WO2016180707A1 - Fahrzeugseitige ladeschaltung für ein fahrzeug mit elektrischem antrieb und verfahren zum betreiben eines fahrzeugseitigen stromrichters sowie verwenden zumindest einer wicklung einer fahrzeugseitigen elektrischen maschine zum zwischenspeichern - Google Patents

Fahrzeugseitige ladeschaltung für ein fahrzeug mit elektrischem antrieb und verfahren zum betreiben eines fahrzeugseitigen stromrichters sowie verwenden zumindest einer wicklung einer fahrzeugseitigen elektrischen maschine zum zwischenspeichern Download PDF

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vehicle
power converter
winding
electric machine
rectifier
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PCT/EP2016/060019
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Franz Pfeilschifter
Klaus Mühlbauer
Martin SPORNRAFT
Matthias Töns
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Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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    • Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]

Definitions

  • Vehicles with electric drive have electrical Ener ⁇ gie inspirational, such accumulators can be charged by means of stationary grids.
  • the accumulators provide energy for the electric drive, which generate energy for traction of the vehicle in electric vehicles alone and hybrid vehicles in combination with an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine generates kinetic energy, which is transmitted to wheels of the vehicle, while in series hybrid vehicles, the internal combustion engine generates electrical energy via an electric machine, which is used by the electric drive.
  • batteries provide energy for auxiliary units, which may include, inter alia, electric Ma ⁇ machines, as well as resistive loads such as may include heating elements.
  • a vehicle-side electrical energy storage For charging a vehicle-side electrical energy storage this is connected via a charging circuit to a stationary supply network.
  • a vehicle-side charging circuit is described with which the charging process can be carried out.
  • a method and a use of at least one winding of a vehicle-side electric machine are described, with which the
  • the power converter of a vehicle-side electric machine is used firstly as an inverter to generate a drive signal (in particular a drive current such as a three-phase current signal), and the same power converter of the vehicle-side electric machine is used in a charging circuit in which the at least a winding of the electric machine is used as a buffer in a DC / DC conversion (ie as a boost inductance).
  • the power converter is thus used for two functions: On the one hand as an inverter (for the operation of an electric ⁇ cal machine) and on the other as a DC-DC converter (for charging an electrical energy storage).
  • ⁇ least one winding of the electric machine receives two functions: one is the conventional function for controlling and generating a magnetic field in order to operate the electrical machine as such (drive or generator) and on the other to function as a boost Inductance in a DC / DC converter.
  • the at least one winding of the electrical machine in this case stores energy as a magnetic field, in accordance with the mode of operation of an inductance.
  • the energy is fed as electrical energy in the at least one winding of the electric machine and discharged as electrical energy from this again.
  • By the function of at least one winding of the electric machine it is possible to feed elekt ⁇ innovative energy by means of an alternating current connection.
  • An AC voltage which is made available to the vehicle at the AC connection is first rectified on the vehicle side and then (preferably smoothed) provided for the at least one winding which (in this function) operates as the inductance of a DCDC converter.
  • the additional function of the electrical machine and the converter or inverter of the electrical machine for DC / DC conversion allows a particularly simple design of the externally necessary components that are required for connection to an external or stationary electrical supply network. Contrary to the usual nomenclature, only one group of relevant switching elements is to be referred to as the power converter, while energy stores such as capacitors or inductors, which are required to implement a converter function, for example for the realization of a DC / DC conversion, are listed separately.
  • a vehicle-side charging circuit for a vehicle with an electric drive is described.
  • vehicles with electric drive are about pure electric vehicles and hybrid vehicles into consideration, with hybrid vehicles in addition to the electric drive, for example, an internal combustion engine on ⁇ wise.
  • the charging circuit is used to charge a vehicle-side electrical energy storage, the one
  • Traction battery or a vehicle power supply battery may be, such as a high-voltage traction battery with a nominal voltage> 80 volts (typically> 320 volts or> 360 V ... 400V) or a low-voltage battery with a nominal voltage of ⁇ 60 volts (ty ⁇ pically about 12 V. , 14V, 24V, 42V or 48V).
  • the charging circuit further includes an AC terminal.
  • This may be multiphase, such as three-phase, but is preferably carried out in a single phase.
  • the AC power supply is designed for a rated voltage which corresponds to that of a versor ⁇ supply network, for example, 110 V, 120 V, 220 V, 230 V or 240 V at a frequency of for example 50 Hz or 60 Hz.
  • the AC connection is preferably a plug-in contact and can in particular according to a standard according to IEC / TR 60083 or IECEE CEE-7, for example according to CEE 7/4.
  • the AC connection is further preferably embedded in an outer skin of the vehicle, in particular within a trough, and may be provided with a flap which covers the trough and / or the AC power connection.
  • the AC connection is contactless and comprises a secondary coil which is designed for inductive absorption of energy (and is set up for excitation by means of an external primary coil).
  • the charging circuit has a rectifier, which is connected directly or indirectly (for example via an EMC filter) to the AC power connection.
  • the rectifier has an alternating current side with which the alternating current terminal is connected, and has a direct current side at which the same ⁇ rectified voltage occurs.
  • the rectifier is preferably a full-wave rectifier, such as a thyristor, transistor or diode circuit forming a rectifier bridge.
  • the rectifier is a (fully) controlled rectifier, but can also be designed as a semi-controlled rectifier. As a (fully) controlled rectifier this one has
  • Rectifier Bridge made with thyristors.
  • this has thyristors and diodes, wherein each of a thyristor (or a transistor) and a diode form an arm of the rectifier.
  • a controlled rectifier a Butler ⁇ -controlled or semi-controlled rectifier is unless otherwise stated, understood.
  • transistors instead of thyristors, for example field effect transistors such as MOSFETs or else IGBTs.
  • the charging circuit as mentioned on an electric machine.
  • This is equipped with at least one winding ⁇ out, preferably with a plurality of windings, for example, with an integer multiple of three.
  • three windings are provided.
  • the windings are in particular stator windings.
  • the electric machine can be designed as a foreign or permanently excited electrical machine.
  • the electric machine may be formed as an asynchronous machine or as a synchronous machine, and may for example be a DC machine.
  • the electric machine to be a foreign-excited synchronous machine.
  • With several (stator) windings they may be connected in a star configuration and are connected together at a star point with ⁇ .
  • One end of the windings is formed by the neutral point while the other end of the windings is formed by winding terminals.
  • the electric machine is connected directly or indirectly to the rectifier, in particular to its DC side.
  • the star point of the electric machine to the rectifier is connected indirectly (such as via a circuit breaker) or immediately. If the windings are connected in a triangular configuration, then one end of a winding (and thus also one end of a series connection of two further windings) is connected to the rectifier.
  • the charging circuit has a power converter. This is preferably connected to the electric machine.
  • the power converter is in particular an inverter circuit.
  • the power converter is preferably designed as a B6C bridge.
  • the power converter is designed to operate in two different modes (inverter mode, charging mode).
  • the power converter for controlling the electric machine as a motor, as a generator, or work in both of these functions, so that it is operated as an electric motor and / or as a generator.
  • the power converter for transferring power can be connected to an energy storage terminal (this can be be as charging mode ⁇ records) are used, in which case the at least one winding of the electric machine transmits the power, and the converter serves as a switching unit of a converter, in particular as Switching unit of a DCDC converter.
  • the power converter can transmit or convert electrical energy in one direction if it is operated in the charging mode or if the electrical machine works as a generator. In both of these modes, electrical energy from the power converter to a
  • the power converter is further preferably configured to operate in the reverse direction, in particular for the transmission of electrical energy from the Energy storage connection or to the connected energy storage to the electric machine.
  • the power converter is therefore preferably designed for different conversion directions (ie, a bidirectional converter).
  • the power converter is therefore preferably designed for different modes, ie for operation as a DCDC converter (together with the at least one winding of the electric machine) and for the operation of the electric machine as a generator and / or as an electric motor.
  • the charging circuit has an energy ⁇ memory connection. This is set up to connect an electrical energy store.
  • the charging circuit outputs charging current to the energy store via the energy storage connection.
  • the energy storage can be configured as shown above.
  • the energy store is in particular an electrochemical or an electrostatic storage, such as an accumulator or a capacitor or a combination thereof.
  • the accumulator may be a lithium-based memory or a lead-acid accumulator or a memory with nickel cells, in particular nickel-metal hydride cells.
  • the energy storage connection is in particular a plug connection or a
  • the energy storage terminal for loading ⁇ operating voltages of preferably at least 60 V, in particular of at least 320, designed 360 V or 400 V.
  • the energy storage connection can be connected directly to the power converter or its supply voltage rails.
  • an adaptation DCDC converter is located between the energy storage connection and the power converter.
  • the matching DCDC converter preferably connects the power converter to the energy storage port.
  • the Anpas ⁇ sungs DCDC converter can be controlled by the control device or by another control unit, which is controlled by the control device or one of these parent unit.
  • the matching DCDC converter ⁇ example, a step-up transformer (that is, an up-converter). With the matching converter, the voltage supplied by the power converter can be adapted to an operating voltage of the energy storage or the energy storage connection (preferably upwards). It is envisaged that the at least one winding of the electric machine is connected in series between the rectifier and the power converter. As a result, the at least one winding can work as a boost inductance.
  • a star point of several windings of the electric machine is directly or indirectly (for example via a circuit breaker) connected to the rectifier (or its DC side).
  • the star point opposite ends of the windings, that is, the winding terminals are connected to the power converter.
  • the power converter is multi-phase, designed in particular three-phase, preferably as a full bridge.
  • the power converter has, for each of the winding terminals, a terminal and an associated arm of the bridge circuit, which is formed by switching elements of the power converter. If the electric machine has a three-phase design, the power converter is also designed in three-phase.
  • the vehicle-side charging circuit may be equipped with a control device. This is drivingly connected to the power converter, to the rectifier, or to both.
  • the control device is designed for selective activation according to an inverter mode and according to a charging mode. In a first state, the control device is configured to operate the power converter in the inverter mode. In a second state, the control device is set up to operate the power converter in a charging mode.
  • the controller may occupy both states but not simultaneously.
  • the STEU ⁇ ervoriques is set up to be operated either in one of the two modes. The states or the modes are mutually exclusive.
  • the control device can also be designed to control the rectifier in the charging mode, since it is designed to be controllable (or semi-controllable).
  • the control device can be designed here, the
  • the control device can also be set up to receive data relating to the state (in particular the state of charge, the terminal voltage, the current, the temperature or other operating parameters) of an electrical energy store that can be connected to the energy storage connection.
  • Measuring devices may be provided on the energy storage connection, such as voltage and / or current sensors, in order to determine the state of the connected energy store. These measuring devices are connected to inputs of the control device. The control device can thereby control, regulate or monitor the charging current which is output at the energy storage connection.
  • control device can be designed to control (in charge mode) the rectifier (and in particular the power converter, for example its B6C bridge) in such a way that a power factor that meets certain criteria occurs at the AC connection.
  • these criteria may be that the power factor is as large as possible, within a given interval, or a predetermined one
  • the control device is set up in the inverter mode to control the power converter, to convert the voltage applied to the energy storage terminal voltage into a drive signal with which the electrical machine can be operated.
  • the drive signal is a current signal with which the electric machine is energized.
  • the drive signal is a three-phase current with which a rotating field can be generated in the electric machine.
  • the control device is configured in the charging mode to drive the power converter, the voltage, which of the
  • Power converter is discharged to convert into a charging signal, which is delivered to the energy storage port.
  • the control device is set up to control the power converter, to convert the voltage which is applied to at least one terminal of the at least one winding facing away from the rectifier (for example at the winding terminals) into a charging signal which is applied to the power supply Energy storage terminal to convert into a charging signal that can be delivered to the energy storage port for charging an energy storage connected thereto ⁇ .
  • Control device operates in this mode as a control device of a converter, wherein the converter comprises the at least one winding of the electric machine (as a buck-inductor) and the power converter.
  • the energy store does not belong to the charging circuit and is only mentioned in order to clarify the characteristics of the charging circuit.
  • the relevant group of switching elements such as the B6C bridge
  • the boost inductance is realized by the electrical machine or its one or more windings.
  • Boost inductance together realize a converter function, in particular an up-converter function or a DC-DC converter function.
  • At least one further inductance may be provided which is connected in series or in parallel to the at least one winding of the electric machine or which is connected in series or in parallel in the charging mode in order to achieve desired inductance values.
  • This additional inductance can as a separate, discrete component, ie be designed as a coil as an addition to the at least one winding of elekt ⁇ innovative machine.
  • an EMC filter can be connected between the rectifier and the AC connection.
  • the EMC filter connects the rectifier to the AC power connector.
  • the EMC filter is particularly connected to the AC side of the rectifier.
  • the abbreviation EMC stands for "electromagnetic compatibility".
  • the EMC filter is used to reduce high-frequency components, as in
  • the EMC filter is used in particular when the rectifier is full or at least half-controlled.
  • the EMC filter has the fürcharakte ⁇ ristics of a low-pass filter, wherein pass through the fundamental frequency components of about 50 or 60 Hz, the EMC filter substantially unattenuated.
  • a smoothing capacitor may be connected in parallel between the rectifier and the electrical machine (or its one or more windings).
  • the smoothing capacitor is, for example, connected in parallel with the rectifier (or its DC side).
  • the smoothing capacitor is configured, the pulsed generated by the rectifier
  • a circuit breaker may be connected in series.
  • the circuit breaker can be located in particular in the ground rail, wherein a Rei ⁇ hensciens the circuit breaker in the positive supply rail is possible.
  • the circuit breaker can be electromechanical or can be an electronic switch.
  • the electric machine may be out ⁇ equipped with a lock actuator.
  • the locking actuator has a locking bar ⁇ has, which controls the electric machine can selectively lock or unlock.
  • the locking bolt is designed in particular to intervene in a rotor of the electric machine. Thereby, movements of the electric machine during the charging mode or in a parking mode in which the vehicle does not move are prevented.
  • the control device may be configured to control the ⁇ that switching elements of the power converter, which are connected with different ⁇ different windings, alternately, preferably with an alternating frequency of less than 1 Hz or 1000 Hz.
  • the control device is configured, each switching ⁇ element or different windings assigned during each switching operation of the power converter during the charging mode
  • the different windings associated switching elements are preferably connected in series, wherein after the switching elements of the last winding again the switching elements of the first winding are used.
  • the electric machine may be a traction machine or a starter / generator or a generator or a starter of the vehicle.
  • the electric machine is an engine of an auxiliary unit of the vehicle, in particular ⁇ an air compressor (or even acting on the inlet of an internal combustion engine compressor, ie a
  • Compressor of a charging device of an internal combustion engine
  • Power converter, the electric machine and the electrical energy storage device can be configured, as shown here by the charging circuit.
  • the method provides the converter with two modes (ie, an inverter mode and a charge mode) that are preferably mutually exclusive. These modes can be considered as process steps of different types, with process steps of different types following each other directly or indirectly.
  • an inverter mode the power converter is powered by the energy store.
  • the power converter In this mode, the power converter generates a drive signal, with which the electric machine is operated.
  • the drive signal is a drive current or a Drive voltage referred to, with which the electric machine is energized.
  • the drive signal is therefore a power signal.
  • the converter converts in the sense of an inverter the voltage present at the energy storage connection or the energy store (or the current supplied by the energy store) according to a motor control input into a drive signal, in particular into a three-phase current with which the electric machine is fed .
  • the engine control specification indicates, for example, a desired torque and / or a desired rotational speed.
  • an excitation signal can be generated, with which a rotor winding of the electric machine is fed.
  • the excitation signal and in particular the drive signal are preferably generated by the control device.
  • the power converter is fed by at least one series-connected winding of the electric machine from an external electrical energy source, in particular via a rectifier, which is preferably controllable.
  • the at least one winding connected in series corresponds to the winding explained with reference to the charging circuit.
  • the rectifier is housed on the vehicle side.
  • the external electrical energy source is outside the vehicle, in which the current ⁇ judge or the charging circuit is housed.
  • the (vehicle-side) rectifier receives the energy from the external electric power source via a vehicle-side AC power connection.
  • the external energy source is in particular an AC power source connected via the (vehicle-side) AC power connection.
  • the external energy source is in particular a stationary electrical energy source, such as a charging station or an electrical public or private supply network, but may also be another vehicle or its accumulator.
  • the external power source may be connected by a cable to the AC power connector. It can also be provided a wireless transmission technology, by means of which energy is transmitted from the external power source to the AC power connector, such as an inductive transmission, the AC power contactless as Secondary coil is formed, which converts an alternating magnetic field of a primary coil (the charging station, the vehicle, or connected to the supply network) into electrical energy.
  • the power converter is fed via an at least one series winding of the electric machine from an external power source via a Komstroma gleich
  • the power converter via at least one series winding of the electric Machine is powered by an AC power connection.
  • the charging circuit or the rectifier or the power converter
  • the power converter is supplied with electrical energy via this AC connection. This allows a simplified execution of the connection between an external AC power source and the vehicle, since the connection no further electronics is required, but a simple cable is sufficient.
  • the power converter In charging mode, the power converter generates a charging signal, which is supplied to the electrical energy storage.
  • the charging signal is in particular a charging current or a charging voltage, by means of which the energy store is charged.
  • the power converter together with the at least one winding serves as a converter in order to be able to transmit the electrical energy controlled at the AC voltage connection to the accumulator.
  • the converter formed by the power converter (ie, the switching elements of the inverter) and the at least one winding is further controllable and thus configured to adjust the power delivered to the battery (in particular the current and / or the voltage).
  • the load signal (particularly the La ⁇ destrom and / or the charging voltage) can be adapted to the operating state of the battery and in particular on its current capacity.
  • the voltage level of the converter which is formed by the power converter and the at least one winding can be adjusted.
  • the voltage level of the voltage delivered to the rectifier in the direction of the accumulator can be adapted to an operating voltage (or loading voltage). drive setpoint voltage) of the accumulator.
  • the control device can generate the modulation signals or phase-angle signals and thereby realize the function of the drive. Reference is made to the functions of the control device mentioned herein.
  • the at least one winding of the electric machine together with the power converter forms a converter.
  • these together form an up-converter or a DCDC converter.
  • the at least one winding works as
  • Storage inductance which can be ⁇ draws as a boost inductance.
  • the transducer formed is particularly controllable.
  • Switching elements inputs with which the individual switching ⁇ elements of the power converter can be controlled.
  • the control includes as mentioned, for example, a
  • Pulse width modulation resp. a phase control Pulse width modulation resp. a phase control. Further, the rectifier can be controlled to adjust the effective current or voltage.
  • a locking bolt one
  • the locking bar can engage in the rotor and thereby locked controlled. This serves to ensure that does not result in the charging mode by the at least one winding current flowing to unin ⁇ schreibten movement of the rotor.
  • the lock bar does not lock the electric machine or is in a retracted mode.
  • the rotor of the electric machine can rotate freely.
  • energy may also flow from the electric machine to the energy storage port when the electric machine is in regenerative operation.
  • the power converter is therefore configured bidirectionally, and is in particular designed in the
  • Inverter mode bidirectional power transfer or convert.
  • the DC voltage conversion is in particular an up-conversion.
  • electrical energy is transmitted via a vehicle-side AC power connection (in particular from an external electrical energy source) to a vehicle-side electrical energy store controlled.
  • the electrical buffering provides that the at least one winding periodically absorbs and dissipates energy in order to carry out a current conversion (in particular a boost setting).
  • a current conversion in particular a boost setting
  • a power converter of the electric machine associated with it as an inverter is also used for power conversion.
  • the power converter and the at least one winding are used together as a controllable DC-DC converter.
  • the power converter together with the at least one winding of the electric machine serve to convert a rectified alternating current into a charging current of an electrical energy store.
  • the power converter is used in an inverter mode as an inverter to supply the electric machine with a drive current, while the same power converter is used together with the winding of the at least one electric machine as a step-up converter.
  • a rectifier converts the current, which is fed via a vehicle-side AC connection, into direct current, the at least one winding and the power converter receiving this direct current for (controlled) conversion, to deliver the converted power to an electrical energy storage.
  • the controllable rectifier further adjusts the level of the (effective) DC voltage that is generated by the Rectifier discharged or delivered to the electrical machine.
  • the controllable rectifier can be used for phase control, for example in order to adapt the rectified direct current voltage to a desired current or a setpoint voltage at the energy storage connection.
  • FIG. 1 is an overview of a system suitable for explaining the invention.
  • 1 shows a vehicle-side charging circuit 10, which is connected via a (single-phase, possibly also three-phase) AC power connection 20 with an external electrical energy source 24, which emits alternating current.
  • the electrical energy source is outside the vehicle, for example in the form of a charging station, and is therefore not part of the charging circuit 10.
  • the AC connection 20 of the charging circuit 10 is followed by an EMC filter 22.
  • the EMC filter 22 is in turn followed by a rectifier 30.
  • the rectifier 30 is designed in particular as a rectifier circuit of diodes, thyristors or transistors (in particular MOSFETs).
  • the rectifier 30 may therefore be semi-controlled or may be controllable, in particular controllable according to a phase control.
  • a control device 42 is drivingly connected to the controllable or semi-controllable executed rectifier 30, wherein the arrow between these two components represents the drive direction.
  • the rectifier 30 is connected to the AC terminal 20, preferably as shown via an optional EMC filter 22.
  • the optional EMC filter is shown in dashed lines, with components shown in dashed lines are generally considered to be optional.
  • the rectifier 30 is followed by an optional smoothing capacitor 32.
  • the smoothing capacitor 32 is located on a DC side 31a of the rectifier 30.
  • On an AC side 31b of the rectifier 30 extending entge ⁇ gennew (relative to the rectifier 30) for DC current side 31a is located, the AC terminal 20 and optionally the optional EMC filter 22.
  • Rectifier 30 connects the AC terminal 20 (or optionally the optional EMC filter 22) to an electric machine 40.
  • an optional smoothing capacitor may be connected in parallel. Furthermore, the electric machine 40 can be connected via an optional disconnecting switch 34 to the rectifier 30 or its DC side 31a.
  • the circuit breaker 34 may be arranged in particular in the ground rail (in Figure 1, the lower rail), but may alternatively or in combination herewith also in the positive supply rail (in Figure 1, the upper rail) may be provided.
  • the plurality of windings 50a-c form a three-phase system and are connected in star configuration.
  • a lock actuator 42 is associated with the electrical machine 40 and configured to lock its rotor.
  • the mechanical action of the lock actuator 42 is shown with the arrow between the lock actuator 42 and the electric machine 40.
  • the blocking actuator 42 is actuated by the control device 80.
  • the windings 50a-c each have an end, these ends of the windings 50a-c being connected to one another via a star point S.
  • the rectifier 30 (in particular its positive output) is connected to the neutral point.
  • the rectifier 30 is further connected to a power converter 60, wherein a negative output of the rectifier 30 is connected to the power converter 60 (or its negative supply rail).
  • the outputs of the rectifier 30 correspond to the terminals on the DC side 31 a of the rectifier 30.
  • the windings 50a-c also each have an end which is opposite to the star point S (or the rectifier 30). These ends of the windings 50a-c are connected to the power converter 60.
  • the power converter 60 includes a B6C bridge (controlled by a controller 80).
  • the power converter is thus designed as a full bridge and is three-phase.
  • two controllable semiconductor switches shown in Figure 1 as thyristors.
  • the semiconductor switches have a reverse direction and a forward direction.
  • the semiconductor switches have a control input, so that the line state or switching state can be controlled in the forward direction.
  • the control inputs are connected to the control device 80.
  • the two semiconductor switches of each of the three phases are connected in series, with an associated winding connected to the connection point, in particular one end of the winding 50a-c which is opposite to the neutral point.
  • the two series-connected semiconductor switches are connected between the negative supply rail and a positive supply rail and connect them.
  • the two series-connected semiconductor switches are (at least in
  • Each winding 50a-c is connected via a semiconductor switch to the positive supply rail of the power converter 60 and connected via a further semiconductor switch to the negative supply rail of the power converter 60.
  • the power converter 60 is further connected to an energy storage connection 70.
  • the energy storage port 70 is a DC power connector.
  • Connected to the energy storage connection 70 is an electrical energy store 90, in particular a high-voltage accumulator.
  • the energy storage 90 is not part of the charging circuit 10. Except for the external electrical energy source all components shown (and all components described) are arranged on the vehicle side and thus intended to be arranged in a vehicle or to form part of a vehicle electrical system.
  • FIG. 1 shows an optional adaptation DCDC converter 72.
  • the power converter 60 is connected to the energy storage port 70.
  • the adaptive DCDC converter 72 is preferably an up-converter.
  • the adaptation DCDC converter 72 serves to adapt the from
  • the matching DCDC converter 72 is shown as part of the charging device 10. However, the adaptive DCDC converter 72 may also be used as a component of the
  • the charging device 10 realizes a charging function, but for this purpose components of the electric drive (in particular the windings 50 ac of the electric machine 40 and the power converter 60, which serves as an inverter) are used. Due to this double use, the charging device 10 can also be referred to as a (wired) electric drive with a charging function.
  • the windings 50a-c of the electrical machine are in particular stator windings. In externally excited electrical machines in the charging mode due to the control by means of the control device 80, the exciter current is turned off and turned on in the inverter mode.

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Abstract

Es wird eine fahrzeugseitige Ladeschaltung (10) für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb beschrieben. Die Ladeschaltung umfasst einen Wechselstromanschluss (20), einen gesteuerten Gleichrichter (30), der mit dem Wechselstromanschluss (20) verbunden ist, eine elektrische Maschine (40) mit mindestens einer Wicklung (50a-c), einen Stromrichter (60), der mit der elektrischen Maschine verbunden ist, und einen Energiespeicheranschluss (70). Die mindestens eine Wicklung (50a-c) der elektrischen Maschine (40) ist in Serie zwischen dem Gleichrichter (30) und dem Stromrichter (60) angeschlossen. In einem Invertermodus wird der Stromrichter (60) von dem Energiespeicher (90) gespeist, und in einem Lademodus wird der Stromrichter (60) über mindestens eine in Reihe geschaltete Wicklung (50a-c) der elektrischen Maschine (40) von einer externen Energiequelle (24) und lädt den elektrischen Energiespeicher (90).

Description

Beschreibung
Fahrzeugseitige Ladeschaltung für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb und Verfahren zum Betreiben eines fahrzeugseitigen Stromrichters sowie Verwenden zumindest einer Wicklung einer fahrzeugseitigen elektrischen Maschine zum Zwischenspeichern
Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb weisen elektrische Ener¬ giespeicher auf, etwa Akkumulatoren, die mittels stationärer Versorgungsnetze aufgeladen werden können. Die Akkumulatoren stellen Energie bereit für den elektrischen Antrieb, der bei Elektrofahrzeugen alleine und bei Hybridfahrzeugen in Kombination mit einer Verbrennungskraftmaschine Energie zur Traktion des Fahrzeugs erzeugen. Etwa bei Parallel-Hybridfahrzeugen erzeugt die Verbrennungskraftmaschine kinetische Energie, die auf Räder des Fahrzeugs übertragen wird, während bei Seri- ell-Hybridfahrzeugen die Verbrennungskraftmaschine über eine elektrische Maschine elektrische Energie erzeugt, die von dem elektrischen Antrieb genutzt wird. Ferner stellen Akkumulatoren Energie bereit für Nebenaggregate, die u.a. elektrische Ma¬ schinen umfassen können, oder auch etwa ohmsche Verbraucher wie Heizelemente umfassen können.
Zum Aufladen eines fahrzeugseitigen elektrischen Energie- Speichers wird dieser über eine Ladeschaltung mit einem stationären Versorgungsnetz verbunden. Im Weiteren ist eine fahrzeugseitige Ladeschaltung beschrieben, mit der sich der Aufladevorgang durchführen lässt. Ferner sind ein Verfahren und eine Verwendung zumindest einer Wicklung einer fahrzeugseitigen elektrischen Maschine beschrieben, mit der sich der
Aufladevorgang realisieren lässt.
Aspekte der Erfindung Mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche lassen sich fahrzeugseitige elektrische Energiespeicher aufladen. Es ist vorgesehen, dass der Stromrichter einer fahrzeugseitigen elektrischen Maschine zum einen als Inverter eingesetzt wird, um ein Ansteuersignal (insbesondere einen Ansteuerstrom wie ein Drehstromsignal) zu erzeugen, und der gleiche Stromrichter der fahrzeugseitigen elektrischen Maschine in einer Ladeschaltung verwendet wird, in der die zumindest eine Wicklung der elektrischen Maschine als Zwischenspeicher bei einer Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlung (d.h. als Boost-Induktivität ) verwendet wird. Der Stromrichter wird somit für zwei Funktionen eingesetzt: Zum einen als Inverter (zum Betrieb einer elekt¬ rischen Maschine) und zum anderen als Gleichstromwandler (zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers) . Auch die zu¬ mindest eine Wicklung der elektrischen Maschine erhält zwei Funktionen: zum einen die herkömmliche Funktion zur Steuerung bzw. Erzeugung eines magnetischen Feldes, um die elektrische Maschine als solche betreiben zu können (Antrieb oder Generator) und zum anderen die Funktion als Boost-Induktivität in einem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler. Die zumindest eine Wicklung der elektrischen Maschine speichert hierbei Energie als mag- netisches Feld, gemäß der Funktionsweise einer Induktivität. Die Energie wird als elektrische Energie in die zumindest eine Wicklung der elektrischen Maschine eingespeist und als elektrische Energie von dieser wieder abgegeben. Durch die Funktion der zumindest einen Wicklung der elektrischen Maschine ist es möglich, mittels eines Wechselstromanschlusses elekt¬ rische Energie einzuspeisen. Ein Wechselspannung, die am Wechselstromanschlusses dem Fahrzeug zur Verfügung gestellt wird, wird zunächst fahrzeugseitig gleichgerichtet und dann (vorzugsweise geglättet) der zumindest einen Wicklung be- reitgestellt, welche (in dieser Funktion) als Induktivität eines DCDC-Wandlers arbeitet.
Die zusätzliche Funktion der elektrischen Maschine und des Stromrichters bzw. Inverters der elektrischen Maschine zur Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlung ermöglicht eine besonders einfache Ausgestaltung der extern notwendigen Komponenten, die zum Anschluss an ein externes bzw. stationäres elektrisches Versorgungsnetz erforderlich sind. Entgegen der üblichen Nomenklatur soll als Stromrichter nur eine Gruppe von betreffenden Schaltelementen bezeichnet werden, während Energiespeicher wie Kondensatoren oder Induktivitäten, die zur Realisierung einer Stromrichterfunktion erforderlich sind, etwa zur Realisierung einer Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlung, gesondert aufgeführt werden. Diese Abweichung ist notwendig, da die hier vorgeschlagenen Vorrichtungen und Verfahren vorsehen, dass die Schaltelemente eines Inverters, der als eigenständige Komponente eine elektrische Maschine an- steuert, zusammen mit mindestens einer Wicklung einer elekt¬ rischen Maschine, die als Boost-Induktivität dient, einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers) realisieren.
Es wird eine fahrzeugseitige Ladeschaltung für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb beschrieben . Als Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb kommen etwa reine Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge in Betracht, wobei Hybridfahrzeuge neben dem elektrischen Antrieb beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine auf¬ weisen. Die Ladeschaltung dient zum Aufladen eines fahrzeug- seitigen elektrischen Energiespeichers, der eine
Traktionsbatterie oder eine Bordnetzbatterie sein kann, etwa eine Hochvolt-Traktionsbatterie mit einer Nennspannung > 80 Volt (typischerweise > 320 Volt oder > 360 V...400V) oder eine Niedervoltbatterie mit einer Nennspannung von < 60 Volt (ty¬ pischerweise ca. 12 V, 14 V, 24 V, 42 V oder 48 Volt) .
Die Ladeschaltung umfasst ferner einen Wechselstromanschluss . Dieser kann mehrphasig sein, etwa dreiphasig, ist jedoch vorzugsweise einphasig ausgeführt. Der Wechselstromanschluss ist für eine Nennspannung ausgelegt, die die eines Versor¬ gungsnetzes entspricht, beispielsweise 110 V, 120 V, 220 V, 230 V oder 240 V bei einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz. Der Wechselstromanschluss ist vorzugsweise ein Steckkontakt und kann insbesondere gemäß einem Standard nach IEC/TR 60083 oder IECEE CEE-7 ausgebildet sein, etwa gemäß CEE 7/4. Der Wechselstromanschluss ist ferner vorzugsweise in einer Außenhaut des Fahrzeugs eingelassen, insbesondere innerhalb einer Mulde, und kann mit einer Klappe versehen sein, die die Mulde und/oder den Wechselstromanschluss abdeckt. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Wechselstromanschluss kontaktlos ist und eine Sekundärspule umfasst, die zur induktiven Aufnahme von Energie ausgestaltet ist (und zur Anregung mittels einer externen Primärspule eingerichtet ist) .
Ferner weist die Ladeschaltung einen Gleichrichter auf, der mit dem Wechselstromanschluss unmittelbar oder mittelbar (etwa über einen EMV-Filter) verbunden ist. Der Gleichrichter hat eine Wechselstromseite, mit der der Wechselstromanschluss verbunden ist, und weist eine Gleichstromseite auf, an der die gleich¬ gerichtete Spannung auftritt. Der Gleichrichter ist vorzugsweise ein Vollwellengleichrichter, etwa ein Thyristor-, Transistoroder Diodenschaltung, die eine Gleichrichter-Brücke bildet. Der Gleichrichter ist ein (voll- ) gesteuerter Gleichrichter, kann jedoch auch als halbgesteuerter Gleichrichter ausgestaltet sein. Als (voll- ) gesteuerter Gleichrichters weist dieser eine
Gleichrichter-Brücke auf, die mit Thyristoren gebildet wird. Als halbgesteuerter Gleichrichters weist dieser Thyristoren und Dioden auf, wobei jeweils ein Thyristor (oder ein Transistor) und eine Diode einen Arm des Gleichrichters bilden. Als gesteuerter Gleichrichter wird, falls nicht anders erwähnt, ein vollge¬ steuerter oder ein halbgesteuerter Gleichrichter verstanden. Wie erwähnt, können anstatt von Thyristoren können auch Transistoren verwendet werden, etwa Feldeffekttransistoren wie MOSFETs oder auch IGBTs.
Zudem weist die Ladeschaltung wie erwähnt eine elektrische Maschine auf. Diese ist mit mindestens einer Wicklung ausge¬ stattet, vorzugsweise mit mehreren Wicklungen, beispielsweise mit einem ganzzahligen Vielfachen von drei. In einer Ausgestaltung sind drei Wicklungen vorgesehen. Die Wicklungen sind insbesondere Statorwicklungen. Die elektrische Maschine kann als fremd- oder permanenterregte elektrische Maschine ausgestaltet sein. Die elektrische Maschine kann als Asynchronmaschine oder als Synchronmaschine ausgebildet sein, und kann beispielsweise eine Gleichstrommaschine sein. Beispielsweise kann die elektrische Maschine eine fremderregte Synchronmaschine sein. Bei mehreren ( Stator- ) Wicklungen können diese als Sternkonfiguration geschaltet sein und sind an einem Sternpunkt mit¬ einander verbunden. Ein Ende der Wicklungen wird von dem Sternpunkt gebildet während das andere Ende der Wicklungen von Wicklungsanschlüssen gebildet wird. Die elektrische Maschine ist mittelbar oder unmittelbar mit dem Gleichrichter verbunden, insbesondere mit dessen Gleichstromseite. Hierbei ist vor¬ zugsweise der Sternpunkt der elektrischen Maschine mit dem Gleichrichter mittelbar (etwa über einen Trennschalter) oder unmittelbar verbunden. Falls die Wicklungen in Dreieckskonfiguration geschaltet sind, dann ist ein Ende einer Wicklung (und somit auch ein Ende einer Reihenschaltung zweier weiterer Wicklungen) mit dem Gleichrichter verbunden.
Die Ladeschaltung weist einen Stromrichter auf. Dieser ist vorzugsweise mit der elektrischen Maschine verbunden. Der Stromrichter ist insbesondere eine Inverterschaltung . Der Stromrichter ist vorzugsweise als B6C-Brücke ausgestaltet. Der Stromrichter ist ausgestaltet, in zwei unterschiedlichen Modi ( Invertermodus , Lademodus) zu arbeiten. Zum einen kann der Stromrichter zur Ansteuerung der elektrische Maschine als Motor, als Generator, oder in beiden dieser Funktionen arbeiten, so dass diese als Elektromotor und/oder als Generator betrieben wird. Zum anderen kann der Stromrichter zur Übertragung von Leistung an einen Energiespeicheranschluss (wobei dies als Lademodus be¬ zeichnet werden kann) dienen, wobei hierbei die mindestens eine Wicklung der elektrischen Maschine die Leistung überträgt und der Stromrichter als Schalteinheit eines Wandlers dient, insbe- sondere als Schalteinheit eines DCDC-Wandlers . Der Stromrichter kann in einer Richtung elektrische Energie übertragen bzw. wandeln, wenn dieser im Lademodus betrieben wird oder wenn die elektrische Maschine als Generator arbeitet. In beiden dieser Modi wird elektrische Energie vom Stromrichter an einen
Energiespeicheranschluss bzw. an einen daran angeschlossenen Energiespeicher geliefert. Der Stromrichter ist ferner vorzugsweise ausgestaltet, in umgekehrter Richtung zu arbeiten, insbesondere zur Übertragung von elektrischer Energie von dem Energiespeicheranschluss bzw. an den daran angeschlossenen Energiespeicher an die elektrische Maschine. Der Stromrichter ist daher vorzugsweise für unterschiedliche Wandlungsrichtungen ausgebildet (d.h. ein bidirektionaler Wandler). Zudem ist der Stromrichter daher vorzugsweise für unterschiedliche Modi ausgestaltet, d.h. für den Betrieb als DCDC-Wandler (zusammen mit der zumindest einen Wicklung der elektrischen Maschine) und für den Betrieb der elektrischen Maschine als Generator und/oder als Elektromotor .
Wie erwähnt, verfügt die Ladeschaltung über einen Energie¬ speicheranschluss. Dieser ist zum Anschluss eines elektrischen Energiespeichers eingerichtet. Die Ladeschaltung gibt über den Energiespeicheranschluss Ladestrom an den Energiespeicher ab. Der Energiespeicher kann wie oben dargestellt ausgeführt sein. Der Energiespeicher ist insbesondere ein elektrochemischer oder ein elektrostatischer Speicher, etwa ein Akkumulator oder ein Kondensator oder eine Kombination hiervon. Der Akkumulator kann ein Lithium-basierter Speicher sein oder ein Blei-Säure- Akkumulator oder auch ein Speicher mit Nickelzellen, insbesondere Nickel-Metallhydrid-Zellen. Der Energiespeicheranschluss ist insbesondere ein Steckanschluss oder ein
Schraubanschluss . Der Energiespeicheranschluss ist für Be¬ triebsspannungen von vorzugsweise mindestens 60 V, insbesondere von mindestens 320, 360 V oder 400 V ausgelegt.
Der Energiespeicheranschluss kann direkt mit dem Stromrichter bzw. dessen Versorgungsspannungsschienen verbunden sein.
Vorzugsweise befindet sich zwischen dem Energiespeicheran- schluss und dem Stromrichter ein Anpassungs-DCDC-Wandler . Der Anpassungs-DCDC-Wandler verbindet vorzugsweise den Stromrichter mit dem Energiespeicheranschluss. Der Anpas¬ sungs-DCDC-Wandler kann von der Steuervorrichtung angesteuert werden oder von einer anderen Steuereinheit, die von der Steuervorrichtung oder einer dieser übergeordneten Einheit angesteuert wird. Der Anpassungs-DCDC-Wandler ist beispiels¬ weise ein Step-Up-Wandler (d.h. ein Aufwärtswandler) . Mit dem Anpassungswandler kann die vom Stromrichter gelieferte Spannung an eine Betriebsspannung des Energiespeichers bzw. des Energiespeicheranschlusses (vorzugsweise nach oben) angepasst werden . Es ist vorgesehen, dass die mindestens eine Wicklung der elektrischen Maschine in Serie zwischen dem Gleichrichter und dem Stromrichter geschaltet ist. Dadurch kann die mindestens eine Wicklung als Boost-Induktivität arbeiten. Insbesondere ist ein Sternpunkt von mehreren Wicklungen der elektrischen Maschine unmittelbar oder mittelbar (etwa über einen Trennschalter) mit dem Gleichrichter (bzw. dessen Gleichstromseite) verbunden. Die zum Sternpunkt entgegengesetzten Enden der Wicklungen, d.h. die Wicklungsanschlüsse sind mit dem Stromrichter verbunden.
Vorzugsweise ist der Stromrichter mehrphasig, insbesondere dreiphasig ausgestaltet, bevorzugt als Vollbrücke. Der
Stromrichter weist für jeden der Wicklungsanschlüsse einen Anschluss und einen zugehörigen Arm der Brückenschaltung auf, welche von Schaltelementen des Stromrichters gebildet wird. Ist die elektrische Maschine dreiphasig ausgestaltet, so ist auch der Stromrichter dreiphasig ausgestaltet.
Die fahrzeugseitige Ladeschaltung ist kann mit einer Steuervorrichtung ausgestattet sein. Diese ist ansteuernd mit dem Stromrichter, mit dem Gleichrichter, oder mit beiden verbunden. Die Steuervorrichtung ist zur wahlweisen Ansteuerung gemäß einem Invertermodus und gemäß einem Lademodus ausgestaltet. In einem ersten Zustand ist die Steuervorrichtung eingerichtet, den Stromrichter in dem Invertermodus zu betrieben. In einem zweiten Zustand ist die Steuervorrichtung eingerichtet, den Stromrichter in einem Lademodus zu betreiben. Die Steuervorrichtung kann beide Zustände - jedoch nicht gleichzeitig - einnehmen. Die Steu¬ ervorrichtung ist eingerichtet, wahlweise in einem der beiden Modi betrieben zu werden. Die Zustände bzw. die Modi schließen sich gegenseitig aus. Die Steuervorrichtung kann ferner aus- gestaltet sein, in dem Lademodus den Gleichrichter anzusteuern, da dieser steuerbar (oder halbsteuerbar) ausgebildet ist. Die Steuervorrichtung kann hierbei ausgestaltet sein, den
Gleichrichter gemäß einem Pulsweitenmodulations- oder Phasenanschnittverfahren anzusteuern. Die Steuereinrichtung kann ferner eingerichtet sein, Daten betreffend den Zustand (insbesondere den Ladezustand, die Klemmenspannung, den Strom, die Temperatur oder andere Betriebsparameter) eines an den Energiespeicheranschluss anschließbaren elektrischen Energiespeichers zu empfangen. Es können an dem Energiespeicheranschluss Messvorrichtungen vorgesehen sein, etwa Spannungsund/oder Stromsensoren, um den Zustand des angeschlossenen Energiespeichers zu ermitteln. Diese Messvorrichtungen sind an Eingänge der Steuervorrichtung angeschlossen. Die Steuervorrichtung kann dadurch den Ladestrom steuern, regeln oder überwachen, der an dem Energiespeicheranschluss abgegeben wird.
Insbesondere kann die Steuervorrichtung ausgestaltet sein, (im Lademodus) den Gleichrichter (und insbesondere den Stromrichter, beispielsweise dessen B6C-Brücke) derart anzusteuern, dass sich am Wechselstromanschluss ein Leistungsfaktor auftritt, der bestimmten Kriterien entspricht. Diese Kriterien können darin bestehen, dass der Leistungsfaktor möglichst groß ist, innerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt, oder eine vorgegebene
Grenze nicht unterschreitet. Damit realisieren der Gleichrichter (und gegebenenfalls der Stromrichter) sowie die Steuervor¬ richtung zusammen eine Leistungsfaktorkorrektur. Insbesondere bei der Verwendung des Stromrichters innerhalb dieser Funktion kann der Leistungsfaktor zur Erreichung eines optimierten
Leistungsfaktorkorrekturs eingestellt werden, wodurch sich ein hoher Wirkungsgrad ergibt.
Die Steuervorrichtung ist in dem Invertermodus eingerichtet, den Stromrichter anzusteuern, die an dem Energiespeicheranschluss anliegende Spannung in ein Ansteuersignal zu wandeln, mit welchem die elektrische Maschine betrieben werden kann. Hierbei ist das Ansteuersignal ein Stromsignal, mit dem die elektrische Maschine erregt wird. Insbesondere ist das Ansteuersignal ein Drehstrom, mit dem sich in der elektrischen Maschine eine Drehfeld erzeugen lässt . Die Steuervorrichtung ist in dem Lademodus eingerichtet, den Stromrichter anzusteuern, die Spannung, welche von dem
Gleichrichter über die mindestens eine Wicklung an den
Stromrichter abgegeben wird, in ein Ladesignal zu wandeln, das an den Energiespeicheranschluss abgegeben wird. Mit anderen Worten ist die Steuervorrichtung ist in dem Lademodus eingerichtet, den Stromrichter anzusteuern, diejenige Spannung, welche an zumindest einem dem Gleichrichter abgewandten An- schluss der mindestens einen Wicklung anliegt (etwa an den Wicklungsanschlüssen) , in ein Ladesignal zu wandeln, das an den Energiespeicheranschluss in ein Ladesignal zu wandeln, das an den Energiespeicheranschluss zur Aufladung eines daran ange¬ schlossenen Energiespeichers abgegeben werden kann. Die
Steuervorrichtung arbeitet in diesem Modus als Steuervorrichtung eines Wandlers, wobei der Wandler die mindestens eine Wicklung der elektrischen Maschine (als Boost- bzw. Buck-Induktivität ) und den Stromrichter umfasst.
Der Energiespeicher zählt gemäß einer Ausführungsform nicht zur Ladeschaltung und wird lediglich erwähnt, um die Eigenschaften der Ladeschaltung zu verdeutlichen. Es wird wie erwähnt als Stromrichter nur die betreffende Gruppe von Schaltelementen (etwa die B6C-Brücke) angesehen, während die Boost-Induktivität von der elektrischen Maschine bzw. deren ein oder mehreren Wicklungen realisiert wird. Der Stromrichter (bzw. die betreffenden Schaltelemente) und die so dargestellte
Boost-Induktivität realisieren zusammen eine Wandlerfunktion, insbesondere eine Aufwärtswandler-Funktion bzw. eine Gleichspannungswandler-Funktion. Es kann mindestens eine weitere Induktivität vorgesehen sein, die der zumindest einen Wicklung der elektrischen Maschine seriell oder parallel zugeschaltet ist oder im Lademodus seriell oder parallel zugeschaltet wird, um erwünschte Induktivitätswerte zu erreichen. Diese weitere Induktivität kann als eigenes, diskretes Bauelement, d.h. als Spule als Zusatz zu der mindestens einen Wicklung der elekt¬ rischen Maschine ausgeführt sein. Ferner kann zwischen dem Gleichrichter und dem Wechselstromanschluss ein EMV-Filter geschaltet sein. Der EMV-Filter verbindet den Gleichrichter mit dem Wechselstromanschluss. Der EMV-Filter ist insbesondere an die Wechselstromseite des Gleichrichters angeschlossen. Die Abkürzung EMV steht hierbei für "elektromagnetische Verträglichkeit". Der EMV-Filter dient zur Reduktion von hochfrequenten Anteilen, wie sie bei
Schaltvorgängen auftreten. Der EMV-Filter wird insbesondere dann eingesetzt, wenn der Gleichrichter voll- oder zumindest halbgesteuert ist. Der EMV-Filter hat die Durchlasscharakte¬ ristik eines Tiefpasses, wobei bei die Grundfrequenzanteile von etwa 50 oder 60 Hz den EMV-Filter im Wesentlichen ungedämpft durchlaufen . Zwischen dem Gleichrichter und der elektrischen Maschine (bzw. deren einen oder mehreren Wicklungen) kann ein Glättungskon- densator parallel geschaltet sein. Der Glättungskondensator ist beispielsweise parallel zu dem Gleichrichter (bzw. zu dessen Gleichstromseite) geschaltet. Der Glättungskondensator ist ausgestaltet, die vom Gleichrichter erzeugte gepulste
Gleichspannung zu glätten.
Zwischen dem Gleichrichter (bzw. deren einen oder mehreren Wicklungen) und der elektrischen Maschine kann ein Trennschalter in Reihe geschaltet sein. Der Trennschalter kann sich insbesondere in der Masseschiene befinden, wobei auch eine Rei¬ henschaltung des Trennschalters in der positiven Versorgungsschiene möglich ist. Der Trennschalter kann elektrome- chanisch sein oder kann ein elektronischer Schalter sein.
Die elektrische Maschine kann mit einem Sperraktuator ausge¬ stattet sein. Der Sperraktuator weist einen Sperrriegel auf¬ weist, welcher gesteuert die elektrische Maschine wahlweise arretieren oder freigeben kann. Der Sperrriegel ist insbesondere ausgestaltet, in einen Rotor der elektrischen Maschine einzugreifen. Dadurch werden Bewegungen der elektrischen Maschine während dem Lademodus oder in einem Parkmodus, in dem das Fahrzeug sich nicht bewegt, verhindert. Insbesondere bei der Verwendung einer permanenterregten elektrischen Maschine als elektrischen Maschine kann die Steuervorrichtung ausgestaltet sein, die¬ jenigen Schaltelemente des Stromrichters, welche mit unter¬ schiedlichen Wicklungen verbunden sind, abwechselnd anzu- steuern, vorzugsweise mit einer Wechselfrequenz von weniger als 1 Hz oder 1000 Hz. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ausgestaltet, bei jedem Schaltvorgang des Stromrichters während des Lademodus ein anderes Schalt¬ element bzw. unterschiedlichen Wicklungen zugeordnete
Schaltelemente zu schalten. Die unterschiedlichen Wicklungen zugeordnete Schaltelemente werden vorzugsweise der Reihe nach geschaltet, wobei nach den Schaltelementen der letzten Wicklung wieder die Schaltelemente der ersten Wicklung verwendet werden. Die elektrische Maschine kann eine Traktionsmaschine oder ein Starter/Generator oder ein Generator oder ein Starter bzw. Anlasser des Fahrzeugs sein. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine ein Motor eines Nebenaggregats des Fahrzeugs, ins¬ besondere eines Klimakompressors (oder auch eines auf den Einlass einer Verbrennungsmaschine wirkenden Kompressors, d.h. ein
Kompressor einer Aufladevorrichtung eines Verbrennungsmotors) .
Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines fahrzeugseitigen Stromrichters beschrieben, an den eine elektrische Maschine und ein elektrischer Energiespeicher angeschlossen sind. Der
Stromrichter, die elektrische Maschine und der elektrische Energiespeicher können ausgestaltet sein, wie hier anhand der Ladeschaltung dargestellt ist. Das Verfahren sieht für den Stromrichter zwei Modi (d.h. einen Invertermodus und einen Lademodus) vor, die sich vorzugsweise gegenseitig ausschließen. Diese Modi können als Verfahrensschritte unterschiedlicher Art betrachtet werden, wobei Verfahrensschritte unterschiedlicher Art mittelbar oder unmittelbar aufeinander folgen. In einem Invertermodus wird der Stromrichter von dem Energiespeicher gespeist. In diesem Modus erzeugt der Stromrichter ein Ansteuersignal , mit dem die elektrische Maschine betrieben wird. Als Ansteuersignal wird ein Ansteuerstrom oder eine Ansteuerspannung bezeichnet, mit der die elektrische Maschine erregt wird. Das Ansteuersignal ist daher ein Leistungssignal. In dem Invertermodus wandelt der Stromrichter im Sinne eines Inverters die am Energiespeicheranschluss bzw. am Energie- Speicher anliegende Spannung (bzw. den vom Energiespeicher gelieferten Strom) gemäß einer Motorsteuervorgabe in ein Ansteuersignal, insbesondere in einen Drehstrom um, mit dem die elektrische Maschine gespeist wird. Die Motorsteuervorgabe gibt beispielsweise ein Soll-Drehmoment und/oder eine Soll-Drehzahl an. Ferner kann bei einer fremderregten elektrischen Maschine ein Erregungssignal erzeugt werden, mit dem eine Rotorwicklung der elektrischen Maschine gespeist wird. Das Erregungssignal und insbesondere das Ansteuersignal werden vorzugsweise von der Steuervorrichtung erzeugt.
In einem Lademodus wird der Stromrichter über mindestens eine in Reihe geschaltete Wicklung der elektrischen Maschine von einer externen elektrischen Energiequelle gespeist, insbesondere über einen Gleichrichter, der vorzugsweise steuerbar ist. Hierbei entspricht die mindestens eine in Reihe geschaltete Wicklung der anhand der Ladeschaltung erläuterten Wicklung. Der Gleichrichter ist fahrzeugseitig untergebracht. Die externe elektrische Energiequelle ist außerhalb des Fahrzeugs, in dem der Strom¬ richter bzw. die Ladeschaltung untergebracht ist. Der (fahr- zeugseitige) Gleichrichter erhält die Energie von der externen elektrischen Energiequelle über einen fahrzeugseitigen Wechselstromanschluss. Die externe Energiequelle ist insbesondere eine Wechselstromquelle wird über den ( fahrzeugseitigen) Wechselstromanschluss angeschlossen. Die externe Energiequelle ist insbesondere eine stationäre elektrische Energiequelle, etwa eine Ladestation oder ein elektrisches öffentliches oder privates Versorgungsnetz, kann jedoch auch ein weiteres Fahrzeug bzw. dessen Akkumulator sein. Die externe Energiequelle kann mittels eines Kabels an den Wechselstromanschluss angeschlossen sein. Es kann auch eine kabellose Übertragungstechnik vorgesehen sein, mittels der Energie von der externen Energiequelle an den Wechselstromanschluss übertragen wird, etwa eine induktive Übertragung, wobei der Wechselstromanschluss kontaktlos als Sekundärspule ausgebildet ist, die ein Wechselmagnetfeld einer Primärspule (der Ladestation, des Fahrzeugs, oder angeschlossen an das Versorgungsnetz) in elektrische Energie umwandelt. Anstatt der Definition, dass in einem Lademodus der Stromrichter über mindestens eine in Reihe geschaltete Wicklung der elektrischen Maschine von einer externen Energiequelle über einen Wechselstromaschluss gespeist wird, kann auch vorgesehen werden, dass in dem Lademodus der Stromrichter über mindestens eine in Reihe geschaltete Wicklung der elektrischen Maschine über einen Wechselstromanschluss gespeist wird. Zur fahrzeugseitigen Einspeisung wird daher ein fahrzeugseitiger Wechselstromanschluss verwendet. Über diesen Wechselstromanschluss wird im Lademodus die Ladeschaltung (bzw. der Gleichrichter bzw. der Stromrichter) mit elektrischer Energie versorgt . Dies ermöglicht eine vereinfachte Ausführung der Verbindung zwischen einer externen Wechselstromquelle und dem Fahrzeug, da zur Verbindung keine weitere Elektronik erforderlich ist, sondern ein einfaches Kabel genügt. Im Lademodus erzeugt der Stromrichter ein Ladesignal, das dem elektrischen Energiespeicher zugeführt wird. Das Ladesignal ist insbesondere ein Ladestrom oder eine Ladespannung, mittels dem bzw. der der Energiespeicher aufgeladen wird. Im Lademodus dient der Stromrichter zusammen mit der mindestens einen Wicklung als Wandler, um die elektrische Energie am Wechselspannungsanschluss gesteuert an den Akkumulator übertragen zu können. Der von dem Stromrichter (d.h. den Schaltelementen des Inverters) und der mindestens einen Wicklung gebildete Wandler ist ferner steuerbar und somit eingerichtet, die an den Akkumulator abgegebene Leistung (insbesondere den Strom und/oder die Spannung) einzustellen. Dadurch kann das Ladesignal (insbesondere der La¬ destrom und/oder die Ladespannung) an den Betriebszustand der Batterie und insbesondere an dessen Stromaufnahmefähigkeit angepasst werden. Zudem kann die Spannungslage von dem Wandler, der von dem Stromrichter und der mindestens einen Wicklung gebildet wird, angepasst werden. Dadurch kann die Spannungslage der am Gleichrichter in Richtung Akkumulator abgegebenen Spannung angepasst werden an eine Betriebsspannung (bzw. Be- triebssollspannung) des Akkumulators. Hierbei wird der
Stromrichter etwa pulsweitenmoduliert oder mittels Phasenan¬ schnitt angesteuert. Die Steuervorrichtung kann hierbei die Modulationssignale bzw. Phasenanschnittsignale erzeugen und dadurch die Funktion des Ansteuerns realisieren. Es sei auf die hierin genannten Funktionen der Steuervorrichtung verwiesen.
Im Lademodus bildet die mindestens eine Wicklung der elektrischen Maschine zusammen mit dem Stromrichter einen Wandler. Insbe- sondere bilden diese zusammen einen Aufwärtswandler bzw. einen DCDC-Wandler . Die mindestens eine Wicklung arbeitet als
Speicherinduktivität, die auch als Boost-Induktivität be¬ zeichnet werden kann. Der gebildete Wandler ist insbesondere steuerbar. Hierbei weist der Stromrichter bzw. dessen
Schaltelemente Eingänge auf, mit denen die einzelnen Schalt¬ elemente des Stromrichters angesteuert werden können. Die Ansteuerung umfasst wie erwähnt beispielsweise eine
Pulsweitenmodulation bzw . eine Phasenanschnittsteuerung . Ferner kann der Gleichrichter gesteuert werden, um den effektiven Strom bzw. die Spannung einzustellen.
Vorzugsweise sperrt im Lademodus ein Sperrriegel eines
Sperraktuators die elektrische Maschine mechanisch. Hierbei kann der Sperrriegel in den Rotor eingreifen und dadurch gesteuert arretieren. Dies dient dazu, dass der im Lademodus durch die mindestens eine Wicklung fließende Strom nicht zur unbeab¬ sichtigten Bewegung des Rotors führt. Im Invertermodus sperrt der Sperrriegel die elektrische Maschine nicht bzw. befindet sich in einem zurückgezogenen Modus. Dadurch kann im Invertermodus, wenn die Wicklungen der elektrischen Maschine ein magnetisches Feld zur Drehmomenterzeugung erzeugen, der Rotor der elektrischen Maschine frei drehen. Im Invertermodus kann ferner Energie von der elektrischen Maschine an den Energiespeicheranschluss fließen, wenn sich die elektrische Maschine im generatorischen Betrieb befindet. Der Stromrichter ist daher bidirektional ausgestaltet, und ist insbesondere ausgestaltet, im
Invertermodus bidirektional Leistung übertragen bzw. wandeln zu können . Schließlich wird das Verwenden zumindest einer Wicklung einer fahrzeugseitigen elektrischen Maschine zum elektrischen Zwischenspeichern von Energie im Rahmen einer Gleichspannungs- Wandlung beschrieben. Die Gleichspannungswandlung ist hierbei insbesondere eine Aufwärtswandlung. Mittels der Gleichspannungswandlung wird elektrische Energie über ein fahrzeugseitiger Wechselstromanschluss (insbesondere von einer externen elektrischen Energiequelle) an einen fahrzeugseitigen elekt- rischen Energiespeicher gesteuert übertragen. Das elektrische Zwischenspeichern sieht vor, dass die zumindest eine Wicklung periodisch Energie aufnimmt und abgibt, um eine Stromwandlung (insbesondere eine Hochsetzstellung) auszuführen. Mittels der Gleichspannungswandlung wird insbesondere der gleichgerichtete Strom einer externen elektrischen Wechselstromquelle an den fahrzeugseitigen Energiespeicher übertragen.
Ferner wird ein Stromrichter der elektrischen Maschine, die dieser als Inverter zugeordnet ist, ebenfalls zur Leistungs- Wandlung verwendet. Hierbei werden der Stromrichter und die zumindest eine Wicklung zusammen als steuerbarer Gleichspannungswandler verwendet. Der Stromrichter zusammen mit der zumindest einen Wicklung der elektrischen Maschine dienen zur Umwandlung eines gleichgerichteten Wechselstroms in einen Ladestrom eines elektrischen Energiespeichers . Der Stromrichter wird in einem Invertermodus als Inverter verwendet, um die elektrischen Maschine mit einem Ansteuerstrom zu versorgen, während der gleiche Stromrichter zusammen mit der Wicklung der mindestens einen elektrischen Maschine als Aufwärtswandler verwendet werden. Im Rahmen der Verwendung der mindestens einen Wicklung der elektrischen Maschine zum Zwischenspeichern von Energie richtet ein Gleichrichter den Strom, der über einen fahrzeugseitigen Wechselstromanschluss eingespeist wird, in Gleichstrom um, wobei die mindestens eine Wicklung und der Stromrichter diesen Gleichstrom zur (gesteuerten) Wandlung erhält, um den gewandelten Strom an einen elektrischen Energiespeicher abzugeben. Der steuerbare Gleichrichter stellt ferner die Höhe der (effektiven) Gleichspannung ein, die von dem Gleichrichter abgegeben bzw. an die elektrische Maschine geliefert wird. Insbesondere kann der steuerbare Gleichrichter zur Phasenanschnittsteuerung verwendet werden, etwa um die gleichgerichtete Gleichspannung an einen Sollstrom oder eine Sollspannung an dem Energiespeicheranschluss anzupassen.
Die Figur 1 ist eine Übersicht über ein System geeignet zur Erläuterung der Erfindung. Die Figur 1 zeigt eine fahrzeugseitige Ladeschaltung 10, die über einen (einphasigen, gegebenenfalls auch dreiphasigen) Wech- selstromanschluss 20 mit einer externen elektrischen Energiequelle 24 verbunden ist, welche Wechselstrom abgibt. Die elektrische Energiequelle ist außerhalb des Fahrzeugs, etwa in Form einer Ladestation, und ist daher kein Teil der Ladeschaltung 10. Dem Wechselstromanschluss 20 der Ladeschaltung 10 ist ein EMV-Filter 22 nachgeschaltet. Dem EMV-Filter 22 ist wiederum ein Gleichrichter 30 nachgeschaltet. Der Gleichrichter 30 ist insbesondere als Gleichrichter-Schaltung von Dioden, Thyris- toren oder Transistoren (insbesondere MOSFETs) ausgebildet. Der Gleichrichter 30 kann daher halbgesteuert sein oder kann steuerbar ausgeführt sein, insbesondere steuerbar gemäß einer Phasenanschnittsteuerung. Eine Steuervorrichtung 42 ist ansteuernd mit dem steuerbar oder halbsteuerbar ausgeführten Gleichrichter 30 verbunden, wobei der Pfeil zwischen diesen beiden Komponenten die Ansteuerrichtung darstellt.
Der Gleichrichter 30 ist mit dem Wechselstromanschluss 20 verbunden, vorzugsweise wie dargestellt über einen optionalen EMV-Filter 22. Der optionale EMV-Filter ist gestrichelt dargestellt, wobei gestrichelt dargestellten Komponenten generell als optional zu betrachten sind.
Dem Gleichrichter 30 ist ein optionaler Glättungskondensator 32 nachgeschaltet. Der Glättungskondensator 32 befindet sich auf einer Gleichstromseite 31a des Gleichrichters 30. Auf einer Wechselstromseite 31b des Gleichrichters 30, die sich entge¬ gengesetzt (bezogen auf den Gleichrichters 30) zur Gleich- stromseite 31a befindet, befindet sich der Wechselstromanschluss 20 und gegebenenfalls der optionale EMV-Filter 22. Der
Gleichrichter 30 verbindet den Wechselstromanschluss 20 (bzw. gegebenenfalls den optionalen EMV-Filter 22) mit einer elektrischen Maschine 40.
Zwischen der elektrischen Maschine 40 und dem Gleichrichter 30 kann ein optionaler Glättungskondensator parallel geschaltet sein. Ferner kann die elektrische Maschine 40 über einen op- tionalen Trennschalter 34 mit dem Gleichrichter 30 bzw. dessen Gleichstromseite 31a verbunden sein. Der Trennschalter 34 kann insbesondere in der Masseschiene (in Figur 1 die untere Schiene) angeordnet sein, kann alternativ oder in Kombination hiermit jedoch auch in der positiven Versorgungsschiene (in Figur 1 die obere Schiene) vorgesehen sein.
Dem Gleichrichter 30, welcher mit dem Wechselstromanschluss 20 verbunden ist, ist die elektrische Maschine 40 und insbesondere deren mehreren Wicklungen 50a-c nachgeschaltet. Die mehreren Wicklungen 50a-c bilden ein dreiphasiges System und sind in Sternkonfiguration geschaltet. Ein Sperraktuator 42 ist der elektrischen Maschine 40 zugeordnet und eingerichtet, deren Rotor zu sperren. Die mechanische Wirkung des Sperraktuators 42 ist mit dem Pfeil zwischen dem Sperraktuators 42 und der elektrischen Maschine 40 dargestellt. Der Sperraktuator 42 wird von der Steuervorrichtung 80 angesteuert.
Die Wicklungen 50a-c weisen jeweils ein Ende auf, wobei diese Enden der Wicklungen 50a-c über einen Sternpunkt S miteinander verbunden sind. Der Gleichrichter 30 (insbesondere dessen positiver Ausgang) ist mit dem Sternpunkt verbunden. Der Gleichrichter 30 ist ferner mit einem Stromrichter 60 verbunden, wobei ein negativer Ausgang des Gleichrichters 30 mit dem Stromrichter 60 (bzw. dessen negativer Versorgungsschiene) verbunden ist. Die Ausgänge des Gleichrichters 30 entsprechen den Anschlüssen an der Gleichstromseite 31a des Gleichrichters 30. Die Wicklungen 50a-c weisen ferner jeweils ein Ende auf, das dem Sternpunkt S (bzw. dem Gleichrichter 30) entgegengesetzt ist. Diese Enden der Wicklungen 50a-c sind mit dem Stromrichter 60 verbunden. Der Stromrichter 60 umfasst eine B6C-Brücke (ge- steuert von einer Steuervorrichtung 80) . Der Stromrichter ist somit als Vollbrücke ausgestaltet und ist dreiphasig. Für jede der drei Phasen sind zwei steuerbare Halbleiterschalter (in Figur 1 als Thyristoren dargestellt) . Die Halbleiterschalter haben eine Sperrrichtung und eine Durchlassrichtung. Ferner haben die Halbleiterschalter einen Steuereingang, so dass der Leitungszustand bzw. Schaltzustand in Durchlassrichtung gesteuert werden kann. Die Steuereingänge sind mit der Steuervorrichtung 80 verbunden. Die zwei Halbleiterschalter jeder der drei Phasen sind in Reihe verbunden, wobei an dem Verbindungspunkt eine zugehörige Wicklung angeschlossen ist, insbesondere ein Ende der Wicklung 50a-c, das dem Sternpunkt entgegengesetzt ist. Die jeweils zwei in Reihe geschalteten Halbleiterschalter sind zwischen der negativen Versorgungsschiene und einer positiven Versorgungsschiene angeschlossen und verbinden diese. Die zwei in Reihe geschalteten Halbleiterschalter sind (zumindest im
Invertermodus ) nie gleichzeitig im Schaltungszustand "leitend". Jede Wicklung 50a-c ist über einen Halbleiterschalter mit der positiven Versorgungsschiene des Stromrichters 60 verbunden und über einen weiteren Halbleiterschalter mit der negativen Versorgungsschiene des Stromrichters 60 verbunden.
Der Stromrichter 60 ist ferner mit einem Energiespeicheran- schluss 70 verbunden. Insbesondere sind die zwei Versor- gungsspannungsschienen des Stromrichters 60 mit dem Energie- speicheranschluss 70 verbunden. Der Energiespeicheranschluss 70 ist ein Gleichstromanschluss . An den Energiespeicheranschluss 70 ist ein elektrischer Energiespeicher 90, insbesondere ein Hochvoltakkumulator, angeschlossen. Der Energiespeicher 90 ist nicht Teil der Ladeschaltung 10. Bis auf die externe elektrische Energiequelle sind alle dargestellten Komponenten (und auch alle beschriebenen Komponenten) fahrzeugseitig angeordnet und somit dafür vorgesehen, in einem Fahrzeug angeordnet zu sein bzw. einen Teil eines Fahrzeugbordnetzes zu bilden. In der Figur 1 ist ein optionaler Anpassungs-DCDC-Wandler 72 dargestellt. Über diesen ist der Stromrichter 60 mit dem Energiespeicheranschluss 70 verbunden. Der Anpas- sungs-DCDC-Wandler 72 ist vorzugsweise ein Aufwärtswandler. Der Anpassungs-DCDC-Wandler 72 dient zur Anpassung der vom
Stromrichter gelieferten Spannung an eine Betriebsspannung des Energiespeichers 90. Der Anpassungs-DCDC-Wandler 72 ist als ein Teil der Ladevorrichtung 10 dargestellt. Der Anpas- sungs-DCDC-Wandler 72 kann jedoch auch als Komponente des
Energiespeichers angesehen werden, mit dem sich Ladespannungen an Soll-Spannungen eines Zellstapels des Energiespeichers anpassen lassen. Die Ladevorrichtung 10 realisiert eine Ladefunktion, wobei hierzu jedoch Komponenten des elektrischen Antriebs (insbesondere die Wicklungen 50 a-c der elektrischen Maschine 40 und der Stromrichter 60, der als Inverter dient) verwendet werden. Aufgrund dieser Doppelnutzung kann man die Ladevorrichtung 10 auch als (beschalteter) elektrischer Antrieb mit Ladefunktion bezeichnen. Die Wicklungen 50a-c der elektrischen Maschine sind insbesondere Statorwicklungen. Bei fremderregten elektrischen Maschinen ist im Lademodus aufgrund der Ansteuerung mittels der Steuervorrichtung 80 der Erregerstrom ausgeschaltet und im Invertermodus angeschaltet.
Bezugs zeichenliste
10 Fahrzeugseitige Ladeschaltung
20 Wechselstromanschluss
22 EMV-Filter
24 externe elektrische Energiequelle
30 Wechselstromanschluss
32 Glättungskondensator
34 Trennschalter
40 elektrische Maschine
42 Sperraktuator
50a-c mindestens einer Wicklung der elektrischen Maschine 40
60 Stromrichter
70 Energiespeicheranschluss
80 Steuervorrichtung
90 elektrischer Energiespeicher
S Sternpunkt

Claims

Ansprüche
1. Fahrzeugseitige Ladeschaltung (10) für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb, wobei die Ladeschaltung umfasst:
- einen Wechselstromanschluss (20) ;
einen gesteuerten Gleichrichter (30), der mit dem Wechselstromanschluss (20) verbunden ist;
eine elektrische Maschine (40) mit mindestens einer Wicklung (50a-c) ;
- einen Stromrichter (60), der mit der elektrischen Maschine verbunden ist; und
einen Energiespeicheranschluss (70);
wobei die mindestens eine Wicklung (50a-c) der elektrischen Maschine (40) in Serie zwischen dem Gleichrichter (30) und dem Stromrichter (60) angeschlossen ist.
2. Fahrzeugseitige Ladeschaltung (10) nach Anspruch 1 mit einer Steuervorrichtung (80), die ansteuernd mit dem Stromrichter (60) verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung (80) eingerichtet ist, in einem ersten Zustand den Stromrichter (60) in einem Invertermodus und in einem zweiten Zustand in einem
Lademodus zu betreiben, wobei
die Steuervorrichtung in dem Invertermodus eingerichtet ist, den Stromrichter (60) anzusteuern, die an dem Energie- speicheranschluss (70) anliegende Spannung in ein Ansteuersignal zu wandeln, mit welchem die elektrische Maschine betrieben werden kann; und
die Steuervorrichtung in dem Lademodus eingerichtet ist, den Stromrichter (60) anzusteuern, diejenige Spannung, welche von dem Gleichrichter 30 über die mindestens einer Wicklung
(50a-c) an den Stromrichter 60 abgegeben wird, in ein Ladesignal zu wandeln, das an den Energiespeicheranschluss (70) zur Aufladung eines daran angeschlossenen Energiespeichers (90) abgegeben werden kann.
3. Fahrzeugseitige Ladeschaltung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Gleichrichter (30) und dem Wechselstromanschluss (20) ein EMV-Filter (22) angeschlossen ist .
4. Fahrzeugseitige Ladeschaltung (10) nach einem der vo- rangehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Gleichrichter (30) und der elektrischen Maschine (40) ein Glättungskondensator (32) parallel geschaltet ist.
5. Fahrzeugseitige Ladeschaltung (10) nach einem der vo- rangehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Gleichrichter (30) und der elektrischen Maschine (40) ein Trennschalter (34) in Reihe geschaltet ist.
6. Fahrzeugseitige Ladeschaltung (10) nach einem der vo- rangehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine einen
Sperraktuator (42) aufweist, der einen Sperrriegel aufweist, welcher gesteuert einen Rotor der elektrischen Maschine wahlweise arretieren oder freigeben kann.
7. Fahrzeugseitige Ladeschaltung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine ein Traktionsmaschine oder ein Starter/Generator oder ein Generator oder ein Starter des Fahrzeugs ist oder die elektrische Maschine ein Motor eines Nebenaggregats des Fahrzeugs ist.
8. Verfahren zum Betreiben eines fahrzeugseitigen Stromrichters (60), an den eine elektrische Maschine (40) und ein elektrischer Energiespeicher (90) angeschlossen ist, wobei in einem Invertermodus der Stromrichter (60) von dem Energiespeicher (90) gespeist wird und ein Ansteuersignal erzeugt, mit dem die elektrische Maschine (40) betrieben wird, und
in einem Lademodus der Stromrichter (60) über mindestens eine in Reihe geschaltete Wicklung (50a-c) der elektrischen Maschine (40) von einer externen Energiequelle (24) über einen Wechselstromaschluss (20) und über einen gesteuerten Gleichrichter (30) gespeist wird und ein Ladesignal er- zeugt, das dem elektrischen Energiespeicher (90) zugeführt wird;
wobei im Lademodus die mindestens eine Wicklung (50a-c) der elektrischen Maschine (40) zusammen mit dem Stromrichter einen Leistungswandler bilden, in dem die mindestens eine Wicklung (50a-c) als Speicherinduktivität arbeitet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Gleichrichter gesteuert wird, um einen effektiven Strom bzw. eine Spannung einzustellen .
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei im Lademodus ein Sperrriegel eines Sperraktuators (42) die elektrische Maschine (40) mechanisch sperrt und im Invertermodus der Sperrriegel die elektrische Maschine (40) nicht sperrt.
11. Verwenden zumindest einer Wicklung (50a-c) einer fahr- zeugseitigen elektrischen Maschine (40) zum Zwischenspeichern von Energie im Rahmen einer Leistungswandlung, mittels der elektrischen Leistung über einen Wechsel- stromanschluss (20) an einen fahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher (90) gesteuert übertragen wird, wobei
- ein Stromrichter (60) der elektrischen Maschine (40) , die dieser als Inverter zugeordnet ist, zur Leistungswandlung verwendet wird, wobei der Stromrichter (60) und die zu¬ mindest eine Wicklung der elektrischen Maschine (40) zusammen als steuerbarer Gleichspannungswandler verwendet werden; und
- im Rahmen der Verwendung der mindestens einen Wicklung der elektrischen Maschine (40) zum Zwischenspeichern von Energie ein Gleichrichter (30) dazu verwendet wird, den Strom, der über den Wechselstromanschluss (20) eingespeist wird, in Gleichstrom umzuwandeln, wobei die mindestens eine Wicklung (50a-c) und der Stromrichter (60) diesen
Gleichstrom zur gesteuerten Wandlung erhält, um den gewandelten Strom an einen elektrischen Energiespeicher (90) abzugeben und der steuerbare Gleichrichter (30) die Höhe der effektiven Gleichspannung ein, die von dem Gleichrichter (30) abgegeben bzw. an die elektrische Maschine geliefert wird.
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