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DE102020109426A1 - Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler - Google Patents

Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler Download PDF

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DE102020109426A1
DE102020109426A1 DE102020109426.4A DE102020109426A DE102020109426A1 DE 102020109426 A1 DE102020109426 A1 DE 102020109426A1 DE 102020109426 A DE102020109426 A DE 102020109426A DE 102020109426 A1 DE102020109426 A1 DE 102020109426A1
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DE
Germany
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voltage
node
capacitor
converter
strand
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102020109426.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Urs Boehme
André Haspel
Philipp Leon Lutz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
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Publication of DE102020109426A1 publication Critical patent/DE102020109426A1/de
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (1) zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (2) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, mit- einem ersten Gleichspannungsanschluss (3) zum Verbinden der Ladevorrichtung (1) mit einer Gleichspannungsquelle (4),- einem zweiten Gleichspannungsanschluss (5) zum Verbinden der Ladevorrichtung (1) mit dem elektrischen Energiespeicher (2), und- einem Gleichspannungswandler (6) zum Umwandeln einer ersten Gleichspannung (U1) des ersten Gleichspannungsanschlusses (3) in eine zweite Gleichspannung (U2).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Die Ladevorrichtung weist einen ersten Gleichspannungsanschluss zum Verbinden der Ladevorrichtung mit einer Gleichspannungsquelle und einen zweiten Gleichspannungsanschluss zum Verbinden der Ladevorrichtung mit dem elektrischen Energiespeicher auf. Des Weiteren weist die Ladevorrichtung einen Gleichspannungswandler zum Umwandeln einer ersten Gleichspannung des ersten Gleichspannungsanschlusses in eine zweite Gleichspannung auf.
  • Beim Laden eines 800-Volt-Fahrzeugs an einer 500-Volt-DC-Ladesäule wird angedacht, die Spannung über einen sogenannten „quasi“-isolierenden DC-DC-Wandler hochzusetzen. In der Größenabschätzung und Kostenabschätzung ist auffallend, dass als schaltende Halbleiter eine Spannungsauslegung auf die maximale Spannung beider Anschlussseiten des Spannungswandlers ausgelegt sein muss. Dazu werden teure und/oder stark verlustbehaftete 1.200-Volt-Bauteile aufgrund der Batteriespannung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen von 800 Volt verwendet. Somit ist der Bauraum mit zirka 40 Prozent des inneren Aufbaus mit EMV-Filtern belegt, weil durch die hohen Entstöranforderungen an der Anschlussseite zur Ladesäule und gleichzeitiger hoher Störimpulsgenerierung im Spannungswandler mehrstufige Filter aus Common-Mode-Drosseln und Entstörkondensatoren notwendig werden.
  • Beispielsweise ist im Stand der Technik bei galvanisch gekoppelten DC-DC-Wandlern meist eines der beiden Potentiale (meist das negative Potential HV-minus) direkt von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite des DC-DC-Wandlers durchkontaktiert. Die gewünschte Ausgangsspannung wird erzeugt, indem das andere Potential (meist das positive Potential HV-plus) verändert wird. Dies ist für einen 800-Volt-400-Volt-Wandler üblich. Aus Sicherheitsgründen sind alle HV-Potentiale vom Niedervoltnetz, insbesondere von der Masse, getrennt. Die einzige Verbindung besteht über Y-Kapazitäten und Isolationswiderständen. Durch die Y-Kapazitäten und die Isolationswiderstände liegt das Masse-Potential genau zwischen den beiden HV-Potentialen. Heutige galvanisch gekoppelte Spannungswandler führen zu einem Masseversatz zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite. Dies führt insbesondere dazu, dass sich Y-Kapazitäten ungleich aufladen und Isolationsüberwachungen versagen und sich im schlimmsten Fall unterschiedliche Masse-Potentiale in Ein- und Ausgangssystemen ergeben. Dadurch können hohe Spannungen zwischen den Gehäusen verschiedener Komponenten entstehen, die zu einer Überlastung und gegebenenfalls zum Versagen der Isolation im System mit der niedrigeren Isolationsfestigkeit führen.
  • Im Stand der Technik ist ein Spannungswandler beschrieben, der sowohl das HV-Plus-Potential als auch das HV-Minus-Potential individuell variieren kann. Dies kann zum Verbinden von zwei HV-Systemen verwendet werden, die auf unterschiedliche Isolationen ausgelegt sind. Isolationsfehler im System mit der höheren Spannung können somit derart korrigiert werden, dass im System mit der niedrigen Auslegungsspannung die Isolation nicht überlastet wird.
  • Dabei entsprechen die Massebezüge auf der Ein- und Ausgangsseite des Spannungswandlers demselben Potential. Der geringe Masseversatz zwischen den Stufen liegt nur an der internen Zwischenkreiskapazität und ist an den Anschlüssen des Spannungswandlers und nach außen nicht sichtbar. Der Einfluss der Unsymmetrie der Bezugsmaße zu dem HV-Potential innerhalb des Spannungswandlers kann dadurch vernachlässigbar klein gehalten werden, indem die Kapazitäten zum Gehäuse wesentlich kleiner gehalten werden als an den Ausgängen und indem die Isolationswiderstände im Inneren wesentlich größer gehalten werden als an den Ausgängen. Erreicht wird dies zum Beispiel durch größere Abstände der spannungsführenden Teile zum Gehäuse.
  • Die DE 10 2017 009 352 A1 offenbart einen Energiekoppler zum elektrischen Koppeln von elektrischen Bordnetzen. Dieser weist einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis auf, über den ein erster und ein zweiter getakteter Energiewandler miteinander elektrisch gekoppelt werden können, um eine galvanische Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Bordnetz realisieren zu können. Dadurch können besondere Sicherheitsanforderungen realisiert werden.
  • Die DE 10 2017 009 355 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben von elektrischen Bordnetzen. Dabei werden zwei Bordnetze mittels eines Energiekopplers galvanisch gekoppelt, wobei bei einer Störung der Isolationseinrichtung in einem Bereich eines der beiden Bordnetze der Energiekoppler elektrische Potentiale des jeweiligen anderen der beiden Bordnetze derart steuert, dass jeweilige Potentialdifferenzen von diesen elektrischen Potentialen zu einem Bezugspotential kleiner als ein vorgegebener Vergleichswert ist.
  • Nachteilig bei all den Konzepten im Stand der Technik ist die Notwendigkeit von 1.200-Volt-Bauteilen bei Verwendung solch eines Aufwärtswandlers mit einem 800-Volt-HV-System an einer der beiden Anschlussseiten des Wandlers. 1.200-Volt-Bauteile umfassen teure SiC-Metalloxid-Feldeffekt-Transistoren. Alternativ könnten auch 1.200-Volt-IGBTs oder 1.200-Volt-Si-Metalloxid-Feldeffekt-Transistoren zum Einsatz kommen, die jedoch wesentlich höhere Verluste aufweisen. Zudem ist das EMV-Verhalten nachteilig. Durch die möglichst gute thermische Kühlanbindung der Halbleiter wird ungewollt auch eine sehr gute kapazitive Kopplung des Halbleiters an PE erzeugt. Mit jedem Ein- und Ausschalten des Halbleiters wird diese Kopplungskapazität mit der vollen Betriebsspannung angeregt. Hierdurch werden Common-Mode-Störungen erzeugt, die zum Teil durch eine Unsymmetrie der Impedanz im HV-System auch in Differencial-Mode-Störungen gewandelt werden, erzeugt. Demzufolge sind Filter mit hohen Dämpfungen und gleichzeitig großen Y-Kapazitäten an beiden Anschlussseiten notwendig, um diese Störungen außerhalb des Wandlers zu dämpfen. Diese benötigen zusätzlich Bauraum, Gewicht und erzeugen hohe Kosten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ladevorrichtung bereitzustellen, mit welcher ein galvanisch gekoppelter Aufwärtswandler realisiert werden kann, welcher Bauteile aufweist, welche auf eine im Vergleich zu einer Batteriespannung niedrigere Spannungsfestigkeit ausgelegt werden müssen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Ladevorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zu Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Die Ladevorrichtung umfasst:
    • - einen ersten Gleichspannungsanschluss zum Verbinden der Ladevorrichtung mit einer Gleichspannungsquelle,
    • - einen zweiten Gleichspannungsanschluss zum Verbinden der Ladevorrichtung mit dem elektrischen Energiespeicher, und
    • - einen Gleichspannungswandler zum Umwandeln einer ersten Gleichspannung des ersten Gleichspannungsanschlusses in eine zweite Gleichspannung,
    • - einen ersten Strang des Gleichspannungswandlers, welcher einen ersten Kondensator aufweist,
    • - einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten des ersten Strangs, wobei zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten der ersten Kondensator ausgebildet ist,
    • - einen zweiten Strang des Gleichspannungswandlers, welcher ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement aufweist,
    • - einen dritten Knoten des zweiten Strangs, welche zwischen dem ersten Knoten und dem ersten Schaltelement ausgebildet ist,
    • - einen vierten Knoten des zweiten Strangs, welche zwischen dem zweiten Knoten und dem zweiten Schaltelement ausgebildet ist,
    • - eine erste Drossel zwischen dem ersten Knoten und dem dritten Knoten und eine zweite Drossel zwischen dem zweiten Knoten und dem vierten Knoten,
    • - einen dritten Strang des Gleichspannungswandlers, welcher einen dritten Kondensator und einen vierten Kondensator aufweist,
    • - einen fünften Knoten des dritten Strangs, welcher zwischen dem dritten Knoten und dem zweiten Gleichspannungsanschluss ausgebildet ist,
    • - einen sechsten Knoten des dritten Strangs, welcher zwischen dem vierten Knoten und dem zweiten Gleichspannungsanschluss ausgebildet ist,
    • - eine erste Diode zwischen dem dritten Knoten und dem fünften Knoten und eine zweite Diode zwischen dem vierten Knoten und dem sechsten Knoten,
    • - einen achten Knoten zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement und einen neunten Knoten zwischen dem dritten Kondensator und dem vierten Kondensator, und
    • - einen vierten Strang des Gleichspannungswandlers, mit welchem der achte Knoten mit dem neunten Knoten verbunden ist.
  • Mithilfe der vorgeschlagenen Ladevorrichtung kann ein „quasi-isolierter“ Zwei-Level-Aufwärtswandler verwendet werden, welcher die Strategie der Symmetrierung der HV-Potentiale verwendet. Zudem ermöglicht dieser durch eine Reihenschaltung aus je zwei Halbleitern und Kondensatorkombinationen die Auslegungsspannung der Bauteile zu halbieren. Somit ist der Einsatz von beispielsweise wesentlich günstigeren GaN-Bauteilen möglich, die ebenfalls sehr hohe Wirkungsgrade ermöglichen. Durch die Generierung eines Bezugspotentials, das nahezu identisch zum PE-Potential ist, werden zu den Anregungsspannungen der Koppelkapazitäten des Halbleiterschalters zu PE kleiner von zirka 11 Volt gehalten. Dagegen wären normalerweise 450 Volt vorgesehen. Somit wird eine drastische Reduzierung der EMV-Messungen erreicht. Dazu ist es auch möglich, mit der vorgeschlagenen Ladevorrichtung mehr als zwei Halbleiter-KondensatorKombinationen zwischen HV-Plus und HV-Minus zu schalten. Dadurch kann die Auslegungsspannung der Bauteile weiter reduziert werden oder mit bestehenden Bauteilen können höhere Betriebsspannungen erreicht werden.
  • Insbesondere können durch die vorgeschlagene Ladevorrichtung die einzelnen Bauteile auch mit einer im Vergleich zu der Spannung des elektrischen Energiespeichers halben Spannungsauslegung ausgelegt werden. Sozusagen kann die Ladevorrichtung bei Anwendung eines Aufwärtswandlers zum Laden eines 800-Volt-Fahrzeugs an einer 500-Volt-Ladesäule anstelle der teuren SiC-Bauteile auf wesentlich günstigere GaN-Bauteile gewechselt werden. Die Anzahl der Bauteile bleibt konstant. Insbesondere kann zusätzlich die Drossel-Induktivität reduziert werden, indem die Drossel auf die doppelte Taktfrequenz ausgelegt wird (Interleaved-Betrieb). Durch die geringere Induktivität kann eine kleinere Bauform realisiert werden, die günstiger, kleiner und leichter ist. Ebenfalls kann mithilfe der Ladevorrichtung auf wesentlich geringere EMV-Gegenmaßnahmen verzichtet werden, da die Störspannungen über Y-Kapazitäten reduziert werden können.
  • Des Weiteren kann ein lückender Strom vermieden werden, welcher gleichzeitig auf der Ladesäulenseite als auch auf der Batterieseite sowohl beim Drosselstromaufbau als auch beim Drosselstromfreilauf entstehen würde. Hierdurch werden die EMV-Filter an den beiden Anschlussseiten vereinfacht, dazu ist eine geringere Dämpfung erforderlich. Durch die Möglichkeit, auf günstige GaN-Bauteile zu wechseln und trotzdem noch hohe Wirkungsgrade zu erreichen, eignet sich die vorliegende Erfindung sowohl als Fahrzeugintegrierter-Boost-Wandler als auch als Boost-Wandler auf der Ladeinfrastrukturseite (beispielsweise in der Ladesäule oder in einer DC-Wallbox für den Privatbereich). Dabei muss die Abwärme über einen Luftkühler abgegeben werden. Insbesondere kann mithilfe der vorgeschlagenen Ladevorrichtung ein Schaltprinzip für einen Boost-Wandler mit mehr als zwei Halbleitern zwischen HV-Plus und HV-Minus verwendet werden. Das Prinzip der Spannungsaufteilung und der EMV-Optimierung ist wie bei einem Zwei-Level-Boost-Wandler identisch. Dazu muss lediglich eine erhöhte Anzahl an Halbleiter-KondensatorKombinationen ermöglicht werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Dabei zeigt die 1 einen schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung. Die 2 zeigt einen weiteren schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung.
  • Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer schematischen Schaltanordnung einer Ladevorrichtung 1. Bei der Ladevorrichtung 1 handelt es sich insbesondere um einen Bordlader oder um eine Ladeeinheit, mit welcher ein elektrisch betriebenes Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug oder ein Plug-in-Fahrzeug an einer externen Energiequelle geladen werden kann. Insbesondere kann mit der Ladevorrichtung 1 ein elektrischer Energiespeicher 2 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs geladen werden. Bei dem elektrischen Energiespeicher 2 kann es sich beispielsweise um eine Fahrzeugbatterie oder um eine Traktionsbatterie oder um eine Batterieanordnung mit mehreren Batteriezellen handeln.
  • Beispielsweise kann die Ladevorrichtung 1 einen ersten Gleichspannungsanschluss 3 zum Verbinden der Ladevorrichtung 1 mit einer Gleichspannungsquelle 4 aufweisen. Bei der Gleichspannungsquelle 4 kann es sich beispielsweise um einen Ladeanschluss oder um eine Ladestation handeln. Über den ersten Gleichspannungsanschluss 3 kann insbesondere die Ladevorrichtung 1 mit einer ersten Gleichspannung U1 versorgt werden. Des Weiteren weist die Ladevorrichtung 1 einen zweiten Gleichspannungsanschluss 5 auf, mit welchem die Ladevorrichtung 1 mit dem elektrischen Energiespeicher 2 verbunden werden kann. Die Ladevorrichtung 1 weist des Weiteren einen Gleichspannungswandler 6 auf, mit welchem die erste Gleichspannung U1 in eine zweite Gleichspannung U2 umgewandelt werden kann. Die zweite Gleichspannung U2 kann beispielsweise mithilfe des zweiten Gleichspannungsanschlusses 5 dem elektrischen Energiespeicher 2 bereitgestellt werden, sodass dieser geladen werden kann.
  • Beispielsweise kann es sich bei dem Gleichspannungswandler 6 um einen galvanisch gekoppelten Aufwärtswandler oder um einen galvanisch gekoppelten Boost-Wandler handeln.
  • Im Folgenden wird der detaillierte Schaltaufbau der Ladevorrichtung 1 und insbesondere des Gleichspannungswandlers 6 beschrieben. Ebenfalls ist es denkbar, dass die Topologie der Schaltanordnung der Ladevorrichtung 1 beziehungsweise des Gleichspannungswandlers 6 auch durch andere Ausführungsbeispiele und Ausführungsformen ausführbar ist.
  • Der Gleichspannungswandler 6 weist einen ersten Strang ST1 auf. Der erste Strang ST1 weist einen ersten Kondensator C1 auf. Der erste Strang ST1 ist insbesondere direkt mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 3 verbunden. Der erste Strang ST1 weist einen ersten Knoten K1 und einen zweiten Knoten K2 auf. Der Kondensator C1 ist insbesondere zwischen dem ersten und zweiten Knoten K1, K2 ausgebildet. Im Anschluss zu diesem ersten Strang ST1 weist der Gleichspannungswandler 6 einen zweiten Strang ST2 auf. Der zweite Strang ST2 weist ein erstes Schaltelement S1 und ein zweites Schaltelement S2 auf, welche ebenfalls in Reihe zueinander verschaltet beziehungsweise geschaltet sind. Der zweite Strang weist einen dritten Knoten K3 auf, welcher zwischen dem ersten Knoten K1 und dem ersten Schaltelement S1 angeordnet ist. Über einen vierten Knoten K4 des zweiten Strangs ST2 ist der zweite Strang ST2 zwischen dem zweiten Schaltelement S2 und dem zweiten Knoten K2 elektrisch miteinander verbunden. Zwischen dem ersten Knoten K1 und dem dritten Knoten K3 ist eine erste Drossel L1 verschaltet beziehungsweise verbaut. Zwischen dem ersten Strang ST1 und dem zweiten Strang ST2 ist zwischen dem zweiten Knoten K2 und dem vierten Knoten K4 eine zweite Drossel L2 verbaut beziehungsweise angeordnet. Des Weiteren weist der Gleichspannungswandler 6 einen dritten Strang ST3 auf, welcher einen dritten Kondensator C3 und einen vierten Kondensator C4 aufweist, wobei der dritte Kondensator C3 und der vierte Kondensator C4 ebenfalls in Reihe zueinander verschaltet sind. Der dritte Strang ST3 weist des Weiteren einen fünften Knoten K5 auf, welcher zwischen dem dritten Knoten K3 und dem dritten Kondensator C3 angeordnet ist. Des Weiteren weist der dritte Strang ST3 einen sechsten Knoten K6 zwischen dem vierten Knoten K4 und dem zweiten Gleichspannungsanschluss 5 und dem vierten Kondensator C4 auf. Zwischen dem dritten Knoten K3 und dem fünften Knoten K5 ist eine erste Diode des Gleichspannungswandlers 6 angeordnet und zwischen dem vierten Knoten K4 und dem sechsten Knoten K6 ist eine zweite Diode D2 angeordnet. Ebenfalls ist zwischen dem ersten Schaltelement S1 und dem zweiten Schaltelement S2 ein achter Knoten K8 ausgebildet und zwischen dem dritten Kondensator C3 und dem vierten Kondensator C4 ist ein neunter Knoten K9 ausgebildet. Des Weiteren weist der Gleichspannungswandler 6 einen vierten Strang ST4 auf, welcher den achten Knoten K8 mit dem neunten Knoten K9 miteinander verbindet und somit ebenfalls die Stränge ST2 und ST3 miteinander ebenfalls verbindet.
  • Der zweite Strang ST2 und der dritte Strang ST3 sind insbesondere im HV-Minus-Potential über die zweite Diode D2 miteinander verbunden und beim HV-Plus-Potential über die erste Diode D1 miteinander gekoppelt. Insbesondere ist die Polung der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 so gestaltet, dass ein positiver Stromfluss in dem elektrischen Energiespeicher 2 ermöglicht wird. Bei dem ersten Schaltelement S1 und dem zweiten Schaltelement S2 kann es sich um einen ersten Schalter und um einen zweiten Schalter handeln. Insbesondere kann es sich bei der ersten Diode D1 um eine erste Freilaufdiode und bei der zweiten Diode D2 um eine zweite Freilaufdiode des Gleichspannungswandlers 6 handeln.
  • Die erste Drossel L1 kann insbesondere als Boost-Drossel für das HV-Plus-Potential verwendet werden. Die zweite Drossel L2 kann insbesondere als Boost-Drossel für das HV-Minus-Potential angewendet werden.
  • Beispielsweise ist die Summe einer Kondensatorspannung UC3 des dritten Kondensators C3 und einer Kondensatorspannung UC4 des vierten Kondensators C4 gleich der zweiten Gleichspannung U2. Darüber hinaus ist der Gleichspannungswandler 6 derart ausgebildet, dass er die zweite Gleichspannung U2 in Abhängigkeit von der ersten Gleichspannung U1 und der Batteriespannung UBatt des elektrischen Energiespeichers 2 umwandeln.
  • Die 2 zeigt ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel der Ladevorrichtung 1. Im Unterschied zur dargestellten Ladevorrichtung 1 aus der 1 ist hier ein zweiter Kondensator C2 im ersten Strang ST1 integriert. Hier weist der der erste Strang ST1 den ersten Kondensator C1 und den zweiten Kondensator C2 auf, wobei der erste Kondensator C1 und der zweite Kondensator C2 in Reihe geschaltet sind. Der erste Strang ST1 ist insbesondere direkt mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 3 verbunden. Dabei ist zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss 3 und dem ersten Kondensator C1 der erste Knoten K1 ausgebildet. Über den zweiten Knoten K2 ist der erste Strang ST1 zwischen dem zweiten Kondensator C2 und dem ersten Gleichspannungsanschluss 3 elektrisch miteinander verbunden. Zwischen dem ersten Kondensator C1 und dem zweiten Kondensator C2 ist ein siebter Knoten K7 ausgebildet. Der Unterschied hier ist der, dass durch den vierten Strang ST4 der siebte Knoten K7 mit dem achten Knoten K8 und dem neunten Knoten K9 miteinander verbunden sind und somit ebenfalls die Stränge ST1, ST2, ST3 miteinander verbunden sind.
  • Im Nachfolgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Ladevorrichtung 1 und insbesondere des Gleichspannungswandlers 6 erläutert. Dabei kann der Gleichspannungswandler 6 unterschiedlich mithilfe der Schaltelemente S1, S2 und den Kondensatoren C1 bis C4 verschieden geschaltet werden, sodass sich die unterschiedlichsten Betriebsmodi für die Ladevorrichtung 1 ergeben. Insbesondere gelten die Nachfolgenden Erläuterungen sowohl für die 1 und die 2.
  • In einem ersten Ausführungsbeispiel ist der Fall geschildert, wo die erste Gleichspannung U1 mindestens doppelt so groß wie die Batteriespannung UBatt ist. Hierbei gibt es vier unterschiedliche Boost-Funktionen 1-4 des Gleichspannungswandlers 6.
  • Für die beiden ersten Boost-Funktionen 1 und 2, bei welchen das zweite Schaltelement S2 verwendet wird, ist folgender Ausgangszustand gegeben. Die beiden Kondensatoren C1 und/oder C2 sind auf die halbe Spannung der Gleichspannungsquelle 4 vorgeladen. Ein vorgeladener kapazitiver Spannungsteiler bestehend aus dem dritten Kondensator C3 und dem vierten Kondensator C4 ist auf die Batteriespannung UBatt des elektrischen Energiespeichers 2 ausgelegt. Vorzugsweise verfügen hierbei die Kondensatoren C1 und/oder C2 beziehungsweise C3 und C4 über die gleiche Kapazität, wodurch die Verbindungsstellen auf gleiche Potentiale liegt wie das Gehäusepotential beziehungsweise das PE-Potential der Ladevorrichtung 1. Dabei ist die Kondensatorspannung UC1 gleich der Kondensatorspannung UC2 und diese beiden oder nur eine davon ist/sind wiederum jeweils gleich der Hälfte der ersten Gleichspannung U1. Die Kondensatorspannung UC3 und UC4 sind jeweils die Hälfte der Batteriespannung UBatt .
  • In der ersten Boost-Funktion ist das erste Schaltelement S1 geöffnet und das zweite Schaltelement S2 geschlossen. Dadurch erhöht sich der Drosselstrom durch die erste und zweite Drossel L1, L2. Der Stromfluss über die Bauteile von der Gleichspannungsquelle 4 über die erste Drossel L1, den dritten Kondensator C3 und dem zweiten Schaltelement S2 und der zweiten Drossel L2 führt zu einem Spannungsanstieg der Kondensatorspannung UC3 des dritten Kondensators C3. Gleichzeitig reduziert sich die Kondensatorspannung UC4 über den vierten Kondensator C4. Der daraus resultierende Strom führt von dem vierten Kondensator C4 über die zweite Drossel L2, der Gleichspannungsquelle 4, der ersten Drossel L1 und dem elektrischen Energiespeicher 2. Beide Ströme sind ungefähr gleich groß. Folglich ist ein konstanter Stromfluss sowohl auf der ersten Anschlussseite 3 als auch auf der zweiten Anschlussseite 5 gegeben, was zu einer Verkleinerung der Filterkomponenten führt und eine geringere Alterung des elektrischen Energiespeichers 2 zur Folge haben kann. In dem ersten Fall wird der Drosselstrom aufgebaut und der dritte Kondensator C3 aufgeladen. Zeitgleich wird wiederum der Kondensator C4 entladen. Dies war insbesondere ein Beispiel für die erste Boost-Funktion während des Aufbaus des Drosselstroms.
  • Nun folgt eine zweite Boost-Funktion ebenfalls mit dem zweiten Schaltelement S2, aber während des Freilaufs des Drosselstroms. Das zweite Schaltelement S2 wird nun wieder geöffnet. Der in der Drossel L1 und L2 eingeprägte Strom fließt nun von der Gleichspannungsquelle 4 über die erste Drossel L1, die erste Diode D1, dem elektrischen Energiespeicher 2, der zweiten Diode D2 und der zweiten Drossel L2. Dabei wird insbesondere der Drosselstrom im Freilauf gezeigt. Er verringert sich dabei geringfügig. Gleichzeitig reduziert sich der Ladestrom der Kondensatoren C3, C4. Gemäß der Knotenregel ergibt sich, dass der Drosselstrom und der Kondensatorstrom in Summe dem Batteriestrom entsprechen. Da der Anteil des Kondensatorstroms stärker abnimmt als der Drosselstrom, ergibt sich in der Summe eine Zunahme des Batteriestroms in Freilauf. Auch in diesem Zustand wird ein lückender Strom an beiden Anschlussseiten 3, 5 des Gleichspannungswandlers 6 vermieden, woraus eine günstigere Filterauslegung möglich ist. Insbesondere werden dabei die beiden Kondensatoren C3 und C4 entladen.
  • Nun wird eine dritte und eine vierte Boost-Funktion dargestellt, nur dass dieses Mal im Vergleich zu vorher das erste Schaltelement S1 aktiv ist. Dabei ist der Ausgangszustand ein vorgeladener erster Kondensator C1 auf die Spannung der Gleichspannungsquelle 4 und ein vorgeladener kapazitiver Spannungsteiler bestehend aus dem zweiten Kondensator C2 und dem dritten Kondensator C3 oder nur aus C3 auf die Batteriespannung des elektrischen Energiespeichers 2. Vorzugsweise verfügen C2 und C3 oder nur C3 über die gleiche Kapazität, wodurch die Verbindungsstelle auf gleichen Potentialen wie das Gehäusepotential beziehungsweise das PE-Potential. Insbesondere ist hier die Kondensatorspannung UC2 gleich der Kondensatorspannung UC3, wobei diese jeweils gleich der Hälfte der Batteriespannung UBatt ist.
  • In der dritten Boost-Funktion ist das zweite Schaltelement S2 geöffnet und das erste Schaltelement S1 wird geschlossen. Dadurch erhöht sich der Drosselstrom durch die beiden Drosseln L1 und L2. Der Stromfluss über die Bauteile von der Gleichspannungsquelle 4 über die erste Drossel L1, das erste Schaltelement S1, der vierte Kondensator C4 und über die zweite Drossel L2 führt zu einem Spannungsanstieg bei C4. Hierbei erfolgt der Aufbau des Drosselstroms und somit das Aufladen des vierten Kondensators C4. Gleichzeitig reduziert sich die Spannung über den dritten Kondensator C3. Der daraus resultierende Strom führt von C3 über L2, der Gleichspannungsquelle 4, L1 und dem elektrischen Energiespeicher 2. Beide Ströme sind ungefähr gleich groß. Folge ist ein konstanter Stromfluss sowohl auf der Ladesäulenseite, also der erste Gleichspannungsanschluss 3 als auch auf der Batterieseite, also der zweite Gleichspannungsanschluss 5, was zu einer Verkleinerung der Filterkomponente führt und eine geringere Alterung des elektrischen Energiespeichers zur Folge hat.
  • Nun wird der Freilauf des Drosselstroms über das erste Schaltelement S1, während der vierten Boost-Funktion geschildert. Das zweite Schaltelement S2 wird nun wieder geöffnet. Der in den Drosseln L1 und L2 eingeprägte Strom fließt nun von der Gleichspannungsquelle 4 über L1, D1, dem elektrischen Energiespeicher 2, D2 und der Drossel L2. Er verringert sich dabei geringfügig, da der Drosselstrom abgebaut wird. Gleichzeitig reduziert sich der Ladestrom der Kondensatoren C3 und C4. Dabei werden die Kondensatoren C3 und C4 entladen. Gemäß der Knotenregel ergibt sich, dass der Drosselstrom und der Kondensatorstrom in Summe dem Batteriestrom des elektrischen Energiespeichers 2 entsprechen. Da der Anteil des Kondensatorstroms stärker abnimmt als der Drosselstrom, ergibt sich in der Summe eine Zunahme des Batteriestroms im Freilauf. Auch in diesem Zustand wird ein lückender Strom an beiden Anschlussseiten 3, 5 des Gleichspannungswandlers 6 vermieden, woraus eine günstigere Filterauslegung möglich ist.
  • Folglich können die soeben geschilderten Funktionen 1 bis 4 simuliert werden, wobei dabei die spannungsauslegenden Bauteile beachtet werden müssen und an beiden Anschlussseiten 3, 5 ein Continuous-Current-Mode gewährleistet werden muss. Beispielsweise kann als erste Gleichspannung U1 mit der Gleichspannungsquelle 4 400 Volt gewählt werden, wobei die Batteriespannung UBatt 700 Volt beträgt. Die Taktfrequenz des Gleichspannungswandlers 6 beträgt beispielsweise 100 Kilohertz und der Duty-Cycle wurde mit 0,45 so gewählt, dass sich ein Strom von zirka 110 Ampere an der Gleichspannungsquelle 4 einstellt. Die Y-Kapazitäten betragen beispielsweise 100 Nanofarat und alle Serienwiderstände vor den Kapazitäten betragen insbesondere 10 Milliohm. Die Kapazitäten C4 und C5 sollten beispielsweise Y-Filterkondensatoren darstellen. Der Strom durch die beiden Drosseln L1 und L2 sind identisch und entsprechen dem Strom der Gleichspannungsquelle 4. Dabei ist zu erkennen, dass das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 immer einer maximalen Spannung ausgesetzt sind, die beispielsweise unter 370 Volt liegen kann. Genauer gesagt kann dies die halbe Batteriespannung zuzüglich Spannungsschwankungen in den Umladungen der Kapazitäten C2 und C3 sein. Insbesondere ist der Strom des elektrischen Energiespeichers 2 ebenfalls ein kontinuierlicher Strom, welcher beispielsweise zwischen 60 Ampere und 100 Ampere schwankt. Insbesondere ergibt sich mit den vorher geschilderten Ausführungen ein verbessertes EMV-Verhalten. Insbesondere kann angenommen werden, dass eine symmetrische Anordnung der Ladevorrichtung 1 im HV-Plus-Potential und dem HV-Minus-Potential erreichbar ist, wodurch sich auf beiden Anschlussseiten 3, 5 eine nahezu konstante Spannung in deren Y-Kapazität bezogen zum Erdpotential PE einstellt. Die Potentialschwankungen an den Verbindungsstellen des ersten und zweiten Schaltelements S1, S2 zu Erdpotential PE sind mit +/- 7 Volt an dem ersten Gleichspannungsanschluss 3 und auf der zweiten Gleichspannungsanschluss 5 sehr gering im Vergleich zu einem konventionellen Boost-Wandler. Dies führt zu einem erheblich geringeren Filteraufwand an beiden Anschlussseiten des Spannungswandlers. Insbesondere kann der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung 1 ein deutlich kompakterer Wandler bereitgestellt werden, welcher im Vergleich zu konventionellen Boost-Wandlern 30 bis 40 Prozent weniger Volumen einnimmt. Insbesondere ist mit der vorgeschlagenen Ladevorrichtung 1 eine deutlich verbesserte Symmetrierung der Y-Kapazitäten zu erreichen.
  • Bei den soeben geschilderten Funktionsweisen, wobei die erste Gleichspannung U1 größer als die doppelte Batteriespannung UBatt ist, kann auf Isolationsfehler besser reagiert werden. Dies kann durch folgendes Beispiel verdeutlich werden. Ab einem Zeitpunkt von beispielsweise T1 = 0,1 Sekunden kann zwischen HV-Plus-Potential und PE-Potential ein 100-Ohm-Widerstand geschalten werden. Zunächst wird dieser Zustand unverändert betrieben, damit deutlich wird, welche Auswirkung dieser Fehler ohne Regeleingriff hätte. Bei der Zeit T2 = 0,2 Sekunden wird die Taktung des ersten Schaltelements S1 eingestellt. Das zweite Schaltelement S2 taktet unverändert weiter. Zum Zeitpunkt T1 verschiebt der Isolationsfehler die Potentiale auf der Seite der Gleichspannungsquelle 4 derart, dass die Spannung über den Y-Kapazitäten am Eingang um den Wert UBatt geteilt durch 2 erhöht wird. Damit überschreitet die Spannung von 200 Volt plus 350 Volt auf 550 Volt den maximalen Auslegungswert der Kriechstrecke eines 500-Volt-Ladesystems. Durch Einstellen der Taktung von dem ersten Schaltelement S1 ab T2 ändert sich die Spannung des ersten Kondensators C1 von 200 Volt auf 400 Volt und vom zweiten Kondensator C2 von 200 Volt auf 0 Volt. Als Folge wird die Spannung auf 400 Volt reduziert beziehungsweise 0 Volt angehoben. Da der Gleichspannungswandler 6 über das zweite Schaltelement S2 nicht mehr boosten kann, da die Kondensatoren bereits auf die erste Gleichspannung von beispielsweise 400 Volt geladen sind und es gibt daher über den beiden Drosseln L1 und L2 keine Spannungsdifferenz mehr, wenn das zweite Schaltelement S2 durchgeschaltet wird, endet somit automatisch auch die Energieübertragung. Der Wandler behält aber die stabilen und bezogen auf die Isolation sicheren Potentiale bei.
  • Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel erläutert, wobei die erste Gleichspannung U1 kleiner gleich der doppelten Batteriespannung UBatt ist. Hierbei ergeben sich vier weitere Boost-Funktionen 5 bis 8. Als erstes werden die ersten beiden Boost-Funktionen 5 und 6 erläutert, bei welchen das zweite Schaltelement S2 angesteuert wird.
  • Der Ausgangszustand für die fünfte und sechste Boost-Funktion sind vorgeladene Kondensatoren C1 und/oder C2 auf die halbe Spannung der Gleichspannungsquelle 4 und ein vorgeladener kapazitiver Spannungsteiler bestehend aus C3 und C4 auf die Batteriespannung UBatt . Vorzugsweise verfügen C1 und/oder C2 beziehungsweise C3 und C4 über die gleiche Kapazität, wodurch die Verbindungsstelle auf dem gleichen Potential liegt wie das Gehäusepotential beziehungsweise das PE-Potential. Daraus ergibt sich, dass UC1 = UC2 = U1/2 und UC3 =UC4 = UBatt/2.
  • In der fünften Boost-Funktion erfolgt der Aufbau des Drosselstroms und insbesondere ein Entladen des dritten und vierten Kondensators C3, C4 über den elektrischen Energiespeicher 2. Hierbei sind das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 geschlossen. Dadurch fließt wieder Drosselstrom durch die Drosseln L1 und L2. Der Stromfluss erfolgt über die Bauteile von der Gleichspannungsquelle 4 über L1, S1, S2 und L2. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt insbesondere kein Aufladen des elektrischen Energiespeichers 2.
  • In einer sechsten Boost-Funktion erfolgt der Freilauf des Drosselstroms. Dabei wird das erste Schaltelement S1 geöffnet. Der in den Drosseln L1 und L2 eingeprägte Strom fließt nun von der Gleichspannungsquelle 4 über L1, D1, C3, S2 und L2. Er verringert sich dabei geringfügig wegen des Abbaus des Drosselstroms. Durch den Ladestrom des dritten Kondensators C3 ergibt sich auch ein Spannungsanstieg über C3. Aus der Maschengleichung (UBatt = UC3 + UC4) ergibt sich eine Spannungsreduzierung von UC4. Aus dem Knotenpunkt K9 zwischen C3 und C4 und der Knotenregel an diesem Punkt ergibt sich, dass der Strom des dritten Kondensators invers zu dem Strom des vierten Kondensators C4 ist. Der somit bei C4 anliegende Strom verläuft über die Bauteile die Gleichspannungsquelle 4, L1, den elektrischen Energiespeicher 2, C4, S2 und der Drossel L2. Insbesondere erfolgt bei diesen Boost-Funktionen das Aufladen des elektrischen Energiespeichers 2. Nun wird die siebte und achte Boost-Funktion, welche über das erste Schaltelement 1 gesteuert werden, näher erläutert.
  • Der Ausgangszustand sind vorgeladene Kondensatoren C1 und/oder C2 auf die halbe Spannung der Gleichspannungsquelle 4 und ein vorgeladener kapazitiver Spannungsteiler bestehend aus C3 und C4 auf die Batteriespannung UBatt . Vorzugsweise verfügen C1 und/oder C2 beziehungsweise C3 und C4 über die gleiche Kapazität, wodurch die Verbindungsstelle auf dem gleichen Potential liegt wie das Gehäusepotential beziehungsweise das PE-Potential. Daraus ergibt sich, dass UC1 = UC2 = U1/2 und UC3 = UC4 = UBatt/2.
  • In der siebten Boost-Funktion erfolgt der Aufbau des Drosselstroms. Dabei ist S1 und S2 geschlossen. Dadurch erhöht sich der Drosselstrom durch L1 und L2. Der Stromfluss erfolgt über die Bauteile von der Gleichspannungsquelle 4 über L1, S1, S2 und L2. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt ebenfalls kein Aufladen der Batterie.
  • Nun folgt noch die achte Boost-Funktion, bei welcher mithilfe des Freilaufs des Drosselstroms der elektrische Energiespeicher 2 über den Kondensator C3 und den Kondensator C4 geladen wird. Dabei wird das zweite Schaltelement S2 nun geöffnet. Der in den Drosseln L1 und L2 eingeprägte Strom fließt nun von der Gleichspannungsquelle 4 über L1, S1, C4 und L2. Er verringert sich dabei geringfügig wegen des Abbaus des Drosselstroms. Durch den Ladestrom von C4 ergibt sich auch ein Spannungsanstieg über C4. Aus der Maschengleichung (UBatt = UC3 + UC4) resultiert eine Spannungsreduzierung von UC3. Aus dem Knoten K9 zwischen C3 und C4 und der Knotenregel an diesem Knoten K9 ergibt sich, dass der Strom IC4 gleich -IC3 ist. Der somit bei C3 anliegende Strom verläuft über die folgenden Bauteile der Gleichspannungsquelle 4, L1, S1, C3, dem elektrischen Energiespeicher 2, D2 und L2.
  • Die Boost-Funktionen 5 bis 8 werden nun ebenfalls durch Simulationen und Beispiele näher erläutert. Dabei ist auf der Seite der Gleichspannungsquelle, also des ersten Gleichspannungsanschlusses 3, ein Continuous-Current-Mode aktiviert.
  • Dabei kann beispielsweise die erste Gleichspannung U1 an der Gleichspannungsquelle 4 400 Volt betragen und die Batteriespannung UBatt beträgt beispielsweise 900 Volt. Die Taktfrequenz beträgt 100 Kilohertz und der Duty-Cycle wurde mit 0,57 so gewählt, dass sich ein Strom von zirka 110 Ampere an der Gleichspannungsquelle 4 einstellt. Durch den Duty-Cycle von kleiner 0,5 wird ebenfalls gewährleistet, dass sich die Zustände 5 und 7 einstellen, in denen S1 und S2 gleichzeitig geschlossen sind. Die Y-Kapazitäten betragen beispielsweise 100 Nanoferrat und alle Serienwiderstände vor den Kapazitäten betragen 10 Milliohm. Die Kapazitäten können beispielsweise Y-Kapazitäten beziehungsweise Y-Filterkondensatoren umfassen. Der Strom durch L1 und L2 ist identisch und entspricht dem Strom der Gleichspannungsquelle 4. Ferner ist zu erkennen, dass die Schaltelemente S1 und S2 immer einer Maximalspannung ausgesetzt sind, die beispielsweise unter 470 Volt liegt. Insbesondere reduziert sich in dem Zustand 5 und 7 der Strom des elektrischen Energiespeichers 2. Dies entspricht beispielsweise dem Verhalten eines Boost-Wandlers. Insbesondere ergibt sich in den Boost-Funktionen 5 bis 8 ein verbessertes EMV-Verhalten. Beispielsweise kann hierbei angenommen werden, dass die Batteriespannung UBatt 900 Volt und die erste Gleichspannung 400 Volt betragen kann. Dies hat folglich die Auswirkung, dass beim Schaltverfahren die Boost-Funktionen 5 bis 8 gewählt wurden. Durch eine Annahme, dass symmetrische Anordnung der Schaltung im HV-Plus-Potential und dem HV-Minus-Potential eingestellt wurden, stellen sich auf beiden Anschlussseiten 3, 5 konstante Spannungen der Y-Kapazitäten bezogen auf PE ein. Die Potentialschwankungen an den Verbindungsstellen der Schaltelemente S1 und S2 zu PE sind mit +/- 11 Volt auf der ersten Gleichspannungsanschlussseite 3 sehr gering im Vergleich zu einem konventionellen Boost-Wandler. Dies führt zu einem erheblich geringeren Filteraufwand an beiden Anschlussseiten 3, 5 des Gleichspannungswandlers 6. Ebenfalls kann mit den Boost-Funktionen 5 bis 8 auf Isolationsfehler reagiert werden. Beispielsweise wird ein Zeitpunkt T1 = 0,1 Sekunden zwischen dem HV-Plus- und dem ersten Potential P ein 100-Ohm-Widerstand geschaltet. Zunächst wird dieser Zustand unverändert betrieben, damit deutlich wird, welche Auswirkung dieser Fehler ohne Regeleingriff hätte. Bei T2 = 0,2 Sekunden wird die Taktung des ersten Schaltelements S1 eingestellt. S2 taktet unverändert weiter. Zum Zeitpunkt T1 verschiebt der Isolationsfehler die Potentiale auf die Seite der Gleichspannungsquelle 4 derart, dass die Spannungen um den Wert UBatt/2 erhöht werden. Damit überschreitet die Spannung von 200 Volt nun 650 Volt den maximalen Auslegungswert der Kriechstrecke einer 500-Volt-DC-Ladesäule. Durch Einstellen der Taktung von S1 ab dem Zeitpunkt T2 ändern sich die Spannungen von 200 Volt auf 400 Volt beziehungsweise von 200 Volt auf 0 Volt. Als Folge wird die Spannung auf 400 Volt reduziert beziehungsweise auf 0 Volt angehoben. Da der Gleichspannungswandler 6 über das zweite Schaltelement S2 nicht mehr boosten kann (C2 ist bereits auf 400 Volt geladen) und es gibt daher über L1 zu L2 keine Spannungsdifferenz mehr, wenn S2 durchschaltet, endet somit automatisch auch die Energieübertragung. Der Gleichspannungswandler 6 behält aber die stabilen und bezogen auf die isolationssicheren Potentiale bei.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ladevorrichtung
    2
    elektrischer Energiespeicher
    3
    erster Gleichspannungsanschluss
    4
    Gleichspannungsquelle
    5
    zweiter Gleichspannungsanschluss
    6
    Gleichspannungswandler
    C1
    erster Kondensator
    C2
    zweiter Kondensator
    C3
    dritter Kondensator
    C4
    vierter Kondensator
    D1
    erste Diode
    D2
    zweite Diode
    K1 bis K9
    erster Knoten bis neunter Knoten
    S1, S2
    erstes und zweites Schaltelement
    ST1 bis ST4
    erster bis vierter Strang
    L1, L2
    erste und zweite Drossel
    UBatt
    Batteriespannung
    U1
    erste Gleichspannung
    U2
    zweite Gleichspannung
    UC1 bis UC4
    erste bis vierte Kondensatorspannung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017009352 A1 [0006]
    • DE 102017009355 A1 [0007]

Claims (5)

  1. Ladevorrichtung (1) zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (2) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, mit - einem ersten Gleichspannungsanschluss (3) zum Verbinden der Ladevorrichtung (1) mit einer Gleichspannungsquelle (4), - einem zweiten Gleichspannungsanschluss (5) zum Verbinden der Ladevorrichtung (1) mit dem elektrischen Energiespeicher (2), und - einem Gleichspannungswandler (6) zum Umwandeln einer ersten Gleichspannung (U1) des ersten Gleichspannungsanschlusses (3) in eine zweite Gleichspannung (U2), gekennzeichnet, durch - einen ersten Strang (ST1) des Gleichspannungswandler (6), welcher einen ersten Kondensator (C1) aufweist, - einem ersten Knoten (K1) und einem zweiten Knoten (K2) des ersten Strangs (ST1), wobei zwischen dem ersten Knoten (K1) und dem zweiten Knoten (K2) der erste Kondensator (C1) ausgebildet ist, - einen zweiten Strang (ST2) des Gleichspannungswandlers (6), welcher ein erstes Schaltelement (S1) und ein zweites Schaltelement (S2) aufweist, - einem dritten Knoten (K3) des zweiten Strangs (ST2), welcher zwischen dem ersten Knoten (K1) und dem ersten Schaltelement (S1) ausgebildet ist, - einem vierten Knoten (K4) des zweiten Strangs (ST2), welcher zwischen dem zweiten Knoten (K2) und dem zweiten Schaltelement (S2) ausgebildet ist, - eine erste Drossel (L1) zwischen dem ersten Knoten (K1) und dem dritten Knoten (K3) und eine zweite Drossel (L2) zwischen dem zweiten Knoten (K2) und dem vierten Knoten (K4), - einen dritten Strang (ST3) des Gleichspannungswandler (6), welcher einen dritten Kondensator (C3) und einen vierten Kondensator (C4) aufweist, - einem fünften Knoten (K5) des dritten Strangs (ST3), welcher zwischen dem dritten Knoten (K3) und dem zweiten Gleichspannungsanschluss (5) ausgebildet ist, - einem sechsten Knoten (K6) des dritten Strangs (ST3), welcher zwischen dem vierten Knoten (K4) und dem zweiten Gleichspannungsanschluss (5) ausgebildet ist, - eine erste Diode (D1) zwischen dem dritten Knoten (K3) und dem fünften Knoten (K5) und eine zweite Diode (D2) zwischen dem vierten Knoten (K4) und dem sechsten Knoten (K6), - einen achten Knoten (K8) zwischen dem ersten Schaltelement (S1) und dem zweiten Schaltelement (S2) und einem neunten Knoten (K9) zwischen dem dritten Kondensator (C3) und dem vierten Kondensator (C4), und - einen vierten Strang (ST4) des Gleichspannungswandlers (6), mit welchem der achte Knoten (K8) mit dem neunten Knoten (K9) verbunden ist.
  2. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (6) als galvanisch gekoppelter Aufwärtswandler ausgebildet ist.
  3. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe einer Kondensatorspannung (UC3) des dritten Kondensator (C3) und einer Kondensatorspannung (UC4) des vierten Kondensators (C4) gleich der zweiten Gleichspannung (U2) ist.
  4. Ladevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (6) derart ausgebildet ist, die zweite Gleichspannung (U2) in Abhängigkeit von der ersten Gleichspannung (U1) und einer Batteriespannung (UBatt) des elektrischen Energiespeichers (2) umzuwandeln.
  5. Ladevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strang (ST1) einen zweiten Kondensator (C2) aufweist, wobei der zweite Kondensator (C2) in Reihe mit dem ersten Kondensator (C1) verschaltet ist, und wobei zwischen dem ersten Kondensator (C1) und dem zweiten Kondensator (C2) ein siebter Knoten (K7) ausgebildet ist, wobei der vierten Strang (ST4) des Gleichspannungswandlers (6) mit dem siebten Knoten (K7), dem achten Knoten (K8) und dem neunten Knoten (K9) verbunden ist
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