WO2022084141A1 - Ladeschaltung mit einem gleichstromanschluss und einem wechselstromanschluss sowie bordnetz mit einer ladeschaltung - Google Patents

Ladeschaltung mit einem gleichstromanschluss und einem wechselstromanschluss sowie bordnetz mit einer ladeschaltung Download PDF

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WO2022084141A1
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rectifier
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Franz Pfeilschifter
Martin GÖTZENBERGER
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Vitesco Technologies GmbH
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Definitions

  • Vehicles with electric traction drive have an accumulator that provides energy for electric driving. Furthermore, electrically operated vehicles are equipped with charging connections, by means of which electrical energy can be transmitted from a charging station to the battery of the vehicle. In order to be as compatible as possible, electric vehicles can be equipped with a direct current charging connection and an alternating current charging connection. A corresponding charging circuit must therefore not only provide components for current direction or current adjustment of the charging current, but also enable the most cost-effective possible use of other components of the vehicle that are to be electrically supplied. It must be taken into account here that the power to be transmitted during electric driving and charging is high and the components used in the vehicle electrical system or the relevant charging circuit therefore represent a significant cost factor. Furthermore, care must be taken to ensure that no dangerous contact voltages occur at the charging connections, especially at charging connections that are not used.
  • a charging circuit with a battery connection and with a direct current and an alternating current connection, the alternating current connection being connected to a rectifier.
  • the DC connector is connected to the battery connector for transferring charging energy, while the rectifier is connected to the battery connector via a DC-DC converter.
  • a voltage level can be adjusted to the suitable charging voltage by means of the DC voltage converter.
  • the rectifier or the DC voltage connection can be connected to the DC voltage converter via a changeover switch (depending on the type of charging), so that the DC-DC converter can be used for voltage adjustment.
  • a circuit breaker in a direct connection between the direct current connection and the accumulator connection can disconnect.
  • a diode is provided in the connection between the DC charging connection and the DC-DC converter, which blocks when the output of the rectifier generates a voltage for the DC-DC converter.
  • the changeover switch (for switching between AC charging and DC charging) can also be provided with a single pole.
  • the changeover switch affects only one direct current potential, while the diode acts in the other direct current potential. This ensures that none of the named potentials on the direct current side of the rectifier can be present at the direct current charging connection, isolation by the diode being provided for one potential and isolation by the switch for the other potential.
  • a preferably all-pole isolating switch between the DC connection and the battery connection allows the DC connection to be separated from the battery and the DC voltage converter.
  • the DC side of the rectifier is connected to the battery terminal via the changeover switch and the DC/DC converter (in that order).
  • the isolating switch is provided between the DC connection and the battery connection and allows a (preferably all-pole) disconnection of the DC connection both from the battery connection and from the DC/DC converter, i.e. from the side of the DC/DC converter which is connected to the battery connection.
  • a charging circuit in particular a vehicle-mounted charging circuit, which has a DC connection and an AC connection. These ports are set up for wired charging.
  • the AC connector is connected to an AC side of a rectifier of the charging circuit.
  • the rectifier also has a DC side, the rectifier being configured to convert an electrical current applied to an AC side into a DC current on the DC side.
  • the DC side is connected to a DC-DC converter via a changeover switch.
  • the switch connects a first side of the DC/DC converter (In particular a first potential thereof) optionally with the direct current connection (or a first potential thereof) or with a first potential of the direct current side of the rectifier.
  • the switch can thereby be selected whether the rectifier is connected to the DC/DC converter (and is thus connected to an accumulator connection via the DC/DC converter) or whether the DC/DC converter is to be connected to the DC/DC connection.
  • the switch is set according to the charging mode (DC / AC).
  • a second potential of the DC side of the rectifier is connected to the DC connection via a diode.
  • the blocking direction of the diode points to the DC connection.
  • a circuit breaker connects the accumulator connection on the one hand with the changeover switch and the DC connection on the other hand.
  • a second side of the DC/DC converter is connected to the battery connection, the DC connection being connected to the battery connection via the circuit breaker.
  • the changeover switch can thus have a single-pole design and is therefore less expensive than a two-pole changeover switch.
  • the diode is a low-cost component compared to a double-throw double-throw switch, even in high-power applications, and at the same time enables the relevant potential of the DC side of the rectifier to be effectively isolated from the DC connection.
  • the DC port can also be referred to as a DC charging port.
  • the AC connector can also be referred to as an AC charging connector. Both connections are preferably plug contacts, in particular plug contacts that can be connected to a charging cable on an outside of the vehicle.
  • the charging circuit enables the direct current connection to be connected directly to a battery in the vehicle in order to implement rapid charging. It is also possible through the DC-DC converter and the application via the switch that for voltage adjustment, such as at the beginning of a charging phase, power from DC connection can be supplied via the DC voltage converter for voltage adjustment to the accumulator. In addition to cost-effective disconnection of the direct current connection during alternating current charging, the circuit also enables fast charging, with the direct current converter being able to be used both for direct current charging, if voltage adjustment is required, and for alternating current charging.
  • a second side of the DC-DC converter is connected to a battery connection of the charging circuit.
  • the direct current connection is preferably also connected to this accumulator connection (via an isolating switch, but without voltage conversion).
  • the second side of the DC-DC converter can also be referred to as an output, while the first side can represent an input. These designations relate in particular to a loading process.
  • the direct current connection is connected to the accumulator connection via the diode and the changeover switch (regarding one of two potentials of the direct current connection) via the direct voltage converter.
  • the rectifier's changeover switch and diodes prevent transfer of voltage from the DC terminal to the AC terminal.
  • the circuit breaker can be closed.
  • the changeover switch and the diode each for one of two potentials on the direct current side of the rectifier
  • the circuit breaker prevents the transfer of DC voltage from the battery connection to the (unoccupied) DC connection during AC charging.
  • the isolating switch is designed as an all-pole isolating switch.
  • the changeover switch is single pole.
  • the DC-DC converter (in particular its second side) can be connected directly to the accumulator connection.
  • a second, preferably all-pole, isolating switch is provided, via which the DC-DC converter (in particular its second side) is connected to the accumulator connection.
  • the first potential on the DC side of the rectifier is preferably a negative potential, for example a negative high-voltage potential (approximately the minus potential).
  • This can optionally be connected via the changeover switch to the first side of the DC-DC converter, in particular a negative potential on this side, or can be connected via the changeover switch to the DC connection, in particular a negative potential of the DC connection.
  • the first potential is therefore a negative potential, which is connected to a negative potential on the first side of the DC/DC converter via the changeover switch.
  • the second potential of the direct current side of the rectifier is preferably a positive potential. This is connected to a positive potential of the DC connection via the diode.
  • the cathode of the diode is connected to the positive potential, that is to say the second potential, while the anode of the diode is connected to the DC connection, in particular to its positive potential.
  • the DC connection comprises two contacts, one contact for a positive potential and one contact for a negative potential.
  • the diode connects the negative potential of the DC side of the rectifier to the negative potential of the DC connection, while the changeover switch is connected to a positive potential of the first side of the DC-DC converter, and optionally a positive potential of the DC side of the rectifier or connects a positive potential of the DC side of the DC connection to this.
  • the diode is then correspondingly provided in the other potential and has a blocking direction, which prevents current from flowing from the DC side to the DC connection.
  • the reverse direction of the diode is such that the diode blocks a current flow from the rectifier to the DC terminal when there is no voltage thereon and conducts a current from the DC terminal to the DC-DC converter when a charging voltage is present at the DC terminal.
  • the diodes of the rectifier have a blocking effect, which prevents a current flow from one potential of the DC side of the rectifier to the other potential of the DC side when a voltage is present on the DC side of the rectifier, such as a charging voltage of the DC connection.
  • the rectifying elements of the rectifier cut off a current flow from a DC side potential to AC side when voltage is applied to the DC side is applied or when there is no voltage on the AC side of the rectifier.
  • the rectifier is preferably not galvanically isolating.
  • the rectifier can also be a galvanically isolating rectifier, whereby the use of a galvanically connecting rectifier, i. H. a non-galvanically isolating rectifier, is more cost-effective.
  • the DC-DC converter can be designed as a galvanically isolating or galvanically isolating DC-DC converter and thus have a transformer via which the power is transmitted.
  • the DC-DC converter can also be a galvanically connecting DC-DC converter. The use of a galvanically connecting DC-DC converter is cheaper, but this does not allow potential isolation between the two sides of the converter.
  • the power circuit preferably includes an intermediate circuit capacitor. This is connected in parallel to the first side of the DC-DC converter.
  • the intermediate circuit capacitor is provided between the changeover switch and the DC voltage converter.
  • the intermediate circuit capacitor is thus directly connected to the first side of the DC-DC converter, independently of the switch position of the changeover switch.
  • the intermediate circuit capacitor is thus located on the side of the DC-DC converter that faces the changeover switch or the rectifier.
  • the intermediate circuit capacitor is provided in particular at the point on the DC voltage converter which faces away from the accumulator connection.
  • the DC side of the rectifier may be connected to the DC terminal through the diode as well as through a fuse.
  • the direct current side of the rectifier is thus connected to the direct current connection via a series connection, the series connection resulting from the series connection of diode and fuse.
  • the fuse is preferably connected to the rectifier or to its direct current side via the diode. This protects the circuit in the event of a short-circuit fault in the diode.
  • the charging circuit preferably includes a controller. This is connected to the switch in a driving manner.
  • the controller In an AC charging state, the controller is configured to set the changeover switch to connect the first side of the DC/DC converter to the DC voltage side of the rectifier.
  • the controller is also set up to charge in a direct current state to connect the first side of the DC-DC converter to the DC connector.
  • AC SOC is when there is single or multi-phase voltage on the AC side of the rectifier (while there is no voltage on the DC terminal), and DC SOC is when there is DC voltage, i.e. charging DC voltage, on the DC terminal (and no voltage on the AC terminal). charging voltage present).
  • the controller is preferably drivingly connected to the circuit breaker.
  • the controller is preferably set up to provide the isolating switch in the open state when the AC charging state is present and to provide the isolating switch in the closed state when the DC charging state is present.
  • the AC connection and the DC connection are preferably designed according to a standard for conductive charging of plug-in vehicles.
  • This standard can be, for example, IEC 61851, IEC 60309/CEE, SAEJ 1772, IEC 62196-2 or EN62196 (Type II).
  • the AC connection and the DC connection are preferably provided by plugs that are accessible from the outside of the vehicle so as to plug in a charging station plug.
  • the AC power connector and the DC power connector may also be provided by a common connector that combines the contacts for the AC power connector and the DC power connector, in the sense of a combo connector (CCS) or the like.
  • CCS combo connector
  • the charging circuit can be provided with a battery connection which is connected equally to the DC connection and to the second side of the DC/DC converter. There are thus (two) connection points which connect the second side of the DC voltage converter to the accumulator connection.
  • the connection points are provided on one side of the isolating switch, while the opposite side of the isolating switch is connected to the first potential of the first side of the DC/DC converter via the changeover switch. This opposite side of the isolating switch is also connected via the diode to the second potential on the first side of the DC-DC converter.
  • the accumulator connection is connected to the connection points, resulting in a central interface for connecting an accumulator.
  • the charging circuit can have an accumulator isolating switch, which is connected downstream of this accumulator connection, in order to be able to disconnect an accumulator (of an on-board electrical system) that is connected to the charging circuit via the accumulator isolating switch.
  • the accumulator connection is designed for connection to an accumulator and has contacts which allow an accumulator to be connected.
  • the battery connection is designed as a high-voltage battery interface. The prefix "high voltage” means that the component concerned is designed for a voltage of more than 60 V or at least 100 V, 200 V, 400 V or 800 V.
  • the accumulator interface can be connected via the switch to the first side of the DC/DC converter and via the diode to the DC side of the rectifier.
  • the accumulator interface is connected to the diode and the changeover switch via the isolating switch.
  • a potential terminal of the all-pole (two-pole) isolating switch is connected to the diode and another potential terminal of the all-pole (two-pole) isolating switch is connected to the changeover switch.
  • the charging circuit can also have a further isolating switch, via which the second side of the DC/DC converter is connected to the battery connection or the DC connection (i.e. to the connection points).
  • This further isolating switch is preferably an all-pole (two-pole) switch.
  • the charging circuit can also have an on-board power supply connection which is located on the second side of the DC-DC converter, in particular on the side of the further isolating switch which is (directly) connected to the second side of the DC-DC converter.
  • an on-board branch connected to the charging circuit can be connected to other electrical components via this on-board power supply connection, which can be supplied with both alternating current and direct current charging.
  • AC charging these are supplied via the DC voltage converter.
  • DC voltage charging these can be supplied via the additional isolating switch, or can also be supplied via the DC voltage converter when the isolating switch is open.
  • the vehicle electrical system described below includes this vehicle electrical system branch connected to the charging circuit with the corresponding components, such as components that are supplied with electricity during charging, such as an air conditioning compressor, a 12-volt vehicle electrical system converter, an electrically heatable catalytic converter, and the like. Furthermore, an electric traction drive can be provided in the vehicle electrical system branch. If this is supplied with energy via the accumulator connection, then the DC voltage converter separates the vehicle electrical system connection from the first side of the DC voltage converter. In a traction mode, the changeover switch preferably connects the DC/DC converter to the rectifier and disconnects the DC/DC converter from the first potential of the DC connection.
  • an on-board network is described, in particular a vehicle on-board network, which has a charging circuit as described herein.
  • the vehicle electrical system also includes an accumulator. This is connected to the accumulator connection and can be connected to it directly or via a (preferably all-pole) accumulator isolating switch of the charging circuit.
  • the accumulator can thus be connected to the direct current connection via the isolating switch and to the second side of the DC voltage converter, either directly or via the further isolating switch.
  • the vehicle electrical system includes a charging circuit with an AC connection, which is connected to a DC-DC converter via a rectifier and a changeover switch provided at a first potential.
  • the second potential between the rectifier and the DC voltage converter is connected to a second potential of a DC voltage connection via a diode.
  • the first potential of the DC voltage connection is connected to the first potential between the rectifier and the DC voltage converter via the diode.
  • a circuit breaker connects the DC voltage connection (and thus the diode and the changeover switch) to the accumulator connection, to which an accumulator (part of the vehicle electrical system, not the charging circuit) is connected.
  • the changeover switch connects a potential of a first side of the DC voltage converter either to a first potential of the DC voltage side of the rectifier or to the first potential of the DC voltage connection.
  • the second side of the DC voltage converter is connected to the accumulator connection directly or preferably via a further isolating switch.
  • the connectors, the rectifier, the inverter, the switches and the diode are part of the charging circuit.
  • a The battery of the vehicle electrical system is connected to the battery connection.
  • a vehicle electrical system connection of the charging circuit is connected directly to the second side of the DC-DC converter, with an vehicle electrical system branch of the vehicle electrical system, which is not part of the charging circuit, being connected to the vehicle electrical system connection.
  • a controller switches at least the changeover switch as shown above.
  • the vehicle electrical system is equipped with a charging circuit as described here.
  • the vehicle electrical system has an accumulator that is connected to the accumulator connection of the charging circuit.
  • the electrical system has at least one component that is connected to an electrical system connection of the charging circuit.
  • the vehicle electrical system connection is connected to the second side of the DC-DC converter (preferably directly) and is connected to the accumulator connection of the charging circuit via the (optional) further isolating switch of the charging circuit.
  • the vehicle electrical system is preferably a high-voltage vehicle electrical system.
  • the vehicle electrical system is preferably a vehicle electrical system, for example a vehicle with an electric traction drive.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram for a more detailed explanation of the charging circuit described here and the vehicle electrical system described here.
  • FIG. 1 shows a charging circuit LS to which an accumulator A and a direct current source G and an alternating current source W are connected.
  • the charging circuit LS includes an interface S, which has a DC connection GA and an AC connection WA. Both ports are charging ports. It is shown that an alternating current source W or a direct current source G can be connected to the corresponding connections WA, GA, so that there is compatibility for both types of charging.
  • the charging circuit LS has a rectifier G1 which has an AC side WS which is (directly) connected to the AC connection WA.
  • a DC-DC converter GW of the charging circuit LS is connected to the corresponding DC side GS of the rectifier G1 via a (single-pole) changeover switch US.
  • the first potential, ie the negative potential - the direct current side is connected via the changeover switch US to the first potential - a first side of the DC voltage converter GW.
  • the switch US is set up, in a first switching state 1, the first side 1 S of the To connect the DC voltage converter GW, in particular its first potential, to the DC connection GA, in particular to its first potential. In this switching position, the changeover switch US separates the DC-DC converter GW from the rectifier GS (relative to the first potential -).
  • the changeover switch US In the other switch position 2 of the changeover switch US, the first potential--the DC voltage side GS of the rectifier G1 with the first potential--connected to the first side of the DC-DC converter GW. In this switch position, the changeover switch separates the DC-DC converter GW from the DC connection GA (relative to the first potential—of GW and GA).
  • the DC-DC converter GW has a second side 2S, which is (directly) connected to a vehicle electrical system connection BA. Furthermore, the second side 2S of the DC-DC converter GW is connected to the accumulator connection (via a further isolating switch TS2). The second side 2S of the DC-DC converter is connected (via the further isolating switch TS2) to a connection point V, at which the second side 2S of the DC-DC converter is connected via the further isolating switch TS2 to the isolating switch TS1, which leads to the DC connection GA. In addition, this connection point V is connected to the accumulator connection AA of the charging circuit LS. A battery A of the vehicle electrical system shown is connected to the battery connection AA of the charging circuit LS.
  • the second side 2S of the DC voltage converter (GW) is thus connected to the accumulator connection AA (via the optional further isolating switch TS2), which is connected to the DC voltage connection GA via the isolating switch TS1.
  • the accumulator connection is connected to the rectifier G1 (or its direct voltage side GS) via the isolating switch TS1 and via the diode D1 and the changeover switch US (provided in different potential rails +, -).
  • the DC connection GA is connected directly to the diode D1 and to the switch US, which lead directly to the DC voltage side GS or to the first side 1S of the DC voltage converter GW.
  • a battery isolating switch (not shown) can be provided between the connection point V and the battery connection AA, or the battery connection AA is connected directly to the connection point V.
  • the additional isolating switch TS2 is optional and can be connected between the second side 2S of the DC-DC converter GW and the accumulator connection (or the isolating switch TS1).
  • the additional circuit breaker TS2 is connected between the vehicle electrical system connection BA and the accumulator connection AA.
  • the isolating switches are designed with two poles and separate both potentials in a switchable manner.
  • the vehicle electrical system connection BA is part of the charging circuit, with other components (in particular high-voltage components such as an air conditioning compressor, a 12 V converter, a catalytic converter heating element and in particular an electric drive) of the vehicle electrical system being able to connect to the vehicle electrical system connection BA.
  • these components are not part of the charging circuit LS.
  • the second potential + is connected to the second potential + of the DC connection GA via a diode D1.
  • the diode D1 thus also connects the second potential + of the DC side (and thus also the second potential plus of the first side 1S) via the isolating switch TS1 to the connection point V or to the accumulator connection AA.
  • An optional fuse F can be provided between the diode D1 and the second potential + of the DC connection GA.
  • a control C is drivingly connected to the changeover switch US (as shown by the arrow) in order to selectively set the switch position 1 or 2 of the changeover switch US.
  • the changeover switch When charging with alternating current, the changeover switch is preferably in switch position 2 and when charging with direct current, switch position 1.
  • the rectifier G1 also has diodes D2 to DN, which are not shown in detail for reasons of clarity.
  • the rectifier G1 can be provided, for example, as a power factor correction filter or as a BnC bridge, where n is twice the number of phases of the AC connection WA.
  • the switch US In an alternating current load the switch US is provided in switch position 2, so that the first potential - the DC side GS due to the Changeover switch US from the first potential - the DC connection GA is decoupled.
  • the controller C can also be connected to the (all-pole) isolating switch TS1, which is located between the connection point V or the accumulator connection AA on the one hand and the DC connection GA on the other hand.
  • the controller C controls the changeover switch US to assume position 2, while the controller provides the isolating switch TS1 in an open switching state.
  • the first potential - of the DC connection GA is therefore separated via the changeover switch US from the first potential - the DC side GS and the first side 1S, and also via the isolating switch TS1 from the first potential - the second side 2S of the DC-DC converter.
  • the second potential + it can be determined during AC charging that the second potential plus on the DC side GS (and thus also on the first side 1S of the DC-DC converter GW) is separated from the second potential + of the DC connection GA via the diode D1. Furthermore, the second potential + of the second side 2S of the DC voltage converter GW is also isolated from the DC connection GA via the isolating switch TS1. Equally, however, the connection between 2S and AA allows power to flow from the DC-DC converter GW to the battery A during AC charging.
  • the optional TS2 circuit breaker is included
  • AC charging is open (and closed for DC charging), for which purpose the controller C can be connected to the isolating switch TS2 in a driving manner.
  • DC charging power flows from DC terminal GA via circuit breaker TS1 (driven closed during direct DC charging) to battery terminal AA.
  • the diodes D2...Dn of the rectifier G1 block any current flow from the DC side GS of the rectifier G1 to the AC connection WA.
  • the switch TS2 can be controlled to be open.
  • the disconnecting switch TS1 can be open (and the optional switch TS2 closed) so as to transfer power via the converter GW to the battery terminal AA.
  • Dn have a blocking effect (for the second potential), while the changeover switch US for the first potential separates the first side 1S of the converter GW from the DC side GS of the rectifier G1.
  • direct current charging direct charging and voltage adjustment direct current charging via the converter GW
  • the connection WA is not connected to any of the potentials of the active charging connection (in this example the charging connection GA) in a current-carrying connection.
  • the changeover switch US is only single-pole, there is a cost advantage compared to a two-pole design of the changeover switch US, even if the diode D1 is necessary for the single-pole design of the changeover switch US, since it is less expensive than a multi-pole changeover switch US.

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Abstract

Eine Ladeschaltung (LS) ist mit einem Akkumulatoranschluss (AA), Gleichstromanschluss (GA) und einem Wechselstromanschluss (WA) ausgestattet, der an eine Wechselstromseite (WS) eines Gleichrichters (G1) der Ladeschaltung (LS) angeschlossen ist. Die Gleichstromseite (GS) des Gleichrichters (G1) ist über einen Umschalter (US) mit einer ersten Seite (1S) eines Gleichspannungswandlers (GW) verbunden, wobei der Umschalter (US) die erste Seite (1S) des Gleichspannungswandlers (GW) wahlweise mit dem Gleichstromanschluss (GA) oder mit einem ersten Potential (-) der Gleichstromseite (GS) des Gleichrichters (G1) verbindet. Ein zweites Potential (+) der Gleichstromseite (GS) des Gleichrichters (G1) ist über eine Diode (D1) mit dem Gleichstromanschluss (GA) verbunden. Die Sperrrichtung der Diode (D1) weist zum Gleichstromanschluss (GA) hin. Eine zweite Seite (2S) des Gleichspannungswandlers (GW) ist mit dem Akkumulatoranschluss (AA) verbunden, an den der Gleichstromanschluss (GA) über einen Trennschalter (TS1) angeschlossen ist. Ferner wir ein Bordnetz mit der Ladeschaltung beschrieben.

Description

Beschreibung
Ladeschaltung mit einem Gleichstromanschluss und einem Wechselstromanschluss sowie Bordnetz mit einer Ladeschaltung
Fahrzeuge mit elektrischem Traktionsantrieb weisen einen Akkumulator auf, der Energie zum elektrischen Fahren bereithält. Ferner sind elektrisch betriebene Fahrzeuge mit Ladeanschlüssen ausgestattet, mittels denen elektrische Energie von einer Ladestation an den Akkumulator des Fahrzeugs übertragen werden kann. Um möglichst weitreichend kompatibel zu sein, können Elektrofahrzeuge mit einem Gleichstrom ladeanschluss und einem Wechselstrom ladeanschluss ausgestattet sein. Eine entsprechende Ladeschaltung muss somit nicht nur Komponenten zur Stromrichtung oder Stromanpassung des Ladestroms vorhalten, sondern auch eine möglichst kostengünstige Anwendung weiterer elektrisch zu versorgender Komponenten des Fahrzeugs ermöglichen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die beim elektrischen Fahren und beim Laden zu übertragenden Leistungen hoch sind und somit die verwendeten Komponenten des Bordnetz bzw. der betreffenden Ladeschaltung einen wesentlichen Kostenfaktor darstellen. Ferner ist Sorge zu tragen, dass an den Ladeanschlüssen keine gefährlichen Berührspannungen auftreten, insbesondere an nicht belegten Ladeanschlüssen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich auf kostengünstige Weise ein sicheres Laden mittels Wechselstrom oder Gleichstrom realisieren lässt. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Ladeschaltung und das Bordnetz gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungen und Vorteile ergeben sich mit den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Figur 1 .
Es wird vorgeschlagen, eine Ladeschaltung mit einem Akkumulatoranschluss sowie mit einem Gleichstrom- und einem Wechselstromanschluss vorzusehen, wobei der Wechselstromanschluss an einen Gleichrichter angeschlossen ist. Der Gleichstromanschluss ist zur Übertragung von Ladeenergie an den Akkumulatoranschluss angeschlossen, während der Gleichrichter über einen Gleichspannungswandler mit dem Akkumulatoranschluss verbunden ist. Mittels des Gleichspannungswandlers kann eine Spannungslage an die geeignete Ladespannung angepasst werden. Über einen Umschalter kann wahlweise (je nach Ladeart) der Gleichrichter oder der Gleichspannungsanschluss mit dem Gleichspannungswandler verbunden werden, sodass für beide Ladearten der Gleichspannungswandler zur Spannungsanpassung herangezogen werden kann. Eine Ausführungsform sieht vor, dass in diesem Fall ein Trennschalter in direkter Verbindung zwischen Gleichstromanschluss und Akkumulatoranschluss trennen kann.
Um kostengünstig eine Beaufschlagung des Gleichstromanschlusses durch die Spannung des Gleichrichters beim Wechselstrom laden zu vermeiden, ist in der Verbindung zwischen dem Gleichstrom ladeanschluss und dem Gleichspannungswandler eine Diode vorgesehen, die sperrt, wenn der Ausgang des Gleichrichters eine Spannung für den Gleichspannungswandler erzeugt. Dadurch kann ferner der Umschalter (zur Umschaltung zwischen Wechselstromladen und Gleichstromladen) einpolig vorgesehen werden. Somit betrifft der Umschalter nur ein Gleichstrompotential, während die Diode in dem anderen Gleichstrompotential wirkt. Dadurch ist sichergestellt, dass keine der genannten Potentiale der Gleichstromseite des Gleichrichters an dem Gleichstromladeanschluss präsent sein kann, wobei für ein Potential die Trennung durch die Diode und für das andere Potential die Trennung durch den Umschalter vorgesehen ist. Ein vorzugsweise allpoliger Trennschalter zwischen Gleichstromanschluss und Akkumulatoranschluss erlaubt die Abtrennung des Gleichstromanschlusses von dem Akkumulator und dem Gleichspannungswandler. Die Gleichstromseite des Gleichrichters über den Umschalter und den Gleichspannungswandler (in dieser Reihenfolge) mit dem Akkumulatoranschluss verbunden. Der Trennschalter ist zwischen dem Gleichstromanschluss und dem Akkumulatoranschluss vorgesehen und erlaubt eine (vorzugsweise allpolige) Trennung des Gleichstromanschluss sowohl von dem Akkumulatoranschluss als auch von dem Gleichspannungswandler, d.h. von der Seite des Gleichspannungswandlers, die mit dem Akkumulatoranschluss verbunden ist.
Es wird daher eine Ladeschaltung, insbesondere eine fahrzeugseitige Ladeschaltung vorgeschlagen, die über einen Gleichstromanschluss und über einen Wechselstromanschluss verfügt. Diese Anschlüsse sind zum kabelgebundenen Laden eingerichtet. Der Wechselstromanschluss ist an eine Wechselstromseite eines Gleichrichters der Ladeschaltung angeschlossen. Der Gleichrichter weist auch eine Gleichstromseite auf, wobei der Gleichrichter eingerichtet ist, einen elektrischen Strom, der einer Wechselstromseite anliegt, in einen Gleichstrom an der Gleichstromseite umzuwandeln. Die Gleichstromseite ist über einen Umschalter mit einem Gleichspannungswandler verbunden. Der Umschalter verbindet eine erste Seite des Gleichspannungswandlers (insbesondere ein erstes Potential hiervon) wahlweise mit dem Gleichstromanschluss (bzw. ein erstes Potential hiervon) oder mit einem ersten Potential der Gleichstromseite des Gleichrichters. Dadurch kann ausgewählt werden, ob der Gleichrichter mit dem Gleichspannungswandler verbunden ist (und somit über den Gleichspannungswandler mit einem Akkumulatoranschluss verbunden ist) oder ob der Gleichspannungswandler mit dem Gleichstromanschluss zu verbinden ist. Der Umschalter wird gemäß der Lademodus (Gleichstrom / Wechselstrom) eingestellt. Ein zweites Potential der Gleichstromseite des Gleichrichters ist über eine Diode mit dem Gleichstromanschluss verbunden. Die Spermchtung der Diode weist zum Gleichstromanschluss hin. Dadurch ist gemäß dieser Spermchtung eine Übertragung von einem gefährlichen Potential ausgehend von der Gleichstromseite des Gleichrichters (das heißt beim Wechselstrom laden) an den Gleichstromanschluss unterdrückt. Am Gleichstromanschluss liegt somit kein Potential der Gleichstromseite des Gleichrichters vor, da sowohl die Diode für ein Potential als auch der Umschalter für das andere Potential eine Trennung vornimmt. Ein Trennschalter verbindet den Akkumulatoranschluss einerseits mit dem Umschalter und dem Gleichstromanschluss andererseits. Mit anderen Worten ist eine zweite Seite des Gleichspannungswandlers mit dem Akkumulatoranschluss verbunden, wobei der Gleichstromanschluss über den Trennschalter mit dem Akkumulatoranschluss verbunden ist.
Der Umschalter kann somit einpolig ausgestaltet sein und ist damit gegenüber einem zweipoligen Umschalter kostengünstiger. Die Diode ist im Vergleich zu einem zweipoligen Umschalter ein kostengünstiges Bauelement, auch bei Hochleistungsanwendungen, und ermöglicht gleichzeitig eine effektive Abtrennung des betreffenden Potentials der Gleichstromseite des Gleichrichters gegenüber dem Gleichstromanschluss.
Der Gleichstromanschluss kann auch als Gleichstrom-Ladeanschluss bezeichnet werden. Der Wechselstromanschluss kann auch als Wechselstrom-Ladeanschluss bezeichnet werden. Beide Anschlüsse sind vorzugsweise Steckkontakte, insbesondere Steckkontakte, die an einer Außenseite des Fahrzeugs an ein Ladekabel angebunden werden können. Die Ladeschaltung ermöglicht, dass der Gleichstromanschluss direkt mit einem Akkumulator des Fahrzeugs verbunden werden kann, um so ein Schnellladen zu realisieren. Ferner ist durch den Gleichspannungswandler und die Anwendung über den Umschalter möglich, dass zur Spannungsanpassung, etwa beim Beginn einer Ladephase, Leistung vom Gleichstromanschluss über den Gleichspannungswandler zur Spannungsanpassung an den Akkumulator geliefert werden kann. Die Schaltung ermöglicht neben einer kostengünstigen Abtrennung des Gleichstromanschlusses während dem Wechselstrom laden auch eine Schnellladung, wobei der Gleichspannungswandler sowohl beim Gleichspannungsladen verwendet werden kann, sofern eine Spannungsanpassung erforderlich ist, als auch beim Wechselstrom laden verwendet werden kann.
Eine zweite Seite des Gleichspannungswandlers ist mit einem Akkumulatoranschluss der Ladeschaltung verbunden. An diesem Akkumulatoranschluss ist vorzugsweise auch der Gleichstromanschluss (über einen Trennschalter, jedoch ohne Spannungswandlung) angeschlossen. Die zweite Seite des Gleichspannungswandlers kann auch als Ausgang bezeichnet werden, während die erste Seite einen Eingang darstellen kann. Diese Bezeichnungen betreffen insbesondere einen Ladevorgang.
Bei offenem Trennschalter (d.h. unterbrochene Verbindung zwischen dem Gleichstromanschluss und dem Akkumulatoranschluss) ist der Gleichstromanschluss über die Diode und den Umschalter (betreffend jeweils eines von zwei Potentialen des Gleichstromanschlusses) über den Gleichspannungswandler mit dem Akkumulatoranschluss verbunden. Der Umschalter und Dioden des Gleichrichters verhindern eine Übertragung von Spannung des Gleichstromanschlusses zum Wechselstromanschluss. Zum direkten Gleichstromladen kann der Trennschalter geschlossen sein. Beim Wechselstrom laden verhindern der Umschalter und die Diode (jeweils für eines von zwei Potentialen der Gleichstromseite des Gleichrichters), dass an dem Gleichstromanschluss ein gefährliches Potential auftreten kann. Der Trennschalter verhindert hierbei eine Übertragung von Gleichspannung vom Akkumulatoranschluss an den (nicht belegten) Gleichstromanschluss während des Wechselstromladens. Der Trennschalter ist als allpoliger Trennschalter ausgestaltet. Der Umschalter einpolig ist ausgestaltet.
Der Gleichspannungswandlers (insbesondere dessen zweite Seite) kann direkt mit dem Akkumulatoranschluss verbunden sein. Alternativ ist ein zweite, vorzugsweise allpoliger Trennschalter vorgesehen, über den der Gleichspannungswandler (insbesondere dessen zweite Seite) mit dem Akkumulatoranschluss verbunden ist. Das erste Potential der Gleichstromseite des Gleichrichters ist vorzugsweise ein negatives Potential, beispielsweise ein negatives Hochvoltpotential (etwa das Minuspotential). Dieses kann über den Umschalter wahlweise mit der ersten Seite des Gleichspannungswandlers, insbesondere einem negativen Potential dieser Seite, verbunden werden, oder kann über den Umschalter mit dem Gleichstromanschluss, insbesondere einem negativen Potential des Gleichstromanschlusses, verbunden werden. Das erste Potential ist somit ein negatives Potential, welches über den Umschalter mit einem negativen Potential der ersten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden ist. Das zweite Potential der Gleichstromseite des Gleichrichters ist hierbei vorzugsweise ein positives Potential. Dieses ist über die Diode mit einem positiven Potential des Gleichstromanschlusses verbunden. Die Kathode der Diode ist hierbei mit dem positiven Potential, das heißt dem zweiten Potential verbunden, während die Anode der Diode mit dem Gleichstromanschluss verbunden ist, insbesondere mit dessen positiven Potential. Der Gleichstromanschluss umfasst hierbei zwei Kontakte, ein Kontakt für ein positives Potential und ein Kontakt für ein negatives Potential.
Es sind auch Ausführungen denkbar, bei denen die Diode das negative Potential der Gleichstromseite des Gleichrichters mit dem negativen Potential des Gleichstromanschlusses verbindet, während der Umschalter mit einem positiven Potential der ersten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden ist, und wahlweise ein positives Potential der Gleichstromseite des Gleichrichters oder ein positives Potential der Gleichstromseite des Gleichstromanschlusses mit diesem verbindet. Die Diode ist dann entsprechend in dem anderen Potential vorgesehen und weist eine Sperrrichtung auf, die einen Fluss von Strom von der Gleichstromseite zum Gleichstromanschluss unterbindet.
Allgemein ist die Sperrrichtung der Diode derart, dass die Diode einen Stromfluss vom Gleichrichter zum Gleichstromanschluss unterbindet, wenn an diesem keine Spannung vorliegt, und einen Strom vom Gleichstromanschluss zum Gleichspannungswandler leitet, wenn eine Ladespannung am Gleichstromanschluss anliegt. Die Dioden des Gleichrichters weisen eine Sperrwirkung auf, die einen Stromfluss von einem Potential der Gleichstromseite des Gleichrichters zum anderen Potential der Gleichstromseite unterbindet, wenn an der Gleichstromseite des Gleichrichters eine Spannung anliegt, etwa eine Ladespannung des Gleichstromanschlusses. Mit anderen Worten unterbinden die Gleichrichtelemente des Gleichrichters einen Stromfluss von einem Potential der Gleichstromseite zu Wechselstromseite, wenn Spannung an die Gleichstromseite angelegt wird bzw. wenn keine Spannung an der Wechselstromseite des Gleichrichters anliegt.
Der Gleichrichter ist vorzugsweise nicht galvanisch trennend. Der Gleichrichter kann auch ein galvanisch trennender Gleichrichter sein, wobei die Verwendung eines galvanisch verbindenden Gleichrichters, d. h. eines nicht galvanisch trennender Gleichrichters, kostengünstiger ist. Der Gleichspannungswandler kann als galvanisch trennender bzw. galvanisch isolierender Gleichspannungswandler ausgebildet sein und somit einen Transformator aufweisen, über den die Leistung übertragen wird. Der Gleichspannungswandler kann jedoch auch ein galvanisch verbindender Gleichspannungswandler sein. Die Verwendung eines galvanisch verbindenden Gleichspannungswandlers ist kostengünstiger, jedoch erlaubt dieser keine Potentialtrennung zwischen den beiden Seiten des Wandlers.
Die Leistungsschaltung umfasst vorzugsweise einen Zwischenkreiskondensator. Dieser ist parallel an die erste Seite des Gleichspannungswandlers angeschlossen. Der Zwischenkreiskondensator ist zwischen dem Umschalter und dem Gleichspannungswandler vorgesehen. Damit ist der Zwischenkreiskondensator unabhängig von der Schalterstellung des Umschalters mit der ersten Seite des Gleichspannungswandlers direkt verbunden. Der Zwischenkreiskondensator befindet sich somit auf der Seite des Gleichspannungswandlers, die dem Umschalter bzw. dem Gleichrichter zugewandt ist. Der Zwischenkreiskondensator ist insbesondere an der Stelle des Gleichspannungswandlers vorgesehen, die dem Akkumulatoranschluss abgewandt ist.
Die Gleichstromseite des Gleichrichters kann über die Diode sowie über eine Sicherung mit dem Gleichstromanschluss verbunden sein. Die Gleichstromseite des Gleichrichters ist somit über eine Reihenschaltung mit dem Gleichstromanschluss verbunden, wobei die Reihenschaltung sich durch die Reihenschaltung von Diode und Sicherung ergibt. Vorzugsweise ist die Sicherung über die Diode mit dem Gleichrichter bzw. mit dessen Gleichstromseite verbunden. Dadurch ist die Schaltung bei einem Kurzschlussfehler der Diode abgesichert.
Die Ladeschaltung umfasst vorzugsweise eine Steuerung. Diese ist ansteuernd mit dem Umschalter verbunden. Die Steuerung ist eingerichtet, in einem Wechselstrom ladezustand den Umschalter einzustellen, die erste Seite des Gleichspannungswandlers mit der Gleichspannungsseite des Gleichrichters zu verbinden. Die Steuerung ist ferner eingerichtet, in einem Gleichstrom ladezustand die erste Seite des Gleichspannungswandlers mit dem Gleichstromanschluss zu verbinden. Der Wechselstrom ladezustand liegt vor, wenn an der Wechselstromseite des Gleichrichters eine ein- oder mehrphasige Spannung vorliegt (während am Gleichspannungsanschluss keine Spannung anliegt), und der Gleichstrom ladezustand liegt vor, wenn eine Gleichspannung, d. h. eine Ladegleichspannung am Gleichspannungsanschluss anliegt (und am Wechselspannungsanschluss keine Ladespannung anliegt).
Die Steuerung ist vorzugsweise ansteuernd mit dem Trennschalter verbunden. Die Steuerung ist vorzugsweise eingerichtet ist, bei Vorliegen des Wechselstrom ladezustands den Trennschalter in offenem Zustand vorzusehen und bei Vorliegen des Gleichstrom ladezustands den Trennschalter in geschlossenem Zustand vorzusehen.
Vorzugsweise sind der Wechselstromanschluss und der Gleichstromanschluss gemäß einem Standard zum konduktiven Laden von Plug-in-Fahrzeugen ausgebildet. Dieser Standard kann beispielsweise der IEC 61851 , IEC 60309/CEE, SAEJ 1772, IEC 62196-2 oder EN62196 (Typ II) sein. Der Wechselstromanschluss und der Gleichstromanschluss werden vorzugsweise von Steckelementen vorgesehen, die von der Außenseite des Fahrzeugs erreichbar sind, um so einen Stecker einer Ladestation einzustecken. Der Wechselstromanschluss und der Gleichstromanschluss können auch von einer gemeinsamen Steckvorrichtung vorgesehen sein, die die Kontakte für den Wechselstromanschluss und den Gleichstromanschluss vereint, im Sinne eines Kombo-Anschlusses (CCS) oder ähnliches.
Die Ladeschaltung kann mit einem Akkumulatoranschluss vorgesehen sein, der gleichermaßen mit dem Gleichstromanschluss und mit der zweiten Seite des Gleichspannungswandler verbunden ist. Es bestehen somit (zwei) Verbindungsstellen, welche die zweite Seite des Gleichspannungswandlers mit dem Akkumulatoranschluss verbinden. Die Verbindungsstelle sind auf einer Seite des Trennschalters vorgesehen, während die entgegengesetzte Seite des Trennschalters über den Umschalter mit dem ersten Potential der ersten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden ist. Diese entgegengesetzte Seite des Trennschalters ist ferner über die Diode mit dem zweiten Potential ersten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden ist. An die Verbindungsstellen ist der Akkumulatoranschluss angeschlossen, so dass sich eine zentrale Schnittstelle für den Anschluss eines Akkumulators ergibt. Die Ladeschaltung kann einen Akkumulator-Trennschalter aufweisen, der diesem Akkumulatoranschluss nachgeschaltet ist, um so einen Akkumulator (eines Bordnetzes) der über den Akkumulator-Trennschalter an die Ladeschaltung angeschlossen ist, abtrennen zu können. Der Akkumulatoranschluss ist zur Verbindung mit einem Akkumulator ausgestaltet und verfügt über Kontakte, die den Anschluss eines Akkumulators erlauben. Der Akkumulatoranschluss ist als Hochvolt-Akkumulatorschnittstelle ausgebildet. Die Vorsilbe „Hochvolt“ -bedeutet eine Auslegung der betreffenden Komponente für eine Spannung von mehr als 60 V oder mindestens 100 V, 200 V, 400 V oder 800 V.
Die Akkumulatorschnittstelle kann über den Umschalter mit der ersten Seite des Gleichspannungswandlers und über die Diode mit der Gleichspannungsseite des Gleichrichters verbunden sein. Hierbei ist die Akkumulatorschnittstelle über den Trennschalter mit der Diode und dem Umschalter verbunden. Ein Potentialanschluss des allpoligen (zweipoligen) Trennschalters ist mit der Diode verbunden und ein weiterer Potentialanschluss des allpoligen (zweipoligen) Trennschalters ist mit dem Umschalter verbunden.
Die Ladeschaltung kann zudem einen weiteren Trennschalter aufweisen, über den die zweite Seite des Gleichspannungswandlers mit dem Akkumulatoranschluss bzw. dem Gleichstromanschluss (d.h. mit den Verbindungsstellen) verbunden ist. Dieser weitere Trennschalter ist vorzugsweise ein allpoligen (zweipoliger) Schalter ausgebildet.
Die Ladeschaltung kann zudem einen Bordnetzanschluss aufweisen, der sich an der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers befindet, insbesondere an der Seite des weiteren Trennschalters, die mit der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers (direkt) verbunden ist. Über diesen Bordnetzanschluss kann etwa beim Laden ein an die Ladeschaltung angeschlossener Bordnetzzweig mit weiteren elektrischen Komponenten angeschlossen werden, die sowohl beim Wechselstrom laden als auch beim Gleichstrom laden versorgt werden können. Im Falle des Wechselstrom ladens werden diese über den Gleichspannungswandler versorgt. Im Falle des Gleichspannungsladens können diese über den weiteren Trennschalter versorgt werden, oder können bei offenem Trennschalter ebenfalls über den Gleichspannungswandler versorgt werden. Das im weiteren beschriebene Bordnetz umfasst diesen, an die Ladeschaltung angeschlossenen Bordnetzzweig mit den entsprechenden Komponenten, etwa Komponenten, die beim Laden mit Strom versorgt werden, wie etwa ein Klimakompressor, ein 12-Volt-Bordnetzwandler, ein elektrisch heizbarer Katalysator, und ähnliches. Ferner kann in dem Bordnetzzweig ein elektrischer Traktionsantrieb vorgesehen sein. Wird dieser über den Akkumulatoranschluss mit Energie versorgt, dann trennt der Gleichspannungswandler der Bordnetzanschluss von der ersten Seite des Gleichspannungswandlers. In einem Traktionsmodus verbindet der Umschalter vorzugsweise den Gleichspannungswandler mit dem Gleichrichter und trennt den Gleichspannungswandler von dem ersten Potential des Gleichstromanschlusses.
Ferner wird ein Bordnetz beschrieben, insbesondere ein Fahrzeugbordnetz, welches eine Ladeschaltung, wie hierin beschrieben, aufweist. Das Bordnetz umfasst ferner einen Akkumulator. Dieser ist an den Akkumulatoranschluss angeschlossen, und kann direkt oder über einen (vorzugsweise al Ipoligen) Akkumulator-Trennschalter der Ladeschaltung mit diesem verbunden sein. Der Akkumulator kann somit über den Trennschalter mit dem Gleichstromanschluss verbunden sein sowie mit der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden sein, entweder direkt oder über den weiteren Trennschalter.
Das Bordnetz umfasst eine Ladeschaltung mit einem Wechselstromanschluss, der über einen Gleichrichter und einen in einem ersten Potential vorgesehen Umschalter mit einem Gleichspannungswandler verbunden ist. Das zweite Potential zwischen Gleichrichter und Gleichspannungswandler ist über eine Diode mit einem zweiten Potential eines Gleichspannungsanschlusses verbunden. Das erste Potential des Gleichspannungsanschlusses ist über die Diode mit dem ersten Potential zwischen dem Gleichrichter und dem Gleichspannungswandler verbunden. Ein Trennschalter verbindet den Gleichspannungsanschluss (und somit die Diode und den Umschalter) mit dem Akkumulatoranschluss, an den ein Akkumulator (Teil des Bordnetzes, nicht der Ladeschaltung) angeschlossen ist. Der Umschalter verbindet ein Potential einer ersten Seite des Gleichspannungswandlers wahlweise mit einem ersten Potential der Gleichspannungsseite des Gleichrichters oder mit dem ersten Potential des Gleichspannungsanschlusses. Die zweite Seite des Gleichspannungswandlers ist direkt oder vorzugsweise über einen weiteren Trennschalter mit dem Akkumulatoranschluss verbunden. Die Anschlüsse, der Gleichrichter, der Wechselrichter, die Schalter und die Diode sind Teil der Ladeschaltung. Ein Akkumulator des Bordnetzes ist an den Akkumulatoranschluss verbunden. Ein Bordnetzanschluss der Ladeschaltung ist direkt mit der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers verbunden, wobei ein Bordnetzzweig des Bordnetzes, der nicht Teil der Ladeschaltung ist, an den Bordnetzanschluss angeschlossen ist. Eine Steuerung schaltet zumindest den Umschalter wie oben dargestellt.
Das Bordnetz ist mit einer Ladeschaltung ausgestattet, wie sie hierin beschrieben ist. Das Bordnetz weist einen Akkumulator aufweist, der an den Akkumulatoranschluss der Ladeschaltung angeschlossen ist. Das Bordnetz weist mindestens eine Komponente auf, die an einen Bordnetzanschluss der Ladeschaltung angeschlossen ist. Der Bordnetzanschluss ist mit der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers (vorzugsweise direkt) verbunden und ist über den (optionalen) weiteren Trennschalter der Ladeschaltung mit dem Akkumulatoranschluss der Ladeschaltung verbunden ist. Das Bordnetz ist vorzugsweise ein Hochvolt-Bordnetz. Das Bordnetz ist vorzugsweise ein Fahrzeugbordnetz, beispielsweise eines Fahrzeugs mit elektrischem Traktionsantrieb.
Die Figur 1 zeigt ein Schaltbild zur näheren Erläuterung der hier beschriebenen Ladeschaltung und des hier beschriebenen Bordnetzes.
Die Figur 1 zeigt eine Ladeschaltung LS, an die zum einen ein Akkumulator A und zum anderen eine Gleichstromquelle G sowie eine Wechselstromquelle W angeschlossen ist. Die Ladeschaltung LS umfasst eine Schnittstelle S, die einen Gleichstromanschluss GA und einen Wechselstromanschluss WA aufweist. Beide Anschlüsse sind Ladeanschlüsse. Es ist dargestellt, dass eine Wechselstromquelle W oder eine Gleichstromquelle G an die entsprechenden Anschlüsse WA, GA angeschlossen sein kann, so dass eine Kompatibilität für beide Ladearten gegeben ist.
Die Ladeschaltung LS weist einen Gleichrichter G1 auf, der über eine Wechselstromseite WS verfügt, die mit dem Wechselstromanschluss WA (direkt) verbunden ist. An die entsprechende Gleichstromseite GS des Gleichrichters G1 ist über einen (einpoligen) Umschalter US ein Gleichspannungswandler GW der Ladeschaltung LS angeschlossen. Das erste Potential, d. h. das Minuspotential - der Gleichstromseite ist über den Umschalter US an das erste Potential - einer ersten Seite des Gleichspannungswandlers GW angeschlossen. Der Umschalter US ist eingerichtet, in einem ersten Schaltzustand 1 die erste Seite 1 S des Gleichspannungswandlers GW, insbesondere dessen erstes Potential mit dem Gleichstromanschluss GA zu verbinden, insbesondere mit dessen ersten Potential Diese Schaltstellung des Umschalters US ist mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. In dieser Schaltstellung trennt der Umschalter US den Gleichspannungswandler GW von dem Gleichrichter GS (bezogen auf das erste Potential -).
In der anderen Schaltstellung 2 des Umschalters US ist das erste Potential - der Gleichspannungsseite GS des Gleichrichters G1 mit dem ersten Potential - der ersten Seite des Gleichspannungswandlers GW verbunden. In dieser Schaltstellung trennt der Umschalter den Gleichspannungswandler GW von dem Gleichstromanschluss GA (bezogen auf das erste Potential - von GW und GA).
Der Gleichspannungswandler GW weist eine zweite Seite 2S auf, die mit einem Bordnetzanschluss BA (direkt) verbunden ist. Ferner ist die zweite Seite 2S des Gleichspannungswandlers GW mit dem Akkumulatoranschluss (über einen weiteren Trennschalter TS2) verbunden. Die zweite Seite 2S des Gleichspannungswandlers ist (über den weiteren Trennschalter TS2) mit einem Verbindungspunkt V verbunden, an dem die zweite Seite 2S des Gleichspannungswandlers über den weiteren Trennschalter TS2 mit dem Trennschalter TS 1 verbunden ist, der zu dem Gleichstromanschluss GA führt. Zudem ist dieser Verbindungspunkt V mit dem Akkumulatoranschluss AA der Ladeschaltung LS verbunden. An den Akkumulatoranschluss AA der Ladeschaltung LS ist ein Akkumulator A des dargestellten Bordnetzes angeschlossen. Die zweite Seite 2S des Gleichspannungswandlers (GW) ist somit mit dem Akkumulatoranschluss AA (über den optionalen weiteren Trennschalter TS2) verbunden, der über den Trennschalter TS1 mit dem Gleichspannungsanschluss GA verbunden ist. Der Akkumulatoranschluss ist über den Trennschalter TS1 sowie über die Diode D1 und den Umschalter US (in unterschiedlichen Potentialschienen +, - vorgesehen) mit dem Gleichrichter G1 (bzw. dessen Gleichspannungsseite GS) verbunden. Der Gleichstromanschluss GA ist direkt mit der Diode D1 sowie mit dem Umschalter US verbunden, die direkt zu der Gleichspannungsseite GS bzw. zu der ersten Seite 1 S des Gleichspannungswandlers GW führen. Zwischen dem Verbindungspunkt V und dem Akkumulatoranschluss AA ein Akkumulator-Trennschalter (nicht dargestellt) vorgesehen sein, oder der Akkumulatoranschluss AA ist direkt mit dem Verbindungspunkt V verbunden. Der weitere Trennschalter TS2 ist optional und kann zwischen der zweiten Seite 2S des Gleichspannungswandlers GW und dem Akkumulatoranschluss (bzw. dem Trennschalter TS 1 ) angeschlossen sein. Insbesondere ist der weitere Trennschalter TS2 zwischen dem Bordnetzanschluss BA und dem Akkumulatoranschluss AA angeschlossen. Die Trennschalter sind zweipolig ausgestaltet und trennen schaltbar beide Potentiale.
Der Bordnetzanschluss BA ist Teil der Ladeschaltung, wobei sich weitere Komponenten (insbesondere Hochvolt-Komponenten wie ein Klimakompressor, ein 12 V-Wandler, ein Katalysator-Heizelement und insbesondere ein elektrischer Antrieb) des Bordnetzes an den Bordnetzanschluss BA anschließen können. Diese Komponenten sind jedoch nicht Teil der Ladeschaltung LS.
Während ein erstes Potential - der Gleichspannungsseite GS des Gleichrichters G1 mit der ersten Seite 1 S des Gleichspannungswandlers GW über den Umschalter US (einpolig ausgestaltet) verbunden ist, besteht für das zweite, positive Potential + eine direkte Verbindung zwischen der Gleichstromseite GS und der ersten Seite 1 S. Das zweite Potential + ist über eine Diode D1 mit dem zweiten Potential + des Gleichstromanschlusses GA verbunden. Damit verbindet die Diode D1 auch das zweite Potential + der Gleichstromseite (und somit auch das zweite Potential Plus der ersten Seite 1 S) über den Trennschalter TS1 mit dem Verbindungspunkt V bzw. mit dem Akkumulatoranschluss AA. Zwischen der Diode D1 und dem zweiten Potential + des Gleichstromanschlusses GA kann eine optionale Sicherung F vorgesehen sein.
Eine Steuerung C ist ansteuernd mit dem Umschalter US verbunden (wie mit dem Pfeil dargestellt), um wahlweise die Schaltstellung 1 oder 2 des Umschalters US einzustellen. Vorzugsweise hat beim Wechselstrom laden der Umschalter die Schaltstellung 2 und beim Gleichstromladen die Schaltstellung 1.
Der Gleichrichter G1 weist ferner Dioden D2 bis DN auf, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht im Detail dargestellt sind. Der Gleichrichter G1 kann beispielsweise als Leistungsfaktorkorrekturfilter oder als BnC-Brücke vorgesehen sein, wobei n das Doppelte der Phasenanzahl des Wechselstromanschlusses WA ist. Bei einem Wechselstrom laden wird der Umschalter US in der Schaltstellung 2 vorgesehen, so dass das erste Potential - der Gleichstromseite GS aufgrund des Umschalters US von dem ersten Potential - des Gleichstromanschlusses GA entkoppelt ist.
Die Steuerung C kann ferner ansteuernd mit dem (allpolig ausgestalteten) Trennschalter TS1 verbunden sein, der sich zwischen dem Verbindungspunkt V bzw. dem Akkumulatoranschluss AA einerseits und dem Gleichstromanschluss GA andererseits befindet. Beim Wechselstrom laden steuert dann die Steuerung C den Umschalter US an, die Position 2 einzunehmen, während der Trennschalter TS1 von der Steuerung in einem offenen Schaltzustand vorgesehen wird. Das erste Potential - des Gleichstromanschlusses GA ist daher über den Umschalter US von dem ersten Potential - der Gleichstromseite GS sowie der ersten Seite 1 S getrennt, und auch über den Trennschalter TS1 von dem ersten Potential - der zweiten Seite 2S des Gleichspannungswandlers getrennt. Für das zweite Potential + lässt sich beim Wechselstrom laden feststellen, dass das zweite Potential Plus der Gleichstromseite GS (und somit auch der ersten Seite 1 S des Gleichspannungswandlers GW) über die Diode D1 von dem zweiten Potential + des Gleichstromanschlusses GA getrennt ist. Ferner ist auch über den Trennschalter TS1 das zweite Potential + der zweiten Seite 2S des Gleichspannungswandlers GW von dem Gleichstromanschluss GA getrennt. Gleichermaßen ermöglicht jedoch die Verbindung zwischen 2S und AA einen Leistungsfluss vom Gleichspannungswandler GW zum Akkumulator A während des Wechselstromladens. Der optionale Trennschalter TS2 ist beim
Wechselstrom laden offen (und beim Gleichstrom laden geschlossen), wobei die Steuerung C hierzu ansteuernd mit dem Trennschalter TS2 verbunden sein kann.
Beim Gleichstromladen fließt Leistung vom Gleichstromanschluss GA über den Trennschalter TS1 (geschlossen angesteuert während dem direkten Gleichstromladen) zum Akkumulatoranschluss AA. Hierbei sperren die Dioden D2... Dn des Gleichrichters G1 jeglichen Stromfluss von der Gleichstromseite GS des Gleichrichters G1 zum Wechselstromanschluss WA. Zudem kann beim direktne Gleichstrom laden der Schalter TS2 offen angesteuert sein. Ferner kann beim Spannungsanpassungs-Gleichstromladen der Trennschalter TS1 geöffnet (und der optionale Schalter TS2 geschlossen) sein, um so Leistung über den Wandler GW an den Akkumulatoranschluss AA zu übertragen. Auch hierbei ergibt sich durch die Dioden D2 ... Dn eine Sperrwirkung (für das zweite Potential), während der Umschalter US für das erste Potential - die erste Seite 1 S des Wandlers GW von der Gleichstromseite GS des Gleichrichters G1 trennt. Dadurch ist auch beim Gleichstromladen (Direktladen und Spannungsanpassungs-Gleichstromladen über den Wandler GW) gesichert, dass der jeweils nicht belegte Anschluss, in diesem Fall der Anschluss WA, mit keinem der Potentiale des aktiven Ladeanschlusses (in diesem Beispiel der Ladeanschluss GA) stromleitend in Verbindung steht. Da der Umschalter US nur einpolig ausgebildet wird, ergibt sich ein Kostenvorteil gegenüber einer zweipoligen Ausführung des Umschalters US, auch wenn bei der einpoligen Ausführung des Umschalters US die Diode D1 notwendig ist, da diese im Vergleich zu einem mehrpoligen Umschalter US kostengünstiger ist.

Claims

Patentansprüche
1. Ladeschaltung (LS) mit einem Akkumulatoranschluss (AA), Gleichstromanschluss (GA) und einem Wechselstromanschluss (WA), der an eine Wechselstromseite (WS) eines Gleichrichters (G1 ) der Ladeschaltung (LS) angeschlossen ist, dessen Gleichstromseite (GS) über einen Umschalter (US) mit einem Gleichspannungswandler (GW) verbunden ist, wobei der Umschalter (US) eine erste Seite des Gleichspannungswandlers (GW) wahlweise mit dem Gleichstromanschluss (GA) oder mit einem ersten Potential (-) der Gleichstromseite (GS) des Gleichrichters (G1 ) verbindet und ein zweites Potential (+) der Gleichstromseite (GS) des Gleichrichters (G1 ) über eine Diode (D1 ) mit dem Gleichstromanschluss (GA) verbunden ist, deren Sperrrichtung zum Gleichstromanschluss (GA) hin weist, wobei eine zweite Seite (2S) des Gleichspannungswandlers (GW) mit dem Akkumulatoranschluss (AA) verbunden ist, an den der Gleichstromanschluss (GA) über einen Trennschalter (T1 ) angeschlossen ist.
2. Leistungsschaltung (LS) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Potential (-) der Gleichstromseite (GS) des Gleichrichters (G1 ) ein negatives Potential ist, welches über den Umschalter (US) mit einem negativen Potential der ersten Seite des Gleichspannungswandlers (GW) verbunden ist und das zweite Potential der Gleichstromseite (GS) des Gleichrichters (G1 ) ein positives Potential ist, welches über die Diode (D1 ) mit einem positiven Potential (+) des Gleichstromanschlusses (GA) verbunden ist.
3. Ladeschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Trennschalter (TS1 ) als allpoliger Trennschalter (TS1 ) ausgestaltet ist und der Umschalter (US) einpolig ausgestaltet ist.
4. Ladeschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Seite (2S) des Gleichspannungswandlers (GW) direkt oder über einen zweiten, allpoligen Trennschalter (TS2) mit dem Akkumulatoranschluss (AA) der Ladeschaltung (LS) verbunden ist.
5. Ladeschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Verbindungsstellen (V), welche die zweite Seite (2S) des Gleichspannungswandlers (GW) mit dem Akkumulatoranschluss (AA) verbinden, auf einer Seite des Trennschalters (TS1 ) vorgesehen sind, während die entgegengesetzte Seite des Trennschalters (TS1 ) über den Umschalter (US) mit dem ersten Potential (-) der ersten Seite (1 S) des Gleichspannungswandlers (GW) verbunden ist und über die Diode (D1 ) mit dem zweiten Potential (+) der ersten Seite (1 S) des Gleichspannungswandlers (GW) verbunden ist.
6. Ladeschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gleichrichter (G1 ) nicht galvanisch trennend ist und der Gleichspannungswandler (GW) ein galvanisch trennender Gleichspannungswandler ist.
7. Leistungsschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner einen Zwischenkreiskondensator (C) aufweist, der zwischen dem Umschalter (US) und dem Gleichspannungswandler (GW) parallel an die erste Seite (1 S) des Gleichspannungswandlers angeschlossen ist.
8. Ladeschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner eine Steuerung (C) aufweist, die eingerichtet ist, in einem Wechselstrom ladezustand den Umschalter (US) einzustellen, die erste Seite (1 S) des Gleichspannungswandlers (GW) mit der Gleichspannungsseite (GS) des Gleichrichters (G1 ) zu verbinden und in einem Gleichstrom ladezustand die erste Seite (1 S) des Gleichspannungswandlers (GW) mit dem Gleichstromanschluss (GA) zu verbinden.
9. Ladeschaltung nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (C) ansteuernd mit dem Trennschalter (TS1 ) verbunden ist und eingerichtet ist, bei Vorliegen des Wechselstrom ladezustands den Trennschalter (TS1 ) in offenem Zustand vorzusehen und bei Vorliegen des Gleichstrom ladezustands den Trennschalter (TS1 ) in geschlossenem Zustand vorzusehen.
10. Bordnetz mit einer Ladeschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bordnetz ferner einen Akkumulator (A) aufweist, der an den Akkumulatoranschluss der Ladeschaltung (LS) angeschlossen ist, wobei das Bordnetz mindestens eine Komponente aufweist, die an einen Bordnetzanschluss (BA) der Ladeschaltung (LS) angeschlossen ist, welcher mit der zweiten Seite (2S) des Gleichspannungswandlers (GW) verbunden ist sowie über einen weiteren Trennschalter (TS2) der Ladeschaltung (LS) mit dem Akkumulatoranschluss (AA) der Ladeschaltung (LS) verbunden ist.
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