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DE102022201188A1 - Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung mit Hochpass-Fehlerschutzimpedanz zwischen Gleichrichter-Sternpunkt und Schutzleiter - Google Patents

Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung mit Hochpass-Fehlerschutzimpedanz zwischen Gleichrichter-Sternpunkt und Schutzleiter Download PDF

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DE102022201188A1
DE102022201188A1 DE102022201188.0A DE102022201188A DE102022201188A1 DE 102022201188 A1 DE102022201188 A1 DE 102022201188A1 DE 102022201188 A DE102022201188 A DE 102022201188A DE 102022201188 A1 DE102022201188 A1 DE 102022201188A1
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DE
Germany
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circuit
connection
charging circuit
vehicle
star point
Prior art date
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Pending
Application number
DE102022201188.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Franz Pfeilschifter
Martin Götzenberger
Manuel Brunner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies GmbH filed Critical Vitesco Technologies GmbH
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Abstract

Es ist eine fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) beschrieben mit einer Gleichrichterschaltung (PFC), die mehrphasig ausgebildet ist und die gleichstromseitig einen Sternpunkt (SP) aufweist, der mit einem Neutralleiteranschluss (N) der Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) verbunden ist. Die Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) ist mit einer Fehlerschutzimpedanz (ZY) ausgestattet, über die der Sternpunkt (SP) mit einem Schutzleiteranschluss (PE) der Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) verbunden ist. Die Fehlerschutzimpedanz (ZY) ist als Hochpass ausgebildet.

Description

  • Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb weisen einen Hochvolt-Traktionsakkumulator auf, der den Antrieb speist und von einer Wechselstrom-Ladeschaltung aufgeladen werden kann. Zum Aufladevorgang wird eine externe Ladestromquelle (Wechselstrom) an eine fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung angeschlossen, an die wiederum der Traktionsakkumulator angeschlossen ist. Auf Grund der hohen Hochvoltspannungen, die deutlich über 60 V liegen können, sind besondere Schutzmaßnahmen zum Schutz vor zu hohen Berührspannungen am Fahrzeug erforderlich. Eine dieser Maßnahmen ist die Verwendung eines Schutzleiters, der ein Schutzleiterpotential der Ladestromquelle mit einem Schutzleiterpotential des Fahrzeugs bzw. des Fahrzeugbordnetzes verbindet. Tritt ein Isolationsfehler auf, dann dient der Schutzleiter zur Ableitung des sich ergebenden Fehlerstroms, um dadurch einen gefährlichen Berührstrom zu vermeiden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich ein Berührstrom verringern lässt, der bei einer fehlerhaften Schutzleiteranbindung oder allgemein bei einem Isolationsfehler den potential gefährlichen Berührstrom verringert.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung nach Anspruch 1. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung und den Figuren.
  • Es wird vorgeschlagen, bei einer mehrphasigen (insbesondere dreiphasigen) Wechselstrom-Ladeschaltung eine Fehlerschutzimpedanz vorzusehen, über die ein Sternpunkt einer Gleichrichterschaltung der Wechselstrom-Ladeschaltung mit einem Schutzleiteranschluss der Ladeschaltung verbunden ist. Bei einer mehrphasigen Gleichrichterschaltung, insbesondere bei einer gesteuerten mehrphasigen Gleichrichterschaltung, können etwa aufgrund von Asymmetrien Wechselstromkomponenten entstehen, die mittels der hier vorgeschlagenen Fehlerschutzimpedanz nicht vollständig an ein Chassis-Potential abgegeben werden, sondern über den Neutralleiteranschluss der Ladeschaltung an die angeschlossene Ladestromquelle zurückgeführt werden können. Ist der Schutzleiteranschluss der fahrzeugseitigen Ladeschaltung nicht oder nicht korrekt mit dem Schutzleiterpotential der Ladestromquelle verbunden, dann würde anderenfalls eine Berührung des Chassis-Potentials dazu führen können, dass diese Wechselstromkomponenten über den berührenden Nutzer an das Schutzleiterpotential (Erde) geleitet wird. Die Fehlerschutzimpedanz ermöglicht für hochfrequente Wechselstromanteile einen Rückpfad, der eine geringe Impedanz aufweist, wodurch Berührströme, die über einen Nutzer zum Erdungspotential führen, verringert werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die von der Fehlerschutzimpedanz zurückgeführten Wechselstromanteile eine Frequenz haben, die höher ist als die Grundfrequenz des von der Ladestation abgegebenen Wechselstroms, insbesondere bei schaltenden Gleichrichtern, deren Schaltfrequenz die Frequenz der Wechselstromanteile definiert, die von der Fehlerschutzimpedanz zurückgeführt werden können. Dies ist auch bei ungeschalteten Gleichrichterschaltungen der Fall. Es können sich durch die Mehrphasigkeit asymmetrische Wechselstromkomponenten ergeben, deren Frequenz über der Grundfrequenz des Wechselstroms liegt, der an die Gleichrichterschaltung angelegt wird. Diese werden mittels der Fehlerschutzimpedanz von dem Sternpunkt zumindest teilweise an die Ladestation zurückgeführt. Die Fehlerschutzimpedanz ist hierzu als Hochpass ausgeführt, um die asymmetrischen, höherfrequenten Anteile vom Chassis-Potential (= fahrzeugseitiges Erdungspotential) über den Neutralleiter zurückzuführen.
  • Es wird daher eine fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung vorgeschlagen, die mit einer mehrphasigen Gleichrichterschaltung ausgestattet ist. Die Gleichrichterschaltung ist insbesondere dreiphasig ausgebildet, um so an ein dreiphasiges Versorgungsnetz (Wechselstrom) angeschlossen werden zu können.
  • Die Gleichrichterschaltung weist gleichstromseitig einen (freien) Sternpunkt auf. Die Gleichrichterschaltung weist insbesondere eine Gleichstromseite und eine Wechselstromseite auf, wobei sich der Sternpunkt auf der Gleichstromseite befindet. Dieser Sternpunkt verbindet Potentiale der mehreren Phasen der Gleichrichterschaltung. Der Sternpunkt ist insbesondere mit einem Neutralleiteranschluss der Wechselstrom-Ladeschaltung verbunden, vorzugsweise indirekt, wobei auch direkte Verbindungen in Betracht kommen. Wechselstromseitig weist die Gleichrichterschaltung mehrere Phasen auf, die mit Phasen eines mehrphasigen Wechselstromanschlusses der Ladeschaltung verbunden sind. Die Ladeschaltung umfasst ferner einen Schutzleiteranschluss. Der Neutralleiteranschluss, der Schutzleiteranschluss und die Phasenanschlüsse können als Kontakte einer gemeinsamen Ladebuchse ausgebildet sein. Diese Ladebuchse ist vorzugsweise eingerichtet, von außen kontaktiert zu werden, und kann insbesondere gemäß einem Standard zum konduktiven Wechselstromladen ausgebildet sein.
  • Die Wechselstrom-Ladeschaltung ist wie erwähnt mit einer Fehlerschutzimpedanz ausgestattet. Über diese ist der Sternpunkt der Gleichrichterschaltung mit dem Schutzleiteranschluss verbunden. Der Sternpunkt ist direkt oder indirekt mit dem Neutralleiteranschluss verbunden, um an diesen die Wechselstromkomponenten des Potentials des Schutzleiteranschlusses über die Fehlerschutzimpedanz zumindest teilweise abzuleiten. Die Fehlerschutzimpedanz ist als Hochpass ausgebildet. Der Sternpunkt ist seriell über die Fehlerschutzimpedanz mit dem Schutzleiteranschluss verbunden. Hierbei kann die Fehlerschutzimpedanz den Sternpunkt mit dem Schutzleiteranschluss direkt oder indirekt (insbesondere geschaltet) verbinden. Die Fehlerschutzimpedanz kann einteilig als seriell angeschlossener Kondensator ausgeführt sein, kann jedoch auch in Form einer RC-Schaltung ausgebildet sein, die in Serie zwischen Sternpunkt und Schutzleiteranschluss angeschlossen ist. Insbesondere ist die Fehlerschutzimpedanz zwischen dem Neutralleiteranschluss und dem Schutzleiteranschluss angeschlossen. Vorzugsweise ist die Fehlerschutzimpedanz zwischen dem Schutzleiteranschluss und einem Verbindungspunkt angeschlossen, über den der Sternpunkt des Gleichrichters mit einer Verbindungsimpedanz verbunden ist, die den Verbindungspunkt mit dem Neutralleiteranschluss verbindet.
  • Die Wechselstrom-Ladeschaltung weist vorzugsweise eine Zwischenkreiskondensatorschaltung auf, die parallel an zwei Gleichspannungsausgänge der Gleichrichterschaltung (gleichstromseitig) angeschlossen ist. Die Zwischenkreiskondensatorschaltung kann einteilig sein, d.h. kann einen Zwischenkreiskondensator umfassen, der die beiden Gleichspannungsausgänge verbindet, oder kann zwei Zwischenkreiskondensatoren umfassen, die über einen Verbindungspunkt der Zwischenkreiskondensatorschaltung miteinander verbunden sind. Hierbei kann dieser Verbindungspunkt direkt oder vorzugsweise geschaltet mit dem Sternpunkt verbunden sein. Insbesondere kann der Verbindungspunkt der Zwischenkreiskondensatorschaltung mit einem Ende der Fehlerschutzimpedanz verbunden sein (direkt oder über einen Schalter), während das andere Ende der Fehlerschutzimpedanz mit dem Schutzleiteranschluss verbunden ist. Die Zwischenkreiskondensatorschaltung kann für eine Gesamtspannung von mindestens 300 oder 350 V bzw. für eine Betriebsspannung von nicht mehr als 900 oder 1000 V ausgelegt sein. Bei einer mehrteiligen Zwischenkreiskondensatorschaltung sind die einzelnen Zwischenkreiskondensatoren ausgelegt auf eine derartige Spannung geteilt durch die Anzahl der seriell geschalteten Kondensatoren in der Zwischenkreiskondensatorschaltung.
  • Wie erwähnt kann die Zwischenkreiskondensatorschaltung eine Reihenschaltung zweier Zwischenkreiskondensatoren umfassen. Diese sind in Reihenschaltung über einen Verbindungspunkt (der Zwischenkreiskondensatorschaltung) miteinander verbunden. Dieser Verbindungspunkt ist direkt oder über einen Zwischenkreisschalter mit dem Sternpunkt des Gleichrichters verbunden. Eine Steuereinheit, die den Zwischenkreisschalter ansteuert, ist vorzugsweise eingerichtet, den Schalter zu schließen, wenn ein Ladevorgang stattfindet, und zu öffnen, wenn ein Fehler auftritt, insbesondere wenn ein Fehler auftritt, der eine fehlerhafte Schutzleiteranbindung der Ladeschaltung wiedergibt.
  • Die Fehlerschutzimpedanz kann auf unterschiedliche Weise angebunden sein. Die Fehlerschutzimpedanz kann direkt mit dem Sternpunkt verbunden sein. Alternativ kann die Fehlerschutzimpedanz über einen Zwischenkreisschalter mit dem Sternpunkt verbunden sein. Die Fehlerschutzimpedanz kann direkt mit einem Verbindungspunkt zweier serieller Zwischenkreiskondensatoren (insbesondere dem vorangehend genannten Verbindungspunkt der Zwischenkreiskondensatorschaltung) verbunden sein. Ferner kann die Fehlerschutzimpedanz über einen Zwischenkreisschalter mit dem Verbindungspunkt der Zwischenkreiskondensatorschaltung verbunden sein. Dies betrifft insbesondere ein Ende der Fehlerschutzimpedanz, wobei das andere Ende mit dem Schutzleiteranschluss verbunden ist. Dies gilt auch für eine Reihenschaltung der Fehlerschutzimpedanz und einem hierzu seriellen Verbindungsschalter, wobei diese Reihenschaltung dann an die Stelle der Fehlerschutzimpedanz tritt. Mit anderen Worten kann die Fehlerschutzimpedanz auch geschaltet sein (durch einen der Impedanz vorgeschalteten Schalter).
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der Sternpunkt über eine Verbindungsimpedanz mit dem Neutralleiteranschluss verbunden. Der Verbindungspunkt kann direkt über die Verbindungsimpedanz mit dem Neutralleiteranschluss verbunden sein, oder es können in diese Verbindung weitere Elemente wie ein (Trenn-)Schalter, eine Sicherung oder ähnliches vorgesehen sein.
  • Die Verbindungsimpedanz kann als ohmscher Widerstand, als Kondensator oder als Reihenschaltung oder Parallelschaltung hiervon ausgebildet sein.
  • Beispielsweise ist der Sternpunkt über die Fehlerschutzimpedanz und einen hierzu seriellen Verbindungsschalter mit dem Schutzleiteranschluss verbunden. Hierbei kann der Verbindungsschalter zwischen der Fehlerschutzimpedanz und dem Schutzleiteranschluss vorgesehen sein. Der Verbindungsschalter kann ferner zwischen der Fehlerschutzimpedanz und einem Verbindungspunkt vorgesehen sein, über den der Sternpunkt mit einer Verbindungsimpedanz verbunden ist, die zu dem Neutralleiteranschluss führt.
  • Die Fehlerschutzimpedanz kann über einen Zwischenkreisschalter mit dem Sternpunkt verbunden sein. Die Fehlerschutzimpedanz kann ferner über einen Zwischenkreisschalter mit dem Verbindungspunkt zweier serieller Zwischenkreiskondensatoren der Zwischenkreiskondensatorschaltung verbunden sein. Zudem kann insbesondere eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die mit dem Zwischenkreisschalter ansteuernd verbunden ist. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, den Zwischenkreisschalter in offenem Zustand vorzusehen, wenn ein Fehlerzustand in der Wechselstrom-Ladeschaltung vorliegt, oder wenn ein Fehlerzustand in einer Komponente vorliegt, die in einem Bordnetzzweig vorgesehen ist, der an die Gleichstromseite der Gleichrichterschaltung angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung ist insbesondere eingerichtet, den Zwischenkreisschalter in geschlossenem Zustand vorzusehen, wenn kein Fehlerzustand vorliegt.
  • Der Fehlerzustand gibt hierbei insbesondere eine fehlerhafte Schutzleiteranbindung der Wechselstrom-Ladeschaltung wieder. Hierbei kann die fehlerhafte Schutzleiteranbindung von einem defekten Ladekabel zwischen Ladeschaltung und externer Wechselstromquelle herrühren, oder kann eine fehlerhafte Schutzleiteranbindung der externen Ladequelle selbst vorsehen.
  • Es kann eine mehrphasige Trennschaltervorrichtung vorgesehen sein, die wechselstromseitig den Gleichrichter mit einem mehrphasigen Wechselstromanschluss, insbesondere einem mehrphasigen Phasenanschluss, verbindet. Hierbei können beispielsweise drei Phasenanschlüsse in dem Wechselstromanschluss vorliegen, die über individuelle Trennschalterelemente der Trennschaltervorrichtung mit einzelnen Phasen der Wechselstromseite des Gleichrichters verbunden sind. Die Wechselstrom-Ladeschaltung verfügt vorzugsweise über eine Spannungsmessvorrichtung, die ansteuernd mit der Trennschaltervorrichtung verbunden ist. Ferner hat die Messeinrichtung zwei Spannungspotentialeingänge, die mit dem Neutralleiteranschluss bzw. dem Schutzleiteranschluss verbunden sind. Mit anderen Worten ist die Spannungsmessvorrichtung ausgestattet, die Spannung zwischen Neutralleiteranschluss und Schutzleiteranschluss zu erfassen. Alternativ oder in Kombination hiermit ist die Spannungsmessvorrichtung ausgebildet, Spannungen zwischen den Phasenanschlüssen des Wechselstromanschlusses zu erfassen, oder eine Spannung zwischen mindestens einem der Phasenanschlüsse und dem Neutralleiteranschluss zu erfassen. Die Spannungsmessvorrichtung ist eingerichtet, die Trennschaltervorrichtung nur dann zu schließen, wenn zumindest eine dieser Spannungen nicht größer als eine vorgegebene Spannungsgrenze ist. Die Spannungsmessvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, ansonsten die Trennschaltervorrichtung in offenem Zustand anzusteuern. Die Spannungsgrenze kann beispielsweise 20, 30 oder 50 V betragen.
  • Die Gleichrichterschaltung ist vorzugsweise als serieller Gleichrichter ausgebildet. Der Sternpunkt entspricht dann dem freien Sternpunkt des Vienna-Gleichrichters. Der Vienna-Gleichrichter ist mehrphasig ausgebildet und weist pro Phase eine Schaltzelle auf. Jede Schaltzelle umfasst zwei Halbbrücken (schaltbar oder nicht schaltbar), die jeweils zwei Schaltelemente aufweisen, die über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden sind. Der Verbindungspunkt einer der Halbbrücken jeder Zelle ist (über eine Induktivität) mit einem Phasenanschluss verbunden. Die zweite Halbbrücke umfasst zwei über einen Verbindungspunkt dieser Halbbrücke verbundene Schaltelemente. Die Verbindungspunkte der zweiten Halbbrücken der Schaltzellen sind miteinander verbunden und bilden den Sternpunkt, der als freier Sternpunkt bezeichnet wird. Mit anderen Worten weist der Vienna-Gleichrichter mehrere Schaltzellen auf, die Halbbrücken aufweisen, die jeweils einen Verbindungspunkt haben, über den die Schaltelemente der Halbbrücke miteinander verbunden sind, wobei diese Verbindungspunkte miteinander verbunden sind und den Sternpunkt bilden. Als Schaltelemente werden hierbei durch äußere Signale gesteuerte Schaltelemente wie Transistoren oder Thyristoren bezeichnet, sowie Dioden, deren Schaltzustand gesteuert wird von der Spannung, die an ihnen anliegt (und somit nicht von einem Steuersignal an einen Steuereingang geschaltet werden).
  • Die Gleichrichterschaltung kann ausgelegt sein gemäß einer dreiphasigen Wechselspannung von 230 V Effektivspannung bei einer Frequenz von 50 Hz.
  • Ferner kann die Gleichrichterschaltung ausgelegt sein für eine Ausgangspannung bei einer derartigen Wechselstrom-Eingangsspannung von 600 bis 800 V, insbesondere von 700 bis 750 V. Bezogen auf eine Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung von 700 bis 750 V kann die Fehlerschutzimpedanz in einer Kapazität von 250 bis 400 nF ausgebildet sein, insbesondere mit einer Fehlerschutzimpedanz, die als Kondensator mit einer Kapazität von weniger als 800 nF ausgebildet ist. Insbesondere ist die Fehlerschutzimpedanz größer als 10, 50 oder 100 nF. Bei einer Auslegung der Ladeschaltung für eine Eingangsspannung mit einer anderen Frequenz ist diese Kapazität mit einem Faktor zu multiplizieren, der 50 Hz geteilt durch die andere Frequenz entspricht. Wird die Gleichrichterschaltung für eine andere Wechselspannung ausgelegt, so ist der Kapazitätswert mit einem Faktor zu multiplizieren, der der verketteten Wechselspannung geteilt durch die verkettete Wechselspannung eines dreiphasigen Wechselstromsystems mit einer Effektivspannung von 230 V entspricht. Die Fehlerschutzimpedanz kann an einem Ausführungsbeispiel (für eine dreiphasige Wechselspannung von 230 V Effektivspannung bei 50 Hz) ausgelegt werden als Kondensator mit 300 nF, 320 nF, 350 nF, 360 nF oder 400 nF, insbesondere mit einer Kapazität von mindestens 150 nF, 200 nF oder 300 nF und von nicht mehr als 500 nF, 450 nF oder 400 nF.
  • Die 1 und 2 dienen zur näheren Erläuterung von beispielhaften Ausführungsformen der hier beschriebenen Schaltung.
  • Die 1 zeigt eine externe Wechselstrom-Ladespannungsquelle SQ mit drei Phasen, die über ein Kabel K mit einem Ladeanschluss LA der Wechselstrom-Ladeschaltung LS verbunden ist. Zur Anbindung an eine externe Ladestation (Wechselstrom) umfasst die Ladeschaltung LS somit drei Phasenanschlüsse L1, L2, L3, einen Neutralleiteranschluss N und einen Schutzleiteranschluss PE. Diese können zusammengefasst sein in einer gemeinsamen Ladebuchse (fahrzeugseitig). Die Ladebuchse kann gemäß einem Standard zum Wechselstrom laden von elektrischen Fahrzeugen ausgebildet sein.
  • Die Ladeschaltung LS umfasst zudem eine Gleichrichterschaltung PFC, die wechselstromseitig mit den Phasenanschlüssen L1 bis L3 verbunden ist. Gleichstromseitig weist die Gleichrichterschaltung zwei Gleichspannungsausgänge HV+, HV- auf, zwischen denen die gleichgerichtete Gleichspannung erzeugt wird. Zudem verfügt die Gleichrichterschaltung PFC über einen Sternpunkt SP bzw. über einen betreffenden Anschluss. Der Gleichrichterschaltung PFC nachgeschaltet ist eine Zwischenkreiskondensatorschaltung mit zwei über einen Verbindungspunkt V verbundenen Zwischenkreiskondensatoren ZK. Die sich ergebende Zwischenkreiskondensatorschaltung ist parallel an die Gleichspannungsausgänge HV+, HV- angeschlossen.
  • Weiterhin ist ein EMV-Filter dargestellt, der zwei Kondensatoren C1 aufweist, die über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden sind. Dieser EMV-Filter ist Teil der fahrzeugseitigen Ladeschaltung LS. Die äußeren Enden dieses EMV-Filters sind mit den Gleichspannungsanschlüssen HV+, HV- verbunden, und der Verbindungspunkt ist mit dem Schutzleiteranschluss PE verbunden. Über einen symbolhaft dargestellten Bordnetzzweiganschluss BS des Ladeschaltung LS kann ein weiterer Bordnetzzweig angeschlossen sein, der über einen symbolhaft dargestellten weiteren EMV-Filter verfügt. Der Bordnetzzweig ist an die fahrzeugseitigen Ladeschaltung LS angeschlossen. Der EMV-Filter des Bordnetzzweigs, der an die Ladeschaltung LS angeschlossen ist, umfasst ebenso zwei seriell geschaltete Kondensatoren C2, wobei auch hier der Verbindungspunkt zwischen diesen Kondensatoren mit dem Schutzleiter PE verbunden ist. Der dargestellte Bordnetzzweig, der über die Schnittstelle BS an die Ladeschaltung LS angeschlossen ist, weist zudem Akkumulatoranschlüsse AA auf. An diesen ist ein Traktionsakkumulator A angeschlossen. Dieser ist ein Hochvolt-Traktionsakkumulator mit einer Nennspannung von mehr als 400 V, insbesondere von beispielsweise 800, 850, 900 oder 1000 V.
  • Es ist ersichtlich, dass bei einer fehlerhaften Schutzleiteranbindung die Energien der Zwischenkreiskondensatoren bzw. der EMV-Filter, dargestellt durch C1 und C2, einen korrekten Schutzleiteranschluss erfordern, um so Berührspannungen zu vermeiden. Über den Sternpunkt SP wird an die Zwischenkreiskondensatorschaltung ZK ein Wechselstromsignal übertragen, das insbesondere asymmetrischen Wechselstromkomponenten entspricht. Um diese bei einer fehlerhaften Schutzleiteranbindung nicht (vollständig) an einen Nutzer zu übertragen, der das Chassis bzw. das Schutzleiterpotential des Fahrzeugs berührt, ist die Fehlerschutzimpedanz ZY vorgesehen. Diese ist mit dem Schutzleiteranschluss PE verbunden. Dargestellt ist eine Ausführungsform, bei der die Fehlerschutzimpedanz ZY über einen seriellen Verbindungsschalter S2 mit dem Schutzleiteranschluss PE verbunden ist. Eine Alternative ist es, den Schalter S2 auf der anderen Seite der Fehlerschutzimpedanz zu platzieren, insbesondere zwischen der Fehlerschutzimpedanz ZY und dem dargestellten Verbindungspunkt zwischen dem Sternpunkt SP und einer Verbindungsimpedanz ZN.
  • Die dargestellte Ausführungsform sieht einen Verbindungspunkt V vor, über den die Zwischenkreiskondensatoren ZK miteinander verbunden sind. Dieser Verbindungspunkt V der Zwischenkreiskondensatorschaltung ist über einen Schalter S1 mit dem Sternpunkt SP der Gleichrichterschaltung PFC verbunden. Eine alternative Ausführungsform sieht eine nichtgeschaltete Verbindung zwischen dem Verbindungspunkt V und dem Sternpunkt SP vor. Hierbei kann der Zwischenkreisschalter sich an einer anderen Position befinden, nämlich zwischen dem Verbindungspunkt V der Zwischenkreiskondensatorschaltung und der Fehlerschutzimpedanz ZY. Dieser alternative Zwischenkreisschalter ist mit dem Bezugszeichen S1' gekennzeichnet. Ferner ist dargestellt, dass die Fehlerschutzimpedanz ZY direkt mit dem Sternpunkt SP verbunden ist. Alternative Ausführungsformen sehen vor, dass die Fehlerschutzimpedanz ZY mit dem Verbindungspunkt V der Zwischenkreiskondensatorschaltung verbunden ist (über einen Schalter oder direkt), während der Sternpunkt SP mit dem Verbindungspunkt V direkt oder über einen Schalter verbunden sein kann.
  • Dargestellt ist ferner eine Verbindungsimpedanz ZN, die das dem Schutzleiter PE abgewandte Ende der Fehlerschutzimpedanz mit dem Neutralleiter N verbindet. Die Verbindungsimpedanz kann ebenso kapazitiv ausgebildet sein, kann als Widerstand ausgeführt sein oder als eine Kombination von mindestens einem Widerstand und mindestens einem Kondensator. Insbesondere ist die Verbindungsimpedanz ZN als Seriellschaltung eines Widerstands eines Kondensators ausgebildet, kann jedoch auch als Parallelschaltung eines Widerstands und eines Kondensators ausgebildet sein, wobei diese Parallelschaltung den Sternpunkt SP seriell mit dem Neutralleiteranschluss N verbindet.
  • Ferner ist eine Steuerung C vorgesehen, die die dargestellten Schalter S1 bzw. S1' sowie S2 ansteuert. Die Steuerung C ist eingerichtet, den Schalter S1 bzw. S1' zu schließen, wenn erkannt wird, dass ein Fehler in der Schutzleiteranbindung besteht. In diesem Fall wird vorzugsweise auch der Schalter S2 geschlossen. Besteht kein Fehler in der Schutzleiteranbindung, dann können die Schalter S1 bzw. S1' und S2 geöffnet werden.
  • Eine Spannungsmessvorrichtung M der fahrzeugseitigen Ladeschaltung LS erfasst die zwischen dem Neutralleiteranschluss N und dem Schutzleiteranschluss PE anliegende Spannung. Ist diese größer als eine Grenze, die etwa 20, 30 oder 50 V (insbesondere weniger als 60 V) betragen kann, dann öffnet die Spannungsmessvorrichtung die Trennschaltervorrichtung TS, die zwischen den Phasenanschlüssen L1 bis L3 und der Gleichrichterschaltung PFC vorliegt. Allgemein kann die Spannungsmessvorrichtung M eingerichtet sein, die Trennschaltervorrichtung TS in einem offenen Zustand vorzusehen, wenn an den Phasenanschlüssen L1 bis L3 (untereinander oder gegenüber Potential N) keine Spannung vorliegt und/oder wenn auch gegeben ist, dass zwischen dem Neutralleiteranschluss N und dem Schutzleiteranschluss PE keine Spannung vorliegt.
  • Die 2 dient zur beispielhaften Darstellung einer Gleichrichterschaltung PFC, die als Vienna-Gleichrichter ausgebildet ist. Der dargestellte Vienna-Gleichrichter PFC umfasst drei serielle Eingangsinduktivitäten I1 bis 13, die zum Anschluss an drei Phasenanschlüsse vorgesehen sind. Für jede Phase ist eine Schaltzelle vorgesehen, die zwei Halbbrücken HB1, HB2 aufweist. Die erste Halbbrücke HB1 jeder Zelle ist mit einem der Induktivitäten I1 verbunden, insbesondere über einen Verbindungspunkt innerhalb der Halbbrücke HB1. Die Halbbrücke HB2 jeder Phase bzw. Schaltzelle des Gleichrichters umfasst zwei Schaltelemente (hier: Dioden), die über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden sind. Der Sternpunkt SP ergibt sich durch die Verbindung der Verbindungspunkte aller zweiten Halbbrücken HB2, das heißt aller Halbbrücken, die nicht mit einer der Induktivitäten I1 bis I3 verbunden sind. Der Sternpunkt SP wird auch als freier Sternpunkt bezeichnet, da dessen Potential gegenüber HV+ bzw. HV- nicht fix festgelegt ist, sondern mit Schaltzuständen der Schaltelemente der Schaltzellen verschiebbar ist. Über den Sternpunkt ergeben sich Ausgleichsströme zwischen den verschiedenen Phasen bzw. Schaltzellen des Vienna-Gleichrichters. Jedoch kann sich auch auf Grund von Asymmetrien eine Wechselspannungskomponente ergeben, die zwischen dem Sternpunkt SP und einen Neutralleiteranschluss bzw. Neutralleiterpotential vorliegen kann. Die erfindungsgemäße Fehlerschutzimpedanz ZY (siehe 1) ist dazu geeignet, derartige Ströme (vom Schutzleiteranschluss) zum Neutralleiteranschluss hin abzuleiten, um so zu vermeiden, dass bei fehlerhafter Schutzleiteranbindung das Chassis-Potential und somit der ladeschaltungsseitige Schutzleiteranschluss ein gefährliches Spannungspotential gegenüber dem Erdungspotential bzw. Schutzleiterpotential der Ladestation erzeugt. Da diese Wechselstromkomponenten im Vergleich zur Nullfrequenz hochfrequent sind (das heißt mindestens Faktor 2 über der Grundfrequenz der Wechselspannungen an den Phasenanschlüssen liegen), kann als Fehlerschutzimpedanz ein Hochpass verwendet werden, der die Grundfrequenz deutlich stärker dämpft als die Frequenzen der asymmetrischen Wechselstromkomponenten.

Claims (11)

  1. Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS), mit einer Gleichrichterschaltung (PFC), die mehrphasig ausgebildet ist und gleichstromseitig einen Sternpunkt (SP) aufweist, der mit einem Neutralleiteranschluss (N) der Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) verbunden ist, wobei die Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) mit einer Fehlerschutzimpedanz (ZY) ausgestattet ist, über die der Sternpunkt (SP) mit einem Schutzleiteranschluss (PE) der Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) verbunden ist und die Fehlerschutzimpedanz (ZY) als Hochpass ausgebildet ist.
  2. Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) nach Anspruch 1, wobei die Gleichrichterschaltung (PFC) gleichstromseitig zwei Gleichspannungsausgänge (HV+, HV-) aufweist, an die parallel eine Zwischenkreiskondensatorschaltung angeschlossen ist.
  3. Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) nach Anspruch 2, wobei die Zwischenkreiskondensatorschaltung eine Reihenschaltung zweier Zwischenkreiskondensatoren (ZK) umfasst, die in der Reihenschaltung über einen Verbindungspunkt (V) miteinander verbunden sind, der direkt oder über einen Zwischenkreisschalter (S1) mit dem Sternpunkt (SP) verbunden ist.
  4. Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fehlerschutzimpedanz (ZY) direkt mit dem Sternpunkt (SP) verbunden ist, über einen Zwischenkreisschalter (S1) mit dem Sternpunkt (SP) verbunden ist, direkt mit einem Verbindungspunkt (V) zweier serieller Zwischenkreiskondensatoren (ZK) oder über einen Zwischenkreisschalter (S1') mit einem Verbindungspunkt (V) zweier serieller Zwischenkreiskondensatoren (ZK) verbunden ist.
  5. Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sternpunkt (SP) über eine Verbindungsimpedanz (ZN) mit dem Neutralleiteranschluss (N) verbunden ist.
  6. Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) nach Anspruch 5, wobei die Verbindungsimpedanz (ZN) als ohmscher Widerstand oder als Kondensator oder als Kombination hiervon ausgebildet ist.
  7. Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Sternpunkt (SP) über die Fehlerschutzimpedanz (ZY) und einen hierzu seriellen Verbindungsschalter (S2) mit dem Schutzleiteranschluss (PE) verbunden ist.
  8. Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fehlerschutzimpedanz (ZY) über einen Zwischenkreisschalter (S1) mit dem Sternpunkt (SP) verbunden ist, oder über einen Zwischenkreisschalter (S1') mit einem Verbindungspunkt (V) zweier serieller Zwischenkreiskondensatoren (ZK) verbunden ist und wobei die fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) ferner eine Steuereinrichtung (C) aufweist, die mit dem Zwischenkreisschalter (S1, S1') ansteuernd verbunden ist und eingerichtet ist, den Zwischenkreisschalter (S1, S1') in geschlossenem Zustand vorzusehen, wenn ein Fehlerzustand in der Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) oder in einer Komponente eines daran angeschlossenen Bordnetzzweigs vorliegt, und eingerichtet ist, den Zwischenkreisschalter (S1, S1') in offenem Zustand vorzusehen, wenn kein Fehlerzustand vorliegt.
  9. Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) nach Anspruch 8, wobei der Fehlerzustand eine fehlerhafte Schutzleiteranbindung der Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) wiedergibt.
  10. Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die einen mehrphasigen Wechselstromanschluss (L1, L2, L3) aufweist, der über eine mehrphasige Trennschaltervorrichtung (TS) wechselstromseitig mit dem Gleichrichter (PFC) verbunden ist, wobei Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) zudem über eine Spannungsmeßvorrichtung (M) verfügt, die ansteuernd mit der Trennschaltervorrichtung (TS) verbunden ist und signalübertragend mit dem Neutralleiteranschluss (N) und dem Schutzleiteranschluss (PE) verbunden ist und die eingerichtet ist, die zwischen Neutralleiteranschluss (N) und Schutzleiteranschluss (PE) vorliegende Spannung zu erfassen und die Trennschaltervorrichtung nur dann zu schließen, wenn diese Spannung nicht größer als eine vorgegebene Spannungsgrenze ist.
  11. Fahrzeugseitige Wechselstrom-Ladeschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gleichrichterschaltung (PFC) als Vienna-Gleichrichter ausgebildet ist und der Sternpunkt (SP) dem freien Sternpunkt (SP) des Vienna-Gleichrichters entspricht.
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