DE102018124787A1

DE102018124787A1 - Ladevorrichtung und elektrisches Antriebssystem mit einer derartigen Ladevorrichtung

Info

Publication number: DE102018124787A1
Application number: DE102018124787.7A
Authority: DE
Inventors: Katja Stengert
Original assignee: ThyssenKrupp AG
Current assignee: Jheeco eDrive AG Liechtenstein
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2020-04-09
Also published as: CN216467384U; WO2020074383A1; DE212020000285U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeschaltung zum Laden einer Batterie 7 eines mit einem elektrischen Antriebsmotor 2 ausgebildetem Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer Induktivität, und einem Antriebsumrichter 3, der im Antriebsbetrieb des Kraftfahrzeugs die Gleichspannung der Batterie 7 für den elektrischen Antriebsmotor 2 wandelt und einen Zwischenkreismittelpunkt (5) aufweist, wobei die wenigstens eine Induktivität zusammen mit dem Antriebsumrichter 3 für einen Ladebetrieb der Batterie 7 als Hochsetzsteller dient. Zur Leistungsoptimierung ist der Zwischenkreismittelpunkt 5 mit einer Eingangsspannung einer Ladungsquelle 8 und/oder der Induktivität permanent oder temporär verschalten bzw. verschaltbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines mit einem elektrischen Antriebsmotor ausgebildeten Kraftfahrzeugs sowie ein elektrisches Antriebssystem mit einer derartigen Ladevorrichtung.
Zum Laden von Elektrofahrzeugen kommen unterschiedliche Ladekonzepte zum Einsatz. Das Laden mit Wechselstrom über die Haussteckdose ist nahezu überall verfügbar, weist jedoch nur geringe Ladeleistungen von unter 5 kW auf. Demgegenüber sind beim Schnelladen an Gleichstromquellen (DC-Laden), etwa über spezielle Ladesäulen, sehr viel höhere Leistungen möglich (50 kW und darüber). Dies erfordert jedoch eine Anpassung der Spannung, wenn das Spannungslevel der Ladesäule, typischerweise 400 V DC, geringer ist als das Spannungslevel der Fahrzeugbatterie, insbesondere der zukünftigen Generationen mit typischerweise 800V DC.
Zur Anpassung des Spannungslevels können Hochsetzsteller, auch unter den Begriffen „Aufwärtswandler“, „Boost-Converter“ oder „Step-Up-Converter“ bekannt, als separate Baueinheiten verwendet werden. Es ist aber auch möglich, einen ohnehin vorhandenen Wechselrichter (im Englischen auch als „Inverter“ bezeichnet) des Traktions- bzw. Elektromotors als Hochsetzsteller zur Gleichspannungswandlung zu verwenden. Um im Wechselrichter nicht zusätzliche Induktivitäten für die Hochsetzstellung verwenden zu müssen, ist es bekannterweise möglich, die Wicklungen des Traktionsmotors als Lade-Induktivitäten zu nutzen:

DE 10 2016 209 905 A1 zeigt eine Schnellladeeinheit für ein Elektrofahrzeug, wobei der Wechselrichter des Traktionsmotors in Verbindung mit den Motorspulen als Hochsetzsteller dient.

DE 10 2009 052 680 A1 zeigt die Vorschaltung eines Tiefsetzstellers vor dem Wechselrichter.
DE 10 2016 218 304 B3 zeigt einen 3-Level-Wechselrichter in NPC-Konfiguration (Abkürzung für „neutral point clamped“) für ein Elektrofahrzeug, welcher im Schnell-Ladebetrieb als Hochsetzsteller betrieben werden kann, wobei für die Hochsetzstellung externe Induktivitäten zum Einsatz kommen.
Neben den 2-Level-Wechselrichtern, welche 2 Spannungslevel aufweisen, z.B. 0V und 800V, existieren für Elektrofahrzeuge auch 3-Level-Wechselrichter, die zusätzlich ein drittes Spannungslevel aufweisen, z.B. 0V,400V und 800V.
Insbesondere bei 3-Level-Wechselrichtern mit NPC-Topologie reduzieren sich die an den Schaltelementen der Halbbrücken anliegenden Spannungen in Sperrrichtung auf etwa die Hälfte der Nennspannung, z.B. 400V. Diese sind entsprechend nur noch auf diese Sperrspannung ausgelegt. Gleichzeitig verbietet die zulässige Sperrspannung Schaltzustände, bei denen eine Spannung höher als die zulässige Sperrspannung anliegt. Ein solcher unzulässiger Zustand liegt beispielsweise vor, wenn nur ein Schaltelement sperrt, während die anderen alle leitend geschalten sind. Dies gilt auch im Betrieb als Hochsetzsteller. Da ein zeitgleiches Durchschalten zweier Schaltelemente praktisch nicht möglich ist, müssen die Schaltelemente zeitlich versetzt in Zielzustände geschaltet werden, z.B. werden zuerst ein inneres und dann ein äußeres Schaltelement geschaltet. In dieser Zeit fließt ein Strom in den Mittelpunkt des Zwischenkreises und lädt diesen (bzw. dessen Kondensator) unerwünschterweise und mit jedem Schaltzyklus weiter auf. Überschreitet die Spannung des Zwischenkreismittelpunktes die zulässige Sperrspannung der Schaltelemente bzw.
Dioden oder überschreitet die Spannung des Zwischenkreismittelpunktes die zulässige Spannung des Kondensators, wird das betroffene Element versagen und führt zu einem Defekt des Wechselrichters. Dies muss vermieden werden. Um nun eine Batterie eines Elektrofahrzeugs mit bestehenden DC-Ladestationen aufzuladen, ist fahrzeugseitig ein Anpassungselement in Form eines DC/DC-Wandlers gewünscht. Kommt nun als Schalttopologie ein 3-Level NPC Wechselrichter zur Anwendung und möchte man diesen gleichzeitig als DC/DC-Wandler verwenden, so muss eine Lösung für die Spannungs-Balancierung der Zwischenkreismittelpunktsspannung (im Zwischenkreismittelpunkt zwischen zwei Zwischenkreiskapazitäten C1 und C2), d.h. das Festhalten bzw. Beibehalten einer Zwischenkreismittelpunktsspannung, gesucht.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines mit einem Elektromotor ausgebildeten Kraftfahrzeugs anzugeben. Dabei soll insbesondere darauf geachtet werden, dass sich im Ladebetrieb die Spannung im Zwischenkreismittelpunkt nicht in technisch relevantem Ausmaß, insbesondere nicht über die zulässige Sperrspannung der Halbleiter, verschiebt.
Hierzu wird erfindungsgemäß eine Ladevorrichtung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Es handelt sich insbesondere um eine Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines mit einem elektrischen Antriebsmotor ausgebildeten Kraftfahrzeugs, mit einer Induktivität und einem Antriebsumrichter, der im Antriebsbetrieb des Kraftfahrzeugs die Gleichspannung der Batterie für den elektrischen Antriebsmotor wandelt und einen Zwischenkreismittelpunkt aufweist, wobei die Induktivität zusammen mit dem Antriebsumrichter für einen Ladebetrieb der Batterie als Hochsetzsteller dient. Dabei ist der Zwischenkreismittelpunkt mit einer Eingangsspannung einer Ladungsquelle und/oder der Induktivität über einen Ausgleichsleiter im Ladebetrieb permanent oder temporär verschalten bzw. verschaltbar. Hierbei kann unter einer permanenten bzw. temporären Verschaltung verstanden werden, dass z.B. kein bzw. ein Schalter zum Unterbrechen des Ausgleichsleiters vorhanden ist. Dadurch wird vermieden, dass während des Ladevorgangs die zur symmetrischen Spannungsverteilung dienenden Zwischenkreiskapazitäten zu unterschiedlich aufgeladen werden und eine Zerstörung von Kondensator und/oder Schaltelementen bzw. Dioden eintritt. Über den Ausgleichsleiter kann ein Ausgleichsstrom, der sich andernfalls im Kondensator ansammeln und diesen im Extremfall bis auf Batteriespannung aufladen würde, abfließen.
Damit der Antriebsumrichter als Hochsetzsteller agiert, sollte im Ladebetrieb dieser, insbesondere dessen Schalteinheiten in Form von Transistoren, entsprechend angesteuert werden, um die Eingangsspannung (die der Ladungsquelle) auf eine höhere Ausgangsspannung (die der Fahrzeugbatterie) hochzusetzen. Dabei werden die Schalteinheiten periodisch geöffnet und geschlossen. Erfindungsgemäß wird der Zwischenkreismittelpunkt derart verschaltet, dass ein Ausgleichsstrom abfließen kann und eine Vorladungsspannung beibehalten wirdDies kann z.B. dadurch geschehen, dass ein Ausgleichleiter vom Zwischenkreismittelpunkt ausgehend mit der Induktivität verbunden ist.
Vorzugsweise ist der Ausgleichsleiter auftrennbar, z.B. mittels eines Trennschalters, ausgeführt. Dadurch kann der Ausgleichsleiter für den Fahrbetrieb aufgetrennt werden, so dass im Fahrtbetrieb keine Verlustströme fließen können.
Vorzugsweise ist der Zwischenkreismittelpunkt über einen Widerstand mit der Eingangsspannung verschalten bzw. verschaltbar. Somit wird darauf geachtet, dass der Strom zum Zwischenkreismittelpunkt und der Ladungsquelle und/oder Induktivität begrenzt wird.
Bevorzugt ist der Widerstand als PTC-Widerstand (positiv temperature coefficient) ausgeführt, so dass insbesondere im Fehlerfall der über den Ausgleichsleiter fließende Strom begrenzt wird.
Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Induktivität mindestens eine Wicklung des elektrischen Antriebsmotors aufweist bzw. durch wenigstens diese ausgebildet ist. Dadurch können zusätzliche Bauelemente eingespart und somit die Kosten und der Raumbedarf verringert werden.
Bevorzugt sind mehrere Induktivitäten vorgesehen, die mehr bevorzugt alle als Wicklungen zur Erregung des Antriebsmotors, in Form von Spulen- oder Wellenwicklung ausgebildet sind. Mit dem Ziel, neben der Ansteuerung des Elektromotors für den Fahrbetrieb eine effiziente Spannungswandlung im Ladebetrieb bereitzustellen, weist der Antriebsumrichters für drei Spannungsphasen einen 3-Level-Wechselrichter, insbesondere mit einer Halbbrücke für jede der dreiPhasen, auf. Jeder 3-Level-Wechselrichter ist mit einer der drei Wicklungen des elektrischen Antriebsmotors verbunden. Dies hat auch den Vorteil, alle drei Wicklungen für jeweils einen Hochsetzsteller, insbesondere einzeln oder gleichzeitig, verwenden zu können und somit die maximal mögliche Ladeleistung zu erhöhen.
Vorzugsweise weisen die 3 Halbbrücken denselben Zwischenkreismittelpunkt auf. Vorzugsweise weisen die Wicklungen der für die Hochsetzstellung genutzten Motorwicklungen einen gemeinsamen Sternpunkt auf. Somit ist die Verschaltung von Zwischenkreismittelpunkt und Induktivitäten bzw. Motorwicklungen mit nur einer Leitung möglich, wodurch auch wieder Bauelemente und Materialien gespart werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Zwischenkreismittelpunkt zwischen zwei in Reihe geschalteten Kapazitäten angeordnet. Zusätzlich kann mindestens eine weitere Kapazität parallel und/oder seriell zu mindestens einer der Kapazitäten hinzuschaltbar sein, um die Größe der Kapazität im Ladebetrieb und/oder Fahrbetrieb zu verändern.
Vorzugsweise weist die Ladevorrichtung eine Steuerungsschaltung zum Steuern des Antriebsumrichters, insbesondere dessen Halbbrücken, als Hochsetzsteller für den Ladebetrieb und als Wechselrichter für den Fahrbetrieb auf. Somit kann die Steuerungsschaltung den Antriebsumrichter in beiden Betriebsmodi betreiben und somit Kosten für zusätzliche Bauelemente einsparen.
Vorteilhaft kann der Trennschalter im Ladebetrieb zyklisch geöffnet und geschlossen werden. Dadurch kann eine zyklische Verschiebung (Anhebung und Senkung) der Zwischenkreismittelpunktsspannung erreicht werden, ohne dass dabei eine zulässige Sperrspannung überschritten wird. Im Mittel kann so die Zwischenkreismittelpunktsspannung gehoben werden. Eine Anhebung der Zwischenkreismittelpunktsspannung im Ladebetrieb kann sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad auswirken. Aus diesem Grund kann eine erhöhte, jedoch unter der zulässigen Sperrspannung liegende Zwischenkreismittelpunktsspannung erwünscht sein.
Bevorzugt liegt die Zwischenkreisspannung um 800V und die symmetrierte Zwischenkreismittelpunktsspannung auf 400V. Im Ladebetrieb liegt die Zwischenkreismittelpunktsspannung bevorzugt periodisch erhöht - z.B. um +20% - da Variationen im Betriebszyklus sich positiv auf den Wirkungsgrad auswirken können. Die vorliegende Erfindung sieht auch ein elektrisches Antriebssystem mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung und einer Fahrzeugbatterie vor.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung oder als erfindungsgemäßes Ladeverfahren hat es sich als von Vorteil herausgestellt, wenn mindestens folgende Schritte - insbesondere in dieser Reihenfolge - durchgeführt werden:

1. Sobald der Motor abgestellt ist, entlädt sich automatisch der Zwischenkreis und somit die Zwischenkreiskondensatoren.
2. Die Ladevorrichtung wird an eine Ladesäule mit einem Spannungslevel kleiner als das der Fahrzeugbatterie als Gleichspannungsquelle angeschlossen: Hierbei lädt die Ladesäule die Zwischenkreiskondensatoren des Antriebssystems bzw. der Ladevorrichtung auf das Spannungslevel der Ladesäule vor.
3. Erst wenn die Zwischenkreiskondensatoren vorgeladen wurden, wird der Trennschalter zwischen Zwischenkreismittelpunkt und Induktivität bzw. Ladungsquelle geschlossen.
4. Der Ladevorgang für die Fahrzeugbatterie kann beginnen.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Ladeverfahren ist vorgesehen, wenn die Kondensatoren der Ladesäule vom Fahrzeug aus vorgeladen werden müssen. Dieses Verfahren ist zum Beispiel für China vorgesehen, da dort nicht wie in Europa und in den USA die Ladesäulen den eigenen Zwischenkreis und den Fahrzeugzwischenkreis vorladen. Der entsprechende Ladevorgang sieht mindestens folgende Schritte - insbesondere in dieser Reihenfolge - vor:

1. Der Motor wird abgestellt und der Zwischenkreis bzw. die Kondensatoren entladen sich selbständig.
2. Die Ladevorrichtung wird an die Ladesäule mit einem Spannungslevel kleiner als das der Fahrzeugbatterie als Gleichspannungsquelle angeschlossen.
3. Schließen des Trennschalters im Ausgleichsleiter, so dass der Zwischenkreismittelpunkt mit der Induktivität und der Ladungsquelle verbunden ist.
4. Vorladen des Zwischenkreises des Fahrzeugs über einen Vorladewiderstand der Ladevorrichtung, wobei der Vorladewiderstand vorzugsweise zwischen Fahrzeugbatterie und den Zwischenkreiskapazitäten angeordnet ist und mittels eines Schalters für den Fahrtbetrieb überbrückbar ist. Gleichzeitig wird der Zwischenkreis der Ladesäule über den geschlossenen Ausgleichsleiter auf die Spannung der Zwischenkreismittelpunktspannung vorgeladen.
4a. Falls nötig, kann der 3-Level-Wechselrichter als Stepdown-Converter oder Stepup-Converter genutzt werden.
5. Starten des Ladevorgangs.

Die nachfolgenden Zeichnungen zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung, wobei diese nicht als Einschränkung der Erfindung gelten, sondern im Wesentlichen der Veranschaulichung dienen.
Es zeigen

1 einen Schaltungsplan eines elektrischen Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung;
2 einen Schaltungsplan des elektrischen Antriebssystems nach 1, in diesem Fall im Lademodus;
3A eine Detailansicht auf den Schaltungsplan der Halbbrücke des Antriebsumrichters des elektrischen Antriebssystems aus 1 und 2;
3B Signaldiagramme von dem Strömen einzelner Bauelemente der Halbbrücke aus 3A;
4 ein Ersatzschaltbild der Halbbrücke mit entsprechenden Steuerungselementen für die Transistoren, um als Hochsetzsteller zu fungieren; und
5 einen Schaltungsplan eines elektrischen Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels.

1 zeigt ein elektrisches Antriebssystem 1, das mit einem elektrischen Motor 2 ausgestattet ist. Der Elektromotor 2 weist drei Induktivitäten L1, L2 und L3 in Form von zu einem Sternpunkt verschalteten Wicklungen auf, die jeweils mittels einer Halbbrücke 4a, 4b und 4c eines Antriebsumrichters 3 mit Strom versorgt werden und den Elektromotor 2, insbesondere dessen Rotor (nicht dargestellt), in Rotation versetzen können. Die Ansteuerung der Halbbrücken 4a, 4b und 4c erfolgt derart, dass der Strom der einzelnen Halbbrücken jeweils um 120° in Phase zueinander verschoben ist. Jede Halbbrücke 4a, 4b und 4c weist jeweils die folgenden Bauelemente auf: vier Transistoren (z.B. MOSFETs oder IGBTs) T1, T2, T3 und T4 mit jeweils einer Diode D1, D2, D3 und D4, sowie zwei Dioden D5 und D6, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt 5 des Antriebsumrichters 3 verbunden sind. Der Zwischenkreismittelpunkt 5 liegt zwischen den beiden Zwischenkreiskapazitäten C1 und C2, die parallel zu den drei Halbbrücken 4a, 4b und 4c angeordnet sind. Der Zwischenkreismittelpunkt 5 ist mit jeder Halbbrücke 4a, 4b und 4c über die entsprechenden Dioden D5 und D6 elektrisch verbunden. Die drei Induktivitäten L1, L2 und L3 des Elektromotors 2 sind in einer Sternschaltung miteinander verschaltet. Des Weiteren verläuft ein Ausgleichsleiter 9 von dem Zwischenkreismittelpunkt 5 über einen Trennschalter S1 und einen Entkopplungswiderstand R1 zu dem Mittelpunkt der Sternschaltung der Induktivitäten L1, L2 und L3 des Elektromotors 2 sowie zu einem Steckeranschluss 6 für eine Ladungsquelle (nicht dargestellt). Dieser Steckeranschluss 6 weist zwei Leiter auf und kann über einen ersten Steckeranschlussschalter und einen zweiten Steckeranschlussschalter S2 und S3 von dem Antriebssystem 1 getrennt werden - wie in diesem Fall in 1 gezeigt. Der Schalter S2 ist mit dem Minuspol der Batterie 7, der Zwischenkreiskapazität C2 und den Halbbrücken 4a, 4b und 4c verbunden. Die Batterie weist ein Spannungslevel von z.B. 800V auf.Der Schalter S3 ist mit dem Mittelpunkt der Sternschaltung des Elektromotors 2 und mit dem Ausgleichsleiter 9 bzw. dem Entkopplungswiderstand R1 verbunden. Die Fahrzeugbatterie 7 ist mit dem Antriebsumrichter 3 verbunden und versorgt diesen mit einer Gleichspannung. Für den Antriebsmodus weist das elektrische Antriebssystem 1 eine Steuerung auf (nicht dargestellt), die ausgebildet ist, die Halbbrücken 4a, 4b und 4c und somit deren Transistoren T1, T2, T3 und T4 zu steuern, um jeweils einen Strom zu erzeugen, der zu den beiden anderen Strömen um 120° Phasen verschoben ist. Während des Antriebs- bzw. Fahrtmodus sind die Schalter S1, S2 und S3 geöffnet.
2 zeigt einen Schaltungsplan des elektrischen Antriebssystems gemäß 1. Hierbei befindet sich das elektrische Antriebssystem 1 im Lademodus, wobei, im Gegensatz zu 1, die Schalter S1, S2 und S3 geschlossen sind und eine Ladequelle 8 z.B. in Form einer Ladesäule als Gleichspannungsquelle an dem Steckeranschluss 6 angeschlossen ist. Da die Ladequelle 8 eine Spannung von 400 V (gegenüber einer Batteriespannung von 800V) aufweist, wird das Antriebssystem 1, insbesondere die Wicklungen L1, L2 und L3 sowie die Halbbrücken 4a, 4b und 4c, als Hochsetzsteller verwendet bzw. entsprechend angesteuert.
3A und 3B zeigen eine Halbbrücke 4a mit den Zwischenkreiskondensatoren C1 und C2 sowie fünf Signaldiagramme für insbesondere die Ansteuerung der Transistoren T3 und T4, damit die Halbbrücke in Verbindung mit der Induktivität L1 des Elektromotors (nicht dargestellt) als Hochsetzsteller fungiert. Aus den Signaldiagrammen ist ersichtlich, dass ein alternierender Strom durch die Induktivität L1, die mit der Halbbrücke 4a verbunden ist, fließt. Um den Strom von der Induktivität L1 zur Fahrzeugbatterie 7 (s. 1 oder 2) zu steuern, werden die Transistoren T3 und T4 periodisch geschlossen. Da die Transistoren nicht ausgebildet sind, die komplette Spannung der Fahrzeugbatterie zu sperren, und ein gleichzeitiges Schalten der Transistoren niemals gleichzeitig erfolgen kann, wird zuerst der Transistor T4 und danach der Transistor T3 gesperrt bzw. in umgekehrter Reihenfolge wieder geöffnet (siehe fallende Signalflanke). In der kurzen Zeit, in der der Transistor T3 leitet und der Transistor T4 gesperrt bzw. geöffnet ist, fließt ein kurzer Stromimpuls über die Diode D6 zu der Kapazität C2. Zwar werden dadurch die Transistoren T3 und T4 vor eine Überspannung geschützt; andererseits lädt der Stromfluss die Kapazität C2 auf und verändert somit das Spannungslevel am Zwischenkreismittelpunkt 5.
Um ein Spannungsanstieg der Zwischenkreismittelpunktsspannung über die zulässige Sperrspannung zu verhindern, wird der Ausgleichsleiter 9 (siehe 1 und 2) verwendet, der durch den Schalter S1 und den Widerstand R1 mit der Spannungsquelle verbunden ist und somit einen Spannungsausgleich schafft. Sobald dann die beiden Transistoren T3 und T4 gesperrt sind, fließt ein Ladestrom über die Diode D2 und somit über D1 an die Fahrzeugbatterie 7 (sh. 1 und 2). In der gesamten Zeit sind die Transistoren T1 und T2 gesperrt.
4 zeigt ein vereinfachtes Schaltdiagramm des elektrischen Antriebssystems der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist lediglich eine Halbbrücke 4a mit den Zwischenkreiskapazitäten C1 und C2 darstellt. Des Weiteren ist eine Induktivität L1 als Beispiel für eine Wicklung eines elektrischen Antriebsmotors dargestellt. Der Schalter S1 wird über ein Stufensignal C1 geöffnet und geschlossen, wobei der Schalter S1 ein entsprechendes Signal an die Steuerungsschaltung 12 zur Steuerung der Halbbrücke 4a als Hochsetzsteller senden kann. Ist der Schalter S1 geschlossen, wird die Steuerungsschaltung 12 mit einem Rechtecksignal mit einer Frequenz von 20 kHz (s. Bauteil A2) an Stelle eines 0 V-Signals (s. Bauteil A1) versorgt. Hierbei wird ein entsprechender Signalumschalter B1 durch den Schalter S1 gesteuert. Das Rechtecksignal von A2 wird jeweils an einen ersten Signalmodifizierer Z1 und einen zweiten Signalmodifizierer Z2 geschickt. Der Signalmodifizierer Z1 ist mit dem Transistor T3 und der Signalmodifizierer Z2 mit dem Transistor T4 verbunden. Hierbei wird das Signal derart modifiziert, z.B. durch eine zeitliche Verschiebung des Signals, dass zuerst der Transistor T4 sperrt und danach der Transistor T3.
5 zeigt ein weiteres elektrisches Antriebssystem 1a mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels. Im Vergleich zu dem elektrischen Antriebssystem 1 aus den 1 und 2, unterscheidet sich das Antriebssystem 1a darin, dass zwischen dem Transistor C1 und der Autobatterie 7 ein Vorladewiderstand 10 angeordnet ist, der über einen Überbrückungsschalter 11 überbrückt werden kann. Dadurch ist es möglich, die Kapazitäten C1 und C2 vor dem Ladevorgang aufzuladen und den Zwischenkreismittelpunkt auf ein entsprechendes Spannungslevel anzuheben. Während des Fahrtmodus ist der Schalter 11 geschlossen. Vor dem Ladebetrieb wird der Schalter 11 geöffnet, um die Kapazitäten vorzuladen; danach wird der Schalter 11 für den Ladevorgang der Fahrzeugbatterie wieder geschlossen. In Verbindung mit dem Ausgleichsleiter 9 (bei geschlossenem Schalter S1) kann damit eine externe Induktivität z.B. einer Ladesäule, auf die unterhalb der Batteriespannung liegende Zwischenkreismittelpunktspannung vorgeladen werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektrisches Antriebssystem
1a: Elektrisches Antriebssystem, weiteres Ausführungsbeispiel
2: Elektromotor / elektrischer Antriebsmotor
3: Wechselrichter / Antriebsumrichter
4a: Erste Halbbrücke für die 1. Phase
4b: Zweite Halbbrücke für die 2. Phase
4c: Dritte Halbbrücke für die 3. Phase
5: Zwischenkreismittelpunkt
6: Steckeranschluss
7: Fahrzeugbatterie
8: Ladequelle bzw. Ladesäule
9: Ausgleichsleiter
10: Vorladewiderstand
11: Überbrückungsschalter für den Vorladewiderstand
12: Steuerungsschaltung
L1: Erste Motorwicklung
L2: Zweite Motorwicklung
L3: Dritte Motorwicklung
C1: Erster Kondensator
C2: Zweiter Kondensator
T1: Erster Transistor
T2: Zweiter Transistor
T3: Dritter Transistor
T4: Vierter Transistor
D1: Erste Freilaufdiode
D2: Zweite Freilaufdiode
D3: Dritte Freilaufdiode
D4: Vierte Freilaufdiode
D5: Erste Zwischendiode
D6: Zweite Zwischendiode
R1: Entkopplungswiderstand
S1: Trennschalter
S2: Erster Steckeranschlussschalter
S3: Zweiter Steckeranschlussschalter
A1: 0V-Signal
A2: Rechtecksignal mit konstanter Frequenz
B1: gesteuerter Signalumschalter
Z1: Signalverkleinerer - vom Anfang des Signals beginnend
Z2: Signalverkleinerer - vom Ende des Signals beginnend
O1: Stufensignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016209905 A1 [0003]
DE 102009052680 A1 [0004]
DE 102016218304 B3 [0005]

Claims

Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie (7) eines mit einem elektrischen Antriebsmotor (2) ausgebildetem Kraftfahrzeugs, mit - einer Induktivität, - einem Antriebsumrichter (3), der im Antriebsbetrieb des Kraftfahrzeugs die Gleichspannung der Batterie (7) für den elektrischen Antriebsmotor (2) wandelt und einen Zwischenkreismittelpunkt (5) aufweist, wobei die Induktivität zusammen mit dem Antriebsumrichter (3) für einen Ladebetrieb der Batterie (7) als Hochsetzsteller dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreismittelpunkt (5) über einen Ausgleichsleiter (9) mit einer Eingangsspannung einer Ladungsquelle (8) und/oder der Induktivität permanent oder temporär verschalten ist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreismittelpunkt (5) über einen Widerstand (R1) mit der Induktivität verschaltbar ist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (L1) durch mindestens eine Wicklung des elektrischen Antriebsmotors (2) gebildet ist.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsumrichter (3) für drei Spannungsphasen jeweils eine Halbbrücke (4a; 4b; 4c) aufweist, wobei jede Halbbrücke mit einer der drei Wicklungen (L1; L2; L3) des elektrischen Antriebsmotors (2) verbunden ist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Halbbrücke (4a; 4b; 4c) den selben Zwischenkreismittelpunkt (5) aufweist.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreismittelpunkt (5) zwischen zwei in Reihe geschalteten Kapazitäten (C1; C2) angeordnet ist, wobei die Batterie (7) parallel zu den Kapazitäten (C1; C2) hinzuschaltbar ist.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Steuerungsschaltung (10) zum Steuern des Antriebsumrichters (3), insbesondere dessen Halbbrücke (4a; 4b; 4c), als Hochsetzsteller.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Trennschalter (S1) zum Verschalten des Zwischenkreismittelpunkts (5) mit der Eingangsspannung der Ladungsquelle (8) und/oder der Induktivität (L1).
Ladevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter (S1) derart ausgebildet ist, sich bei einer an die Ladevorrichtung angeschlossenen Ladequelle (8) zu schließen und somit den Zwischenkreismittelpunkts (5) mit der Eingangsspannung der Ladungsquelle (8) und/oder der Induktivität (L1) zu verschalten.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter (S1) ausgebildet ist, sich im Ladebetrieb periodisch zu öffnen und zu schließen.
Elektrisches Antriebssystem (1) mit einer Ladevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche.