DE102016009665A1 - Verbindungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Laden eines kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers - Google Patents

Verbindungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Laden eines kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers Download PDF

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Martin Schulz
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung (16) für ein Kraftfahrzeug (10) zum elektrischen Verbinden einer fahrzeugexternen, einen Wechselstrom bereitstellenden Ladevorrichtung (14) mit einem kraftfahrzeugseitigen Energiespeicher (12), wobei die Verbindungseinrichtung (16) einen luftgekühlten Matrixumrichter (22) aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, den von der Ladevorrichtung (14) bereitgestellten Wechselstrom in einen Gleichstrom zum Laden des kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers (12) umzuwandeln. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Laden eines kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers (12).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zum elektrischen Verbinden einer fahrzeugexternen, einen Wechselstrom bereitstellenden Ladevorrichtung mit einem kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Laden eines kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers.
  • Vorliegend richtet sich das Interesse auf Verbindungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere fahrzeugexterne, tragbare Verbindungseinrichtungen. Über diese Verbindungseinrichtungen kann ein kraftfahrzeugseitiger elektrischer Energiespeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs, mit einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung, beispielsweise einer Ladesäule beziehungsweise Stromtankstelle, elektrisch verbunden werden. Solche Verbindungseinrichtungen sind insbesondere Ladekabel, über welche dem elektrischen Energiespeicher eine von der Ladevorrichtung bereitgestellte Ladeenergie, beispielsweise ein Ladestrom, zugeführt werden kann. Bei den Ladeverfahren werden das sogenannte Gleichstromladen, das Wechselstromladen und das Drehstromladen unterschieden.
  • Beim Gleichstromladen wird von der Ladevorrichtung direkt ein Gleichstrom bereitgestellt und dem fahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher zugeführt. Beim Wechselstromladen stellt die Ladevorrichtung einen Wechselstrom bereit, welcher beispielsweise von einem in das Kraftfahrzeug integrierten Ladegerät gleichrichtet wird. Aus der CN 2016 565 33 U ist beispielsweise ein tragbares Ladegerät bekannt, welches eingangsseitig eine Wechselstrom führende Leitung und ausgangsseitig eine Gleichstrom führende Leitung aufweist. Beim Drehstromladen, durch welches ein sogenanntes Schnellladen realisiert werden kann, stellt die Ladevorrichtung einen Drehstrom bereit, welcher zum Laden des elektrischen Energiespeichers, beispielsweise über einen in das Kraftfahrzeug integrierten Dreiphasengleichrichter, gleichgerichtet wird. Diese Dreiphasengleichrichter beziehungsweise AC/DC-Wandler weisen dabei in der Regel eine hohe Verlustleistung auf und müssen daher mittels eines Kühlmittels, beispielsweise Wasser, gekühlt werden. Daher sind diese Dreiphasengleichrichter aus Kostengründen und Gewichtsgründen zumeist in das Kraftfahrzeug integriert und werden dort über einen Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugs gekühlt. Falls das Kraftfahrzeug aber nicht über einen solchen AC/DC-Wandler verfügt, kann kein Drehstromladen und damit kein Schnellladen bereitgestellt werden.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungseinrichtung besonders gewichtsarm und verlustarm auszubilden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbindungseinrichtung sowie durch ein Verfahren gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
  • Eine erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug dient zum elektrischen Verbinden einer fahrzeugexternen, einen Wechselstrom bereitstellenden Ladevorrichtung mit einem kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher. Die Verbindungseinrichtung weist einen luftgekühlten Matrixumrichter auf, welcher dazu ausgelegt ist, den von der Ladevorrichtung bereitgestellten Wechselstrom in einen Gleichstrom zum Laden des kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers umzuwandeln.
  • Die Verbindungseinrichtung ist insbesondere als eine tragbare, zum Kraftfahrzeug und der Ladevorrichtung separate Verbindungseinrichtung ausgebildet, welche zerstörungsfrei lösbar mit der Ladevorrichtung und dem kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher elektrisch verbindbar ist. Die Verbindungseinrichtung ist insbesondere als ein Ladekabel ausgebildet. Die Ladevorrichtung kann beispielsweise eine sogenannte Stromtankstelle oder ein Stromnetz sein. Insbesondere stellt die fahrzeugexterne Ladevorrichtung einen Drehstrom beziehungsweise Dreiphasenwechselstrom als den Wechselstrom bereit. Die fahrzeugexterne Ladevorrichtung kann beispielsweise ein 22 kW-Dreiphasennetz sein.
  • Der in die Verbindungseinrichtung integrierte, luftgekühlte Matrixumrichter ist dazu ausgelegt, den Wechselstrom, insbesondere den Dreiphasenwechselstrom, in einen Gleichstrom zum Laden des elektrischen Energiespeichers umzuwandeln. Dazu wird eine Schaltungstopologie des luftgekühlten Matrixumrichters derart betrieben, dass der eingangsseitig von der Ladevorrichtung zugeführte Wechselstrom ausgangsseitig in einen Gleichstrom gewandelt wird und dem elektrischen Energiespeicher zum Laden zugeführt werden kann. Der luftgekühlte Matrixumrichter weist dabei während des Betriebs eine Verlustleistung auf, welche einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Der Grenzwert ist dabei so vorgegeben, dass der Matrixumrichter über eine Luftkühlung gekühlt werden kann, ohne dabei zu überhitzen und in seiner Funktionsfähigkeit eingeschränkt zu werden. Zum Kühlen des Matrixumrichters wird also insbesondere nur die Luftkühlung bereitgestellt. Insbesondere wird kein Kühlmittel, beispielsweise in Form von Kühlwasser, durch welches ein hohes Gewicht hervorgerufen wird, bereitgestellt. Durch diese Luftkühlung des Matrixumrichters weist die Verbindungseinrichtung ein besonders geringes Gewicht auf und ist zudem besonders verlustarm gestaltet. Die Verbindungseinrichtung kann somit problemlos durch einen Nutzer des Kraftfahrzeugs mitgeführt werden, sodass auch für Kraftfahrzeuge ohne integrierten Gleichrichter ein Schnellladen realisiert werden kann.
  • Vorzugsweise weist der Matrixumrichter drei Eingangsphasen zum Verbinden mit der Ladevorrichtung und drei Ausgangsphasen auf, von welchen zwei Ausgangsphasen mit dem kraftfahrzeugseitigen Energiespeicher elektrisch verbindbar sind, wobei jede der Eingangsphasen über eine bidirektionale Schalteinrichtung mit jeder der Ausgangsphasen elektrisch gekoppelt ist. Der Matrixumrichter ist ein sogenannter direkter Umrichter, bei welchem die Umrichtung in einer Stufe, einer sogenannten Matrix, durchgeführt wird. Der Matrixumrichter weist also im Gegensatz zu indirekten Umrichtern keinen Zwischenkreis mit passiven Bauelementen, beispielsweise mit Spulen oder Kondensatoren, auf, durch welchen bei diesen indirekten Umrichtern das Gewicht und die Verlustleistung erhöht werden.
  • Der Matrixumrichter wird dabei als ein Gleichrichter, insbesondere als ein Dreiphasengleichrichter, betrieben. Dazu werden die drei Eingangsphasen mit der fahrzeugexternen Ladevorrichtung, beispielsweise mit jeweils einer Phase eines Dreiphasennetzes, verbunden. Über jede Eingangsphase wird dabei ein Wechselstrom geführt. Ausgangsseitig wird der kraftfahrzeugseitige Energiespeicher elektrisch mit zwei der Ausgangsphasen verbunden. Mittels der bidirektionalen Schalteinrichtungen, über welche jede der Eingangsphasen wahlweise mit einer der Ausgangsphasen elektrisch verbindbar sind, kann der eingangsseitig zugeführte Drehstrom ausgangsseitig in einen Gleichstrom zum Laden des kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers umgewandelt werden. Dazu kann die Verbindungseinrichtung beziehungsweise der Matrixumrichter eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der bidirektionalen Schalteinrichtungen aufweisen.
  • Der mit den bidirektionalen Schalteinrichtungen ausgebildete Matrixumrichter ist in vorteilhafter Weise dazu ausgelegt, netzseitige beziehungsweise ladevorrichtungsseitige Störungen, insbesondere ohne eine galvanische Trennung zwischen der Ladevorrichtung und dem elektrischen Energiespeicher, auszugleichen. Durch das Fehlen des Zwischenkreises kann der kraftfahrzeugseitige Energiespeicher in vorteilhafter Weise auch ohne einen Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B sicher und zuverlässig geladen werden.
  • Besonders bevorzugt weisen die bidirektionalen Schalteinrichtungen jeweils zwei Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren auf. Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, kurz SiC-JFET (Silicon Carbide Junction Field-Effect Transistor), weisen beim Schalten eine besonders geringe Verlustleistung auf. Die Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren der bidirektionalen Schalteinrichtung sind dabei antiseriell verbunden, sodass sie sowohl positive als auch negative Halbschwingungen des Wechselstromes schalten können. Die zum beidseitigen Sperren des Wechselstroms notwendigen antiparallelen Dioden sind als Inversdioden beziehungsweise intrinsische Body-Dioden bereits strukturbedingt in den SiC-JFETs vorhanden. Sie müssen also nicht, wie beispielsweise bei bidirektionalen Schalteinrichtungen mit IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), als separate Bauteile bereitgestellt werden. Die Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren können mit einer besonders hohen Taktfreqeunz betrieben werden. Bei diesen schnell schaltenden Siliziumkarbid-Bauelementen fällt eine besonders geringe Menge an Verlustwärme an, sodass eine Luftkühlung ausreicht. Der Matrixumrichter kann also besonders bauteilsparend ausgebildet werden und besonders verlustarm betrieben werden.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Matrixumrichter zur Luftkühlung eine Gebläseeinrichtung aufweist. Eine solche Gebläseeinrichtung kann beispielsweise ein Ventilator sein, welcher der Schaltungstopologie des Matrixumrichters, beispielsweise den SiC-JFETs, Luft zur Kühlung zuführt. Solche Gebläseeinrichtungen können besonders gewichtsarm und mit geringen Dimensionen gefertigt und in den Matrixumrichter integriert werden. Somit kann eine besonders handliche Verbindungseinrichtung bereitgestellt werden, welche durch die aktive Luftkühlung besonders zuverlässig vor einer Überhitzung und damit vor einer Funktionsuntüchtigkeit geschützt werden kann. Ein solcher Matrixumrichter mit Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren und einer Gebläseeinrichtung ist beispielsweise aus dem Artikel „A high power density SiC-JFET-based Matrix Converter" (Liliana de Lillo et al, Power Electronics and Applications (EPE 2011), Proceedings of the 2011-14 European Conference on August 30, 2011 – September 1, 2011) bekannt.
  • Insbesondere weist der Matrixumrichter eine Leistungsdichte von zumindest 20 kW, insbesondere zumindest 22 kW, und/oder ein Volumen von 1 dm3 auf. Dies bedeutet, dass der Matrixumrichter eine volumetrische Leistungsdichte von 22 kW/dm3 aufweist. Somit kann mittels der Verbindungsvorrichtung zuverlässig ein Schnellladeverfahren bereitgestellt werden.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Verbindungseinrichtung als ein Ladekabel mit einer kraftfahrzeugseitigen Steckeinrichtung zum elektrischen Verbinden mit dem kraftfahrzeugseitigen Energiespeicher und mit einer ladevorrichtungsseitigen Steckeinrichtung zum elektrischen Verbinden mit der fahrzeugexternen Ladevorrichtung ausgebildet ist. Die kraftfahrzeugseitige Steckeinrichtung beziehungsweise der kraftfahrzeugseitige Stecker ist insbesondere ein sogenannter CHAdeMO-Stecker oder ein CSS-Stecker. Die ladevorrichtungsseitige Steckeinrichtung kann beispielsweise ein Schuko-Stecker, ein Typ 2-Stecker oder ein CEE-Stecker für 16 A einphasig, 16 A dreiphasig oder 32 A dreiphasig sein.
  • Vorzugsweise weist die Verbindungseinrichtung zumindest ein Adapterelement auf, welches mit der ladevorrichtungsseitigen und/oder der kraftfahrzeugseitigen Steckeinrichtung zum Verbinden des Ladekabels mit der Ladevorrichtung und dem kraftfahrzeugseitigen Energiespeicher koppelbar ist. Die Verbindungseinrichtung kann beispielsweise eingangsseitig und ausgangsseitig jeweils einen fest installierten beziehungsweise nicht zerstörungsfrei lösbaren Stecker aufweisen, welcher in eine jeweilige kraftfahrzeugseitige und ladevorrichtungsseitige Buchse eingesteckt werden kann. Falls diese fest installierten Stecker nicht kompatibel mit der jeweiligen kraftfahrzeugseitigen und/oder ladevorrichtungsseitigen Buchse sind, können diese über ein spezifisches, mit der Buchse kompatibles Adapterelement mit der Buchse elektrisch kontaktiert werden. Dazu kann das jeweilige Adapterelement auf die ladevorrichtungsseitige und/oder die kraftfahrzeugseitige Steckeinrichtung aufgesteckt werden. Somit ist die Verbindungseinrichtung in vorteilhafter Weise für eine Vielzahl von Stromtankstellen und Kraftfahrzeugen einsetzbar.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Laden eines kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers mit einem von einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung bereitgestellten Wechselstrom. Der Wechselstrom wird über einen luftgekühlten Matrixumrichter in eine Gleichspannung zum Laden des kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers umgewandelt.
  • Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung, welche mit einem Kraftfahrzeug und einer Ladevorrichtung elektrisch verbunden ist;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Schaltungstopologie einer Ausführungsform eines Matrixumrichters; und
  • 3 eine schematische Darstellung einer bidirektionalen Schalteinrichtung der Schaltungstopologie des Matrixumrichters.
  • In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einem elektrischen Energiespeicher 12. Das Kraftfahrzeug 10 ist insbesondere als ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet. Der elektrische Energiespeicher 12 kann beispielsweise als eine Hochvoltbatterie beziehungsweise Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet sein und dazu dienen, Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 10 bereitzustellen.
  • Außerdem ist in 1 eine Ladevorrichtung 14 gezeigt, welche als eine Stromtankstelle, insbesondere als ein Dreiphasennetz, ausgebildet sein kann. Die Ladevorrichtung 14 stellt Energie in Form von einer Wechselspannung beziehungsweise einem Wechselstrom, insbesondere einem Dreiphasenwechselstrom beziehungsweise Drehstrom, zum Laden des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers 12 bereit.
  • Dazu wird die Ladevorrichtung 14 über eine Verbindungseinrichtung 16 mit dem elektrischen Energiespeicher 12 elektrisch verbunden. Die Verbindungseinrichtung 16 ist im vorliegenden Fall als ein Ladekabel ausgebildet und kann beispielsweise in dem Kraftfahrzeug 10 mitgeführt beziehungsweise transportiert werden. Das Ladekabel ist dabei besonders handlich und gewichtsarm ausgebildet, sodass es für einen Nutzer des Kraftfahrzeugs 10 zum Laden des elektrischen Energiespeichers 12 auf einfache Weise mit dem Kraftfahrzeug 10 und der Ladevorrichtung 14 verbunden werden kann. Zur Kontaktierung der Verbindungseinrichtung 16 mit der Ladevorrichtung 14 und dem elektrischen Energiespeicher 12 weist die Verbindungseinrichtung 16 Steckeinrichtungen 18, 20 auf. Eingangsseitig weist die Verbindungseinrichtung 16 eine ladevorrichtungsseitige Steckeinrichtung 18 auf, über welche die Verbindungseinrichtung 16 mit der fahrzeugexternen Ladevorrichtung 14 elektrisch verbindbar ist. Ausgangsseitig weist die Verbindungseinrichtung 16 eine fahrzeugseitige Steckeinrichtung 20 auf, über welche die Verbindungseinrichtung 16 mit dem elektrischen Energiespeicher 12 des Kraftfahrzeus 10 elektrisch verbindbar ist.
  • Die Verbindungseinrichtung 16 weist dabei einen luftgekühlten Matrixumrichter 22 auf, welcher eine Schaltungstopologie 24 zum Wandeln des von der Ladevorrichtung 14 bereitgestellten Wechselstroms in einen Gleichstrom zum Laden des elektrischen Energiespeichers 12 aufweist. Dies bedeutet, dass der Wechselstrom mittels der Verbindungseinrichtung 16 in den Gleichstrom umgewandelt wird. Somit kann das Kraftfahrzeug 10 ohne ein integriertes Ladegerät zum Gleichrichten des Wechselstromes ausgebildet werden. Außerdem weist der Matrixumrichter 22 hier zur aktiven Luftkühlung der Schaltungstopologie 24 eine Gebläseeinrichtung 26 auf, welche beispielsweise als ein Ventilator ausgebildet sein kann. Der Matrixumrichter 22 weist dabei insbesondere ein Volumen von 1 dm3 und eine Leistungsdichte von 20 kW bis 22 kW auf.
  • Die Schaltungstopologie 24 ist beispielhaft in 2 gezeigt. Die Schaltungstopologie 24 weist drei Eingangsphasen A, B, C sowie drei Ausgangsphasen a, b, c auf. Jede Eingangsphase A, B, C kann einen dreiphasigen, von der Ladevorrichtung 14 bereitgestellten Wechselstrom iA, iB, iC leiten. Die Ströme iA, iM, iC werden dabei über jeweils ein Oberschwingungsfilter 27, welches hier jeweils eine Spule 28 sowie einen Kondensator 30 aufweist, gefiltert. Jede der Eingangsphasen A, B, C ist außerdem über jeweils eine bidirektionale Schalteinrichtung 32 mit jeder der Ausgangsphasen a, b, c gekoppelt. Durch Schließen der jeweiligen bidirektionalen Schalteinrichtung 32 kann jede der Eingangsphasen A, B, C wahlweise mit jeder der Ausgangsphasen a, b, c elektrisch verbunden werden. Die Schaltungstopologie 24 wird dabei derart betrieben, dass der dreiphasige Wechselstrom iA, iB, iC gleichgerichtet wird und der resultierende Gleichstrom I dem Energiespeicher 12 zum Laden zugeführt wird. Dazu werden die drei Eingangsphasen A, B, C mit der den Drehstrom bereitstellenden Ladevorrichtung 14 elektrisch verbunden. Zwei der Ausgangsphasen a, b, c, hier die Ausgangsphasen a, b, werden mit dem elektrischen Energiespeicher 12 elektrisch verbunden. Die bidirektionalen Schalteinrichtungen 32, welche die Eingangsphasen A, B, C und die Ausgangsphasen a, b und damit die Ladevorrichtung 14 und den elektrischen Energiespeicher 12 elektrisch verbinden, bilden somit eine Dreiphasengleichrichterschaltung aus. Mit dieser Dreiphasengleichrichterschaltung kann durch entsprechende Ansteuerung der bidirektionalen Schalteinrichtungen 32 der Drehstrom mit den Phasenströmen iA, iB, iC in den Gleichstrom I umgewandelt werden.
  • Die Schaltungstopologie 24 weist hier außerdem eine Schutzschaltung 42 in Form von einer sogenannten Active-Clamping-Schaltung auf. Die Schutzschaltung 42 umfasst Schottky-Dioden 44 sowie Kondensatoren 30 und Spulen 28. Durch die Schutzschaltung 42 kann die Schaltungstopologie 24 des Matrixumrichters 22 vor möglichen Fehlern beim Kommutierungsprozess, insbesondere vor Spannungsspitzen und/oder Stromspitzen, geschützt werden.
  • In 3 ist eine Ausführungsform der bidirektionalen Schalteinrichtung 32 der Schaltungstopologie 24 des Matrixumrichters 22 gezeigt. Die bidirektionale Schalteinrichtung 32 weist dabei zwei antiseriell geschaltete Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren 34 auf, welche jeweils eine Inversdiode 36 beziehungsweise intrinsische Bodydiode aufweisen. Über diese Inversdiode 36 wird die bidirektionale Sperrfähigkeit der Schalteinrichtung 32 gewährleistet. Die Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren 34 sind dabei über einen gemeinsamen Drainanschluss 38 miteinander verbunden. Ein Sourceanschluss 39 des eingangsseitigen (linksseitig dargestellten) Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistors 34 ist mit einer der Eingangsphasen A, B; C und ein Sourceanschluss 39 des ausgangsseitigen (rechtsseitig dargestellten) Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistors 34 ist mit einer der Ausgangsphasen a, b, c elektrisch verbunden. Über den jeweiligen Gateanschluss 40 sind die Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren 34, beispielsweise durch eine hier nicht gezeigte Steuereinrichtung des Matrixumrichters 22, einschaltbar und ausschaltbar. Die Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren 34 können mit einer besonders hohen Schaltfrequenz betrieben werden und weisen im Betrieb eine besonders geringe Verlustleistung auf.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    Energiespeicher
    14
    Ladevorrichtung
    16
    Verbindungseinrichtung
    18
    Steckeinrichtung
    20
    Steckeinrichtung
    22
    luftgekühlter Matrixumrichter
    24
    Schaltungstopologie
    26
    Gebläseeinrichtung
    27
    Oberschwingungsfilter
    28
    Spule
    30
    Kondensator
    32
    bidirektionale Schalteinrichtung
    34
    Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistor
    36
    Inversdiode
    38
    Drainanschluss
    39
    Sourceanschluss
    40
    Gateanschluss
    42
    Schutzschaltung
    44
    Schottky-Diode
    A, B, C
    Eingangsphasen
    a, b, c
    Ausgangsphasen
    iA, iB, iC
    Wechselströme
    I
    Gleichstrom
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 201656533 U [0003]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Artikel „A high power density SiC-JFET-based Matrix Converter” (Liliana de Lillo et al, Power Electronics and Applications (EPE 2011), Proceedings of the 2011-14 European Conference on August 30, 2011 – September 1, 2011) [0013]

Claims (8)

  1. Verbindungseinrichtung (16) für ein Kraftfahrzeug (10) zum elektrischen Verbinden einer fahrzeugexternen, einen Wechselstrom bereitstellenden Ladevorrichtung (14) mit einem kraftfahrzeugseitigen Energiespeicher (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (16) einen luftgekühlten Matrixumrichter (22) aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, den von der Ladevorrichtung (14) bereitgestellten Wechselstrom in einen Gleichstrom zum Laden des kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers (12) umzuwandeln.
  2. Verbindungseinrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixumrichter (22) drei Eingangsphasen (A, B, C) zum Verbinden mit der Ladevorrichtung (14) und drei Ausgangsphasen (a, b, c) aufweist, von welchen zwei Ausgangsphasen (a, b) mit dem kraftfahrzeugseitigen Energiespeicher (12) elektrisch verbindbar sind, wobei jede der Eingangsphasen (A, B, C) über eine bidirektionale Schalteinrichtung (32) mit jeder der Ausgangsphasen (a, b, c) elektrisch gekoppelt ist.
  3. Verbindungseinrichtung (16) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bidirektionale Schalteinrichtung (32) jeweils zwei Siliziumkarbid-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (34) aufweist.
  4. Verbindungseinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixumrichter (22) zur Luftkühlung eine Gebläseeinrichtung (26) aufweist.
  5. Verbindungseinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixumrichter (22) eine Leistungsdichte von mindestens 20 kW, insbesondere mindestens 22 kW, und/oder ein Volumen von 1 dm3 aufweist.
  6. Verbindungseinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (16) als ein Ladekabel mit einer kraftfahrzeugseitigen Steckeinrichtung (20) zum elektrischen Verbinden mit dem kraftfahrzeugseitigen Energiespeicher (12) und mit einer ladevorrichtungsseitigen Steckeinrichtung (18) zum elektrischen Verbinden mit der fahrzeugexternen Ladevorrichtung (14) ausgebildet ist.
  7. Verbindungseinrichtung (16) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (16) zumindest ein Adapterelement aufweist, welches mit der ladevorrichtungsseitigen und/oder der kraftfahrzeugseitigen Steckeinrichtung (18, 20) zum Verbinden des Ladekabels mit der Ladevorrichtung (14) und dem kraftfahrzeugseitigen Energiespeicher (12) koppelbar ist.
  8. Verfahren zum Laden eines kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers (12) mit einem von einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung (14) bereitgestellten Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstrom über einen luftgekühlten Matrixumrichter (22) in einen Gleichstrom zum Laden des kraftfahrzeugseitigen Energiespeichers (12) umgewandelt wird.
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