Isolationsfehlererkennung anhand von Wechselspannungskomponenten eines Ansteuersignals in der Gleichspannungsseite einer Wechselspannnungsladeschaltung

Fahrzeuge mit elektrischem Traktionsantrieb verfügen über einen Traktionsakkumulator, der elektrische Energie für den Antrieb bereithält. Um diesen zu laden, werden Ladeschaltungen verwendet mit einer gleichrichtenden Einheit, mittels der, ausgehend von einer externe Wechselspannungsquelle, Gleichspannung zum Laden des Akkumulators bereitgestellt werden kann. Die gleichrichtende Einheit ist üblicherweise ein gesteuerter Gleichrichter, der auch als (aktiver) Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgestaltet sein kann.

Aufgrund der hohen Traktionsleistung und der hohen Ladeleistung liegt die Nennspannung des Fahrzeugantriebs und des Traktionsakkumulators häufig deutlich über 60 Volt, sodass eine Isolation erforderlich ist. Entsprechende Bordnetze beziehungsweise Ladeschaltungen verfügen somit über eine Isolation zur Isolierung der Bordnetzpotentiale gegenüber einem Schutzleiterpotential beziehungsweise gegenüber einem Chassis-Potential des Bordnetzes. Gerade beim Laden, wenn eine externe Wechselspannungsquelle mit entsprechender hoher Nennspannung an das Fahrzeug angeschlossen ist, muss sichergestellt sein, dass kein schädliches Berührspannungspotential am Chassis oder an Komponenten des Bordnetzes anliegt. Es sollte sichergestellt sein, dass die Isolation funktionsfähig ist.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich Isolationsfehler sicher erfassen lassen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Eigenschafen, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Figur. Es wird vorgeschlagen, einen gesteuerten Gleichrichter gemäß einem Ansteuersignal zu betreiben, dass sich beispielsweise an Soll-Betriebsparametern der Fahrzeugladeschaltung (Ausgangsspannung, Ausgangsleistung, Ausgangsstrom... ) orientiert. In einem Gleichspannungsabschnitt beziehungsweise in einer Gleichspannungsseite der Fahrzeugladeschaltung oder in einem daran angeschlossenen Bordnetz wird überprüft, ob dort eine dem Ansteuersignal ähnliche Wechselspannungskomponente auftritt. Ist dies der Fall beziehungsweise liegt die Signalstärke dieser Wechselspannungskomponente (welche dem Ansteuersignal ähnelt oder ein Teil hiervon ist) über einem Schwellenwert, dann wird von einem Isolationsfehler ausgegangen.

Bei einem Isolationsfehler wird die sich durch den Betrieb des Gleichrichters ergebende Wechselspannung deutlich stärker übertragen beziehungsweise deutlich weniger gedämpft übertragen als bei funktionierender Isolierung, sodass anhand der Erfassung von Wechselspannungskomponenten in der Gleichspannungsseite auf einen Isolationsfehler geschlossen werden kann. Insbesondere kann untersucht werden, ob eine Spannung zwischen einem Chassis- oder Schutzleiterpotential und einem Gleichspannungspotential die Wechselspannungskomponente beziehungsweise das Ansteuersignal in einer Signalstärke enthält, die über einem Schwellenwert liegt. Alternativ kann die Spannung zwischen den beiden Gleichspannungspotentialen (an der Gleichspannungsseite) betrachtet werden, um zu ermitteln, ob dort ein dem Ansteuersignal ähnliches Wechselspannungssignal beziehungsweise die betreffende Wechselspannungskomponenten mit einer Signalstärke auftritt, die über einem Schwellenwert liegt. Das Ansteuersignal entspricht hierbei dem Pulssignal (PMW), mit dem der gesteuerte Gleichrichter betrieben wird. Die Wechselspannungskomponente, die dem Ansteuersignal teilweise oder vollständig entspricht, ähnelt dem Ansteuersignal. Mit anderen Worten entspricht die Wechselspannungskomponenten teilweise oder vollständig dem Schaltsignal des gesteuerten Gleichrichters. Da das Schaltsignal, das heißt die Schaltpulse im Leistungspfad dem Ansteuersignal entsprechen (und umgekehrt), entspricht die zu untersuchende Wechselspannungskomponente teilweise oder vollständig sowohl dem Ansteuersignal als auch dem Schaltsignal der Leistungsstrecke des Gleichrichters.

Ein Verfahren zur Erkennung eines Isolationsfehlers in einer Fahrzeugladeschaltung sieht daher das getaktete Betreiben des gesteuerten Gleichrichters gemäß einem Ansteuersignal vor. Die Fahrzeugladeschaltung umfasst eine Gleichspannungsseite und eine Wechselspannungsseite. Über einen gesteuerten Gleichrichter der Fahrzeugladeschaltung ist die Gleichspannungsseite mit der Wechselspannungsseite verbunden. Die Gleichspannungsseite bzw. zumindest ein Abschnitt hiervon ist gegenüber einem Schutzleiterpotential isoliert. Insbesondere ist zumindest ein Abschnitt der Gleichspannungsseite gegenüber dem Schutzleiterpotential beziehungsweise dem Chassis-Potential isoliert. Es kann ein weiterer Abschnitt der Gleichspannungsseite vorgesehen sein, die gegenüber dem Schutzleiterpotential nicht isoliert ist.

Es kann in der Gleichspannungsseite eine Einrichtung vorgesehen sein, die Gleichspannung beziehungsweise Gleichstrom zwischen den beiden Abschnitten überträgt und dennoch eine galvanische Isolierung vorsieht. Der zu erkennende Isolationsfehler besteht zwischen einem Gleichspannungspotential der Gleichspannungsseite, insbesondere eines Abschnitts der Gleichspannungsseite, der galvanisch isoliert ist, und dem Schutzleiterpotential beziehungsweise dem Chassis-Potential. Der Isolationsfehler kann in der Ladeschaltung vorliegen oder in einer daran angeschlossenen Schaltung oder Komponente (ein Bordnetz, ein Bordnetzabschnitt, ein Akkumulator, ... ), wobei gleichermaßen der Isolationsfehler auf die Ladeschaltung wirkt. Daher werden Isolationsfehler, deren Ursache in der Ladeschaltung liegt und Isolationsfehler, dessen Ursache in einer angeschlossenen Schaltung oder Komponente liegt, gleichermaßen als Isolationsfehler in der Ladeschaltung bezeichnet, da auch Ursachen außerhalb der Ladeschaltung auf die Ladeschaltung wirken. Als „Isolationsfehler in der Ladeschaltung“ werden daher alle Isolationsfehler bezeichnet, die sich auf die Ladeschaltung auswirken.

Innerhalb der Fahrzeugladeschaltung kann ein Schutzleiterpotential vorgesehen sein, das (innerhalb der Ladeschaltung) mit dem Chassis-Potential verbunden ist. Insbesondere kann ein Wechselspannungsanschluss vorgesehen sein, an den eine externe Wechselspannungsquelle beziehungsweise Wechselstromquelle angeschlossen werden kann, wobei dieser Wechselspannungsanschluss ein Schutzleiterpotential aufweist. Dieses Potential des Anschlusses ist vorzugsweise mit dem Chassis-Potential des Fahrzeugs verbunden, in dem sich die Fahrzeugladeschaltung befindet. Wie erwähnt können aufgrund der Potentialgleichheit die beiden Begriffe „Schutzleiterpotential“ und „Chassis-Potential“ ausgetauscht sein.

Der gesteuerte Gleichrichter weist Schaltelemente auf, die durch ein schalterexternes Schaltsignal angesteuert werden. Mit anderen Worten weisen die Schalter einen Ansteuereingang auf, über den eingestellt werden kann, ob im Leistungspfad der Schalter geschlossen ist oder nicht. Der gesteuerte Gleichrichter ist insbesondere ein Halbleiter-Gleichrichter und weist elektronische Halbleiterschalter auf, das heißt Halbleiterschalter, die einen Ansteuereingang wie eine Basis, ein Gate oder Ähnliches haben. Die Ansteuereingänge der Halbleiterschalter werden von einem Ansteuersignal angesteuert, die etwa von einer Steuereinrichtung stammen. Als Gleichrichter werden allgemein gleichrichtende Einheiten bezeichnet, etwa Gleichrichterschaltungen mit steuerbaren Schaltern wie (ein- oder mehrphasige) Vollwellengleichrichter oder auch Leistungsfaktorkorrekturfilter, die neben einer Gleichrichterschaltung auch Arbeitsinduktivitäten aufweisen. Die Ladeschaltung ist insbesondere eine Wechselstrom-Ladeschaltung eingerichtet zur Wandlung einer Lade-Wechselspannung in eine Gleichspannung (in der Gleichspannungsseite).

Der gesteuerte Gleichrichter ist eingerichtet, eine an der Wechselspannungsseite vorliegende Wechselspannung gesteuert gleichzurichten und an der Gleichspannungsseite die gleichgerichtete Spannung abzugeben. Die Gleichspannungsseite kann als Sekundärseite bezeichnet werden, während die Wechselspannungsseite die Primärseite ist. Die Spannung kann auf der Gleichspannungsseite (Sekundärseite) wie beschrieben erfasst werden und es kann ein Fehlersignal abgegeben werden, wenn die Spannung eine Wechselspannungskomponente enthält, die dem Ansteuersignal (Primärseite) teilweise oder vollständig entspricht. Hierbei wird Leistung von der Primärseite an die Sekundärseite übertragen (Vorwärtsbetrieb), das Signal wird primärseitig erzeugt und sekundärseitig erfasst. An die Gleichspannungsseite des Gleichrichters kann ein galvanisch isolierender Gleichspannungswandler angeschlossen sein.

Die Begriffe sekundärseitig und primärseitig orientieren sich an die Leistungsflussrichtung im Vorwärtsbetrieb und werden für den Rückwärtsbetrieb (bei einer bidirektionalen Ladeschaltung) in dieser Weise verwendet. Im Rückwärtsbetrieb wird Leistung von der Sekundärseite an die Primärseite übertragen. Im Vorwärtsbetrieb ist dies umgekehrt.

Die Fahrzeugladeschaltung kann bidirektional ausgebildet sein. Das Verfahren kann auch bei einer Schaltung angewendet werden, bei der Leistung von der Sekundärseite an die Primärseite des Gleichrichters übertragen wird. Das Verfahren kann auch bei einer rückwärts betriebenen, bidirektionalen Ladeschaltung verwendet werden (Rückwärtsbetrieb). Sekundärseitig (oder in dem Gleichspannungswandler, der an die Sekundärseite des Gleichrichters angeschlossen ist) wird das getaktete Betreiben gemäß Ansteuersignal ausgeführt, insbesondere durch eine Schaltung, die beim Vorwärtsbetrieb gleichrichtet und im Rückwärtsbetrieb als Zerhacker arbeitet (bzw. getaktet schaltet). Diese Schaltung kann Teil der Sekundärseite des Gleichrichters oder des Gleichspannungswandlers sein. Primärseitig (bezogen auf den Gleichrichter) entsteht eine Wechselspannung, die vom Gleichrichter im Rückwärtsbetrieb erzeugt wird. Im Rückwärtsbetrieb erzeugt der Gleichrichter an der Wechselspannungsseite einen Wechselstrom.

Es liegt an der Wechselspannungsseite eine Spannung an. Es wird ein Isolationsfehlersignal abgegeben, wenn die Spannung eine Wechselspannungskomponente enthält, die dem Ansteuersignal (der Sekundärseite des Gleichrichters oder des optionalen Gleichspannungswandlers) teilweise oder vollständig entspricht. Insbesondere wird das Fehlersignal nur abgegeben, wenn dieses eine Signalstärke aufweist, die über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Mit anderen Worten kann auf der Seite, in der im Vorwärtsbetrieb ein getaktetes Betreiben gemäß einem Ansteuersignal ausgeführt wird, im Rückwärtsbetrieb die Spannung ermittelt und auf Anwesenheit der Wechselstromkomponenten überprüft werden (um bei einer schwellenüberschreitenden Signalstärke ein Isolationsfehlersignal abzugeben). Diese Seite ist vorzugsweise die Wechselspannungsseite der Fahrzeugladeschaltung (insbesondere für den Vorwärtsbetreib) und kann im Rückwärtsbetrieb ebenso der Gleichrichter, aber auch ein Gleichspannungswandler sein, der an die Gleichstromseite des Gleichrichters angeschlossen ist.

Auf der Seite, in der im Vorwärtsbetrieb die Spannung anliegt, die in Hinblick auf Wechselspannungskomponente untersucht wird (um ggf. ein Isolationsfehlersignal abzugeben), wird im Rückwärtsbetrieb ein getaktetes Betreiben gemäß einem Ansteuersignal ausgeführt. Diese Seite ist die Gleichspannungsseite der Fahrzeugladeschaltung, beispielsweise die Gleichspannungsseite des Gleichrichters oder der Gleichspannungswandler (insbesondere dessen vom Gleichrichter abgewandte Seite). Dies bezieht sich auf den Vorwärtsbetrieb. Im Rückwärtsbetrieb bezieht sich dies insbesondere auf die Wechselspannungsseite des Gleichrichters, oder auch auf dessen Gleichspannungsseite oder auf die Seite des dem Gleichrichter nachgeschalteten Gleichspannungswandlers, welche dem Gleichrichter zugewandt ist.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Fahrzeugladeschaltung eine Gleichspannungsseite, die gegenüber einem Schutzleiterpotential isoliert ist, eine Wechselspannungsseite und einen gesteuerten Gleichrichter aufweist, über den die Gleichspannungsseite mit der Wechselspannungsseite verbunden ist. Die Fahrzeugladeschaltung ist bidirektional. In einem Rückwärtsbetriebsmodus, der auch als Abgabemodus, Rückspeisemodus oder Versorgungsmodus bezeichnet, wird der Gleichrichter betrieben, eine Leistung oder Spannung der Gleichspannungsseite in Wechselspannung zu wandeln. In diesem Modus arbeitet der Gleichrichter als Umrichter. Der Gleichrichter gemäß wird gemäß einem Ansteuersignal getaktet betrieben, um an der Wechselspannungsseite eine Wechselspannung zu erzeugen. Das Ansteuersignal ist eingerichtet, neben der Umrichtung eine Potentialdifferenz gegenüber dem Schutzleiterpotential zu erzeugen, die einem Test-Wechselsignal entspricht. Es wird eine Spannung erfasst, die zwischen Gleichspannungspotentialen der Gleichspannungsseite oder zwischen einem Gleichspannungspotential der Gleichspannungsseite und dem Schutzleiterpotential anliegt. Insbesondere wird Verfahren die Spannung erfasst an einer Seite eines galvanisch isolierenden Gleichspannungswandlers oder einer anderen, galvanisch isolierenden Einheit, der bzw. die eine weitere, entgegengesetzte Seite aufweist, welche mit dem gesteuerten Gleichrichter verbunden ist. Es wird ein Isolationsfehlersignal abgegeben (und/oder eine Trennung durchgeführt und/oder ein Betrieb der Ladeschaltung unterbrochen) wenn die Spannung eine Wechselspannungskomponente enthält, die dem Test-Wechselsignal teilweise oder vollständig entspricht, und die eine Signalstärke aufweist, welche über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.

Damit wird gezielt ein Testsignal auf der Primärseite erzeugt, das einer Wechselspannung gegenüber dem Schutzpotential entspricht, und es wird überprüft, ob der (wechselnde) Potentialversatz, der dieses Testsignal darstellt, in der Sekundärseite mit einer Minimal-Signalstärke vorliegt. Dadurch kann auch im Rückwärtsbetrieb das Verfahren angewendet werden. Eine entsprechend ausgestattete Fahrzeugladeschaltung hat einen Signalgenerator, der eingerichtet ist, das Testsignal zu erzeugen und den Gleichrichter (im Umrichtermodus) entsprechend anzusteuern. Eine entsprechende Fahrzeugladeschaltung hat ferner einen Spannungsmesser, der sekundärseitig den Potentialversatz (etwa als Spannung, Leistung oder Strom) gegenüber dem Schutzleiterpotential erfasst, sowie eine Auswerteeinheit, die diese Größe mit einem Schwellenwert vergleicht, und eingerichtet ist, ein Isolationsfehlersignal (nur) abzugeben, wenn der Schwellenwert überschritten wird.

Das getaktete Betreiben des gesteuerten Gleichrichters gemäß dem Ansteuersignal sieht vor, dass die Schalter des Gleichrichters gemäß dem Ansteuersignal geöffnet oder geschlossen werden. Das Ansteuersignal ist vorzugsweise getaktet, um eine gewünschte Gleichrichtung beziehungsweise einen gewünschten Ausgangsstrom oder eine gewünschte Ausgangsspannung zu erreichen. Insbesondere ist der Gleichrichter getaktet, um einen Leistungsfaktor zu korrigieren beziehungsweise um eine (kompensierende) Blindleistung zu erzeugen, und insbesondere, um Oberschwingungen zu reduzieren. Daher kann das Ansteuersignal auch gemäß einem gewünschten Blindleistungssignal beziehungsweise Entzerrungssignal ausgebildet sein.

Um zu ermitteln, ob eine dem Ansteuersignal ausreichend ähnliche Wechselspannungskomponente von der Wechselspannungsseite zur Gleichspannungsseite mit einer Signalstärke gelangt, die über einem Schwellenwert liegt, wird eine Spannung der Gleichspannungsseite erfasst. Diese Spannung kann etwa zwischen Gleichspannungspotentialen der Gleichspannungsseite liegen (entweder in einem galvanisch isolierten Bereich der Gleichspannungsseite oder in einem galvanisch nicht isolierten Bereich der Gleichspannungsseite). Alternativ kann die Spannung zwischen einem Gleichspannungspotential der Gleichspannungsseite und dem Schutzleiterpotential anliegen, insbesondere zwischen dem Schutzleiterpotential und einem Gleichspannungspotential eines galvanisch getrennten oder eines galvanisch nicht getrennten Abschnitts der Gleichspannungsseite. Die Gleichspannungspotentiale der Gleichspannungsseite sind Leistungspotentiale, d.h. führen als Gleichspannung die Leistung, die vom Gleichrichter (als Leistungssignal) abgegeben wird.

Ein Isolationsfehlersignal wird abgegeben, wenn die Spannung (in der Gleichspannungsseite wie dargestellt) eine Wechselspannungskomponente enthält, die dem Ansteuersignal oder dessen Wechselsignalkomponenten ähnelt. Die Wechselspannungskomponente ähnelt dem Ansteuersignal mit einem Ähnlichkeitsmaß, das über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Als Ähnlichkeitsmaß kann beispielsweise eine Korrelation verwendet werden, oder auch ein Spektralvergleich mit einer oder mehreren Frequenzbändern oder Einzelfrequenzen. Die Ähnlichkeit der Wechselspannungskomponente und des Ansteuersignals bezieht sich insbesondere nicht auf die Amplitude, sondern nur auf den Verlauf oder auf Wechselsignalparameter (Frequenz, Spektrum, aperiodische Wechselspannungsanteile usw.). Ein Isolationsfehlersignal wird abgegeben, wenn die Wechselspannungskomponente in der Spannung im Hinblick auf ihren Verlauf oder im Hinblick auf mindestens eine Frequenz dem Ansteuersignal entspricht. Hierbei kann die Wechselspannungskomponente dem Ansteuersignal teilweise entsprechen, wenn die Wechselspannungskomponente eine oder mehrere vorgegebene Wechselspannungsanteile des Ansteuersignal aufweist. Die Wechselspannungskomponente kann dem Ansteuersignal auch vollständig entsprechen, wobei hierbei der Verlauf der Wechselspannungskomponente den Verlauf des Ansteuersignals entspricht. Bei mehreren einzelnen Schaltern des Gleichrichters entspricht das Ansteuersignal insbesondere der Gesamtheit aller Einzelschaltsignale. Das Ansteuersignal kann zum Vergleich mit der Wechselspannungskomponente dargestellt sein mittels mindestens einer Frequenzkomponente des Ansteuersignals, mittels der Wiederholungsfrequenz von Schaltflanken, mittels des Tastverhältnisses von Flanken beziehungsweise Zuständen im Ansteuersignal oder mittels Schaltzeitpunkten der Schalter des Gleichrichters oder mittels anderer Charakteristika des Betriebs eines gesteuerten Gleichrichters. Es kann überprüft werden, ob die Wechselspannungskomponente ein Mindestmaß an Ähnlichkeit mit dem Ansteuersignal hat mit oder ohne Berücksichtigung der absoluten Schaltzeitpunkte im Ansteuersignal. Ferner kann bei Erfassung der Ähnlichkeit bzw. ob die Wechselspannungskomponente teilweise oder vollständig im Schaltsignal enthalten ist, auch nur eine Schaltfrequenz betrachtet werden oder nur eine Mehrzahl von Frequenzen des Ansteuersignals. Diese Frequenz oder Frequenzen entsprechen der Wechselspannungskomponente. Wird nun nach einer oder nach einer Mehrzahl von Frequenzen als Wechselspannungskomponente gesucht, dann wird überprüft, ob diese Wechselspannungskomponente in dem Ansteuersignal enthalten ist. Die entspricht der Überprüfung, ob die Wechselspannungskomponente (mit einer oder mit einer Mehrzahl von Frequenzen teilweise in dem Ansteuersignal, die noch weitere Frequenzkomponenten enthält) enthalten ist beziehungsweise diesem Ansteuersignal teilweise entspricht.

Ferner wird das Isolationsfehlersignal abgegeben, wenn diese

Wechselspannungskomponente, die teilweise oder vollständig dem Ansteuersignal entspricht (insbesondere in Bezug auf dessen Verlauf oder in Bezug auf mindestens eine Frequenzkomponente), und wenn gegeben ist, dass die Wechselspannungskomponente mit einer Signalstärke in dem Ansteuersignal enthalten ist, die über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Damit werden falsch positive Isolationsfehlersignale vermieden, die bei einer realen, funktionierenden Isolation auftreten können, da eine ohmsche, induktive oder kapazitive, geringfügige Kopplung über die Isolation hinweg nicht ausgeschlossen werden kann. Ferner kann das Isolationsfehlersignal nur dann abgegeben werden, wenn als weitere Bedingung erfüllt ist, dass die Signalstärke für mindestens eine Zeitdauer durchgehend in der Wechselspannungskomponente mit der Signalstärke über dem vorgegebenen Schwellenwert vorliegt. Mit anderen Worten kann das Abgeben des Isolationsfehlersignals entprel It werden, insbesondere gemäß einer vorgegebenen Zeitdauer, über die die Wechselspannungskomponente in der Spannung mit der Signalstärke über dem Schwellenwert (durchgehend) vorliegt.

Die Spannung kann erfasst werden in einem Abschnitt der Gleichspannungsseite, die galvanisch nicht getrennt ist von dem Gleichrichter beziehungsweise von dem Wechselstromanschluss, oder in einem Abschnitt der Gleichspannungsseite, die gegenüber dem Gleichrichter galvanisch isoliert ist. Die Fahrzeugladeschaltung kann eine galvanisch isolierende Einheit aufweisen, insbesondere eine Einheit, über die Gleichspannung des Gleichrichters übertragen wird in einen Abschnitt der Gleichspannungsseite, die galvanisch isoliert ist von dem Gleichspannungswandler. Diese galvanisch isolierende Einheit kann als galvanisch isolierender Gleichspannungswandler vorgesehen sein. Die Spannung kann somit erfasst werden an einer Seite einer galvanisch isolierenden Einheit (beziehungsweise eines Gleichspannungswandlers), die von dem Gleichrichter weg weist und galvanisch getrennt ist von diesem. Diese Einheit weist eine weitere, entgegengesetzte Seite auf, die mit dem gesteuerten Gleichrichter verbunden ist. Die Spannung kann somit erfasst werden an der Seite der galvanisch isolierenden Einheit, die von dem Gleichrichter abgewandt ist (d.h. ein galvanisch isolierter Abschnitt). Die galvanisch isolierende Einheit hat somit eine erste Seite, die mit dem gesteuerten Gleichrichter verbunden ist und insbesondere nicht galvanisch isoliert ist gegenüber dem Gleichrichter beziehungsweise dem Wechselspannungsanschluss, und hat eine zweite Seite, die galvanisch isoliert ist gegenüber dem Wechselspannungsanschluss beziehungsweise dem Gleichrichter.

Alternativ kann die Spannung erfasst werden an der Seite der galvanisch isolierenden Einheit (insbesondere eines Gleichspannungswandlers), die mit dem Gleichrichter galvanisch verbunden ist. Die Spannung kann insbesondere in einem Zwischenkreis erfasst werden, der den Gleichrichter mit der galvanisch isolierenden Einheit (etwa ein Gleichspannungswandler) verbindet. Dies führt insbesondere für eine Spannung, die zwischen den Gleichspannungspotentialen vorliegt. Bei Erfassung einer Spannung, die zwischen einem Gleichspannungspotential und dem Schutzleiterpotential vorliegt, wird diese vorzugsweise an der zweiten Seite der galvanisch isolierenden Einheit erfasst beziehungsweise in einem Abschnitt der Gleichspannungsseite, die galvanisch isoliert ist gegenüber dem Gleichrichter beziehungsweise dem Wechselspannungsanschluss. Wie erwähnt wird vorzugsweise bei einer Spannung, die zwischen dem Gleichspannungspotential anliegt, diese Spannung ist vorzugsweise in einem Bereich erfasst, die nicht galvanisch isoliert ist gegenüber dem Gleichrichter beziehungsweise gegenüber dem Wechselspannungsanschluss.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Wechselspannungskomponente ein Wechselsignal, das im Üblichen, unmodifizierten Betrieb des Gleichrichters auftritt. Mit anderen Worten ist in dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die Wechselspannungskomponente sich durch den Betrieb des Gleichrichters ergibt, das heißt durch die gleichrichtende Funktion des Gleichrichters. Insbesondere kann die Wechselspannungskomponente ein Wechselsignal sein, das bestimmt ist, durch die Funktion des gesteuerten Gleichrichters, eine (kompensierende) Blindleistungskomponente zu erzeugen beziehungsweise Oberschwingungen zu verringern. Die Wechselspannungskomponente kann sich somit nach dem bestimmungsgemäßen Betrieb des Gleichrichters richten. In diesem Fall muss lediglich erfasst werden, ob die Signalstärke der Wechselstrom kom ponente, die sich durch den bestimmungsgemäßen Betrieb des Gleichrichters ergibt, über dem Schwellenwert liegt. Das Ansteuersignal wird in diesem Fall erzeugt durch den bestimmungsgemäßen Betrieb des Gleichrichters. Insbesondere wird das Ansteuersignal erzeugt gemäß einer Regelung oder Steuerung, die sich wiederum nach einem Soll-Betriebsparameter der Fahrzeugladeschaltung richtet. Als Soll-Betriebsparameter werden Parameter angesehen, die zum bestimmungsgemäßen Betrieb des Gleichrichters notwendig sind, beispielweise Betriebsparameter wie Sollspannung, Sollleistung, Sollleistungsfaktor oder Sollblindleistung oder auch Soll-Oberschwingungsobergrenze. Als Soll-Betriebsparameter werden somit Parameter betrachtet, die sich durch den gleichrichtenden Betrieb beziehungsweise durch den Betrieb als Leistungsfaktorkorrekturfilter für den Gleichrichter ergeben. Die Soll-Betriebsparameter betreffen insbesondere den Betrieb der Fahrzeugladeschaltung zur Übertragung einer Soll-Leistung oder zur Erzeugung eines Soll-Gleichstroms oder einer Soll-Spannung an der Gleichspannungsseite der Fahrzeugladeschaltung. Alternativ oder in Kombination hiermit wird die Regelung oder Steuerung ausgeführt gemäß den Soll-Betriebsparametern des als Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgeführten Gleichrichters. Diese Soll-Betriebsparameter betreffen insbesondere eine Soll-Blindleistung, eine Soll-Oberschwingungsobergrenze, einen Soll-Leistungsfaktor oder ähnliche Betriebsparameter, die den Betrieb als Leistungsfaktorkorrekturfilter (PFC, Power Factor Correction) charakterisieren. Wenn der Gleichrichter als Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgeführt ist, so kann dieser Arbeitsimpedanzen wie Arbeitsinduktivitäten aufweisen, die mit den Schaltern verbunden sind.

Insbesondere sind die Schalter des Gleichrichters über Arbeitsinduktivitäten mit dem Wechselspannungsanschluss verbunden, um so gezielt einen Leistungsfaktor (durch Erzeugung von Blindleistung) zu korrigieren. Wird als Wechselspannungsanteil ein Wechselsignal verwendet, das ohnehin beim üblichen Betrieb des Gleichrichters auftritt, das heißt das den Betrieb des Gleichrichters als Gleichrichter selbst oder als Leistungsfaktorkorrekturfilter charakterisiert, dann kann bereits dieses Signal zur Isolationsfehlererfassung verwendet werden. Mit anderen Worten kann dann die Wechselspannungskomponente verwendet werden, die im Gleichrichter die gleichrichtende Funktion oder die Funktion als Leistungsfaktorkorrekturfilter charakterisiert, verwendet werden, um zu überprüfen, ob diese in der Spannung mit einer Signalstärke oberhalb des vorgegebenen Schwellenwerts auftritt. Dies entspricht der Betrachtung der ohnehin anfallenden Wechselspannungskomponente als Testsignal zur Überprüfung der Isolation.

Alternativ oder auch in Kombination kann das Ansteuersignal mit einem Testsignal moduliert werden. Das Testsignal kann dann dem Wechselspannungssignal entsprechen. Das Wechselspannungssignal kann ferner nicht nur dem Testsignal, sondern auch dem Wechselsignal entsprechen, das sich durch den Betrieb des Gleichrichters als Gleichrichters selbst beziehungsweise als Leistungsfaktorkorrekturfilter ergibt. Hierbei können die Schaltsignale für die Schalter des Gleichrichters bereits mit dem Testsignal moduliert sein, oder es wird das Testsignal in die Gleichspannungsseite des Gleichrichters indiziert. Es kann somit der Gleichrichter nicht nur gemäß den Betriebsparametern, sondern auch gemäß dem Testsignal betrieben werden. Das Ansteuersignal kann derart mit dem Testsignal moduliert sein, dass sich durch die Modulation durch das Testsignal eine modulierte Spannung zwischen dem Gleichspannungspotential ergibt oder, dass sich durch das Testsignal eine Modulation der Spannung zwischen dem Schutzleiterpotential und einem der Gleichspannungspotentiale ergibt. Das Ansteuersignal wird derart mit dem Testsignal moduliert, dass sich eine modulierte Ausgangsspannung ergibt (vorzugsweise in einem nicht galvanisch isolierten Abschnitt der Gleichspannungsseite), dann ist das Testsignal vorzugsweise ein Signal mit einer Frequenz deutlich unterhalb der Schaltfrequenz des Gleichrichters (die sich durch den Betrieb als Gleichrichter oder als Leistungsfaktorkorrekturfilter ergibt). Beispielsweise kann eine Modulation mit einer Frequenz von weniger als 10 Hz durch das Testsignal vorgesehen werden, wobei dann das Gleichspannungssignal, das vom Gleichrichter ausgegeben wird ebenso mit dieser Spannung moduliert ist. Da sich die Frequenz deutlich von der zu erwartenden Rippel-Frequenz an der Gleichspannungsseite des Gleichrichters unterscheidet, kann die betreffende Wechselspannungskomponente gut erfasst werden. Wird das Ansteuersignal derart mit dem Testsignal moduliert, dass sich eine Spannung zwischen dem Schutzleiterpotential und einem der Gleichspannungspotentiale ergibt, das gemäß dem Testsignal moduliert ist, dann kann ein Testsignal mit einer Frequenz verwendet werden, die vorzugsweise deutlich oberhalb der Schaltfrequenz der Schaltelemente des Gleichrichters liegt, wobei diese Schaltfrequenz durch die Funktion als Gleichrichter oder als Leistungsfaktorkorrekturfilter bedingt ist. Insbesondere liegt die Frequenz des Testsignals unter 1 kHz und vorzugsweise unter einer Frequenz eines Isolationswächtertestsignals, das aktiv zur Isolationsüberwachung eingespeist wird. Dies dient zur Trennung des vorliegenden Verfahrens von dem Betrieb von aktiven Isolationswächtern. Das Testsignal wird beispielsweise erzeugt von einem T estsignalgenerator.

Das Testsignal kann beispielsweise ein Wechselsignal mit einem vorgegebenen Spektrum sein, beispielsweise mit einem Spektrum, das im Wesentlichen nur eine Frequenzkomponente aufweist, oder kann einem Rechtecksignal entsprechen, das insbesondere eine bestimmte Flankenfrequenz (Kehrwert der Pulsdauer) aufweist. Das Testsignal kann vorgesehen sein als Rauschsignal, insbesondere als Pseudo-Noise-Signal. Dies ermöglicht eine störungsfreie Wiedererkennung beziehungsweise Erfassung in der Spannung, die in der Gleichspannungsseite erfasst wird. Das Testsignal kann ferner einen Signalanteil einer Frequenz haben, die nicht mehr als einen geringfügigen Anteil des unmodulierten Ansteuersignals ausmacht. Mit anderen Worten kann das Wechselsignal in den Frequenzbereich, das von dem unmodulierten Ansteuersignal dominiert wird, ein Signalanteil aufweisen, der unter einem Schwellenwert liegt. Mit anderen Worten unterscheidet sich das Spektrum des Testsignals vorzugsweise deutlich von dem Spektrum des unmodulierten (das heißt sich aus Regelung beziehungsweise Steuerung) ergebenden Ansteuersignals. Insbesondere ist vorzugsweise ein Großteil der Leistung des Testsignals in einem Spektralabschnitt, in dem die Leistung des Ansteuersignals unter einem Schwellenwert liegt beziehungsweise mindestens 20, 30 oder 40 Dezibel unter der Leistung des Frequenzbereichs mit der höchsten Leistung liegt.

Das Ansteuersignal wird vorzugsweise mit einer Testfrequenz moduliert, das heißt mit einer Frequenz des Testsignals, die (mit vorgegebenem Abstand) unterhalb oder oberhalb der Frequenz liegt, die sich bei dem Betrieb des Gleichrichters bei der gleichrichtenden Funktion oder bei der Funktion als Leistungsfaktorkorrekturfilter ergibt. Insbesondere liegt die Testfrequenz (Frequenz des Testsignals) unterhalb oder oberhalb der Frequenz, die beim getakteten Betreiben des Gleichrichters gemäß dem Soll-Betriebsparameter, dem größten Leistungsanteil innerhalb des Wechselanteils der Spannung zugeordnet ist. Die Frequenz des Testsignals unterscheidet sich somit von der Frequenz, die den größten Wechsel-Leistungsanteil in der Gleichspannung (des galvanisch nicht isolierten Bereichs) oder des galvanisch isolierten Bereichs der Gleichspannungsseite entspricht. Als Testfrequenz wird somit eine Frequenz genommen, die sich ausreichend stark von den Frequenzen unterscheidet, die beim üblichen Betrieb des Gleichrichters (als gleichrichtende Einheit oder als Leistungsfaktor Korrekturfilter) auftreten.

Das Wechselspannungssignal weist eine Frequenz von im Wesentlichen 50 Hz, 60 Hz, 150 Hz oder 180 Hz auf, wobei die Frequenz nicht mehr als 2%, 5% oder 10% von 50 Hz, 60 Hz, 150 Hz oder 180 Hz abweicht. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Spannung zwischen einem Schutzleiterpotential und einem Gleichspannungspotential entspricht. Alternativ wird das Ansteuersignal mit einem Testsignal moduliert, dessen Frequenz kleiner ist als 20 Hz, 10 Hz, 5 Hz oder 2 Hz. Die Frequenz weicht nicht mehr als 2%, 5% oder 10% von 20 Hz, 10 Hz, 5 Hz oder 2 Hz ab. Ein weiterer Aspekt ist es, dass die Frequenz des Wechselspannungssignal beziehungsweise des Testsignals unter 1 kHz liegt. Falls in dem Bordnetz ein (aktiver) Isolationsmonitor vorgesehen ist, dessen Testsignal bei 1 kHz oder darüber liegt, dann ist dadurch gewährleistet, dass das Verfahren nicht von dem aktiven Isolationswächter beeinträchtigt wird, und umgekehrt.

Die Spannung kann erfasst werden an einer Seite einer galvanisch isolierenden Einheit (beispielsweise ein Gleichspannungswandler), die mit dem gesteuerten Gleichrichter verbunden ist. Dies kann insbesondere einem galvanisch nicht isolierten Abschnitt der Gleichspannungsseite der Ladeschaltung entsprechen. Die Seite der galvanisch isolierenden Einheit, die mit dem gesteuerten Gleichrichter verbunden ist, ist mit diesem galvanisch leitend verbunden. Ist der gesteuerte Gleichrichter ebenso nicht galvanisch isolierend, dann wird die Spannung in einem Bereich der Gleichspannungsseite erfasst, die nicht galvanisch isoliert ist (gegenüber dem Schutzleiterpotential). Insbesondere wird die Spannung an dieser Stelle erfasst, wenn dies die Spannung zwischen zwei Gleichspannungspotentialen entspricht. In diesem Fall wird vorzugsweise das Ansteuersignal mit einem Testsignal moduliert, dessen Frequenz unter der Netzfrequenz des Wechselspannungsanschlusses beziehungsweise der Wechselspannungsseite des Gleichrichters ist. Beispielsweise kann das Ansteuersignal bei einer an dieser Stelle erfassten Spannung mit einem Testsignal moduliert werden, dessen Frequenz nicht mehr als 10 Hz, 5 Hz, 2 Hz oder 1 Hz beträgt. Die Frequenz weicht nicht mehr als 2%, 5% oder 10% von 5 Hz, 2 Hz oder 1 Hz ab, insbesondere von 10 Hz. Wenn verfahrensgemäß ein Isolationsfehler erkannt wird, dann kann vorgesehen sein, dass eine fahrzeugseitige Verbindung unterbrochen wird, oder ein Unterbrechungssignal abgegeben wird, welches eine fahrzeugexterne Ladequelle zur Unterbrechung der Verbindung zur fahrzeugseitigen Ladeschaltung veranlasst. Ein Verfahren zum Betrieb der hier beschriebenen Fahrzeugladeschaltung sieht daher vor, dass das hier erwähnte Verfahren zum Erfassen eines Isolationsfehlers ausgeführt wird, und dass eine fahrzeugseitige Verbindung unterbrochen wird, wenn ein Isolationsfehler erkannt wird und/oder ein Unterbrechungssignal an eine fahrzeugexterne Quelle abgegeben wird beziehungsweise an eine Steuerung hiervon. Ferner kann ein Unterbrechungssignal an eine übergeordnete Steuerung abgegeben werden (fahrzeugseitig oder fahrzeugextern, insbesondere in der fahrzeugexternen Ladequelle), um einer Unterbrechung (durch indirekte Ansteuerung) herbeizuführen.

Ferner wird eine Fahrzeugladeschaltung beschrieben, insbesondere eine Fahrzeugladeschaltung wie sie anhand des Verfahrens beschrieben ist. Die Fahrzeugladeschaltung weist eine Gleichspannungsseite auf, die gegenüber einem Schutzleiterpotential isoliert ist. Insbesondere weist die Fahrzeugladeschaltung einen Abschnitt einer Gleichspannungsseite auf, die gegenüber einem Schutzleiterpotential isoliert ist. Die Fahrzeugladeschaltung kann ferner einen Abschnitt der Gleichspannungsseite aufweisen, die galvanisch nicht getrennt ist gegenüber dem Schutzleiterpotential. Als isoliert wird hierbei der Zustand bezeichnet, dass die betreffenden Einheiten voneinander galvanisch getrennt sind. Die Fahrzeugladeschaltung verfügt ferner über eine Wechselspannungsseite und einen gesteuerten Gleichrichter. Über den Gleichrichter ist die Gleichspannungsseite mit der Wechselspannungsseite verbunden. Wie auch anhand des Verfahrens erwähnt, kann die Wechselspannungsseite einen Wechselspannungsanschluss aufweisen. Dieser Wechselspannungsanschluss kann dem hier beschriebenen Wechselspannungsanschluss entsprechen. Eine Steuereinrichtung ist vorgesehen, die ansteuernd mit dem Gleichrichter verbunden ist. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise Teil der Fahrzeugladeschaltung. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, den Gleichrichter gemäß einem Ansteuersignal in getakteter Weise zu betreiben. Die Steuereinrichtung ist insbesondere eingerichtet, ein Ansteuersignal an den Gleichrichter abzugeben, welches eine Steuerung oder Regelung (wie hier beschrieben) implementiert. Die Steuereinrichtung ist ferner vorzugsweise eingerichtet, ein derartiges Ansteuersignal an den Gleichrichter abzugeben, welches den Gleichrichter in die Lage versetzt, die Funktion eines gesteuerten Gleichrichters auszuführen oder die Funktion eines Leistungsfaktorkorrekturfilters auszuführen. Beide Funktionen sind wie erwähnt mit spezifischen Betriebsparametern verknüpft, die als Sollangaben vorliegen (beziehungsweise die für die Steuerung oder Regelung als Vorgabe verwendet werden).

Eine Isolationsfehlerermittlungseinheit der Fahrzeugladeschaltung ist eingerichtet zur Erfassung einer Spannung. Diese Spannung liegt zwischen den Gleichspannungspotentialen der Gleichspannungsseite an (insbesondere in einem galvanisch nicht getrennten Abschnitt oder auch in einem galvanisch getrennten Abschnitt). Die Spannung kann ferner zwischen einem Gleichspannungspotential der Gleichspannungsseite und dem Schutzleiterpotential (der Wechselspannungsseite) anliegen, vorzugsweise in einem galvanisch getrennten Abschnitt der Gleichspannungsseite oder auch in einem galvanisch nicht getrennten Abschnitt der Gleichspannungsseite. Als galvanisch getrennt werden hierbei Potentiale bezeichnet, die galvanisch getrennt sind von dem Gleichrichter beziehungsweise von dem Schutzleiterpotential beziehungsweise von der Wechselspannungsseite oder dem Wechselspannungsanschluss. Als galvanisch getrennt wird eine Komponente bezeichnet, die gegenüber der Wechselspannungsseite, dem Gleichrichter, dem Wechselspannungsanschluss und/oder dem Gleichrichter elektrisch isoliert ist.

Die Isolationsfehlerermittlungseinheit weist eine Erfassungseinheit auf, die zum Empfang der Spannung eingerichtet ist. Die Isolationsfehlerermittlungseinheit und insbesondere die Erfassungseinheit weist somit eine zumindest Signal übertragende Verbindung auf, die bis zu den genannten Potentialen führt. Die Erfassungseinheit ist zum Empfang der Spannung eingerichtet. Insbesondere ist die Erfassungseinheit zum Empfang eines Signals eingerichtet, die der Spannung entspricht, und die insbesondere den Verlauf wiedergibt. Die Erfassungseinheit ist nicht notwendigerweise dazu ausgebildet, die Spannung mit der Amplitude zu empfangen, wie sie an den genannten Potentialen anliegt. Dies gilt auch für die Isolationsfehlerermittlungseinheit. Insbesondere kann ein Spannungsteiler oder ein Digital-Analog-Wandler vorgesehen sein, der der Isolationsfehlerermittlungseinheit bzw. deren Eingang vorgeschaltet ist.

Die Erfassungseinheit ist ausgebildet, eine Signalstärke der Wechselspannungskomponente zu erfassen, die in der Spannung vorliegt. Die Wechselspannungskomponente entspricht insbesondere der anhand des Verfahrens erwähnten Wechselspannungskomponente. Dies trifft auch für die Spannung zu. Die Wechselspannungskomponente entspricht teilweise oder vollständig dem Ansteuersignal, insbesondere wie vorangehend anhand des Verfahrens beschrieben.

Die Isolationsfehlerermittlungseinheit weist ferner einen Vergleicher auf. Dieser ist eingerichtet, die Signalstärke mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen. Der Vergleicher ist ferner eingerichtet, ein Isolationsfehlersignal abzugeben, wenn die Signalstärke größer als der Schwellenwert ist. Der Vergleicher ist ferner eingerichtet, kein Isolationsfehlersignal abzugeben, wenn die Signalstärke nicht größer als der Schwellenwert ist. Die Abgabe von keinem Isolationsfehlersignal ist gleichbedeutend mit der Abgabe eines Signals, das angibt, dass kein Isolationsfehler vorliegt. Schließlich kann eine Isolationsfehlerermittlungseinheit vorgesehen sein, die zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist. Eine derartige Isolationsfehlerermittlungseinheit ist ausgebildet, wie die vorangehend beschriebene Isolationsfehlerermittlungseinheit. Eine derartige Isolationsfehlerermittlungseinheit kann außerhalb der Fahrzeugladeschaltung ausgebildet sein, oder kann als Teil der Fahrzeugladschaltung ausgebildet sein. Die Isolationsfehlerermittlungseinheit weist insbesondere einen Eingang auf, der mit den betreffenden Potentialen verbunden werden kann. Ferner kann die Isolationsfehlerermittlungseinheit einen Eingang aufweisen, an dem das Ansteuersignal eingegeben werden kann, oder ein Signal, welches das Ansteuersignal charakterisiert. Auf diese Weise ist es der Isolationsfehlerermittlungseinheit möglich, zu ermitteln, ob das Ansteuersignal in der Spannung mit einer Signalstärke vorliegt, die über dem Schwellenwert liegt oder nicht. Im erstgenannten Fall würde die Isolationsfehlerermittlungseinheit einen Isolationsfehler abgeben beziehungsweise ein entsprechendes Signal, und im letztgenannten Fall würde die Isolationsfehlerermittlungseinheit keinen Isolationsfehler melden beziehungsweise kein entsprechendes Isolationsfehlersignal abgeben.

Die hier beschriebenen Möglichkeiten dienen zur Erkennung eines Isolationsfehlers in einer Fahrzeugladeschaltung. Besteht der Isolationsfehler außerhalb der Fahrzeugladeschaltung, etwa in einem angeschlossenen Bordnetz, und liegt der Isolationsfehler in dem angeschlossenen Bordnetz vor, dann liegt der Isolationsfehler aufgrund dieser Verbindung auch in der Fahrzeugladeschaltung vor. Die Erkennung eines Isolationsfehlers in einer Fahrzeugladeschaltung ist somit gleichbedeutend mit der Erkennung eines Isolationsfehlers, der sich auf die Fahrzeugladeschaltung auswirkt, und der nicht notwendigerweise seine Ursache in der Fahrzeugladeschaltung hat. Vielmehr kann die Ursache des Isolationsfehlers auch in einer angeschlossenen Schaltung (Bordnetz) oder angeschlossenen Komponente vorliegen, sodass der Isolationsfehler sich auch auf die Fahrzeugladeschaltung auswirkt und somit auch einen Isolationsfehler in der Fahrzeugladeschaltung darstellt. Die Figur 1 dient der beispielhaften Erläuterung von Ausführungsformen und zeigt symbolhaft eine Schaltung, die zur Erläuterung dienen soll.

Die Figur 1 zeigt eine Fahrzeugladeschaltung FL mit einer Wechselspannungsseite, die einen Wechselspannungsanschluss WA, WA' umfasst. Der Wechselspannungsanschluss setzt sich zusammen aus einem Schutzleiteranschluss WA’ und einem (beispielhaften) vierteiligen/vieradrigen Wechselstromanschluss WA, der drei Phasenanschlüsse und einen Neutralleiteranschluss umfassen kann. Die dargestellte Fahrzeugladeschaltung FL umfasst ferner einen Gleichrichter PFC, der eine Schnittstelle zwischen einer Gleichspannungsseite GS und einer Wechselspannungsseite WS der Fahrzeugladeschaltung FL liegt. In der dargestellten Ausführungsform ist ein galvanisch trennender Gleichspannungswandler GW (als auch ein Beispiel für eine galvanisch trennende Einheit) mit einer ersten Seite 1 an die Gleichspannungsseite des Gleichrichters PFC angeschlossen. Der Gleichspannungswandler GW weist eine zweite Seite 2 auf, die gegenüber der ersten Seite 1 galvanisch getrennt ist. Die zweite Seite 2 ist mit einem Bordnetzanschluss verbunden, der die Kontakte B+ und B- aufweist, das heißt zwei Gleichspannungspotentialkontakte mit unterschiedlichem Potential. An diese kann eine ladeschaltungsexterne Komponente (Akkumulator) oder ein ladeschaltungsexternes Bordnetz angeschlossen sein. Isolationsfehler hierin wirken sich auf die Ladeschaltung aus und werden daher wie hierin beschrieben erfasst.

An die Fahrzeugladeschaltung FL ist eine zur Fahrzeugladeschaltung externe Wechselspannungsquelle WQ angeschlossen, insbesondere an die Anschlüsse WA und WA‘. Der Gleichrichter PFC ist ein gesteuerter Gleichrichter, der das Leistungssignal des Wechselspannungsanschlusses WA (Wechselstrom) gesteuert in eine Gleichspannung wandelt. Diese Gleichspannung besteht zwischen den Potentialen Z+ und Z-, wobei diese Potentiale die Potentiale eines Zwischenkreises sind. Der Zwischenkreis verbindet den Gleichrichter PFC mit dem Gleichspannungswandler GW und weist einen Zwischenkreiskondensator ZK auf, der zur Glättung beziehungsweise Stützung der Spannung zwischen Z+ und Z-, das heißt einer Gleichspannung, dient. Der Gleichrichter PFC wird von einem Ansteuersignal AS angesteuert, das von einer Steuereinrichtung C erzeugt wird. Insbesondere bei einer Ausführung des Gleichrichters PFC als Leistungsfaktorkorrekturfilter erzeugt dies ein Wechselsignal, welches als Rippeispannung in der Spannung zwischen Z+ und Z- im Zwischenkreis vorliegt. Der auf den Zwischenkreis beziehungsweise auf den Gleichrichter PFC folgende Gleichspannungsrichter ist galvanisch getrennt, sodass bei fehlerfreier Isolation (des Gleichspannungswandlers GW beziehungsweise weiterer an die Ladeschaltung angeschlossenen Komponenten) im Wesentlichen nicht auf der zweiten Seite zwei des Gleichspannungswandlers GW auftritt. Die Isolation bezieht sich auf die Isolation zwischen den Gleichspannungspotentialen U-/U+ auf der zweiten Seite des Gleichspannungswandlers, das heißt in einem galvanisch isolierten Abschnitt der Gleichspannungsseite GS gegenüber dem Schutzleiterpotential PE beziehungsweise GND. Ist die Isolation (zwischen den Gleichspannungspotentialen eines galvanisch isolierten Abschnitts der Gleichspannungsseite und dem Schutzleiterpotential PE) defekt, dann überträgt sich das Wechselsignal, das bei der Ansteuerung im Gleichrichter PFC entsteht, auf eine Spannung S1 zwischen dem Schutzleiterpotential PE und einem der Gleichspannungspotentiale U- oder U+. Dargestellt ist eine entsprechende Spannung S1 zwischen dem Potential PE und dem Potential U-, in dem eine Wechselspannungskomponente vorliegt, die von der Ansteuerung des Gleichrichters GR herrührt.

Die Signalstärke dieser Wechselspannungskomponente dient zur Erfassung, ob ein Isolationsfehler vorliegt oder nicht. Die Wechselspannungskomponente wird nur dann in einen galvanisch isolierten Abschnitt der Gleichspannungsseite GS übertragen, wenn die Isolation zwischen dem Schutzleiterpotential PE und einem Gleichspannungspotential U+ oder U- eines galvanisch isolierten Abschnitts der Gleichspannungsseite GS defekt ist beziehungsweise einen zu geringen Isolationswiderstand aufweist.

Es kann das gesamte Wechselsignal als Wechselspannungskomponente auf der Gleichspannungsseite GS zur Isolationsfehlerermittlung überprüft werden, oder nur ein Teil hiervon, insbesondere nur eine Wechselspannungskomponente, die einen Teil beziehungsweise nur ein Spektrum des Wechselsignals ausmacht, das insgesamt von der Ansteuerung des Gleichrichters PFC herrührt.

Eine beispielhaft dargestellte Isolationsfehlerermittlungseinheit IE weist einen Signaleingang E auf, der beispielhaft mit den Potentialen PE und U- verbunden ist. Alternativ kann der Eingang auch mit den Potentialen PE und U+ verbunden sein oder auch mit den Potentialen U- und U+. Auch ist eine Verbindung mit den Potentialen Z+ und Z- denkbar. Die zwischen diesen Potentialen liegenden Spannungen S1 , S3 oder S2 liegen am Eingang E an, entweder als diese Spannungen selbst, oder als ein Signal, das diese Spannungen wiedergibt. Eine Erfassungseinheit ER ist dem Eingang E der Isolationsfehlerermittlungseinheit IE nachgeschaltet und erfasst aus dieser Spannung (S1 , S2 oder S3) eine Wechselspannungskomponente wie vorangehend dargestellt. Einen der Ermittlungseinheit ER nachgeschalteter Vergleicher V ermittelt, ob die Signalstärke der Wechselspannungskomponente WK größer als ein Schwellenwert SW ist, oder nicht. Ist der Schwellenwert erreicht oder wird dieser überschritten, dann wird ein Isolationsfehlersignal IF an einem Fehlerausgang FA der Isolationsermittlungseinheit IE abgegeben. Wird der Schwellenwert nicht überschritten, wird kein Isolationsfehlersignal IF abgegeben.

Da die Wechselspannungskomponente WK teilweise oder vollständig dem Ansteuersignal AS des Gleichrichters PFC entspricht, ist für die Ermittlungseinheit ER bekannt, welche Charakteristika die zu erfassende Wechselspannungskomponente WK hat. Dies ist symbolhaft dargestellt durch den gestrichelten Doppelpfeil, mit dem dargestellt werden soll, dass das Ansteuersignal AS Wechselsignal erzeugt, die von der Isolationsfehlerermittlungseinheit IE erfasst werden können (mittels Komponente ER), wenn ein Isolationsfehler vorliegt. Die Ermittlungseinheit ER kann somit auf die Charakteristika des Ansteuersignals AS eingestellt werden. Alternativ kann die Ermittlungseinheit ER einen Eingang aufweisen, an dem das Ansteuersignal, eine Wechselspannungskomponente (die zumindest Teil des Ansteuersignals sein kann), oder ein Signal eingegeben werden kann, das diese Signale wiedergibt. Auf diese Weise kann die Ermittlungseinheit ER das Signal S1 (S2 oder S3) mit der Wechselspannungskomponente WK abgleichen, um zu ermitteln, wie hoch die Signalstärke der Wechselspannungskomponente WK ist. Dargestellt ist, dass das Wechselspannungssignal WK von der Ermittlungseinheit ER an den Vergleicher weitergegeben wird. Stattdessen kann auch die Signalstärke der Wechselspannungskomponente WK von der Ermittlungseinheit an den Vergleicher V weitergegeben werden. Im erstgenannten Fall ist der Vergleicher V in der Lage, aus der Wechselspannungskomponente WK, die von der Ermittlungseinheit ER stammt, die Signalstärke der Wechselspannungskomponente zu erzeugen, um diese mit dem Schwellenwert SW zu vergleichen.

Die Spannung, die bei einem Isolationsfehler die Wechselspannungskomponente WK enthält, kann die Spannung S1 sein zwischen einem Schutzleiterpotential PE und einem Potential U- (oder U+) eines galvanisch isolierten Abschnitts der Gleichspannungsseite GS. Ferner kann diese Spannung auch der Zwischenkreisspannung S2 entsprechen, das heißt der Spannung zwischen Gleichspannungspotentialen (Leistungs-Gleichspannungspotentialen) in einem galvanisch nicht isolierten Abschnitt der Gleichspannungsseite GS. Schließlich kann die Spannung S3 als die Spannung verwendet werden, welche auf die Wechselspannungskomponente überprüft wird, wobei die Spannung S3 zwischen den Potentialen U+ und U- in einem galvanisch isolierten Abschnitt der Gleichspannungsseite GS vorliegt.

Das Ansteuersignal AS kann sich ausschließlich nach der gewünschten Funktion des Gleichrichters (gesteuertes Gleichrichten oder Funktion als Leistungsfaktor Korrekturfilter) richten. Dabei wird das Ansteuersignal AS ausschließlich gemäß den zugehörigen Betriebsparametern erzeugt, wobei diese Betriebsparameter beispielsweise eine gewünschte Ausgangsleistung des Gleichrichters, Ausgangsstrom des Gleichrichters, Ausgangsspannung des Gleichrichters, Blindleistung des Gleichrichters, Soll-Leistungsfaktor und/oder Frequenz der erzeugten Blindleistung sind. In der Funktion als Leistungsfaktorkorrekturfilter kann der Gleichrichter als aktiver Leistungsfaktorkorrekturfilter betrieben werden, um eine gewünschte Blindleistung zu erzeugen, welche eine andere, zu kompensierende Blindleistung zumindest teilweise kompensiert. Dadurch werden unerwünschte Rückwirkungen auf eine externe Wechselspannungsquelle WQ verringert. Mit anderen Worten kann als Ansteuersignal das zum Betrieb übliche Ansteuersignal für den Gleichrichter GR verwendet werden, ohne weitere Modifikation dieses Signals im Hinblick auf andere Funktionen. Als Wechselspannungskomponente kann dann dieses für den Betrieb typisches Ansteuersignal oder Signalkomponenten hiervon verwendet werden, um zu überprüfen, ob durch eine fehlerhafte Isolierung Komponenten des Ansteuersignals mit einer gewissen Signalstärke an die Gleichspannungsseite übertragen werden oder nicht. Daraus wird auf den Fehlerzustand der Isolierung geschlossen.

Alternativ kann die Steuerung C zur zusätzlichen Modulation eingerichtet sein, um so gezielt ein Testsignal zu erzeugen, das nicht zum üblichen Betrieb des Gleichrichters (gesteuertes Gleichrichten oder Leistungsfaktor Korrekturfi Item) dient, sondern das zur dargestellten Isolationsfehlererkennung dient. Hierbei kann das Ansteuersignal, das sich für den üblichen Betrieb ergibt, zusätzlich moduliert werden, um ein Testsignal zu erzeugen, das zwischen einem der Gleichspannungspotentiale Z+, Z-, U+, U- einerseits und dem Schutzleiterpotential PE anliegt. Alternativ kann das (ummodulierte) Ansteuersignal derart moduliert werden, dass sich ein Testsignal ergibt, welches zwischen Gleichspannungspotentialen der Gleichspannungsseite ergibt, beispielsweise eine Testsignalspannung als Wechselspannung in der Spannung S2 im Zwischenkreis oder S3 in einem galvanisch isolierten Abschnitt der Gleichspannungsseite. Der Zwischenkreis ist galvanisch nicht isoliert und bildet einen galvanisch nicht isolierten Abschnitt der Gleichspannungsseite GS. Falls durch die Modulation ein Testsignal zwischen dem Schutzleiterpotential und einer anderen Spannung erzeugt werden soll, wird als Testsignal vorzugsweise eine Wechselspannung mit einer Frequenz von weniger als 1 kHz verwendet, vorzugsweise mit einer Frequenz, die sich von den Frequenzen unterscheidet, die durch den üblichen Betrieb des Gleichrichters PFC erzeugt werden. Wird durch das Modulieren ein Testsignal erzeugt, das sich auf eine Spannung zwischen zwei Gleichspannungspotentialen bezieht (etwa zwischen Z- und Z+ beziehungsweise zwischen U- und U+, das heißt Spannungen S2 oder S3), dann wird vorzugsweise eine Wechselspannung als Testsignal verwendet, die eine Frequenz unterhalb der Grundfrequenz der Ansteuerung des Gleichrichters PFC aufweist. Eine entsprechende Frequenz kann beispielsweise ungefähr 10, 5, 2 oder 1 Hz betragen.

Schließlich kann an die Anschlüsse B+ und B- des galvanisch getrennten Abschnitts der Gleichspannungsseite GS ein weiteres Bordnetz angeschlossen werden, beispielsweise eine Batterie B, die beispielsweise als Hochleistungs-Traktionsakkumulator ausgelegt ist. Dieses sich anschließende Bordnetz ist insbesondere nicht Teil der Ladeschaltung.

Die Figur 1 zeigt ein Schutzleiterpotential auf der Seite der Wechselstromquelle, das als Erdungspotential GND dargestellt ist. In der Fahrzeugladeschaltung ist ferner ein Schutzleiterpotential vorgesehen, dass als Chassis-Potential ausgeführt ist. Bei dieser Ausführung handelt es sich zwar um Potentiale unterschiedlicher Herkunft, jedoch um das gleiche elektrische Potential, da die Potentiale miteinander verbunden sind. Um die unterschiedliche Herkunft der beiden Potentiale darzustellen, wird für das Schutzleiterpotential der Wechselspannungsquelle WQ das Bezugszeichen GND verwendet.

Der dargestellte galvanisch isolierte Abschnitt der Gleichspannungsseite GS umfasst ferner einen kapazitiven Spannungsteiler mit den Kondensatoren C1 und C2. Am Verknüpfungspunkt dieses kapazitiven Spannungsteilers liegt das Potential PE an, d.h. insbesondere ein Chassis-Potential. Die Spannung, die im Isolationsfehlerfall die Wechselspannungskomponente enthält, kann auch die Spannung S1 sein, die zwischen dem Verknüpfungspunkt des kapazitive Spannungsteilers C1 , C2 und dem Potential U- liegt, welches ein Gleichspannungspotential eines galvanisch getrennten Abschnitts der Gleichspannungsseite GS ist. Der galvanisch nicht getrennte Abschnitt der Gleichspannungsseite GS erstreckt sich von der Gleichspannungsseite des Gleichrichters PFC bis zur ersten Seite 1 des Gleichrichters GW. Ein galvanisch getrennter Abschnitt der Gleichspannungsseite GS erstreckt sich von der zweiten Seite 2 bis zu den Anschlüssen B+, B- der Ladeschaltung. Der Gleichrichter GW ist eingerichtet, galvanisch trennend Leistung von der ersten Seite 1 zur zweiten Seite 2 zu übertragen. Die erste Seite 1 ist mit der Gleichspannungsseite des Gleichrichters BFC verbunden, während die dazu abgewandte Seite 2 mit den Anschlüssen B+, B- verbunden ist beziehungsweise die Potentiale U- und U+ aufweist.