WO2022128521A1 - Fahrzeugladeschaltung mit gleichrichtereinrichtung, zwischenkreiskondensator und vor-/entladeschaltung - Google Patents

Fahrzeugladeschaltung mit gleichrichtereinrichtung, zwischenkreiskondensator und vor-/entladeschaltung Download PDF

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discharge
rectifier device
changeover switch
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Waldemar Heimann
Martin GÖTZENBERGER
Walter Schrod
Thomas Franz
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Definitions

  • Vehicles with an electric drive are often equipped with high-voltage accumulators, which can emit a voltage that is dangerous for humans. Furthermore, there are components with energy stores such as capacitors in such vehicles, which can be charged with the voltage of the battery or rectified mains voltage of a charging station and are therefore also potentially dangerous for people.
  • the pre-charge/discharge circuit has a changeover switch (commonly referred to as the "first changeover switch") that switches one pole of the intermediate circuit capacitor with the Connects rectifier device for pre-charging or connects to the other pole of the intermediate circuit capacitor to discharge it. Because a changeover switch is used, which optionally connects the pole of the intermediate circuit capacitor to the rectifier or to the discharge resistor, the design of the changeover switch means that the rectifier circuit cannot be connected to the discharge resistor even if the drive is faulty.
  • the changeover switch connects the intermediate circuit capacitor to the discharge resistor and not to the rectifier, so that if a control fails, a current flow from the rectifier is avoided.
  • This also serves to prevent a faulty permanent current originating from the rectifier device and in particular enables a functional separation of the rectifier device from the downstream components such as the intermediate circuit capacitor and other components.
  • FIGS. 1 to 3 Three different variants of the circuitry of the changeover switch and the discharge resistor are shown here by way of example, with FIGS. 1 to 3 being assigned to a first variant, FIGS. 4, 5 and 8 belonging to a second variant and FIGS. 6 and 7 serving to explain a third variant .
  • a vehicle charging circuit which has a rectifier device, at least one intermediate circuit capacitor and at least one precharging/discharging circuit.
  • the vehicle charging circuit is provided in particular in a vehicle (in the sense of a vehicle charging circuit on the vehicle), for example in an on-board network of a vehicle, but can also be provided in a charging station.
  • the vehicle charging circuit and its components are designed in particular for voltages of over 60 volts, for example for nominal voltages of at least 100, 200, 400 or 800 volts.
  • the vehicle charging circuit is provided in particular for charging a traction battery of a vehicle, which is designed according to one of the voltages mentioned.
  • a DC voltage converter can be connected to the intermediate circuit capacitor, which leads to the accumulator or to an accumulator connection.
  • the precharging/discharging circuit has at least one first changeover switch which is set up to connect a first pole of the intermediate circuit capacitor to a first potential of the rectifier device in a first position.
  • This allows the direct connection, that is to say a connection without a (current-limiting) resistance component, between the intermediate circuit capacitor and the rectifier device in order to carry a charging current.
  • the changeover switch connects the first pole of the intermediate circuit capacitor to the second pole of the intermediate circuit capacitor via a discharge resistor.
  • the discharge resistor thereby enables a limited flow of current for the purpose of discharging the intermediate circuit capacitor when the second position is present.
  • discharge resistor means that this is intended for discharging, but this does not exclude other functions such as pre-charging.
  • the changeover switch is set up to assume the second switching position in the non-actuated state.
  • the first changeover switch enables the intermediate circuit capacitor to be connected via the discharge resistor and thus the limited current flow for the purpose of discharging the intermediate circuit capacitor (possibly also for precharging the intermediate circuit capacitor, cf. third variant).
  • the first changeover switch is preferably designed as an electromechanical changeover switch. This has a central connection.
  • the center connection is with the Connected intermediate circuit capacitor, in particular with the first pole of the intermediate circuit capacitor, such as the positive pole.
  • the changeover switch can optionally be connected to a first contact or to a second contact of the changeover switch, with the changeover switch being configured in particular so that the central connection is not connected to both contacts at the same time, and also that the two contacts of the changeover switch are never connected to one another be able.
  • the discharge resistor can be connected to the first contact directly, ie via a switch-free connection, or indirectly, ie via a further, second switch.
  • the second contact is connected directly, that is to say preferably without a switch, or indirectly, that is to say via a second changeover switch, to the rectifier device, in particular via the rectifier already mentioned.
  • the middle connection is connected to the second contact.
  • the changeover switch is designed in particular as a relay, with a spring force or the like preferably pressing the center connection to the second contact and electrically connecting it to it in the non-actuated state.
  • a movable contact element can be provided which is electrically connected to the center connection (regardless of the state of the changeover switch) and which is connected to the first or the second contact depending on the state of the changeover switch. This prevents the two contacts from connecting to each other or connecting the center terminal to both contacts at the same time.
  • the second switch can be designed in the same way as the first switch. However, the second changeover switch is preferably connected in the vehicle charging circuit in a different way than the first changeover switch.
  • a DC voltage converter can be connected downstream of the intermediate circuit capacitor. This converter is part of the vehicle charging circuit. If there are several intermediate circuit capacitors, one and the same DC voltage converter can be connected downstream of both intermediate circuit capacitors. If there are several intermediate circuit capacitors, these can be connected directly to one another in series or can be connected to one another via a configuration circuit, which can be used to set whether the intermediate circuit capacitors are connected in series or in parallel.
  • the rectifier device is designed as a passive rectifier, but preferably as an active rectifier and particularly preferably as a power factor correction filter (PFC, power factor correction).
  • a power factor correction circuit is referred to as a power factor correction filter, which circuit is set up to actively correct the current form and the phase position of the current relative to the input voltage.
  • the rectifier circuit can be single-phase or multi-phase and can have an AC voltage connection which is accordingly single-phase or multi-phase.
  • the rectifier device has a three-phase design, but is designed for single-phase and three-phase operation.
  • the first changeover switch is set up to connect a first pole of the intermediate circuit capacitor via a switch to the rectifier device, in particular its first potential, in the first position.
  • the pre-/discharge circuit has a pre-charging resistor and the switch. This switch is designed as an opener or (preferably) as a closer. The switch is connected in parallel with the precharge resistor. If the switch is closed, then this bridges the pre-charging resistor (and in particular only this one). If the switch is open, the pre-charging resistor limits the flow of current between the intermediate circuit capacitor and the rectifier.
  • the switch or pre-charging resistor is connected between the first changeover switch and the rectifier device and preferably forms the only connection between the changeover switch and the first potential (approximately the positive potential) of the rectifier device.
  • the first changeover switch is connected to the first potential of the rectifier device via the parallel circuit formed from the precharging resistor and the first changeover switch.
  • the switch is preferably designed as a make contact and is therefore open in the non-actuated state, but can also be designed as a break contact. If the vehicle charging circuit is designed with only one and not a plurality of these pre-charging/discharging circuits, then this preferably also includes only one intermediate circuit capacitor. In this case, the rectifier device is also single-phase.
  • the switch can also be viewed as a second double throw, closed in a first position bridging the precharge resistor, and in a second position making connection to an unconnected contact and thus open.
  • the second changeover switch is also preferably set up to assume the second switch position in a control-free state.
  • FIG. 1 For purposes of this first variant, a neutral conductor connection is preferably also provided, as well as two of the pre-Z discharge circuits and two of the intermediate circuit capacitors. These are designed like the individual pre-Z discharge circuits mentioned above. Reference is made below to the connection within the vehicle charging circuit.
  • the intermediate circuit capacitors are connected to one another via an intermediate point. This intermediate point is preferably connected to the neutral conductor connection, with this connection to the neutral conductor connection being able to be omitted in the case of a rectifier device which is designed as a Vienna rectifier or having a symmetry controller.
  • the rectifier device also has a neutral conductor connection and is also preferably of three-phase design.
  • the neutral conductor connection of the rectifier device is connected in particular to the intermediate point between the two intermediate circuit capacitors.
  • Pre-Z discharge circuits and the intermediate circuit capacitors are connected symmetrically with respect to the intermediate point or the neutral conductor connection and are connected to different potentials of the rectifier device.
  • the first of Pre-/discharge circuits is connected between the first potential of the rectifier device and a first of the intermediate circuit capacitors.
  • the first potential can be the positive potential of the rectifier device, in particular the DC voltage side of the rectifier device.
  • the second pre-charging/discharging circuit is preferably connected between the second potential of the rectifier device and the second intermediate circuit capacitor.
  • the second potential is preferably the negative potential of the rectifier device, in particular the DC voltage side of the rectifier device.
  • the discharge resistors of the two precharge/discharge circuits are preferably connected to one another via the intermediate point.
  • both discharge resistors are connected to the neutral conductor connection.
  • the two pre-charging resistors and the switches parallel thereto ie the two parallel circuits of the two pre-charging/discharging circuits, are connected to different potentials of the rectifier device.
  • the result is a first parallel circuit of a precharging resistor in a first potential connection between the first potential and the first intermediate circuit capacitor, and a second parallel circuit of a precharging resistor and switch in a second potential rail, which connects the second potential of the rectifier device to the second intermediate circuit capacitor.
  • the rectifier device has a three-phase design, that is to say with three individual phase connections and preferably also with a neutral conductor connection.
  • the rectifier device can also be provided without a neutral conductor connection, but the intermediate point is preferably connected to a neutral conductor connection of the vehicle charging circuit.
  • the two intermediate circuit capacitors are directly connected to one another via a connection point.
  • a further embodiment provides for these to be connected to one another via a configuration circuit.
  • This configuration circuit is preferably also connected to a neutral terminal of the vehicle charging circuit, which in particular also with a optional neutral connection of the rectifier device can be connected.
  • the configuration circuit connects the intermediate circuit capacitors to one another and is set up for selectable parallel or series connection of the intermediate circuit capacitors. It also applies to other embodiments and variants that the configuration circuit can have, for example, two changeover switches and two diodes that are connected to one another in series via a diode connection point. This diode connection point is connected to the neutral connection of the vehicle charging circuit and optionally also to the rectifier device.
  • the switches optionally connect the intermediate circuit capacitors directly and in series with one another by bridging the diodes, or connect both intermediate circuit capacitors to a potential of the rectifier device, so that both capacitors are connected to one another in parallel and both capacitors are connected in parallel to the two potentials of the rectifier device.
  • the rectifier device is preferably also of three-phase design. If a plurality of intermediate circuit capacitors are provided, the rectifier device can have a three-phase design.
  • a controller can be provided which can control the rectifier device either in the single-phase or in the three-phase operating state, this controller preferably also being connected to the configuration circuit. In the single-phase operating state, the controller preferably controls the configuration circuit to connect the capacitors to one another in parallel, and in the three-phase state of the rectifier device controls the configuration circuit to connect the intermediate circuit capacitors to one another in series.
  • a first embodiment of the first variant has thus been described, which has only a single precharging/discharging circuit and a single intermediate circuit capacitor, with the rectifier device preferably having a single-phase design.
  • a second and third embodiment of the first variant provides for several pre-Zunload circuits and several intermediate circuit capacitors, as well as a direct series connection of the capacitors, while a third embodiment of the first variant provides for a connection of the intermediate circuit capacitors via a configuration circuit that allows a series or parallel connection of the intermediate circuit capacitors to be selected allows.
  • a second variant provides that the pre-Z discharge circuit of the vehicle charging circuit has a second changeover switch in addition to the first changeover switch.
  • the second changeover switch In the first switching position of the first changeover switch, the second changeover switch is not connected to the first changeover switch.
  • the first changeover switch In the second position of the first changeover switch, the first changeover switch connects the first pole of the intermediate circuit capacitor to the second changeover switch.
  • the second changeover switch is set up to connect the first changeover switch to the first potential of the rectifier device via a precharging resistor in a first position and to connect the first changeover switch to the second pole of the intermediate circuit capacitor via the discharge resistor in a second position.
  • a discharge resistor and a precharge resistor are provided as a further resistor, with the second changeover switch serving to connect the first changeover switch to the precharge resistor or the discharge resistor in a selectable manner.
  • the second changeover switch can thus be used to choose between discharge mode and precharge mode.
  • the first changeover switch is used here to select whether there is a direct connection between the rectifier device or the intermediate circuit capacitor or whether precharging or discharging is to take place, and the intermediate circuit capacitor is therefore connected to one of the two resistors mentioned via the second changeover switch and there is therefore no direct connection between the intermediate circuit capacitor and the first potential of the rectifier device, without any resistance components.
  • the discharging resistor can be designed for a higher power than the pre-charging resistor. This enables rapid discharging, which is particularly relevant to safety, while the precharging resistor can be designed with a lower nominal or maximum power and can therefore be designed to save costs.
  • a first embodiment of this (second) variant provides that only one pre-Z discharge circuit and also only one intermediate circuit capacitor is provided.
  • the rectifier device is preferably of single-phase design. If a DC-DC converter is provided, there is preferably only one DC-DC converter, which is connected downstream of the single intermediate circuit capacitor.
  • Embodiments of this second variant are presented below, in which a plurality of intermediate circuit capacitors and a plurality of pre-Z discharge circuits are provided.
  • a first embodiment of the second variant provides a number of intermediate circuit capacitors which are connected in series.
  • two intermediate circuit capacitors are provided, which are connected to one another via a connection point, which can be connected in particular to a neutral conductor connection of the vehicle charging circuit. This connection can also optionally be connected to a neutral conductor connection of the rectifier device.
  • the two pre-Z discharge circuits (and the two intermediate circuit capacitors) are assigned to different potentials of the rectifier device.
  • a first of the pre-Z discharge circuits is connected between the first potential of the rectifier device and a first of the intermediate circuit capacitors.
  • a second of the pre-Zunloading circuits is preferably between the second potential of the Rectifier device and a second connected to the intermediate circuit capacitors.
  • the discharge resistors of the two precharge/discharge circuits are connected to one another in particular via the intermediate point.
  • the two precharging resistors connect the respective second switch of the precharging/discharging circuits to different potentials of the rectifier device.
  • the vehicle charging circuit is equipped with pre-/discharge circuits and intermediate circuit capacitors which are connected symmetrically with respect to the neutral conductor connection or the connection point between the intermediate circuit capacitors. If there are several intermediate circuit capacitors, they preferably have the same capacitance and are preferably also designed for the same voltage.
  • a configuration circuit is provided, via which the two intermediate circuit capacitors are connected to one another.
  • the configuration circuit is set up to selectively connect the intermediate circuit capacitors in parallel or in series.
  • This is preferably connected to the configuration circuit.
  • the configuration circuit can correspond to the configuration circuit presented above.
  • the first of the precharge/discharge circuits is connected between the first potential of the rectifier devices and a first of the intermediate circuit capacitors.
  • a second of Pre-/discharge circuits is connected between the second potential of the rectifier device and a second of the intermediate circuit capacitors.
  • the discharge resistors of the two pre-/discharge circuits are connected to one another via the configuration circuit. This results from the fact that the intermediate circuit capacitors are connected to one another via the configuration circuit and the respective precharge/discharge circuits are connected in parallel to the respective intermediate circuit capacitors.
  • the two precharging resistors connect the respective second switch of the precharging/discharging circuits to different potentials of the rectifier device.
  • the rectifier device is designed in particular for single-phase and three-phase operation, with the configuration circuit providing a parallel connection in single-phase operation and a series connection in three-phase operation.
  • a third variant provides that the pre-Z discharge circuit or each pre-Z discharge circuit has a second changeover switch which is connected to the first changeover switch via the discharge resistor.
  • the second changeover switch connects the discharge resistor either to the rectifier device (for precharging, or to the intermediate circuit capacitor) for discharging the same.
  • the first changeover switch is provided either to provide a direct connection between the intermediate circuit capacitor(s) on the one hand and the rectifier device on the other hand, or to provide a precharging or discharging path via the second changeover switch.
  • the second changeover switch is used here to select whether one and the same resistor is connected to the rectifier device or to the intermediate circuit capacitor.
  • the (at least one) pre-Z discharge circuit has a second changeover switch in addition to the first changeover switch.
  • the first changeover switch is set up, in the second position, to connect the first pole of the intermediate circuit capacitor via the discharge resistor to the second changeover switch, which is connected to the second pole of the intermediate circuit capacitor.
  • the second toggle is set up to connect the discharge resistor to the first potential of the rectifier device in a first position.
  • the discharge resistor the additional function of pre-charging, with the second switch, as mentioned, being used to set the function of discharging or pre-charging.
  • the second changeover switch connects the first changeover switch to the second pole of the intermediate circuit capacitor via the discharge resistor. This results in a discharge function for the intermediate circuit capacitor. Due to the dual function, this can also be referred to as a pre-charging Zdischarging resistor. If the rectifier device is only single-phase, then preferably only one pre-Z discharge circuit is provided and the (single) intermediate circuit capacitor is connected in parallel to the two potentials of the rectifier device.
  • the vehicle charging circuit is equipped with a plurality or two pre-Z discharge circuits, with the rectifier device preferably being designed for three-phase operation (possibly in addition to a single-phase operating mode) in these embodiments.
  • a second embodiment of the third variant therefore provides that there are two pre-Z discharge circuits and two intermediate circuit capacitors.
  • the intermediate circuit capacitors are connected to one another via an intermediate point. This intermediate point may be connected to a neutral terminal of the vehicle charging circuit.
  • a first of the pre-Z discharge circuits is connected between the first potential of the rectifier device and a first of the intermediate circuit capacitors.
  • the second of the pre-Z discharge circuits is connected between the second potential of the rectifier device and a second of the intermediate circuit capacitors.
  • the second switches of the two pre-Z discharge circuits are connected to one another via the intermediate point. This results from the fact that the intermediate circuit capacitors are also connected to one another via an intermediate point and the respective pre-Z discharge circuit is connected in parallel to the associated intermediate circuit capacitor.
  • the first two changeover switches connect the respective discharge resistor of the precharge/discharge circuit in question to different potentials of the rectifier device.
  • one precharging/discharging circuit is provided in both potential rails, the potential rails connecting the intermediate circuit capacitors to the rectifier devices.
  • a third embodiment of the third variant does not provide a rigid, serial connection between the intermediate circuit capacitors, but rather a connection via a configuration circuit. This is set up to selectably connect the intermediate circuit capacitors in parallel or in series. An optional neutral terminal is connected to the configuration circuitry.
  • the configuration circuit is preferably set for the parallel connection of the intermediate circuit capacitors when the rectifier device works in single-phase operation, and provides a series connection between the capacitors when three-phase operation of the rectifier device is provided.
  • Embodiments according to the third variant allow one and the same resistor to be used to represent the function of discharging and precharging. This is possible in particular because discharging phases and pre-charging phases usually do not follow one another directly and more frequently, so that the resistor does not overheat when designed accordingly.
  • the resistors mentioned here are preferably PTC resistors and have protection against overheating due to their temperature-dependent resistance value. If an error occurs, the PTC resistor heats up, which increases the resistance value and the PTC resistor realizes electrical disconnection. During the cooling time, which can be a few minutes, it is possible to solve the cause of the error.
  • the Charging station are electrically separated, for example by separating the rectifier device from an AC charging connection of the circuit or by separating the vehicle-external connection between the charging station or energy source of the charging station and the vehicle.
  • the vehicle charging circuit can be designed to perform at least one of the following functions that serve to ensure safety.
  • the vehicle charging circuit includes a monitoring unit for this purpose, which is set up to implement at least one of the following functions.
  • a first function, in particular of the monitoring unit, is to monitor a voltage across the at least one intermediate circuit capacitor, for example by means of a correspondingly connected voltage detection device, with an error signal being emitted (in particular by the monitoring unit) if a predetermined voltage limit differs from the detected voltage on the intermediate circuit capacitor is exceeded.
  • the voltage limit can reflect the design of the at least one intermediate circuit capacitor, optionally including a safety margin.
  • a second function in particular of the monitoring unit, is to monitor the power consumed by the discharge resistor and from the power to form a temperature increase in the discharge resistor resulting from the power, and to emit an error signal if the temperature increase is above a limit.
  • a variant of this is to determine the temperature increase based on the power, possibly based on the duration of an associated time period.
  • the error signal can be emitted if the temperature increase exceeds a limit, if the temperature derived from the temperature increase exceeds a limit that can be based on the temperature design of the discharge resistor and possibly takes into account an ambient temperature of the discharge resistor, or if the temperature increase within a specified period of time is above a predetermined limit.
  • a third function, in particular of the monitoring unit, is to determine whether complete discharging of the at least one intermediate circuit capacitor is not possible or not possible within a predetermined period of time.
  • the vehicle charging circuit and in particular the monitoring unit are set up to charge the at least one intermediate circuit capacitor again, if this is the case.
  • a fourth function, in particular of the monitoring unit, is to output an error signal if complete discharge takes longer than a predetermined period of time.
  • Discharging by a predetermined energy difference is referred to as complete discharging, for example discharging by 80% or 90% or 95% of the nominal total capacitance of the at least one intermediate circuit capacitor.
  • full discharge is defined as discharge to a voltage level or below that is below a safety limit, such as a voltage level of less than 60V, 40V, 20V or 5V, or below.
  • vehicle charging circuit in particular essentially in the monitoring unit. This can be integrated with the control or be implemented by the same hardware, or be in data exchange with it (directly or indirectly). It is possible for these functions to be implemented generally in a vehicle charging circuit—for example in the form of a monitoring unit—that has at least one intermediate circuit capacitor and at least one discharge resistor and that does not necessarily have the features of the embodiments described here.
  • Figures 1 to 3 show examples of the first variant, in which Figure 1 shows a vehicle charging circuit with a single pre-charging/discharging circuit.
  • the FIGS. 2 and 3 show embodiments with a plurality of precharging/discharging circuits, the associated intermediate circuit capacitors being connected directly in FIG. 2 and the intermediate circuit capacitors being connected to one another via a configuration circuit in FIG.
  • Figures 8, 5 and 4 Further examples that can be assigned to the second variant are shown in Figures 8, 5 and 4, where Figure 8 shows a vehicle charging circuit with a single pre/discharge circuit and Figures 5 and 4 exemplary charging circuits with multiple pre/discharge circuits .
  • the intermediate circuit capacitors are connected directly to one another in FIG. 5, while in FIG. 4 the intermediate circuit capacitors are connected by means of a configuration circuit.
  • FIGS. 6 and 7 serve to explain embodiments that can be assigned to the third variant.
  • Vehicle charging circuits are shown in FIGS. 6 and 7, which have a plurality of intermediate circuit capacitors. In FIG. 6, these are connected to one another via a configuration circuit, and in FIG. 7, the intermediate circuit capacitors are connected to one another directly.
  • FIG. 1 shows a vehicle charging circuit with a rectifier device which is in the form of a power factor correction filter (PFC).
  • the rectifier device PFC is single-phase (“1 ph”) and has a first phase input L1 and a neutral conductor input N.
  • a second phase signal L2 can also be applied to the lower input.
  • the inputs L1 and L2/N are therefore AC voltage inputs.
  • a DC voltage side with a first potential + and a second potential ⁇ is located on the opposite side of the rectifier device.
  • An intermediate circuit capacitor C which in turn is connected to a galvanically isolating DC-DC converter W, is connected via a precharging/discharging circuit explained in more detail below.
  • the side of the DC voltage converter W facing away from the intermediate circuit capacitor C has two DC voltage terminals HV+, HV-.
  • FIG. 1 there is a (first) changeover switch S2, which connects a first pole + of the intermediate circuit capacitor C either to a discharge resistor PTC2 or to a parallel connection of a switch S1 and a precharging resistor PTC1.
  • the first changeover switch S2 In the non-driven state, the first changeover switch S2 is in the NC position and connects the first pole + of the intermediate circuit capacitor C to the discharge resistor PTC2.
  • the changeover switch S2 in the first circuit is LO and connects the first pole + of the intermediate circuit capacitor C to the precharging resistor PTC1 and the first switch S1. If the switch S1 is open, position NC, then a precharge can be carried out.
  • the switch S1 If the switch S1 is closed, NO position, the precharging resistor PTC1 is bypassed and the rectifier device PFC, or its first potential +, is connected directly to the intermediate circuit capacitor C via the switch S1 and the changeover switch S2.
  • the changeover switch S2 When discharging, the changeover switch S2 is in the second position, with the first potential + of the rectifier device PFC being separated from the first pole + of the intermediate circuit capacitor C by the changeover switch S2 in this position. A permanent flow of electricity Erroneous activation from the rectifier device PFC through the discharge resistor PTC2 is thus ruled out.
  • FIG. 1 is a single-phase vehicle charging circuit, in which a voltage of 400 volts typically occurs at the intermediate circuit capacitor C. Further embodiments (FIGS. 2 to 7) show three-phase designs in which higher voltages are present at the +, - potentials of the rectifier devices PFC.
  • Figure 2 shows a multi-phase vehicle charging circuit (three-phase) with a three-phase rectifier device, the three phase connections L1 to L3 and a neutral conductor connection N. This is optional and therefore provided with a star and for this reason connected to the discharge circuits via a dashed line.
  • the circuit in FIG. 2 has two discharge circuits, these being constructed symmetrically with respect to a connection point between the two intermediate circuit capacitors C1 and C2.
  • a pre-Z discharge circuit is therefore provided in each potential rail +, - (connected to the relevant potentials) with which the rectifier device PFC is connected to the intermediate circuit capacitors C1, C2.
  • Both pre-Z discharge circuits are each constructed like the pre-Z discharge circuit shown in FIG.
  • the intermediate circuit capacitors C1, C2 are connected to one another via a connection point.
  • the discharge resistors PTC2 in FIG. 2 are connected between the respective first changeover switches S2 and the connection point between the intermediate circuit capacitors C1, C2. The potential of the intermediate point thus takes the place of the potential to which the discharge resistor is directly connected in FIG.
  • connection point is also connected to the neutral conductor connection N. Due to the multi-phase nature, the rectifier device generates PFC (three-phase, 3ph) a higher output voltage at the two potentials +, so that a voltage of 400 volts can drop at each of the series-connected intermediate circuit capacitors C1, C2.
  • PFC three-phase, 3ph
  • switches S1 are open and the changeover switch S2 is in the NO position, then a precharging current is passed through the resistors PTC1.
  • switches S1 are closed (position NC) and changeover switch S2 is in position NO. This results in a direct connection between the rectifier device PFC and the intermediate circuit capacitors C1, C2.
  • connection that does not have a resistive component that noticeably reduces the flow of current is referred to as a direct connection.
  • a shunt resistor e.g. with a value of ⁇ 1 ohm or ⁇ 10 mOhm does not fall under this formulation.
  • FIG. 3 shows a circuit similar to that of FIG. 2.
  • the intermediate circuit capacitors C1, C2 are not connected to one another directly but via a configuration circuit.
  • this has a series connection of two diodes D whose connection point is connected to the neutral conductor N. This allows asymmetrical three-phase components to be diverted to the neutral conductor.
  • the configuration circuit also has two switches S3. It applies to each switch S3 that it is connected to a pole of one of the intermediate circuit capacitors C1, C2, which is not directly connected to one of the changeover switches S2.
  • Each of the changeover switches S3 can optionally connect this pole to the opposite potential of the rectifier device +, - (if the intermediate circuit capacitors are connected in parallel), or, as shown, can connect the two poles of the intermediate circuit capacitors C1, C2 to one another, bypassing the diodes N.
  • Other configuration circuits are also generally conceivable, for example configuration circuits with two first switches which connect the two intermediate circuit capacitors in parallel to the potentials +, -, and a third switch which, when closed, connects the two intermediate circuit capacitors in series.
  • a diode can also be used as a switch.
  • the embodiment shown provides that the configuration circuit connects the intermediate circuit capacitors to the potentials +, - of the rectifier device PFC (and not to the potentials of the intermediate circuit capacitors, ie the potentials to which the respective center connection of the first changeover switch S2 is connected).
  • FIGS. 4 and 5 show a further (second) variant of precharging/discharging circuits, in which a first changeover switch connects the first potential (possibly also the second potential) to the intermediate circuit capacitor or to the associated one of a number of intermediate circuit capacitors.
  • the associated intermediate circuit capacitor can be optionally connected to the associated first potential + (or second potential -) by the first changeover switch (here: S1), corresponding to a first position NO, and in a second position NC to a second changeover switch S2.
  • the second changeover switch S2 of each pre-discharge circuit connects the first changeover switch S1 optionally via a precharging resistor PTC1 to the potential of the rectifier device, to which the first changeover switch S1 is also connected, corresponding to a NO position, or in a NC position to a discharge resistor PTC2, which leads to the potential which is opposite to the potential of the rectifier device which is directly connected to the changeover switch S1.
  • FIGS. 4 and 5 each show an exemplary charging circuit that uses the principle shown in FIG. FIG. 8 shows a charging circuit with only one pre-Z discharge circuit and one intermediate circuit capacitor C, while FIGS. 4 and 5 represent a symmetrical voltage supply, the vehicle charging circuit shown having two pre-Z discharge circuits and two intermediate circuit capacitors C1, C2.
  • the principle illustrated in FIG. 8 is to connect the intermediate circuit capacitor C, starting from the rectifier device PFC, via the first changeover switch S1.
  • the rectifier device PFC is shown as only one phase (“1 ph”) and has a Neutral conductor input N and a phase input, in contrast to the rectifier device of Figures 4 and 5, which are designed for three-phase operation ("3ph").
  • the intermediate circuit capacitor C is connected directly to the two potentials +, - of the rectifier device PFC.
  • the intermediate circuit capacitor is connected via the first changeover switch S1 to the second changeover switch S2, which in a first position NO connects the first changeover switch S1 to the first potential of the rectifier device via a precharging resistor PTC1, and in a second position NO Position NC connects the first changeover switch S1 to the second pole of the intermediate circuit capacitor C via the discharge resistor.
  • the first pole of the capacitor C is connected via the second changeover switch S2 via the discharge resistor PTC2 in the NC position to the second pole of the intermediate circuit capacitor.
  • the precharging current path g results when the first pole of the intermediate circuit capacitor is connected to the first pole of the rectifier device via the first changeover switch (position NC) and the second changeover switch (position NO) via the precharging resistor PTC1. If the first changeover switch S1 is in the NO position, then the resistor PTC1 and the second changeover switch are bridged and there is a direct path from the rectifier device PFC to the intermediate circuit capacitor C.
  • FIG. 4 This is used in Figure 4 in both precharge/discharge circuits.
  • the intermediate circuit capacitors C1, C2 are connected to one another via a configuration circuit.
  • This has two diodes D and two changeover switches S3, which are set up together to optionally connect the intermediate circuit capacitors C1, C2 to one another in parallel or in series. If the first changeover switches S1 are in the NO position in FIG. 4, there is a direct connection between the rectifier device PFC and the intermediate circuit capacitors C1, C2 (which are connected to one another via the configuration circuit).
  • the second changeover switch S2 can be used to select whether the first pole of the intermediate circuit capacitor (for C1 this is + and for C2 this is the negative pole - due to the symmetry) when the first changeover switch with the Pre-charging resistor PTC1 or with the discharging resistor PTC2 is connected.
  • the first pole (see reference number + for C1) of the respective intermediate circuit capacitor C1, C2 is connected to the second pole (see reference number + for C2) via the resistors PTC2 if the switch S2 is in the NC position.
  • the first poles of the intermediate circuit capacitors C1, C2 are connected to the respective potential +, - of the rectifier device PFC to which the respective precharging/discharging circuit is connected.
  • a neutral conductor terminal N is connected to the connection point between the two diodes D and to the connection point of the changeover switch S2, these connection points being connected to one another.
  • a neutral conductor of the rectifier device PFC can be connected to the connection points or to the connection N shown, this being indicated by the dashed line.
  • FIG. 4 shows current paths for discharging with the reference symbol r and an exemplary pre-charging path via the resistor PTC1 with the reference symbol g.
  • FIG. 5 shows a further example of a vehicle discharge circuit with two pre-Z discharge circuits which operate according to the principle of the pre-Z discharge circuit of FIG. 8 or according to the principle of FIG.
  • two intermediate circuit capacitors C1, C2 are provided, which, in contrast to FIG. 4, are directly connected to one another.
  • the relevant connection point is connected to the neutral conductor N.
  • the connection point between the intermediate circuit capacitors C1, C2 can optionally be connected to a neutral conductor N of the rectifier device (or the vehicle charging circuit).
  • the discharge circuits correspond to the discharge circuits of FIG. 4.
  • Discharge paths r and precharge paths g are also shown here.
  • the first changeover switch S1 it is possible for only the first changeover switch S1 to be designed to carry the charging current (ie the load current that occurs during charging). Since the changeover switch or switches S2 carry either only a precharging current or only a discharging current must be designed with a low current carrying capacity. The switches S1 are therefore designed with a higher current carrying capacity A1 than the current carrying capacity A2 of the second switch S2.
  • the at least one first changeover switch can be designed with a nominal current carrying capacity A1 or a maximum current carrying capacity that is twice as large, or at least by a factor of 4, 10 or 20 is greater than the rated or maximum current carrying capacity A2 of the second switch S2.
  • the resistor PTC can be connected either to the rectifier device PFC or to the intermediate circuit capacitor C1, C2, depending on whether precharging or discharging is desired.
  • the second changeover switch S2 can be designed with a lower current carrying capacity than the first changeover switch S1, since this changeover switch S2 only has to carry pre- and discharge currents, but no charging currents (i.e. load currents of the charging process or a feedback process).
  • only one PTC resistor is required, which is a resistor with a precharging function or a resistor with a discharging function, depending on the switching position of the changeover switch S2.
  • FIG. 6 Two of these precharge/discharge circuits are shown in FIG. 6, one in each case being present in a busbar + or ⁇ , the busbars being the connections between the rectifier device and the intermediate circuit capacitors C1, C2.
  • the configuration circuit using the in FIG. 6 the intermediate circuit capacitors C1, C2 can be connected to one another in parallel or in series has already been described above.
  • the configuration circuit of Figure 6 like the other configuration circuits, has two diodes D connected in series, the relevant connection point being connected to the neutral conductor terminal N, while the two switches S3 establish a selectable connection such that the capacitors C1, C2 are connected either in parallel or in series. In the case of a serial connection, the switches S3 short-circuit or bridge the diodes D.
  • a connection of the illustrated neutral conductor connection N to a neutral conductor connection of the rectifier device PFC is optionally possible, and this applies to both FIG. 6 and FIG.
  • FIG. 7 shows a comparable vehicle charging circuit, however, in contrast to FIG. 6, there is no configuration circuit but a direct connection connecting the two intermediate circuit capacitors C1, C2 to one another. Otherwise, as in FIG. 6, the desired discharge paths r and the desired pre-charge paths g also result in FIG.

Abstract

Eine Fahrzeugladeschaltung ist mit einer Gleichrichtereinrichtung (PFC), mindestens einem Zwischenkreiskondensator (C; C1, C2) und mindestens einer Vor-/Entladeschaltung ausgestattet. Die Gleichrichtereinrichtung (PFC) ist über die Vor-/Entladeschaltung mit dem Zwischenkreiskondensator (C; C1, C2) verbunden. Die Vor-/Entladeschaltung weist mindestens einen ersten Umschalter (S1; S2) auf, der eingerichtet ist, in einer ersten Stellung (NO) einen ersten Pol (+) des Zwischenkreiskondensators (C; C1, C2) mit einem ersten Potential (+) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) zu verbinden. In einer zweiten Stellung (NC) verbindet dieser den ersten Pol (+) des Zwischenkreiskondensators (C; C1, C2) über einen Entladewiderstand (PTC, PTC1, PTC2) mit dem zweiten Pol des Zwischenkreiskondensators (C; C1, C2). Der Umschalter (S1; S2) ist eingerichtet, in ansteuerfreiem Zustand die zweite Schaltposition (NC) einzunehmen.

Description

Beschreibung
Fahrzeugladeschaltung mit Gleichrichtereinrichtung, Zwischenkreiskondensator und Vor-/Entladeschaltung
Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb sind häufig mit Hochvolt-Akkumulatoren ausgestattet, die eine für den Menschen gefährliche Spannung abgeben können. Weiterhin befinden sich Komponenten mit Energiespeichern wie Kondensatoren in derartigen Fahrzeugen, die mit der Spannung des Akkumulators bzw., gleichgerichteter Netzspannung einer Ladestation aufgeladen sein können und somit auch potentiell gefährlich für den Menschen sind.
Zum einen besteht ein Interesse daran, eine gefährliche Berührspannung an einem Ladeanschluss zu verhindern, wenn der Anschluss nicht belegt ist. Zum anderen besteht ein Interesse daran, eine Gefahr durch hohe Berührspannungen zu vermeiden, die etwa durch nicht geschützte Kontakte oder durch Fehler bei einem Auffahrunfall auf ein ladendes Fahrzeug auftreten kann.
Es besteht daher eine Aufgabe darin, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der ein Schutz gegen gefährliche Berührspannung realisiert werden kann, insbesondere in Hinblick auf freiliegende Kontakte oder Auffahrunfälle auf ladende Fahrzeuge und auch im Hinblick auf elektrische Speicher wie Kondensatoren, die, abgesehen vom Akkumulator, ebenso eine gefährliche Spannung tragen können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Fahrzeugladeschaltung nach Anspruch 1. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Es wird vorgeschlagen, eine Fahrzeugladeschaltung mit einer Gleichrichtereinrichtung, mindestens einem Zwischenkreiskondensator und mindestens einer Vor-/Entladeschaltung auszustatten. Die Vor-/Entladeschaltung verfügt über einen Umschalter (allgemein als „erster Umschalter“ bezeichnet), der einen Pol des Zwischenkreiskondensators wahlweise mit der Gleichrichtereinrichtung zum Vorladen verbindet oder mit dem anderen Pol des Zwischenkreiskondensators verbindet, um diesen zu entladen. Dadurch, dass ein Umschalter verwendet wird, der wahlweise den Pol des Zwischenkreiskondensators mit dem Gleichrichter oder mit dem Entladewiderstand verbindet, kann bedingt durch den Aufbau des Umschalters auch bei fehlerhafter Ansteuerung die Gleichrichterschaltung nicht mit dem Entladewiderstand verbunden sein. Dadurch wird vermieden, dass bei fehlerhafter oder verzögerter Abtrennung der Ladestation oder bei einem Fehler des Umschalters der Gleichrichter mit dem Entladewiderstand verbunden ist und so diesen dauerhaft unter Spannung setzt. Insbesondere wird vermieden, dass der Entladewiderstand dann durch die Energie des Gleichrichters, entsprechend einem dauerhaften Stromfluss, überhitzt und versagen kann.
Der Umschalter verbindet in ansteuerfreiem Zustand den Zwischenkreiskondensator mit dem Entladewiderstand und nicht mit dem Gleichrichter, sodass bei Ausfall einer Ansteuerung ein Stromfluss ausgehend vom Gleichrichter vermieden wird. Auch dies dient zur Unterbindung eines fehlerhaften dauerhaften Stroms ausgehend von der Gleichrichtereinrichtung und ermöglicht insbesondere eine funktionale Trennung der Gleichrichtereinrichtung von den nachgeschalteten Komponenten wie dem Zwischenkreiskondensator und anderen Komponenten.
Hierin werden beispielhaft drei verschiedene Varianten der Verschaltung des Umschalters und des Entladewiderstands dargestellt, wobei die Figuren 1 bis 3 einer ersten Variante zuzuordnen sind, die Figuren 4, 5 und 8 einer zweiten Variante angehören und die Figuren 6 und 7 zur Erläuterung einer dritten Variante dienen.
Es wird allgemein eine Fahrzeugladeschaltung beschrieben, die eine Gleichrichtereinrichtung, mindestens einen Zwischenkreiskondensator und mindestens eine Vor-/Entladeschaltung aufweist. Die Fahrzeugladeschaltung ist insbesondere in einem Fahrzeug vorgesehen (im Sinne einer fahrzeugseitigen Fahrzeugladeschaltung), etwa in einem Bordnetz eines Fahrzeugs, kann jedoch auch in einer Ladestation vorgesehen sein. Die Fahrzeugladeschaltung und deren Komponenten sind insbesondere für Spannungen von über 60 Volt ausgelegt, etwa für Nennspannungen von mindestens 100, 200, 400 oder 800 Volt. Die Fahrzeugladeschaltung ist insbesondere zum Laden eines Traktionsakkumulators eines Fahrzeugs vorgesehen, der gemäß einer der genannten Spannungen ausgelegt ist. An den Zwischenkreiskondensator kann sich jeweils ein Gleichspannungswandler anschließen, der etwa zu dem Akkumulator oder zu einem Akkumulatoranschluss führt.
Die Vor-/Entladeschaltung weist mindestens einen ersten Umschalter auf, der eingerichtet ist, in einer ersten Stellung einen ersten Pol des Zwischenkreiskondensators mit einem ersten Potential der Gleichrichtereinrichtung zu verbinden. Dies erlaubt die direkte Verbindung, das heißt eine Verbindung ohne (ström begrenzendes) Widerstandsbauelement, zwischen Zwischenkreiskondensator und Gleichrichtereinrichtung, um einen Ladestrom zu führen. In einer zweiten Stellung verbindet der Umschalter den ersten Pol des Zwischenkreiskondensators über einen Entladewiderstand mit dem zweiten Pol des Zwischenkreiskondensators. Der Entladewiderstand ermöglicht dadurch einen begrenzten Stromfluss zum Zwecke der Entladung des Zwischenkreiskondensators, wenn die zweite Stellung vorliegt. Der Begriff „Entladewiderstand“ bedeutet, dass dieser zum Entladen vorgesehen ist, wobei dies jedoch andere Funktionen wie das Vorladen nicht ausschließt.
Schließlich ist der Umschalter eingerichtet, in ansteuerfreiem Zustand die zweite Schaltposition einzunehmen. In diesem Zustand ermöglicht der erste Umschalter eine Anbindung des Zwischenkreiskondensators über den Entladewiderstand und somit den begrenzten Stromfluss zum Zwecke der Entladung des Zwischenkreiskondensators (ggf. auch zum Vorladen des Zwischenkreiskondensators, vgl. dritte Variante).
Der erste Umschalter ist vorzugsweise als elektromechanischer Umschalter ausgebildet. Dieser weist einen Mittelanschluss auf. Der Mittelanschluss ist mit dem Zwischenkreiskondensator verbunden, insbesondere mit dem ersten Pol des Zwischenkreiskondensators, etwa dem Pluspol. Der Umschalter kann wahlweise mit einem ersten Kontakt oder mit einem zweiten Kontakt des Umschalters verbunden werden, wobei der Umschalter insbesondere ausgestaltet ist, dass der Mittelanschluss nicht mit beiden Kontakten gleichzeitig verbunden ist, und auch dass die beiden Kontakte des Umschalters zu keiner Zeit miteinander verbunden sein können. Der Entladewiderstand kann direkt, das heißt über eine schalterfreie Verbindung, oder indirekt, das heißt über einen weiteren, zweiten Umschalter mit dem ersten Kontakt verbunden sein. Der zweite Kontakt ist direkt, das heißt vorzugsweise schalterfrei, oder indirekt, das heißt über einen zweiten Umschalter, mit der Gleichrichtereinrichtung verbunden, insbesondere über den bereits genannten Gleichrichter. In ansteuerfreiem Zustand des Umschalters ist der Mittelanschluss mit dem zweiten Kontakt verbunden.
In ansteuerfreiem Zustand ist der Umschalter somit in der zweiten Schaltposition. Der Umschalter ist insbesondere als Relais ausgebildet, wobei vorzugsweise in ansteuerfreiem Zustand eine Federkraft oder Ähnliches den Mittelanschluss an den zweiten Kontakt drückt und mit diesem elektrisch verbindet. Hierbei kann insbesondere ein bewegliches Kontaktelement vorgesehen sein, das elektrisch mit dem Mittelanschluss verbunden ist (unabhängig vom Zustand des Umschalters) und das abhängig vom Zustand des Umschalters mit dem ersten oder dem zweiten Kontakt verbunden ist. Dies verhindert eine Verbindung der beiden Kontakte untereinander oder eine Verbindung des Mittelanschlusses mit beiden Kontakten gleichzeitig. Der zweite Umschalter kann in der gleichen Weise wie der erste Schalter ausgebildet sein. Der zweite Umschalter ist jedoch vorzugsweise auf andere Weise in der Fahrzeugladeschaltung angebunden wie der erste Umschalter.
Dem Zwischenkreiskondensator kann ein Gleichspannungswandler nachgeschaltet sein. Dieser Wandler ist Teil der Fahrzeugladeschaltung. Bei mehreren Zwischenkreiskondensatoren kann ein- und derselbe Gleichspannungswandler beiden Zwischenkreiskondensatoren nachgeschaltet sein. Bei mehreren Zwischenkreiskondensatoren können diese direkt seriell miteinander verbunden sein oder können über eine Konfigurationsschaltung miteinander verbunden sein, mit der sich einstellen lässt, ob die Zwischenkreiskondensatoren seriell oder parallel miteinander verbunden sind.
Ein weiterer Aspekt ist es, dass die Gleichrichtereinrichtung als passiver Gleichrichter, vorzugsweise jedoch als aktiver Gleichrichter und insbesondere vorzugsweise als Leistungsfaktorkorrekturfilter (PFC, power factor correction) ausgestaltet ist. Als Leistungsfaktorkorrekturfilter wird insbesondere eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung bezeichnet, die eingerichtet ist, aktiv die Stromform und die Phasenlage des Stromes zur Eingangsspannung zu korrigieren. Die Gleichrichterschaltung kann ein- oder mehrphasig ausgestaltet sein und kann einen Wechselspannungsanschluss aufweisen, der dementsprechend ein- oder mehrphasig ausgestaltet ist. Insbesondere ist die Gleichrichtereinrichtung dreiphasig ausgestaltet, ist jedoch für den einphasigen und für den dreiphasigen Betrieb ausgelegt.
Gemäß einer ersten Variante ist der erste Umschalter eingerichtet, in der ersten Stellung einen ersten Pol des Zwischenkreiskondensators über einen Schalter mit der Gleichrichtereinrichtung, insbesondere dessen ersten Potential, zu verbinden. Die Vor-/Entladeschaltung weist hierbei einen Vorladewiderstand auf, sowie den Schalter. Dieser Schalter ist als Öffner oder (vorzugsweise) als Schließer ausgebildet. Der Schalter ist parallel zum Vorladewiderstand angeschlossen. Ist der Schalter geschlossen, dann überbrückt dieser den Vorladewiderstand (und insbesondere nur diesen). Ist der Schalter offen, dann begrenzt der Vorladewiderstand den Stromfluss zwischen Zwischenkreiskondensator und Gleichrichter. Der Schalter oder Vorladewiderstand sind zwischen dem ersten Umschalter und der Gleichrichtereinrichtung angeschlossen und bilden vorzugsweise die einzige Verbindung zwischen dem Umschalter und dem ersten Potential (etwa dem positiven Potential) der Gleichrichtereinrichtung. Mit anderen Worten ist der erste Umschalter über die Parallelschaltung, die gebildet wird aus dem Vorladewiderstand und dem ersten Umschalter, mit dem ersten Potential der Gleichrichtereinrichtung verbunden. Der Schalter ist vorzugsweise als Schließer ausgebildet und ist daher in ansteuerfreiem Zustand offen, kann jedoch auch als Öffner ausgebildet sein. Ist die Fahrzeugladeschaltung nur mit einer und nicht mehreren dieser Vor-/Entladeschaltungen ausgebildet, dann umfasst diese vorzugsweise auch nur einen Zwischenkreiskondensator. In diesem Fall ist ferner die Gleichrichtereinrichtung einphasig ausgebildet. Zudem ist auch vorzugweise vorgesehen, dass auch nur ein Gleichspannungswandler vorgesehen ist, der dem Zwischenkreiskondensator nachgeschaltet ist. Der Schalter kann auch als zweiter Umschalter betrachtet werden, der in einer ersten Stellung geschlossen ist und den Vorladewiderstand überbrückt, und in einer zweiten Stellung eine Verbindung mit einem nicht weiter verbundenen Kontakt herstellt, und so offen ist. Auch der zweite Umschalter ist vorzugsweise eingerichtet, in einem steuerfreien Zustand die zweite Schaltposition einzunehmen.
Weitere Ausführungsformen dieser ersten Variante sehen mehrere Vor-ZEntladeschaltungen und mehrere Zwischenkreiskondensatoren vor, insbesondere zwei. In dieser Ausführungsform ist vorzugsweise ferner ein Neutralleiteranschluss vorgesehen, sowie zwei der Vor-ZEntladeschaltungen und zwei der Zwischenkreiskondensatoren. Diese sind ausgebildet wie die vorangehend genannten einzelnen Vor-ZEntladeschaltungen. Auf die Anbindung innerhalb der Fahrzeugladeschaltung wird im Weiteren Bezug genommen. Die Zwischenkreiskondensatoren sind in dieser Ausführungsform über einen Zwischenpunkt miteinander verbunden. Dieser Zwischenpunkt ist vorzugsweise mit dem Neutralleiteranschluss verbunden, wobei bei einer Gleichrichtereinrichtung, die als Vienna-Gleichrichter ausgebildet ist, diese Verbindung mit dem Neutralleiteranschluss entfallen kann oder einen Symmetrieregler aufweisen kann. Auch die Gleichrichtereinrichtung weist einen Neutralleiteranschluss auf und ist ferner vorzugsweise dreiphasig ausgebildet. Der Neutralleiteranschluss der Gleichrichtereinrichtung ist insbesondere mit dem Zwischenpunkt zwischen den beiden Zwischenkreiskondensatoren verbunden. Die beiden
Vor-ZEntladeschaltungen und die Zwischenkreiskondensatoren sind bezüglich des Zwischenpunkts bzw. des Neutralleiteranschlusses symmetrisch geschaltet und mit verschiedenen Potentialen der Gleichrichtereinrichtung verbunden. Die erste der Vor-/Entladeschaltungen ist zwischen dem ersten Potential der Gleichrichtereinrichtung und einem ersten der Zwischenkreiskondensatoren angeschlossen. Das erste Potential kann hierbei das positive Potential der Gleichrichtereinrichtung sein, insbesondere der Gleichspannungsseite der Gleichrichtereinrichtung. Die zweite Vor-/Entladeschaltung ist vorzugsweise zwischen dem zweiten Potential der Gleichrichtereinrichtung und dem zweiten Zwischenkreiskondensator angeschlossen. Das zweite Potential ist vorzugsweise das Minuspotential der Gleichrichtereinrichtung, insbesondere der Gleichspannungsseite der Gleichrichtereinrichtung. Die Entladewiderstände der beiden Vor-/Entladeschaltungen sind vorzugsweise über den Zwischenpunkt miteinander verbunden. Somit sind beide Entladewiderstände mit dem Neutralleiteranschluss verbunden. Die beiden Vorladewiderstände und die dazu parallelen Schalter, das heißt die beiden Parallelschaltungen der beiden Vor-/Entladeschaltungen, sind mit unterschiedlichen Potentialen der Gleichrichtereinrichtung verbunden. Es ergibt sich eine erste Parallelschaltung eines Vorladewiderstands in einer ersten Potentialverbindung zwischen dem ersten Potential und dem ersten Zwischenkreiskondensator sowie eine zweite Parallelschaltung eines Vorladewiderstands und Schalters in einer zweiten Potentialschiene, die das zweite Potential der Gleichrichtereinrichtung mit dem zweiten Zwischenkreiskondensator verbindet. Bei einer derartigen Ausführungsform ist die Gleichrichtereinrichtung dreiphasig ausgebildet, das heißt mit drei einzelnen Phasenanschlüssen und vorzugsweise auch mit einem Neutralleiteranschluss. Die Gleichrichtereinrichtung kann auch ohne Neutralleiteranschluss vorgesehen sein, wobei jedoch vorzugsweise der Zwischenpunkt mit einem Neutralleiteranschluss der Fahrzeugladeschaltung verbunden ist.
In der voranstehenden Ausführungsform sind die beiden Zwischenkreiskondensatoren über einen Verbindungspunkt direkt miteinander verbunden. Eine weitere Ausführungsform sieht jedoch vor, dass diese über eine Konfigurationsschaltung miteinander verbunden sind. Diese Konfigurationsschaltung ist vorzugsweise auch mit einem Neutralleiteranschluss der Fahrzeugladeschaltung verbunden, die insbesondere auch mit einem optionalen Neutralleiteranschluss der Gleichrichtereinrichtung verbunden sein kann. Die Konfigurationsschaltung verbindet die Zwischenkreiskondensatoren miteinander und ist eingerichtet zur wählbaren Parallel- oder Seriellschaltung der Zwischenkreiskondensatoren. Auch für andere Ausführungsformen und Varianten gilt, dass die Konfigurationsschaltung beispielsweise zwei Umschalter sowie zwei Dioden aufweisen kann, die über einen Diodenverbindungspunkt miteinander seriell verbunden sind. Dieser Diodenverbindungspunkt ist mit dem Neutralleiteranschluss der Fahrzeugladeschaltung und optional auch mit der Gleichrichtereinrichtung verbunden. Die Umschalter verbinden wahlweise die Zwischenkreiskondensatoren direkt und seriell miteinander unter Überbrückung der Dioden, oder verbinden beide Zwischenkreiskondensatoren mit einem Potential der Gleichrichtereinrichtung, sodass beide Kondensatoren parallel miteinander verschaltet sind und beide Kondensatoren parallel an die beiden Potentiale der Gleichrichtereinrichtung angeschlossen sind.
Ist eine Konfigurationsschaltung vorgesehen, dann ist vorzugsweise auch die Gleichrichtereinrichtung dreiphasig ausgebildet. Sind mehrere Zwischenkreiskondensatoren vorgesehen, kann die Gleichrichtereinrichtung dreiphasig ausgebildet sein. Es kann eine Steuerung vorgesehen sein, die die Gleichrichtereinrichtung wahlweise im einphasigen oder im dreiphasigen Betriebszustand ansteuern kann, wobei diese Steuerung vorzugsweise auch mit der Konfigurationsschaltung verbunden ist. Im einphasigen Betriebszustand steuert die Steuerung vorzugsweise die Konfigurationsschaltung an, die Kondensatoren parallel miteinander zu verbinden, und steuert im dreiphasigen Zustand der Gleichrichtereinrichtung die Konfigurationsschaltung an, die Zwischenkreiskondensatoren seriell miteinander zu verbinden. Dadurch ergibt sich bei dreiphasigem Betrieb, der eine höhere Ausgangsgleichspannung der Gleichrichtereinrichtung als der einphasige Betrieb mit sich bringt, die jeweils halbe Ausgangsspannung für die einzelnen Zwischenkreiskondensatoren, während im einphasigen Betrieb durch die Parallelschaltung die Kapazität der beiden Kondensatoren addiert wird und so die im Vergleich zum dreiphasigen Betrieb höhere Welligkeit der gleichgerichteten Spannung der Gleichrichtereinrichtung besser geglättet werden kann. Dadurch, dass im seriellen Betrieb die beiden Zwischenkreiskondensatoren nur die halbe Ausgangsspannung erhalten, können diese gemäß einer geringeren Nennspannung ausgelegt werden bzw. es kann bei gleicher Nennspannungsauslegung der Kondensatoren eine höhere Eingangsspannung verwendet werden.
Es wurde somit eine erste Ausführungsform der ersten Variante beschrieben, die nur eine einzige Vor-/Entladeschaltung und einen einzigen Zwischenkreiskondensator aufweist, wobei die Gleichrichtereinrichtung vorzugsweise einphasig ausgebildet ist. Eine zweite und dritte Ausführungsform der ersten Variante sieht mehrere Vor-ZEntladeschaltungen sowie mehrere Zwischenkreiskondensatoren vor, sowie eine direkte Seriellschaltung der Kondensatoren, während eine dritte Ausführungsform der ersten Variante eine Verbindung der Zwischenkreiskondensatoren über eine Konfigurationsschaltung vorsieht, die eine Seriell- oder Parallelschaltung der Zwischenkreiskondensatoren auswählbar ermöglicht.
Eine zweite Variante sieht vor, dass die Vor-ZEntladeschaltung der Fahrzeugladeschaltung neben dem ersten Umschalter einen zweiten Umschalter hat. In der ersten Schaltstellung des ersten Umschalters ist der zweite Umschalter nicht mit dem ersten Umschalter verbunden. In der zweiten Stellung des ersten Umschalters verbindet der erste Umschalter den ersten Pol des Zwischenkreiskondensators mit dem zweiten Umschalter. Der zweite Umschalter ist eingerichtet, in einer ersten Stellung den ersten Umschalter über einen Vorladewiderstand mit dem ersten Potential der Gleichrichtereinrichtung zu verbinden, und in einer zweiten Stellung dem ersten Umschalter über den Entladewiderstand mit dem zweiten Pol des Zwischenkreiskondensators zu verbinden. Mit anderen Worten sind ein Entladewiderstand sowie ein Vorladewiderstand als weiterer Widerstand vorgesehen, wobei der zweite Umschalter dazu dient, den ersten Umschalter auswählbar mit dem Vorladewiderstand oder dem Entladewiderstand zu verbinden. Mittels des zweiten Umschalters kann somit zwischen Entlademodus und Vorlademodus gewählt werden. Der erste Umschalter dient hierbei zur Auswahl, ob eine direkte Verbindung zwischen der Gleichrichtereinrichtung oder Zwischenkreiskondensator bestehen soll, oder ob eine Vor- oder Entladung stattfinden soll, und somit der Zwischenkreiskondensator über den zweiten Umschalter mit einem der beiden genannten Widerstände verbunden ist und somit keine direkte, widerstandsbauteilfreie Verbindung zwischen Zwischenkreiskondensator und erstem Potential der Gleichrichtereinrichtung bestehen. In dieser und in allen Varianten, die einen Vorladewiderstand getrennt von einem Entladewiderstand vorsehen, kann der Entladewiderstand für eine höhere Leistung als der Vorladewiderstand ausgelegt sein. Dies ermöglicht eine schnelle Entladung, die besonders sicherheitsrelevant ist, während der Vorladewiderstand mit geringerer Nenn- oder Maximalleistung ausgelegt sein kann und somit kostensparend ausgebildet sein kann.
Eine erste Ausführungsform dieser (zweiten) Variante sieht vor, dass nur eine Vor-ZEntladeschaltung und auch nur ein Zwischenkreiskondensator vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Gleichrichtereinrichtung vorzugsweise einphasig ausgebildet. Falls ein Gleichspannungswandler vorgesehen ist, so besteht vorzugsweise nur ein Gleichspannungswandler, der dem einzigen Zwischenkreiskondensator nachgeschaltet ist. Im Weiteren werden Ausführungsformen dieser zweiten Variante dargestellt, bei denen mehrere Zwischenkreiskondensatoren und mehrere Vor-ZEntladeschaltungen vorgesehen sind.
Eine erste Ausführungsform der zweiten Variante sieht mehrere Zwischenkreiskondensatoren vor, die seriell verschaltet sind. Insbesondere sind zwei Zwischenkreiskondensatoren vorgesehen, die über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden sind, der insbesondere mit einem Neutralleiteranschluss der Fahrzeugladeschaltung verbunden sein kann. Dieser Anschluss kann auch optional mit einem Neutralleiteranschluss der Gleichrichtereinrichtung verbunden sein. Die beiden Vor-ZEntladeschaltungen (und die beiden Zwischenkreiskondensatoren) sind unterschiedlichen Potentialen der Gleichrichtereinrichtung zugeordnet. Eine erste der Vor-ZEntladeschaltungen ist zwischen dem ersten Potential der Gleichrichtereinrichtung und einem ersten der Zwischenkreiskondensatoren angeschlossen. Eine zweite der Vor-ZEntladeschaltungen ist vorzugsweise zwischen dem zweiten Potential der Gleichrichtereinrichtung und einem zweiten der Zwischenkreiskondensatoren angeschlossen. Das erste Potential ist vorzugsweise das Pluspotential (=positive Potential) und das zweite Potential ist das Minuspotential (=negative Potential) der Gleichrichtereinrichtung bzw. der Gleichspannungsseite der Gleichrichtereinrichtung. Die Entladewiderstände der beiden Vor-/Entladeschaltungen sind insbesondere über den Zwischenpunkt miteinander verbunden. Die beiden Vorladewiderstände verbinden den jeweiligen zweiten Umschalter der Vor-/Entladeschaltungen mit unterschiedlichen Potentialen der Gleichrichtereinrichtung. Die Fahrzeugladeschaltung ist mit Vor-/Entladeschaltungen und Zwischenkreiskondensatoren ausgestattet, die symmetrisch gegenüber dem Neutralleiteranschluss bzw. dem Verbindungspunkt zwischen den Zwischenkreiskondensatoren angeschlossen sind. Bei mehreren Zwischenkreiskondensatoren weisen diese vorzugsweise die gleiche Kapazität auf und sind für vorzugsweise auch für dieselbe Spannung ausgelegt.
Nachdem die vorangehend dargestellte zweite Ausführungsform der zweiten Variante eine feste Verbindung der Zwischenkreiskondensatoren, das heißt eine serielle Verbindung vorsieht, wird im Weiteren eine dritte Ausführungsform der zweiten Variante dargestellt, bei der eine Konfigurationsschaltung vorgesehen ist.
In der dritten Ausführungsform der zweiten Variante ist eine Konfigurationsschaltung vorgesehen, über die die beiden Zwischenkreiskondensatoren miteinander verbunden sind. Die Konfigurationsschaltung ist eingerichtet, die Zwischenkreiskondensatoren wählbar parallel oder seriell zu verschalten. Insbesondere besteht ein Neutralleiteranschluss der Fahrzeugladeschaltung. Dieser ist vorzugsweise mit der Konfigurationsschaltung verbunden. Die Konfigurationsschaltung kann hierbei der vorangehend dargestellten Konfigurationsschaltung entsprechen.
In der dritten Ausführungsform der zweiten Variante ist wie bei der zweiten Ausführungsform der zweiten Variante die erste der Vor-/Entladeschaltungen zwischen dem ersten Potential der Gleichrichtereinrichtungen und einem ersten der Zwischenkreiskondensatoren angeschlossen. Eine zweite der Vor-/Entladeschaltungen ist zwischen dem zweiten Potential der Gleichrichtereinrichtung und einem zweiten der Zwischenkreiskondensatoren angeschlossen. Die Entladewiderstände der beiden Vor-/Entladeschaltungen sind, über die Konfigurationsschaltung miteinander verbunden. Dies ergibt sich dadurch, dass die Zwischenkreiskondensatoren über die Konfigurationsschaltung miteinander verbunden sind und die jeweiligen Vor-/Entladeschaltungen parallel an die jeweiligen Zwischenkreiskondensatoren angeschlossen sind. Die beiden Vorladewiderstände verbinden den jeweiligen zweiten Umschalter der Vor-/Entladeschaltungen mit unterschiedlichen Potentialen der Gleichrichtereinrichtung.
Bei der dritten Ausführungsform ist die Gleichrichtereinrichtung insbesondere für den einphasigen und den dreiphasigen Betrieb ausgelegt, wobei im einphasigen Betrieb die Konfigurationsschaltung eine Parallelschaltung vorsieht und im dreiphasigen Betrieb eine Seriellschaltung vorsieht.
Eine dritte Variante sieht vor, dass die Vor-ZEntladeschaltung bzw. jede Vor-ZEntladeschaltung einen zweiten Umschalter aufweist, der über den Entladewiderstand mit dem ersten Umschalter verbunden ist. Der zweite Umschalter verbindet hierbei den Entladewiderstand wahlweise mit der Gleichrichtereinrichtung (zum Vorladen, oder mit dem Zwischenkreiskondensator) zum Entladen desselben. Der erste Umschalter ist hierbei wie bei der zweiten Variante dazu vorgesehen, wahlweise entweder eine direkte Verbindung zwischen Zwischenkreiskondensator(en) einerseits und Gleichrichtereinrichtung andererseits vorzusehen, oder einen Vor- oder Entladepfad über den zweiten Umschalter vorzusehen. Der zweite Umschalter dient hierbei zur Auswahl, ob ein- und derselbe Widerstand mit der Gleichrichtereinrichtung oder dem Zwischenkreiskondensator verbunden wird. Hierbei weist die (mindestens eine) Vor-ZEntladeschaltung neben dem ersten Umschalter einen zweiten Umschalter auf. Der erste Umschalter ist eingerichtet, in der zweiten Stellung den ersten Pol des Zwischenkreiskondensators über den Entladewiderstand mit dem zweiten Umschalter zu verbinden, der mit dem zweiten Pol des Zwischenkreiskondensators verbunden ist. Der zweite Umschalter ist eingerichtet, in einer ersten Stellung den Entladewiderstand mit dem ersten Potential der Gleichrichtereinrichtung zu verbinden.
Dadurch erhält der Entladewiderstand die zusätzliche Funktion des Vorladens, wobei wie erwähnt der zweite Umschalter dazu dient, die Funktion Entladen oder Vorladen einzustellen. In der zweiten Stellung verbindet der zweite Umschalter den ersten Umschalter über den Entladewiderstand mit dem zweiten Pol des Zwischenkreiskondensators. Dadurch ergibt sich eine Entladefunktion für den Zwischenkreiskondensator. Dieser kann aufgrund der Doppelfunktion auch aus Vorlade-ZEntladewiderstand bezeichnet werden. Ist die Gleichrichtereinrichtung nur einphasig ausgebildet, dann wird vorzugsweise auch nur eine Vor-ZEntladeschaltung vorgesehen und der (einzige) Zwischenkreiskondensator ist parallel an die beiden Potentiale der Gleichrichtereinrichtung angeschlossen.
In weiteren Ausführungsformen ist die Fahrzeugladeschaltung mit mehreren bzw. zwei Vor-ZEntladeschaltungen ausgestattet, wobei bei diesen Ausführungsformen die Gleichrichtereinrichtung vorzugsweise zum dreiphasigen Betrieb (ggf. zusätzlich zu einer einphasigen Betriebsart) ausgebildet ist.
Eine zweite Ausführungsform der dritten Variante sieht daher vor, dass zwei Vor-ZEntladeschaltungen vorliegen sowie zwei Zwischenkreiskondensatoren. Die Zwischenkreiskondensatoren sind über einen Zwischenpunkt miteinander verbunden. Dieser Zwischenpunkt kann mit einem Neutralleiteranschluss der Fahrzeugladeschaltung verbunden sein. Eine erste der Vor-ZEntladeschaltungen ist zwischen dem ersten Potential der Gleichrichtereinrichtung und einem ersten der Zwischenkreiskondensatoren angeschlossen. An der zweiten der Vor-ZEntladeschaltungen ist zwischen dem zweiten Potential der Gleichrichtereinrichtung und einem zweiten der Zwischenkreiskondensatoren angeschlossen. Die zweiten Umschalter der beiden Vor-ZEntladeschaltungen sind über den Zwischenpunkt miteinander verbunden. Dies ergibt sich dadurch, dass auch die Zwischenkreiskondensatoren über einen Zwischenpunkt miteinander verbunden sind und die jeweilige Vor-ZEntladeschaltung parallel an den zugehörigen Zwischenkreiskondensator angeschlossen ist. Die beiden ersten Umschalter verbinden den jeweiligen Entladewiderstand der betreffenden Vor-/Entladeschaltung mit unterschiedlichen Potentialen der Gleichrichtereinrichtung. Dabei sind, im Gegensatz zu den einphasigen Ausführungsformen bzw. den Fahrzeugladeschaltungen mit nur einer Vor-/Entladeschaltung und nur einem Zwischenkreiskondensator in beiden Potentialschienen jeweils eine Vor-/Entladeschaltung vorgesehen, wobei die Potentialschienen die Zwischenkreiskondensatoren mit den Gleichrichtereinrichtungen verbinden.
Eine dritte Ausführungsform der dritten Variante sieht keine starre, serielle Verbindung zwischen den Zwischenkreiskondensatoren vor, sondern eine Verbindung über eine Konfigurationsschaltung. Diese ist eingerichtet, die Zwischenkreiskondensatoren wählbar parallel oder seriell zu verschalten. Ein optionaler Neutralleiteranschluss ist mit der Konfigurationsschaltung verbunden. Auch hier wird vorzugsweise die Konfigurationsschaltung zur Parallelverbindung der Zwischenkreiskondensatoren eingestellt, wenn die Gleichrichtereinrichtung einphasig arbeitet (im einphasigen Betrieb ist), und sieht eine Seriellverschaltung zwischen den Kondensatoren vor, wenn der dreiphasige Betrieb der Gleichrichtereinrichtung vorgesehen ist.
Ausführungsformen nach der dritten Variante erlauben die Verwendung ein- und desselben Widerstands zur Darstellung der Funktion des Ent- und Vorladens. Dies ist insbesondere möglich, da Entladephasen und Vorladephasen üblicherweise nicht unmittelbar und häufiger aufeinander folgen, sodass der Widerstand bei entsprechender Auslegung nicht überhitzt.
Die hier erwähnten Widerstände sind vorzugsweise PTC-Widerstände und haben aufgrund ihres temperaturabhängigen Widerstandswerts einen Schutz vor Überhitzung. Tritt ein Fehler auf, erhitzt sich der PTC-Widerstand, wodurch sich der Widerstandswert erhöht und der PTC-Widerstand eine elektrische Abtrennung realisiert. Während der Abkühlzeit, die im Bereich von einigen Minuten liegen kann, ist es möglich, die Fehlerursache zu lösen. Während der Abkühlzeit kann die Ladestation elektrisch abgetrennt werden, etwa durch Trennung der Gleichrichtereinrichtung von einem Wechselstrom-Ladeanschluss der Schaltung oder durch Trennung der fahrzeugexternen Verbindung zwischen Ladestation bzw. Energiequelle der Ladestation und dem Fahrzeug.
Ferner kann die Fahrzeugladeschaltung zur Ausführung mindestens einer der folgenden Funktionen ausgebildet sein, die der Sicherheit dienen. Insbesondere umfasst die Fahrzeugladeschaltung hierzu eine Überwachungseinheit, die zur Realisierung mindestens einer der folgenden Funktionen eingerichtet ist.
Eine erste Funktion, insbesondere der Überwachungseinheit, ist es, eine Spannung über dem mindestens einen Zwischenkreiskondensator zu überwachen, etwa mittels eine entsprechend angeschlossenen Spannungserfassungseinrichtung, wobei ein Fehlersignal abgeben wird (insbesondere von der Überwachungseinheit), wenn eine vorgegebene Spannungsgrenze von der erfassten Spannung am Zwischenkreiskondensator überschritten wird. Die Spannungsgrenze kann hierbei die Auslegung des mindestens einen Zwischenkreiskondensators wiedergeben, gegebenenfalls einschließlich einer Sicherheitsmarge.
Eine zweite Funktion, insbesondere der Überwachungseinheit, ist es, die vom Entladewiderstand aufgenommene Leistung zu überwachen und aus der Leistung eine sich durch die Leistung ergebende Temperaturerhöhung des Entladewiderstands zu bilden, und ein Fehlersignal abzugeben, wenn die Temperaturerhöhung über einer Grenze liegt. Eine Variante hiervon ist es, anhand der Leistung, gegebenenfalls bezogen auf die Dauer einer zugehörigen Zeitspanne, die Temperaturerhöhung festzustellen. Das Fehlersignal kann abgegeben werden, wenn die Temperaturerhöhung eine Grenze überschreitet, wenn die aus der Temperaturerhöhung abgeleitete Temperatur eine Grenze überschreitet, die sich an der Temperaturauslegung des Entladewiderstands orientieren kann und ggf. eine Umgebungstemperatur des Entladewiderstands berücksichtigt, oder wenn die Temperaturerhöhung innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer über einer vorgegebenen Grenze liegt. Eine dritte Funktion, insbesondere der Überwachungseinheit, ist es, zu ermitteln, ob ein vollständiges Entladen des mindestens einen Zwischenkreiskondensator nicht oder nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne möglich ist. Die Fahrzeugladeschaltung und insbesondere die Überwachungseinheit eingerichtet, den mindestens einen Zwischenkreiskondensator erneut zu laden, falls dies zutrifft.
Eine vierte Funktion, insbesondere der Überwachungseinheit, ist es ein Fehlersignal auszugeben, wenn eine vollständige Entladung länger als eine vorgegebene Zeitspanne beansprucht.
Als vollständiges Entladen wird die Entladung um eine vorgegebene Energiedifferenz bezeichnet, etwa die Entladung um 80% oder 90% oder 95% der nominellen Gesamtkapazität des mindestens einen Zwischenkreiskondensators. Alternativ wird als vollständiges Entladen die Entladung auf einen Spannungswert oder darunter bezeichnet, der unter einer Sicherheitsgrenze liegt, etwa auf einen Spannungswert von weniger als 60 V, von 40 V, 20 V oder 5V, oder darunter.
Von diesen Funktionen ist eine, sind mehrere oder alle in der Fahrzeugladeschaltung implementiert, insbesondere im Wesentlichen in der Überwachungseinheit. Diese kann mit der Steuerung integriert sein oder durch die gleiche Hardware realisiert sein, oder mit dieser in Datenaustausch stehen (direkt oder indirekt). Es ist möglich, dass diese Funktionen allgemein in einer Fahrzeugladeschaltung - etwa in Form einer Überwachungseinheit - implementiert ist, die mindestens einen Zwischenkreiskondensator und mindestens einen Entladewiderstand aufweist und die nicht notwendigerweise die Merkmale der hier beschriebenen Ausführungsformen aufweist.
In den Figuren 1 bis 8 sind beispielhaft Fahrzeugladeschaltungen dargestellt, die zum Verständnis der hier dargestellten Realisierungsmöglichkeiten, Varianten und Ausführungsformen dienen sollen.
Die Figuren 1 bis 3 stellen Beispiele für die erste Variante dar, bei der Figur 1 eine Fahrzeugladeschaltung mit einer einzelnen Vor-/Entladeschaltung darstellt. Die Figuren 2 und 3 zeigen Ausführungsformen mit mehreren Vor-/Entladeschaltungen wobei bei der Figur 2 die zugehörigen Zwischenkreiskondensatoren direkt verbunden sind und die Figur 3 die Zwischenkreiskondensatoren über eine Konfigurationsschaltung miteinander verbunden sind.
Weitere Beispiele, die der zweiten Variante zugeordnet werden können, sind in den Figuren 8, 5 und 4 dargestellt, wobei die Figur 8 eine Fahrzeugladeschaltung mit einer einzelnen Vor-/Entladeschaltung darstellt und die Figuren 5 und 4 beispielhafte Ladeschaltungen mit mehreren Vor-/Entladeschaltungen. Hierbei sind in der Figur 5 die Zwischenkreiskondensatoren direkt miteinander verbunden, während in Figur 4 die Zwischenkreiskondensatoren mittels einer Konfigurationsschaltung verbunden sind.
Die Figuren 6 und 7 dienen zur Erläuterung von Ausführungsformen, die der dritten Variante zugeordnet werden können. In den Figuren 6 und 7 sind Fahrzeugladeschaltungen dargestellt, die mehrere Zwischenkreiskondensatoren aufweisen. In der Figur 6 sind diese über eine Konfigurationsschaltung miteinander verbunden und in Figur 7 sind die Zwischenkreiskondensatoren direkt miteinander verbunden.
Komponenten, die mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, sind vergleichbar und sind insbesondere gleichartig ausgeführt. Mit den Pfeilen r und g sind Stromflüsse dargestellt, wobei mit g ein Vorladestromfluss dargestellt ist und mit r ein Entladestromfluss. Diese dienen zur Erläuterung der Funktion des Vor-/Entladens.
In einigen Figuren ist ein Gleichspannungswandler W dargestellt, der den Zwischenkreiskondensatoren nachgeschaltet ist. Dieser ist optional und kann auch in Ausführungsformen von Figuren vorhanden sein, die den Wandler nicht explizit darstellen. Anstatt des Gleichspannungswandlers W können auch Akkumulatoranschlüsse oder Bordnetzzweiganschlüsse vorgesehen sein, die zum Anschluss an einen Akkumulator oder an einen Bordnetzzweig (ggf. mit Akkumulator) dienen. Die Figur 1 zeigt eine Fahrzeugladeschaltung mit einer Gleichrichtereinrichtung, die als Leistungsfaktorkorrekturfilter (power factor correction) PFC ausgebildet ist. Die Gleichrichtereinrichtung PFC ist einphasig ausgebildet („1 ph“) und hat einen ersten Phaseneingang L1 sowie einen Neutralleitereingang N. Bei der Verwendung von zwei Phasen zur Versorgung der Gleichrichtereinrichtung PFC kann an den unteren Eingang auch ein zweites Phasensignal L2 angelegt werden. Die Eingänge L1 bzw. L2/N sind somit Wechselspannungseingänge. Auf der hierzu entgegengesetzten Seite der Gleichrichtereinrichtung befindet sich eine Gleichspannungsseite mit einem ersten Potential + und einem zweiten Potential - . Über eine im Weiteren näher erläuterte Vor-/Entladeschaltung ist ein Zwischenkreiskondensator C angeschlossen, der sich wiederum ein galvanisch trennender Gleichspannungswandler W anschließt. Die vom Zwischenkreiskondensator C abgewandte Seite des Gleichspannungswandlers W weist zwei Gleichspannungsanschlüsse HV+, HV- auf.
In der Figur 1 besteht ein (erster) Umschalter S2, der einen ersten Pol + des Zwischenkreiskondensators C wahlweise mit einem Entladewiderstand PTC2 verbindet oder mit einer Parallelschaltung aus einem Schalter S1 und einem Vorladewiderstand PTC1. In nicht angesteuertem Zustand ist der erste Umschalter S2 in der Stellung NC und verbindet den ersten Pol + des Zwischenkreiskondensators C mit dem Entladewiderstand PTC2. Zur direkten Ladung ist der Umschalter S2 in der ersten Schaltung LO und verbindet den ersten Pol + des Zwischenkreiskondensators C mit dem Vorladewiderstand PTC1 sowie dem ersten Schalter S1. Ist der Schalter S1 offen, Stellung NC, dann kann eine Vorladung durchgeführt werden. Wird der Schalter S1 geschlossen, Stellung NO, dann ist der Vorladewiderstand PTC1 überbrückt und die Gleichrichtereinrichtung PFC, bzw. dessen erstes Potential +, ist über den Schalter S1 und den Umschalter S2 direkt mit dem Zwischenkreiskondensator C verbunden. Beim Entladen ist der Umschalter S2 in der zweiten Stellung, wobei in dieser Stellung das erste Potential + der Gleichrichtereinrichtung PFC von durch den Umschalter S2 von dem ersten Pol + des Zwischenkreiskondensators C getrennt ist. Ein dauerhafter Stromfluss bei fehlerhafter Ansteuerung ausgehend von der Gleichrichtereinrichtung PFC durch den Entladewiderstand PTC2 hindurch wird somit ausgeschlossen.
Die Figur 1 ist eine einphasige Fahrzeugladeschaltung, bei der typischerweise am Zwischenkreiskondensator C eine Spannung von 400 Volt auftritt. Weitere Ausführungsformen (Figuren 2 bis 7) zeigen dreiphasige Ausführungen, bei denen an den Potentialen +, - der Gleichrichtereinrichtungen PFC höhere Spannungen vorliegen.
Die Figur 2 zeigt eine mehrphasige Fahrzeugladeschaltung (dreiphasig) mit einer dreiphasigen Gleichrichtereinrichtung, die drei Phasenanschlüsse L1 bis L3 und einen Neutralleiteranschluss N. Dieser ist optional und daher mit einem Stern versehen, sowie aus diesem Grund über eine gestrichelte Linie mit den Entladeschaltungen verbunden.
Die Schaltung der Figur 2 weist zwei Entladeschaltungen auf, wobei diese symmetrisch zu einem Verbindungspunkt zwischen den zwei Zwischenkreiskondensatoren C1 und C2 aufgebaut sind. Somit ist in jeder Potentialschiene +, - (angeschlossen an die betreffenden Potentiale), mit der die Gleichrichtereinrichtung PFC mit den Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 verbunden ist, eine Vor-ZEntladeschaltung vorgesehen. Beide Vor-ZEntladeschaltungen sind jeweils aufgebaut wie die in Figur 1 dargestellte Vor-ZEntladeschaltung. Die Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 sind über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden. Im Gegensatz zum Entladewiderstand PTC2 der Figur 1 , der mit zwischen dem ersten Umschalter S2 und dem zweiten Potential vorliegt, sind die Entladewiderstände PTC2 der Figur 2 zwischen den jeweiligen ersten Umschaltern S2 und dem Verbindungspunkt zwischen den Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 angeschlossen. Das Potential des Zwischenpunkts tritt somit an die Stelle des Potentials, mit dem in der Figur 1 der Entladewiderstand direkt verbunden ist.
In der Figur 2 ist der Verbindungspunkt ferner mit dem Neutralleiteranschluss N verbunden. Aufgrund der Mehrphasigkeit erzeugt die Gleichrichtereinrichtung PFC (dreiphasig, 3ph) eine höhere Ausgangsspannung an den beiden Potentialen +, so dass an jedem der in Reihe geschalteten Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 eine Spannung von 400 Volt abfallen kann.
Sind die Schalter S1 offen und der Umschalter S2 in der Stellung NO, dann wird über die Widerstände PTC1 ein Vorladestrom geführt. Zum darauffolgenden Laden sind die Schalter S1 geschlossen (Stellung NC) und der Umschalter S2 befindet sich in der Stellung NO. Dadurch ergibt sich eine direkte Verbindung zwischen Gleichrichtereinrichtung PFC und den Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2.
Als direkte Verbindung wird insbesondere eine Verbindung bezeichnet, die kein Widerstandsbauteil aufweist, das den Stromfluss merklich reduziert. Ein Shunt-Widerstand (etwa mit einem Wert von < 1 Ohm oder < 10 mOhm) fällt nicht unter dieser Formulierung.
Die Figur 3 zeigt eine Schaltung ähnlich wie die der Figur 2. Im Unterschied zur Figur 2 sind die Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 nicht direkt, sondern über eine Konfigurationsschaltung miteinander verbunden. Diese weist im dargestellten Beispiel eine Seriellschaltung von zwei Dioden D auf, deren Verbindungspunkt mit dem Neutralleiter N verbunden ist. Dies erlaubt eine Ableitung von asymmetrischen Drehstromkomponenten zum Neutralleiter hin. Die Konfigurationsschaltung weist ferner zwei Schalter S3 auf. Für jeden Schalter S3 gilt, dass dieser an einen Pol eines der Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 angeschlossen ist, der nicht direkt mit einem der Umschalter S2 verbunden ist. Jeder der Umschalter S3 kann wahlweise diesen Pol mit dem gegenüberliegenden Potential der Gleichrichtereinrichtung +, -, verbinden (bei Parallelschaltung der Zwischenkreiskondensatoren), oder kann, wie dargestellt, die beiden genannten Pole der Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 miteinander verbinden, unter Umgehung der Dioden N. Es sind jedoch auch allgemein andere Konfigurationsschaltungen denkbar, etwa Konfigurationsschaltungen mit zwei ersten Schaltern, die die beiden Zwischenkreiskondensatoren parallel an die Potentiale +, -, anschließt und einen dritten Schalter, der in geschlossenem Zustand die beiden Zwischenkreiskondensatoren seriell verbindet. Anstatt des genannten Schalters kann auch eine Diode verwendet werden. Die dargestellte Ausführungsform sieht vor, dass die Konfigurationsschaltung die Zwischenkreiskondensatoren mit den Potentialen +, - der Gleichrichtereinrichtung PFC verbindet (und nicht mit den Potentialen der Zwischenkreiskondensatoren, d. h. den Potentialen, an die der jeweilige Mittenanschluss des ersten Umschalters S2 angeschlossen ist).
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine weitere (zweite) Variante von Vor-/Entladeschaltungen, bei der ein erster Umschalter das erste Potential (ggf. auch das zweite Potential) mit dem Zwischenkreiskondensator bzw. dem zugehörigen von mehreren Zwischenkreiskondensatoren verbindet. Der zugehörige Zwischenkreiskondensator kann durch den ersten Umschalter (hier: S1 ) wahlweise mit den zugehörigen ersten Potential + (oder auch zweiten Potential -) verbunden werden, entsprechend einer ersten Stellung NO, und in einer zweiten Stellung NC mit einem zweiten Umschalter S2. Der zweite Umschalter S2 jeder Vor-Entladeschaltung verbindet den ersten Umschalter S1 wahlweise über einen Vorladewiderstand PTC1 mit dem Potential der Gleichrichtereinrichtung, an das auch der erste Umschalter S1 angeschlossen ist, entsprechend einer Stellung NO, oder in einer Stellung NC mit einem Entladewiderstand PTC2, der zu den Potential führt, welches dem mit dem Umschalter S1 direkt verbundenen Potential der Gleichrichtereinrichtung entgegengesetzt ist. Dies lässt sich gut anhand der einphasigen Ausführung der Figur 8 erkennen.
In den Figuren 4 und 5 ist jeweils eine beispielhafte Ladeschaltung dargestellt, die das in Figur 8 dargestellte Prinzip verwendet. Die Figur 8 zeigt hierbei eine Ladeschaltung mit nur einer Vor-ZEntladeschaltung und einem Zwischenkreiskondensator C, während die Figuren 4 und 5 eine symmetrische Spannungsversorgung darstellen, wobei die dargestellte Fahrzeugladeschaltung zwei Vor-ZEntladeschaltungen und zwei Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 aufweist. Das in Figur 8 dargestellte Prinzip ist es, ausgehend von der Gleichrichtereinrichtung PFC über den ersten Umschalter S1 den Zwischenkreiskondensator C anzuschließen. In der Figur 8 ist die Gleichrichtereinrichtung PFC nur einphasig („1 ph“) dargestellt und hat einen Neutralleitereingang N sowie einen Phaseneingang, im Gegensatz zu dem Gleichrichtereinrichtung der Figuren 4 und 5, die zum dreiphasigen Betrieb („3ph“) ausgebildet sind. In einer ersten Stellung NO des Umschalters S1 ist der Zwischenkreiskondensator C direkt an die zwei Potentiale +, - der Gleichrichtereinrichtung PFC angeschlossen. In der zweiten Stellung NC des ersten Umschalters S1 ist der Zwischenkreiskondensator über den ersten Umschalter S1 mit dem zweiten Umschalter S2 verbunden, der in einer ersten Stellung NO den ersten Umschalter S1 über einen Vorladewiderstand PTC1 mit dem ersten Potential der Gleichrichtereinrichtung verbindet, und in einer zweiten Stellung NC den ersten Umschalter S1 über den Entladewiderstand mit dem zweiten Pol des Zwischenkreiskondensators C verbindet. Hierbei wird über den zweiten Umschalter S2 der erste Pol des Kondensators C über den Entladewiderstand PTC2 in der Stellung NC mit dem zweiten Pol des Zwischenkreiskondensators verbunden. Es ergibt sich der Entladestrompfad r. Der Vorladestrompfad g ergibt sich, wenn der erste Pol des Zwischenkreiskondensators über den ersten Umschalter (Stellung NC) und den zweiten Umschalter (Stellung NO) über den Vorladewiderstand PTC1 mit dem ersten Pol der Gleichrichtereinrichtung verbunden ist. Befindet sich der erste Umschalter S1 in der Stellung NO, dann ist der Widerstand PTC1 sowie auch der zweite Umschalter überbrückt und es ergibt sich ein direkter Pfad von der Gleichrichtereinrichtung PFC zum Zwischenkreiskondensator C.
Dies wird in der Figur 4 in beiden Vor-/Entladeschaltungen angewandt. In der Figur 4 sind die Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 über eine Konfigurationsschaltung miteinander verbunden. Diese weist zwei Dioden D und zwei Umschalter S3 auf, die zusammen eingerichtet sind, wahlweise die Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 parallel oder seriell miteinander zu verbinden. Befinden sich in der Figur 4 die ersten Umschalter S1 in der Stellung NO, ergibt sich eine direkte Verbindung zwischen Gleichrichtereinrichtung PFC und Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 (die über die Konfigurationsschaltung miteinander verbunden sind). Befinden sich die ersten Umschalter S1 in der Schaltstellung NC, kann durch die zweiten Umschalter S2 gewählt werden, ob der erste Pol des Zwischenkreiskondensators (für C1 ist dies + und für C2 ist dies aufgrund der Symmetrie der Minuspol -) wenn die ersten Umschalter mit dem Vorladewiderstand PTC1 oder mit dem Entladewiderstand PTC2 verbunden wird. Über die Widerstände PTC2 wird der erste Pol (siehe Bezugszeichen + bei C1 ) des jeweiligen Zwischenkreiskondensators C1 , C2 mit dem zweiten Pol (siehe Bezugszeichen + für C2) verbunden, sofern sich die Umschalter S2 in der Stellung NC befinden. In der Stellung NO der zweiten Umschalter S2 ergibt sich eine Verbindung der ersten Pole der Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 mit dem jeweiligen Potential +, - der Gleichrichtereinrichtung PFC, an die die jeweilige Vor-/Entladeschaltung angeschlossen ist.
Ein Neutralleiteranschluss N ist an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Dioden D und an den Verbindungspunkt Umschalter S2 angeschlossen, wobei diese Verbindungspunkte miteinander verbunden sind. Optional kann an den Verbindungspunkten bzw. an den dargestellten Anschluss N ein Neutralleiter der Gleichrichtereinrichtung PFC angeschlossen werden, wobei dies durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. In der Figur 4 sind mit dem Bezugszeichen r Strompfade zur Entladung dargestellt und mit dem Bezugszeichen g ein beispielhafter Vorladepfad über den Widerstand PTC1.
Die Figur 5 zeigt ein weiteres Beispiel einer Fahrzeugentladeschaltung mit zwei Vor-ZEntladeschaltungen, die nach dem Prinzip der Vor-ZEntladeschaltung der Figur 8 bzw. gemäß dem Prinzip der Figur 4 arbeiten. Auch hier sind zwei Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 vorgesehen, die jedoch im Gegensatz zur Figur 4 direkt miteinander verbunden sind. Der betreffende Verbindungspunkt ist mit dem Neutralleiter N verbunden. Auch hier kann optional der Verbindungspunkt zwischen den Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 mit einem Neutralleiter N der Gleichrichtereinrichtung (bzw. der Fahrzeugladeschaltung) verbunden sein. Ansonsten entsprechen die Entladeschaltungen den Entladeschaltungen der Figur 4. Es sind auch hier Entladepfade r sowie Vorladepfade g dargestellt.
Bei Ausführungsformen, die etwa in den Figuren 4, 5 und 8 beispielhaft dargestellt sind, ist es möglich, dass nur der erste Umschalter S1 dazu ausgelegt ist, den Ladestrom (d.h. den Laststrom, der beim Laden auftritt) zu tragen. Da der oder die Umschalter S2 entweder nur ein Vorladestrom oder nur einen Entladestrom führen müssen, können diese mit einer geringen Strombelastbarkeit ausgelegt werden. Somit sind die Schalter S1 mit einer höheren Strombelastbarkeit A1 ausgelegt als die Strom belastbarkeit A2 der zweiten Umschalter S2. Beispielsweise kann, etwa im Hinblick auf die Beispiele der Figuren 4, 5 und 8 der mindestens eine erste Umschalter mit einer Nenn-Strombelastbarkeit A1 oder einer Maximal-Strombelastbarkeit ausgelegt sein, die doppelt so groß ist, oder mindestens um den Faktor 4, 10 oder 20 größer ist als die Nenn- oder Maximal-Strombelastbarkeit A2 der zweiten Umschalter S2.
Schließlich werden anhand der Figuren 6 und 7 weitere beispielhafte Ausführungsformen erläutert, die sich an der dritten Variante orientieren. Betrachtet man in den Figuren 6 und 7 nur eine der beiden Vor-/Entladeschaltungen, etwa, dann ist dort der jeweilige Zwischenkreiskondensator C1 oder C2 über den ersten Umschalter S1 mit dem ersten Potential der Gleichrichtereinrichtung + oder - verbunden. Dies betrifft die erste Stellung NO des ersten Umschalters S1. In einer zweiten Stellung NC des Umschalters S1 ist der erste Pol des Zwischenkreiskondensators (der bei der Schaltstellung NO von S1 mit der Gleichrichtereinrichtung verbunden ist) mit dem Widerstand PTC verbunden, der wiederum zu dem zweiten Umschalter S2 führt. Mittels des zweiten Umschalters kann der Widerstand PTC entweder mit der Gleichrichtereinrichtung PFC oder mit dem Zwischenkreiskondensator C1 , C2 verbunden werden, je nachdem, ob eine Vorladung oder eine Entladung gewünscht ist. Auch hier kann der zweite Umschalter S2 mit einer geringeren Strombelastbarkeit als der erste Umschalter S1 ausgelegt sein, da dieser Umschalter S2 nur Vor- und Entladeströme, jedoch keine Ladeströme (d.h. Lastströme des Ladevorgangs oder eines Rückspeisevorgangs) führen muss. Ferner sei bemerkt, dass nur ein Widerstand PTC erforderlich ist, der je nach Schaltstellung des Umschalters S2 ein Widerstand mit Vorladefunktion oder ein Widerstand mit Entladefunktion ist.
In der Figur 6 sind zwei dieser Vor-/Entladeschaltungen dargestellt, wobei jeweils eine in einer Stromschiene + bzw. - vorhanden ist, wobei die Stromschienen die Verbindungen zwischen den Gleichrichtereinrichtung und den Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 sind. Die Konfigurationsschaltung, mittels der in der Figur 6 die Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 miteinander parallel oder seriell verbindbar sind, ist bereits oben beschrieben. Zusammengefasst weist die Konfigurationsschaltung der Figur 6 wie die anderen Konfigurationsschaltungen zwei Dioden D auf, die in Serie geschaltet sind, wobei der betreffende Verbindungspunkt mit dem Neutralleiteranschluss N verbunden ist, während die beiden Umschalter S3 eine wählbare Verbindung derart herstellen, dass die Kondensatoren C1 , C2 entweder parallel oder seriell miteinander verbunden sind. Bei serieller Verbindung schließen die Umschalter S3 die Dioden D kurz bzw. überbrücken diese. Eine Verbindung des dargestellten Neutralleiteranschlusses N mit einem Neutralleiteranschluss der Gleichrichtereinrichtung PFC ist optional möglich, wobei dies für die Figur 6 sowie die Figur 7 gilt.
Die Figur 7 zeigt eine vergleichbare Fahrzeugladeschaltung, wobei jedoch im Gegensatz zur Figur 6 keine Konfigurationsschaltung, sondern eine direkte Verbindung die beiden Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 miteinander verbindet. Ansonsten ergeben sich wie in der Figur 6 auch in der Figur 7 die gewünschten Entladepfade r sowie die gewünschten Vorladepfade g.

Claims

26 Patentansprüche
1 . Fahrzeugladeschaltung mit einer Gleichrichtereinrichtung (PFC), mindestens einem Zwischenkreiskondensator (C; C1 , C2) und mindestens einer Vor-/Entladeschaltung, wobei die Gleichrichtereinrichtung (PFC) über die Vor-/Entladeschaltung mit dem Zwischenkreiskondensator (C; C1 , C2) verbunden ist, wobei die Vor-/Entladeschaltung mindestens einen ersten Umschalter (S1 ; S2) aufweist, der eingerichtet ist, in einer ersten Stellung (NO) einen ersten Pol (+) des Zwischenkreiskondensators (C; C1 , C2) mit einem ersten Potential (+) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) zu verbinden, und in einer zweiten Stellung (NC) den ersten Pol (+) des Zwischenkreiskondensators (C; C1 , C2) über einen Entladewiderstand (PTC, PTC1 , PTC2) mit dem zweiten Pol des Zwischenkreiskondensators (C; C1 , C2) verbindet, wobei der Umschalter (S1 ; S2) eingerichtet ist, in ansteuerfreiem Zustand die zweite Schaltposition (NC) einzunehmen.
2. Fahrzeugladeschaltung nach Anspruch 1 , wobei der erste Umschalter als elektromechanischer Umschalter ausgebildet ist, der einen Mittelanschluss aufweist, der mit dem Zwischenkreiskondensator (C; C1 , C2) verbunden ist, und der wahlweise mit einem ersten Kontakt oder einem zweiten Kontakt des Umschalters verbunden werden kann, wobei der Entladewiderstand direkt oder indirekt mit dem ersten Kontakt verbunden ist und der zweite Kontakt direkt oder indirekt mit der Gleichrichtereinrichtung verbunden ist, und in ansteuerfreiem Zustand des Umschalters der Mittelanschluss mit dem zweiten Kontakt (NC) verbunden ist.
3. Fahrzeugladeschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei dem Zwischenkreiskondensator (C; C1 , C2) ein Gleichspannungswandler (W) der Fahrzeugladeschaltung nachgeschaltet ist.
4. Fahrzeugladeschaltung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die Gleichrichtereinrichtung (PFC) als aktiver Gleichrichter oder als Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgestaltet ist. Fahrzeugladeschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vor-/Entladeschaltung einen Vorladewiderstand und einen als Öffner oder Schließer ausgebildeten Schalter (S1 ) aufweist, der parallel zum Vorladewiderstand angeschlossen ist und der erste Umschalter (S2) über die Parallelschaltung von Vorladewiderstand und Schalter (S1 ) mit dem ersten Potential (+) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) verbunden ist. Fahrzeugladeschaltung nach Anspruch 5, die ferner einen Neutralleiteranschluss (N) aufweist sowie zwei der Vor-ZEntladeschaltungen und zwei der Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) aufweist, wobei die Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) über einen Zwischenpunkt miteinander verbunden sind, der mit dem Neutralleiteranschluss (N) verbunden ist, wobei eine erste der Vor-ZEntladeschaltungen zwischen dem ersten Potential (+) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) und einem ersten der Zwischenkreiskondensatoren (C1 ) angeschlossen ist und eine zweite der Vor-ZEntladeschaltungen zwischen dem zweiten Potential (-) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) und einem zweiten der Zwischenkreiskondensatoren (C1 ) angeschlossen ist, wobei die Entladewiderstände (PTC2) der beiden Vor-ZEntladeschaltungen über den Zwischenpunkt miteinander verbunden sind, und die beiden Vorladewiderstände (PTC1 ) und dazu parallelen Schalter (S1 ) der Vor-ZEntladeschaltungen mit unterschiedlichen Potentialen (+, -) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) verbunden sind. Fahrzeugladeschaltung nach Anspruch 5, die ferner einen Neutralleiteranschluss (N) aufweist sowie zwei der Vor-ZEntladeschaltungen und zwei der Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) aufweist, wobei die Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) über eine Konfigurationsschaltung (S3, D) miteinander verbunden ist, die zur wählbaren Parallel- oder Seriellverschaltung der Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) eingerichtet ist und die mit dem Neutralleiteranschluss (N) verbunden ist, wobei eine erste der Vor-ZEntladeschaltungen zwischen dem ersten Potential (+) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) und einem ersten der Zwischenkreiskondensatoren (C1 ) angeschlossen ist und eine zweite der Vor-/Entladeschaltungen zwischen dem zweiten Potential (-) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) und einem zweiten der Zwischenkreiskondensatoren (C1 ) angeschlossen ist, wobei die Entladewiderstände (PTC2) der beiden Vor-/Entladeschaltungen über die Konfigurationsschaltung (S3, D) miteinander verbunden sind, und die beiden Vorladewiderstände (PTC1 ) und dazu parallelen Schalter (S1 ) der Vor-/Entladeschaltungen mit unterschiedlichen Potentialen (+, -) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) verbunden sind. Fahrzeugladeschaltung nach einem Ansprüche 1 - 4, wobei die Vor-/Entladeschaltung neben dem ersten Umschalter (S1 ) einen zweiten Umschalter (S2) aufweist, wobei der ersten Umschalter (S1 ) eingerichtet ist, in der zweiten Stellung (NC) den ersten Pol (+) des Zwischenkreiskondensators (C) über den zweiten Umschalter (S2) und den Entladewiderstand (PTC2) mit dem zweiten Pol des Zwischenkreiskondensators (C; C1 , C2) zu verbinden, wobei der zweite Umschalter (S2) eingerichtet ist, in einer ersten Stellung (NO) den ersten Umschalter (S1 ) über einen Vorladewiderstand (PTC1 ) der Vor-ZEntladeschaltung mit dem ersten Potential (+) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) zu verbinden und in einer zweiten Stellung (NC) den ersten Umschalter (S1 ) über den Entladewiderstand (PTC2) mit dem zweiten Pol des Zwischenkreiskondensators (C; C1 , C2) zu verbinden. Fahrzeugladeschaltung nach Anspruch 8, die ferner einen Neutralleiteranschluss (N) aufweist sowie zwei der Vor-ZEntladeschaltungen und zwei der Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) aufweist, wobei die Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) über einen Zwischenpunkt miteinander verbunden sind, der mit dem Neutralleiteranschluss (N) verbunden ist, wobei eine erste der Vor-ZEntladeschaltungen zwischen dem ersten Potential (+) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) und einem ersten der Zwischenkreiskondensatoren (C1 ) angeschlossen ist und eine zweite der 29
Vor-/Entladeschaltungen zwischen dem zweiten Potential (-) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) und einem zweiten der Zwischenkreiskondensatoren (C2) angeschlossen ist, wobei die Entladewiderstände (PTC2) der beiden Vor-/Entladeschaltungen über den Zwischenpunkt miteinander verbunden sind, und die beiden Vorladewiderstände (PTC1 ) den jeweiligen zweiten Umschalter (S2) der Vor-/Entladeschaltungen mit unterschiedlichen Potentialen (+, -) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) verbinden. Fahrzeugladeschaltung nach Anspruch 8, die ferner einen Neutralleiteranschluss (N) aufweist sowie zwei der Vor-/Entladeschaltungen und zwei der Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) aufweist, wobei die Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) über eine Konfigurationsschaltung miteinander verbunden ist, die zur wählbaren Parallel- oder Seriellverschaltung der Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) eingerichtet ist, und die mit dem Neutralleiteranschluss (N) verbunden ist, wobei eine erste der Vor-/Entladeschaltungen zwischen dem ersten Potential (+) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) und einem ersten der Zwischenkreiskondensatoren (C1 ) angeschlossen ist und eine zweite der Vor-/Entladeschaltungen zwischen dem zweiten Potential (-) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) und einem zweiten der Zwischenkreiskondensatoren (C2) angeschlossen ist, wobei die Entladewiderstände (PTC2) der beiden Vor-/Entladeschaltungen über die Konfigurationsschaltung (S3, D) miteinander verbunden sind, und die beiden Vorladewiderstände (PTC1 ) den jeweiligen zweiten Umschalter (S2) der Vor-ZEntladeschaltungen mit unterschiedlichen Potentialen (+, -) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) verbinden. Fahrzeugladeschaltung nach einem Ansprüche 1 - 4, wobei die Vor-ZEntladeschaltung neben dem ersten Umschalter (S1 ) einen zweiten Umschalter (S2) aufweist, wobei der ersten Umschalter (S1 ) eingerichtet ist, in der zweiten Stellung (NC) den ersten Pol (+) des Zwischenkreiskondensators (C) über den Entladewiderstand (PTC2) mit 30 dem zweiten Umschalter (S2) zu verbinden, der mit dem zweiten Pol des Zwischenkreiskondensators (C; C1 , C2) verbunden ist, wobei der zweite Umschalter (S2) eingerichtet ist, in einer ersten Stellung (NO) den Entladewiderstand (PTC) mit dem ersten Potential (+) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) zu verbinden, wodurch der Entladewiderstand die zusätzliche Funktion des Vorladens erhält, und in einer zweiten Stellung (NC) den ersten Umschalter (S1 ) über den Entladewiderstand (PTC) mit dem zweiten Pol des Zwischenkreiskondensators (C) zu verbinden, um den Zwischenkreiskondensator (C) zu entladen. Fahrzeugladeschaltung nach Anspruch 11 , die ferner einen Neutralleiteranschluss (N) aufweist sowie zwei der Vor-/Entladeschaltungen und zwei der Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) aufweist, wobei die Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) über einen Zwischenpunkt miteinander verbunden sind, der mit dem Neutralleiteranschluss (N) verbunden ist, wobei eine erste der Vor-/Entladeschaltungen zwischen dem ersten Potential (+) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) und einem ersten der Zwischenkreiskondensatoren (C1 ) angeschlossen ist und eine zweite der Vor-/Entladeschaltungen zwischen dem zweiten Potential (-) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) und einem zweiten der Zwischenkreiskondensatoren (C2) angeschlossen ist, wobei die zweiten Umschalter (S2) der beiden Vor-/Entladeschaltungen über den Zwischenpunkt miteinander verbunden sind, und die beiden ersten Umschalter (S1 ) den jeweiligen Entladewiderstand (PTC) der Vor-/Entladeschaltungen mit unterschiedlichen Potentialen (+, -) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) verbinden. Fahrzeugladeschaltung nach Anspruch 11 , die ferner einen Neutralleiteranschluss (N) aufweist sowie zwei der Vor-/Entladeschaltungen und zwei der Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) aufweist, wobei die Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) über eine Konfigurationsschaltung miteinander verbunden sind, die zur wählbaren Parallel- oder 31
Seriellverschaltung der Zwischenkreiskondensatoren (C1 , C2) eingerichtet ist, und die mit dem Neutralleiteranschluss (N) verbunden ist, wobei eine erste der Vor-/Entladeschaltungen zwischen dem ersten Potential (+) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) und einem ersten der Zwischenkreiskondensatoren (C1 ) angeschlossen ist und eine zweite der Vor-/Entladeschaltungen zwischen dem zweiten Potential (-) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) und einem zweiten der Zwischenkreiskondensatoren (C2) angeschlossen ist, wobei die zweiten Umschalter (S2) der beiden Vor-/Entladeschaltungen über die Konfigurationsschaltung miteinander verbunden sind, und die beiden ersten Umschalter (S1 ) den jeweiligen Entladewiderstand (PTC) der Vor-/Entladeschaltungen mit unterschiedlichen Potentialen (+, -) der Gleichrichtereinrichtung (PFC) verbinden. Fahrzeugladeschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner eine Überwachungseinheit aufweist, die eingerichtet ist,
(a) eine Spannung über dem mindestens einen Zwischenkreiskondensator (C; C1 , C2) zu überwachen und bei Überschreitung einer vorgegebenen Spannungsgrenze ein Fehlersignal abzugeben; oder
(b) die vom Entladewiderstand aufgenommene Leistung zu überwachen und aus der Leistung eine sich durch die Leistung ergebende Temperaturerhöhung des Entladewiderstands zu bilden, und ein Fehlersignal abzugeben, wenn die Temperaturerhöhung über einer Grenze liegt, oder
(c) zu ermitteln, ob ein vollständiges Entladen des mindestens einen Zwischenkreiskondensator (C; C1 , C2) nicht oder nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne möglich ist, und, falls dies zutrifft, den mindestens einen Zwischenkreiskondensator (C; C1 , C2) erneut zu Laden; oder
(d) ein Fehlersignal auszugeben, wenn eine vollständige Entladung länger als eine vorgegebene Zeitspanne beansprucht.
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