WO2021069151A1 - Zwischenkreisschaltung und fahrzeugseitige ladeschaltung mit zwischenkreisschaltung - Google Patents

Abstract

Eine Zwischenkreisschaltung (KS) ist mit einem ersten Anschluss (A1), der einen Neutralleiteranschluss (N) umfasst, und mit einem ersten und einem zweiten Zwischenkreiskondensator (C1, C2) sowie einer Diodenschaltung (G1, G2) ausgestattet. Die Zwischenkreisschaltung (KS) verfügt über Konfigurationsschalter (WS1, WS2), die in einem ersten Zustand (1) die Zwischenkreiskondensator (C1, C2) seriell miteinander verbindet und in einem zweiten Zustand (2) die Zwischenkreiskondensator (C1, C2) parallel miteinander verbindet. Die Konfigurationsschalter (WS1, WS2) sind jeweils als Umschalter ausgebildet sind, die die Diodenschaltung (G1, G2) im ersten Zustand überbrücken, wobei der Neutralleiteranschluss (N) mit der Diodenschaltung verbunden ist. Ferner wird eine fahrzeugseitige Ladeschaltung beschrieben, die die Zwischenkreisschaltung und eine Gleichrichterschaltung umfasst.

Description

Beschreibung

Zwischenkreisschaltung und fahrzeugseitige Ladeschaltung mit Zwischenkreis schaltung

Es ist bekannt, Kraftfahrzeuge mittels einer Batterie als Energiespeicher anzutrei ben, wobei der elektrische Antrieb eine elektrische Maschine umfasst. Zum einen sind zur Erzeugung eines Drehfelds und allgemein zur Steuerung der elektrischen Maschine Halbleiter erforderlich, insbesondere die Halbleiterschalter eines Strom richters, um mittels der Gleichspannung des Energiespeichers die elektrische Ma schine betreiben zu können.

Weiterhin ist allgemein bekannt, dass Fahrzeuge mit einem elektrischen Energie speicher, der insbesondere zur Traktion dient, über eine Ladeschnittstelle am Äu ßeren des Fahrzeugs („Plug-in“) aufgeladen werden kann. Zum Laden kann eine Ladestation als Wechselstromquelle verwendet werden, die je nach Ausprägung dreiphasig oder nur einphasig ausfallen kann. Da bei dreiphasigem Laden eine höhere gleichgerichtete Spannung auftritt als bei einphasigem Laden, sind Bau elemente wie Zwischenkreiskapazitäten gemäß der höheren Spannung auszule gen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der die hö heren Kosten für Zwischenkreiskapazitäten, die für relativ hohe Spannungen aus gelegt sind, zu reduzieren und eine Ladung mit hohem Wirkungsgrad zu ermögli chen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Zwischenkreisschaltung und die fahrzeugsei tige Ladeschaltung der Ansprüche. Weitere Eigenschaften, Merkmale und Aus führungsformen sowie Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Figur.

Es wird vorgeschlagen, den Zwischenkreiskondensator einer Ladeschaltung in zwei Kapazitäten aufzuteilen, und diese je nach Gleichrichterspannung entweder parallel zu schalten (für eine hohe Kapazität bei vergleichsweise niedrigen Spannungen), oder seriell zu schalten (bei hohen Spannungen, um die hohe gleichgerichtete Spannung auf mehrere Kondensatoren zu verteilen). Um die beiden Zustände ein stellen zu können, werden zwei Umschalter verwendet, zwischen denen sich eine Diodenschaltung befindet. Die Kondensatoren sind kreuzweise mit den Verbin dungspunkten zwischen den jeweiligen Umschaltern und der Diodenschaltung angeschlossen. Um einen Spannungsabfall und somit Verluste an der Dioden schaltung zu vermeiden, wird vorgeschlagen die Umschalter derart zu verbinden, dass bei serieller Konfiguration der Zwischenkreiskkondensatoren die Dioden schaltung überbrückt wird. (In paralleler Konfiguration wird die Diodenschaltung vorzugsweise nicht überbrückt, insbesondere nicht von den Konfigurationsschal tern). Gleichzeitig ermöglicht die Diodenschaltung einen Anschluss eines Neutral leiters, um etwa bei dreiphasigem Laden symmetrische Komponenten ableiten zu können.

Die vorgeschlagene Schaltung erlaubt daher die Verringerung der Verluste bei serieller Schaltung, indem bei serieller Konfiguration der Zwischenkreiskondensa toren die Diodenschaltung überbrückt wird, während gleichzeitig asymmetrische Komponenten über die Diodenschaltung abgeleitet werden können. Es sei bemerkt, dass bei der Ableitung von Asymmetrien über die Neutralleiter und die entspre chenden Dioden zwar eine Spannung an den Dioden abfällt, die zugehörigen Ströme der asymmetrischen Komponenten jedoch im Vergleich zu den Ausgleich strömen durch die Zwischenkreiskondensatoren gering sind, sodass durch die Schaltung der hauptsächlich entstehende Verlust durch Leiten von Ausgleich strömen der Zwischenkreiskondensatoren durch die Diodenschaltung vermieden wird.

Es wird daher eine Zwischenkreisschaltung mit entsprechender Ausprägung be schrieben. Die Zwischenkreisschaltung ist insbesondere eine fahrzeugseitige Zwischenkreisschaltung und kann Teil eines Fahrzeugbordnetzes sein. Es kann eine fahrzeugseitige Ladevorrichtung vorgesehen sein, die die Zwischenkreis schaltung umfasst. Die Zwischenkreisschaltung weist einen ersten Anschluss auf. Falls die Ladevorrichtung die Zwischenkreisschaltung, jedoch keine Gleichrichter schaltung umfasst, dann kann der erste Anschluss einem Gleichstrom ladean- schluss der Ladevorrichtung entsprechen. Dieser Gleichstromladeanschluss kann gemäß einem Standard zum leitungsgebundenen Laden ausgebildet sein. Alterna tiv kann eine fahrzeugseitige Ladeschaltung vorgesehen sein, die eine Gleichrich terschaltung und die Zwischenkreisschaltung umfasst. Hierbei kann die Gleich richterschaltung einen Wechselspannungsanschluss aufweisen. Der Wechsel spannungsanschluss ist vorzugsweise gemäß einem Standard zum leitungsge bundenen Laden ausgebildet. Die Zwischenkreisschaltung ist der Gleichrichter schaltung nachgeschaltet.

Die hier beschriebene Zwischenkreisschaltung umfasst einen ersten Anschluss. Dieser kann als Eingangsanschluss der Zwischenkreisschaltung betrachtet werden. Der erste Anschluss weist einen Neutralleiteranschluss auf. Neben dem Neutral leiteranschluss kann der erste Anschluss einen positiven und einen negativen An schluss aufweisen. Die Zwischenkreisschaltung umfasst zumindest einen ersten und einen zweiten Zwischenkreiskondensator. Die Zwischenkreisschaltung ist eingerichtet, diese parallel oder seriell miteinander zu verbinden. Die Zwischen kreisschaltung umfasst ferner eine Diodenschaltung. Die Zwischenkreisschaltung verfügt über Konfigurationsschalter. Diese erlauben eine schaltbare parallele oder serielle Konfiguration bzw. Verbindung unter den Zwischenkreiskondensatoren. Die Konfigurationsschalter verbinden in einem ersten Zustand die Zwischenkreiskon densatoren seriell miteinander. In einem zweiten Zustand verbinden die Konfigura tionsschalter die Zwischenkreiskondensatoren parallel miteinander. Die hier ver wendeten Konfigurationsschalter sind jeweils als Umschalter ausgebildet.

Neben der Verbindung der Zwischenkreiskondensatoren untereinander, die über die Konfigurationsschalter einstellbar ist, haben die Konfigurationsschalter auch die Eigenschaft, die Diodenschaltung zu überbrücken, nämlich insbesondere im ersten Zustand (und vorzugsweise nicht im zweiten Zustand). Im ersten Zustand sind somit die Zwischenkreiskondensatoren nicht nur über die Diodenschaltung miteinander verbunden (seriell), sondern auch über die Konfigurationsschalter, sodass der Strom (aufgrund der Durchlassspannung der Diodenschaltung) im Wesentlichen von den Konfigurationsschaltern getragen wird. Die Überbrückung ermöglicht, dass ein Spannungsabfall an der Diodenschaltung nicht auftritt, sodass die betreffende Verlustleistung an den Dioden nicht entsteht. Stattdessen erlauben die Konfigura tionsschalter eine direkte Verbindung, insbesondere ohne wesentlichen Span- nungsabfall. Insbesondere erlauben die Konfigurationsschalter eine Verbindung in dem ersten Zustand zwischen den Zwischenkreiskondensatoren ohne einen Spannungsabfall, der sich durch einen p-n-Übergang ergeben würde. Der Neutralleiteranschluss ist mit der Diodenschaltung verbunden. Daher kann beim zweiphasigen Laden der Neutralleiteranschluss zur Abführung von asymmetrischen Komponenten über die Diodenschaltung verwendet werden.

Die Zwischenkreisschaltung und insbesondere die Zwischenkreiskondensatoren sind Hochvoltkomponenten, das heißt weisen eine Nennspannung von mindestens 60 Volt, mindestens 100 Volt und vorzugsweise von mindestens 400 Volt oder 800 Volt auf. Die Komponenten der Zwischenkreisschaltung sind Leistungskomponen ten, wobei dies insbesondere die Zwischenkreiskondensatoren, die Konfigurati onsschalter und die Dioden betrifft. Auch die Dioden sind vorzugsweise als Hoch voltkomponenten ausgebildet mit der vorangehend genannten Nennspannung (als Sperrspannung). Die Konfigurationsschalter sind vorzugsweise elektromechani sche Schalter, sodass kein Spannungsabfall über zahlreichen Halbleiterschaltern auftritt. Die Konfigurationsschalter sind insbesondere Umschalter bzw. Wechsler bzw. Wechselschalter. Die können von einem Relais mit Wechsler dargestellt werden; d.h. die beiden Zustände entsprechen jeweils einer Verbindung über zwei Wechselkontakte des Konfigurationsschalters.

Die Diodenschaltung umfasst vorzugsweise eine Reihenschaltung von zwei Dio den. Diese sind über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden. Der Neutralleiteranschluss ist vorzugsweise mit dem Verbindungspunkt verbunden, insbesondere in direkter Weise. Zwischen den Konfigurationsschaltern kann eine Verbindung bestehen, die im ersten Zustand die Diodenschaltung überbrückt. Diese (direkte) Verbindung ist vorzugsweise ebenso mit dem Neutralleiteranschluss verbunden.

Der erste Anschluss weist ein positives Potential (entsprechend einem positiven Potential) und ein negatives Potential (entsprechend einem negativen Anschluss) auf. Ein Ende des ersten Zwischenkreiskondensators ist direkt mit dem positiven Potential verbunden. Ein Ende des zweiten Zwischenkreiskondensators ist direkt mit dem negativen Potential verbunden. Die jeweiligen entgegengesetzten Enden der Zwischenkreiskondensatoren sind mit den Konfigurationsschaltern verbunden, sodass sich deren Schaltstellung auf die Verschaltung der Kondensatoren aus wirken kann.

Vorzugsweise verbinden die Konfigurationsschalter in dem ersten Zustand ein Ende des ersten Zwischenkreiskondensators über eine direkte Verbindung zwi schen den Konfigurationsschaltern direkt mit einem Ende des zweiten Zwischen kreiskondensators. Die direkte Verbindung vermeidet den Spannungsabfall an den Dioden und überbrückt, bezogen auf deren beiden Enden, die Diodenschaltung. Die Enden der Zwischenkreiskondensatoren, die nicht mit einem der beiden Potentiale direkt verbunden sind, werden in dem ersten Zustand der Konfigurationsschalter von den Konfigurationsschaltern (ohne Verbindung zwischen diesen) direkt mitei nander verbunden. In dem zweiten Zustand wird von den Konfigurationsschaltern das Ende der jeweiligen Zwischenkreiskondensatoren direkt mit den Potentialen des ersten Anschlusses verbunden. Dies betrifft die Enden der Zwischenkreis kondensatoren, die nicht direkt mit einem Potential des ersten Anschlusses ver bunden sind, sondern das entgegengesetzte Ende. Dieses wird über einen jewei ligen der Konfigurationsschalter direkt mit dem anderen Potential verbunden. Der erste Konfigurationsschalter verbindet hierbei das Ende des zweiten Zwischen kreiskondensators (das nicht mit dem negativen Potential verbunden ist) mit dem positiven Potential. Der zweite Konfigurationsschalter verbindet das Ende des ersten Zwischenkreiskondensators (das nicht mit dem positiven Potential verbun den ist) mit dem negativen Potential des ersten Anschlusses.

Die Diodenschaltung umfasst vorzugsweise eine Reihenschaltung von zwei Dio den. Diese sind über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden. Der Neutralleiteranschluss ist direkt mit dem Verbindungspunkt verbunden. Es kann in der Zwischenkreisschaltung eine direkte Verbindung vorgesehen sein, über die die Konfigurationsschalter (im ersten Zustand) miteinander verbunden sind. Die direkte Verbindung, über die die Konfigurationsschalter in dem ersten Zustand (nicht im zweiten Zustand) miteinander verbunden sind, sind vorzugsweise ferner mit dem Verbindungspunkt (der Diodenschaltung) und/oder mit dem Neutralleiteranschluss direkt verbunden. Es kann ein zweiter Anschluss vorgesehen sein, der beispielsweise zu einem Ak kumulator führen kann. Der Akkumulator ist hierbei vorzugsweise nicht Teil der Zwischenkreisschaltung. Der zweite Anschluss kann daher als Akkumulatoran schluss oder auch als Bordnetzanschluss oder als Ausgangsanschluss bezeichnet werden. Der zweite Anschluss ist mit zwei Potentialen des ersten Anschlusses verbunden. Mit anderen Worten weist der zweite Anschluss zwei Potentiale auf (ein positives und ein negatives), die mit dem ersten Anschluss bzw. dessen zwei Po tentialen verbunden sind. Der zweite Anschluss weist insbesondere keinen Neutralleiteranschluss auf (im Gegensatz zum ersten Anschluss). Das negative Potential des ersten Anschlusses wird zu dem negativen Potential des zweiten Anschlusses durchgeschleift. Das positive Potential des ersten Anschlusses wird zu dem positiven Potential des zweiten Anschlusses durchgeschleift. Mit „Durch schleifen“ wird eine Weiterleitung eines Potentials mittels einer direkten Verbindung bezeichnet.

Wie erwähnt kann eine fahrzeugseitige Ladeschaltung vorgesehen sein, die ins besondere eine Wechselstromladeschaltung ist. Die Ladeschaltung umfasst die hier beschriebene Zwischenkreisschaltung. Ferner umfasst die Ladeschaltung eine Gleichrichterschaltung. Die Gleichrichterschaltung kann ungesteuert sein, oder kann alternativ eine gesteuerte Gleichrichterschaltung sein. Die Gleichrichter schaltung ist insbesondere mehrphasig aufgebaut. Die Gleichrichterschaltung weist einen mehrphasigen, insbesondere dreiphasigen Wechselspannungsanschluss auf. Die Gleichrichterschaltung kann somit dreiphasig aufgebaut sein.

Der mehrphasige Wechselspannungsanschluss der Gleichrichterschaltung hat vorzugsweise einen Neutralleiteranschluss. Dieser Neutralleiteranschluss der Gleichrichterschaltung ist mit dem Neutralleiteranschluss der Zwischenkreisschal tung verbunden, insbesondere in direkter Weise. Der Neutralleiteranschluss kann ferner an einen Sternpunkt der Gleichrichterschaltung angeschlossen sein. Die Gleichrichterschaltung ist vorzugsweise mehrphasig aufgebaut. Die Gleichrichter schaltung ist eingerichtet für den einphasigen und den mehrphasigen Betrieb. Insbesondere ist die Gleichrichterschaltung für den dreiphasigen Betrieb ausge bildet. Ferner ist die Gleichrichterschaltung vorzugsweise für den einphasigen Be trieb ausgebildet, wobei eine Phase des Wechselspannungsanschlusses an eine Phase, mehrere Phasen oder alle Phasen angeschlossen sein kann, insbesondere über einen entsprechenden Phasenverbindungsschalter. Dadurch wird die Ladel eistung auf die Phasen verteilt.

Die Gleichrichterschaltung kann pro Phase eine Diodenhalbbrücke aufweisen. Al ternativ kann die Gleichrichterschaltung pro Phase eine steuerbare Gleichrichter brücke aufweisen, beispielsweise eine Transistor-Halbbrücke. Ferner kann die Gleichrichterschaltung Arbeitsinduktivitäten aufweisen, die als Längsinduktivität bzw. Serieninduktivität zwischen den Diodenhalbbrücken und den Phasenan schlüssen des Wechselspannungsanschlusses zwischengeschaltet sind. Jede Halbbrücke umfasst zwei Schaltelemente bzw. Dioden, die über einen Verbin dungspunkt miteinander verbunden sind. Die Verbindungspunkte der Diodenhalb brücken werden hier im weiteren als Mittenpunkt bezeichnet. Zwischen jedem Mittenpunkt und einem der Phasenanschlüsse ist eine Serieninduktivität vorgese hen.

Der Gleichrichter kann somit als aktive Gleichrichterschaltung ausgebildet sein. Falls die oben genannten Induktivitäten vorhanden sind, ergeben sich Span nungswandlerfunktionen, sodass die am ersten Anschluss der Zwischenkreis schaltung anliegende Spannung nicht notwenderweise den gleichgerichteten Halbwellen des Wechselspannungsanschlusses entspricht. Die Gleichrichter schaltung kann insbesondere als Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgebildet sein, beispielsweise als Vienna-Filter.

Die Gleichrichterschaltung kann einen Sternpunkt aufweisen. Dieser ist vorzugs weise mit dem Neutralleiteranschluss der Zwischenkreisschaltung verbunden. Der Sternpunkt ist ferner vorzugsweise mit dem Neutralleiteranschluss der Gleichrich terschaltung verbunden. Jede Phase kann eine Schaltung aufweisen, wobei diese Schaltung jeden Mittenpunkt mit einem gemeinsamen Sternpunkt verbindet. Diese Schaltung kann insbesondere einen Schalter umfassen, vorzugsweise einen Halbleiterschalter oder mehrere Halbleiterschalter, die vorzugsweise antiseriell miteinander verbunden sind, insbesondere wenn die Halbleiterschalter eine Bo- dy-Diode aufweisen. Die Mittenpunkte der Diodenhalbbrücken können jeweils über einen Halbleiterschalter mit dem gemeinsamen Sternpunkt der Gleichrichterschal- tung verbunden sein. Hierbei bilden die Halbleiterschalter die vorangehend ge nannte Schaltung.

Die Gleichrichterschaltung kann eingerichtet sein, einphasig oder mehrphasig be trieben zu werden. Die Konfigurationsschalter der Zwischenkreisschaltung sind vorzugsweise eingerichtet, bei mehrphasigem Betrieb der Gleichrichterschaltung den ersten Zustand einzunehmen. Die Konfigurationsschalter sind ferner einge richtet, bei einphasigem Betrieb der Gleichrichterschaltung (das heißt beim Betrieb nur einer Phase der Gleichrichterschaltung oder bei dem Betrieb von mehreren oder allen Phasen der Gleichrichterschaltung mit derselben Phase), den zweiten Zu stand einzunehmen.

Es kann eine Steuerung vorgesehen sein, die ansteuernd mit den Konfigurations schaltern verbunden ist. Die Steuerung kann einen Eingang aufweisen, an dem ein Betriebszustandssignal empfangen werden kann. Dieses Betriebszustandssignal kann beispielsweise von der Gleichrichterschaltung abgegeben werden. Das Be triebszustandssignal gibt wieder, ob die einzelnen Phasen der Gleichrichterschal tung mehrphasig arbeiten oder ob einphasiger Betrieb herrscht (einphasiger Betrieb bedeutet, dass entweder nur eine Phase der Gleichrichterschaltung aktiv ist oder mehrere oder alle Phasen der Gleichrichterschaltung aktiv sind, jedoch mit das selbe Phasensignal bzw. die Spannung derselben Phase erhalten). Alternativ kann eine Steuerung vorgesehen sein, die eingerichtet ist, sowohl den Betriebszustand der Gleichrichterschaltung einzustellen, als auch den Schaltzustand der Konfigura tionsschalter einzustellen. In beiden Fällen sind die Steuerungen derart ausgebil det, dass bei einphasigem Betrieb (entweder Empfangen durch den Signaleingang oder eingestellt durch die Steuerung selbst die Konfigurationsschalter die Zwi schenkreiskondensatoren parallel miteinander verbinden, und bei mehrphasigem und insbesondere dreiphasigem Betrieb die Konfigurationsschalter die Zwischen kreiskondensatoren seriell miteinander verbinden, wobei hierbei die Konfigurati onsschalter die Diodenschaltung überbrücken und somit die Zwischenkreiskon densatoren direkt und nicht über die Diodenschaltung miteinander verbinden. Mit anderen Worten ist die Steuerung eingerichtet, bei mehrphasigem und insbeson dere dreiphasigem Betrieb der Gleichrichterschaltung mittels der Konfigurations schalter die Diodenschaltung zu überbrücken. Im einphasigen Betrieb wird eine Wechselspannung an einem Phasenanschluss oder an mehreren Phasenanschlüssen (parallel) sowie am Neutralleiter angelegt. Hierbei fließt der Strom über die Diodenbrücken der Gleichrichterschaltung sowie über die Diodenschaltung der Zwischenkreisschaltung. Da jedoch die Leistung im einphasigen Betrieb geringer ist als im mehrphasigen Betrieb fällt die Verlustleis tung an den Dioden der Diodenschaltung der Zwischenkreisschaltung nicht zu sehr ins Gewicht wie im dreiphasigen Betrieb, bei dem an der Diodenschaltung im We sentlichen keine Verlustleistung auftritt.

Die Figur 1 dient zur näheren Erläuterung der hier beschriebenen Zwischenkreis schaltung und der hier beschriebenen fahrzeugseitigen Ladeschaltung.

Die Figur 1 zeigt in der rechten Hälfte eine Zwischenkreisschaltung KS mit einem ersten Anschluss A1 und einem zweiten Anschluss A2. An den Anschluss A2 können sich ein Bordnetzzweig und/oder ein Akkumulator und/oder ein elektrischer Antrieb anschließen. Diese sind jedoch nicht Teil der Zwischenkreisschaltung. Der erste Anschluss A1 umfasst einen positiven Anschluss +, entsprechend einem positiven Potential, einen negativen Anschluss -, entsprechend einem negativen Potential und einen Neutralleiteranschluss N. Die Zwischenkreisschaltung KS weist zwei Wechselschalter WS1 , WS2 auf, sowie einen ersten Zwischenkreiskonden sator C1 und einen zweiten Zwischenkreiskondensator C2.

Die Umschalter, die auch als Konfigurationsschalter bezeichnet werden, haben zwei Schaltstellungen 1 und 2. Die Figur 1 zeigt die Schaltung in der Schaltstellung 1. In der Schaltstellung 1 , wie dargestellt, ist der an den positiven Anschluss + angeschlossene erste Zwischenkreiskondensator C1 über den zweiten Konfigura tionsschalter WS2 und den ersten Konfigurationsschalter WS1 (in dieser Reihen folge) seriell mit dem zweiten Zwischenkreiskondensator C2 verbunden. Die Ver bindung V verbindet die Wechselschalter WS1 und WS2 miteinander. Hierbei sind über die Verbindung V die Mittelanschlüsse der jeweiligen Umschalter WS1 , WS2 miteinander verbunden. Ein jeweils erster Pol der beiden Umschalter WS1 , WS2 entspricht der ersten Schalterstellung 1 und der Mittelanschluss mit dem Kontakt verbunden ist, neben dem sich das Bezugszeichen 1 befindet. Die Konfigurati- onsschalter weisen jeweils einen zweiten Pol auf, der direkt mit den positiven und negativen Potentialen bzw. Anschlüssen des ersten Anschlusses A1 verbunden sind. Der erste Pol der Wechselschalter ist jeweils mit der Verbindung V verbunden; mit anderen Worten sind die jeweils ersten Pole der Konfigurationsschalter WS1 , WS2 miteinander verbunden (in direkter Weise über die Verbindung V). Die zweiten Pole (neben den Bezugszeichen 2) sind direkt mit verschiedenen Potentialen des ersten Anschlusses A1 verbunden.

Befinden sich die Konfigurationsschalter WS1 , WS2 in den zweiten Zustand, dann sind die Mittelanschlüsse der Konfigurationsschalter mit den beiden Potentialen des ersten Anschlusses A1 verbunden. Hierbei ist der erste Zwischenkreiskondensator C1 in dem zweiten Zustand des Konfigurationsschalters WS2 mit dem negativen Potential - verbunden und der erste Zwischenkreiskondensator C1 ist über den ersten Konfigurationsschalter WS1 mit dem positiven Potential + (des ersten An schlusses) verbunden. Es ergibt sich eine Parallelschaltung der Kondensatoren.

Die Zwischenkreisschaltung KS umfasst ferner eine Diodenschaltung, die zwei Dioden G1 , G2 umfasst, welche in Serie miteinander verbunden sind. Die Durch lassrichtung der Diodenschaltung und somit der Dioden führt vom ersten Konden sator C1 zum zweiten Kondensator C2. Die Diodenschaltung ist zwischen den Zwischenkreiskondensatoren C1 und C2 angeschlossen. In gleicher weise ist die Diodenschaltung zwischen den Konfigurationsschaltern WS1 , WS2 angeschlossen, insbesondere zwischen den Mittelanschlüssen der Konfigurationsschalter. Die Di oden G1 , G2 der Diodenschaltung sind über einen Verbindungspunkt VP seriell miteinander verbunden. Die Konfigurationsschalter WS 1 , WS2 und insbesondere deren ersten Pole (die im ersten Zustand mit dem Mittelanschluss verbunden bzw. den Zwischenkreiskondensatoren verbunden sind) sind über die Verbindung V miteinander verbunden. Diese Verbindung V überbrückt, wenn sich die Konfigura tionsschalter WS1 , WS2 im ersten Zustand 1 befinden, die Diodenschaltung G1 , G2. Dies entspricht dem dargestellten Zustand. Bei der sich ergebenden Seriell schaltung der Zwischenkreiskondensatoren C1 , C2 wird somit die dazwischenlie gende Diodenschaltung G1 , G1 überbrückt, sodass dort keine Durchlassspannung und auch keine Verluste auftreten. Eine Steuerung C ist ansteuernd mit den Konfigurationsschaltern WS1, WS2 ver bunden. Ein Neutralleiteranschluss N des ersten Anschlusses A1 ist mit dem Ver bindungspunkt VP verbunden. In gleicherweise ist ein Neutralleiteranschluss N des ersten Anschlusses A1 mit der Verbindung V verbunden, die die Konfigurati onsschalter bzw. deren ersten Pole miteinander verbindet. Die Steuerung C ist insbesondere eingerichtet, zwischen einem Seriell- und Parallelzustand hin- und her zu schalten, wobei wie erwähnt die Seriell- und Parallelzustände Entspre chungen haben in den Zuständen der Konfigurationsschalter. Die Steuerung C ist eingerichtet, die beiden Konfigurationsschalter WS 1 , WS2 symmetrisch zu schal ten. Die Steuerung C kann abhängig von einem Betriebssignal, das den Betriebs zustand der vorgeschalteten Gleichrichterschaltung GR (kurz: Gleichrichter) dar stellt die Konfigurationsschalter schalten.

In der Figur 1 ist ferner ein Gleichrichter GR dargestellt, der über den ersten An schluss der Zwischenkreisschaltung mit dieser verbunden ist. Hierbei kann der Gleichrichter stationär sein, etwa Teil einer Ladestation, wobei dann der Anschluss A1 ein Ladeanschluss des Fahrzeugs ist, in dem sich die Zwischenkreisschaltung befindet. Ferner kann der Gleichrichter GR wie den Zwischenkreisschaltung KS fahrzeugseitig angeordnet sein, sodass ein Wechselspannungsanschluss des Gleichrichters GR als Ladeanschluss des Fahrzeugs vorgesehen ist, in dem sich die Zwischenkreisschaltung und der Gleichrichter befinden.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Gleichrichter GR wie auch die Zwi schenkreisschaltung KS fahrzeugseitig angeordnet sind und somit eine fahrzeug seitige Ladeschaltung bilden.

Der Gleichrichter GR umfasst drei Phasenanschlüsse L1 bis L3 sowie einen Neutralleiteranschluss als Teil des Wechselspannungsanschlusses. Ferner weist der Gleichrichter GR drei Dioden-Halbbrücken D1 bis D3 auf. Der Gleichrichter ist somit dreiphasig ausgebildet. Zwischen den Dioden-Halbbrücken D1 bis D3 und den zugehörigen Phasenanschlüssen L1 bis L3 sind beispielhaft Serieninduktivi täten dargestellt, die es ermöglichen, dass der Gleichrichter ferner eine span nungswandelnde Funktion hat. Insbesondere erlauben diese, dass der Gleichrich ter GR als Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgebildet ist. Die drei Dioden-Halbbrücken D1 bis D3 (sowie die hier ebenfalls vorgesehenen Induktivitäten) sind Teil der drei Phasen der Gleichrichterschaltung GR. Weiterhin sind für jede Phase zwei zueinander anti-seriell angeschlossene Schalter vorge sehen, die pro Phase zusammen einen Halbleiterschalter bilden. Die anti-serielle Ausrichtung bezieht sich auf die Durchlassrichtung der Body-Dioden der einzelnen Schaltelemente der Halbleiterschalter S. Jede Dioden-Halbbrücke ist über einen Halbleiterschalter S mit einem gemeinsamen Sternpunkt SP der Gleichrichter schaltung GR verbunden. Dieser Sternpunkt SP ist mit dem Nulleiteranschluss N des Wechselspannungsanschlusses WA verbunden. Durch getaktetes Schalten der Halbleiterschalter S kann zusammen mit dem dargestellten optionalen Indukti vitäten eine phasenkorrigierende und/oder spannungswandelnde Funktion imple mentiert werden. Die Dioden-Halbbrücken bilden eine B6U-Brücke; alternativ kann eine B6C-Brücke vorgesehen sein. Die Gleichrichterschaltung kann somit ein voll ständig oder zumindest zum Teil steuerbare Halbbrücken aufweisen. An den Enden der Dioden-Halbbrücken sind die beiden Potentiale + und - vorgesehen, die über den ersten Anschluss A1 mit der Zwischenkreisschaltung KS verbunden sind. Die Halbleiterschalter S bzw. die einzelnen Phasenanschlüsse L1 bis L3 sind (über die optionalen Serieninduktivitäten) mit den Verbindungspunkten der Dio den-Halbbrücken verbunden, die als Mittenpunkt bezeichnet werden.

Bei dreiphasiger Ladung liegt an den Phasenanschlüssen L1 bis L3 eine mehr phasige Spannung an, insbesondere Spannungen, die zueinander um 120° pha senverschoben sind. Im einphasigen Betrieb wird an einer der Phasenanschlüsse L1 bis L3 oder an allen Phasenanschlüssen L1 bis L3 gleichzeitig gegenüber dem Nullleiteranschluss N eine einzige Wechselspannung angelegt. Es ergibt sich im letztgenannten Fall eine geringere gleichgerichtete Spannung am Anschluss A1 als im Falle des Anliegens einer mehrphasigen Spannung an den Wechselspan nungsanschluss WA.

Claims

Patentansprüche

1. Zwischenkreisschaltung (KS) mit einem ersten Anschluss (A1 ), der einen Neutralleiteranschluss (N) umfasst, und mit einem ersten und einem zweiten Zwischenkreiskondensator (C1, C2) sowie einer Diodenschaltung (G1, G2), wobei die Zwischenkreisschaltung (KS) über Konfigurationsschalter (WS1, WS2) verfügt, die in einem ersten Zustand (1) die Zwischenkreiskondensator (C1, C2) seriell miteinander verbindet und in einem zweiten Zustand (2) die Zwischenkreiskondensator (C1 , C2) parallel miteinander verbindet, wobei die Konfigurationsschalter (WS1 , WS2) jeweils als Umschalter ausgebildet sind, die die Diodenschaltung (G1, G2) im ersten Zustand überbrücken, wobei der Neutralleiteranschluss (N) mit der Diodenschaltung verbunden ist.

2. Zwischenkreisschaltung (KS) nach Anspruch 1 , wobei die Diodenschaltung eine Reihenschaltung von zwei Dioden (G1, G2) umfasst, die über einen Verbindungspunkt (VP) miteinander verbunden sind und der Neutralleiteran schluss (N) mit dem Verbindungspunkt verbunden ist.

3. Zwischenkreisschaltung (KS) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste An schluss (A1 ) ein positives Potential (+) und ein negatives Potential (-) aufweist, wobei ein Ende des ersten Zwischenkreiskondensators (C1) direkt mit dem positiven Potential (+) verbunden ist und ein Ende des zweiten Zwischen kreiskondensators (C1) direkt mit dem negativen Potential (-) verbunden ist.

4. Zwischenkreisschaltung (KS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Konfigurationsschalter (WS1, 2) in dem ersten Zustand (1) ein Ende des ersten Zwischenkreiskondensators (C2) über eine direkte Verbindung (V) zwischen den Konfigurationsschaltern (WS1, 2) direkt mit einem Ende des zweiten Zwischenkreiskondensators (C2) verbinden und in dem zweiten Zu stand (2) das Ende des ersten Zwischenkreiskondensators (C1) direkt mit einem Potential des ersten Anschlusses (A1) verbinden sowie das Ende des zweiten Zwischenkreiskondensators (C2) direkt mit einem anderen Potential des ersten Anschlusses (A1) verbinden.

5. Zwischenkreisschaltung (KS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Diodenschaltung eine Reihenschaltung von zwei Dioden (G1, G2) umfasst, die über einen Verbindungspunkt (VP) miteinander verbunden sind, der Neutralleiteranschluss (N) direkt mit dem Verbindungspunkt (VP) ver bunden ist, und eine direkte Verbindung (V), über die die Konfigurations schalter (WS1, 2) in dem ersten Zustand (1) miteinander verbunden sind, mit dem Verbindungspunkt (VP) und mit dem Neutralleiteranschluss (N) mitei nander verbunden sind.

6. Zwischenkreisschaltung (KS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem zweiten Anschluss (A2), der mit zwei Potentialen des ersten An schlusses verbunden ist.

7. Fahrzeugseitige Ladeschaltung mit einer Zwischenkreisschaltung (KS) nach einem der vorangehenden Ansprüche und einer Gleichrichterschaltung (GR), die mit dem ersten Anschluss (A1) der Zwischenkreisschaltung (KS) ver bunden ist, wobei die Gleichrichterschaltung (GR) einen mehrphasigen Wechselspannungsanschluss (WA) aufweist, der einen Neutralleiteranschluss (N) aufweist, welcher mit dem Neutralleiteranschluss (N) der Zwischenkreis schaltung (KS) verbunden ist.

8. Fahrzeugseitige Ladeschaltung nach Anspruch 7, wobei die Gleichrichter schaltung (GR) pro Phase eine Diodenhalbbrücke (D1 - D3) aufweist.

9. Fahrzeugseitige Ladeschaltung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Gleich richterschaltung (GR) einen Sternpunkt (SP) aufweist, der mit dem Neutral leiteranschluss (N) der Zwischenkreisschaltung (KS) verbunden ist.

10. Fahrzeugseitige Ladeschaltung nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die Gleich richterschaltung (GR) mehrere Diodenhalbbrücken (D1 - D3) aufweist, die jeweils einen Mittenpunkt haben, der über einen Halbleiterschalter (S) mit dem einem gemeinsamen Sternpunkt der Gleichrichterschaltung (GR) verbunden ist.

1. Fahrzeugseitige Ladeschaltung nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, wobei die Gleichrichterschaltung (GR) eingerichtet ist, einphasig oder mehrphasig be trieben zu werden und die Konfigurationsschalter (WS1 , WS2) der Zwi- schenkreisschaltung (KS) eingerichtet sind, bei mehrphasigem Betrieb der

Gleichrichterschaltung (GR) den ersten Zustand (1) einzunehmen, und bei einphasigem Betrieb der Gleichrichterschaltung (GR) den zweiten Zustand (2) einzunehmen.