hz. In America, however, the frequency is usually 60 Hz.
Je nach Ausgestaltung der fahrzeugexternen Ladestation wird in der Regel eine einphasige oder auch eine dreiphasige Wech¬ selspannung bereitgestellt. Bei einer leitungsgebundenen energietechnischen Kopplung sind besondere Anforderungen hinsichtlich der elektrischen Sicherheit und der elektromagnetischen Verträglichkeit zu be¬ achten. Aus diesem Grund ist in der Regel beispielsweise la- destationsseitig und/oder auch kraftfahrzeugseitig eine ent- sprechende Filterschaltung vorgesehen, sodass die diesbezüg¬ lichen vorgeschriebenen Anforderungen eingehalten werden können. Eine entsprechende solche Anforderung ist beispielsweise das Einhalten eines maximal zulässigen Ableitstroms. Der Ab¬ leitstrom ist ein elektrischer Strom, der im bestimmungsgemäßen Betrieb einer elektrischen Anlage in einen unerwünschten Strompfad strömt. Der Strompfad ist häufig durch einen Depending on the configuration of the vehicle-external charging station a single-phase or three-phase a Wech ¬ selspannung is usually provided. In a wired power engineering coupling special requirements relating to electrical safety and electromagnetic compatibility to be ¬ shall be respected. For this reason, a corresponding filter circuit is usually for example la- destationsseitig and / or power the vehicle side, so that the diesbezüg ¬ union prescribed requirements can be met. A corresponding requirement is, for example, compliance with a maximum permissible leakage current. The Ab ¬ leitstrom is an electric current that flows in the normal operation of an electrical system in an undesirable current path. The current path is often by one
Schutzleiter gebildet, der in der Regel mit dem elektrischen Bezugspotential elektrisch verbunden ist. Das elektrische Bezugspotential ist häufig das Erdpotential. Protective conductor formed, which is usually electrically connected to the electrical reference potential. The electrical reference potential is often the ground potential.
Der Ableitstrom ist bei vielen elektrischen Anwendungen wesentlich durch die Filterschaltung bestimmt, die der Einhaltung der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere in Bezug auf leitungsgebundene Funkstörungen, dient. Zur Unterdrückung derartiger leitungsgebundener Funkstörungen werden in der Filterschaltung häufig Y-Kondensatoren eingesetzt, die ein jeweiliges zu entstörendes Potential mit dem Bezugspotential elektrisch koppeln. Dies führt dazu, dass bei Beaufschlagung mit einer Wechselspannung auch ein entsprechender Wechselstrom durch den Y-Kondensator strömt, der den Ableitstrom zumindest teilweise bestimmt. Der Ableitstrom kann darüber hinaus auch von weiteren, insbesondere kapazitiven, Kopplungen abhängig sein. In many electrical applications, the leakage current is essentially determined by the filter circuit, which serves to comply with the electromagnetic compatibility, in particular with regard to conducted radio interference. To suppress such conducted radio interference, Y-capacitors are often used in the filter circuit, which electrically couple a respective potential to be suppressed with the reference potential. This causes that when exposed to an AC voltage and a corresponding alternating current flows through the Y-capacitor, which at least partially determines the leakage current. In addition, the leakage current can also be dependent on further, in particular capacitive, couplings.
Gerade bei einem Anschluss einer Ladestation, die eine einphasige Wechselspannung bereitstellt, erweist sich der Aufwand bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit und der elektrischen Sicherheit, insbesondere in Bezug auf den Ableitstrom, als signifikant. Aus physikalischen Gründen ist der entsprechende Aufwand für eine dreiphasige Wechselspannung deutlich geringer. Gerade bei Anschluss an eine Ladestation, die eine einphasige Wechselspannung bereitstellt, sind deshalb besondere Anfor¬ derungen zu berücksichtigen, die einen hohen technischen Aufwand erfordern. Especially with a connection of a charging station, which provides a single-phase AC voltage, the effort in terms of electromagnetic compatibility and electrical safety, in particular with respect to the leakage current, proves to be significant. For physical reasons, the corresponding expense for a three-phase AC voltage is significantly lower. Especially when connected to a charging station that provides a single-phase AC voltage, so are special Anfor ¬ changes to take into account that require a high technical expenditure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Situation in Bezug auf einen Ableitstrom beim Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs zu verbessern. The invention has for its object to improve the situation with respect to a leakage current when charging an electrical energy storage of a motor vehicle.
Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren, eine Ladeeinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche. As a solution, the invention proposes a method, a charging device and a motor vehicle according to the independent claims. Further advantageous embodiments will become apparent from the features of the dependent claims.
Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Schaltelemente zumindest abhängig von einer elektrischen Bezugsspannung zwischen einem von wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen des elektrischen Energiespeichers und dem elektrischen Bezugspotential gesteuert werden. With regard to a generic method, it is in particular proposed that the switching elements are controlled at least as a function of an electrical reference voltage between one of at least two energy storage potentials of the electrical energy store and the electrical reference potential.
Bezüglich einer gattungsgemäßen Ladeeinrichtung wird insbe- sondere vorgeschlagen, dass diese eine Steuereinheit aufweist, die ausgebildet ist, die Schaltelemente zumindest abhängig von einer elektrischen Bezugsspannung zwischen einem von wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen am Energiespeicheranschluss und dem elektrischen Bezugspotential zu steuern. With regard to a generic charging device, it is proposed, in particular, that this has a control unit which is designed to switch the switching elements at least as a function of an electrical reference voltage between one of at least to control two energy storage potentials at the energy storage connection and the electrical reference potential.
Bezüglich eines gattungsgemäßen Kraftfahrzeugs wird insbe- sondere vorgeschlagen, dass die Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung ausgebildet ist. With regard to a generic motor vehicle, it is proposed in particular that the charging device is designed according to the invention.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch geeignetes Steuern des getakteten Energiewandlers, insbesondere seiner in einer vorgegebenen Schaltungsstruktur angeordneten Schaltelemente ermöglicht wird, dass bereits dem Grunde nach die Erzeugung eines Ableitstroms reduziert werden kann. Dabei nutzt die Erfindung den Gedanken, dass die Wechselspannung der Ladestation in der Regel auf ein Bezugspotential, üblicherweise das Erdpotential, bezogen ist. Die Ladestation stellt die Wech¬ selspannung gewöhnlich an zwei elektrischen Anschlüssen bereit, wobei einer der elektrischen Anschlüsse ein Nullanschluss und der zweite der elektrischen Anschlüsse ein Phasenanschluss ist. Zumeist ist der Nullanschluss elektrisch mit dem Erdpotential in der Ladestation selbst oder auch durch eine anschließende elektrische Infrastruktur, an der die Ladestation angeschlossen ist, mit dem Erdpotential als Bezugspotential elektrisch verbunden . Da während des Aufladens die Ladestation an den Ladeanschluss des Kraftfahrzeugs elektrisch leitend angeschlossen ist, sind diese elektrischen Potentiale entsprechend im Kraftfahrzeug vor¬ handen. In der Regel ist deshalb auch das Bezugspotential der Ladestation mit einem elektrischen Bezugspotential des The invention is based on the finding that by suitably controlling the cycled energy converter, in particular its switching elements arranged in a predetermined circuit structure, it is possible to already fundamentally reduce the generation of a leakage current. The invention uses the idea that the AC voltage of the charging station is usually related to a reference potential, usually the ground potential. The charging station, the Wech ¬ selspannung usually of two electrical connections provided, wherein one of the electrical connections, a zero terminal and the second electrical connections is a phase terminal. In most cases, the zero terminal is electrically connected to the ground potential in the charging station itself or by a subsequent electrical infrastructure to which the charging station is connected to the ground potential as the reference potential. Since during charging, the charging station is electrically conductively connected to the charging terminal of the motor vehicle, these electric potentials are respectively in the motor vehicle before ¬ hands. In general, therefore, the reference potential of the charging station with an electrical reference potential of the
Kraftfahrzeugs, zum Beispiel eine Masse, elektrisch leitend verbunden. In der Regel ist das elektrische Bezugspotential des Kraftfahrzeugs durch eine Kraftfahrzeugmasse gebildet, die über eine separat geführte Anschlussleitung an das Bezugspotential der Ladestation angeschlossen ist. Dadurch können gefährliche elektrische Zustände während des Aufladens des elektrischen Energiespeichers reduziert beziehungsweise vermieden werden. Die Erfindung nutzt den Sachverhalt, dass der elektrische Energiespeicher in der Regel mit seinem Energiespeicheranschluss am Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist und so mit seinen wenigstens zwei elektrischen Energiespeicherpotentialen die Zwischenkreisgleichspannung bereitstellt. Der Energiespeicheranschluss schließt deshalb in der Regel zugleich auch den Gleichspannungszwischenkreis an. Motor vehicle, for example, a mass, electrically connected. In general, the electrical reference potential of the motor vehicle is formed by a motor vehicle mass, which is connected via a separately guided connection cable to the reference potential of the charging station. As a result, dangerous electrical states can be reduced or avoided during the charging of the electrical energy store. The invention makes use of the fact that the electrical energy store is usually connected with its energy storage connection to the DC voltage intermediate circuit and thus provides the intermediate circuit DC voltage with its at least two electrical energy storage potentials. The energy storage connection therefore generally also includes the DC voltage intermediate circuit at the same time.
Der Gleichspannungszwischenkreis weist zur leitungsgebundenen Entstörung an die Energiespeicherpotentiale des elektrischen Energiespeichers angeschlossene Y-Kondensatoren auf, die jedes der wenigstens zwei Energiespeicherpotentiale, die zugleich den Zwischenkreispotentialen entsprechen, mit dem kraftfahrzeug- seitigen Bezugspotential beziehungsweise der Kraftfahrzeugmasse elektrisch koppeln. Hierdurch kann eine leitungsgebundene Funkentstörung erreicht beziehungsweise verbessert werden. The DC intermediate circuit has for line-connected suppression of the energy storage potentials of the electrical energy storage device connected Y capacitors that electrically couple each of the at least two energy storage potentials that also correspond to the DC link potentials with the motor vehicle-side reference potential or the vehicle mass. As a result, a conducted radio interference suppression can be achieved or improved.
Da das Kraftfahrzeug im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb mit der Ladestation und somit mit dem Bezugspotential der Ladestation, insbesondere dem Erdpotential, im Wesentlichen nicht elektrisch gekoppelt ist, und besondere Anforderungen bezüglich des Ab¬ leitstroms im Inselbetrieb des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs großzügiger als bei stationären elektrischen Einrichtungen sind, weisen die Y-Kondensatoren in der Regel einen vergleichsweise großen Kapazitätswert auf. Da die Zwischenkreisgleichspannung jedoch als Gleichspannung relativ kleinen Spannungsschwankungen im bestimmungsgemäßen Betrieb unterliegt, ist der Ableitstrom trotz des großen Kapazitätswerts entsprechend gering. Eine gängige Kapazität derartiger Y-Kondensatoren beträgt zum Beispiel etwa lyF. Since the motor vehicle in the intended driving operation with the charging station and thus with the reference potential of the charging station, in particular the ground potential, is not electrically coupled, and special requirements for the off ¬ leitstroms island operation of the electrical system of the motor vehicle generous than stationary electrical facilities, As a rule, the Y capacitors have a comparatively large capacitance value. However, since the DC link voltage is subject to relatively small voltage fluctuations during normal operation as DC voltage, the leakage current is correspondingly low despite the large capacitance value. A common capacity of such Y-capacitors is for example about lyF.
Die Situation ändert sich dann, wenn die Ladestation eine einphasige Wechselspannung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers bereitstellt und das Kraftfahrzeug zum Zwecke des Aufladens des Energiespeichers daran angeschlossen wird. Bei Zugrundelegung des Brückengleichrichtungsprinzips während des Aufladens schwanken nämlich, wenn keine galvanische Trennung vorgesehen ist, die Energiespeicherpotentiale gegenüber dem Bezugspotential im Rhythmus der Wechselspannungsfrequenz. Dadurch sind natürlich auch die kraftfahrzeugseitigen The situation changes when the charging station provides a single-phase AC voltage for charging the electrical energy storage device and the motor vehicle is connected thereto for the purpose of charging the energy storage device. On the basis of the bridge rectification principle during charging, namely, if no galvanic isolation is provided, the energy storage potentials vary over that Reference potential in the rhythm of the AC voltage frequency. As a result, of course, the motor vehicle side
Y-Kondensatoren mit dieser Wechselspannung entsprechend beaufschlagt. Es entsteht beim Aufladen somit ein erheblicher Ableitstrom, der den zulässigen Grenzwert für stationäre Anlagen, an die das Kraftfahrzeug beim Aufladen des elektrischen Energiespeichers angeschlossen ist, überschreitet. Im Stand der Technik sind hier aufwändige Filter und Kompensationsmaßnahmen vorgesehen . Y capacitors with this AC voltage acted upon accordingly. This results in charging a significant leakage current, which exceeds the allowable limit for stationary systems to which the motor vehicle is connected when charging the electrical energy storage. In the prior art elaborate filters and compensation measures are provided here.
Die Erfindung basiert auf dem weiteren Gedanken, durch Steuern der Halbleiterschalter das Schwanken der Energiespeicherpotentiale gegenüber dem Bezugspotential beim Aufladen des elektrischen Energiespeichers zu reduzieren. Dadurch kann erreicht werden, dass kraftfahrzeugseitig, insbesondere zwi- schenkreisseitig, der Ableitstrom entsprechend reduziert werden kann. Die Wirkungen der Erfindung können somit insbesondere bei einem Aufladen des elektrischen Energiespeichers durch eine Ladestation erreicht werden, die lediglich eine einphasige Wechselspannung bereitstellt. Bei einer dreiphasigen Wechselspannung ist bereits aufgrund des zugrundeliegenden The invention is based on the further idea of reducing the fluctuation of the energy storage potentials with respect to the reference potential during charging of the electrical energy store by controlling the semiconductor switches. It can thereby be achieved that the leakage current can be correspondingly reduced on the motor vehicle side, in particular between the circuit circle side. The effects of the invention can thus be achieved in particular when the electrical energy store is charged by a charging station which merely provides a single-phase AC voltage. For a three-phase AC voltage is already due to the underlying
Gleichrichtungsprinzips der Ableitstrom kraftfahrzeugseitig dem Grunde nach schon erheblich geringer, sodass das vorgenannte Problem bezüglich des Ableitstroms hier nicht auftritt oder durch anderweitige einfache kostengünstige Maßnahmen bereits in geeigneter Weise reduziert werden kann. Dem Grunde nach kann jedoch auch hier das erfindungsgemäße Prinzip genutzt werden, um den Ableitstrom zu reduzieren. Gleichwohl ist die erfindungsgemäße Wirkung gerade für Ladestationen geeignet, die eine einphasige Wechselspannung bereitstellen. Rectification principle of the leakage current motor vehicle side basically already much lower, so that the above problem with respect to the leakage does not occur here or can be already reduced by other simple cost-effective measures already in a suitable manner. Basically, however, the inventive principle can also be used here to reduce the leakage current. Nevertheless, the effect according to the invention is particularly suitable for charging stations which provide a single-phase AC voltage.
Der getaktete Energiewandler, der vorzugsweise nach Art eines Wechselrichters ausgebildet ist, weist wenigstens zwei pa¬ rallelgeschaltete Reihenschaltungen aus jeweils zwei Schalt- elementen auf. Die beiden Reihenschaltungen sind darüber hinaus an den elektrischen Energiespeicher, beispielsweise auch an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen, wenn der elekt¬ rische Energiespeicher ebenfalls am Gleichspannungszwischen- kreis angeschlossen ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der elektrische Energiespeicher zum Zwecke des Aufladens vom Gleichspannungszwischenkreis getrennt und mit der Ladeein¬ richtung elektrisch gekoppelt wird. The clocked power converter, which is designed preferably in the manner of an inverter has at least two pa ¬ rallelgeschaltete series circuits each consisting of two switching elements. The two series circuits are also connected to the electrical energy storage, for example, to the DC voltage intermediate circuit, if the elekt ¬ rische energy storage also at Gleichspannungszwischen- circle is connected. However, it can also be provided that the electrical energy storage for the purpose of charging from the DC voltage intermediate circuit is disconnected and electrically coupled to the Ladeein ¬ direction.
Jede der Reihenschaltungen weist einen entsprechenden Mit- telanschluss auf, der an einer Verbindungsstelle der jeweiligen beiden Schaltelemente der jeweiligen Reihenschaltung bereitgestellt wird. Jeder der beiden Mittelanschlüsse ist mit einem der durch die Ladestation bereitgestellten Potentiale elektrisch verbunden, zwischen denen die Wechselspannung anliegt, die von der Ladestation zum Zwecke des Aufladens bereitgestellt wird. Each of the series circuits has a corresponding center terminal provided at a junction of the respective two switching elements of the respective series circuit. Each of the two center terminals is electrically connected to one of the potentials provided by the charging station, between which is the AC voltage provided by the charging station for the purpose of charging.
Der getaktete Energiewandler umfasst ferner eine Energie- wandlersteuerung, die an die Schaltelemente angeschlossen ist und die Schaltelemente in einem Taktbetrieb betreibt, um in gewünschter Weise die Energiewandlung bereitstellen zu können. Zu diesem Zweck sind Schaltmuster beziehungsweise Taktmuster für die Schaltelemente bereitgestellt, mittels denen die gewünschte Energiewandlung realisiert werden kann. The clocked energy converter further comprises an energy converter control which is connected to the switching elements and operates the switching elements in a clock mode in order to be able to provide the energy conversion in a desired manner. For this purpose, switching patterns or clock patterns for the switching elements are provided, by means of which the desired energy conversion can be realized.
Die Schaltelemente des Energiewandlers sind vorzugsweise Halbleiterschaltelemente, die zum Beispiel durch Transistoren, wie bipolare Transistoren, Feldeffekttransistoren, insbesondere Metal Oxide Semiconductur Field Effect Transistor (MOSFET) , Isolated Gate Bipolar Transistor (IGBT) oder dergleichen gebildet sein können. Die Transistoren werden in einem Schaltbetrieb betrieben. Der Schaltbetrieb des Halbleiterschaltelements bedeutet, dass im eingeschalteten Zustand während der Einschaltzeit zwischen Anschlüssen des Halbleiterschaltelements, zwischen denen die Schaltstrecke ausgebildet ist, ein sehr geringer elektrischer Widerstand bereitgestellt wird, sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist. Im ausgeschaltetenThe switching elements of the energy converter are preferably semiconductor switching elements which may be formed, for example, by transistors such as bipolar transistors, field-effect transistors, in particular metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), isolated gate bipolar transistor (IGBT) or the like. The transistors are operated in a switching mode. The switching operation of the semiconductor switching element means that in the on state during the switch-on between terminals of the semiconductor switching element between which the switching path is formed, a very low electrical resistance is provided so that a high current flow at very low residual voltage is possible. In the off
Zustand während der Ausschaltzeit ist die Schaltstrecke des Halbleiterschaltelements dagegen hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, sodass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender elektrischer Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer, Stromfluss vorliegt. Hiervon unterscheidet sich ein Linearbetrieb, der aber bei getakteten Energiewandlern in der Regel nicht zum Einsatz kommt. Der Schaltbetrieb sieht vorzugsweise ausschließlich den Ein¬ schaltzustand und den Ausschaltzustand vor. State during the turn-off, the switching path of the semiconductor switching element, however, is high impedance, that is, it provides a high electrical resistance, so also At high, applied to the switching path electrical voltage substantially no or only a very small, especially negligible, current flow is present. This differs from a linear operation, which is usually not used in clocked energy converters. The switching operation preferably provides only for the on ¬ switching state and the off state.
Mittels der Energiewandlersteuerung können somit nicht nur die Schaltelemente zur Reduktion des Ableitstroms gesteuert werden, sondern es ist darüber hinaus möglich, auch die gewandelte Leistung in vorgebbarer Weise einstellen zu können. Dies ermöglicht es, den elektrischen Energiespeicher in einen möglichst günstigen Betriebszustand zum Zwecke des Aufladens betreiben zu können. Dadurch kann eine Alterung des elektrischen Energiespeichers möglichst gering gehalten werden und zugleich gegebenenfalls auch ein hoher Wirkungsgrad bezüglich des elektrischen Aufladens erreicht werden. Erfindungsgemäß werden die Schaltelemente zumindest abhängig von der elektrischen Bezugsspannung zwischen einem von wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen des elektrischen Energiespeichers und dem elektrischen Bezugspotential gesteuert. Da die wenigstens zwei Energiespeicherpotentiale durch den elektri- sehen Energiespeicher in vorgegebener Weise miteinander gekoppelt sind, braucht die Bezugsspannung nur in Bezug auf eines der beiden Energiespeicherpotentiale berücksichtigt zu werden. Thus, not only the switching elements for reducing the leakage current can be controlled by means of the energy converter control, but it is also possible to be able to set the converted power in a predeterminable manner. This makes it possible to operate the electrical energy storage in the most favorable operating condition for the purpose of charging. As a result, an aging of the electrical energy store can be kept as low as possible and at the same time, if appropriate, a high efficiency with respect to the electrical charging can be achieved. According to the invention, the switching elements are controlled at least as a function of the electrical reference voltage between one of at least two energy storage potentials of the electrical energy store and the electrical reference potential. Since the at least two energy storage potentials are coupled together in a predetermined manner by the electrical energy store, the reference voltage need only be taken into account with respect to one of the two energy storage potentials.
Anders als im Stand der Technik üblich wird gemäß der Erfindung nicht nur ausschließlich eine Wandlungsleistung des getakteten Energiewandlers eingestellt, sondern der Betrieb seiner Unlike in the conventional art, according to the invention not only exclusively a conversion power of the clocked energy converter is set, but the operation of its
Schaltelemente wird unter Berücksichtigung der Bezugsspannung so angepasst, dass der Ableitstrom beeinflusst werden kann. Zu diesem Zweck wird die elektrische Bezugsspannung erfasst, beispielsweise unter Nutzung eines Spannungssensors oder dergleichen. Die Bezugsspannung stellt ferner auch ein Maß dafür dar, mit welcher elektrischen Spannung die Y-Kondensatoren, die vom Bordnetz des Kraftfahrzeugs umfasst und mit dem elektrischen Energiespeicher elektrisch gekoppelt sind, beaufschlagt sind. Diese Bezugsspannung stellt somit zugleich auch ein Maß dafür dar, von dem der Ableitstrom abhängig ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Y-Kondensatoren der Ableitstrom auch frequenzabhängig sein kann. Im Übrigen erklärt dies auch, weshalb bei einer Be¬ zugsspannung, die im Wesentlichen lediglich eine Gleichspannung ist, der Ableitstrom entsprechend gering ist. Mit der Erfindung ist es also möglich, mittels eines geeigneten Steuerungskonzepts, welches vorgegebene Schaltmuster für die Schaltelemente nutzt, den Ableitstrom entsprechend zu redu¬ zieren. Darüber hinaus kann mit der Erfindung eine Steuerung nach Art einer Regelung erreicht werden, bei der die elektrische Bezugsspannung mittels eines geeigneten Spannungssensors er- fasst und einer Regelungseinheit der Steuereinheit der Lade¬ einrichtung zugeführt wird, mittels der die Schaltmuster für die Schaltelemente in geeigneter Weise angepasst beziehungsweise bereitgestellt werden, damit die Bezugsspannung eine möglichst geringe Welligkeit aufweist, vorzugsweise im Wesentlichen konstant ist. Die geeigneten Schaltmuster können mittels Simulationsverfahren ermittelt werden. Mit abnehmender Welligkeit der Bezugsspannung reduziert sich zugleich auch der durch die Y-Kondensatoren bewirkte Ableitstrom. Mit der Erfindung kann so zum Beispiel abhängig von der Bezugsspannung ein geeignetes Schaltmuster für jeweilige Schaltelemente ausgewählt werden. Switching elements is adjusted taking into account the reference voltage so that the leakage current can be influenced. For this purpose, the electrical reference voltage is detected, for example by using a voltage sensor or the like. The reference voltage also represents a measure of the electrical voltage with which the Y-capacitors, which comprises the electrical system of the motor vehicle and the electrical Energy storage are electrically coupled, are acted upon. This reference voltage thus also represents a measure of which the leakage current is dependent. It should be noted that due to the physical properties of the Y capacitors, the leakage current may also be frequency-dependent. Incidentally, this also explains why at a Be ¬ zugsspannung, which is essentially only a DC voltage, the leakage current is correspondingly low. With the invention it is thus possible, by means of a suitable control concept which uses predetermined switching pattern for the switching elements to the leakage current corresponding to redu ¬ decorate. In addition, with the invention, a control in the manner of a control can be achieved, in which the electrical reference voltage detected by a suitable voltage sensor and a control unit of the control unit of the charging ¬ device is supplied by means of the switching pattern for the switching elements adapted in a suitable manner or be provided so that the reference voltage has the smallest possible ripple, preferably is substantially constant. The suitable switching patterns can be determined by means of simulation methods. With decreasing ripple of the reference voltage, the leakage current caused by the Y capacitors is reduced at the same time. With the invention, for example, depending on the reference voltage, a suitable switching pattern for respective switching elements can be selected.
Ein Y-Kondensator ist insbesondere ein speziell für die Funktion der Funkentstörung ausgebildeter Kondensator, der besonderen technischen Anforderungen genügen muss, insbesondere in Bezug auf seine Spannungsfestigkeit, seine Strombelastbarkeit und/oder dergleichen. Es handelt sich bei diesen Kondensatoren um elektronische Bauelemente, die besonderen Anforderungen genügen müssen, insbesondere in Bezug auf die Funkentstörung, wie sie beispielsweise durch die elektromagnetische Verträglichkeit betreffende Normen wie die EN 61000 gegeben ist oder auch hinsichtlich der elektrischen Sicherheit. Y-Kondensatoren sind in der Regel durch die Normung erfasst, beispielsweise gemäß IEC 60364. Hierbei handelt es sich um Kondensatoren, die üblicherweise zwischen dem Phasen- beziehungsweise dem Nullanschluss und dem Bezugspotential, zum Beispiel einem berührbaren, insbesondere schutzgeerdeten, Teil angeschlossen sind, wodurch sie eine aufgrund der elektrischen Sicherheit üblicherweise erforderliche Basisisolierung überbrücken können. Sie müssen deshalb besonders hohe, insbesondere genormte, Anforderungen erfüllen. Y-Kondensatoren werden häufig zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen eingesetzt. Dies ist im Übrigen eine be- sondere Konstellation, bei der das Bezugspotential, wie es zum Beispiel durch den Schutzleiter bereitgestellt werden kann, zu anderen Zwecken als zu einer Schutzerdung und damit dem Schutz vor elektrischem Schlag genutzt werden darf. Hiervon unterscheiden sich die ebenfalls zum Zwecke der Funkentstörung von leitungsgebundenen Funkstörungen eingesetzten X-Kondensatoren, die üblicherweise zur Unterdrückung von Gegentaktstörungen eingesetzt werden. Um die Schutzfunktion des Bezugspotentials beziehungsweise des Schutzleiters nicht zu gefährden, werden sowohl an X-Kondensatoren wie auch an Y-Kondensatoren erhöhte Schutzanforderungen gestellt. In particular, a Y capacitor is a capacitor specially designed for the function of radio interference suppression, which must meet special technical requirements, in particular with respect to its dielectric strength, its current carrying capacity and / or the like. These capacitors are electronic components which have to meet special requirements, in particular with regard to the radio interference suppression, as is the case for example with standards relating to electromagnetic compatibility, such as EN 61000, or also with regard to electrical safety. Y capacitors are usually covered by standardization, for example according to IEC 60364. These are capacitors which are usually connected between the phase or the zero connection and the reference potential, for example a touchable, in particular protective earthed, part, whereby they can bridge a usually required due to electrical safety basic insulation. You must therefore meet very high, especially standardized, requirements. Y capacitors are commonly used to suppress common mode noise. Incidentally, this is a special constellation in which the reference potential, as it can be provided, for example, by the protective conductor, may be used for purposes other than protective earthing and thus protection against electric shock. This differs from the X-capacitors also used for the purpose of radio interference suppression of conducted radio interference, which are commonly used to suppress push-pull interference. In order not to jeopardize the protective function of the reference potential or of the protective conductor, increased protection requirements are imposed both on X capacitors and on Y capacitors.
Um die erfindungsgemäße Verfahrensführung realisieren zu können, wird mit der Erfindung auch die Ladeeinrichtung vorgeschlagen. Die Ladeeinrichtung ist vorzugsweise zur Anordnung am bezie- hungsweise im Kraftfahrzeug ausgebildet. Sie ist insbesondere dazu ausgebildet, an dem Gleichspannungszwischenkreis des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs angeschlossen zu werden, und zwar insbesondere dann, wenn auch der elektrische Energiespeicher an diesem Zwischenkreis angeschlossen ist und somit durch die Ladeeinrichtung unmittelbar mit elektrischer Ladung beaufschlagt werden kann. Darüber hinaus ist es natürlich auch möglich, die Ladeeinrichtung mit ihrem Energiespeicheranschluss direkt am elektrischen Energiespeicher anzuschließen. Dabei kann vorgesehen sein, den Gleichspannungszwischenkreis während des Aufladens des elektrischen Energiespeichers vom elektrischen Energiespeicher elektrisch zu trennen, beispielsweise mittels elektromechanischer Schaltelemente, die durch ein Schütz bereitgestellt werden und/oder dergleichen. Der Ableitstrom braucht jedoch nicht nur durch die Y-Kondensatoren verursacht zu sein, sondern er kann gleichermaßen beziehungsweise ergänzend auch durch parasitäre ka¬ pazitive Kopplungen das Bezugspotential mit einem oder beiden der Energiespeicherpotentiale des elektrischen Energiespeichers beziehungsweise der Zwischenkreispotentiale des Gleichspan¬ nungszwischenkreises bewirkt werden. Parasitäre Kapazitäten sind häufig konstruktionsbedingt vorhanden und lassen sich auch bei sorgfältigster Konstruktion kaum oder nur unzureichend vermeiden. In der Regel wird der Ableitstrom jedoch im Wesentlichen durch die Y-Kondensatoren bestimmt, weil deren elektrische Kapazität in der Realität üblicherweise deutlich größer als die elektrische Kapazität von parasitären Kapazitäten ist . In order to be able to realize the method according to the invention, the charging device is also proposed with the invention. The charging device is preferably designed for arrangement on or in the motor vehicle. It is in particular designed to be connected to the DC voltage intermediate circuit of the electrical system of the motor vehicle, and in particular when the electrical energy storage is connected to this intermediate circuit and thus can be acted upon directly by the charging device with electrical charge. In addition, it is of course also possible to connect the charging device with its energy storage connection directly to the electrical energy storage. It can be provided to electrically disconnect the DC intermediate circuit during charging of the electrical energy storage device from the electrical energy storage, for example by means of electromechanical switching elements, which are provided by a contactor and / or the like. However, the leakage current need not only be caused by the Y capacitors, but it can equally or additionally be effected by parasitic ka ¬ pacitive couplings the reference potential with one or both of the energy storage potentials of the electrical energy storage or the DC link potentials of Gleichspan ¬ voltage intermediate circuit. Parasitic capacities are often present due to design and can be avoided even with the most careful construction hardly or only insufficiently. In general, however, the leakage current is essentially determined by the Y capacitors, because in reality their electrical capacitance is usually significantly greater than the electrical capacitance of parasitic capacitances.
Die Ladeeinrichtung weist die Steuereinheit auf, mittels der die Schaltelemente in geeigneter Weise gesteuert werden können. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit die Energiewandler¬ steuerung. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Steu- ereinheit eine separate Baueinheit darstellt, die an dieThe charging device has the control unit, by means of which the switching elements can be controlled in a suitable manner. Preferably, the control unit comprises the energy converter ¬ control. However, it can also be provided that the control unit represents a separate structural unit which is connected to the
Energiewandlersteuerung angeschlossen ist und die Energiewandlersteuerung mit entsprechenden Steuersignalen für die Schaltelemente versorgt. Die Steuereinheit ist vorzugsweise eine elektronische Schaltung, die an einen Spannungssensor, ins- besondere zur Erfassung der Bezugsspannung, angeschlossen sein kann oder diesen sogar auch umfassen kann. Darüber hinaus kann die Steuereinheit auch eine programmgesteuerte Rechnereinheit umfassen, die mit der Elektronikschaltung auch kombiniert sein kann. Mittels des Rechnerprogramms kann die Rechnereinheit die gewünschte Funktionalität bereitstellen. Energy converter control is connected and the energy converter control supplied with corresponding control signals for the switching elements. The control unit is preferably an electronic circuit, which may be connected to a voltage sensor, in particular for detecting the reference voltage, or may even include this. In addition, the control unit may also include a program-controlled computer unit, which may also be combined with the electronic circuit. By means of the computer program, the computer unit can provide the desired functionality.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Wechselspannung mit einer vorgegebenen Wechselspannungsfrequenz bereitgestellt wird und zum Steuern der Schaltelemente lediglich ein spektraler Anteil der elektrischen Bezugsspannung in einem vorgegebenen Bereich der Wechselspannungsfrequenz berücksichtigt wird. Der Bereich der Wechselspannungsfrequenz umfasst beispielsweise einen Bereich, der durch eine maximale Abweichung von der Wechselspannungsfrequenz um etwa 10%, vorzugsweise 5%, be¬ reitgestellt sein kann. Vorzugsweise entspricht der vorgegebene Bereich genau der Wechselspannungsfrequenz. Dies hat den Vorteil, dass gerade die besonders ungünstig zu filternden Frequenzen im Bereich der Wechselspannungsfrequenz kompensiert werden können. Die Wechselspannungsfrequenz beträgt beispielsweise 50 Hz beziehungsweise 60 Hz, je nachdem, in welcher Region und bei welchem Energieversorgungsnetz die Ladestation angeschlossen ist. Bei Inselnetzen kann darüber hinaus auch eine Frequenz von 400 Hz vorgesehen sein, so beispielsweise beiIt proves particularly advantageous if the AC voltage is provided at a predetermined AC voltage frequency and only a spectral portion of the electrical reference voltage in a predetermined range of the AC voltage frequency is taken into account for controlling the switching elements. The range of the AC voltage frequency includes, for example, a range that is determined by a maximum deviation from the AC voltage frequency by about 10%, preferably 5%, be ¬ be provided. Preferably, the predetermined range corresponds exactly to the AC voltage frequency. This has the advantage that it is precisely the frequencies that are particularly unfavorably to be filtered that can be compensated for in the range of the AC voltage frequency. The AC voltage frequency is, for example, 50 Hz or 60 Hz, depending on in which region and in which energy supply network the charging station is connected. In isolated networks, moreover, a frequency of 400 Hz may be provided, such as at
Bordnetzen auf Schiffen, in Flugzeugen und/oder dergleichen. Gerade die aufgrund der geringen Frequenz nur mit großem Aufwand zu reduzierenden Ableitströme im Bereich von 50 Hz beziehungsweise 60 Hz können somit reduziert werden, wodurch ein diesbezüglicher Aufwand in Bezug auf eine Filterung entsprechend reduziert werden kann. Darüber hinaus eignet sich diese Ver¬ fahrensführung natürlich insbesondere auch für Regelungszwecke, bei denen die Schaltmuster für die Schaltelemente abhängig von der erfassten Bezugsspannung verändert werden. On-board networks on ships, in aircraft and / or the like. Especially due to the low frequency only with great effort to reduce leakage currents in the range of 50 Hz or 60 Hz can thus be reduced, whereby a related effort in terms of filtering can be reduced accordingly. Moreover, these Ver ¬ direction drive course is particularly suitable for control purposes for which the switching pattern for the switching elements are changed depending on the detected reference voltage.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Schaltelemente derart gesteuert werden, dass die elektrische Bezugsspannung im Wesentlichen konstant ist. Diese Ausgestaltung berücksichtigt, dass bei einer im Wesentlichen konstanten Bezugsspannung insbesondere durch die Y-Kondensatoren nur sehr kleine beziehungsweise vernachlässigbare Ableitströme verursacht werden. Dies ergibt sich aus der Funktionalität von Kondensatoren. In addition, it is proposed that the switching elements are controlled such that the electrical reference voltage is substantially constant. This embodiment takes into account that only very small or negligible leakage currents are caused at a substantially constant reference voltage, in particular by the Y capacitors. This results from the functionality of capacitors.
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die According to a further development, it is proposed that the
Schaltelemente derart gesteuert werden, dass die elektrische Bezugsspannung 40% bis 60%, vorzugsweise 50%, einer elektrischen Energiespeicherspannung zwischen den wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen des elektrischen Energiespeichers entspricht. Ist der elektrische Energiespeicher unmittelbar an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen, entspricht diese Spannung der Zwischenkreisgleichspannung . Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine Spannungsbelastung der Bauelemente gegenüber dem elektrischen Bezugspotential ver- gleichmäßigt werden kann. Darüber hinaus können Auswirkungen, die beispielsweise Gegentaktstörungen zur Folge haben, reduziert werden . Es wird ferner vorgeschlagen, dass eines der elektrischenSwitching elements are controlled such that the electrical reference voltage corresponds to 40% to 60%, preferably 50%, an electrical energy storage voltage between the at least two energy storage potentials of the electrical energy storage. If the electrical energy store is connected directly to the DC voltage intermediate circuit, this voltage corresponds to the DC link voltage. This embodiment has the advantage that a voltage load of the components relative to the electrical reference potential can be uniform. In addition, effects that result in, for example, differential mode noise can be reduced. It is further proposed that one of the electrical
Wechselspannungspotentiale der elektrischen Wechselspannung mit dem elektrischen Bezugspotential elektrisch gekoppelt ist, wobei die Mittelanschlüsse der beiden Reihenschaltungen mit den beiden von der Ladestation zur Verfügung gestellten Anschlüssen be- ziehungsweise elektrischen Potentialen gekoppelt sind. Ein netzfrequenter Anteil der Spannungen, beispielsweise bei einer Frequenz von etwa 50Hz, welche an den beiden Mittelanschlüssen der beiden Reihenschaltungen gegenüber dem Bezugspotential eingestellt werden, folgt dabei im Wesentlichen dem netzfre- quenten Anteil der beiden angeschlossenen elektrischen Potentiale bezogen auf das Bezugspotential. Weiterhin können auch die Spannungsabfälle über den Netzfilterdrosseln beim Stellen der Spannungen an den beiden Mittelanschlüssen der beiden Reihenschaltungen berücksichtigt werden, was zu einer nahezu gänzlichen Eliminierung der netzfrequenten Anteile der Ableitströme führen kann. AC potentials of the electrical AC voltage is electrically coupled to the electrical reference potential, wherein the center terminals of the two series circuits are coupled to the two provided by the charging station connections or electrical potentials. A power-frequency component of the voltages, for example at a frequency of approximately 50 Hz, which are set at the two center connections of the two series circuits with respect to the reference potential, essentially follows the power-frequency component of the two connected electrical potentials with respect to the reference potential. Furthermore, the voltage drops across the line filter chokes can be taken into account when setting the voltages at the two center terminals of the two series circuits, which can lead to a nearly complete elimination of the mains frequency components of the leakage currents.
Bei einem in Deutschland üblichen Netzanschluss , beispielsweise eines öffentlichen Energieversorgungsnetzes, bei welchem der Nullanschluss fix mit dem Bezugspotential verbunden ist, während der Phasenanschluss die volle Arbeitsspannung gegenüber dem Bezugspotential führt, würde sich eine vorteilhafte Ansteuerung der Leistungsschalter dadurch auszeichnen, dass die Reihenschaltung, deren Mittelanschluss mit dem Bezugspotential elektrisch gekoppelt ist, etwa 40% bis 60%, vorzugsweise etwa 50%, der Energiespeicherspannung beziehungsweise gegebenenfalls der Zwischenkreisspannung, und die andere Reihenschaltung den vollen Hub der Ladespannung ausführt, also sinusförmig beispielsweise zwischen 10% und 90% der Energiespeicherspannung mit der Netzfrequenz schwingt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung können diesen beiden Spannungen noch die Spannungsabfälle über den Netzfilterdrosseln überlagert werden. Die beiden Reihenschaltungen des getakteten Energiewandlers werden gemäß der Erfindung vorzugsweise derart betrieben, dass sie bezogen auf die Zwischenkreisgleichspannung, die am getakteten Energiewandler zur Verfügung steht, an einem der beiden Mittelanschlüsse eine Wechselspannung mit einer vollen Amplitude bei der Wechselspannungsfrequenz bereitstellt, wohingegen die andere Reihenschaltung an ihrem Mittelanschluss eine gegen- phasige Teilspannung der Wechselspannung bei der Wechselspannungsfrequenz bereitstellt. Dadurch kann erreicht werden, dass der entsprechende Wechselspannungsanteil der Bezugs¬ spannung reduziert wird, wodurch infolgedessen auch der Ableitstrom entsprechend reduziert wird. In a conventional power supply in Germany, for example, a public power grid, in which the zero terminal is fixed to the reference potential, while the phase connection performs the full working voltage compared to the reference potential, an advantageous control of the circuit breaker would be characterized in that the series circuit, the center port electrically coupled to the reference potential, about 40% to 60%, preferably about 50%, the energy storage voltage or optionally the DC link voltage, and the other series circuit performs the full stroke of the charging voltage, ie sinusoidally, for example, between 10% and 90% of the energy storage voltage with the Mains frequency oscillates. In a further advantageous embodiment, the voltage drops across the line filter chokes can be superimposed on these two voltages. The two series circuits of the clocked energy converter are preferably operated according to the invention so that it provides an AC voltage with a full amplitude at the AC frequency at one of the two center connections with respect to the DC link voltage available at the clocked power converter, whereas the other series circuit its central terminal provides an opposite phase partial voltage of the AC voltage at the AC frequency. This can be achieved that the corresponding AC component of the reference ¬ voltage is reduced, thereby consequently, the leakage current is reduced accordingly.
In der Regel ist jedes der wenigstens zwei Energiespeicher- potentiale des elektrischen Energiespeichers über jeweils einen Y-Kondensator mit dem elektrischen Bezugspotential elektrisch gekoppelt. Damit die Ladeeinrichtung ermitteln kann, welcher der Mittelanschlüsse mit dem Bezugspotential elektrisch gekoppelt ist, wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Schaltelemente jeweils eine Inversdiode aufweisen, wobei die Schaltelemente ausgeschaltet werden und jeweilige elektrische Schaltelem¬ entspannungen erfasst und ausgewertet werden, um zu ermitteln, welcher der Mittelanschlüsse mit dem Bezugspotential elektrisch gekoppelt ist. Diese Ausgestaltung nutzt den Sachverhalt, dass für die Schaltelemente vorgesehene Treiberschaltungen in der Regel eine Schaltzustandserfassung umfassen. Die Schaltzu- standserfassung basiert darauf, dass eine am Schaltelement anliegende Schaltelementspannung erfasst wird. Ist die erfasste Schaltelementspannung kleiner als ein vorgegebener Ver- gleichswert, wird dies als eingeschalteter Zustand ausgegeben. Ist hingegen die erfasste Schaltelementspannung größer als der Vergleichswert, wird dies als ausgeschalteter Zustand ausge¬ geben. Dadurch ist es möglich, den jeweiligen Schaltzustand der Schaltelemente zu erfassen. Da zu jedem Schaltelement eine jeweilige Diode parallelgeschaltet ist, kann damit auch derAs a rule, each of the at least two energy storage potentials of the electrical energy store is electrically coupled via a respective Y capacitor to the electrical reference potential. Thus, the charging device can determine which is electrically coupled to the central terminals to the reference potential, it is further proposed that the switching elements each having an inverse diode, wherein the switching elements are turned off, and respective electrical Schaltelem ¬ relaxations are recorded and evaluated to determine which of the Central terminals is electrically coupled to the reference potential. This embodiment makes use of the fact that drive circuits provided for the switching elements generally comprise a switching state detection. The switching state detection is based on detecting a switching element voltage applied to the switching element. If the detected switching element voltage is smaller than a predetermined comparison value, this is output as a switched-on state. If, however, the detected switching element voltage greater than the comparison value, this will be as a power-down state ¬. This makes it possible to detect the respective switching state of the switching elements. Since a respective diode is connected in parallel to each switching element, thus also the
Schaltzustand der jeweiligen Diode ermittelt werden, weil die Schaltelemente selbst im ausgestalteten Schaltzustand sind. In dieser Ausgestaltung funktioniert der getaktete Energiewandler wie ein einphasiger Brückengleichrichter. Der Vergleichswert wird vorzugsweise bei einer elektrischen Spannung von etwa 4 V gewählt. Er kann jedoch abweichend davon auch in einem Bereich von etwa 2,5 V bis etwa 8 V gewählt sein. Dabei basiert diese Ausgestaltung darauf, dass ein Schaltzustand des Schaltelements , bei dem der Mittelanschluss der Reihenschaltung mit dem Pha- senanschluss elektrisch gekoppelt ist, entsprechend der Switching state of the respective diode can be determined because the switching elements are themselves in the designed switching state. In this embodiment, the clocked energy converter works like a single-phase bridge rectifier. The comparison value is preferably chosen at an electrical voltage of about 4V. However, it may also be chosen in a range from about 2.5 V to about 8 V, in deviation. In this case, this embodiment is based on the fact that a switching state of the switching element, in which the middle connection of the series connection is electrically coupled to the phase connection, corresponds to FIG
Wechselspannungsfrequenz hin und her schwingt, wohingegen der Schaltzustand eines Schaltelements in der Reihenschaltung, deren Mittelanschluss an dem Nullanschluss angeschlossen ist , konstant den ausgeschalteten Zustand ausgibt. Die hierdurch ermittelte Anschlusssituation der Ladestation an den getakteten Energiewandler kann dazu genutzt werden, die Schaltelemente der beiden Reihenschaltungen in geeigneter Weise ansteuern zu können, wie das zuvor bereits im Detail erläutert wurde. AC frequency oscillates back and forth, whereas the switching state of a switching element in the series circuit whose center terminal is connected to the zero terminal, constantly outputs the off state. The thus determined connection situation of the charging station to the clocked energy converter can be used to be able to control the switching elements of the two series circuits in a suitable manner, as has already been explained in detail above.
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der La- destationsanschluss mit dem getakteten Energiewandler galva¬ nisch gekoppelt ist. Die Erfindung ermöglicht es nämlich, auf eine galvanische Trennung, wie sie im Stand der Technik üblich ist, zu verzichten. Im Stand der Technik dient die galvanische Trennung unter anderem eben auch dazu, Ableitströme zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist üblicherweise ein geeigneter Transformator vorgesehen, mittels dem die galvanische Trennung erreicht werden kann. Ein solcher Transformator ist jedoch kostenintensiv und benötigt darüber hinaus einen großen Bauraum. Mit der Erfindung ist es möglich, die galvanische Trennung zu vermeiden und zugleich die Anforderungen, die zumindest teilweise auch durch die Normung begründet sein können, zu erfüllen. According to a further development it is proposed that the laser is destationsanschluss coupled to the switched energy converter galvanic ¬ cally. Namely, the invention makes it possible to dispense with galvanic isolation, as is conventional in the prior art. In the prior art, the galvanic separation also serves, among other things, to prevent leakage currents. For this purpose, a suitable transformer is usually provided, by means of which the electrical isolation can be achieved. However, such a transformer is costly and also requires a large amount of space. With the invention, it is possible to avoid the galvanic separation and at the same time to meet the requirements, which may be at least partially justified by the standardization.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass das Kraftfahrzeug eine elektrische Antriebseinrichtung aufweist, die eine dreiphasige elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einen an die elektrische Maschine und das Bordnetz angeschlossenen Wechselrichter aufweist, der ausgebildet ist, ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz für die elektrische Maschine bereitzu¬ stellen, wobei der Wechselrichter ausgebildet ist, den getakteten Energiewandler der Ladeeinrichtung bereitzustellen. Diese Weiterbildung nutzt einen bereits bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug ohnedies vorhandenen Wechselrichter, um den getakteten Energiewandler zum Zwecke des Aufladens des elektrischen Energiespeichers bereitzustellen. Es braucht also bei dieser Weiterbildung kein separater getakteter Energiewandler vorgesehen zu werden. Dadurch, dass der Wechselrichter bereits für einen dreiphasigen Betrieb ausgelegt ist, umfasst dieser Wechselrichter in der Regel auch eine Schaltelementstruktur, wie sie für den getakteten Energiewandler erforderlich ist, der zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensführung dient. Dadurch können Aufwand, Bauraum und Gewicht eingespart werden. Dies ist gerade bei Kraftfahrzeugen von Vorteil . Es wird ferner vorgeschlagen, dass der getaktete Energiewandler über Phasenwicklungen der elektrischen Maschine mit dem La- deanschluss elektrisch gekoppelt ist. Hierbei wird die elektrische Maschine zumindest teilweise in den Wandlungsprozess einbezogen. Dadurch ist es möglich, den getakteten Energie- wandler auch als Hochsetzsteller beziehungsweise Tiefsetzsteller zu betreiben. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn Ständerwicklungen der elektrischen Maschine in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb an einem Sternpunkt angeschlossen sind, wobei der Sternpunkt zum Zwecke des Aufladens aufgelöst wird, sodass jeweilige hierdurch freiwerdende Wicklungsanschlüsse die Funktion der Mittelanschlüsse des getakteten Energiewandlers übernehmen können. Dadurch können zusätzliche Wirkungen aufgrund der durch die Wicklungen bereitgestellten Induktivitäten vorteilhaft für die erfindungsgemäße Verfahrensführung genutzt werden. It is further proposed that the motor vehicle has an electric drive device, which has a three-phase electrical machine for driving the motor vehicle and an output connected to the electric machine and the vehicle power supply inverter, which is formed, provide a three-phase AC power supply system for the electric machine bereitzu ¬, wherein the inverter is configured to provide the clocked power converter of the charging device. This development uses an existing already in an electrically driven motor vehicle anyway existing inverter to provide the clocked energy converter for the purpose of charging the electrical energy storage. Thus, it is not necessary to provide a separate clocked energy converter in this development. As a result of the fact that the inverter is already designed for three-phase operation, this inverter generally also includes a switching element structure, as is required for the cycled energy converter, which is used to carry out the method according to the invention. As a result, effort, space and weight can be saved. This is particularly advantageous in motor vehicles. It is also proposed that the clocked energy converter is electrically coupled via phase windings of the electric machine to the charge port. In this case, the electric machine is at least partially included in the conversion process. This makes it possible to operate the clocked energy converter as a boost converter or buck converter. It proves to be particularly advantageous if stator windings of the electric machine are connected to a star point in a proper driving operation, with the neutral point being resolved for the purpose of charging, so that respective winding connections released thereby can take over the function of the center connections of the cycled energy converter. As a result, additional effects due to the inductances provided by the windings can be used advantageously for the method according to the invention.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind und umgekehrt . Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen hier nicht noch einmal beschrieben . Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung be¬ schrieben. Hierzu zeigt: The invention also includes developments of the method according to the invention, which have features as they have already been described in connection with the developments of the charging device according to the invention or the motor vehicle according to the invention and vice versa. For this reason, the corresponding developments are not described here again. Embodiments of the invention are be ¬ wrote. This shows:
Fig. 1 eine schematische Schaltbildansicht eines elektri- sehen Bordnetzes eines Elektrofahrzeugs als Kraft¬ fahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinrichtung in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb; Fig. 1 is a schematic diagram of an electrical wiring system of an electric vehicle as a force ¬ vehicle with an electric drive device in a designated driving operation;
Fig. 2 eine schematische Schaltbildansicht wie Fig. 1, bei der jedoch das Elektrofahrzeug zum Aufladen einesFig. 2 is a schematic diagram view as in FIG. 1, but in which the electric vehicle for charging a
Akkumulators des Bordnetzes an eine Ladestation angeschlossen ist, die ein dreiphasiges Wechsel¬ spannungsnetz bereitstellt; Fig. 3 eine schematische Diagrammdarstellung von elektrischen Spannungen, die an Wechselspannungsanschlüssen eines Wechselrichters der Antriebseinrichtung beim Aufladen gemäß Fig. 2 anliegen; Fig. 4 in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Accumulator of the electrical system is connected to a charging station, which provides a three-phase AC voltage network ¬ ; Fig. 3 is a schematic diagram of electrical voltages applied to AC terminals of an inverter of the drive means when charging in accordance with Fig. 2; Fig. 4 in a schematic diagram representation
PWM-Muster für eine der in Fig. 3 gezeigten WechselSpannungen;  PWM pattern for one of the AC voltages shown in FIG. 3;
Fig. 5 eine schematische Diagrammdarstellung von elektri- sehen Spannungen wie Fig. 3, die an Eingangsanschlüssen des Wechselrichters beim Anschluss an eine Ladestation anliegen, die eine einphasige Wechsel¬ spannung bereitstellt; Fig. 6 eine schematische Diagrammdarstellung wie Fig. 4 von 5 is a schematic diagram of electrical see voltages as Figure 3, abut the input terminals of the inverter when connecting to a charging station, which provides a single-phase AC voltage ¬ ; Fig. 6 is a schematic diagram representation as shown in FIG. 4 of
PWM-Mustern zum Einstellen der Spannungen gemäß Fig. 5;  PWM patterns for adjusting the voltages according to FIG. 5;
Fig. 7 eine schematische Schaltbilddarstellung wie Fig. 2, bei der das Bordnetz zum Aufladen des Energiespeichers an eine Ladestation angeschlossen ist, die eine einphasige Wechselspannung bereitstellt; Fig. 8 eine schematische Darstellung wie Fig. 5 für die Schaltung gemäß Fig. 7 ; 7 shows a schematic circuit diagram representation like FIG. 2, in which the vehicle electrical system for charging the energy store is connected to a charging station, which provides a single-phase AC voltage; FIG. 8 shows a schematic view like FIG. 5 for the circuit according to FIG. 7; FIG.
Fig. 9 eine schematische Darstellung wie Fig. 6 für die Fig. 9 is a schematic representation as shown in FIG. 6 for the
Bereitstellung einer Spannung gemäß Fig. 8 ;  Providing a voltage according to FIG. 8;
Fig. 10 eine schematische Schaltbilddarstellung wie Fig. 7, wobei die Schaltelemente des Wechselrichters gemäß einem Schaltmuster der Erfindung gesteuert werden, wie es anhand von Fig. 9 dargestellt ist; Fig. 10 is a schematic diagram of Fig. 7, wherein the switching elements of the inverter are controlled in accordance with a switching pattern of the invention, as illustrated with reference to Fig. 9;
Fig. 11 eine schematische Ersatzschaltbilddarstellung für eine Simulation des Betriebs der Schaltung gemäß Fig. 7; FIG. 11 is a schematic equivalent circuit diagram for a simulation of the operation of the circuit of FIG. 7; FIG.
Fig. 12 eine schematische Diagrammdarstellung der Verhältnisse beim Betrieb der Schaltung gemäß Fig. 7 ; FIG. 12 shows a schematic diagram of the conditions during operation of the circuit according to FIG. 7; FIG.
Fig. 13 eine schematische Ersatzschaltbilddarstellung der Fig. 13 is a schematic equivalent circuit diagram of the
Schaltung gemäß Fig. 10 für Simulationszwecke;  Circuit according to FIG. 10 for simulation purposes;
Fig. 14 eine Darstellung wie Fig. 12 für die Ersatzschaltbilddarstellung gemäß Fig. 13; Fig. 15 eine schematische Ersatzschaltbilddarstellung für eine weiter verbesserte Gleichtaktunterdrückung; FIG. 14 is a view like FIG. 12 for the equivalent circuit diagram of FIG. 13; FIG. FIG. 15 is a schematic equivalent circuit diagram for further improved common-mode rejection; FIG.
Fig. 16 eine Darstellung wie Fig. 14 für die Ersatzschalt¬ bilddarstellung gemäß Fig. 15; FIG. 16 shows an illustration as in FIG. 14 for the equivalent switching image representation according to FIG. 15; FIG.
Fig. 17 eine schematische Ersatzschaltbilddarstellung zur 17 is a schematic equivalent circuit diagram for
Ermittlung, welcher der Wechselrichteranschlüsse mit einem Nullanschluss der Ladestation elektrisch verbunden ist;  Determining which of the inverter terminals is electrically connected to a zero terminal of the charging station;
Fig. 18 eine schematische Diagrammdarstellung einer Simulation der Schaltung gemäß Fig. 17, um zu ermitteln, welcher der Wechselrichteranschlüsse mit dem Null- anschluss der Ladestation elektrisch gekoppelt ist; und 18 is a schematic diagram of a simulation of the circuit of FIG. 17 to determine which of the inverter terminals is connected to the neutral connection of the charging station is electrically coupled; and
Fig. 19 eine Darstellung wie Fig. 18, bei der das Erkennen weiter verdeutlich ist. FIG. 19 is an illustration like FIG. 18, in which the recognition is further clarified.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der jeweiligen Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar . The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the respective embodiment each represent individual, independently to be considered features of the invention, which further develop the invention independently and thus individually or in any other than the combination shown to be considered part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung einen Gleichspannungszwischenkreis 54 eines elektrischen Bordnetzes eines nicht weiter dargestellten Elektrofahrzeugs als elektrisch angetriebenem Kraftfahrzeug, an dem eine elektrische An¬ triebseinrichtung 56 angeschlossen ist. Die elektrische Antriebseinrichtung 56 umfasst eine dreiphasige elektrische Maschine 58, die vorliegend als Synchronmaschine ausgebildet ist und die zum Antreiben des Elektrofahrzeugs dient. Fig. 1 shows a schematic diagram representation of a DC intermediate circuit 54 of an electrical system of an electric vehicle not further illustrated as an electrically driven motor vehicle, in which an electrical An ¬ drive device 56 is connected. The electric drive device 56 comprises a three-phase electrical machine 58, which in the present case is designed as a synchronous machine and which serves to drive the electric vehicle.
An die elektrische Maschine 58 ist ein Wechselrichter 60 an¬ geschlossen, der ausgebildet ist, ein dreiphasiges Wechsel¬ spannungsnetz für die elektrische Maschine 58 bereitzustellen. Der Wechselrichter 60 umfasst eine Steuereinheit 52, mittels der der Wechselrichter 60 hinsichtlich des Wechselspannungsnetzes in geeigneter Weise gesteuert wird, damit die elektrische Maschine 58 die gewünschte Antriebsfunktion während des bestimmungs¬ gemäßen Fahrbetriebs des Elektrofahrzeugs bereitzustellen vermag. Zu diesem Zweck weist der Wechselrichter drei im Folgenden noch weiter erläuterte Wechselrichteranschlüsse auf, an denen nicht bezeichnete Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 angeschlossen sind. Die Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 sind im Fahrbetrieb an einem gemeinsamen Sternpunkt 62 angeschlossen. Der Wechselrichter 60 ist weiterhin an den Gleichspannungszwischenkreis 54 angeschlossen. To the electric machine 58, an inverter 60 is closed at ¬ formed to provide a three-phase alternating voltage network ¬ for the electric machine 58th The inverter 60 comprises a control unit 52, by means of the inverter 60 is controlled with respect to the alternating-voltage network in a suitable manner, so that the electrical machine 58 to provide the desired drive function during the determination ¬ proper driving operation of the electric vehicle can. For this purpose, the inverter has three inverter connections, which are explained in more detail below, to which non-designated stator windings of the electrical machine 58 are connected. The stator windings of the electric machine 58 are connected while driving at a common star point 62. The inverter 60 is further connected to the DC voltage intermediate circuit 54.
An dem Gleichspannungszwischenkreis 54 ist ferner eine Hoch¬ voltbatterie 10 als elektrischer Energiespeicher angeschlossen, die elektrische Energie für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs bereitstellt. Somit stellt die Hoch¬ voltbatterie 10 zugleich auch die Zwischenkreisgleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises 54 bereit. At the DC voltage intermediate circuit 54 is also a high ¬ voltbatterie 10 is connected as an electrical energy storage, which provides electrical energy for the intended driving operation of the electric vehicle. Thus, the high-voltage battery 10 ¬ at the same time also provides the intermediate circuit direct voltage of the DC voltage intermediate circuit 54th
Elektrische Potentiale der Hochvoltbatterie 10, die Energie¬ speicherpotentiale darstellen, sind über jeweilige Electrical potentials of the high-voltage battery 10, which represent energy ¬ storage potentials are on respective
Y-Kondensatoren 42, 44 mit einem Bezugspotential gekoppelt, welches vorliegend durch eine Masse 40 des Elektrofahrzeugs gebildet ist. Durch die Y-Kondensatoren 42, 44 wird eine Funkentstörung in Bezug auf Gleichtaktstörungen erreicht. Die Y-Kondensatoren 42, 44 wirken diesbezüglich mit einer stromkompensierten Drossel 64 zusammen. In der vorliegenden Ausgestaltung beträgt die elektrische Kapazität eines jeden der beiden Y-Kondensatoren 42, 44 etwa 1 ]iF . Die elektrische Ka¬ pazität der Y-Kondensatoren 42, 44 kann bedarfsweise auch hiervon abweichend gewählt sein. Y capacitors 42, 44 coupled to a reference potential, which is presently formed by a mass 40 of the electric vehicle. By the Y-capacitors 42, 44, a radio interference with respect to common mode noise is achieved. The Y capacitors 42, 44 cooperate in this regard with a current-compensated inductor 64. In the present embodiment, the electrical capacitance of each of the two Y capacitors 42, 44 is about 1 i iF. The electric capacity of the Ka ¬ Y-capacitors 42, 44 may be needed, even thereof chosen differently.
In zwei in einem linken Bereich in Fig. 1 übereinander dar- gestellten Diagrammen ist eine jeweilige elektrische Spannung der Potentiale der Hochvoltbatterie 10 gegenüber der Masse 40 dargestellt. Aus den beiden schematischen Diagrammen ist ersichtlich, dass eine Bezugsspannung 38, die zwischen einem positiven elektrischen Potential der Hochvoltbatterie 10 und der Masse 40 ausgebildet ist, etwa der Hälfte der Zwischenkreis¬ gleichspannung entspricht. Entsprechend ergibt sich eine elektrische Spannung zwischen dem negativen elektrischen Potential der Hochvoltbatterie 10 und der Masse 40. In zwei in einem rechten Bereich neben dem Schaltbild dargestellten Diagrammen sind elektrische Potentiale eines Stern¬ punkts 62 in Bezug auf das negative Potential der Hochvolt- batterie 10 dargestellt. Der Sternpunkt 62 ist durch jeweiligen Wicklungsanschlüsse von Wicklungen der elektrischen Maschine 58 gebildet. Das linke der beiden Diagramme zeigt eine elektrische Spannung zwischen den beiden Potentialen mit einer Auflösung im Bereich einer Taktfrequenz des Wechselrichters 60. Das rechts daneben dargestellte Diagramm zeigt das elektrische Potential bezogen auf eine Betriebsfrequenz der elektrischen Maschine 58. In two diagrams, shown one above the other in a left-hand region in FIG. 1, a respective electrical voltage of the potentials of the high-voltage battery 10 with respect to the mass 40 is shown. It can be seen from the two schematic diagrams that a reference voltage 38, which is formed between a positive electrical potential of the high-voltage battery 10 and the ground 40, corresponds to approximately half of the DC link voltage. Accordingly, an electrical voltage results between the negative electrical potential of the high-voltage battery 10 and the mass 40. In two in a right portion adjacent to the circuit diagram shown charts electrical potentials of a star ¬ point 62 with respect to the negative potential of the high-voltage battery 10 are shown. The star point 62 is formed by respective winding terminals of windings of the electric machine 58. The left of the two diagrams shows an electrical voltage between the two potentials with a resolution in the range of a clock frequency of the inverter 60. The diagram shown to the right shows the electrical potential relative to an operating frequency of the electric machine 58.
Während des normalen Fahrbetriebs ist das Gleichtaktpotential auf der Zwischenkreisseite der an der Hochvoltbatterie 10 über die Y-Kondensatoren 42, 44 auf die Masse 40 geklemmt. Dagegen kann das Gegentaktpotential an der Wechselspannungsseite der elektrischen Maschine 58 um die Masse 40 springen, und zwar im Takt der Schaltfrequenz des Wechselrichters 60. Der Wechselrichter 60 weist vorliegend drei Reihenschaltungen 22, 24, 26 aus jeweils zwei Halbleiterschaltern 28, 30 auf, die vorliegend durch Isolated Gate Bipolar Transitoren (IGBT) gebildet sind. Die Reihenschaltungen 22, 24, 26 sind paral¬ lelgeschaltet und an den Gleichspannungszwischenkreis 54 an- geschlossen. Jede der drei Reihenschaltungen 22, 24, 26 weist einen jeweiligen Mittelanschluss 32, 34, 36 auf, die die Wechselrichteranschlüsse bereitstellen, an denen die Stän¬ derwicklungen der elektrischen Maschine 58 angeschlossen sind. Der Wechselrichter 60 ist somit nach Art einer B6 Wechsel- richterbrücke ausgebildet und stellt für den Fahrbetrieb das dreiphasige Wechselspannungsnetz zur Verfügung. During normal driving operation, the common mode potential on the intermediate circuit side of the high-voltage battery 10 via the Y-capacitors 42, 44 is clamped to the ground 40. In contrast, the push-pull potential on the AC side of the electric machine 58 jump around the mass 40, in time with the switching frequency of the inverter 60. The inverter 60 has in this case three series circuits 22, 24, 26 of two semiconductor switches 28, 30, in the present case are formed by Isolated Gate Bipolar Transitors (IGBT). The series circuits 22, 24, 26 are paral ¬ lelgeschaltet and subsequently closed to the DC voltage intermediate circuit 54th Each of the three series circuits 22, 24, 26 has a respective center terminal 32, 34, 36, which provide the inverter terminals to which the Stän ¬ derwicklungen the electrical machine 58 are connected. The inverter 60 is thus designed in the manner of a B6 inverter bridge and provides the three-phase alternating voltage network for driving.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung basierend auf Fig. 1, wie das Bordnetz zum Aufladen der Fig. 2 shows in a schematic diagram representation based on Fig. 1, as the electrical system for charging the
Hochvoltbatterie 10 an eine fahrzeugexterne Ladestation 12 angeschlossen ist, die elektrische Energie zum Aufladen der Hochvoltbatterie 10 bereitstellt. Die Ladestation 12 ist eine stationäre Ladestation, und das Elektrofahrzeug wird zum An- schließen an die Ladestation 12 im Bereich der Ladestation 12 abgestellt. Über eine nicht weitere dargestellte leitungsge¬ bundene Verbindung, vorliegend ein Anschlusskabel, wird das Bordnetz, wie im Folgenden noch weiter erläutert wird, an die Ladestation 12 angeschlossen. Die Ladestation 12 stellt eine dreiphasige Wechselspannung mit einer Nennspannung von etwa 230 V pro Phase bei einer Wechselspanungsfrequenz von etwa 50 Hz bereit. Die drei Phasen sind jeweils zueinander um 120° ver¬ schoben . High-voltage battery 10 is connected to a vehicle external charging station 12, which provides electrical energy for charging the high-voltage battery 10. The charging station 12 is a stationary charging station and the electric vehicle is used for close to the charging station 12 in the area of the charging station 12 parked. About a not further shown wired ¬ bound connection, in this case a connection cable, the electrical system, as will be explained further below, connected to the charging station 12. The charging station 12 provides a three-phase AC voltage with a nominal voltage of about 230 V per phase at an AC voltage frequency of about 50 Hz. The three phases are inserted ver ¬ respectively to each other by 120 °.
In der vorliegenden Ausgestaltung ist eine galvanische Verbindung zwischen der Ladestation 12 und dem Bordnetz des Elektrofahrzeugs vorgesehen. Entsprechend wird ein Schutz- leiteranschluss beziehungsweise ein Bezugspotential 16, hier Erdpotential, der Ladestation 12 mit der Masse 40 des Elekt¬ rofahrzeugs elektrisch gekoppelt. In the present embodiment, a galvanic connection between the charging station 12 and the electrical system of the electric vehicle is provided. Accordingly, a protective conductor connection or a reference potential 16, here ground, the loading station 12 to the ground 40 of the Elect ¬ rofahrzeugs is electrically coupled.
Die Ladestation 12 umfasst ferner ein für dreiphasige Wechselspannung angepasst ausgebildetes Netzfilter, mittels welchem eine Filterung der Anschlüsse der Ladestation 12 vorgenommen wird, damit vorgeschriebene Grenzwerte für Rückwirkungen un¬ terschritten werden. The loading station 12 also comprises a customized for three-phase alternating voltage network trained filter is carried out by means of which a filtering of the terminals of the charging station 12, so that the prescribed limits for reactions un ¬ be undershot.
Um die Ladestation 12 an das Bordnetz des Elektrofahrzeugs anschließen zu können, ist vorliegend vorgesehen, dass derIn order to connect the charging station 12 to the electrical system of the electric vehicle, it is provided in this case that the
Sternpunkt 62 der elektrischen Maschine 58 geöffnet wird und die entsprechenden Anschlüsse der Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 an die jeweiligen Phasenanschlüsse der La¬ destation 12 angeschlossen werden. Dadurch wird ein Ladesta- tionsanschluss 48 des Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Star point 62 of the electric machine 58 is opened and the corresponding terminals of the stator windings of the electric machine 58 are connected to the respective phase terminals of the La ¬ tion 12. As a result, a charging station connection 48 of the electric vehicle is provided.
Über die Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 und den Wechselrichter 60 kann dann ein Zuführen von elektrischer Energie zur Hochvoltbatterie 10 erfolgen. Zu diesem Zweck werden die IGBT's 28, 30 des Wechselrichters 60 mittels der Steuereinheit 52 des Wechselrichters 60 in geeigneter Weise gesteuert. Der Wechselrichter 60 stellt also einen getakteten Energiewandler bereit, der unter Nutzung der Induktivität der Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 eine Energiewandlung in geeigneter Weise realisiert. Dadurch kann der Hochvoltbatterie 10 elektrische Energie von der Ladestation 12 zugeführt werden. In zwei übereinander dargestellten schematischen Diagrammen in einem linken Bereich in Fig. 2 ist wieder die jeweilige Bezugsspannung 38 dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Be¬ zugsspannung 38 im Wesentlichen der entspricht, wie sie auch in der in Fig. 1 dargestellten Betriebssituation entspricht. Lediglich geringe Schwankungen treten durch das Aufladen mittels einer dreiphasigen Wechselspannung auf. Entsprechend stellen sich die Verhältnisse an den Mittelanschlüssen 32, 34, 36 derart ein, wie sie bereits zur Fig. 1 dargestellt sind. Dies ist durch zwei übereinander dargestellte Diagramme in einem mittleren Bereich in dem Schaltbild der Fig. 2 dargestellt. Im rechten Bereich der Fig. 2 sind die drei Phasen der durch die Ladestation 12 bereitgestellten Wechselspannung dargestellt. The stator windings of the electric machine 58 and the inverter 60 can then be used to supply electrical energy to the high-voltage battery 10. For this purpose, the IGBTs 28, 30 of the inverter 60 are suitably controlled by the control unit 52 of the inverter 60. The inverter 60 thus provides a clocked energy converter, which makes use of the inductance of the stator windings the electric machine 58 realized an energy conversion in a suitable manner. As a result, the high-voltage battery 10 can be supplied with electrical energy from the charging station 12. The respective reference voltage 38 is again shown in two schematic diagrams in a left-hand area in FIG. 2. It can be seen that the Be ¬ zugsspannung 38 is substantially equal, as they correspond also in the embodiment shown in Fig. 1 operating situation. Only slight fluctuations occur when charging by means of a three-phase alternating voltage. Accordingly, the conditions at the central connections 32, 34, 36 set in such a way as they are already shown for Fig. 1. This is illustrated by two superimposed diagrams in a central region in the circuit diagram of FIG. 2. In the right-hand area of FIG. 2, the three phases of the AC voltage provided by the charging station 12 are shown.
Mittels eines ladestationsseitig vorgesehenen Netzfilters beziehungsweise Filterschaltung 120 kann verhindert werden, dass das Bezugspotential 16 weder bezüglich der Zwischenkreisseite noch bezüglich der ladestationsseitigen Wechselspannungsseite springt . Abhängig von einem jeweiligen Schaltmuster für die jeweiligen IGBT's 28, 30, die ein jeweiliges PWM-Muster nutzen, um die jeweilige Gegentaktspannung in Bezug auf die Netzfrequenz von 50 Hz zu realisieren, werden unterschiedliche Störkomponenten erzeugt. Die Filterschaltung 120 der Ladestation 12 ist für diese Störungen angepasst ausgebildet. By means of a charging station provided on the net filter or filter circuit 120 can be prevented that the reference potential 16 jumps neither with respect to the DC link side nor with respect to the charging station side AC voltage side. Depending on a respective switching pattern for the respective IGBTs 28, 30, which use a respective PWM pattern to realize the respective push-pull voltage with respect to the power frequency of 50 Hz, different noise components are generated. The filter circuit 120 of the charging station 12 is designed adapted for these disturbances.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung den zeitlichen Verlauf eines PWM-Musters der Reihenschaltung 24 des Wechselrichters 60 mit einem Graphen 66 sowie die zugehörige integrierte Wechselspannung mit einem Graphen 68. Fig. 3 stellt die drei entsprechenden Wechselspannungen an den drei Eingangsanschlüssen des Wechselrichters 60 mit drei Graphen 70, 72 und 74 dar. In den Diagrammen 3 und 4 ist die Abszisse jeweils eine Zeitachse in der die Zeit in Millisekunden angegeben ist. Die Ordinate ist eine Spannungsachse, die die Spannung in Volt angibt . Fig. 7 zeigt eine schematische Schaltbilddarstellung wie Fig. 2, wobei hier jedoch das Bordnetz des Elektrofahrzeugs an eine Ladestation 14 angeschlossen ist, die eine einphasige Wechselspannung 18 bereitstellt. Infolgedessen sind nunmehr vom Wechselrichter 60 lediglich noch die Reihenschaltungen 22 und 24 bezüglich der Energiewandlung aktiviert. Zusammen mit den4 shows a schematic diagram of the time profile of a PWM pattern of the series circuit 24 of the inverter 60 with a graph 66 and the associated integrated AC voltage with a graph 68. FIG. 3 shows the three corresponding AC voltages at the three input terminals of the inverter 60 with three graphs 70, 72 and 74. In the graphs 3 and 4, the abscissa is respectively a time axis in which the time is given in milliseconds. The ordinate is a voltage axis indicating the voltage in volts. FIG. 7 shows a schematic diagram of a diagram as in FIG. 2, but here the vehicle electrical system of the electric vehicle is connected to a charging station 14, which provides a single-phase AC voltage 18. As a result, only the series circuits 22 and 24 are now activated by the inverter 60 with respect to the energy conversion. Together with the
Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 wird hierdurch ein getakteter Energiewandler 20 gebildet. Der getaktete Energiewandler 20 weist einen Energiespeicheranschluss 50 auf, mit dem er am Gleichspannungszwischenkreis 54 und somit auch an der Hochvoltbatterie 10 angeschlossen ist. Somit bildet der getaktete Energiewandler 20 eine Ladeeinrichtung 46, die ausgebildet ist, an der Ladestation 14 angeschlossen zu werden. Stator windings of the electric machine 58, a clocked energy converter 20 is thereby formed. The clocked energy converter 20 has an energy storage connection 50, with which it is connected to the DC voltage intermediate circuit 54 and thus also to the high-voltage battery 10. Thus, the clocked energy converter 20 forms a charging device 46, which is designed to be connected to the charging station 14.
Die Mittelanschlüsse 32 und 34 der Reihenschaltungen 22, 24 sind entsprechend mit einem Phasenanschluss L und einem Nullanschluss N der Ladestation 14 elektrisch verbunden. Ladestationsseitig wird am Phasenanschluss L gegenüber dem Nullanschluss N eine Wechselspannung von 230 V bei 50 Hz bereitgestellt. Die La¬ destation 14 weist ferner ebenfalls eine Filterschaltung 120 auf. The center terminals 32 and 34 of the series circuits 22, 24 are respectively electrically connected to a phase terminal L and a neutral terminal N of the charging station 14. On the charging station side, an alternating voltage of 230 V at 50 Hz is provided at the phase connection L in relation to the zero connection N. The La ¬ destation 14 further also has a filter circuit 120th
Darüber hinaus ist über eine nicht dargestellte Energiever¬ sorgung, an die die Ladestation 14 angeschlossen ist, der Nullanschluss N mit einem Schutzleiteranschluss als elektrisches Bezugspotential 16 elektrisch gekoppelt. Das Bezugspotential 16 ist vorliegend das Erdpotential. Die weiteren Komponenten sowie deren Funktionalitäten entsprechen denen, wie sie bereits zur Ausführungsform gemäß der Fig. 2 bis 4 erläutert wurden, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Mittels der Steuereinheit 52 werden die IGBT's 28, 30 derMoreover, a not shown Energiever ¬ supply, to which the charger 14 is connected, the neutral connection N are electrically coupled with a protective conductor connection as an electrical reference potential sixteenth The reference potential 16 is presently the ground potential. The other components and their functionalities correspond to those which have already been explained for the embodiment according to FIGS. 2 to 4, for which reason reference is made to the relevant explanations. By means of the control unit 52, the IGBTs 28, 30 of the
Reihenschaltungen 22, 24 gesteuert, damit eine entsprechende Energiewandlung realisiert werden kann. Somit kann der La- destation 14 elektrische Energie entnommen und der Hochvolt¬ batterie 10 zugeführt werden. Series circuits 22, 24 controlled so that a corresponding energy conversion can be realized. Thus, the load destation taken 14 electrical energy and the high-voltage battery ¬ be supplied 10th
Im mittleren Bereich der Fig. 7 sind im Schaltplan zwei übereinander angeordnete schematische Diagramme - wie in Fig. 2 - dargestellt. Aus diesen Diagrammen ist ersichtlich, dass das Gleichtaktsignal an den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters 60 vorliegend kompensiert ist. Das obere der beiden Diagramme zeigt das Gleichtaktpotential bezüglich des negativen Potentials der Hochvoltbatterie 10 in Bezug auf das PWM-Muster, wohingegen das untere schematische Diagramm das Gleichtaktpotential in Bezug auf die Wechselspannungsfrequenz darstellt. In the middle of Fig. 7, two schematic diagrams arranged one above the other are shown in the circuit diagram, as shown in FIG. From these diagrams, it can be seen that the common mode signal at the input terminals of the inverter 60 is compensated here. The upper of the two diagrams shows the common mode potential with respect to the negative potential of the high-voltage battery 10 with respect to the PWM pattern, whereas the lower schematic diagram represents the common-mode potential with respect to the AC frequency.
Im linken Bereich sind - ebenso wie in Fig. 2 - ebenfalls zwei schematische Diagramme übereinander dargestellt. Die beiden übereinander dargestellten Diagramme stellen jeweils die Bezugsspannung 38 bezüglich des positiven Potentials der Hochvoltbatterie 10 in Bezug auf die Masse 40 sowie des negativen Potentials in Bezug auf die Masse 40 dar. Die Masse 40 ist mit dem Bezugspotential 16 elektrisch gekoppelt. In the left area - as well as in Fig. 2 - also two schematic diagrams are shown one above the other. The two superposed diagrams respectively represent the reference voltage 38 with respect to the positive potential of the high-voltage battery 10 with respect to the ground 40 and the negative potential with respect to the ground 40. The ground 40 is electrically coupled to the reference potential 16.
Zu erkennen ist, dass die elektrischen Potentiale phasengleich mit etwa der halben Netzspannungsamplitude gegenüber der Masse 40 mit der Wechselspannungsfrequenz schwanken. Die sich daraus ergebende Bezugsspannung 38 ist also mit einer vergleichsweise hohen Wechselspannung überlagert, sodass von den Y-Kondensatoren 42, 44 ein entsprechend hoher Ableitstrom in die Masse 40 abgeführt wird. Aufgrund der vergleichsweise hohen Kapazität für Y-Kondensatoren kann der Ableitstrom einen unzulässig hohen Wert aufweisen. Es sind deshalb durch die Filterschaltung 120 der Ladestation 14 entsprechende Maßnahmen vorzusehen, die verhindern, dass ein entsprechend hoher Ableitstrom auftreten kann. Mit den Fig. 5 und 6 wird die Funktionalität beim einphasigen Ladebetrieb in diesem Betriebsmodus weiter verdeutlicht. Fig. 5 entspricht der Darstellung, wie sie bereits zu Fig. 3 erläutert wurde. Mit Graphen 78 und 80 sind die entsprechenden Spannungen an den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters 60 dargestellt, die an den Mittelanschlüssen 32, 34, die die entsprechenden Eingangsanschlüsse bereitstellen, integriert vorliegen. Die Darstellung in Fig. 5 zeigt im Wesentlichen die Wechselspannungsfrequenzkomponente ohne weitere Spektra, die unter anderem durch den PWM-Betrieb ergänzend vorliegen können. Fig. 6 zeigt in einer zeitlich gestreckten Darstellung entsprechende PWM-Signale mit Graphen 82, 84, wobei dem mit dem Graphen 78 dargestellten Spannungsverlauf das PWM-Signal zu¬ geordnet ist, welches mit dem Graphen 84 dargestellt ist und dem mit dem Graphen 80 dargestellten Spannungsverlauf das It can be seen that the electrical potentials fluctuate in phase with approximately half the mains voltage amplitude with respect to the ground 40 with the AC voltage frequency. The resulting reference voltage 38 is thus superimposed with a comparatively high alternating voltage, so that a correspondingly high leakage current is dissipated by the Y capacitors 42, 44 into the mass 40. Due to the comparatively high capacity for Y capacitors, the leakage current can have an inadmissibly high value. There are therefore provided by the filter circuit 120 of the charging station 14 appropriate measures that prevent a correspondingly high leakage current can occur. FIGS. 5 and 6 further clarify the functionality in single-phase charging operation in this operating mode. Fig. 5 corresponds to the illustration, as has already been explained to Fig. 3. Graphs 78 and 80 show the respective voltages at the input terminals of the inverter 60 which are integrated at the center terminals 32, 34 which provide the respective input terminals. The illustration in FIG. 5 essentially shows the AC frequency component without further spectra, which may be supplemental, inter alia, by the PWM operation. Fig. 6 shows, in a protracted representation corresponding PWM signals with graphs 82, 84, wherein the voltage profile illustrated with the graph 78, the PWM signal is too ¬ sorted, which is illustrated with the graph 84 and the graph 80 shown Voltage curve that
PWM-Signal, das mit Graphen 82 dargestellt ist. Da das PWM-Signal für die Reihenschaltung 24, deren Mittelanschluss 34 an den Nullanschluss N angeschlossen ist, invertiert zu dem PWM-Signal ist, welches am Mittelanschluss 32 der Reihenschaltung 22 anliegt, die mit dem Phasenanschluss L elektrisch gekoppelt ist, sind die entsprechenden Gleichtaktspannungen konstant bei etwa der halben Zwischenkreisgleichspannung bezogen auf das negative Potential der Hochvoltbatterie 10. Jedoch ist eine Wechsel¬ spannungskomponente der Gleichtaktspannung auf der Netzseite nicht Null, weil der Nullanschluss N mit dem Bezugspotential 16 elektrisch gekoppelt ist. Da das ladestationsseitige PWM signal represented by graph 82. Since the PWM signal for the series circuit 24 whose center terminal 34 is connected to the neutral terminal N is inverted to the PWM signal which is applied to the center terminal 32 of the series circuit 22 which is electrically coupled to the phase terminal L, the respective common mode voltages However, a change ¬ voltage component of the common mode voltage on the network side is not zero, because the zero terminal N is electrically coupled to the reference potential 16. Because the charging station side
Gleichtaktfilter der Filterschaltung 120 die relativ niedrige Wechselspannungsfrequenz von etwa 50 Hz nicht hinreichend zu filtern vermag, sind der Phasenanschluss L und der Nullanschluss N direkt an die Wechselrichteranschlüsse angeschlossen. Die wechselspannungsfrequenzbezogene Gleichtaktkomponente der Wechselrichterausgänge folgt der Wechselspannungsfrequenz- gleichtaktkomponente auf der Ladestationsseite. Da keine Gleichtaktkomponente der Wechselrichteranschlüsse in Bezug auf das negative Potential der Hochvoltbatterie 10 vorliegt, folgt die Gleichtaktspannung auf der Zwischenkreisseite der  Common mode filter of the filter circuit 120 is unable to adequately filter the relatively low AC frequency frequency of about 50 Hz, the phase terminal L and the neutral terminal N are connected directly to the inverter terminals. The AC frequency related common mode component of the inverter outputs follows the AC frequency common mode component on the charging station side. Since there is no common mode component of the inverter terminals with respect to the negative potential of the high voltage battery 10, the common mode voltage on the DC link side follows
Gleichtaktkomponente auf der Ladestationsseite. Fig. 10 zeigt nun ein schematisches Schaltbild wie Fig. 7, wobei hier jedoch die in der Fig. 10 zusätzlich dargestellten schematischen Diagramme den aufgrund der unterschiedlichen Steuerung gemäß der Erfindung sich ergebenden Ableitstrom sowie Gleichtaktpotentiale verdeutlichen. Die Schaltungsstruktur entspricht deshalb der, wie sie bereits zu Fig. 7 erläutert wurde, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird . Die Idee der Erfindung ist es, ein PWM-Muster für einphasiges Laden der Hochvoltbatterie 10 zu nutzen, weil damit die vor¬ genannten Probleme beim einphasigen Laden gelöst werden können. Mit den Fig. 8 und 9 werden den Fig. 5 und 6 entsprechende Diagramme dargestellt, die ebenfalls Spannungsverläufe, wie zu den Fig. 5 und 6 bereits erläutert, darstellen. Common mode component on the charging station side. FIG. 10 now shows a schematic circuit diagram as in FIG. 7, wherein, however, the schematic diagrams additionally shown in FIG. 10 illustrate the leakage current resulting from the different control according to the invention as well as common-mode potentials. The circuit structure therefore corresponds to that which has already been explained with reference to FIG. 7, for which reason reference is additionally made to the relevant explanations. The idea of the invention is to use a PWM pattern for single-phase charging of the high voltage battery 10, because it said before ¬ problems in single-phase charging can be solved. FIGS. 8 and 9 show diagrams corresponding to FIGS. 5 and 6, which likewise illustrate voltage profiles, as already explained with reference to FIGS. 5 and 6.
Mit den Graphen 86 und 88 sind in Fig. 8 jeweilige Spannungen an den Wechselrichteranschlüssen entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 5 gezeigt. Fig. 9 zeigt eine zeitlich vergrößerte Auflösung, wobei ebenfalls die Graphen 86 und 88 dargestellt sind. Darüber hinaus sind ergänzend zugeordnete PWM-Signale mit Graphen 90, 92 dargestellt. Dabei ist das PWM-Signal gemäß dem Graphen 90 dem Spannungsverlauf gemäß dem Graphen 86 und das PWM-Signal gemäß dem Graphen 92 dem Spannungsverlauf gemäß dem Graphen 88 zugeordnet. With the graphs 86 and 88, in FIG. 8, respective voltages at the inverter terminals corresponding to the illustration of FIG. 5 are shown. FIG. 9 shows a time-magnified resolution, wherein graphs 86 and 88 are also shown. In addition, supplementally assigned PWM signals with graphs 90, 92 are shown. In this case, the PWM signal according to the graph 90 is assigned to the voltage profile according to the graph 86, and the PWM signal according to the graph 92 is assigned to the voltage profile according to the graph 88.
Zu erkennen ist in Fig. 10 in den im linken Bereich übereinander dargestellten schematischen Diagrammen, dass die Bezugsspannung 38 im Unterschied zur Fig. 7 im Wesentlichen eine Gleichspannung ist. Entsprechend ist auch das negative Potential der Hoch¬ voltbatterie 10 gegenüber der Masse 40 eine Gleichspannung. Infolgedessen sind die Y-Kondensatoren 42, 44 nunmehr im Wesentlichen jeweils mit einer konstanten Spannung beaufschlagt, sodass der Ableitstrom durch diese Kondensatoren erheblich reduziert ist. It can be seen in FIG. 10 in the schematic diagrams superimposed in the left region that the reference voltage 38, in contrast to FIG. 7, is essentially a DC voltage. Accordingly, the negative potential of the high ¬ voltbatterie 10 relative to the ground 40 is a DC voltage. As a result, the Y capacitors 42, 44 are now essentially each subjected to a constant voltage, so that the leakage current is considerably reduced by these capacitors.
Durch das Steuerungsprinzip der Erfindung kann somit die zuvor genannte Problematik bezüglich des Ableitstroms reduziert, wenn nicht sogar vollständig vermieden werden. An den Wechselrichteranschlüssen, die durch die Mittelanschlüsse 32, 34 gebildet sind, stellen sich gegenüber der Ausgestaltung gemäß Fig. 7 andere Spannungen ein. Zu erkennen ist, dass in dem oberen Diagramm im mittleren Bereich der Fig . 10 das Gleichtaktpotential in Bezug auf das negative Potential der Hochvoltbatterie 10 mit der Taktfrequenz des Wechselrichters 60 schwankt. Aus dem darunter dargestellten schematischen Diagramm ist ersichtlich, dass das Gleichtaktpotential in Bezug auf das negative Potential der Hochvoltbatterie 10 einen signifikanten spektralen Anteil bei der Wechselspannungsfrequenz aufweist, wobei hier eine Wechselspannung von etwa 115 V vorliegt. Insgesamt kann mit der Erfindung also eine Reduzierung des Ableitstroms im Bereich der Wechselspannungsfrequenz erreicht werden. Zwar ist hier im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß der Fig. 5 bis 7 dieBy the control principle of the invention can thus reduce the aforementioned problem with respect to the leakage current, if not even completely avoided. At the inverter terminals, which are formed by the central terminals 32, 34, set against the embodiment of FIG. 7 other voltages. It can be seen that in the upper diagram in the central region of FIG. 10, the common mode potential with respect to the negative potential of the high-voltage battery 10 fluctuates with the clock frequency of the inverter 60. It can be seen from the schematic diagram below that the common-mode potential with respect to the negative potential of the high-voltage battery 10 has a significant spectral component at the AC frequency, in which case an AC voltage of approximately 115 V is present. Overall, a reduction of the leakage current in the range of the AC voltage frequency can thus be achieved with the invention. Although here in contrast to the embodiment according to FIGS. 5 to 7 the
Taktfrequenz des Wechselrichters 60 ergänzend zu entstören, jedoch ist diese Frequenz im Vergleich zur Wechselspannungsfrequenz erheblich höher, beispielsweise 10 kHz, weshalb diese hohe Frequenz mit vergleichsweise geringem Filteraufwand in geeigneter Weise gefiltert werden kann. Suppress clock frequency of the inverter 60 in addition to, however, this frequency compared to the AC voltage frequency is considerably higher, for example, 10 kHz, which is why this high frequency can be filtered in a suitable manner with relatively little filter effort.
In den folgenden Figuren 11 bis 20 werden verschiedene Simulationen und deren Ergebnisse dargestellt, mit denen die Wirkung der Erfindung weiter verdeutlich wird. In the following figures 11 to 20 various simulations and their results are shown, with which the effect of the invention is further clarified.
Fig. 11 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild für eine Simulation einer symmetrischen Vollbrücke bei einem Gleichtaktstrom beziehungsweise Ableitstrom zum Bezugspotential 16 mit einer Frequenz von etwa 50 Hz bei einem symmetrischen Voll- brückenbetrieb mit einem geeigneten PWM-Muster . Fig. 12 zeigt ein schematisches Spannungs- beziehungsweise Strom-Zeit-Diagramm, bei dem mit Graphen 94 und 96 Wechselspannungen an den Wechselrichteranschlüssen des Wechselrichters 60 dargestellt sind, wobei lediglich der spektrale Anteil im Bereich von 50 Hz in Bezug auf das negative Potential der Hochvoltbatterie 10 dargestellt ist. Mit einem Graphen 98 ist der Ableitstrom zum Bezugspotential 16 dargestellt, der durch die Y-Kondensatoren 42, 44 sowie gegebenenfalls weitere Y-Kondensatoren des Netzfilters be- ziehungsweise der Filterschaltung 120 bewirkt wird. Die elektrische Kapazität der Y-Kondensatoren einer jeweiligen Phase des Netzfilters beziehungsweise der Filterschaltung 120 beträgt in der Regel etwa 22 nF. FIG. 11 shows a schematic equivalent circuit diagram for a simulation of a symmetrical full bridge with a common mode current or leakage current to the reference potential 16 with a frequency of approximately 50 Hz in the case of a symmetrical full bridge operation with a suitable PWM pattern. 12 shows a schematic voltage or current-time diagram in which graphs 94 and 96 show AC voltages at the inverter terminals of the inverter 60, with only the spectral component in the range of 50 Hz with respect to the negative potential of the high-voltage battery 10 is shown. A graph 98 shows the leakage current to the reference potential 16, which is detected by the Y capacitors 42, 44 and optionally further Y capacitors of the line filter. As the filter circuit 120 is effected. The electrical capacitance of the Y capacitors of a respective phase of the network filter or the filter circuit 120 is generally about 22 nF.
Fig. 13 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild wie Fig. 11, bei welchem nunmehr der getaktete Energiewandler 20 gemäß der Erfindung betrieben wird. Fig. 14 zeigt eine Darstellung wie Fig. 12, bei der mittels Graphen 100 und 102 die entsprechenden Wechselspannungen an den Mittelanschlüssen 32, 34 des getakteten Energiewandlers 20 für einen spektralen Bereich um die Wechselspannungsfrequenz von 50 Hz dargestellt sind. Mit einem Graphen 104 ist der entsprechende Ableitstrom dargestellt. Im Vergleich zu der Darstellung gemäß der Fig. 11 und 12 ist ersichtlich, dass durch das Steuerungsprinzip der Erfindung der Ableitstrom nahezu vollständig reduziert werden kann. Fig. 13 shows a schematic equivalent circuit diagram like Fig. 11, in which now the clocked energy converter 20 is operated according to the invention. FIG. 14 shows a representation like FIG. 12, in which graphs 100 and 102 show the corresponding AC voltages at the center terminals 32, 34 of the clocked energy converter 20 for a spectral range around the AC frequency of 50 Hz. A graph 104 shows the corresponding leakage current. Compared to the illustration according to FIGS. 11 and 12, it can be seen that the leakage current can be almost completely reduced by the control principle of the invention.
Fig. 15 zeigt eine weitere schematische Ersatzschaltbilddar¬ stellung basierend auf den Ersatzschaltbilddarstellungen der Fig. 11 und 13, wobei zur weiteren Reduzierung des Ableitstroms ein erwarteter Spannungsabfall über Filterinduktivitäten des Netzfilters beziehungsweise der Filterschaltung 120 der La¬ destation 14 in der Leitung des Nullanschlusses N verursacht durch den Ableitstrom beziehungsweise den Ladestrom zur Spannung am entsprechenden Wechselrichteranschluss hinzuaddiert wird.Fig. 15 shows a further schematic Ersatzschaltbilddar ¬ position based on the equivalent circuit representations of the FIGS. 11 and 13, wherein caused to further reduce the leakage current, an expected voltage drop across filter inductances of the line filter or the filter circuit 120 of the La ¬ destation 14 in the direction of the zero terminal N is added by the leakage current or the charging current to the voltage at the corresponding inverter terminal.
Fig. 16 zeigt die entsprechenden Auswirkungen in einem Diagramm wie Fig. 12 und 14. FIG. 16 shows the corresponding effects in a diagram as in FIGS. 12 and 14.
In dem schematischen Diagramm der Fig. 16 sind mit Graphen 106 und 108 wieder die entsprechenden Wechselspannungen an den Mittelanschlüssen 32, 34 des getakteten Energiewandlers 20 dargestellt. Mit einem Graphen 110 ist dagegen wieder der Ableitstrom dargestellt. Ersichtlich ist auch hier, dass der Ableitstrom gegenüber der Simulation gemäß der Fig. 11 und 12 erheblich reduziert ist. In the schematic diagram of FIG. 16, graphs 106 and 108 again represent the corresponding AC voltages at the center terminals 32, 34 of the clocked energy converter 20. With a graph 110, however, again the leakage current is shown. It is also apparent here that the leakage current is considerably reduced compared to the simulation according to FIGS. 11 and 12.
In den Ausführungsbeispielen ist Wechselrichter 60 ausgebildet, einen Teil des getakteten Energiewandlers 20 der Ladeeinrichtung 46 bereitzustellen. Der getaktete Energiewandler 20 umfasst somit vorliegend die Reihenschaltungen 22, 24 des Wechsel¬ richters 60, deren Mittelanschlüsse 32, 34 an die entsprechenden Anschlüsse der Ladestation 14, nämlich dem Phasenanschluss L und dem Nullanschluss N angeschlossen sind. Für den Betrieb des getakteten Energiewandlers 20 wird somit nicht nur der Wech¬ selrichter 60, sondern auch seine Steuereinheit 52 genutzt, die somit auch eine Energiewandlersteuerung umfasst, die für die erfindungsgemäße Verfahrensführung ausgebildet ist. In the embodiments, inverter 60 is configured to include a portion of the clocked power converter 20 of the charging device 46 to provide. The clocked energy converter 20 thus comprises in this case the series circuits 22, 24 of the alternating ¬ richters 60 whose central terminals 32, 34 are connected to the corresponding terminals of the charging station 14, namely the phase connection L and the neutral terminal N. Thus, for the operation of the switched power converter 20, not only the Wech ¬ selrichter 60, but also its control unit 52 is used, which thus also comprises a power converter control, which is designed for the inventive process control.
In Fig. 17 ist schematisch ein Ersatzschaltbild dargestellt, bei dem lediglich den IGBT's 28, 30 parallelgeschaltete Inversdioden Dl, D2, D3, D4 dargestellt sind. Mit diesem Ersatzschaltbild soll erläutert werden, wie es der Ladeeinrichtung 46 ermöglicht ist, festzustellen, welcher der Anschlüsse des getakteten Energiewandlers 20, nämlich welcher der Mittelanschlüsse 32, 34, mit dem Phasenanschluss L und welcher der Mittelanschlüsse 32, 34 mit dem Nullanschluss N elektrisch gekoppelt ist. Dies ist für die Steuerung des getakteten Energiewandlers im Sinne der erfin- dungsgemäßen Verfahrensführung von Nutzen. FIG. 17 schematically shows an equivalent circuit diagram in which only inverse diodes D 1, D 2, D 3, D 4 connected in parallel are illustrated with the IGBTs 28, 30. This substitute circuit diagram is intended to explain how the charging device 46 is enabled to determine which of the connections of the clocked energy converter 20, namely which of the central connections 32, 34, is electrically coupled to the phase connection L and which of the central connections 32, 34 to the neutral connection N. is. This is useful for the control of the clocked energy converter in the sense of the method according to the invention.
Dem Grunde nach besteht natürlich die Möglichkeit, die ent¬ sprechenden Spannungen an jedem der Mittelanschlüsse 32, 34 gegenüber dem Bezugspotential 16 zu messen. Für andere An- Wendungen, bei denen eine solche Spannung nicht gemessen werden kann, kann eine Zustandsinformation des Wechselrichters 60 beziehungsweise des durch den Wechselrichter 60 bereitgestellten getakteten Energiewandlers 20 genutzt werden, die mittels entsprechender nicht dargestellter Treibereinheiten, die die entsprechenden IGBT's 28, 30 entsprechend ansteuern, ermittelt werden kann. Aus den hierdurch gewonnenen Informationen kann ermittelt werden, welcher der Mittelanschlüsse 32, 34 mit dem Phasenanschluss L und welcher mit dem Nullanschluss N elektrisch verbunden ist. Basically, of course, it is possible to measure the ent ¬ speaking voltages at each of the central terminals 32, 34 relative to the reference potential 16. For other applications in which such a voltage can not be measured, a state information of the inverter 60 or of the clocked energy converter 20 provided by the inverter 60 can be used, which by means of corresponding not shown driver units corresponding to the corresponding IGBTs 28, 30 be controlled, can be determined. From the information obtained in this way, it can be determined which of the central connections 32, 34 is electrically connected to the phase connection L and which is electrically connected to the zero connection N.
Fig. 18 zeigt ein entsprechendes Zeitdiagramm wie die Fig. 12, 14, 16, mit welchem die vorgenannte Messmethode weiter ver¬ deutlicht werden soll. Weil die Zwischenkreisseite des Wech- selrichters 60 beziehungsweise des getakteten Energiewandlers 20 über die Y-Kondensatoren 42, 44 mit der Masse 40 und infolgedessen mit dem Bezugspotential 16 verbunden ist, ist die Spannung über den IGBT's 28, 30, die in Fig. 17 lediglich durch ihre ent- sprechenden Dioden Dl, D2, D3, D4 dargestellt sind, sehr unterschiedlich für den Anschluss an den Phasenanschluss L und den Nullanschluss . Dies wird mit Fig . 18 verdeutlicht . Hierzu nutzt diese Ausgestaltung eine Funktion der entsprechenden Treibereinheiten, die ein Zustandssignal liefern, und zwar abhängig von einem Schaltzustand des jeweiligen IGBT's 28, 30. Fig. 18 shows a corresponding timing diagram as shown in FIGS. 12, 14, 16, with which the above-mentioned measurement method is to be ¬ interpreting further light ver. Because the DC link side of the AC The inverter 60 and the clocked energy converter 20 via the Y capacitors 42, 44 connected to the ground 40 and consequently to the reference potential 16, the voltage across the IGBT's 28, 30, in Fig. 17 only by their respective diodes Dl, D2, D3, D4 are shown, very different for connection to the phase terminal L and the neutral terminal. This is with Fig. 18 clarifies. For this purpose, this embodiment uses a function of the corresponding driver units, which provide a status signal, depending on a switching state of the respective IGBT 28, 30th
Das Zustandssignal ist abhängig von einer an einer Schaltstrecke des jeweiligen IGBT 28, 30 gemessenen elektrischen Spannung. Ist diese Spannung kleiner als etwa 4 V, was einer vorgegebenen Vergleichsspannung entspricht, wird dies als eingeschalteter Zustand mit einem geeigneten Signal gemeldet. Entsprechend wird eine erfasste Spannung, die größer als etwa 4 V ist, mit einem geeigneten Signal als ausgeschalteter Zustand gemeldet. Dabei nutzt diese Ausgestaltung die Tatsache, dass der ein- bezie- hungsweise ausgeschaltete Zustand des jeweiligen IGBT 28, 30, der mit dem Phasenanschluss L elektrisch gekoppelt ist, hin- und herspringt, wohingegen ein entsprechender Zustand der IGBT' s 28, 30, die mit dem Nullanschluss N elektrisch gekoppelt sind, konstant den ausgeschalteten Zustand anzeigen. The state signal is dependent on an electrical voltage measured at a switching path of the respective IGBT 28, 30. If this voltage is less than approximately 4 V, which corresponds to a predetermined reference voltage, this is signaled as a switched-on state with a suitable signal. Accordingly, a detected voltage greater than about 4 V is reported as being off with an appropriate signal. In this case, this embodiment makes use of the fact that the respective switched-off state of the respective IGBT 28, 30, which is electrically coupled to the phase connection L, jumps back and forth, whereas a corresponding state of the IGBTs 28, 30, the are electrically coupled to the neutral terminal N, constantly indicate the turned off state.
Wenn eine Gleichspannung aufgrund einer passiven Gleichrichtung über die Inversdioden Dl, D2, D3, D4 ermittelt wird, die nicht durch irgendeine andere Gleichspannungsquelle erhöht wird, ist die gleichgerichtete Gleichspannung mit dem Bezugspotential 16 gekoppelt. Ohne die Y-Kondensatoren 42, 44 des Gleichspannungszwischenkreises 54 würde die gleichgerichtete Spannung lediglich bis zur maximalen Spitzenspannung der zugeführten Wechselspannung ansteigen. Weil die Y-Kondensatoren 42, 44 auf der Zwischenkreisseite wie Bootstrap-Kondensatoren wirken, wenn die Wechselspannungsseite nicht symmetrisch bezüglich desWhen a DC voltage due to passive rectification is detected across the inverse diodes D1, D2, D3, D4, which is not increased by any other DC voltage source, the rectified DC voltage is coupled to the reference potential 16. Without the Y-capacitors 42, 44 of the DC intermediate circuit 54, the rectified voltage would rise only to the maximum peak voltage of the supplied AC voltage. Because the Y-capacitors 42, 44 act on the DC link side like bootstrap capacitors when the AC side is not symmetrical with respect to the
Bezugspotentials 16 ist, steigt die Gleichspannung bis etwa zur doppelten Spitzenspannung der Wechselspannung an, wenn der Phasenanschluss L oder der Nullanschluss N mit dem Bezugspo¬ tential 16 gekoppelt werden. Fig. 18 verdeutlicht dies. Reference potential 16, the DC voltage increases to about twice the peak voltage of the AC voltage when the Phase terminal L or the neutral terminal N are coupled to the Bezugspo ¬ potential 16. Fig. 18 illustrates this.
Mit einem Graphen 114 ist in Fig. 18 die entsprechende Spannung der IGBT's 28, 30 dargestellt, die mit dem Phasenanschluss L gekoppelt sind. Mit dem Graphen 112 ist die Situation für die IGBT's 28, 30 dargestellt, die am Nullanschluss N angeschlossen sind. Ein Graph 116 stellt das Bezugspotential 16 dar. Aus Fig. 18 ist ersichtlich, dass auf einfache Weise ermittelt werden kann, dass die Dioden Dl und D3 mit dem Phasenanschluss L gekoppelt sind. Entsprechend sind ihre IGBT's 28, 30 mit dem Phasenanschluss L elektrisch gekoppelt. Dies kann zum Steuern der IGBT's 28, 30 genutzt werden, um die erfindungsgemäße Ver¬ fahrensführung realisieren zu können. A graph 114 in FIG. 18 shows the corresponding voltage of the IGBTs 28, 30 which are coupled to the phase connection L. The graph 112 shows the situation for the IGBTs 28, 30 connected to the neutral terminal N. A graph 116 represents the reference potential 16. From FIG. 18 it can be seen that it can be easily determined that the diodes D 1 and D 3 are coupled to the phase connection L. Accordingly, their IGBTs 28, 30 are electrically coupled to the phase terminal L. This can be used 30 to control the IGBT's 28, in order to realize the invention Ver ¬ direction drive.
Fig. 19 zeigt in einer schematischen Darstellung wie Fig. 18 Detektionsbereiche 118, die genutzt werden können, um die Zuordnung der durch die Ladestation 14 bereitgestellten Anschlüsse zum Bezugspotential 16 ermitteln zu können. FIG. 19 shows, in a schematic representation like FIG. 18, detection areas 118 that can be used to be able to determine the assignment of the connections provided by the charging station 14 to the reference potential 16.
Insgesamt zeigen die Ausführungsbeispiele, wie mit dem er¬ findungsgemäßen Verfahren Ableitströme insbesondere beim Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraft¬ fahrzeugs mit einer einphasigen Wechselspannung einer La- destation reduziert werden können. Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken. Overall, the exemplary examples show how the inventive process it ¬ leakage particularly when charging an electrical energy accumulator of a motor vehicle ¬ with a single-phase AC voltage of a laser can be destation reduced. The embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit this.
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35  35
Bezugs zeichenliste Reference sign list
10 Hochvoltbatterie 10 high-voltage battery
12 Ladestation  12 charging station
14 Ladestation  14 charging station
16 Bezugspotential  16 reference potential
18 WechselSpannung  18 alternating voltage
20 Energiewandler  20 energy converters
22 Reihenschaltung  22 series connection
24 Reihenschaltung  24 series connection
26 Reihenschaltung  26 series connection
28 HalbleiterSchaltern  28 semiconductor switches
28 IGBT  28 IGBT
30 IGBT  30 IGBT
32 Mittelanschluss  32 middle connection
34 Mittelanschluss  34 middle connection
36 Mittelanschluss  36 middle connection
38 BezugsSpannung  38 reference voltage
40 Masse  40 mass
42 Y-Kondensator  42 Y capacitor
44 Y-Kondensator  44 Y capacitor
46 Ladeeinrichtung  46 Charging device
48 Ladestationsanschluss  48 charging station connection
50 Energiespeicheranschluss 50 energy storage connection
52 Steuereinheit 52 control unit
54 Gleichspannungs zwischenkreis 54 DC intermediate circuit
56 Antriebseinrichtung 56 drive device
58 elektrische Maschine  58 electric machine
60 Wechselrichter  60 inverters
62 Sternpunkt  62 star point
64 Drossel  64 throttle
66 Graph  66 graph
70 Graph  70 graph
72 Graph  72 graph
74 Graph  74 graph
76 Graph  76 graph
78 Graph  78 graph
80 Graph 3 g 80 graph 3 g
82 Graph 82 graph
84 Graph  84 graph
86 Graph  86 graph
88 Graph  88 graph
90 Graph 90 graph
92 Graph 92 graph
94 Graph 94 graph
96 Graph  96 graph
98 Graph 98 graph
100 Graph 100 graph
102 Graph 102 graph
104 Graph 104 graph
106 Graph  106 graph
108 Graph 108 graph
110 Graph 110 graph
112 Graph 112 graph
114 Graph 114 graph
116 Graph 116 graph
118 Detektionsbereich  118 detection area
120 Filterschaltung  120 filter circuit
L Phasenanschluss  L phase connection
N Nullanschluss  N zero connection
Dl bis D4 Inversdioden Dl to D4 inverse diodes

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (10) eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen Ladestation (14), bei dem die Ladestation (14) eine einphasige elektrische Wechselspannung (18) in Bezug auf ein vorgegebenes elektrisches Bezugspotential (16) bereitstellt, wobei der elektrische Energiespeicher (10) mittels eines ge¬ takteten Energiewandlers (20) mit der fahrzeugexternen La- destation (14) elektrisch gekoppelt wird, wobei der getaktete Energiewandler die elektrische Energie mittels wenigstens zwei parallelgeschalteten Reihenschaltungen (22, 24) aus j eweils zwei Schaltelementen (28, 30) wandelt, zu welchem Zweck jeweilige Mittelanschlüsse (32, 34) der Reihenschaltungen (22, 24) mit der Ladestation (14) elektrisch gekoppelt werden, 1. A method for charging an electrical energy store (10) of a motor vehicle with electrical energy from a vehicle-external charging station (14), wherein the charging station (14) provides a single-phase electrical AC voltage (18) with respect to a predetermined electrical reference potential (16), wherein the electrical energy store (10) by means of a ge ¬ clocked energy converter (20) is electrically coupled to the vehicle-external laser destation (14), wherein the switched power converter, the electrical energy by means of at least two parallel-connected series circuits (22, 24) from j in each case two Switching elements (28, 30) converts, for which purpose respective center connections (32, 34) of the series connections (22, 24) to the charging station (14) are electrically coupled,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
die Schaltelemente (28, 30) zumindest abhängig von einer elektrischen Bezugsspannung (38) zwischen einem von wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen des elektrischen Energie- Speichers (10) und dem elektrischen Bezugspotential (16) ge¬ steuert werden. the switching elements (28, 30) at least dependent on an electrical reference voltage (38) ge ¬ controls between one of at least two energy storage potentials of the electric energy storage (10) and the reference electrical potential (16).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung (18) mit einer vorgegeben Wechselspannungs- frequenz bereitgestellt wird und zum Steuern der Schaltelemente (28, 30) lediglich ein spektraler Anteil der elektrischen Bezugsspannung (38) in einem vorgegebenen Bereich der Wechselspannungsfrequenz berücksichtigt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the AC voltage (18) is provided with a predetermined AC voltage frequency and for controlling the switching elements (28, 30) only a spectral portion of the electrical reference voltage (38) in a predetermined range of the AC voltage frequency is taken into account.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (28, 30) derart gesteuert werden, dass die elektrische Bezugsspannung (38) im Wesentlichen konstant ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the switching elements (28, 30) are controlled such that the electrical reference voltage (38) is substantially constant.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (28, 30) derart ge¬ steuert werden, dass die elektrische Bezugsspannung (38) 40% bis 60%, vorzugsweise 50%, einer elektrischen Energiespeicher- Spannung zwischen den wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen des elektrischen Energiespeichers (10) entspricht. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the switching elements (28, 30) are so ge ¬ controls that the electrical reference voltage (38) 40% to 60%, preferably 50%, of an electrical energy storage Voltage between the at least two energy storage potentials of the electrical energy store (10) corresponds.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der elektrischen Potentiale (N) der elektrischen Wechselspannung mit dem elektrischen Bezugspotential (38) elektrisch gekoppelt ist, wobei die Mittelan¬ schlüsse (32, 34) der beiden Reihenschaltungen (22, 24) mit den beiden von der Ladestation (14) zur Verfügung gestellten An- Schlüssen (L, N) gekoppelt sind. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that one of the electrical potentials (N) of the alternating electrical voltage with the electrical reference potential (38) is electrically coupled, wherein the Mittelan ¬ connections (32, 34) of the two series circuits (22, 24) are coupled to the two terminals (L, N) provided by the charging station (14).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (28, 30) jeweils eine Inversdiode (Dl, D2, D3, D4) aufweisen, wobei die Schaltelemente (28, 30) ausgeschaltet werden und jeweilige elektrische 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the switching elements (28, 30) each have an inverse diode (Dl, D2, D3, D4), wherein the switching elements (28, 30) are turned off and respective electrical
Schaltelementspannungen erfasst und ausgewertet werden, um zu ermitteln, welcher der Mittelanschlüsse (32, 34) mit dem Bezugspotential (16) elektrisch gekoppelt ist.  Switching element voltages are detected and evaluated to determine which of the center terminals (32, 34) is electrically coupled to the reference potential (16).
7. Ladeeinrichtung (46) zum Aufladen eines elektrischen 7. Charging device (46) for charging an electrical
Energiespeichers (10) eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen Ladestation (14), mit einem Ladestationsanschluss (48) zum Zuführen einer einphasigen elektrischen Wechselspannung (18) in Bezug auf ein vorgegebenes elektrisches Bezugspotential (16), einem Energiespeicheran¬ schluss (50) zum elektrischen Koppeln des elektrischen Energiespeichers (10), einem getakteten Energiewandler (20) mit wenigstens zwei Reihenschaltungen (22, 24) aus jeweils zwei Schaltelementen (28, 30), wobei die Reihenschaltungen (22, 24) parallelgeschaltet und mit dem Energiespeicheranschluss (50) elektrisch gekoppelt sind, wobei jede der wenigstens zwei Reihenschaltungen (22, 24) einen Mittelanschluss (32, 34) aufweist und wobei die Mittelanschlüsse (32, 34) elektrisch mit dem Ladestationsanschluss (48) gekoppelt sind, g e - k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Steuereinheit (52) , die ausgebildet ist, die Schaltelemente (28, 30) zumindest abhängig von einer elektrischen Bezugsspannung (38) zwischen einem von wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen am Energiespeicheranschluss (50) und dem elektrischen Bezugspo¬ tential (16) zu steuern. Energy store (10) of a motor vehicle with electric power from a vehicle-external charging station (14) with a charging station terminal (48) for feeding a single-phase electrical AC voltage (18) with respect to a predetermined electrical reference potential (16), a Energiespeicheran ¬ circuit (50) for electrically coupling the electrical energy store (10), a clocked energy converter (20) having at least two series circuits (22, 24) each of two switching elements (28, 30), wherein the series circuits (22, 24) connected in parallel and with the energy storage connection (50 ), each of the at least two series circuits (22, 24) having a central terminal (32, 34), and wherein the central terminals (32, 34) are electrically coupled to the charging station terminal (48), characterized by a control unit (52 ), which is formed, the switching elements (28, 30) at least depending on an electrical reference voltage (38) between one of at least two energy storage potentials on Energy storage connection (50) and the electrical Bezugspo ¬ potential (16) to control.
8. Ladeeinrichtung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestationsanschluss (48) mit dem getakteten Energiewandler galvanisch gekoppelt ist. 8. Charging device according to claim 7, characterized in that the charging station connection (48) is galvanically coupled to the clocked energy converter.
9. Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, das einen Gleichspannungszwischenkreis (54) und einen an dem Gleich- spannungszwischenkreis (54) angeschlossenen elektrischen9. motor vehicle with an electrical vehicle electrical system, the a DC voltage intermediate circuit (54) and a connected to the DC voltage intermediate circuit (54) electrical
Energiespeicher (10) aufweist, einem Ladestationsanschluss (48) zum Anschließen an eine fahrzeugexterne, eine einphasige elektrische Wechselspannung (18) bereitstellende Ladestation (14) und einer mit dem Ladestationsanschluss (48) und dem elektrischen Energiespeicher (10) elektrisch gekoppelte Ladeeinrichtung (46) zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers (10) mit elektrischer Energie von der Ladestation (14), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lade¬ einrichtung (46) nach Anspruch 7 oder 8 ausgebildet ist. Energy storage (10), a charging station (48) for connection to a vehicle external, a single-phase AC electrical voltage (18) providing charging station (14) and with the charging station (48) and the electrical energy storage (10) electrically coupled charging device (46) for charging the electrical energy store (10) with electrical energy from the charging station (14), characterized in that the charging ¬ device (46) is designed according to claim 7 or 8.
10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine elektrische Antriebseinrichtung (56) , die eine dreiphasige elektrische Maschine (58) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einen an die elektrische Maschine (58) und das Bordnetz an- geschlossenen Wechselrichter (60) aufweist, der ausgebildet ist, ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz für die elektrische Maschine (58) bereitzustellen, wobei der Wechselrichter (60) ausgebildet ist, den getakteten Energiewandler (20) der Ladeeinrichtung (46) bereitzustellen. 10. Motor vehicle according to claim 9, characterized by an electric drive device (56), which has a three-phase electrical machine (58) for driving the motor vehicle and an electrical machine (58) and the electrical system connected inverter (60), the is configured to provide a three-phase alternating voltage network for the electrical machine (58), wherein the inverter (60) is designed to provide the clocked energy converter (20) of the charging device (46).
11. Kraftfahrzeug nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, dass der getaktete Energiewandler (20) über Phasenwicklungen der elektrischen Maschine (58) mit dem Ladestationsanschluss (48) elektrisch gekoppelt ist. 11. Motor vehicle according to claim 10, characterized in that the clocked energy converter (20) via phase windings of the electric machine (58) to the charging station terminal (48) is electrically coupled.
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