Titel

Ladegerät und Verfahren zum Betrieb des Ladegerätes

Die Erfindung betrifft ein Ladegerät und ein Verfahren zum Betrieb des Ladege rätes. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einem Ladegerät, ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang sowie ein Computerprogramm und ein ma schinenlesbares Speichermedium.

Stand der Technik

Ladegeräte, beispielsweise in Fahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb in ei nem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug, dienen zum Nachladen von Batterien, bevorzugt Akkumulatoren oder Traktionsbatterien, aus einer elektri schen Energiequelle, bevorzugt Wechselstromquellen oder dem öffentlichen Wechselstromnetz. Dazu wandelt das Ladegerät sinusförmigen Wechselstrom der Energiequelle in einen Gleichstrom um. Bei einem einphasigen Wechsel strom pulsiert die Leistung mit der doppelten Frequenz des Wechselstroms.

Ladegeräte weisen bevorzugt eine zweistufige Leistungselektronik auf. Eine erste Stufe formt den sinusförmigen Eingangsstrom aus dem Wechselstromnetz, die so genannte Power- Factor-Correction (PFC)-Stufe. Eine zweite Stufe besteht aus einem DC/DC Wandler, der die galvanische Trennung über einen Transfor mator sicherstellt und die Spannungsebenen anpasst, bevorzugt mittels einer elektrischen Schaltung und einer Regelung die Ausgangsspannung oder den Ausgangsstrom einstellt. Zwischen beiden Stufen ist ein Zwischenkreiskondensa tor angeordnet, der die Leistungspulsation in der doppelten Frequenz des Wech selstroms der Energiequelle puffert. Typischerweise wird dieser Zwischenkreis durch einen Elektrolytkondensator realisiert. Diese Topologien ermöglichen die Aufrechterhaltung eines nahezu sinusförmigen Eingangsstroms auf der Netzseite zur Erfüllung netzseitiger Normen, eine galvanische Trennung zwischen Netz und Fahrzeug zur Erfüllung von Sicherheitsanforderungen und Bereitstellung ei nes konstanten Ausgangsgleichstroms auf der Seite der Batterie, um die Belas tung der Batterie im Ladebetrieb zu minimieren.

Ausgehend von dieser zweistufigen Schaltungstopologie und deren Eigenschaf ten besteht der Bedarf nach vereinfachten Schaltungstopologien für kompakte und leichtere Ladegeräte, bevorzugt für Elektrofahrzeuge.

Offenbarung der Erfindung

Es wird ein Ladegerät bereitgestellt mit einem eingangsseitigen ersten Anschluss zur Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle, einem ausgangsseitigen zweiten Anschluss zur Verbindung mit einer zu ladenden Batterie und einem Transformator, dessen Primärwicklung über eine Primärschaltung mit dem ersten Anschluss elektrisch verbunden ist und dessen Sekundärwicklung über eine Se kundärschaltung mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden ist.

Die Primärschaltung umfasst eine Gleichrichtungsschaltung und eine Parallel schaltung von zwei Zweigen mit jeweils einem Highside-Element und einem Lowside-Element. Ein erster Zweig umfasst einen ersten und einen zweiten in Reihe geschalteten Kondensator und einen ersten Mittelabgriff zwischen den Kondensatoren, welcher mit einem ersten Anschlusspol der Primärwicklung ver bunden ist. Ein zweiter Zweig umfasst ein in Reihe geschaltetes erstes Lowside- Schaltelement und ein zweites in Reihe geschaltetes Highside-Schaltelement mit einem zweiten Mittelabgriff zwischen den Schaltelementen, welcher mit einem zweiten Anschlusspol der Primärwicklung verbunden ist, wobei die intrinsischen Dioden des ersten und des zweiten Schaltelementes der art ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside des zweiten Zwei ges ermöglicht wird.

Die Sekundärschaltung umfasst eine Parallelschaltung von zwei Zweigen, dem dritten und dem vierten Zweig, mit jeweils einem Highside-Element und einem Lowside-Element.

Der dritte Zweig umfasst eine Reihenschaltung einer ersten Highside-Diode und eines dritten Lowside-Schaltelementes mit einem dritten Mittelabgriff zwischen der ersten Diode und dem dritten Schaltelement, welcher mit einem zweiten An schlusspol der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die erste Diode und die intrinsische Diode des dritten Schaltelementes derart ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside des dritten Zweiges ermöglicht wird. Der vierte Zweig umfasst eine Reihenschaltung einer zweiten Highside-Diode und eines vierten Lowside-Schaltelementes mit einem vierten Mittelabgriff zwischen der zweiten Diode und dem vierten Schaltelement, welcher mit einem ersten An schlusspol der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die zweite Diode und die intrinsische Diode des vierten Schaltelementes derart ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside des vierten Zweiges ermöglicht wird. Ein erster Anschlusspol des zweiten Anschlusses ist mit den Kathoden der ersten und zweiten Diode und ein zweiter Anschlusspol des zweiten Anschlusses mit den dritten und vierten Schaltelementen an den Enden des dritten und vierten Zwei ges verbunden.

Eine elektrische Energiequelle ist bevorzugt ein einphasiges Wechselstromnetz, bevorzugt des öffentlichen Niederspannungsnetzes. Eine zu ladende Batterie ist bevorzugt ein Akkumulator oder eine Traktionsbatterie, mittels derer Energie ein elektrischer Antriebstrang eines Fahrzeugs betrieben wird. Eine Gleichrichtungs schaltung ist bevorzugt ein Gleichrichter zur Wandlung des Wechselstroms in ei nen Gleichstrom. Ein Zweig einer Parallelschaltung mit einem Highside-Element und einem Lowside-Element ist bevorzugt eine Halbbrücke mit zwei elektrischen, passiven und/ oder aktiven Bauelementen und einem Mittelabgriff zwischen den Bauelementen. Der Mittelabgriff der Halbbrücke wird über die Bauelemente mit elektrischer Energie versorgt, wobei ein erstes Bauelement auf einer ersten Seite des Mittelabgriffs als Highside und ein zweites Bauelement auf der anderen Seite des Mittelabgriffs als Lowside Bauelement bezeichnet wird. Schaltelemente sind bevorzugt Leistungshalbleiterschalter, welche eine intrinsische Diode umfassen, bevorzugt IGBTs oder MOSFETs. Bevorzugt bedeutet die Formulierung, Verbin den von bspw. einem Mittelabgriff mit einem Anschlusspol, das Anschließen, Kontaktieren oder Verbinden der Bauteile mittels einer elektrisch leitfähigen Lei tung oder einer galvanischen Verbindung. Vorteilhaft wird eine vereinfachte Schaltungsanordnung eines Ladegerätes be reitgestellt, welche einen nahezu sinusförmigen Eingangsstrom auf der Netz seite, eine galvanische Trennung zwischen Netz und Fahrzeug und einen kon stanten Ausgangsgleichstrom ermöglicht. Dies wird mit einer minimalen Anzahl von Bauelementen realisiert, was eine kostengünstige Herstellung eines auf die ser Topologie basierenden Ladegeräts ermöglicht. Es werden lediglich nur 4 Schaltelemente, bevorzugt aktive Halbleiterschalter verwendet, die bevorzugt im zero-voltage switching (ZVS) und/oder zero-current switching (ZCS) betrieben werden. Dadurch ergeben sich geringe Schaltverluste, was eine hohe Schaltfre quenz ermöglicht. Dies erlaubt die Verwendung kleiner passiver Bauelemente. Bevorzugt ist der Ansteueraufwand (Treiber, Logik, Prozessor) durch die geringe Anzahl der schaltenden Bauelemente deutlich reduziert. Es wird bevorzugt nur ein induktives Bauelement verwendet: Die Topologie verwendet bevorzugt nur eine gekoppelte Drossel sowohl als Transformator als auch als PFC-Induktivität. Bevorzugt wird der Transformator als Bauteil zur galvanischen Trennung und als PFC-Induktivität für das Ladegerät verwendet. Dies führt zu einem reduzierten Volumen des Ladegerätes.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gleichrichtungsschal tung eine in Reihe geschaltete dritte Highside-Diode und eine vierte Lowside-Di- ode mit einem fünften Mittelabgriff zwischen den Dioden, welcher mit einem ers ten Anschlusspol des ersten Anschlusses verbunden ist, wobei die in Reihe ge schaltete dritte Highside-Diode und vierte Lowside-Diode dem ersten und zwei ten Kondensator parallelgeschaltet ist und wobei die dritte und die vierte Diode derart ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside ermöglicht wird und wobei der erste Mittelabgriff zwischen den Kondensatoren mit einem zweiten Anschlusspol des ersten Anschlusses verbunden ist.

Die einfache Reihenschaltung der Dioden ermöglicht lediglich den Stromfluss aus der Energiequelle in der gewünschten Richtung in die Primärschaltung.

Vorteilhaft wird eine einfache Gleichrichtungsschaltung für eine vereinfachte Schaltungsanordnung eines Ladegerätes bereitgestellt, welches einen nahezu sinusförmigen Eingangsstrom auf der Netzseite, eine galvanische Trennung zwi schen Netz und Fahrzeug und einen konstanten Ausgangsgleichstrom ermög licht.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gleichrichtungsschal tung einen Brückengleichrichter mit vier Dioden, welcher eingangsseitig mit ei nem ersten Anschlusspol und einem zweiten Anschlusspol des ersten Anschlus ses verbunden ist, und ausgangsseitig zum zweiten Kondensator parallelge schaltet ist.

Der Brückengleichrichter ermöglicht den Stromfluss aus einer Energiequelle in die Primärschaltung unabhängig von dessen Richtung. Aufgrund der Zweiweg gleichrichtung sind die Halbschwingungen der (Wechselstrom-) Energiequelle im Gleichstromkreis der Primärschaltung gleich gepolt.

Vorteilhaft wird eine alternative Gleichrichtungsschaltung für eine vereinfachte Schaltungsanordnung eines Ladegerätes bereitgestellt, welches einen nahezu sinusförmigen Eingangsstrom auf der Netzseite, eine galvanische Trennung zwi schen Netz und Fahrzeug und einen konstanten Ausgangsgleichstrom ermög licht.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Primärschaltung ein weite rer fünfter Zweig parallelgeschaltet, welcher einen dritten Kondensator umfasst. Bevorzugt ist dieser dritte Kondensator ein Elektrolytkondensator, welcher die pulsierende Leistung (doppelte Netzfrequenz) in der Primärschaltung puffert. Vorteilhaft wird eine optimierte Primärschaltung für ein vereinfachtes Ladegerät bereitgestellt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den vierten Mittelab griff und den ersten Anschlusspol der Sekundärwicklung ein vierter Kondensator geschaltet. Bevorzugt ist dieser vierte Kondensator ein Folien- oder Keramikkon densator, der dazu ausgelegt ist, netzfrequente Spannungsanteile zu kompensie- ren. Vorteilhaft wird eine optimierte Sekundärschaltung für ein vereinfachtes Ladege rät bereitgestellt.

Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem Wechselrichter und einer elektrischen Maschine, wobei der Antriebstrang min destens ein Ladegerät, wie oben beschrieben, umfasst. Vorteilhaft wird ein An triebsstrang eines elektrischen Fahrzeugs mit einem Ladegerät mit einer verein fachten Schaltungstopologie bereitgestellt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang, wie oben be schrieben.

Vorteilhaft wird ein Fahrzeug mit einem Ladegerät mit einer vereinfachten Schal tungstopologie bereitgestellt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines wie oben vorgestell ten Ladegerätes mit den Schritten: Abwechselndes Ein- und Ausschalten des zweiten und des ersten Schaltelementes, wobei bei eingeschaltetem ersten Schaltelement das vierte Schaltelement mindestens einmal eingeschaltet und ausgeschaltet wird, wobei bei eingeschaltetem zweiten Schaltelement das dritte Schaltelement mindestens einmal eingeschaltet und ausgeschaltet wird.

Mittels des abwechselnden Ein- und Ausschaltens des zweiten und des ersten Schaltelementes wird bei positiver Spannung der Energiequelle abwechselnd die Primärwicklung oder Hauptinduktivität und der dritte Kondensator oder der Elekt rolytkondensator geladen. Bei negativer Netzspannung tauschen die Bauele mente ihre Rollen, sodass ebenso die Primärwicklung und der dritte Kondensator geladen wird. Es liegt ein Hochsetzstellerbetrieb vor. Die vorgebbare Schaltfre quenz des ersten und zweiten Schaltelementes ist dabei deutlich größer als die Wechselstromfrequenz der Energiequelle, sodass während einer Phase einer po sitiven Netzspannung oder einer negativen Netzspannung das erste und das zweite Schaltelement Sl, S2 vielfach ein und ausgeschaltet werden. Zur Vermei dung eines Kurzschlusses werden das erste und das zweite Schaltelement Sl und S2 niemals gleichzeitig eingeschaltet und bevorzugt eine Totzeit eingehalten nach dem Ausschalten eines Schaltelementes und vor dem Einschalten eines anderen Schaltelementes. Mittels Variation des Tastgrads des ersten und/ oder zweiten Schaltelementes wird der Eingangsstrom geregelt. Mittels des mindes tens einfachen Ein- und Ausschalten des vierten Schaltelementes während das erste Schaltelement eingeschaltet ist, nimmt die Sekundärspule Energie auf. Mit tels des mindestens einfachen Ein- und Ausschalten des dritten Schaltelementes während das zweite Schaltelement eingeschaltet ist, wird die Energie aus der Sekundärspule an den Ausgangsanschlüssen bereitgestellt. Es liegt ebenfalls ein Hochsetzstellerbetrieb vor. Mittels Variation des Tastgrads des dritten und/ oder vierten Schaltelementes wird der Ausgangsstrom und/ oder die Ausgangsspan nung geregelt.

Die Hauptinduktivität des Transformators dient als PFC Drossel. Es werden vier Schaltzustände unterschieden. Das erste und das zweite Schaltelement S1 und S2 werden immer alternierend mit einem definierten duty-cycle geschaltet. Zwi schen dem Ausschalten des ersten und zweiten Schaltelementes S1 bzw. S2 und dem Einschalten des zweiten und ersten Schaltelementes S2 bzw. S1 wer den Totzeiten vorgehalten, um ein passives Kommutieren des Stromes zu er möglichen bzw. um einen Brückenkurzschluss sicher zu verhindern. Solange die Netzspannung positiv ist, ist die dritte Highside-Diode in dieser Phase dauerhaft leitend, wird also nur mit Netzfrequenz betrieben. Somit liegt die Netzspannung auch am ersten Kondensator oder oberen Kondensator der Kondensatorhalbbrü cke an. Zunächst wird das zweite Schaltelement S2 eingeschaltet. Die Netzspan nung wird über die Hauptinduktivität des Transformators angelegt und es ergibt sich ein steigender Strom durch den Transformator. Anschließend wird das zweite Schaltelement S2 abgeschaltet. Der Strom kommutiert passiv auf die rückwärtsleitende intrinsische Diode des ersten Schaltelementes Sl, so dass die ses Schaltelement nach einer Totzeit mit ZVS eingeschaltet werden kann. Die Hauptinduktivität treibt sodann bevorzugt den Strom in den dritten Kondensator oder Elektrolytkondensator. Es handelt sich hierbei um einen Hochsetzstellerbe trieb. Dabei wird Energie in dem dritten Kondensator gespeichert. Nach einer ge wissen Zeit wird das erste Schaltelement Sl abgeschaltet und das zweite Schalt element S2 wieder eingeschaltet. Somit beginnt der beschriebene Zyklus erneut. Auf sehr ähnliche Weise funktioniert der Betrieb für negative Netzspannungen. Dabei tauschen alle Bauelemente ihre Rollen. Jetzt leitet die vierte Lowside-Di- ode. Wenn das erste Schaltelement Sl eingeschaltet ist, wird wieder ein Strom durch den Transformator (in derselben Richtung wie zuvor) aufgebaut. Nach dem Abschalten des ersten Schaltelementes S1 wird das zweite Schaltelement S2 mit ZVS eingeschaltet und dabei Energie an den dritten Kondensator geliefert. Auch dies ist ein Hochsetzstellerbetrieb. Durch das Abschalten des zweiten Schaltele mentes S2 und das Einschalten des ersten Schaltelementes S1 beginnt der Zyk lus erneut.

Bei eingeschalteten ersten Schaltelement S1 wird zur Spannungswandlung das vierte Schaltelement S4 eingeschaltet. Es baut sich ein steigender Strom über der Streuinduktivität des Transformators auf. Bevorzugt dient der vierte Konden sator oder die Serienkapazität auf der Sekundärseite des Wandlers als DC-Block und ist so groß dimensioniert, dass sich über eine Schaltperiode keine wesentli che Spannungsänderung ergibt. Nach dem Abschalten des vierten Schaltele mentes kommutiert der Strom selbstständig auf die zweite Highside-Diode in die sem Zweig und liefert damit Strom an die angeschlossene Batterie. Sobald auf das erste Schaltelement S1 ausgeschaltet wird und das zweite Schaltelement S2 nach der Totzeit eingeschaltet wird, kommutiert der Strom mit steiler Rate von der Sekundärseite zurück auf die Primärseite. Jetzt wird das dritte Schaltelement S3 eingeschaltet. Der sekundärseitige Strom ändert sein Vorzeichen und fließt jetzt rückwärts durch das dritte Schaltelement S3 und das vierte Schaltelement S4. Nach einer gewissen Zeitdauer wird das dritte Schaltelement S3 abgeschal tet und der Strom kommutiert auf die entsprechende erste Highside-Diode und liefert Strom an die Batterie. Mit dem Einschalten des ersten Schaltelementes S1 und des vierten Schaltelementes S4 beginnt der Zyklus erneut.

Der Wandler wird bevorzugt im kontinuierlichen Betrieb betrieben, d.h. der Strom in der sekundärseitigen Streuinduktivität des Transformators weist keine Phasen auf, in denen dieser Null ist. Alle Schaltelemente werden im besonders verlustar men ZVS geschaltet. Wird der Wandler im diskontinuierlichen Betrieb betrieben, so weist der sekundärseitige Transformatorstrom eine ausgeprägte Phase auf, in dem dieser Null ist. Es handelt sich also um einen lückenden Betrieb auf der Se kundärseite des Wandlers. In diesem Arbeitspunkt werden das erste, zweite und vierte Schaltelement Sl, S2 und S4 mit ZVS geschaltet. Das dritte Schaltelement S3 schaltet mit ZCS gegen eine reduzierte Spannung ein. Auch dieser Betriebs punkt weißt geringe Schaltverluste auf und erlaubt damit ebenfalls eine hohe Schaltfrequenz. Um jederzeit eine konstante Leistung an die Batterie übertragen zu können, dür fen die Tastgrade des ersten und des zweiten Schaltelementes Sl, S2 gewisse minimale und maximale Grenzen nicht unter- bzw- überschreiten. Daraus ergibt sich, dass der Wandler nur bis zu einer minimalen Eingangsspannung Strom aus dem Netz aufnehmen kann. Daher weist der der Energiequelle entnommene Strom im Bereich des Nulldurchgangs der Spannung der Energiequelle Bereiche auf, in denen dieser Null ist und dritte und die vierte Diode der Diodenhalbbrücke gleichzeitig sperren.

Vorteilhaft wird ein Verfahren bereitgestellt mit dem die Schaltelemente des La degerätes so angesteuert werden, dass eine Energieübertragung durch das La degerät von einer angeschlossenen Energiequelle zu einer angeschlossenen Batterie erfolgt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, das be schriebene Verfahren auszuführen.

Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.

Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des Ladegeräts entsprechend auf das Verfahren bzw. den Antriebsstrang und das Fahrzeug und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeich nungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform Schaltungstopolo gie für ein Ladegerät

Figur 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Schaltungs topologie für ein Ladegerät,

Figur 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Schaltungsto pologie für ein Ladegerät,

Figur 4 ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einem Antriebsstrang mit einem La degerät,

Figur 5 ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betrieb ei nes Ladegeräts

Ausführungsformen der Erfindung

Die Figur 1 zeigt ein Ladegerät 100, welches im Betrieb an einem eingangsseiti gen ersten Anschluss 110_1, 110_2 mit einer Energiequelle 200 und an einem ausgangsseitigen zweiten Anschluss 190_1, 190_2 mit einer zu ladenden Batte rie 300 elektrisch verbunden ist. Die Energiequelle 200, mittels derer Energie die Batterie aufgeladen soll, ist bevorzugt eine einphasige Wechselstromquelle, bei spielsweise das öffentliche Stromversorgungsnetz. Das Ladegerät umfasst ein gangsseitig eine Primärschaltung 400 und eine ausgangsseitige Sekundärschal tung 500. Primär- und Sekundärschaltung sind die über die Primärwicklung 150_1 eines Transformators 150 und dessen Sekundärspule 150_2 miteinander, bevorzugt induktiv, verbunden, jedoch galvanisch getrennt. Die Primärschaltung umfasst eine Gleichrichtungsschaltung 405 und eine Parallelschaltung von zwei Zweigen mit jeweils einem Highside-Element, bevorzugt ein elektrisches Bauele ment, welches Highside-seitig einer Halbbrücke angeordnet ist, und einem Lowside-Element, bevorzugt ein elektrisches Bauelement, welches Lowside-sei- tig der Halbbrücke angeordnet ist. Ein erster Zweig umfasst einen ersten und ei nen zweiten in Reihe geschalteten Kondensator 422, 424 und einen ersten Mit telabgriff 426 zwischen den Kondensatoren. Der erste Mittelabgriff 426 ist mit ei nem ersten Anschlusspol 152 der Primärwicklung 150_1 des Transformators ver bunden. Ein zweiter Zweig umfasst ein in Reihe geschaltetes erstes Lowside- Schaltelement S1 und ein zweites in Reihe geschaltetes Highside-Schaltelement S2 mit einem zweiten Mittelabgriff 436 zwischen den Schaltelementen Sl, S2. Der zweite Mittelabgriff 436 ist mit einem zweiten Anschlusspol 154 der Pri märwicklung 150_1 verbunden. Die intrinsischen Dioden des ersten und des zweiten Schaltelementes Sl, S2 sind derart ausgerichtet, dass ein Strom von Lowside zu Highside des zweiten Zweiges ermöglicht wird. Die Sekundärschal tung 500 umfasst eine Parallelschaltung von zwei Zweigen mit jeweils einem Highside-Element und einem Lowside-Element. Einer dieser Zweige, der dritte Zweig umfasst eine Reihenschaltung einer ersten Highside-Diode 512 und eines dritten Lowside-Schaltelementes S3 mit einem dritten Mittelabgriff 516 zwischen der ersten Diode und dem dritten Schaltelement. Der dritte Mittelabgriff 516 ist mit einem zweiten Anschlusspol 158 der Sekundärwicklung 150_2 des Transfor mator 150 verbunden. Die erste Diode 512 und die intrinsische Diode des dritten Schaltelementes S3 ist derart ausgerichtet, dass ein Strom von Lowside zu Highside des dritten Zweiges ermöglicht wird. Ein weiterer Zweig der Sekundär schaltung, der vierte Zweig, umfasst eine Reihenschaltung einer zweiten Highside-Diode 522 und eines vierten Lowside-Schaltelementes S4 mit einem vierten Mittelabgriff 526 zwischen der zweiten Diode 522 und dem vierten Schalt element S4. Der vierte Mittelabgriff 526 ist mit einem ersten Anschlusspol 156 der Sekundärwicklung 150_2 des Transformators 150 verbunden. Die zweite Di ode 522 und die intrinsische Diode des vierten Schaltelementes S4 sind derart ausgerichtet, dass ein Strom von Lowside zu Highside des vierten Zweiges er möglicht wird. Ein erster Anschlusspol 190_1 des zweiten Anschlusses 190 ist mit den Kathoden der ersten und zweiten Diode 512, 522 und ein zweiter An schlusspol 190_2 des zweiten Anschlusses 190 ist mit den dritten und vierten Schaltelementen S3, S4 an den Enden des dritten und vierten Zweiges verbun den. Die Gleichrichtungsschaltung 405 gemäß Figur 1 umfasst eine in Reihe ge schaltete dritte Highside-Diode 412 und eine vierte Lowside-Diode 414 mit einem fünften Mittelabgriff 416 zwischen der dritten und vierten Diode 412, 414. Der fünfte Mittenabgriff ist mit einem ersten Anschlusspol 110_1 des ersten An schlusses verbunden. Die in Reihe geschaltete dritte Highside-Diode 412 und vierte Lowside-Diode 414 sind dem ersten und zweiten Kondensator 422, 424 parallelgeschaltet. Die dritte und die vierte Diode sind derart ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside ermöglicht wird. Der erste Mittelabgriff 426 zwischen den Kondensatoren ist mit einem zweiten Anschlusspol 110_2 des ersten Anschlusses verbunden. Bevorzugt ist der Primärschaltung 400 ein weite rer fünfter Zweig parallelgeschaltet, welcher einen dritten Kondensator 425 um fasst. Weiter ist bevorzugt zwischen den vierten Mittelabgriff 526 und den ersten Anschlusspol 156 der Sekundärwicklung des Transformators 150 ein vierter Kon densator 525 geschaltet.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Schaltungstopologie für ein Ladegerät. Die Schaltungstopologie und die Bezugs zeichen entsprechen weitgehend der in Figur 1 gezeigten Schaltungstopologie.

Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu der in Figur 1 gezeigten Schal tungstopologie eingegangen. Die Gleichrichterschaltung 405 umfasst einen Brü ckengleichrichter mit vier Dioden. Eingangsseitig ist dieser mit einem ersten An schlusspol 110_1 und einem zweiten Anschlusspol 110_2 des ersten Anschlus ses verbunden und ausgangsseitig zum zweiten Kondensator 424 parallelge schaltet. Bevorzugt ist der Sekundärschaltung 500 ein weiterer sechster Zweig parallelgeschaltet, welcher einen fünften Kondensator 536 umfasst. Insbeson dere besteht im Unterschied zu der Topologie gemäß Figur 1 für beide Netzhalb wellen eine galvanische Verbindung nur mit dem zweiten Kondensator 424 be steht.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Schaltungstopologie für ein Ladegerät. Die Schaltungstopologie und die Bezugs zeichen entsprechen weitgehend der in Figur 2 gezeigten Schaltungstopologie.

Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu der in Figur 2 gezeigten Schal tungstopologie eingegangen. Die Sekundärschaltung 500 des Ladegerätes 100 umfasst eine Parallelschaltung von zwei Zweigen mit jeweils einem Highside- Ele ment und einem Lowside-Element. Einer dieser Zweige, der dritte Zweig umfasst eine Reihenschaltung einer ersten Highside-Diode 512 und eines dritten Lowside-Schaltelementes S3 mit einem dritten Mittelabgriff 516 zwischen der ersten Diode und dem dritten Schaltelement. Der dritte Mittelabgriff 516 ist mit einem zweiten Anschlusspol 158 der Sekundärwicklung 150_2 des Transforma tor 150 verbunden. Die erste Diode 512 und die intrinsische Diode des dritten Schaltelementes S3 ist derart ausgerichtet, dass ein Strom von Lowside zu Highside des dritten Zweiges ermöglicht wird. Ein weiterer Zweig der Sekundär schaltung, der vierte Zweig, umfasst eine Reihenschaltung eines sechsten Kon densators 532 und eines siebten Kondensators 534 mit einem vierten Mittelab griff 526 zwischen dem sechsten und dem siebten Kondensator 532, 534. Der vierte Mittelabgriff 526 ist mit einem ersten Anschlusspol 156 der Sekundärwick lung 150_2 des Transformators 150 verbunden. Ein erster Anschlusspol 190_1 des zweiten Anschlusses 190 ist mit der Kathode der ersten Diode 512 und ein zweiter Anschlusspol 190_2 des zweiten Anschlusses 190 ist mit dem dritten Schaltelement S3 am Ende des dritten und vierten Zweiges verbunden.

Die Figur 4 zeigt ein schematisch dargestelltes Fahrzeug 600 mit einem Antriebs strang 650 mit einem Ladegerät 100. Das Fahrzeug 600 ist hier nur beispielhaft mit vier Rädern dargestellt, wobei die Erfindung gleichermaßen in beliebigen Fahrzeugen mit einer beliebigen Anzahl an Rädern zu Lande, zu Wasser und in der Luft einsetzbar ist. Der Beispielhaft dargestellte Antriebsstrang 650 umfasst mindestens ein Ladegerät 100. Weiter umfasst der Antriebsstrang bevorzugt eine Batterie 300, einen Wechselrichter 640 und eine elektrische Maschine 630.

Figur 5 zeigt ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren 700 zum Betrieb eines Ladegeräts 100. Das Verfahren 700 startet mit dem Schritt 705. In Schritt 710 wird das das zweite und das erste Schaltelement ab wechselnd ein- und ausgeschaltet. Bei eingeschaltetem ersten Schaltelement (720) wird das vierte Schaltelement mindestens einmal eingeschaltet und ausge schaltet. Bei eingeschaltetem zweiten Schaltelement (730) wird das dritte Schalt element mindestens einmal eingeschaltet und ausgeschaltet. Mit Schritt 740 en det das Verfahren.