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DE102017216468A1 - Charging an electrical energy storage of a motor vehicle - Google Patents

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DE102017216468A1
DE102017216468A1 DE102017216468.9A DE102017216468A DE102017216468A1 DE 102017216468 A1 DE102017216468 A1 DE 102017216468A1 DE 102017216468 A DE102017216468 A DE 102017216468A DE 102017216468 A1 DE102017216468 A1 DE 102017216468A1
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Germany
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electrical
voltage
charging station
charging
energy storage
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Application number
DE102017216468.9A
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German (de)
Inventor
Bernhard Sofaly
Thomas Paesler
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Vitesco Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (10) eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen Ladestation (14), bei dem die Ladestation (14) eine einphasige elektrische Wechselspannung (18) in Bezug auf ein vorgegebenes elektrisches Bezugspotential (16) bereitstellt, wobei der elektrische Energiespeicher (10) mittels eines getakteten Energiewandlers (20) mit der fahrzeugexternen Ladestation (14) elektrisch gekoppelt wird, wobei der getaktete Energiewandler die elektrische Energie mittels wenigstens zwei parallelgeschalteten Reihenschaltungen (22, 24) aus jeweils zwei Schaltelementen (28, 30) wandelt, zu welchem Zweck jeweilige Mittelanschlüsse (32, 34) der Reihenschaltungen (22, 24) mit der Ladestation (14) elektrisch gekoppelt werden. Die Erfindung sieht vor, dass die Schaltelemente (28, 30) zumindest abhängig von einer elektrischen Bezugsspannung (38) zwischen einem von wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen des elektrischen Energiespeichers (10) und dem elektrischen Bezugspotential (16) gesteuert werden.

Figure DE102017216468A1_0000
The invention relates to a method for charging an electrical energy store (10) of a motor vehicle with electrical energy from a vehicle-external charging station (14), in which the charging station (14) has a single-phase electrical alternating voltage (18) with respect to a predetermined electrical reference potential (16). wherein the electrical energy store (10) is electrically coupled to the vehicle-external charging station (14) by means of a cycled energy converter (20), wherein the cycled energy converter converts the electrical energy by means of at least two series-connected series circuits (22, 24) each comprising two switching elements (28 , 30) for which purpose respective center connections (32, 34) of the series circuits (22, 24) are electrically coupled to the charging station (14). The invention provides that the switching elements (28, 30) are controlled at least as a function of an electrical reference voltage (38) between one of at least two energy storage potentials of the electrical energy store (10) and the electrical reference potential (16).
Figure DE102017216468A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen Ladestation, bei dem die Ladestation eine einphasige elektrische Wechselspannung in Bezug auf ein vorgegebenes elektrisches Bezugspotential bereitstellt, wobei der elektrische Energiespeicher mittels eines getakteten Energiewandlers mit der fahrzeugexternen Ladestation elektrisch gekoppelt wird, wobei der getaktete Energiewandler die elektrische Energie mittels wenigstens zwei parallelgeschalteten Reihenschaltungen aus jeweils zwei Schaltelementen wandelt, zu welchem Zweck jeweilige Mittelanschlüsse der Reihenschaltungen mit der Ladestation elektrisch gekoppelt werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Ladeeinrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen Ladestation, mit einem Ladestationsanschluss zum Zuführen einer einphasigen elektrischen Wechselspannung in Bezug auf ein vorgegebenes elektrisches Bezugspotential, einem Energiespeicheranschluss zum elektrischen Koppeln des elektrischen Energiespeichers, einem getakteten Energiewandler mit wenigstens zwei Reihenschaltungen aus jeweils zwei Schaltelementen, wobei die Reihenschaltungen parallelgeschaltet und mit dem Energiespeicheranschluss elektrisch gekoppelt sind, wobei jede der wenigstens zwei Reihenschaltungen einen Mittelanschluss aufweist und wobei die Mittelanschlüsse elektrisch mit dem Ladestationsanschluss gekoppelt sind. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, das einen Gleichspannungszwischenkreis und einen an dem Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen elektrischen Energiespeicher aufweist, einem Ladeanschluss zum Anschließen an eine fahrzeugexterne, eine einphasige elektrische Wechselspannung bereitstellende Ladestation und einer mit dem Ladeanschluss und dem elektrischen Energiespeicher elektrisch gekoppelte Ladeeinrichtung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers mit elektrischer Energie von der Ladestation.The invention relates to a method for charging an electrical energy storage device of a motor vehicle with electrical energy from a vehicle external charging station, wherein the charging station provides a single-phase electrical AC voltage with respect to a predetermined electrical reference potential, wherein the electrical energy storage by means of a clocked energy converter with the vehicle external charging station electrically is coupled, wherein the clocked energy converter converts the electrical energy by means of at least two parallel-connected series circuits of two switching elements, for which purpose respective center terminals of the series circuits are electrically coupled to the charging station. The invention further relates to a charging device for charging an electrical energy store of a motor vehicle with electrical energy from a charging station external to the vehicle, with a charging station connection for supplying a single-phase electrical alternating voltage with respect to a predetermined electrical reference potential, an energy storage connection for electrically coupling the electrical energy store, a clocked energy converter at least two series circuits each comprising two switching elements, wherein the series circuits are connected in parallel and electrically coupled to the energy storage terminal, wherein each of the at least two series circuits has a center terminal and wherein the center terminals are electrically coupled to the charging station terminal. Finally, the invention also relates to a motor vehicle with an electrical system which has a DC voltage intermediate circuit and an electrical energy store connected to the DC intermediate circuit, a charging connection for connection to a vehicle-external charging station providing a single-phase electrical AC voltage and one electrically coupled to the charging connection and the electrical energy store Charging device for charging the electrical energy storage with electrical energy from the charging station.

Das Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen Ladestation ist dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Ein Kraftfahrzeug umfasst in der Regel ein elektrisches Bordnetz, um damit elektrische Einrichtungen, die an das elektrische Bordnetz angeschlossen sind sowie auch Einheiten des elektrischen Bordnetzes in vorgebbarer Weise mit elektrischer Energie versorgen zu können. Das Bordnetz dient somit der elektrischen Energieverteilung.The charging of an electrical energy storage device of a motor vehicle with electrical energy from a vehicle-external charging station is basically well-known in the prior art, so that a separate documentary evidence for this need not. A motor vehicle usually comprises an electrical system, in order to be able to supply electric devices that are connected to the electrical system and also units of the electrical system in a predeterminable manner with electrical energy. The electrical system thus serves the electrical power distribution.

In der Regel umfasst das Bordnetz einen Gleichspannungszwischenkreis, an dem der elektrische Energiespeicher angeschlossen ist. Der elektrische Energiespeicher dient dazu, im elektrischen Bordnetz überschüssige Energie zu speichern, sowie auch dazu, bei einem Bedarf an elektrischer Energie diese für das elektrische Bordnetz bereitzustellen. Der elektrische Energiespeicher ist zu diesem Zweck häufig durch einen Akkumulator oder dergleichen gebildet, der elektrische Energie reversibel chemisch zu speichern vermag. Darüber hinaus kann der elektrische Energiespeicher auch einen elektrischen Kondensator umfassen.In general, the electrical system includes a DC voltage intermediate circuit to which the electrical energy storage is connected. The electrical energy storage is used to store excess energy in the electrical system, as well as to provide for a demand for electrical energy for the electrical system. The electrical energy storage is often formed for this purpose by an accumulator or the like, which is able to chemically store electrical energy reversibly. In addition, the electrical energy store may also include an electrical capacitor.

Eine besondere Bedeutung kommt dem elektrischen Energiespeicher bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug zu, welches eine elektrische Antriebseinrichtung umfasst, mittels der das Kraftfahrzeug im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb angetrieben werden kann. Eine solche Antriebseinrichtung umfasst in der Regel einen am Bordnetz, insbesondere an einem Zwischenkreis des Bordnetzes, angeschlossenen Wechselrichter, an dem seinerseits eine in der Regel rotierende elektrische Maschine angeschlossen ist, die die mechanische Antriebsleistung bereitzustellen vermag. Üblicherweise wird hierfür eine dreiphasige elektrische Maschine eingesetzt, beispielsweise nach Art einer Synchronmaschine, einer Asynchronmaschine und/oder dergleichen.Of particular importance is the electric energy storage in an electrically driven motor vehicle, which comprises an electric drive device by means of which the motor vehicle can be driven in the intended driving operation. As a rule, such a drive device comprises an inverter connected to the vehicle electrical system, in particular to an intermediate circuit of the electrical system, to which in turn a usually rotating electrical machine is connected, which is capable of providing the mechanical drive power. Usually, a three-phase electrical machine is used for this purpose, for example in the manner of a synchronous machine, an asynchronous machine and / or the like.

Bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug, welches beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder auch Hybridfahrzeug sein kann, ist es in der Regel nötig, den elektrischen Energiespeicher regelmäßig aufzuladen, damit dieser für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb elektrische Energie bereitstellen kann. Zu diesem Zweck weist das Kraftfahrzeug eine mit dem elektrischen Energiespeicher elektrisch gekoppelte Ladeeinrichtung auf, die beispielsweise an den Gleichspannungszwischenkreis des Bordnetzes angeschlossen ist, um die elektrische Verbindung zum elektrischen Energiespeicher herstellen zu können. Darüber hinaus ist die Ladeeinrichtung an den Ladeanschluss des Kraftfahrzeugs elektrisch angeschlossen, über den eine energietechnische Verbindung zu der fahrzeugexternen Ladestation hergestellt werden kann.In an electrically driven motor vehicle, which may be, for example, an electric vehicle or hybrid vehicle, it is usually necessary to charge the electrical energy storage regularly so that it can provide electrical energy for the intended driving operation. For this purpose, the motor vehicle has a charging device which is electrically coupled to the electrical energy store and which is connected, for example, to the DC voltage intermediate circuit of the electrical system in order to be able to establish the electrical connection to the electrical energy store. In addition, the charging device is electrically connected to the charging port of the motor vehicle, via which an energy-related connection to the vehicle-external charging station can be made.

Üblicherweise ist die fahrzeugexterne Ladestation durch eine Ladestation, beispielsweise eine Ladesäule oder dergleichen gebildet. Die fahrzeugexterne Ladestation kann entweder leitungsgebunden oder auch drahtlos, beispielsweise mittels eines magnetischen Wechselfeldes oder dergleichen, mit dem Ladeanschluss des Kraftfahrzeugs gekoppelt sein, um elektrische Energie von der Ladestation zum elektrischen Energiespeicher fördern zu können.Usually, the vehicle-external charging station is formed by a charging station, for example a charging station or the like. The vehicle-external charging station can be either wired or wireless, for example by means of an alternating magnetic field or the like, be coupled to the charging port of the motor vehicle to be able to promote electrical energy from the charging station to the electrical energy storage.

Um eine energietechnische Kopplung herstellen zu können, weist die Ladeeinrichtung in der Regel einen getakteten Energiewandler auf, beispielsweise nach Art eines Gleichrichters, der gelegentlich auch mit einem DC/DC-Wandler gekoppelt sein kann und/oder dergleichen. Darüber hinaus ist in der Regel aufgrund der elektromagnetischen Verträglichkeit und/oder der elektrischen Sicherheit eine galvanische Trennung vorgesehen, die die fahrzeugexterne Ladestation galvanisch vom Bordnetz des Kraftfahrzeugs trennt. Die galvanische Trennung ist häufig durch einen Transformator gebildet. In order to be able to produce an energy-technical coupling, the charging device generally has a clocked energy converter, for example in the manner of a rectifier, which can occasionally also be coupled to a DC / DC converter and / or the like. In addition, a galvanic isolation is usually provided due to the electromagnetic compatibility and / or electrical safety, which separates the vehicle external charging station galvanically from the electrical system of the motor vehicle. The galvanic isolation is often formed by a transformer.

Häufig stellt die fahrzeugexterne Ladestation zum Zwecke der Energiebereitstellung eine elektrische Wechselspannung bereit, die auf ein vorgegebenes elektrisches Bezugspotential bezogen ist, beispielsweise das Erdpotential, ein anderes geeignetes Massepotential und/oder dergleichen. Da die elektrische Energie in der Regel einem öffentlichen Energieversorgungsnetz entnommen wird beziehungsweise durch dieses bereitgestellt wird, weist die Wechselspannung üblicherweise eine Wechselspannungsfrequenz auf, die der des öffentlichen Energieverteilungsnetzes entspricht. In Europa und weiten Teilen von Asien ist dies überwiegend eine Frequenz von etwa 50 Hz. In Amerika beträgt die Frequenz dagegen in der Regel 60 Hz.Frequently, the vehicle external charging station for the purpose of energy supply an electrical AC voltage ready, which is related to a predetermined electrical reference potential, such as the ground potential, another suitable ground potential and / or the like. Since the electrical energy is usually taken from a public power grid or is provided by this, the AC voltage usually has an AC frequency corresponding to that of the public power distribution network. In Europe and much of Asia, this is predominantly a frequency of about 50 Hz. In America, however, the frequency is usually 60 Hz.

Je nach Ausgestaltung der fahrzeugexternen Ladestation wird in der Regel eine einphasige oder auch eine dreiphasige Wechselspannung bereitgestellt.Depending on the design of the vehicle external charging station is usually provided a single-phase or a three-phase AC voltage.

Bei einer leitungsgebundenen energietechnischen Kopplung sind besondere Anforderungen hinsichtlich der elektrischen Sicherheit und der elektromagnetischen Verträglichkeit zu beachten. Aus diesem Grund ist in der Regel beispielsweise ladestationsseitig und/oder auch kraftfahrzeugseitig eine entsprechende Filterschaltung vorgesehen, sodass die diesbezüglichen vorgeschriebenen Anforderungen eingehalten werden können. Eine entsprechende solche Anforderung ist beispielsweise das Einhalten eines maximal zulässigen Ableitstroms. Der Ableitstrom ist ein elektrischer Strom, der im bestimmungsgemäßen Betrieb einer elektrischen Anlage in einen unerwünschten Strompfad strömt. Der Strompfad ist häufig durch einen Schutzleiter gebildet, der in der Regel mit dem elektrischen Bezugspotential elektrisch verbunden ist. Das elektrische Bezugspotential ist häufig das Erdpotential.In the case of a line-connected energy-related coupling, special requirements with regard to electrical safety and electromagnetic compatibility must be observed. For this reason, a corresponding filter circuit is usually provided, for example, on the charging station side and / or on the motor vehicle side, so that the respective prescribed requirements can be met. A corresponding requirement is, for example, compliance with a maximum permissible leakage current. The leakage current is an electrical current that flows in the normal operation of an electrical system in an undesirable current path. The current path is often formed by a protective conductor, which is usually electrically connected to the electrical reference potential. The electrical reference potential is often the ground potential.

Der Ableitstrom ist bei vielen elektrischen Anwendungen wesentlich durch die Filterschaltung bestimmt, die der Einhaltung der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere in Bezug auf leitungsgebundene Funkstörungen, dient. Zur Unterdrückung derartiger leitungsgebundener Funkstörungen werden in der Filterschaltung häufig Y-Kondensatoren eingesetzt, die ein jeweiliges zu entstörendes Potential mit dem Bezugspotential elektrisch koppeln. Dies führt dazu, dass bei Beaufschlagung mit einer Wechselspannung auch ein entsprechender Wechselstrom durch den Y-Kondensator strömt, der den Ableitstrom zumindest teilweise bestimmt. Der Ableitstrom kann darüber hinaus auch von weiteren, insbesondere kapazitiven, Kopplungen abhängig sein.In many electrical applications, the leakage current is essentially determined by the filter circuit, which serves to comply with the electromagnetic compatibility, in particular with regard to conducted radio interference. To suppress such conducted radio interference, Y-capacitors are often used in the filter circuit, which electrically couple a respective potential to be suppressed with the reference potential. This results in that upon application of an alternating voltage, a corresponding alternating current flows through the Y-capacitor, which at least partially determines the leakage current. In addition, the leakage current can also be dependent on further, in particular capacitive, couplings.

Gerade bei einem Anschluss einer Ladestation, die eine einphasige Wechselspannung bereitstellt, erweist sich der Aufwand bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit und der elektrischen Sicherheit, insbesondere in Bezug auf den Ableitstrom, als signifikant. Aus physikalischen Gründen ist der entsprechende Aufwand für eine dreiphasige Wechselspannung deutlich geringer. Gerade bei Anschluss an eine Ladestation, die eine einphasige Wechselspannung bereitstellt, sind deshalb besondere Anforderungen zu berücksichtigen, die einen hohen technischen Aufwand erfordern.Especially with a connection of a charging station, which provides a single-phase AC voltage, the effort in terms of electromagnetic compatibility and electrical safety, in particular with respect to the leakage current, proves to be significant. For physical reasons, the corresponding expense for a three-phase AC voltage is significantly lower. Especially when connected to a charging station, which provides a single-phase AC voltage, special requirements are therefore to be considered, which require a high technical complexity.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Situation in Bezug auf einen Ableitstrom beim Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.The invention has for its object to improve the situation with respect to a leakage current when charging an electrical energy storage of a motor vehicle.

Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren, eine Ladeeinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.As a solution, the invention proposes a method, a charging device and a motor vehicle according to the independent claims.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.Further advantageous embodiments will become apparent from the features of the dependent claims.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Schaltelemente zumindest abhängig von einer elektrischen Bezugsspannung zwischen einem von wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen des elektrischen Energiespeichers und dem elektrischen Bezugspotential gesteuert werden.With regard to a generic method, it is in particular proposed that the switching elements are controlled at least as a function of an electrical reference voltage between one of at least two energy storage potentials of the electrical energy store and the electrical reference potential.

Bezüglich einer gattungsgemäßen Ladeeinrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass diese eine Steuereinheit aufweist, die ausgebildet ist, die Schaltelemente zumindest abhängig von einer elektrischen Bezugsspannung zwischen einem von wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen am Energiespeicheranschluss und dem elektrischen Bezugspotential zu steuern.With regard to a generic charging device is in particular proposed that it has a control unit which is designed to control the switching elements at least depending on an electrical reference voltage between one of at least two energy storage potentials at the energy storage port and the electrical reference potential.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Kraftfahrzeugs wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung ausgebildet ist.With regard to a generic motor vehicle, it is in particular proposed that the charging device is designed according to the invention.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch geeignetes Steuern des getakteten Energiewandlers, insbesondere seiner in einer vorgegebenen Schaltungsstruktur angeordneten Schaltelemente ermöglicht wird, dass bereits dem Grunde nach die Erzeugung eines Ableitstroms reduziert werden kann. Dabei nutzt die Erfindung den Gedanken, dass die Wechselspannung der Ladestation in der Regel auf ein Bezugspotential, üblicherweise das Erdpotential, bezogen ist. Die Ladestation stellt die Wechselspannung gewöhnlich an zwei elektrischen Anschlüssen bereit, wobei einer der elektrischen Anschlüsse ein Nullanschluss und der zweite der elektrischen Anschlüsse ein Phasenanschluss ist. Zumeist ist der Nullanschluss elektrisch mit dem Erdpotential in der Ladestation selbst oder auch durch eine anschließende elektrische Infrastruktur, an der die Ladestation angeschlossen ist, mit dem Erdpotential als Bezugspotential elektrisch verbunden.The invention is based on the finding that by appropriately controlling the clocked Energy converter, in particular its arranged in a given circuit structure switching elements is made possible that even the bottom of the generation of a leakage current can be reduced. The invention uses the idea that the AC voltage of the charging station is usually related to a reference potential, usually the ground potential. The charging station usually provides the AC voltage to two electrical terminals, one of the electrical terminals being a neutral terminal and the second of the electrical terminals being a phase terminal. In most cases, the zero terminal is electrically connected to the ground potential in the charging station itself or by a subsequent electrical infrastructure to which the charging station is connected to the ground potential as the reference potential.

Da während des Aufladens die Ladestation an den Ladeanschluss des Kraftfahrzeugs elektrisch leitend angeschlossen ist, sind diese elektrischen Potentiale entsprechend im Kraftfahrzeug vorhanden. In der Regel ist deshalb auch das Bezugspotential der Ladestation mit einem elektrischen Bezugspotential des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel eine Masse, elektrisch leitend verbunden. In der Regel ist das elektrische Bezugspotential des Kraftfahrzeugs durch eine Kraftfahrzeugmasse gebildet, die über eine separat geführte Anschlussleitung an das Bezugspotential der Ladestation angeschlossen ist. Dadurch können gefährliche elektrische Zustände während des Aufladens des elektrischen Energiespeichers reduziert beziehungsweise vermieden werden.Since the charging station is electrically connected to the charging port of the motor vehicle during charging, these electrical potentials are correspondingly present in the motor vehicle. In general, therefore, the reference potential of the charging station with an electrical reference potential of the motor vehicle, for example, a mass, electrically connected. In general, the electrical reference potential of the motor vehicle is formed by a motor vehicle mass, which is connected via a separately guided connection cable to the reference potential of the charging station. As a result, dangerous electrical states can be reduced or avoided during the charging of the electrical energy store.

Die Erfindung nutzt den Sachverhalt, dass der elektrische Energiespeicher in der Regel mit seinem Energiespeicheranschluss am Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist und so mit seinen wenigstens zwei elektrischen Energiespeicherpotentialen die Zwischenkreisgleichspannung bereitstellt. Der Energiespeicheranschluss schließt deshalb in der Regel zugleich auch den Gleichspannungszwischenkreis an.The invention makes use of the fact that the electrical energy store is usually connected with its energy storage connection to the DC voltage intermediate circuit and thus provides the intermediate circuit DC voltage with its at least two electrical energy storage potentials. The energy storage connection therefore generally also includes the DC voltage intermediate circuit at the same time.

Der Gleichspannungszwischenkreis weist zur leitungsgebundenen Entstörung an die Energiespeicherpotentiale des elektrischen Energiespeichers angeschlossene Y-Kondensatoren auf, die jedes der wenigstens zwei Energiespeicherpotentiale, die zugleich den Zwischenkreispotentialen entsprechen, mit dem kraftfahrzeugseitigen Bezugspotential beziehungsweise der Kraftfahrzeugmasse elektrisch koppeln. Hierdurch kann eine leitungsgebundene Funkentstörung erreicht beziehungsweise verbessert werden.The DC voltage intermediate circuit has line capacitors for interference suppression connected to the energy storage potentials of the electrical energy storage Y capacitors that electrically couple each of the at least two energy storage potentials that also correspond to the DC link potentials with the vehicle-side reference potential or the vehicle mass. As a result, a conducted radio interference suppression can be achieved or improved.

Da das Kraftfahrzeug im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb mit der Ladestation und somit mit dem Bezugspotential der Ladestation, insbesondere dem Erdpotential, im Wesentlichen nicht elektrisch gekoppelt ist, und besondere Anforderungen bezüglich des Ableitstroms im Inselbetrieb des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs großzügiger als bei stationären elektrischen Einrichtungen sind, weisen die Y-Kondensatoren in der Regel einen vergleichsweise großen Kapazitätswert auf. Da die Zwischenkreisgleichspannung jedoch als Gleichspannung relativ kleinen Spannungsschwankungen im bestimmungsgemäßen Betrieb unterliegt, ist der Ableitstrom trotz des großen Kapazitätswerts entsprechend gering. Eine gängige Kapazität derartiger Y-Kondensatoren beträgt zum Beispiel etwa 1uF.Since the motor vehicle in the intended driving operation with the charging station and thus with the reference potential of the charging station, in particular the ground potential, is not electrically coupled, and special requirements regarding the leakage current in island operation of the electrical system of the motor vehicle are more generous than stationary electrical facilities, have the Y capacitors usually have a comparatively large capacitance value. However, since the DC link voltage is subject to relatively small voltage fluctuations during normal operation as DC voltage, the leakage current is correspondingly low despite the large capacitance value. A common capacity of such Y-capacitors is for example about 1uF.

Die Situation ändert sich dann, wenn die Ladestation eine einphasige Wechselspannung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers bereitstellt und das Kraftfahrzeug zum Zwecke des Aufladens des Energiespeichers daran angeschlossen wird. Bei Zugrundelegung des Brückengleichrichtungsprinzips während des Aufladens schwanken nämlich, wenn keine galvanische Trennung vorgesehen ist, die Energiespeicherpotentiale gegenüber dem Bezugspotential im Rhythmus der Wechselspannungsfrequenz. Dadurch sind natürlich auch die kraftfahrzeugseitigen Y-Kondensatoren mit dieser Wechselspannung entsprechend beaufschlagt. Es entsteht beim Aufladen somit ein erheblicher Ableitstrom, der den zulässigen Grenzwert für stationäre Anlagen, an die das Kraftfahrzeug beim Aufladen des elektrischen Energiespeichers angeschlossen ist, überschreitet. Im Stand der Technik sind hier aufwändige Filter und Kompensationsmaßnahmen vorgesehen.The situation changes when the charging station provides a single-phase AC voltage for charging the electrical energy storage device and the motor vehicle is connected thereto for the purpose of charging the energy storage device. On the basis of the bridge rectification principle during charging, namely, if no electrical isolation is provided, the energy storage potentials with respect to the reference potential fluctuate in the rhythm of the AC voltage frequency. As a result, of course, the motor vehicle side Y capacitors are acted upon by this AC voltage accordingly. This results in charging a significant leakage current, which exceeds the allowable limit for stationary systems to which the motor vehicle is connected when charging the electrical energy storage. In the prior art elaborate filters and compensation measures are provided here.

Die Erfindung basiert auf dem weiteren Gedanken, durch Steuern der Halbleiterschalter das Schwanken der Energiespeicherpotentiale gegenüber dem Bezugspotential beim Aufladen des elektrischen Energiespeichers zu reduzieren. Dadurch kann erreicht werden, dass kraftfahrzeugseitig, insbesondere zwischenkreisseitig, der Ableitstrom entsprechend reduziert werden kann. Die Wirkungen der Erfindung können somit insbesondere bei einem Aufladen des elektrischen Energiespeichers durch eine Ladestation erreicht werden, die lediglich eine einphasige Wechselspannung bereitstellt. Bei einer dreiphasigen Wechselspannung ist bereits aufgrund des zugrundeliegenden Gleichrichtungsprinzips der Ableitstrom kraftfahrzeugseitig dem Grunde nach schon erheblich geringer, sodass das vorgenannte Problem bezüglich des Ableitstroms hier nicht auftritt oder durch anderweitige einfache kostengünstige Maßnahmen bereits in geeigneter Weise reduziert werden kann. Dem Grunde nach kann jedoch auch hier das erfindungsgemäße Prinzip genutzt werden, um den Ableitstrom zu reduzieren. Gleichwohl ist die erfindungsgemäße Wirkung gerade für Ladestationen geeignet, die eine einphasige Wechselspannung bereitstellen.The invention is based on the further idea of reducing the fluctuation of the energy storage potentials with respect to the reference potential during charging of the electrical energy store by controlling the semiconductor switches. As a result, it can be achieved that the leakage current can be reduced correspondingly on the motor vehicle side, in particular on the intermediate circuit side. The effects of the invention can thus be achieved in particular when the electrical energy store is charged by a charging station which merely provides a single-phase AC voltage. In the case of a three-phase AC voltage, the leakage current on the motor vehicle side is fundamentally already considerably lower due to the underlying principle of rectification, so that the aforementioned problem with respect to the leakage current does not occur here or can already be reduced in a suitable manner by other simple cost-effective measures. Basically, however, the inventive principle can also be used here to reduce the leakage current. Nevertheless, the effect according to the invention is particularly suitable for charging stations which provide a single-phase AC voltage.

Der getaktete Energiewandler, der vorzugsweise nach Art eines Wechselrichters ausgebildet ist, weist wenigstens zwei parallelgeschaltete Reihenschaltungen aus jeweils zwei Schaltelementen auf. Die beiden Reihenschaltungen sind darüber hinaus an den elektrischen Energiespeicher, beispielsweise auch an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen, wenn der elektrische Energiespeicher ebenfalls am Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der elektrische Energiespeicher zum Zwecke des Aufladens vom Gleichspannungszwischenkreis getrennt und mit der Ladeeinrichtung elektrisch gekoppelt wird. The clocked energy converter, which is preferably designed in the manner of an inverter, has at least two parallel-connected series circuits each consisting of two switching elements. The two series circuits are also connected to the electrical energy storage, for example, to the DC voltage intermediate circuit when the electrical energy storage is also connected to the DC voltage intermediate circuit. However, it can also be provided that the electrical energy storage is separated for the purpose of charging from the DC voltage intermediate circuit and electrically coupled to the charging device.

Jede der Reihenschaltungen weist einen entsprechenden Mittelanschluss auf, der an einer Verbindungsstelle der jeweiligen beiden Schaltelemente der jeweiligen Reihenschaltung bereitgestellt wird. Jeder der beiden Mittelanschlüsse ist mit einem der durch die Ladestation bereitgestellten Potentiale elektrisch verbunden, zwischen denen die Wechselspannung anliegt, die von der Ladestation zum Zwecke des Aufladens bereitgestellt wird.Each of the series circuits has a corresponding center terminal provided at a junction of the respective two switching elements of the respective series circuit. Each of the two center terminals is electrically connected to one of the potentials provided by the charging station, between which is the AC voltage provided by the charging station for the purpose of charging.

Der getaktete Energiewandler umfasst ferner eine Energiewandlersteuerung, die an die Schaltelemente angeschlossen ist und die Schaltelemente in einem Taktbetrieb betreibt, um in gewünschter Weise die Energiewandlung bereitstellen zu können. Zu diesem Zweck sind Schaltmuster beziehungsweise Taktmuster für die Schaltelemente bereitgestellt, mittels denen die gewünschte Energiewandlung realisiert werden kann.The clocked power converter further includes an energy converter control connected to the switching elements and operating the switching elements in a clocked mode to provide the energy conversion in a desired manner. For this purpose, switching patterns or clock patterns for the switching elements are provided, by means of which the desired energy conversion can be realized.

Die Schaltelemente des Energiewandlers sind vorzugsweise Halbleiterschaltelemente, die zum Beispiel durch Transistoren, wie bipolare Transistoren, Feldeffekttransistoren, insbesondere Metal Oxide Semiconductur Field Effect Transistor (MOSFET), Isolated Gate Bipolar Transistor (IGBT) oder dergleichen gebildet sein können. Die Transistoren werden in einem Schaltbetrieb betrieben.The switching elements of the energy converter are preferably semiconductor switching elements which may be formed, for example, by transistors such as bipolar transistors, field-effect transistors, in particular metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), isolated gate bipolar transistor (IGBT) or the like. The transistors are operated in a switching mode.

Der Schaltbetrieb des Halbleiterschaltelements bedeutet, dass im eingeschalteten Zustand während der Einschaltzeit zwischen Anschlüssen des Halbleiterschaltelements, zwischen denen die Schaltstrecke ausgebildet ist, ein sehr geringer elektrischer Widerstand bereitgestellt wird, sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist. Im ausgeschalteten Zustand während der Ausschaltzeit ist die Schaltstrecke des Halbleiterschaltelements dagegen hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, sodass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender elektrischer Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer, Stromfluss vorliegt. Hiervon unterscheidet sich ein Linearbetrieb, der aber bei getakteten Energiewandlern in der Regel nicht zum Einsatz kommt. Der Schaltbetrieb sieht vorzugsweise ausschließlich den Einschaltzustand und den Ausschaltzustand vor.The switching operation of the semiconductor switching element means that in the on state during the switch-on between terminals of the semiconductor switching element between which the switching path is formed, a very low electrical resistance is provided so that a high current flow at very low residual voltage is possible. In the off state during the off time, the switching path of the semiconductor switching element, however, has high impedance, that is, it provides a high electrical resistance, so that there is substantially no or only a very low, in particular negligible, current flow even at high voltage applied to the switching path , This differs from a linear operation, which is usually not used in clocked energy converters. The switching operation preferably provides only the on state and the off state.

Mittels der Energiewandlersteuerung können somit nicht nur die Schaltelemente zur Reduktion des Ableitstroms gesteuert werden, sondern es ist darüber hinaus möglich, auch die gewandelte Leistung in vorgebbarer Weise einstellen zu können. Dies ermöglicht es, den elektrischen Energiespeicher in einen möglichst günstigen Betriebszustand zum Zwecke des Aufladens betreiben zu können. Dadurch kann eine Alterung des elektrischen Energiespeichers möglichst gering gehalten werden und zugleich gegebenenfalls auch ein hoher Wirkungsgrad bezüglich des elektrischen Aufladens erreicht werden.Thus, not only the switching elements for reducing the leakage current can be controlled by means of the energy converter control, but it is also possible to be able to set the converted power in a predeterminable manner. This makes it possible to operate the electrical energy storage in the most favorable operating condition for the purpose of charging. As a result, an aging of the electrical energy store can be kept as low as possible and at the same time, if appropriate, a high efficiency with respect to the electrical charging can be achieved.

Erfindungsgemäß werden die Schaltelemente zumindest abhängig von der elektrischen Bezugsspannung zwischen einem von wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen des elektrischen Energiespeichers und dem elektrischen Bezugspotential gesteuert. Da die wenigstens zwei Energiespeicherpotentiale durch den elektrischen Energiespeicher in vorgegebener Weise miteinander gekoppelt sind, braucht die Bezugsspannung nur in Bezug auf eines der beiden Energiespeicherpotentiale berücksichtigt zu werden.According to the invention, the switching elements are controlled at least as a function of the electrical reference voltage between one of at least two energy storage potentials of the electrical energy store and the electrical reference potential. Since the at least two energy storage potentials are coupled together in a predetermined manner by the electrical energy store, the reference voltage need only be taken into account with respect to one of the two energy storage potentials.

Anders als im Stand der Technik üblich wird gemäß der Erfindung nicht nur ausschließlich eine Wandlungsleistung des getakteten Energiewandlers eingestellt, sondern der Betrieb seiner Schaltelemente wird unter Berücksichtigung der Bezugsspannung so angepasst, dass der Ableitstrom beeinflusst werden kann. Zu diesem Zweck wird die elektrische Bezugsspannung erfasst, beispielsweise unter Nutzung eines Spannungssensors oder dergleichen. Die Bezugsspannung stellt ferner auch ein Maß dafür dar, mit welcher elektrischen Spannung die Y-Kondensatoren, die vom Bordnetz des Kraftfahrzeugs umfasst und mit dem elektrischen Energiespeicher elektrisch gekoppelt sind, beaufschlagt sind. Diese Bezugsspannung stellt somit zugleich auch ein Maß dafür dar, von dem der Ableitstrom abhängig ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Y-Kondensatoren der Ableitstrom auch frequenzabhängig sein kann. Im Übrigen erklärt dies auch, weshalb bei einer Bezugsspannung, die im Wesentlichen lediglich eine Gleichspannung ist, der Ableitstrom entsprechend gering ist.Unlike in the conventional art, according to the invention not only exclusively a conversion power of the clocked energy converter is set, but the operation of its switching elements is adjusted taking into account the reference voltage so that the leakage current can be influenced. For this purpose, the electrical reference voltage is detected, for example by using a voltage sensor or the like. The reference voltage also represents a measure of the electrical voltage with which the Y capacitors, which comprise the vehicle electrical system of the motor vehicle and are electrically coupled to the electrical energy store, are acted upon. This reference voltage thus also represents a measure of which the leakage current is dependent. It should be noted that due to the physical properties of the Y capacitors, the leakage current may also be frequency-dependent. Incidentally, this also explains why at a reference voltage, which is essentially only a DC voltage, the leakage current is correspondingly low.

Mit der Erfindung ist es also möglich, mittels eines geeigneten Steuerungskonzepts, welches vorgegebene Schaltmuster für die Schaltelemente nutzt, den Ableitstrom entsprechend zu reduzieren. Darüber hinaus kann mit der Erfindung eine Steuerung nach Art einer Regelung erreicht werden, bei der die elektrische Bezugsspannung mittels eines geeigneten Spannungssensors erfasst und einer Regelungseinheit der Steuereinheit der Ladeeinrichtung zugeführt wird, mittels der die Schaltmuster für die Schaltelemente in geeigneter Weise angepasst beziehungsweise bereitgestellt werden, damit die Bezugsspannung eine möglichst geringe Welligkeit aufweist, vorzugsweise im Wesentlichen konstant ist. Die geeigneten Schaltmuster können mittels Simulationsverfahren ermittelt werden. Mit abnehmender Welligkeit der Bezugsspannung reduziert sich zugleich auch der durch die Y-Kondensatoren bewirkte Ableitstrom. Mit der Erfindung kann so zum Beispiel abhängig von der Bezugsspannung ein geeignetes Schaltmuster für jeweilige Schaltelemente ausgewählt werden.With the invention, it is thus possible, by means of a suitable control concept, which uses predetermined switching pattern for the switching elements to reduce the leakage current accordingly. In addition, with the invention, a control in the manner of a control can be achieved, in which detects the electrical reference voltage by means of a suitable voltage sensor and a Control unit of the control unit of the charging device is supplied, by means of which the switching pattern for the switching elements are suitably adapted or provided so that the reference voltage has the smallest possible ripple, preferably is substantially constant. The suitable switching patterns can be determined by means of simulation methods. With decreasing ripple of the reference voltage, the leakage current caused by the Y capacitors is reduced at the same time. With the invention, for example, depending on the reference voltage, a suitable switching pattern for respective switching elements can be selected.

Ein Y-Kondensator ist insbesondere ein speziell für die Funktion der Funkentstörung ausgebildeter Kondensator, der besonderen technischen Anforderungen genügen muss, insbesondere in Bezug auf seine Spannungsfestigkeit, seine Strombelastbarkeit und/oder dergleichen. Es handelt sich bei diesen Kondensatoren um elektronische Bauelemente, die besonderen Anforderungen genügen müssen, insbesondere in Bezug auf die Funkentstörung, wie sie beispielsweise durch die elektromagnetische Verträglichkeit betreffende Normen wie die EN 61000 gegeben ist oder auch hinsichtlich der elektrischen Sicherheit. Y-Kondensatoren sind in der Regel durch die Normung erfasst, beispielsweise gemäß IEC 60364. Hierbei handelt es sich um Kondensatoren, die üblicherweise zwischen dem Phasen- beziehungsweise dem Nullanschluss und dem Bezugspotential, zum Beispiel einem berührbaren, insbesondere schutzgeerdeten, Teil angeschlossen sind, wodurch sie eine aufgrund der elektrischen Sicherheit üblicherweise erforderliche Basisisolierung überbrücken können. Sie müssen deshalb besonders hohe, insbesondere genormte, Anforderungen erfüllen. Y-Kondensatoren werden häufig zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen eingesetzt. Dies ist im Übrigen eine besondere Konstellation, bei der das Bezugspotential, wie es zum Beispiel durch den Schutzleiter bereitgestellt werden kann, zu anderen Zwecken als zu einer Schutzerdung und damit dem Schutz vor elektrischem Schlag genutzt werden darf. Hiervon unterscheiden sich die ebenfalls zum Zwecke der Funkentstörung von leitungsgebundenen Funkstörungen eingesetzten X-Kondensatoren, die üblicherweise zur Unterdrückung von Gegentaktstörungen eingesetzt werden. Um die Schutzfunktion des Bezugspotentials beziehungsweise des Schutzleiters nicht zu gefährden, werden sowohl an X-Kondensatoren wie auch an Y-Kondensatoren erhöhte Schutzanforderungen gestellt.In particular, a Y capacitor is a capacitor specially designed for the function of radio interference suppression, which must meet special technical requirements, in particular with respect to its dielectric strength, its current carrying capacity and / or the like. These capacitors are electronic components which have to meet special requirements, in particular with regard to the radio interference suppression, as is the case for example with standards relating to electromagnetic compatibility, such as EN 61000, or also with regard to electrical safety. Y capacitors are usually covered by standardization, for example according to IEC 60364 , These are capacitors, which are usually connected between the phase or the zero terminal and the reference potential, for example a touchable, in particular protective earthed, part, whereby they can bridge a usually required due to electrical safety basic insulation. You must therefore meet very high, especially standardized, requirements. Y capacitors are commonly used to suppress common mode noise. Incidentally, this is a special constellation in which the reference potential, as may be provided, for example, by the protective conductor, may be used for purposes other than protective earthing and thus protection against electric shock. This differs from the X-capacitors also used for the purpose of radio interference suppression of conducted radio interference, which are commonly used to suppress push-pull interference. In order not to jeopardize the protective function of the reference potential or of the protective conductor, increased protection requirements are imposed both on X capacitors and on Y capacitors.

Um die erfindungsgemäße Verfahrensführung realisieren zu können, wird mit der Erfindung auch die Ladeeinrichtung vorgeschlagen. Die Ladeeinrichtung ist vorzugsweise zur Anordnung am beziehungsweise im Kraftfahrzeug ausgebildet. Sie ist insbesondere dazu ausgebildet, an dem Gleichspannungszwischenkreis des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs angeschlossen zu werden, und zwar insbesondere dann, wenn auch der elektrische Energiespeicher an diesem Zwischenkreis angeschlossen ist und somit durch die Ladeeinrichtung unmittelbar mit elektrischer Ladung beaufschlagt werden kann. Darüber hinaus ist es natürlich auch möglich, die Ladeeinrichtung mit ihrem Energiespeicheranschluss direkt am elektrischen Energiespeicher anzuschließen. Dabei kann vorgesehen sein, den Gleichspannungszwischenkreis während des Aufladens des elektrischen Energiespeichers vom elektrischen Energiespeicher elektrisch zu trennen, beispielsweise mittels elektromechanischer Schaltelemente, die durch ein Schütz bereitgestellt werden und/oder dergleichen.In order to be able to realize the method according to the invention, the charging device is also proposed with the invention. The charging device is preferably designed for arrangement on or in the motor vehicle. It is in particular designed to be connected to the DC voltage intermediate circuit of the electrical system of the motor vehicle, and in particular when the electrical energy storage is connected to this intermediate circuit and thus can be acted upon directly by the charging device with electrical charge. In addition, it is of course also possible to connect the charging device with its energy storage connection directly to the electrical energy storage. It can be provided to electrically disconnect the DC intermediate circuit during charging of the electrical energy storage device from the electrical energy storage, for example by means of electromechanical switching elements, which are provided by a contactor and / or the like.

Der Ableitstrom braucht jedoch nicht nur durch die Y-Kondensatoren verursacht zu sein, sondern er kann gleichermaßen beziehungsweise ergänzend auch durch parasitäre kapazitive Kopplungen das Bezugspotential mit einem oder beiden der Energiespeicherpotentiale des elektrischen Energiespeichers beziehungsweise der Zwischenkreispotentiale des Gleichspannungszwischenkreises bewirkt werden. Parasitäre Kapazitäten sind häufig konstruktionsbedingt vorhanden und lassen sich auch bei sorgfältigster Konstruktion kaum oder nur unzureichend vermeiden. In der Regel wird der Ableitstrom jedoch im Wesentlichen durch die Y-Kondensatoren bestimmt, weil deren elektrische Kapazität in der Realität üblicherweise deutlich größer als die elektrische Kapazität von parasitären Kapazitäten ist.However, the leakage current need not only be caused by the Y capacitors, but it can equally or additionally also by parasitic capacitive couplings, the reference potential with one or both of the energy storage potentials of the electrical energy storage or the DC link potentials of the DC voltage intermediate circuit can be effected. Parasitic capacities are often present due to design and can be avoided even with the most careful construction hardly or only insufficiently. In general, however, the leakage current is essentially determined by the Y capacitors, because in reality their electrical capacitance is usually significantly greater than the electrical capacitance of parasitic capacitances.

Die Ladeeinrichtung weist die Steuereinheit auf, mittels der die Schaltelemente in geeigneter Weise gesteuert werden können. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit die Energiewandlersteuerung. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine separate Baueinheit darstellt, die an die Energiewandlersteuerung angeschlossen ist und die Energiewandlersteuerung mit entsprechenden Steuersignalen für die Schaltelemente versorgt. Die Steuereinheit ist vorzugsweise eine elektronische Schaltung, die an einen Spannungssensor, insbesondere zur Erfassung der Bezugsspannung, angeschlossen sein kann oder diesen sogar auch umfassen kann. Darüber hinaus kann die Steuereinheit auch eine programmgesteuerte Rechnereinheit umfassen, die mit der Elektronikschaltung auch kombiniert sein kann. Mittels des Rechnerprogramms kann die Rechnereinheit die gewünschte Funktionalität bereitstellen.The charging device has the control unit, by means of which the switching elements can be controlled in a suitable manner. Preferably, the control unit comprises the energy converter control. However, it can also be provided that the control unit represents a separate structural unit, which is connected to the energy converter control and supplies the energy converter control with corresponding control signals for the switching elements. The control unit is preferably an electronic circuit, which may be connected to a voltage sensor, in particular for detecting the reference voltage, or may even include this. In addition, the control unit may also include a program-controlled computer unit, which may also be combined with the electronic circuit. By means of the computer program, the computer unit can provide the desired functionality.

Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Wechselspannung mit einer vorgegebenen Wechselspannungsfrequenz bereitgestellt wird und zum Steuern der Schaltelemente lediglich ein spektraler Anteil der elektrischen Bezugsspannung in einem vorgegebenen Bereich der Wechselspannungsfrequenz berücksichtigt wird. Der Bereich der Wechselspannungsfrequenz umfasst beispielsweise einen Bereich, der durch eine maximale Abweichung von der Wechselspannungsfrequenz um etwa 10%, vorzugsweise 5%, bereitgestellt sein kann. Vorzugsweise entspricht der vorgegebene Bereich genau der Wechselspannungsfrequenz. Dies hat den Vorteil, dass gerade die besonders ungünstig zu filternden Frequenzen im Bereich der Wechselspannungsfrequenz kompensiert werden können. Die Wechselspannungsfrequenz beträgt beispielsweise 50 Hz beziehungsweise 60 Hz, je nachdem, in welcher Region und bei welchem Energieversorgungsnetz die Ladestation angeschlossen ist. Bei Inselnetzen kann darüber hinaus auch eine Frequenz von 400 Hz vorgesehen sein, so beispielsweise bei Bordnetzen auf Schiffen, in Flugzeugen und/oder dergleichen. Gerade die aufgrund der geringen Frequenz nur mit großem Aufwand zu reduzierenden Ableitströme im Bereich von 50 Hz beziehungsweise 60 Hz können somit reduziert werden, wodurch ein diesbezüglicher Aufwand in Bezug auf eine Filterung entsprechend reduziert werden kann. Darüber hinaus eignet sich diese Verfahrensführung natürlich insbesondere auch für Regelungszwecke, bei denen die Schaltmuster für die Schaltelemente abhängig von der erfassten Bezugsspannung verändert werden.It proves particularly advantageous if the AC voltage is provided at a predetermined AC voltage frequency and only a spectral portion of the electrical reference voltage in a predetermined range of the AC voltage frequency is taken into account for controlling the switching elements. The area of AC voltage frequency includes, for example, a range that can be provided by a maximum deviation from the AC frequency by about 10%, preferably 5%. Preferably, the predetermined range corresponds exactly to the AC voltage frequency. This has the advantage that it is precisely the frequencies that are particularly unfavorably to be filtered that can be compensated for in the range of the AC voltage frequency. The AC voltage frequency is, for example, 50 Hz or 60 Hz, depending on in which region and in which energy supply network the charging station is connected. In isolated networks, moreover, a frequency of 400 Hz may be provided, such as on-board networks on ships, in aircraft and / or the like. Especially due to the low frequency only with great effort to reduce leakage currents in the range of 50 Hz or 60 Hz can thus be reduced, whereby a related effort in terms of filtering can be reduced accordingly. In addition, this procedure is of course particularly suitable for control purposes, in which the switching pattern for the switching elements are changed depending on the detected reference voltage.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Schaltelemente derart gesteuert werden, dass die elektrische Bezugsspannung im Wesentlichen konstant ist. Diese Ausgestaltung berücksichtigt, dass bei einer im Wesentlichen konstanten Bezugsspannung insbesondere durch die Y-Kondensatoren nur sehr kleine beziehungsweise vernachlässigbare Ableitströme verursacht werden. Dies ergibt sich aus der Funktionalität von Kondensatoren.In addition, it is proposed that the switching elements are controlled such that the electrical reference voltage is substantially constant. This embodiment takes into account that only very small or negligible leakage currents are caused at a substantially constant reference voltage, in particular by the Y capacitors. This results from the functionality of capacitors.

Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Schaltelemente derart gesteuert werden, dass die elektrische Bezugsspannung 40% bis 60%, vorzugsweise 50%, einer elektrischen Energiespeicherspannung zwischen den wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen des elektrischen Energiespeichers entspricht. Ist der elektrische Energiespeicher unmittelbar an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen, entspricht diese Spannung der Zwischenkreisgleichspannung. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine Spannungsbelastung der Bauelemente gegenüber dem elektrischen Bezugspotential vergleichmäßigt werden kann. Darüber hinaus können Auswirkungen, die beispielsweise Gegentaktstörungen zur Folge haben, reduziert werden.According to one embodiment, it is proposed that the switching elements are controlled in such a way that the electrical reference voltage corresponds to 40% to 60%, preferably 50%, of an electrical energy storage voltage between the at least two energy storage potentials of the electrical energy store. If the electrical energy store is connected directly to the DC voltage intermediate circuit, this voltage corresponds to the DC link voltage. This embodiment has the advantage that a voltage load of the components can be made uniform with respect to the electrical reference potential. In addition, effects that result in, for example, differential mode noise can be reduced.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass eines der elektrischen Wechselspannungspotentiale der elektrischen Wechselspannung mit dem elektrischen Bezugspotential elektrisch gekoppelt ist, wobei die Mittelanschlüsse der beiden Reihenschaltungen mit den beiden von der Ladestation zur Verfügung gestellten Anschlüssen beziehungsweise elektrischen Potentialen gekoppelt sind. Ein netzfrequenter Anteil der Spannungen, beispielsweise bei einer Frequenz von etwa 50Hz, welche an den beiden Mittelanschlüssen der beiden Reihenschaltungen gegenüber dem Bezugspotential eingestellt werden, folgt dabei im Wesentlichen dem netzfrequenten Anteil der beiden angeschlossenen elektrischen Potentiale bezogen auf das Bezugspotential. Weiterhin können auch die Spannungsabfälle über den Netzfilterdrosseln beim Stellen der Spannungen an den beiden Mittelanschlüssen der beiden Reihenschaltungen berücksichtigt werden, was zu einer nahezu gänzlichen Eliminierung der netzfrequenten Anteile der Ableitströme führen kann.It is further proposed that one of the electrical AC potentials of the AC electrical voltage is electrically coupled to the electrical reference potential, wherein the center terminals of the two series circuits are coupled to the two provided by the charging station terminals or electrical potentials. A power-frequency component of the voltages, for example at a frequency of approximately 50 Hz, which are set at the two center connections of the two series connections with respect to the reference potential, essentially follows the power-frequency component of the two connected electrical potentials with respect to the reference potential. Furthermore, the voltage drops across the line filter chokes can be taken into account when setting the voltages at the two center terminals of the two series circuits, which can lead to a nearly complete elimination of the mains frequency components of the leakage currents.

Bei einem in Deutschland üblichen Netzanschluss, beispielsweise eines öffentlichen Energieversorgungsnetzes, bei welchem der Nullanschluss fix mit dem Bezugspotential verbunden ist, während der Phasenanschluss die volle Arbeitsspannung gegenüber dem Bezugspotential führt, würde sich eine vorteilhafte Ansteuerung der Leistungsschalter dadurch auszeichnen, dass die Reihenschaltung, deren Mittelanschluss mit dem Bezugspotential elektrisch gekoppelt ist, etwa 40% bis 60%, vorzugsweise etwa 50%, der Energiespeicherspannung beziehungsweise gegebenenfalls der Zwischenkreisspannung, und die andere Reihenschaltung den vollen Hub der Ladespannung ausführt, also sinusförmig beispielsweise zwischen 10% und 90% der Energiespeicherspannung mit der Netzfrequenz schwingt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung können diesen beiden Spannungen noch die Spannungsabfälle über den Netzfilterdrosseln überlagert werden. In a conventional power supply in Germany, for example, a public power grid, in which the zero terminal is fixed to the reference potential, while the phase connection performs the full working voltage compared to the reference potential, an advantageous control of the circuit breaker would be characterized in that the series circuit, the center port electrically coupled to the reference potential, about 40% to 60%, preferably about 50%, the energy storage voltage or optionally the DC link voltage, and the other series circuit performs the full stroke of the charging voltage, ie sinusoidally, for example, between 10% and 90% of the energy storage voltage with the Mains frequency oscillates. In a further advantageous embodiment, the voltage drops across the line filter chokes can be superimposed on these two voltages.

Die beiden Reihenschaltungen des getakteten Energiewandlers werden gemäß der Erfindung vorzugsweise derart betrieben, dass sie bezogen auf die Zwischenkreisgleichspannung, die am getakteten Energiewandler zur Verfügung steht, an einem der beiden Mittelanschlüsse eine Wechselspannung mit einer vollen Amplitude bei der Wechselspannungsfrequenz bereitstellt, wohingegen die andere Reihenschaltung an ihrem Mittelanschluss eine gegenphasige Teilspannung der Wechselspannung bei der Wechselspannungsfrequenz bereitstellt. Dadurch kann erreicht werden, dass der entsprechende Wechselspannungsanteil der Bezugsspannung reduziert wird, wodurch infolgedessen auch der Ableitstrom entsprechend reduziert wird.The two series circuits of the clocked energy converter are preferably operated according to the invention so that it provides an AC voltage with a full amplitude at the AC frequency at one of the two center connections with respect to the DC link voltage available at the clocked power converter, whereas the other series circuit its central terminal provides an anti-phase partial voltage of the AC voltage at the AC frequency. It can thereby be achieved that the corresponding AC voltage component of the reference voltage is reduced, as a result of which the leakage current is correspondingly reduced.

In der Regel ist jedes der wenigstens zwei Energiespeicherpotentiale des elektrischen Energiespeichers über jeweils einen Y-Kondensator mit dem elektrischen Bezugspotential elektrisch gekoppelt. Damit die Ladeeinrichtung ermitteln kann, welcher der Mittelanschlüsse mit dem Bezugspotential elektrisch gekoppelt ist, wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Schaltelemente jeweils eine Inversdiode aufweisen, wobei die Schaltelemente ausgeschaltet werden und jeweilige elektrische Schaltelementspannungen erfasst und ausgewertet werden, um zu ermitteln, welcher der Mittelanschlüsse mit dem Bezugspotential elektrisch gekoppelt ist. Diese Ausgestaltung nutzt den Sachverhalt, dass für die Schaltelemente vorgesehene Treiberschaltungen in der Regel eine Schaltzustandserfassung umfassen. Die Schaltzustandserfassung basiert darauf, dass eine am Schaltelement anliegende Schaltelementspannung erfasst wird. Ist die erfasste Schaltelementspannung kleiner als ein vorgegebener Vergleichswert, wird dies als eingeschalteter Zustand ausgegeben. Ist hingegen die erfasste Schaltelementspannung größer als der Vergleichswert, wird dies als ausgeschalteter Zustand ausgegeben. Dadurch ist es möglich, den jeweiligen Schaltzustand der Schaltelemente zu erfassen. Da zu jedem Schaltelement eine jeweilige Diode parallelgeschaltet ist, kann damit auch der Schaltzustand der jeweiligen Diode ermittelt werden, weil die Schaltelemente selbst im ausgestalteten Schaltzustand sind. In dieser Ausgestaltung funktioniert der getaktete Energiewandler wie ein einphasiger Brückengleichrichter. Der Vergleichswert wird vorzugsweise bei einer elektrischen Spannung von etwa 4 V gewählt. Er kann jedoch abweichend davon auch in einem Bereich von etwa 2,5 V bis etwa 8 V gewählt sein. Dabei basiert diese Ausgestaltung darauf, dass ein Schaltzustand des Schaltelements, bei dem der Mittelanschluss der Reihenschaltung mit dem Phasenanschluss elektrisch gekoppelt ist, entsprechend der Wechselspannungsfrequenz hin und her schwingt, wohingegen der Schaltzustand eines Schaltelements in der Reihenschaltung, deren Mittelanschluss an dem Nullanschluss angeschlossen ist, konstant den ausgeschalteten Zustand ausgibt. Die hierdurch ermittelte Anschlusssituation der Ladestation an den getakteten Energiewandler kann dazu genutzt werden, die Schaltelemente der beiden Reihenschaltungen in geeigneter Weise ansteuern zu können, wie das zuvor bereits im Detail erläutert wurde.As a rule, each of the at least two energy storage potentials of the electrical energy store is electrically coupled via a respective Y capacitor to the electrical reference potential. So that the charging device can determine which of the center connections is electrically coupled to the reference potential, it is further proposed that the switching elements each have an inverse diode wherein the switching elements are turned off and respective electrical switching element voltages are detected and evaluated to determine which of the center terminals is electrically coupled to the reference potential. This embodiment makes use of the fact that drive circuits provided for the switching elements generally comprise a switching state detection. The switching state detection is based on detecting a switching element voltage applied to the switching element. If the detected switching element voltage is smaller than a predetermined comparison value, this is output as a switched-on state. If, however, the detected switching element voltage is greater than the comparison value, this is output as a switched-off state. This makes it possible to detect the respective switching state of the switching elements. Since a respective diode is connected in parallel to each switching element, so that the switching state of the respective diode can be determined, because the switching elements themselves are in the designed switching state. In this embodiment, the clocked energy converter works like a single-phase bridge rectifier. The comparison value is preferably chosen at an electrical voltage of about 4V. However, it may also be chosen in a range from about 2.5 V to about 8 V, in deviation. Here, this embodiment is based on that a switching state of the switching element in which the center terminal of the series circuit is electrically coupled to the phase terminal oscillates back and forth in accordance with the AC frequency, whereas the switching state of a switching element in the series circuit whose center terminal is connected to the neutral terminal constantly outputs the switched-off state. The thus determined connection situation of the charging station to the clocked energy converter can be used to be able to control the switching elements of the two series circuits in a suitable manner, as has already been explained in detail above.

Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Ladestationsanschluss mit dem getakteten Energiewandler galvanisch gekoppelt ist. Die Erfindung ermöglicht es nämlich, auf eine galvanische Trennung, wie sie im Stand der Technik üblich ist, zu verzichten. Im Stand der Technik dient die galvanische Trennung unter anderem eben auch dazu, Ableitströme zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist üblicherweise ein geeigneter Transformator vorgesehen, mittels dem die galvanische Trennung erreicht werden kann. Ein solcher Transformator ist jedoch kostenintensiv und benötigt darüber hinaus einen großen Bauraum. Mit der Erfindung ist es möglich, die galvanische Trennung zu vermeiden und zugleich die Anforderungen, die zumindest teilweise auch durch die Normung begründet sein können, zu erfüllen.According to one embodiment, it is proposed that the charging station connection is galvanically coupled to the clocked energy converter. Namely, the invention makes it possible to dispense with galvanic isolation, as is conventional in the prior art. In the prior art, the galvanic separation also serves, among other things, to prevent leakage currents. For this purpose, a suitable transformer is usually provided, by means of which the electrical isolation can be achieved. However, such a transformer is costly and also requires a large amount of space. With the invention, it is possible to avoid the galvanic separation and at the same time to meet the requirements, which may be at least partially justified by the standardization.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass das Kraftfahrzeug eine elektrische Antriebseinrichtung aufweist, die eine dreiphasige elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einen an die elektrische Maschine und das Bordnetz angeschlossenen Wechselrichter aufweist, der ausgebildet ist, ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz für die elektrische Maschine bereitzustellen, wobei der Wechselrichter ausgebildet ist, den getakteten Energiewandler der Ladeeinrichtung bereitzustellen. It is further proposed that the motor vehicle has an electric drive device which has a three-phase electrical machine for driving the motor vehicle and an inverter connected to the electrical machine and the electrical system, which is designed to provide a three-phase alternating voltage network for the electric machine, wherein the Inverter is designed to provide the clocked energy converter of the charger.

Diese Weiterbildung nutzt einen bereits bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug ohnedies vorhandenen Wechselrichter, um den getakteten Energiewandler zum Zwecke des Aufladens des elektrischen Energiespeichers bereitzustellen. Es braucht also bei dieser Weiterbildung kein separater getakteter Energiewandler vorgesehen zu werden. Dadurch, dass der Wechselrichter bereits für einen dreiphasigen Betrieb ausgelegt ist, umfasst dieser Wechselrichter in der Regel auch eine Schaltelementstruktur, wie sie für den getakteten Energiewandler erforderlich ist, der zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensführung dient. Dadurch können Aufwand, Bauraum und Gewicht eingespart werden. Dies ist gerade bei Kraftfahrzeugen von Vorteil.This development uses an existing already in an electrically driven motor vehicle anyway existing inverter to provide the clocked energy converter for the purpose of charging the electrical energy storage. Thus, it is not necessary to provide a separate clocked energy converter in this development. As a result of the fact that the inverter is already designed for three-phase operation, this inverter generally also includes a switching element structure, as is required for the cycled energy converter, which is used to carry out the method according to the invention. As a result, effort, space and weight can be saved. This is particularly advantageous in motor vehicles.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass der getaktete Energiewandler über Phasenwicklungen der elektrischen Maschine mit dem Ladeanschluss elektrisch gekoppelt ist. Hierbei wird die elektrische Maschine zumindest teilweise in den Wandlungsprozess einbezogen. Dadurch ist es möglich, den getakteten Energiewandler auch als Hochsetzsteller beziehungsweise Tiefsetzsteller zu betreiben. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn Ständerwicklungen der elektrischen Maschine in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb an einem Sternpunkt angeschlossen sind, wobei der Sternpunkt zum Zwecke des Aufladens aufgelöst wird, sodass jeweilige hierdurch freiwerdende Wicklungsanschlüsse die Funktion der Mittelanschlüsse des getakteten Energiewandlers übernehmen können. Dadurch können zusätzliche Wirkungen aufgrund der durch die Wicklungen bereitgestellten Induktivitäten vorteilhaft für die erfindungsgemäße Verfahrensführung genutzt werden.It is further proposed that the clocked energy converter is electrically coupled to the charging port via phase windings of the electrical machine. In this case, the electric machine is at least partially included in the conversion process. This makes it possible to operate the clocked energy converter as a boost converter or buck converter. It proves to be particularly advantageous if stator windings of the electric machine are connected to a star point in a proper driving operation, with the neutral point being resolved for the purpose of charging, so that respective winding connections released thereby can take over the function of the center connections of the cycled energy converter. As a result, additional effects due to the inductances provided by the windings can be used advantageously for the method according to the invention.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind und umgekehrt. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the method according to the invention, which have features as they have already been described in connection with the developments of the charging device according to the invention or the motor vehicle according to the invention and vice versa. For this reason, the corresponding developments are not described here again.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine schematische Schaltbildansicht eines elektrischen Bordnetzes eines Elektrofahrzeugs als Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinrichtung in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb;
  • 2 eine schematische Schaltbildansicht wie 1, bei der jedoch das Elektrofahrzeug zum Aufladen eines Akkumulators des Bordnetzes an eine Ladestation angeschlossen ist, die ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz bereitstellt;
  • 3 eine schematische Diagrammdarstellung von elektrischen Spannungen, die an Wechselspannungsanschlüssen eines Wechselrichters der Antriebseinrichtung beim Aufladen gemäß 2 anliegen;
  • 4 in einer schematischen Diagrammdarstellung ein PWM-Muster für eine der in 3 gezeigten Wechselspannungen;
  • 5 eine schematische Diagrammdarstellung von elektrischen Spannungen wie 3, die an Eingangsanschlüssen des Wechselrichters beim Anschluss an eine Ladestation anliegen, die eine einphasige Wechselspannung bereitstellt;
  • 6 eine schematische Diagrammdarstellung wie 4 von PWM-Mustern zum Einstellen der Spannungen gemäß 5;
  • 7 eine schematische Schaltbilddarstellung wie 2, bei der das Bordnetz zum Aufladen des Energiespeichers an eine Ladestation angeschlossen ist, die eine einphasige Wechselspannung bereitstellt;
  • 8 eine schematische Darstellung wie 5 für die Schaltung gemäß 7;
  • 9 eine schematische Darstellung wie 6 für die Bereitstellung einer Spannung gemäß 8;
  • 10 eine schematische Schaltbilddarstellung wie 7, wobei die Schaltelemente des Wechselrichters gemäß einem Schaltmuster der Erfindung gesteuert werden, wie es anhand von 9 dargestellt ist;
  • 11 eine schematische Ersatzschaltbilddarstellung für eine Simulation des Betriebs der Schaltung gemäß 7;
  • 12 eine schematische Diagrammdarstellung der Verhältnisse beim Betrieb der Schaltung gemäß 7;
  • 13 eine schematische Ersatzschaltbilddarstellung der Schaltung gemäß 10 für Simulationszwecke;
  • 14 eine Darstellung wie 12 für die Ersatzschaltbilddarstellung gemäß 13;
  • 15 eine schematische Ersatzschaltbilddarstellung für eine weiter verbesserte Gleichtaktunterdrückung;
  • 16 eine Darstellung wie 14 für die Ersatzschaltbilddarstellung gemäß 15;
  • 17 eine schematische Ersatzschaltbilddarstellung zur Ermittlung, welcher der Wechselrichteranschlüsse mit einem Nullanschluss der Ladestation elektrisch verbunden ist;
  • 18 eine schematische Diagrammdarstellung einer Simulation der Schaltung gemäß 17, um zu ermitteln, welcher der Wechselrichteranschlüsse mit dem Nullanschluss der Ladestation elektrisch gekoppelt ist; und
  • 19 eine Darstellung wie 18, bei der das Erkennen weiter verdeutlich ist.
In the following, embodiments of the invention are described. This shows:
  • 1 a schematic diagram view of an electrical system of an electric vehicle as a motor vehicle with an electric drive device in a designated driving operation;
  • 2 a schematic diagram view like 1 in which, however, the electric vehicle for charging a battery of the electrical system is connected to a charging station, which provides a three-phase alternating voltage network;
  • 3 a schematic diagram of electrical voltages applied to AC terminals of an inverter of the drive device during charging according to 2 issue;
  • 4 in a schematic diagram representation of a PWM pattern for one of in 3 shown AC voltages;
  • 5 a schematic diagram of electrical voltages such 3 which are applied to input terminals of the inverter when connected to a charging station which provides a single-phase AC voltage;
  • 6 a schematic diagram representation as 4 of PWM patterns for adjusting the voltages according to 5 ;
  • 7 a schematic diagram representation as 2 in which the vehicle electrical system is connected to a charging station for charging the energy store, which provides a single-phase AC voltage;
  • 8th a schematic representation like 5 for the circuit according to 7 ;
  • 9 a schematic representation like 6 for providing a voltage according to 8th ;
  • 10 a schematic diagram representation as 7 wherein the switching elements of the inverter are controlled in accordance with a switching pattern of the invention, as described with reference to FIG 9 is shown;
  • 11 a schematic equivalent circuit diagram representation for a simulation of the operation of the circuit according to 7 ;
  • 12 a schematic diagram of the relationships in the operation of the circuit according to 7 ;
  • 13 a schematic equivalent circuit diagram of the circuit according to 10 for simulation purposes;
  • 14 a representation like 12 for the equivalent circuit diagram according to 13 ;
  • 15 a schematic equivalent circuit diagram for a further improved common mode rejection;
  • 16 a representation like 14 for the equivalent circuit diagram according to 15 ;
  • 17 a schematic equivalent circuit diagram for determining which of the inverter terminals is electrically connected to a zero terminal of the charging station;
  • 18 a schematic diagram representation of a simulation of the circuit according to 17 to determine which of the inverter terminals is electrically coupled to the neutral terminal of the charging station; and
  • 19 a representation like 18 in which the recognition is further clarified.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der jeweiligen Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the respective embodiment each represent individual, independently to be considered features of the invention, which further develop the invention independently and thus individually or in any other than the combination shown to be considered part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.

1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung einen Gleichspannungszwischenkreis 54 eines elektrischen Bordnetzes eines nicht weiter dargestellten Elektrofahrzeugs als elektrisch angetriebenem Kraftfahrzeug, an dem eine elektrische Antriebseinrichtung 56 angeschlossen ist. Die elektrische Antriebseinrichtung 56 umfasst eine dreiphasige elektrische Maschine 58, die vorliegend als Synchronmaschine ausgebildet ist und die zum Antreiben des Elektrofahrzeugs dient. 1 shows a schematic circuit diagram representation of a DC intermediate circuit 54 an electrical vehicle electrical system of an electric vehicle, not shown, as an electrically driven motor vehicle, to which an electric drive device 56 connected. The electric drive device 56 includes a three-phase electric machine 58 , which is presently designed as a synchronous machine and which serves to drive the electric vehicle.

An die elektrische Maschine 58 ist ein Wechselrichter 60 angeschlossen, der ausgebildet ist, ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz für die elektrische Maschine 58 bereitzustellen. Der Wechselrichter 60 umfasst eine Steuereinheit 52, mittels der der Wechselrichter 60 hinsichtlich des Wechselspannungsnetzes in geeigneter Weise gesteuert wird, damit die elektrische Maschine 58 die gewünschte Antriebsfunktion während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs des Elektrofahrzeugs bereitzustellen vermag. Zu diesem Zweck weist der Wechselrichter drei im Folgenden noch weiter erläuterte Wechselrichteranschlüsse auf, an denen nicht bezeichnete Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 angeschlossen sind. Die Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 sind im Fahrbetrieb an einem gemeinsamen Sternpunkt 62 angeschlossen. Der Wechselrichter 60 ist weiterhin an den Gleichspannungszwischenkreis 54 angeschlossen.To the electric machine 58 is an inverter 60 connected, which is formed, a three-phase AC voltage network for the electric machine 58 provide. The inverter 60 includes a control unit 52 , by means of which the inverter 60 is suitably controlled with respect to the alternating voltage network, so that the electric machine 58 to provide the desired drive function during the intended driving operation of the electric vehicle. For this purpose, the Inverter three in the following still further explained inverter connections on which unnamed stator windings of the electric machine 58 are connected. The stator windings of the electric machine 58 are in driving at a common star point 62 connected. The inverter 60 is still connected to the DC voltage intermediate circuit 54 connected.

An dem Gleichspannungszwischenkreis 54 ist ferner eine Hochvoltbatterie 10 als elektrischer Energiespeicher angeschlossen, die elektrische Energie für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs bereitstellt. Somit stellt die Hochvoltbatterie 10 zugleich auch die Zwischenkreisgleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises 54 bereit.At the DC voltage intermediate circuit 54 is also a high-voltage battery 10 connected as an electrical energy store, which provides electrical energy for the intended driving of the electric vehicle. Thus, the high-voltage battery provides 10 at the same time the intermediate circuit DC voltage of the DC intermediate circuit 54 ready.

Elektrische Potentiale der Hochvoltbatterie 10, die Energiespeicherpotentiale darstellen, sind über jeweilige Y-Kondensatoren 42, 44 mit einem Bezugspotential gekoppelt, welches vorliegend durch eine Masse 40 des Elektrofahrzeugs gebildet ist. Durch die Y-Kondensatoren 42, 44 wird eine Funkentstörung in Bezug auf Gleichtaktstörungen erreicht. Die Y-Kondensatoren 42, 44 wirken diesbezüglich mit einer stromkompensierten Drossel 64 zusammen. In der vorliegenden Ausgestaltung beträgt die elektrische Kapazität eines jeden der beiden Y-Kondensatoren 42, 44 etwa 1 µF. Die elektrische Kapazität der Y-Kondensatoren 42, 44 kann bedarfsweise auch hiervon abweichend gewählt sein.Electrical potentials of the high-voltage battery 10 , which represent energy storage potentials, are via respective Y capacitors 42 . 44 coupled to a reference potential, which in this case by a mass 40 of the electric vehicle is formed. Through the Y capacitors 42 . 44 a radio interference in terms of common mode noise is achieved. The Y capacitors 42 . 44 act in this regard with a current-compensated choke 64 together. In the present embodiment, the electrical capacitance of each of the two Y capacitors 42 . 44 about 1 μF. The electrical capacity of the Y capacitors 42 . 44 If necessary, this can also be chosen differently.

In zwei in einem linken Bereich in 1 übereinander dargestellten Diagrammen ist eine jeweilige elektrische Spannung der Potentiale der Hochvoltbatterie 10 gegenüber der Masse 40 dargestellt. Aus den beiden schematischen Diagrammen ist ersichtlich, dass eine Bezugsspannung 38, die zwischen einem positiven elektrischen Potential der Hochvoltbatterie 10 und der Masse 40 ausgebildet ist, etwa der Hälfte der Zwischenkreisgleichspannung entspricht. Entsprechend ergibt sich eine elektrische Spannung zwischen dem negativen elektrischen Potential der Hochvoltbatterie 10 und der Masse 40.In two in a left area in 1 superimposed diagrams is a respective electrical voltage of the potentials of the high-voltage battery 10 opposite to the mass 40 shown. From the two schematic diagrams it can be seen that a reference voltage 38 between a positive electric potential of the high-voltage battery 10 and the crowd 40 is formed, about half of the DC link voltage corresponds. Accordingly, there is an electrical voltage between the negative electric potential of the high-voltage battery 10 and the crowd 40 ,

In zwei in einem rechten Bereich neben dem Schaltbild dargestellten Diagrammen sind elektrische Potentiale eines Sternpunkts 62 in Bezug auf das negative Potential der Hochvoltbatterie 10 dargestellt. Der Sternpunkt 62 ist durch jeweiligen Wicklungsanschlüsse von Wicklungen der elektrischen Maschine 58 gebildet. Das linke der beiden Diagramme zeigt eine elektrische Spannung zwischen den beiden Potentialen mit einer Auflösung im Bereich einer Taktfrequenz des Wechselrichters 60. Das rechts daneben dargestellte Diagramm zeigt das elektrische Potential bezogen auf eine Betriebsfrequenz der elektrischen Maschine 58.In two diagrams, shown in a right-hand area next to the circuit diagram, are electrical potentials of a star point 62 in terms of the negative potential of the high-voltage battery 10 shown. The star point 62 is through respective winding terminals of windings of the electric machine 58 educated. The left of the two diagrams shows an electrical voltage between the two potentials with a resolution in the range of a clock frequency of the inverter 60 , The diagram shown to the right shows the electrical potential relative to an operating frequency of the electric machine 58 ,

Während des normalen Fahrbetriebs ist das Gleichtaktpotential auf der Zwischenkreisseite der an der Hochvoltbatterie 10 über die Y-Kondensatoren 42, 44 auf die Masse 40 geklemmt. Dagegen kann das Gegentaktpotential an der Wechselspannungsseite der elektrischen Maschine 58 um die Masse 40 springen, und zwar im Takt der Schaltfrequenz des Wechselrichters 60.During normal driving, the common mode potential on the DC link side is the one on the high-voltage battery 10 over the Y capacitors 42 . 44 to the mass 40 clamped. In contrast, the push-pull potential at the AC voltage side of the electric machine 58 around the crowd 40 jump, in time with the switching frequency of the inverter 60 ,

Der Wechselrichter 60 weist vorliegend drei Reihenschaltungen 22, 24, 26 aus jeweils zwei Halbleiterschaltern 28, 30 auf, die vorliegend durch Isolated Gate Bipolar Transitoren (IGBT) gebildet sind. Die Reihenschaltungen 22, 24, 26 sind parallelgeschaltet und an den Gleichspannungszwischenkreis 54 angeschlossen. Jede der drei Reihenschaltungen 22, 24, 26 weist einen jeweiligen Mittelanschluss 32, 34, 36 auf, die die Wechselrichteranschlüsse bereitstellen, an denen die Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 angeschlossen sind. Der Wechselrichter 60 ist somit nach Art einer B6 Wechselrichterbrücke ausgebildet und stellt für den Fahrbetrieb das dreiphasige Wechselspannungsnetz zur Verfügung.The inverter 60 in the present case has three series connections 22 . 24 . 26 from two semiconductor switches each 28 . 30 in the present case are formed by isolated gate bipolar transistors (IGBT). The series connections 22 . 24 . 26 are connected in parallel and to the DC voltage intermediate circuit 54 connected. Each of the three series connections 22 . 24 . 26 has a respective middle connection 32 . 34 . 36 on which provide the inverter terminals, where the stator windings of the electric machine 58 are connected. The inverter 60 is thus designed in the manner of a B6 inverter bridge and provides the three-phase AC power supply for driving.

2 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung basierend auf 1, wie das Bordnetz zum Aufladen der Hochvoltbatterie 10 an eine fahrzeugexterne Ladestation 12 angeschlossen ist, die elektrische Energie zum Aufladen der Hochvoltbatterie 10 bereitstellt. Die Ladestation 12 ist eine stationäre Ladestation, und das Elektrofahrzeug wird zum Anschließen an die Ladestation 12 im Bereich der Ladestation 12 abgestellt. Über eine nicht weitere dargestellte leitungsgebundene Verbindung, vorliegend ein Anschlusskabel, wird das Bordnetz, wie im Folgenden noch weiter erläutert wird, an die Ladestation 12 angeschlossen. Die Ladestation 12 stellt eine dreiphasige Wechselspannung mit einer Nennspannung von etwa 230 V pro Phase bei einer Wechselspanungsfrequenz von etwa 50 Hz bereit. Die drei Phasen sind jeweils zueinander um 120° verschoben. 2 shows in a schematic diagram representation based on 1 as the electrical system for charging the high-voltage battery 10 to a vehicle-external charging station 12 is connected, the electrical energy to charge the high-voltage battery 10 provides. The charging station 12 is a stationary charging station, and the electric vehicle is used to connect to the charging station 12 in the area of the charging station 12 switched off. About a not further shown wired connection, in this case a connection cable, the electrical system, as will be explained further below, to the charging station 12 connected. The charging station 12 provides a three-phase AC voltage with a nominal voltage of about 230 V per phase at an AC voltage frequency of about 50 Hz. The three phases are each shifted by 120 ° to each other.

In der vorliegenden Ausgestaltung ist eine galvanische Verbindung zwischen der Ladestation 12 und dem Bordnetz des Elektrofahrzeugs vorgesehen. Entsprechend wird ein Schutzleiteranschluss beziehungsweise ein Bezugspotential 16, hier Erdpotential, der Ladestation 12 mit der Masse 40 des Elektrofahrzeugs elektrisch gekoppelt.In the present embodiment, a galvanic connection between the charging station 12 and the electrical system of the electric vehicle provided. Accordingly, a protective conductor terminal or a reference potential 16 , here earth potential, the charging station 12 with the crowd 40 electrically coupled to the electric vehicle.

Die Ladestation 12 umfasst ferner ein für dreiphasige Wechselspannung angepasst ausgebildetes Netzfilter, mittels welchem eine Filterung der Anschlüsse der Ladestation 12 vorgenommen wird, damit vorgeschriebene Grenzwerte für Rückwirkungen unterschritten werden.The charging station 12 further comprises a trained for three-phase AC voltage trained net filter, by means of which a filtering of the terminals of the charging station 12 be made in order to fall below the prescribed limits for repercussions.

Um die Ladestation 12 an das Bordnetz des Elektrofahrzeugs anschließen zu können, ist vorliegend vorgesehen, dass der Sternpunkt 62 der elektrischen Maschine 58 geöffnet wird und die entsprechenden Anschlüsse der Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 an die jeweiligen Phasenanschlüsse der Ladestation 12 angeschlossen werden. Dadurch wird ein Ladestationsanschluss 48 des Elektrofahrzeugs bereitgestellt.To the charging station 12 to connect to the electrical system of the electric vehicle is presently provided that the star point 62 the electric machine 58 is opened and the corresponding terminals of the stator windings of the electric machine 58 to the respective phase terminals of the charging station 12 be connected. This will be a charging station connection 48 provided by the electric vehicle.

Über die Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 und den Wechselrichter 60 kann dann ein Zuführen von elektrischer Energie zur Hochvoltbatterie 10 erfolgen. Zu diesem Zweck werden die IGBT's 28, 30 des Wechselrichters 60 mittels der Steuereinheit 52 des Wechselrichters 60 in geeigneter Weise gesteuert. Der Wechselrichter 60 stellt also einen getakteten Energiewandler bereit, der unter Nutzung der Induktivität der Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 eine Energiewandlung in geeigneter Weise realisiert. Dadurch kann der Hochvoltbatterie 10 elektrische Energie von der Ladestation 12 zugeführt werden.About the stator windings of the electric machine 58 and the inverter 60 can then supply electrical energy to the high-voltage battery 10 respectively. For this purpose, the IGBT's 28 . 30 of the inverter 60 by means of the control unit 52 of the inverter 60 controlled in a suitable manner. The inverter 60 So provides a clocked energy converter, the use of the inductance of the stator windings of the electric machine 58 an energy conversion realized in a suitable manner. This allows the high-voltage battery 10 electrical energy from the charging station 12 be supplied.

In zwei übereinander dargestellten schematischen Diagrammen in einem linken Bereich in 2 ist wieder die jeweilige Bezugsspannung 38 dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Bezugsspannung 38 im Wesentlichen der entspricht, wie sie auch in der in 1 dargestellten Betriebssituation entspricht. Lediglich geringe Schwankungen treten durch das Aufladen mittels einer dreiphasigen Wechselspannung auf. Entsprechend stellen sich die Verhältnisse an den Mittelanschlüssen 32, 34, 36 derart ein, wie sie bereits zur 1 dargestellt sind. Dies ist durch zwei übereinander dargestellte Diagramme in einem mittleren Bereich in dem Schaltbild der 2 dargestellt. Im rechten Bereich der 2 sind die drei Phasen der durch die Ladestation 12 bereitgestellten Wechselspannung dargestellt.In two superimposed schematic diagrams in a left area in 2 is again the respective reference voltage 38 shown. It can be seen that the reference voltage 38 essentially the same as they are in the in 1 corresponds to the operating situation shown. Only slight fluctuations occur when charging by means of a three-phase alternating voltage. Accordingly, the conditions at the center connections 32 . 34 . 36 as they already are 1 are shown. This is shown by two superimposed diagrams in a central region in the circuit diagram of 2 shown. In the right area of the 2 are the three stages of the charging station 12 provided AC voltage shown.

Mittels eines ladestationsseitig vorgesehenen Netzfilters beziehungsweise Filterschaltung 120 kann verhindert werden, dass das Bezugspotential 16 weder bezüglich der Zwischenkreisseite noch bezüglich der ladestationsseitigen Wechselspannungsseite springt.By means of a charging station provided net filter or filter circuit 120 can be prevented that the reference potential 16 neither with respect to the DC link side nor with respect to the charging station side AC side jumps.

Abhängig von einem jeweiligen Schaltmuster für die jeweiligen IGBT's 28, 30, die ein jeweiliges PWM-Muster nutzen, um die jeweilige Gegentaktspannung in Bezug auf die Netzfrequenz von 50 Hz zu realisieren, werden unterschiedliche Störkomponenten erzeugt. Die Filterschaltung 120 der Ladestation 12 ist für diese Störungen angepasst ausgebildet.Depending on a respective switching pattern for the respective IGBT's 28 . 30 , which use a respective PWM pattern to realize the respective push-pull voltage with respect to the mains frequency of 50 Hz, different noise components are generated. The filter circuit 120 the charging station 12 is designed adapted for these disorders.

4 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung den zeitlichen Verlauf eines PWM-Musters der Reihenschaltung 24 des Wechselrichters 60 mit einem Graphen 66 sowie die zugehörige integrierte Wechselspannung mit einem Graphen 68. 3 stellt die drei entsprechenden Wechselspannungen an den drei Eingangsanschlüssen des Wechselrichters 60 mit drei Graphen 70, 72 und 74 dar. In den Diagrammen 3 und 4 ist die Abszisse jeweils eine Zeitachse in der die Zeit in Millisekunden angegeben ist. Die Ordinate ist eine Spannungsachse, die die Spannung in Volt angibt. 4 shows in a schematic diagram representation of the time course of a PWM pattern of the series circuit 24 of the inverter 60 with a graph 66 and the associated integrated AC voltage with a graph 68 , 3 sets the three corresponding AC voltages at the three input terminals of the inverter 60 with three graphs 70 . 72 and 74 in the diagrams 3 and 4 the abscissa is a time axis in which the time is given in milliseconds. The ordinate is a voltage axis indicating the voltage in volts.

7 zeigt eine schematische Schaltbilddarstellung wie 2, wobei hier jedoch das Bordnetz des Elektrofahrzeugs an eine Ladestation 14 angeschlossen ist, die eine einphasige Wechselspannung 18 bereitstellt. Infolgedessen sind nunmehr vom Wechselrichter 60 lediglich noch die Reihenschaltungen 22 und 24 bezüglich der Energiewandlung aktiviert. Zusammen mit den Ständerwicklungen der elektrischen Maschine 58 wird hierdurch ein getakteter Energiewandler 20 gebildet. Der getaktete Energiewandler 20 weist einen Energiespeicheranschluss 50 auf, mit dem er am Gleichspannungszwischenkreis 54 und somit auch an der Hochvoltbatterie 10 angeschlossen ist. Somit bildet der getaktete Energiewandler 20 eine Ladeeinrichtung 46, die ausgebildet ist, an der Ladestation 14 angeschlossen zu werden. 7 shows a schematic diagram representation as 2 Here, however, the electrical system of the electric vehicle to a charging station 14 connected, which is a single-phase AC voltage 18 provides. As a result, are now from the inverter 60 only the series connections 22 and 24 activated with respect to the energy conversion. Together with the stator windings of the electric machine 58 becomes thereby a clocked energy converter 20 educated. The clocked energy converter 20 has an energy storage port 50 on, with which he at the DC voltage intermediate circuit 54 and thus also on the high-voltage battery 10 connected. Thus, the clocked energy converter forms 20 a charging device 46 that is trained at the charging station 14 to be connected.

Die Mittelanschlüsse 32 und 34 der Reihenschaltungen 22, 24 sind entsprechend mit einem Phasenanschluss L und einem Nullanschluss N der Ladestation 14 elektrisch verbunden. Ladestationsseitig wird am Phasenanschluss L gegenüber dem Nullanschluss N eine Wechselspannung von 230 V bei 50 Hz bereitgestellt. Die Ladestation 14 weist ferner ebenfalls eine Filterschaltung 120 auf.The central connections 32 and 34 the series connections 22 . 24 are correspondingly with a phase connection L and a zero connection N the charging station 14 electrically connected. Charging station side is at the phase connection L opposite the zero connection N an AC voltage of 230 V at 50 Hz provided. The charging station 14 also has a filter circuit 120 on.

Darüber hinaus ist über eine nicht dargestellte Energieversorgung, an die die Ladestation 14 angeschlossen ist, der Nullanschluss N mit einem Schutzleiteranschluss als elektrisches Bezugspotential 16 elektrisch gekoppelt. Das Bezugspotential 16 ist vorliegend das Erdpotential. Die weiteren Komponenten sowie deren Funktionalitäten entsprechen denen, wie sie bereits zur Ausführungsform gemäß der 2 bis 4 erläutert wurden, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird.In addition, via a power supply, not shown, to which the charging station 14 connected, the zero connection N with a protective conductor connection as electrical reference potential 16 electrically coupled. The reference potential 16 is in this case the earth potential. The other components as well as their functionalities correspond to those as already described for the embodiment according to the 2 to 4 which is why reference is additionally made to the relevant remarks.

Mittels der Steuereinheit 52 werden die IGBT's 28, 30 der Reihenschaltungen 22, 24 gesteuert, damit eine entsprechende Energiewandlung realisiert werden kann. Somit kann der Ladestation 14 elektrische Energie entnommen und der Hochvoltbatterie 10 zugeführt werden.By means of the control unit 52 become the IGBT's 28 30 the series connections 22 . 24 controlled, so that a corresponding energy conversion can be realized. Thus, the charging station 14 taken from electrical energy and the high-voltage battery 10 be supplied.

Im mittleren Bereich der 7 sind im Schaltplan zwei übereinander angeordnete schematische Diagramme - wie in 2 - dargestellt. Aus diesen Diagrammen ist ersichtlich, dass das Gleichtaktsignal an den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters 60 vorliegend kompensiert ist. Das obere der beiden Diagramme zeigt das Gleichtaktpotential bezüglich des negativen Potentials der Hochvoltbatterie 10 in Bezug auf das PWM-Muster, wohingegen das untere schematische Diagramm das Gleichtaktpotential in Bezug auf die Wechselspannungsfrequenz darstellt.In the middle area of the 7 are in the schematic diagram two superimposed schematic diagrams - as in 2 - shown. From these diagrams it can be seen that the common mode signal is present at the input terminals of the inverter 60 compensated in the present case. The top of the two Charts show the common mode potential with respect to the negative potential of the high-voltage battery 10 with respect to the PWM pattern, whereas the lower schematic diagram represents the common mode potential with respect to the AC frequency.

Im linken Bereich sind - ebenso wie in 2 - ebenfalls zwei schematische Diagramme übereinander dargestellt. Die beiden übereinander dargestellten Diagramme stellen jeweils die Bezugsspannung 38 bezüglich des positiven Potentials der Hochvoltbatterie 10 in Bezug auf die Masse 40 sowie des negativen Potentials in Bezug auf die Masse 40 dar. Die Masse 40 ist mit dem Bezugspotential 16 elektrisch gekoppelt.In the left area are - as well as in 2 - Also shown two schematic diagrams one above the other. The two diagrams on top of each other represent the reference voltage 38 concerning the positive potential of the high-voltage battery 10 in terms of mass 40 as well as the negative potential in relation to the mass 40 dar. The mass 40 is with the reference potential 16 electrically coupled.

Zu erkennen ist, dass die elektrischen Potentiale phasengleich mit etwa der halben Netzspannungsamplitude gegenüber der Masse 40 mit der Wechselspannungsfrequenz schwanken. Die sich daraus ergebende Bezugsspannung 38 ist also mit einer vergleichsweise hohen Wechselspannung überlagert, sodass von den Y-Kondensatoren 42, 44 ein entsprechend hoher Ableitstrom in die Masse 40 abgeführt wird.It can be seen that the electrical potentials are in phase with approximately half the mains voltage amplitude with respect to the ground 40 fluctuate with the AC voltage frequency. The resulting reference voltage 38 is therefore superimposed with a comparatively high alternating voltage, so that of the Y capacitors 42 . 44 a correspondingly high leakage current into the ground 40 is dissipated.

Aufgrund der vergleichsweise hohen Kapazität für Y-Kondensatoren kann der Ableitstrom einen unzulässig hohen Wert aufweisen. Es sind deshalb durch die Filterschaltung 120 der Ladestation 14 entsprechende Maßnahmen vorzusehen, die verhindern, dass ein entsprechend hoher Ableitstrom auftreten kann. Mit den 5 und 6 wird die Funktionalität beim einphasigen Ladebetrieb in diesem Betriebsmodus weiter verdeutlicht. Due to the comparatively high capacity for Y capacitors, the leakage current can have an inadmissibly high value. It is therefore through the filter circuit 120 the charging station 14 to provide appropriate measures that prevent a correspondingly high leakage current can occur. With the 5 and 6 the functionality for single-phase charging operation is further clarified in this operating mode.

5 entspricht der Darstellung, wie sie bereits zu 3 erläutert wurde. Mit Graphen 78 und 80 sind die entsprechenden Spannungen an den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters 60 dargestellt, die an den Mittelanschlüssen 32, 34, die die entsprechenden Eingangsanschlüsse bereitstellen, integriert vorliegen. Die Darstellung in 5 zeigt im Wesentlichen die Wechselspannungsfrequenzkomponente ohne weitere Spektra, die unter anderem durch den PWM-Betrieb ergänzend vorliegen können. 5 Corresponds to the representation as it already has 3 was explained. With graphs 78 and 80 are the corresponding voltages at the input terminals of the inverter 60 shown at the center connections 32 . 34 , which provide the corresponding input terminals, integrated exist. The representation in 5 essentially shows the AC frequency component without additional spectra, which may be complementary, inter alia, by the PWM operation.

6 zeigt in einer zeitlich gestreckten Darstellung entsprechende PWM-Signale mit Graphen 82, 84, wobei dem mit dem Graphen 78 dargestellten Spannungsverlauf das PWM-Signal zugeordnet ist, welches mit dem Graphen 84 dargestellt ist und dem mit dem Graphen 80 dargestellten Spannungsverlauf das PWM-Signal, das mit Graphen 82 dargestellt ist. Da das PWM-Signal für die Reihenschaltung 24, deren Mittelanschluss 34 an den Nullanschluss N angeschlossen ist, invertiert zu dem PWM-Signal ist, welches am Mittelanschluss 32 der Reihenschaltung 22 anliegt, die mit dem Phasenanschluss L elektrisch gekoppelt ist, sind die entsprechenden Gleichtaktspannungen konstant bei etwa der halben Zwischenkreisgleichspannung bezogen auf das negative Potential der Hochvoltbatterie 10. Jedoch ist eine Wechselspannungskomponente der Gleichtaktspannung auf der Netzseite nicht Null, weil der Nullanschluss N mit dem Bezugspotential 16 elektrisch gekoppelt ist. Da das ladestationsseitige Gleichtaktfilter der Filterschaltung 120 die relativ niedrige Wechselspannungsfrequenz von etwa 50 Hz nicht hinreichend zu filtern vermag, sind der Phasenanschluss L und der Nullanschluss N direkt an die Wechselrichteranschlüsse angeschlossen. Die wechselspannungsfrequenzbezogene Gleichtaktkomponente der Wechselrichterausgänge folgt der Wechselspannungsfrequenzgleichtaktkomponente auf der Ladestationsseite. Da keine Gleichtaktkomponente der Wechselrichteranschlüsse in Bezug auf das negative Potential der Hochvoltbatterie 10 vorliegt, folgt die Gleichtaktspannung auf der Zwischenkreisseite der Gleichtaktkomponente auf der Ladestationsseite. 6 shows in a time-expanded representation corresponding PWM signals with graphs 82 . 84 , where the with the graph 78 voltage waveform associated with the PWM signal is associated with the graph 84 is shown and that with the graph 80 shown voltage waveform the PWM signal, that with graphs 82 is shown. As the PWM signal for series connection 24 , whose middle connection 34 to the zero connection N is inverted to the PWM signal which is at the center port 32 the series connection 22 which is connected to the phase connection L is electrically coupled, the corresponding common mode voltages are constant at about half the DC link voltage relative to the negative potential of the high-voltage battery 10 , However, an AC component of the common-mode voltage on the network side is not zero because of the zero connection N with the reference potential 16 is electrically coupled. Since the charging station-side common mode filter of the filter circuit 120 the relatively low AC frequency of about 50 Hz is not able to adequately filter, are the phase connection L and the zero connection N directly connected to the inverter connections. The AC frequency-related common mode component of the inverter outputs follows the AC frequency common mode component on the charging station side. Since there is no common mode component of the inverter terminals with respect to the negative potential of the high-voltage battery 10 is present, follows the common mode voltage on the DC link side of the common mode component on the charging station side.

10 zeigt nun ein schematisches Schaltbild wie 7, wobei hier jedoch die in der 10 zusätzlich dargestellten schematischen Diagramme den aufgrund der unterschiedlichen Steuerung gemäß der Erfindung sich ergebenden Ableitstrom sowie Gleichtaktpotentiale verdeutlichen. Die Schaltungsstruktur entspricht deshalb der, wie sie bereits zu 7 erläutert wurde, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. 10 now shows a schematic diagram as 7 , although here in the 10 additionally illustrated schematic diagrams illustrate the resulting due to the different control according to the invention leakage current and common mode potentials. The circuit structure therefore corresponds to that as they already are 7 was explained, which is why reference is additionally made to the relevant remarks.

Die Idee der Erfindung ist es, ein PWM-Muster für einphasiges Laden der Hochvoltbatterie 10 zu nutzen, weil damit die vorgenannten Probleme beim einphasigen Laden gelöst werden können. Mit den 8 und 9 werden den 5 und 6 entsprechende Diagramme dargestellt, die ebenfalls Spannungsverläufe, wie zu den 5 und 6 bereits erläutert, darstellen.The idea of the invention is to provide a PWM pattern for single-phase charging of the high-voltage battery 10 to use, because so that the above problems can be solved in single-phase charging. With the 8th and 9 be the 5 and 6 corresponding diagrams are shown, which also voltage curves, such as the 5 and 6 already explained, represent.

Mit den Graphen 86 und 88 sind in 8 jeweilige Spannungen an den Wechselrichteranschlüssen entsprechend der Darstellung gemäß 5 gezeigt. 9 zeigt eine zeitlich vergrößerte Auflösung, wobei ebenfalls die Graphen 86 und 88 dargestellt sind. Darüber hinaus sind ergänzend zugeordnete PWM-Signale mit Graphen 90, 92 dargestellt. Dabei ist das PWM-Signal gemäß dem Graphen 90 dem Spannungsverlauf gemäß dem Graphen 86 und das PWM-Signal gemäß dem Graphen 92 dem Spannungsverlauf gemäß dem Graphen 88 zugeordnet.With the graphs 86 and 88 are in 8th respective voltages at the inverter terminals as shown in FIG 5 shown. 9 shows a temporally increased resolution, where also the graphs 86 and 88 are shown. In addition, there are supplementary associated PWM signals with graphs 90 . 92 shown. The PWM signal is according to the graph 90 the voltage curve according to the graph 86 and the PWM signal according to the graph 92 the voltage curve according to the graph 88 assigned.

Zu erkennen ist in 10 in den im linken Bereich übereinander dargestellten schematischen Diagrammen, dass die Bezugsspannung 38 im Unterschied zur 7 im Wesentlichen eine Gleichspannung ist. Entsprechend ist auch das negative Potential der Hochvoltbatterie 10 gegenüber der Masse 40 eine Gleichspannung. Infolgedessen sind die Y-Kondensatoren 42, 44 nunmehr im Wesentlichen jeweils mit einer konstanten Spannung beaufschlagt, sodass der Ableitstrom durch diese Kondensatoren erheblich reduziert ist.It can be seen in 10 in the schematic diagrams, which are shown one above the other in the left area, that the reference voltage 38 unlike 7 is essentially a DC voltage. The negative potential of the high-voltage battery is also corresponding 10 opposite to the mass 40 a DC voltage. As a result, the Y capacitors 42 . 44 now essentially each acted upon by a constant voltage, so that the leakage current is significantly reduced by these capacitors.

Durch das Steuerungsprinzip der Erfindung kann somit die zuvor genannte Problematik bezüglich des Ableitstroms reduziert, wenn nicht sogar vollständig vermieden werden. An den Wechselrichteranschlüssen, die durch die Mittelanschlüsse 32, 34 gebildet sind, stellen sich gegenüber der Ausgestaltung gemäß 7 andere Spannungen ein. Zu erkennen ist, dass in dem oberen Diagramm im mittleren Bereich der 10 das Gleichtaktpotential in Bezug auf das negative Potential der Hochvoltbatterie 10 mit der Taktfrequenz des Wechselrichters 60 schwankt. Aus dem darunter dargestellten schematischen Diagramm ist ersichtlich, dass das Gleichtaktpotential in Bezug auf das negative Potential der Hochvoltbatterie 10 einen signifikanten spektralen Anteil bei der Wechselspannungsfrequenz aufweist, wobei hier eine Wechselspannung von etwa 115 V vorliegt. Insgesamt kann mit der Erfindung also eine Reduzierung des Ableitstroms im Bereich der Wechselspannungsfrequenz erreicht werden. Zwar ist hier im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß der 5 bis 7 die Taktfrequenz des Wechselrichters 60 ergänzend zu entstören, jedoch ist diese Frequenz im Vergleich zur Wechselspannungsfrequenz erheblich höher, beispielsweise 10 kHz, weshalb diese hohe Frequenz mit vergleichsweise geringem Filteraufwand in geeigneter Weise gefiltert werden kann.By the control principle of the invention can thus be reduced, if not completely avoided, the aforementioned problem with respect to the leakage current. At the inverter connections, through the center connections 32 . 34 are formed, facing the embodiment according to 7 other voltages. It can be seen that in the upper diagram in the middle of the 10 the common mode potential with respect to the negative potential of the high-voltage battery 10 with the clock frequency of the inverter 60 fluctuates. From the schematic diagram below it can be seen that the common mode potential with respect to the negative potential of the high-voltage battery 10 has a significant spectral component at the AC frequency, in which case an AC voltage of approximately 115 V is present. Overall, a reduction of the leakage current in the range of the AC voltage frequency can thus be achieved with the invention. Although here in contrast to the embodiment according to the 5 to 7 the clock frequency of the inverter 60 In addition to suppress noise, however, this frequency is considerably higher compared to the AC voltage frequency, for example 10 kHz, which is why this high frequency can be filtered in a suitable manner with comparatively little filter effort.

In den folgenden 11 bis 20 werden verschiedene Simulationen und deren Ergebnisse dargestellt, mit denen die Wirkung der Erfindung weiter verdeutlich wird.In the following 11 to 20 various simulations and their results are shown, with which the effect of the invention is further clarified.

11 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild für eine Simulation einer symmetrischen Vollbrücke bei einem Gleichtaktstrom beziehungsweise Ableitstrom zum Bezugspotential 16 mit einer Frequenz von etwa 50 Hz bei einem symmetrischen Vollbrückenbetrieb mit einem geeigneten PWM-Muster. 12 zeigt ein schematisches Spannungs- beziehungsweise Strom-Zeit-Diagramm, bei dem mit Graphen 94 und 96 Wechselspannungen an den Wechselrichteranschlüssen des Wechselrichters 60 dargestellt sind, wobei lediglich der spektrale Anteil im Bereich von 50 Hz in Bezug auf das negative Potential der Hochvoltbatterie 10 dargestellt ist. Mit einem Graphen 98 ist der Ableitstrom zum Bezugspotential 16 dargestellt, der durch die Y-Kondensatoren 42, 44 sowie gegebenenfalls weitere Y-Kondensatoren des Netzfilters beziehungsweise der Filterschaltung 120 bewirkt wird. Die elektrische Kapazität der Y-Kondensatoren einer jeweiligen Phase des Netzfilters beziehungsweise der Filterschaltung 120 beträgt in der Regel etwa 22 nF. 11 shows a schematic equivalent circuit diagram for a simulation of a balanced full bridge at a common mode current or leakage current to the reference potential 16 with a frequency of about 50 Hz in a symmetrical full bridge operation with a suitable PWM pattern. 12 shows a schematic voltage or current-time diagram, in which with graphs 94 and 96 AC voltages at the inverter terminals of the inverter 60 only the spectral component in the range of 50 Hz with respect to the negative potential of the high-voltage battery 10 is shown. With a graph 98 is the leakage current to the reference potential 16 represented by the Y capacitors 42 . 44 and optionally further Y capacitors of the network filter or the filter circuit 120 is effected. The electrical capacitance of the Y capacitors of a respective phase of the network filter or the filter circuit 120 is usually about 22 nF.

13 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild wie 11, bei welchem nunmehr der getaktete Energiewandler 20 gemäß der Erfindung betrieben wird. 14 zeigt eine Darstellung wie 12, bei der mittels Graphen 100 und 102 die entsprechenden Wechselspannungen an den Mittelanschlüssen 32, 34 des getakteten Energiewandlers 20 für einen spektralen Bereich um die Wechselspannungsfrequenz von 50 Hz dargestellt sind. Mit einem Graphen 104 ist der entsprechende Ableitstrom dargestellt. Im Vergleich zu der Darstellung gemäß der 11 und 12 ist ersichtlich, dass durch das Steuerungsprinzip der Erfindung der Ableitstrom nahezu vollständig reduziert werden kann. 13 shows a schematic equivalent circuit diagram 11 in which now the clocked energy converter 20 operated according to the invention. 14 shows a representation like 12 in which by means of graphs 100 and 102 the corresponding alternating voltages at the center connections 32 . 34 the clocked energy converter 20 are shown for a spectral range around the AC frequency of 50 Hz. With a graph 104 the corresponding leakage current is shown. Compared to the representation according to the 11 and 12 It can be seen that the leakage current can be almost completely reduced by the control principle of the invention.

15 zeigt eine weitere schematische Ersatzschaltbilddarstellung basierend auf den Ersatzschaltbilddarstellungen der 11 und 13, wobei zur weiteren Reduzierung des Ableitstroms ein erwarteter Spannungsabfall über Filterinduktivitäten des Netzfilters beziehungsweise der Filterschaltung 120 der Ladestation 14 in der Leitung des Nullanschlusses N verursacht durch den Ableitstrom beziehungsweise den Ladestrom zur Spannung am entsprechenden Wechselrichteranschluss hinzuaddiert wird. 16 zeigt die entsprechenden Auswirkungen in einem Diagramm wie 12 und 14. 15 FIG. 12 shows another schematic equivalent circuit diagram based on the equivalent circuit diagrams of FIG 11 and 13 wherein, for further reduction of the leakage current, an expected voltage drop across filter inductances of the network filter or the filter circuit 120 the charging station 14 in the line of the zero connection N caused by the leakage current or the charging current is added to the voltage at the corresponding inverter terminal. 16 shows the corresponding effects in a chart like 12 and 14 ,

In dem schematischen Diagramm der 16 sind mit Graphen 106 und 108 wieder die entsprechenden Wechselspannungen an den Mittelanschlüssen 32, 34 des getakteten Energiewandlers 20 dargestellt. Mit einem Graphen 110 ist dagegen wieder der Ableitstrom dargestellt. Ersichtlich ist auch hier, dass der Ableitstrom gegenüber der Simulation gemäß der 11 und 12 erheblich reduziert ist.In the schematic diagram of 16 are with graphs 106 and 108 again the corresponding AC voltages at the center connections 32 . 34 the clocked energy converter 20 shown. With a graph 110 on the other hand, the leakage current is shown again. It is also apparent here that the leakage current compared to the simulation according to the 11 and 12 is considerably reduced.

In den Ausführungsbeispielen ist Wechselrichter 60 ausgebildet, einen Teil des getakteten Energiewandlers 20 der Ladeeinrichtung 46 bereitzustellen. Der getaktete Energiewandler 20 umfasst somit vorliegend die Reihenschaltungen 22, 24 des Wechselrichters 60, deren Mittelanschlüsse 32, 34 an die entsprechenden Anschlüsse der Ladestation 14, nämlich dem Phasenanschluss L und dem Nullanschluss N angeschlossen sind. Für den Betrieb des getakteten Energiewandlers 20 wird somit nicht nur der Wechselrichter 60, sondern auch seine Steuereinheit 52 genutzt, die somit auch eine Energiewandlersteuerung umfasst, die für die erfindungsgemäße Verfahrensführung ausgebildet ist.In the embodiments is inverter 60 trained, a part of the clocked energy converter 20 the charging device 46 provide. The clocked energy converter 20 Thus, in this case, the series circuits comprise 22 . 24 of the inverter 60 whose central connections 32 . 34 to the corresponding connections of the charging station 14 namely the phase connection L and the zero connection N are connected. For the operation of the clocked energy converter 20 So it's not just the inverter 60 but also its control unit 52 used, which thus also includes an energy converter control, which is designed for the process control according to the invention.

In 17 ist schematisch ein Ersatzschaltbild dargestellt, bei dem lediglich den IGBT' s 28 , 30 parallelgeschaltete Inversdioden D1, D2, D3, D4 dargestellt sind. Mit diesem Ersatzschaltbild soll erläutert werden, wie es der Ladeeinrichtung 46 ermöglicht ist, festzustellen, welcher der Anschlüsse des getakteten Energiewandlers 20, nämlich welcher der Mittelanschlüsse 32, 34, mit dem Phasenanschluss L und welcher der Mittelanschlüsse 32, 34 mit dem Nullanschluss N elektrisch gekoppelt ist. Dies ist für die Steuerung des getakteten Energiewandlers im Sinne der erfindungsgemäßen Verfahrensführung von Nutzen.In 17 schematically an equivalent circuit diagram is shown in which only the IGBT 's 28 , 30 parallel inverse diodes D1 . D2 . D3 . D4 are shown. This replacement circuit diagram is intended to explain how the charging device 46 allows to determine which of the connections of the clocked energy converter 20 , namely which of the center connections 32 . 34 , with the phase connection L and which of the center connections 32 . 34 with the zero connection N is electrically coupled. This is for the control of the clocked energy converter in the sense of the process control according to the invention of use.

Dem Grunde nach besteht natürlich die Möglichkeit, die entsprechenden Spannungen an jedem der Mittelanschlüsse 32, 34 gegenüber dem Bezugspotential 16 zu messen. Für andere Anwendungen, bei denen eine solche Spannung nicht gemessen werden kann, kann eine Zustandsinformation des Wechselrichters 60 beziehungsweise des durch den Wechselrichter 60 bereitgestellten getakteten Energiewandlers 20 genutzt werden, die mittels entsprechender nicht dargestellter Treibereinheiten, die die entsprechenden IGBT's 28, 30 entsprechend ansteuern, ermittelt werden kann. Aus den hierdurch gewonnenen Informationen kann ermittelt werden, welcher der Mittelanschlüsse 32, 34 mit dem Phasenanschluss L und welcher mit dem Nullanschluss N elektrisch verbunden ist.Basically, of course, there is the possibility of applying the appropriate voltages to each of the center connections 32 . 34 opposite the reference potential 16 to eat. For other applications in which such a voltage can not be measured, a state information of the inverter 60 or by the inverter 60 provided clocked energy converter 20 be used by means of corresponding unillustrated driver units, the corresponding IGBT's 28 . 30 accordingly, can be determined. From the information obtained thereby it can be determined which of the middle connections 32 . 34 with the phase connection L and which with the zero connection N electrically connected.

18 zeigt ein entsprechendes Zeitdiagramm wie die 12, 14, 16, mit welchem die vorgenannte Messmethode weiter verdeutlicht werden soll. Weil die Zwischenkreisseite des Wechselrichters 60 beziehungsweise des getakteten Energiewandlers 20 über die Y-Kondensatoren 42, 44 mit der Masse 40 und infolgedessen mit dem Bezugspotential 16 verbunden ist, ist die Spannung über den IGBT's 28, 30, die in 17 lediglich durch ihre entsprechenden Dioden D1, D2, D3, D4 dargestellt sind, sehr unterschiedlich für den Anschluss an den Phasenanschluss L und den Nullanschluss N. Dies wird mit 18 verdeutlicht. Hierzu nutzt diese Ausgestaltung eine Funktion der entsprechenden Treibereinheiten, die ein Zustandssignal liefern, und zwar abhängig von einem Schaltzustand des jeweiligen IGBT's 28, 30. 18 shows a corresponding time diagram like the 12 . 14 . 16 with which the aforementioned measuring method is to be further clarified. Because the DC link side of the inverter 60 or the clocked energy converter 20 over the Y capacitors 42 . 44 with the crowd 40 and consequently with the reference potential 16 is connected, the voltage across the IGBT's 28 . 30 , in the 17 only through their corresponding diodes D1 . D2 . D3 . D4 are shown, very different for connection to the phase connection L and the zero connection N , This is with 18 clarified. For this purpose, this embodiment uses a function of the corresponding driver units that provide a status signal, depending on a switching state of the respective IGBT's 28 . 30 ,

Das Zustandssignal ist abhängig von einer an einer Schaltstrecke des jeweiligen IGBT 28, 30 gemessenen elektrischen Spannung. Ist diese Spannung kleiner als etwa 4 V, was einer vorgegebenen Vergleichsspannung entspricht, wird dies als eingeschalteter Zustand mit einem geeigneten Signal gemeldet. Entsprechend wird eine erfasste Spannung, die größer als etwa 4 V ist, mit einem geeigneten Signal als ausgeschalteter Zustand gemeldet. Dabei nutzt diese Ausgestaltung die Tatsache, dass der ein- beziehungsweise ausgeschaltete Zustand des jeweiligen IGBT 28, 30, der mit dem Phasenanschluss L elektrisch gekoppelt ist, hin- und herspringt, wohingegen ein entsprechender Zustand der IGBT's 28, 30, die mit dem Nullanschluss N elektrisch gekoppelt sind, konstant den ausgeschalteten Zustand anzeigen.The status signal is dependent on one on a switching path of the respective IGBT 28 . 30 measured electrical voltage. If this voltage is less than approximately 4 V, which corresponds to a predetermined reference voltage, this is signaled as a switched-on state with a suitable signal. Accordingly, a detected voltage greater than about 4 V is reported as being off with an appropriate signal. In this case, this embodiment uses the fact that the on or off state of the respective IGBT 28 . 30 that with the live connection L is electrically coupled, jumping back and forth, whereas a corresponding state of the IGBT's 28 . 30 that with the null connection N are electrically coupled, constantly indicate the off state.

Wenn eine Gleichspannung aufgrund einer passiven Gleichrichtung über die Inversdioden D1, D2, D3, D4 ermittelt wird, die nicht durch irgendeine andere Gleichspannungsquelle erhöht wird, ist die gleichgerichtete Gleichspannung mit dem Bezugspotential 16 gekoppelt. Ohne die Y-Kondensatoren 42, 44 des Gleichspannungszwischenkreises 54 würde die gleichgerichtete Spannung lediglich bis zur maximalen Spitzenspannung der zugeführten Wechselspannung ansteigen. Weil die Y-Kondensatoren 42, 44 auf der Zwischenkreisseite wie Bootstrap-Kondensatoren wirken, wenn die Wechselspannungsseite nicht symmetrisch bezüglich des Bezugspotentials 16 ist, steigt die Gleichspannung bis etwa zur doppelten Spitzenspannung der Wechselspannung an, wenn der Phasenanschluss L oder der Nullanschluss N mit dem Bezugspotential 16 gekoppelt werden. 18 verdeutlicht dies.When a DC voltage due to passive rectification across the inverse diodes D1 . D2 . D3 . D4 is detected, which is not increased by any other DC voltage source is the rectified DC voltage with the reference potential 16 coupled. Without the Y capacitors 42 . 44 of the DC intermediate circuit 54 For example, the rectified voltage would only rise to the maximum peak voltage of the supplied AC voltage. Because the Y capacitors 42 . 44 act on the DC link side like bootstrap capacitors, if the AC side is not symmetrical with respect to the reference potential 16 is, the DC voltage increases to about twice the peak voltage of the AC voltage when the phase connection L or the zero connection N with the reference potential 16 be coupled. 18 clarifies this.

Mit einem Graphen 114 ist in 18 die entsprechende Spannung der IGBT's 28, 30 dargestellt, die mit dem Phasenanschluss L gekoppelt sind. Mit dem Graphen 112 ist die Situation für die IGBT's 28, 30 dargestellt, die am Nullanschluss N angeschlossen sind. Ein Graph 116 stellt das Bezugspotential 16 dar. Aus 18 ist ersichtlich, dass auf einfache Weise ermittelt werden kann, dass die Dioden D1 und D3 mit dem Phasenanschluss L gekoppelt sind. Entsprechend sind ihre IGBT's 28, 30 mit dem Phasenanschluss L elektrisch gekoppelt. Dies kann zum Steuern der IGBT's 28, 30 genutzt werden, um die erfindungsgemäße Verfahrensführung realisieren zu können.With a graph 114 is in 18 the corresponding voltage of the IGBT's 28 . 30 shown connected to the phase connection L are coupled. With the graph 112 is the situation for the IGBT's 28 . 30 shown at the zero connection N are connected. A graph 116 represents the reference potential 16 out 18 It can be seen that it can be easily determined that the diodes D1 and D3 with the phase connection L are coupled. Accordingly, their IGBTs are 28 . 30 with the phase connection L electrically coupled. This can be used to control the IGBT's 28 . 30 be used to realize the process control according to the invention can.

19 zeigt in einer schematischen Darstellung wie 18 Detektionsbereiche 118, die genutzt werden können, um die Zuordnung der durch die Ladestation 14 bereitgestellten Anschlüsse zum Bezugspotential 16 ermitteln zu können. 19 shows in a schematic representation as 18 detection areas 118 that can be used to assign the by the charging station 14 provided connections to the reference potential 16 to be able to determine.

Insgesamt zeigen die Ausführungsbeispiele, wie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Ableitströme insbesondere beim Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit einer einphasigen Wechselspannung einer Ladestation reduziert werden können. Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.Overall, the exemplary embodiments show how leakage currents, in particular when charging an electrical energy store of a motor vehicle with a single-phase AC voltage of a charging station, can be reduced with the method according to the invention. The embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit this.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
HochvoltbatterieHigh-voltage battery
1212
Ladestationcharging station
1414
Ladestationcharging station
1616
Bezugspotentialreference potential
1818
WechselspannungAC
2020
Energiewandlerenergy converters
2222
Reihenschaltungseries connection
2424
Reihenschaltungseries connection
2626
Reihenschaltungseries connection
2828
HalbleiterschalternSemiconductor switches
2828
IGBTIGBT
3030
IGBTIGBT
3232
Mittelanschlussmedium connection
3434
Mittelanschlussmedium connection
3636
Mittelanschlussmedium connection
3838
Bezugsspannungreference voltage
4040
MasseDimensions
4242
Y-KondensatorY-capacitor
4444
Y-KondensatorY-capacitor
4646
Ladeeinrichtungloader
4848
LadestationsanschlussCharging Connector
5050
EnergiespeicheranschlussEnergy storage connection
5252
Steuereinheitcontrol unit
5454
GleichspannungszwischenkreisDc link
5656
Antriebseinrichtungdriving means
5858
elektrische Maschineelectric machine
6060
Wechselrichterinverter
6262
Sternpunktstar point
6464
Drosselthrottle
6666
Graphgraph
7070
Graphgraph
7272
Graphgraph
7474
Graphgraph
7676
Graphgraph
7878
Graphgraph
8080
Graphgraph
8282
Graphgraph
8484
Graphgraph
8686
Graphgraph
8888
Graphgraph
9090
Graphgraph
9292
Graphgraph
9494
Graphgraph
9696
Graphgraph
9898
Graphgraph
100100
Graphgraph
102102
Graphgraph
104104
Graphgraph
106106
Graphgraph
108108
Graphgraph
110110
Graphgraph
112112
Graphgraph
114114
Graphgraph
116116
Graphgraph
118118
Detektionsbereichdetection range
120120
Filterschaltungfilter circuit
LL
Phasenanschlussphase connection
NN
Nullanschlusszero connection
D1 bis D4D1 to D4
Inversdiodeninverse diodes

Claims (11)

Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (10) eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen Ladestation (14), bei dem die Ladestation (14) eine einphasige elektrische Wechselspannung (18) in Bezug auf ein vorgegebenes elektrisches Bezugspotential (16) bereitstellt, wobei der elektrische Energiespeicher (10) mittels eines getakteten Energiewandlers (20) mit der fahrzeugexternen Ladestation (14) elektrisch gekoppelt wird, wobei der getaktete Energiewandler die elektrische Energie mittels wenigstens zwei parallelgeschalteten Reihenschaltungen (22, 24) aus jeweils zwei Schaltelementen (28, 30) wandelt, zu welchem Zweck jeweilige Mittelanschlüsse (32, 34) der Reihenschaltungen (22, 24) mit der Ladestation (14) elektrisch gekoppelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (28, 30) zumindest abhängig von einer elektrischen Bezugsspannung (38) zwischen einem von wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen des elektrischen Energiespeichers (10) und dem elektrischen Bezugspotential (16) gesteuert werden.A method of charging an electrical energy store (10) of a motor vehicle with electrical energy from a vehicle external charging station (14), wherein the charging station (14) provides a single phase AC electrical voltage (18) with respect to a predetermined electrical reference potential (16); electrical energy store (10) by means of a clocked energy converter (20) with the vehicle external charging station (14) is electrically coupled, wherein the clocked energy converter by means of at least two parallel series circuits (22, 24) of two switching elements (28, 30) converts for which purpose respective center connections (32, 34) of the series connections (22, 24) are electrically coupled to the charging station (14), characterized in that the switching elements (28, 30) are connected between at least one electrical reference voltage (38) of at least two energy storage potentials of the electrical Energiespe Iers (10) and the electrical reference potential (16) are controlled. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung (18) mit einer vorgegeben Wechselspannungsfrequenz bereitgestellt wird und zum Steuern der Schaltelemente (28, 30) lediglich ein spektraler Anteil der elektrischen Bezugsspannung (38) in einem vorgegebenen Bereich der Wechselspannungsfrequenz berücksichtigt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that the AC voltage (18) is provided with a predetermined AC voltage frequency and for controlling the switching elements (28, 30) only a spectral portion of the electrical reference voltage (38) is taken into account in a predetermined range of the AC frequency. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (28, 30) derart gesteuert werden, dass die elektrische Bezugsspannung (38) im Wesentlichen konstant ist.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the switching elements (28, 30) are controlled such that the electrical reference voltage (38) is substantially constant. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (28, 30) derart gesteuert werden, dass die elektrische Bezugsspannung (38) 40% bis 60%, vorzugsweise 50%, einer elektrischen Energiespeicherspannung zwischen den wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen des elektrischen Energiespeichers (10) entspricht. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the switching elements (28, 30) are controlled such that the electrical reference voltage (38) 40% to 60%, preferably 50%, of an electrical energy storage voltage between the at least two energy storage potentials of the electrical energy storage (10). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der elektrischen Potentiale (N) der elektrischen Wechselspannung mit dem elektrischen Bezugspotential (38) elektrisch gekoppelt ist, wobei die Mittelanschlüsse (32, 34) der beiden Reihenschaltungen (22, 24) mit den beiden von der Ladestation (14) zur Verfügung gestellten Anschlüssen (L, N) gekoppelt sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that one of the electrical potentials (N) of the alternating electrical voltage is electrically coupled to the electrical reference potential (38), wherein the middle terminals (32, 34) of the two series circuits (22, 24) with the both terminals (L, N) provided by the charging station (14) are coupled. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (28, 30) jeweils eine Inversdiode (D1, D2, D3, D4) aufweisen, wobei die Schaltelemente (28, 30) ausgeschaltet werden und jeweilige elektrische Schaltelementspannungen erfasst und ausgewertet werden, um zu ermitteln, welcher der Mittelanschlüsse (32, 34) mit dem Bezugspotential (16) elektrisch gekoppelt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the switching elements (28, 30) each have an inverse diode (D1, D2, D3, D4), wherein the switching elements (28, 30) are turned off and respective electrical switching element voltages are detected and evaluated to determine which of the center terminals (32, 34) is electrically coupled to the reference potential (16). Ladeeinrichtung (46) zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (10) eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie von einer fahrzeugexternen Ladestation (14), mit einem Ladestationsanschluss (48) zum Zuführen einer einphasigen elektrischen Wechselspannung (18) in Bezug auf ein vorgegebenes elektrisches Bezugspotential (16), einem Energiespeicheranschluss (50) zum elektrischen Koppeln des elektrischen Energiespeichers (10), einem getakteten Energiewandler (20) mit wenigstens zwei Reihenschaltungen (22, 24) aus jeweils zwei Schaltelementen (28, 30), wobei die Reihenschaltungen (22, 24) parallelgeschaltet und mit dem Energiespeicheranschluss (50) elektrisch gekoppelt sind, wobei jede der wenigstens zwei Reihenschaltungen (22, 24) einen Mittelanschluss (32, 34) aufweist und wobei die Mittelanschlüsse (32, 34) elektrisch mit dem Ladestationsanschluss (48) gekoppelt sind, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (52), die ausgebildet ist, die Schaltelemente (28, 30) zumindest abhängig von einer elektrischen Bezugsspannung (38) zwischen einem von wenigstens zwei Energiespeicherpotentialen am Energiespeicheranschluss (50) und dem elektrischen Bezugspotential (16) zu steuern.Charging device (46) for charging an electrical energy store (10) of a motor vehicle with electrical energy from a vehicle-external charging station (14), with a charging station connection (48) for supplying a single-phase electrical alternating voltage (18) with respect to a predetermined electrical reference potential (16) an energy storage connection (50) for electrically coupling the electrical energy store (10), a clocked energy converter (20) having at least two series circuits (22, 24) each of two switching elements (28, 30), wherein the series circuits (22, 24) connected in parallel and to the energy storage terminal (50) electrically coupled to each of said at least two series circuits (22, 24) has a medium connection (32, 34) and wherein the fluid connections (32, 34) electrically connected to the charging station terminal (48) are coupled, characterized by a control unit (52), which is formed, the switching elements (28, 30) at least dependent ig of an electrical reference voltage (38) between one of at least two energy storage potentials on the energy storage connection (50) and the electrical reference potential (16) to control. Ladeeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestationsanschluss (48) mit dem getakteten Energiewandler galvanisch gekoppelt ist.Charging after Claim 7 , characterized in that the charging station connection (48) is galvanically coupled to the clocked energy converter. Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz, das einen Gleichspannungszwischenkreis (54) und einen an dem Gleichspannungszwischenkreis (54) angeschlossenen elektrischen Energiespeicher (10) aufweist, einem Ladestationsanschluss (48) zum Anschließen an eine fahrzeugexterne, eine einphasige elektrische Wechselspannung (18) bereitstellende Ladestation (14) und einer mit dem Ladestationsanschluss (48) und dem elektrischen Energiespeicher (10) elektrisch gekoppelte Ladeeinrichtung (46) zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers (10) mit elektrischer Energie von der Ladestation (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (46) nach Anspruch 7 oder 8 ausgebildet ist.Motor vehicle with an electrical vehicle electrical system which has a DC intermediate circuit (54) and an electrical energy store (10) connected to the DC intermediate circuit (54), a charging station connection (48) for connection to a charging station (14) providing a single-phase electrical AC voltage (18) ) and one to the charging station (48) and the electrical energy storage (10) electrically coupled charging device (46) for charging the electrical energy storage device (10) with electrical energy from the charging station (14), characterized in that the charging device (46) Claim 7 or 8th is trained. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine elektrische Antriebseinrichtung (56), die eine dreiphasige elektrische Maschine (58) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einen an die elektrische Maschine (58) und das Bordnetz angeschlossenen Wechselrichter (60) aufweist, der ausgebildet ist, ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz für die elektrische Maschine (58) bereitzustellen, wobei der Wechselrichter (60) ausgebildet ist, den getakteten Energiewandler (20) der Ladeeinrichtung (46) bereitzustellen.Motor vehicle after Claim 9 characterized by an electric drive device (56) which has a three - phase electrical machine (58) for driving the motor vehicle and an inverter (60) connected to the electrical machine (58) and the electrical system, which is designed to provide a three - phase alternating voltage network for the electrical machine (58), wherein the inverter (60) is adapted to provide the clocked energy converter (20) of the charging device (46). Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der getaktete Energiewandler (20) über Phasenwicklungen der elektrischen Maschine (58) mit dem Ladestationsanschluss (48) elektrisch gekoppelt ist.Motor vehicle after Claim 10 , characterized in that the clocked energy converter (20) via phase windings of the electric machine (58) to the charging station terminal (48) is electrically coupled.
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