DE102016218304B3 - Vorrichtung zur Spannungswandlung, Traktionsnetz und Verfahren zum Laden einer Batterie - Google Patents

Vorrichtung zur Spannungswandlung, Traktionsnetz und Verfahren zum Laden einer Batterie Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spannungswandlung, umfassend einen Umrichter (2) und ein Steuergerät (4), wobei der Umrichter (2) drei Halbbrücken (H1, H2, H3) mit jeweils vier Transistoren (T1–T4; T5–T8; T9–T12) aufweist sowie mindestens eine Halbbrücke (H1–H3) zwei Schaltelemente (S1, S2; S3, S3; S5, S6) aufweist, wobei mittels eines ersten Schaltelements (S2, S4, S6) ein Mittelabgriff (M12, M34, M56) zwischen zwei Dioden (D1, D2; D3, D4; D5, D6) in einer ersten Schaltstellung mit einem Neutralpunkt (N) eines Zwischenkreiskondensators verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung mit einem positiven Ladeanschluss (11.1–11.3) für eine externe Gleichspannungsquelle (6) verbunden ist, und mittels eines zweiten Schaltelements (S1, S3, S5) ein Mittelabgriff (M1–M3) der Halbbrücke (H1–H3) in einer ersten Schaltstellung mit einem Pol (A, B, C) eines Wechselspannungsanschlusses und in einer zweiten Schaltstellung mit einem negativen Pol (9) eines Gleichspannungsanschlusses verbunden ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Traktionsnetz (1) sowie ein Verfahren zum Laden einer Batterie (3) eines Traktionsnetzes (1) mittels einer externen Gleichspannungsquelle (6).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spannungswandlung, ein Traktionsnetz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug sowie ein Verfahren zum Laden einer Batterie in einem Traktionsnetz.
  • Traktionsnetze in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug umfassen eine Batterie, einen Wechselrichter und eine Elektromaschine, die üblicherweise als dreiphasige Elektromaschine ausgebildet ist. Der Wechselrichter umfasst dabei einen Zwischenkreiskondensator sowie drei Halbbrücken, wobei in den Halbbrücken jeweils zwei Transistoren mit Freilaufdioden angeordnet sind. Die Transistoren werden durch ein Steuergerät angesteuert, das die Transistoren derart steuert, dass die Gleichspannung in drei phasenversetzte Wechselspannungssignale oder umgekehrt die dreiphasige Wechselspannung beim rekuperativen Bremsen in eine Gleichspannung wandelt.
  • Um entsprechend große Reichweiten zu erreichen, benötigt man Batterien mit großen Energiedichten. Kurze Ladezeiten erfordern hohe Ladeleistungen, sodass entsprechend hohe Nennspannungen bei den Batterien angestrebt werden. Die derzeit verfügbaren Transistoren haben allerdings eine begrenzte Spannungsfestigkeit von ca. 600 V. Daher sind die möglichen Batterienennspannungen auf ca. 400 V beschränkt und die entsprechenden externen Gleichspannungsquellen auf 400 V ausgelegt.
  • Aus der EP 0 593 472 B1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters eines Drehstromantriebs eines Elektroautos als Bordladegerät bekannt, wobei während eines Ladebetriebes zwei Brückenzweige dieses Wechselrichters derart als Hochsetzsteller geregelt werden, dass in Abhängigkeit einer weitgehend sinusförmigen, oberschwingungsarmen Stromeinspeisung mit cos φ = 1 eine Gleichspannung einem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters eingeprägt wird und wobei ein weiterer Brückenzweig dieses Wechselrichters derart als Tiefsetzsteller geregelt wird, dass in Abhängigkeit einer Ladecharakteristik einer Fahrbatterie des Elektroautos dieser ein Ladestrom aus dem Zwischenkreiskondensator eingeprägt wird. In einer alternativen Ausführungsform wird während eines Ladebetriebes ein Brückenzweig dieses Wechselrichters derart als Hochsetzsteller geregelt, dass in Abhängigkeit einer Ladecharakteristik einer Fahrbatterie des Elektroautos dieser ein Ladestrom aus dem Zwischenkreiskondensator eingeprägt wird.
  • Aus der DE 10 2009 033 185 B4 ist ein Ladesystem zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs bekannt, mit einem Umrichter, der an seiner Gleichspannungsseite an eine Batterie angeschlossen ist, zum Umrichten der von einer Batterie gelieferten Gleichspannung in eine für einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs verwendbare variable Wechselspannung. Weiter weist das Ladesystem eine Schalteinheit auf, die an die Wechselspannungsseite des Umrichters und an die Schalteinheit angeschlossen ist, zum Anschließen eines externen Stromversorgungsnetzes an den Umrichter. Dabei ist die Schalteinheit zum Trennen des Anschlusses zwischen dem Umrichter und dem Elektromotor vorgesehen, bevor der Umrichter als Ladegerät für die Batterie verwendet wird, wobei ein Spannungsanpassungsmodul des Umrichters zur Erstellung einer Ladecharakteristik des Ladesystems gemäß den Ladeanforderungen der Batterie vorgesehen ist. Weiter umfasst der Umrichter einen Zwischenkreis, dessen Wert der Spannung über einen Wert der Spannung des externen Stromversorgungsnetzes erhöht wird, wobei der Umrichter derart ausgestaltet ist, dass keine hohen Ströme an das externe Stromversorgungsnetz beim Anstecken des Stromnetz-Ladeanschlusses fließen. Weiter umfasst das Ladesystem eine Freigabeschalteinrichtung zum Entsperren einer Tankklappe des Fahrzeugs und zur Entriegelung des mindestens einen Stromnetz-Ladeanschlusses, wenn die Spannungserhöhungseinrichtung die Spannung des Zwischenkreises auf eine höhere Spannung als die Spannung des externen Stromversorgungsnetzes erhöht hat.
  • Aus der DE 10 2011 118 823 A1 ist eine Vorrichtung zum Laden einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges bekannt, umfassend mindestens eine Traktionsbatterie, einen Elektromotor mit Induktivitäten, die einen gemeinsamen Anschluss aufweisen, und einen Umrichter, wobei der Umrichter zwischen der Traktionsbatterie und dem Elektromotor angeordnet ist und einen Plus- und einen Minusanschluss aufweist, wobei der Umrichter für einen motorischen Betrieb eine Gleichspannung der Traktionsbatterie in mindestens eine Wechselspannung für den Elektromotor und für einen generatorischen Betrieb mindestens eine Wechselspannung des Elektromotors in eine Gleichspannung für die Traktionsbatterie wandelt, wobei die Vorrichtung Anschlüsse zum Anschließen eines Gleichrichters aufweist, wobei der Gleichrichter eine Wechselspannungsanschlussseite zum Anschließen an ein ein- oder mehrphasiges externes Wechselspannungsnetz aufweist und eine Gleichspannungsanschlussseite mit mindestens einem Plus- und einem Minusanschluss aufweist, wobei mindestens ein Anschluss auf der Gleichspannungsanschlussseite mit dem gemeinsamen Anschluss der Induktivitäten (L1–L3) verbindbar ist, wobei ein Schaltelement vorgesehen ist, über das im Ladebetrieb ein Pol der Traktionsbatterie mit dem Anschluss an den Gleichrichter mit entgegengesetzter Polarität und dem gemeinsamen Anschluss der Induktivitäten verbunden ist, wobei der andere Anschluss an den Gleichrichter vorzeichengereicht mit einem Anschluss des Umrichters verbunden ist.
  • Der Umrichter bzw. Wechselrichter weist drei Halbbrücken auf, wobei die Mittelabgriffe der Halbbrücken mit den Wechselspannungsanschluss verbindbar sind. Parallel zum Gleichspannungsanschluss ist ein Zwischenkreiskondensator angeordnet.
  • Aus dem Fachartikel „Nabae, A.; Takahashi, I.; Akagi, H.: A New Neutral-Point-Clamped PWM Inverter. In: IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-17, No. 5, pp. 518–523, Sept. 1981“ ist ein 3-Level-Wechselrichter mit neutral point clamping bekannt. Dabei wird der Zwischenkreiskondensator durch zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren gebildet, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt einen Neutralpunkt bildet. Dabei sind sowohl im oberen Teil als auch im unteren Teil einer jeden Halbbrücke zwei Transistoren mit Freilaufdioden angeordnet, wobei den Halbbrücken zwei Dioden zugeordnet, sind, wobei die beiden Dioden in Reihe geschaltet sind und Mittelabgriffe des oberen Teils und des unteren Teils der Halbbrücken verbinden.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung zu schaffen, mittels derer ein schnelleres Laden mit einer gegebenen externen Gleichspannungsquelle möglich ist. Ein weiteres Problem ist die Schaffung eines geeigneten Traktionsnetzes für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug sowie das Bereitstellen eines Verfahrens zum Laden einer Batterie in einem Traktionsnetz.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Traktionsnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Vorrichtung zur Spannungswandlung umfasst einen Umrichter und ein Steuergerät, wobei der Umrichter einen zweipoligen Gleichspannungsanschluss zum Anschließen einer Batterie und einen dreipoligen Wechselspannungsanschluss zum Anschließen einer Elektromaschine aufweist. Weiter weist der Umrichter drei Halbbrücken auf, wobei sowohl im oberen als auch im unteren Teil einer jeden Halbbrücke zwei Transistoren mit Freilaufdioden angeordnet sind.
  • Dabei sind die Mittelabgriffe der Halbbrücken mit dem Wechselspannungsanschluss verbindbar oder mit diesem verbunden. Parallel zum Gleichspannungsanschluss ist ein Zwischenkreiskondensator angeordnet, der aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren besteht, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt einen Neutralpunkt bildet. Dabei können jeweils mehrere Kondensatoren parallel geschaltet sein, wobei dann die beiden Parallelschaltungen in Reihe geschaltet sind. Weiter sind den Halbbrücken jeweils zwei Dioden zugeordnet, wobei die beiden Dioden in Reihe geschaltet sind und Mittelabgriffe des oberen und unteren Teils der Halbbrücke verbinden. Dabei ist eine Anode einer ersten Diode mit dem Mittelabgriff des unteren Teils und die Kathode der anderen Diode mit dem Mittelabgriff des oberen Teils verbunden. Die Mittelabgriffe der Dioden sind mit dem Neutralpunkt verbunden oder verbindbar. Weiter weist mindestens eine Halbbrücke zwei Schaltelemente auf. Das erste Schaltelement verbindet in einer ersten Schaltstellung den Mittelabgriff zwischen den beiden Dioden mit dem Neutralpunkt und in einer zweiten Schaltstellung den Mittelabgriff zwischen den Dioden mit einem positiven Ladeanschluss für eine externe Gleichspannungsquelle. Das zweite Schaltelement verbindet in einer ersten Schaltstellung den Mittelabgriff der Halbbrücke mit einem Pol des Wechselspannungsanschlusses und in einer zweiten Schaltstellung den Mittelabgriff der Halbbrücke mit dem negativen Pol des Gleichspannungsanschlusses. Das Steuergerät ist dabei derart ausgebildet, die Schaltelemente in Abhängigkeit eines beabsichtigten externen Ladevorganges von der ersten in die zweite Schaltstellung zu steuern. Durch die Verwendung von jeweils vier Transistoren je Halbbrücke kann die Nennspannung der Batterie entsprechend doppelt so groß gewählt werden. Beispielsweise kann eine Batterie mit einer Nennspannung von 800 V gewählt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine 3-level-Umrichter-Topologie erreicht wird, sodass die günstigeren Eigenschaften bei der Flankensteilheit der Spannung die Anforderung an die maschinenseitigen Wicklungen entspannen. Durch ein entsprechend modifiziertes Pulsmuster können gezielt harmonische Stromkomponenten eliminiert werden, was den Gesamtwirkungsgrad der Elektromaschine verbessert, da Oberwellen in der Regel nicht zur Drehmomentbildung beitragen. Die Ladung der Batterie mit einer externen Gleichspannungsquelle, deren Nennspannung kleiner als die Nennspannung der Batterie ist, erfolgt nun dadurch, dass im Ladebetrieb (zweite Schaltstellung) die Transistoren im oberen Teil der Halbbrücke als DC/DC-Aufwärtswandler betrieben werden. Dadurch kann beispielsweise die Batterie mit einer 800 V Nennspannung durch eine externe Gleichspannungsquelle mit 400 V Nennspannung geladen werden. Dies erlaubt schnelle Ladezeiten bei großer Ladeleistung. Die für den Aufwärtswandler benötigte Induktivität kann dabei beispielsweise durch die externe Gleichspannungsquelle zur Verfügung gestellt werden. Die notwendige Größe der Induktivität hängt dabei von der Schaltfrequenz der Transistoren ab, da die Impedanz jωL ist.
  • In einer Ausführungsform sind jeder Halbbrücke zwei Schaltelemente zugeordnet, sodass die Ladeleistung auf drei Zweige verteilt werden kann. Dabei können die Aufwärtswandler zeitlich versetzt zueinander angeschaltet werden, was eine Ripple-Bildung reduziert.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die Schaltelemente als Relais ausgebildet, sodass eine galvanische Trennung erreichbar ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die Transistoren als IGBTs ausgebildet, da diese eine höhere Spannungsfestigkeit im Vergleich zu MOSFETs aufweisen.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die notwendige Induktivität zwischen dem positiven Ladeanschluss und dem Mittelabgriff der Halbbrücke angeordnet, sodass keine speziellen Anpassungen an der externen Gleichspannungsquelle notwendig sind.
  • Hinsichtlich der Ausbildung des Traktionsnetzes sowie des Verfahrens zum Laden der Batterie wird vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
  • 1 ein Traktionsnetz eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs und
  • 2 eine Detaildarstellung eines Aufwärtswandlers in der zweiten Schaltstellung.
  • Das Traktionsnetz 1 umfasst einen Umrichter 2, eine Batterie 3, ein Steuergerät 4 und eine Elektromaschine 5. Des Weiteren ist eine externe Gleichspannungsquelle 6 dargestellt, die aber nicht Bestandteil des Traktionsnetzes 1 ist.
  • Der Umrichter 2 weist zwölf Transistoren T1–T12 auf, denen jeweils eine Freilaufdiode D zugeordnet ist, wobei nur die Freilaufdiode D des ersten Transistors T1 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Transistoren T1–T12 werden vom Steuergerät 4 angesteuert, wobei aus Übersichtsgründen nur die Steuerleistungen zu den Transistoren T1 und T2 dargestellt sind. Die Transistoren T1–T4 bilden eine erste Halbbrücke H1, die Transistoren T5–T8 eine zweite Halbbrücke H2 und die Transistoren T9–T12 eine dritte Halbbrücke H3. Jede Halbbrücke H1–H3 weist einen oberen Teil H1O–H3O und einen unteren Teil H1U–H3U auf, wobei die oberen Teile H1O–H3O durch die Transistoren T1, T2; T5, T6 sowie T9, T10 gebildet werden. Zwischen dem oberen Teil H1O–H3O und dem jeweiligen unteren Teil H1U–H3U ist ein Mittelabgriff M1–M3 der jeweiligen Halbbrücke H1–H3. Der Umrichter 2 weist weiter einen zweipoligen Gleichspannungsanschluss mit einem positiven Pol 8 und einem negativen Pol 9 auf, wobei an dem Gleichspannungsanschluss die Batterie 3 angeschlossen ist. Parallel zum Gleichspannungsanschluss ist ein Zwischenkreiskondensator angeordnet, der aus einer Reihenschaltung von zwei Kondensatoren Cdc besteht, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt einen Neutralpunkt N definiert. Weiter weist der Umrichter 2 einen dreipoligen Wechselspannungsanschluss auf, dessen drei Pole A, B, C mit drei Wicklungsanschlüssen der Elektromaschine 5 verbunden sind. Schließlich weist der Umrichter 2 noch sechs Schaltelemente S1–S6 sowie sechs Dioden D1–D6 auf. Dabei sind die Schaltelemente S1–S2 der ersten Halbbrücke H1, die Schaltelemente S2–S4 der zweiten Halbbrücke H2 und die Schaltelemente S5–S6 der dritten Halbbrücke H3 zugeordnet. Die Schaltelemente S1–S6 werden auch von dem Steuergerät 4 angesteuert, wobei aus Übersichtsgründen nur die Ansteuerleitung zum ersten Schaltelement S1 dargestellt ist. Die Schaltelemente S1–S6 weisen jeweils eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung auf, wobei in der 1 die erste Schaltstellung dargestellt ist. Die Schaltelemente S1, S3 und S5 verbinden in der ersten Schaltstellung die Mittelabgriffe M1–M3 mit den Polen A, B, C des Wechselspannungsanschlusses, wobei M1 mit B, M2 mit A und M3 mit C verbunden ist. In der zweiten Schaltstellung sind die Mittelabgriffe M1–M3 mit dem negativen Pol 9 des Gleichspannungsanschlusses verbunden. Die Dioden D1 und D2 sind in Reihe geschaltet, wobei die Kathode der ersten Diode D1 mit einem Mittelabgriff M10 des oberen Teils H10 der ersten Halbbrücke H1 verbunden ist. Die Anode der zweiten Diode D2 ist mit einem Mittelabgriff M1U des unteren Teils H1U der ersten Halbbrücke H1 verbunden, wobei der gemeinsame Anschlusspunkt der Dioden D1, D2 einen Mittelabgriff M12 bildet. Die Dioden D3–D6 sind entsprechend verschaltet und definieren Mittelabgriffe M34 und M56. In der ersten Schaltstellung verbinden die Schaltelemente S2, S4 und S6 die Mittelabgriffe M12, M34 und M56 mit dem Neutralpunkt N.
  • In der ersten Schaltstellung der Schaltelemente S1–S6 kann dann das Steuergerät 4 die Transistoren T1–T12 derart ansteuern (beispielsweise durch ein entsprechendes Pulsmuster), dass aus der Gleichspannung der Batterie 3 eine dreiphasige Wechselspannung für die Elektromaschine 5 erzeugt wird. Dabei kann ein 3-level-Umrichter realisiert werden, da nunmehr vier Transistoren je Halbbrücke H1–H3 zur Verfügung stehen. Die Transistoren T1–T12 müssen daher nur noch die halbe Zwischenkreisspannung schalten, was hinsichtlich der Ströme die bekannten Vorteile eines 3-level-Umrichters bewirkt. Beispielsweise kann somit die Nennspannung der Batterie 3 auf 800 V erhöht werden, wobei die Transistoren T1–T12 nur eine Spannungsfertigkeit von 600 V aufweisen, da diese maximal jeweils 400 V schalten müssen.
  • In der ersten Schaltstellung kann darüber hinaus die Batterie 3 über die Elektromaschine 5 geladen werden, wenn diese bei einem rekuperativen Bremsen generatorisch betrieben wird.
  • Um nun die Batterie 3 über die externe Gleichspannungsquelle 6 zu laden, weist der Umrichter 2 einen negativen Ladeanschluss 10 und drei positive Ladeanschlüsse 11.1–11.3 auf, wobei die drei Ladeanschlüsse 11.1–11.3 über drei externe Induktivitäten L1–L3 an den positiven Pol der Gleichspannungsquelle 6 geführt sind. Zum Laden der Batterie 3 über die externe Gleichspannungsquelle 6 werden die Schaltelemente S1–S6 vom Steuergerät 4 in die zweite Schaltstellung geschaltet. In der zweiten Schaltstellung verbinden die Schaltelemente S1, S3 und S5 die Mittelabgriffe M1, M2, M3 mit dem negativen Pol 9, der auch mit dem negativen Pol der externen Gleichspannungsquelle 6 über den negativen Ladeanschluss 10 verbunden ist. Die Schaltelemente S2, S4 und S6 verbinden in der zweiten Schaltstellung die Mittelabgriffe M12, M34, M56 mit den positiven Ladeanschlüssen 11.1–11.3. Damit sind die Dioden D2, D4 und D6 in Sperrrichtung gepolt.
  • Hierdurch ergibt sich beispielsweise für den oberen Teil H10 der ersten Halbbrücke H1 die in 2 dargestellte Verschaltung, was einem DC/DC-Aufwärtswandler entspricht. Für den Aufladezyklus wird dabei T2 durchgeschaltet und T1 gesperrt. Im Entladezyklus wird dann T2 gesperrt und T1 durchgeschaltet. Mittels des DC/DC-Aufwärtswandlers lässt sich dann beispielsweise eine Nennspannung von 400 V der externen Gleichspannungsquelle 6 auf eine Spannung von 800 V hochsetzen. Somit kann ein Traktionsnetz 1 mit einer Nennspannung von ca. 800 V realisiert werden, wobei die Transistoren T1–T12 eine geringe Spannungsfestigkeit aufweisen (z.B. 600 V) und auch die externe Ladeinfrastruktur für kleinere Nennspannungen ausgelegt ist (z.B. 400 V). Durch die Verschaltung aller drei oberen Teile H1O, H2O, H3O der Halbbrücken H1, H2, H3 als DC/DC-Aufwärtswandler wird dabei der Strom gleichmäßig aufgeteilt, was insbesondere hinsichtlich der abzuführenden Verlustleistung von Vorteil ist.
  • Die Transistoren T1–T12 sind dabei vorzugsweise als IGBTs und die Schaltelemente S1–S6 als Relais ausgebildet. Die Induktivitäten L1–L3 können dabei auch in den Umrichter 2 integriert werden.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Spannungswandlung, umfassend einen Umrichter (2) und ein Steuergerät (4), wobei der Umrichter (2) einen zweipoligen Gleichspannungsanschluss zum Anschließen einer Batterie (3) und einen dreipoligen Wechselspannungsanschluss zum Anschließen einer Elektromaschine (5) aufweist, wobei der Umrichter (2) drei Halbbrücken (H1–H3) aufweist, wobei sowohl im oberen Teil (H1O, H2O, H3O) als auch unteren Teil (H1U, H2U, H3U) einer jeden Halbbrücke (H1, H2, H3) zwei Transistoren (T1–T12) mit Freilaufdioden (D) angeordnet sind, wobei die Mittelabgriffe (M1–M3) der Halbbrücken (H1–H3) mit dem Wechselspannungsanschluss verbindbar sind und parallel zum Gleichspannungsanschluss ein Zwischenkreiskondensator angeordnet ist, der aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren (Cdc) besteht, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt einen Neutralpunkt (N) bildet, wobei den Halbbrücken (H1–H3) zwei Dioden (D1, D2; D3, D4; D5, D6) zugeordnet sind, wobei die beiden Dioden (D1, D2; D3, D4; D5, D6) in Reihe geschaltet sind und Mittelabgriffe (M1O–M3O; M1U–M3U) des oberen Teils (H1O, H2O, H3O) und des unteren Teils (H1U, H2U, H3U) der Halbbrücken (H1–H3) verbinden, wobei mindestens einer Halbbrücke (H1–H3) zwei Schaltelemente (S1, S2; S3, S4; S5, S6) zugeordnet sind, wobei das erste Schaltelement (S2, S4, S6) in einer ersten Schaltstellung einen Mittelabgriff (M12, M34, M56) zwischen den beiden Dioden (D1, D2; D3, D4; D5, D6) mit dem Neutralpunkt (N) verbindet und in einer zweiten Schaltstellung den Mittelabgriff (M12, M34, M56) zwischen den beiden Dioden (D1, D2; D3, D4; D5, D6) mit einem positiven Ladeanschluss (11.1–11.3) für eine externe Gleichspannungsquelle (6) verbindet, wobei das zweite Schaltelement (S1, S3, S5) in einer ersten Schaltstellung den Mittelabgriff (M1, M2, M3) der Halbbrücke (H1, H2, H3) mit einem Pol (A, B, C) des Wechselspannungsanschlusses verbindet und in einer zweiten Schaltstellung den Mittelabgriff (M1, M2, M3) der Halbbrücke (H1, H2, H3) mit dem negativen Pol (10) des Gleichspannungsanschlusses verbindet, wobei das Steuergerät (4) derart ausgebildet ist, die Schaltelemente (S1–S6) in Abhängigkeit eines beabsichtigten externen Ladevorganges von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung zu steuern.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass allen drei Halbbrücken (H1–H3) jeweils zwei Schaltelemente (S1, S2; S3, S4; S5, S6) zugeordnet sind, wobei das Steuergerät (4) derart ausgebildet ist, dass die Transistoren (T1, T2; T5, T6; T9, T10) der oberen Teile (H1O–H3O) der verschiedenen Halbbrücken (H1–H3) phasenversetzt zueinander angesteuert werden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (S1–S6) als Relais ausgebildet sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren (T1–T12) als IGBTs ausgebildet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem positiven Ladeanschluss (11.1–11.3) und dem Mittelabgriff (M1–M3) der Halbbrücke (H1–H3) eine Induktivität (L1–L3) angeordnet ist.
  6. Traktionsnetz (1) in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an dem Gleichspannungsanschluss ein Batterie (3) und an dem dreipoligen Wechselspannungsanschluss eine Elektromaschine (5) angeschlossen ist.
  7. Verfahren zum Laden einer Batterie (3) in einem Traktionsnetz (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den positiven Ladeanschluss (11.1–11.3) ein positiver Pol und an den negativen Ladeanschluss (10) ein negativer Pol einer externen Gleichspannungsquelle (6) angeschlossen wird, wobei die Nennspannung der externen Gleichspannungsquelle (6) kleiner als die Nennspannung der Batterie (3) ist, wobei das Steuergerät (4) die Schaltelemente (S1–S6) von der ersten in die zweite Schaltstellung steuert und die Transistoren (T1, T2; T5, T6; T9, T10) im oberen Teil (H1O, H2O, H3O) der Halbbrücke (H1–H3) als DC/DC-Aufwärtswandler ansteuert.
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