Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer Hochvoltbatterie, insbeson- dere Hochvoltbatterie eines Elektrofahrzeugs, sowie eine Vorrichtung zum Laden einer solchen Hoch Voltbaterie.

Elektrofahrzeuge (EV) wie beispielsweise Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) oder Bat- terie-Elektrofahrzeugs (BEV) weisen gewöhnlich eine Hochvoltbatterie (z. B. Trak- tionsbatterie) als Energiespeicher mit einer Nennspannung von beispielsweise 400 V oder 800 V auf. Als Hochvoltspannung oder Hochvoltpotenzial (hierin auch kurz HV-Potenzial bezeichnet) wird vorliegend - wie auch im Automotive-Bereich üblich - eine elektrische Gleichspannung von größer als 60 V, insbesondere größer als 200 V verstanden, z. B. 400 V oder 800 V bis etwa 1500 V. Als Niedervoltspan- nung bzw. Niedervoltpotenzial wird eine elektrische Spannung kleiner oder gleich 60 V verstanden, z. B. 12 V, 24 V, 48 V oder 60 V. Die Begriffe Hochvolt- und Niedervoltspannung werden im Zusammenhang mit der hierin offenbarten Erfin- dung synonym zu den Begriffen Hochvolt- bzw. Niedervoltpotenzial mit den vor- stehend angegebenen Spannungsebenen bzw. Spanungsbereichen verwendet.

Es ist allgemein bekannt, in Hochspannungsnetzen Isolationsüberwachungsgeräte oder sogenannte „ISO-Wächter" zur Messung eines Isolationswiderstandes zwi- schen PE (Schutzleiter) und die Hochspannung führenden Leitungen einzusetzen, um die Betriebssicherheit des Hochspannungsnetzes sicherstellen zu können. Ist der aus der Messung ermittelte Isolationswiderstand zu niedrig, kann ein Sicher- heitsmecha riismus die Strom Übertrag ung im Netz unterbrechen , z. B. durch Öffneneines Schalters, Relais o. ä.

Wenn ein Elektrofahrzeug mit einer Hochvoitbatterie, z. B. einer Batterie mit einer Nennspannung von 800 V, an einer Ladestation geladen wird, die eine niedrigere Ladespannung als die Batterienennspannung bereitstellt, d. h. im gegebenen Bei- spiel niedriger als 800 V, zum Beispiel 400 V, ist es ebenfalls üblich, einen DC/DC- Aufwärtswandler zu verwenden, um die von der Ladestation bereitgestellte Span- nung so umzuwandeln, dass sie der Nennspannung der Hochvoltbaterie des Elekt- rofahrzeugs entspricht. Ein derartiger Gleichspannungswandler kann zum Beispiel im Elektrofahrzeug bereitgestellt sein . Je nach Schaltungstopologie kann derAnschluss der Hochvoltbatterie mit einer höheren Nennspannung alsdie von derLadestationbereitgestellte Ladespannung zu einerAsymmetrie,d.h.einerVerschiebung deselektrischen Potenzials,zwi- schenden Hochvöltpotenzialen und derSchutzerde (PE)führen,inderFolge kann derzulässigeBereicheinerIsolationsspannungüberschrittenwer den.Darüberhin- aus kann ein ISO-Wächter- insbesondere beidynamischenAusgieichsvorgängen beispielsweise zu Beginn eines Ladevorgangs - einen falschen Isolationswider- stand berechnen. Der ISO-Wächter, der den Isolationswiderstand zwischen Schutzerde (PE)und derHochvoltseite (HV)überwacht,interpretierteinen hohen StromanstiegalsFolgederAsymmetriealseinenfehlerhaftenIsolati onswiderstand und brichtden Ladevorgang ab,Somitkönnen Elektrofahrzeuge mitHochvoltbat- terien,die eine höhere Batterienennspannung aufweisen als eine von einerLa- destation bereitgestellte Ladespannüng,an solchen Ladestationen nichtoderzu- mindestnichtzuverlässig geladenwerden.

Vordiesem Hintergrund liegtderErfindung die Aufgabe zugrunde,ein Verfahren sowie eine Ladevorrichtung bereitzustellen,diejeweils ein Laden einerHochvolt- batterieaneinerLadestation,dieeineniedrigereLadenennspannung alsdieNenn- spannung derHochvoltbatterie bereitstellt,ermöglichen,wobeidas Laden sicher, stabil,zuverlässig und energieeffizient erfolgen soll.Zudem sollen das Ladever- fahren und die Ladevorrichtung technisch einfach und kostengünstig implemen- tierbarseinsowie kompaktund mitgeringem Gewichtbauen.

DieseAufgabe wird durch einVerfahren mitden Merkmalen desAnspruchs 1 und eineVorrichtung mitden Merkmalen desAnspruchs 11gelöst.Weitere,besonders vorteilhafteAusgestaltungenderErfindung offenbarendiejeweiligenUnteransprü- che.

Es istdaraufhinzuweisen,dassdie in den Ansprüchen einzelnaufgeführten Merk- malein beliebiger,technischsinnvollerWeisemiteinanderkombiniertwerd en kön- nen (auch überKategoriegrenzen,beispielsweisezwischenVerfahrenundVorr ich- tung,hinweg)undweitereAusgestaltungenderErfindungaufzeigen.D ieBeschrei- bung charakterisiert und spezifiziertdie Erfindung insbesondere im Zusammen- hangmit den Figuren zusätzlich. Es seifernerangemerkt,dass eine hierin verwendete,zwischen zweiMerkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder" stets so auszulegen ist,dassineinererstenAusgestaltungdeserfindungsgemäßenGege n- standslediglich daserste Merkmalvorhanden sein kann,in einerzweiten Ausge- staltung lediglich das zweite Merkmalvorhanden sein kann und in einerdritten Ausgestaltungsowohldaserste alsauch daszweite Merkmalvorhanden sein kön- nen.

Außerdem sollein hierin verwendeterBegriff„etwa"einenToleranzbereich ange- ben,den deraufdem vorliegenden Gebiettätige Fachmann als üblich ansieht. Insbesondere ist unter dem Begriff„etwa" ein Toleranzbereich der bezogenen Größe von bismaximal+/-20 bevorzugtbis maximal+/-10 % zuverstehen.

Relative Begriffe bezüglich eines Merkmals,wie zum Beispiel„größer",„kleiner", „höher",„niedriger"und dergleichen,sind im Rahmen derErfindung so auszule- gen, dass herstellungs- und/oder durchführungsbedingte Größenabweichungen des betreffenden Merkmals,die innerhalb derfür die jeweilige Fertigung bzw. Durchführung des: betreffenden Merkmals definierten Fertigungs-/Durchfüh- rungstoleranzen liegen,nichtvondem jeweiligen relativenBegriff erfasstsind.Mit anderen Worten isteine Größe einesMerkmalserstdann alsz.B.„größert,„klei- ner",„höher",„niedriger"u.dgl.anzusehen alseine Größe einesVergleichsmerk- mals,wenn sich die beiden verglichenen Größen in ihrem Wertso deutlich vonei- nander unterscheiden,dass dieserGrößenunterschied sicher nicht in den ferti- gungs-/durchführungsbedingtenToleranzbereich desbetreffenden Merkmalsfällt, sondern dasErgebnisZielgerichteten Handelnsist.

Erfindungsgemäß werden beieinem Verfahren zum Laden einerHochvoltbatterie (z.B.eineTraktionsbatterieeinesElektrofahrzeugs)dieHochvoltb atterie miteiner Batterienennspannung (z.B.800 V)bereitgestelltund eine Ladestation miteiner Ladenennspannung (z.B.400V),die kleineristalsdie Batterienennspannung.Die Hochvoltbatteriekanhohn Beschränkung hieraufbeispielsweisevorgesehensein, ein HochvoltbordnetzeinesFahrzeugszu versorgen,beispielsweise einen Elektro- antrieb eines Elektrofahrzeugs wie beispielsweise Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) oderBatterie-Elektrofahrzeug (BEV). Weiter weist das Verfahren ein elektrisches Verbinden eines stationsseitigen Schutzleiteranschlusses miteinem batterieseitigen Schutzleiteranschlussauf,um einen gemeinsamen Schutzleiter(auch mit„PE" oder„Protective Earth" bezeich- net)dazwischen auszubilden.AufdenSchutzleiterbezogenstelltdie LadestationsymmetrischjeweilsdieHälftederLadenennspannungzw ischeneinem ersten sta- tionsseitigen Hochvoltpotenzial(z.B.positivesHV-Potenzial)unddem Schutzleiter und die Hälfte der Ladenennspannung zwischen einem zweiten stationsseitigen Hochvoitpotenzial(z.B.negativesHV-Potenzial)unddem Schutzleiterbereit.

Weiterhin siehtdasVerfahren vor,eine Spannung zwischeneinem ersten bate- rieseitigen Hochvoltpotenzial (z, B. positives HV-Batteriepotenzial) und dem Schutzleiterandiehalbe Ladenennspannung durchgesteuertesAbleiten einesAb- leitstroms zwischen einem ersten batterieseitigen Hochvoltpotenzial und dem Schutzleiteranzugleichen.Des Weiteren wird das erste stationsseitige Hochvolt- potenzialmitdem ersten batterieseitigen Hochvoltpotenzialelektrisch verbunden, und daszweite stationsseitige Hochvoltpotenzialwird miteinem zweiten batterie- seitigen Hochvoltpotenzial(z.B.negativesHV-Bateriepotenzial),wobeidie Span- nung zwischen dem zweiten stationsseitigen Hochvoltpotenzialund dem Schutz- leiteraufeine Spannungzwischen dem zweiten batterieseitigen Hochvoltpotenzial und dem Schutzleiteraufwärtsgewandeltwird (z.B.mitelseineseinzigen DC/DC- Wandters),um elektrische Energie vonderLadestation indie Hochvoltbatteriezu übertragen(hierinauch alsLadevorgang bezeichnet).

Der Ableitstrom wird beim Ladevorgang mittels einerWiderstandsregeiung eines funktional zwischen dem ersten baterieseitigen Hochvoltpotenzial und dem SchutzleiterwirkendenAbleitwiderstandsgesteuert.DerWiderstan dswertdesAb- leitwiderstands iststetsdurch die elektrischen Größen Strom und Spannung be- stimmt.Die Spannung zwischen dem baterieseitigen HV-Potenzial und dem Schutzleiter ist im Wesentlichen eine Gleichspannung, die ggfs. eine gewisse (Rest-)Welligkeitaufweisen kann.In anderen Worten gehen indieWiderstandsre- gelung sowohlein Spannungswert,z,B.die augenblickliche Spannung zwischen dem ersten baterieseitigen HV-Potenzialund dem Schutzleiter,sowie ein Strom- wert,z.B.deraugenblickliche WertdesAbleitstroms,ein.

Grundsätzlich gilt,dass beim Laden einerHochvoltbaterie an einerLadestation stationsseitig die PE-Symmetrie gewährleistet seinmuss,das heißt, dass die Spannungzwischendem erstenHV-PotenzialderLadestationunddem Schutzleiter betragsmäßig im Wesentlichen derSpannung zwischen dem zweiten HV-Potenzial derLadestationund dem Schutzleiterentspricht.GewöhnlichisteineRestwelligkeit desaufdem SchutzleitergeführtenSpannungspotenzialszu beobachten,dieeinen zuverlässigen Ladebetrieb,insbesondere hierbeidasEinhaltenderstationsseitigen PE-Symmetrie,erschwertund einen möglichen Betriebsbereich einerLadeschal- tung deutlich einengt.

MitelsderWiderstandsregelung,d.h.desüberdieWiderstandsre gelung gesteu- erten Ableitstroms,ermöglichtesdie Erfindung in überraschenderWeise,die sta- tionsseitigePE-Symmetrie;beieinem Ladevorgang dervorbeschriebenenArt(d.h. Batterienennspannung > Ladenennspannung)zuverlässig,stabilund präzise her- zustellen und während;des;gesamten Ladevorgangsaufrechtzuerhalten.

Insbesondereermöglichtdie Widerstandsregelung,die PE-Symmetrie unabhängig von einem;augenblicklichen Spannungsniveau;der Hochvoltbaterie konstant zu halten.Eine Überwachung eines Isolationswiderstands;zwischen den batterieseiti- gen Hochvoltpotenzialen und dem Schutzleiter(z,B,mittelsISO-Wächter)kann im Wesentlichen unbeeinflusstvon dem erzwungenen Angleichen derjeweiligen batterieseitigen Hochvoltpotenziale an die stationsseitige PE-Symmetrie zuverläs- sig durchgeführtwerden.

Im Gegensatz zurhierin offenbarten,erfindungsgemäßen Steuerung des Ableit- stroms mittels;der Widerstandsregelung erfordert zum Beispieleine Konstant- stromregelung,dass derfürdie Regelung erforderliche Sollstrom fortwährend an eine aktuelle Hochspannungslage (d.h.Spannung zwischen HV-Potenzialund PE) angepasstwerden muss.Zudiesem Zweck mussdem Stromregelkreiszusätzliche ein Spannungsregelkreis miteinem wesentlich langsameren dynamischen Verhal- ten überlagertwerden,derdafürsorgt,dass eine herkömmliche Isolationsüber- wachung keine zu hohe Stromänderung detektiert,diealseine fehlerhafte Isolie- rung derLadeschaltung interpretiertwerden würde,waseinenAbbruch desLade- vorgangszurFolge hätte.

Eine derartüberlagerte Spannungsregelschleife sieht dieErfindung nichtvor,so dassdaserfindungsgemäßeVerfahren auch einfacherzu implementieren ist. Das Ladenvon Hochvoltbatterien,wiebeispielsweise800V-Batterien,an Ladesta- tionen miteinergeringeren Ladenennspannung,z.B.400 V,kann mitdervorlie- genden Erfindung zuverlässigdurchgeführtwerden.UnabhängigvonderHöheder tatsächlichen Batterienennspannung größer als die Ladenennspannung kann die technische Kompatibilitätaufzahlreiche weitere Ladestationen erweitert bzw.si- chergestelltwerden.

EinevorteilhafteAusgestaltung derErfindung siehtvor,dasseineSpannung (d.h. Messspannung)zwischen dem ersten batterieseitigen Hochvotpotenzialund dem Schutzleitergemessen wird undderzu dieserSpannung gehörende Ableitstrom gemessen wird (d.h.Messstrom)und hierauseine Widerstands-Sollwertvorgabe (d.h.Sollwiderstand)fürdie Widerstandsregelung desAbleitwiderstands berech- netwird.Die Messspannung und derMessstrom stellen Ist-Werte derjeweiligen physikalischen Größen dar.Die Spannungsmessung kann wahlweise aktivierbar und deaktivierbar sein, ohne zwingend auf eine Zu- und Abschaltbarkeit be- schränktzu sein.Bevorzugterfolgtdie Spannungsmessung hochohmig,z.B.mit einem Eingangswiderstandvonwenigstens10 MΩ odereinigenwenigenVielfachen von 10 MΩ,z.B.20 MΩ,30 MΩ,40 MΩ oder50 MΩ einschließlich derZwischen- werte.Diesstelltsicher,dassdieSpannungsmessung eine Bestimmung und Über- wachung desIsolationswiderstandsunddamiteinezuverlässigeDurchführu ngdes Ladevorgangsim Wesentlichen nichtnegativ beeinflusst.

Nach eineranderen vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstands wird ein Sollwiderstand desAbleitwiderstands nach einem Abklingeneinestransienten Einschwingvorgangszu Beginn derEnergieübertragung (d.h.des Ladevorgangs), nachdem ein im Wesentlichen stabiler Energieübertragungszustand erreicht ist, ausder gemessenen Spannung und dem gemessenenAbleitstrom berechnetwird und beidernachfolgenden Steuerung desAbleitstromskonstantgehalten.Dem- nach wird derSollwiderstand nach EinregelriderSpannungslagenautomatischan- hand derSpannungs-und Strom messwerte errechnet und anschließend in den zulässigen Grenzen eingestellt.Während des Einschwingvorgangs zuBeginn der Energieübertragung (d.h.kurznach dem Einschalten desLadevorgangs)tann der Sollwiderstand dynamischverändertwerden,wobeidieservorzugsweise nach un- ten durch einen vorherbestimmten,konstanten Minimalwert begrenztwird,den derfürdie Widerstandsregelung verwendete Sollwiderstand nichtunterschreiten kann.Insgesamtkann hierdurch das Konvergenzverhalten derWiderstandsrege- lung weiterverbessert werden.

Eine;weitereworteilhafte Ausgestaltung derErfindung siehtvor,dass ein Isolati- onswiderstand zwischen dem ersten batterieseitigen Hochvoltpotenzialund dem Schutzleiter und/oderzwischen dem zweiten batterieseitigen Hochvoltpotenzial und dem SchutzleitermittelseinerIsolationsüberwachungseinrichtung(z .B.ISO-

Wächter)ermitteltund überwachtwird,wobeiderIsolationsüberwachungseinrich- tung derberechneteAbleitwiderstand bereitgestelltwird.AufdieseWeise kanndie Isolationsüberwachungseinrichtung unmittelbar aus dem übermittelten Ableitwi- derstand und dem ermittelten Isolationswiderstand den Gesamtisolationswider- stand derSchaltung bestimmen.In anderenWorten wird deraugenblickliche Wft derstandswertdes Ableitwiderstands von derIsolationsüberwachungseinrichtung berücksichtigt,um den augenblicklichen Gesamtisolationswiderstand der Schal- tung zu berechnen.DerGesamtisolationswiderstand kanngenau,schnellundohne zusätzlichenAufwand bestim mtwerden.

Zu weiteren Verbesserung derWiderstandsregelung kann die gemessene Span- nung zwischen dem ersten batterieseitigen Hochvoltpotenzialund dem Schutzlei- tervorderBerechnung desAbleitwiderstandsmittelseinesTiefpassfiltersgefiltert werden,um hochfrequenteStörungenim Messsignalwirksam zuunterdrückenund dieWiderstandsregelungweiterzu stabilisieren.

Eine anderevorteilhafteWeiterbildung siehtvor,dassderTiefpassfilterwahlweise miteinerersten Grenzfrequenz undeinerzweitenGrenzfrequenz betrieben wird, wobei die erste Grenzfrequenz größerist als die zweite Grenzfrequenz und der Tiefpassfilterm itderersten GrenzfrequenzwährendeinestransientenEinschwing- vorgangszu BeginnderEnergieübertragungbzw.desLadevorgangsbetriebenwird und derTiefpassfiltermitderzweiten Grenzfrequenzbetriebenwird,nachdem ein im WesentlichenstabilerEnergieübertragungszustanderreichtist.A ufdieseWeise wirdderhohen DynamikzuBeginndesLadevorgangsRechnunggetragenundeineschnell e undzuverlässige Konvergenz derWiderstandsregerung erreicht.

Optionalkann die Widerstandsregelung eine Widerstandsdriftkompensation auf- weisen,dieeineschleichende (d.h.im VergleichzueinerZeitdauereineseinzigen Ladevorgangs wesentlich langsamerauftretende)Widerstandsveränderung eines Isolationswiderstandszwischendem ersten batterieseitigen Hochvoltpotenzialund dem Schutzleiterund/oderzwischen dem zweiten batterieseitigen Hochvoltpoten- zialund dem SchutzleiterbeiderBestimmung desAbleitwiderstandsautomatisch ausgleicht.Hierunteristinsbesondereeine aufAlterung beruhende Änderung von MaterialeigenschaftendesIsolationswiderstandszuverstehen,die beinachlassen- derIsolationswirkungbeispielsweisezuunerwünschtenKriechstrà ¶menführen kön- nen unddenwirksamenIsolationswiderstandverringern.DieWiderstands regelung zurSteuerung;desAbieitstroms kann selbstbeiVorgabe eines konstanten Sollwi- derstandsaufdiese Weise automatischandie schleichende Widerstandsverände- rung desIsolationswiderstandsangepasstwerden und die Betriebszuverlässigkeit weitererhöhen.Derhiererwähnte Isolationswiderstand kann mitdem voneiner Isolationsüberwachungseinrichtung - wie vorstehend bereits beschrieben - be- stimmten Isolationswiderstand übereinstimmen.

Nach einerbesondersbevorzugten Ausgestaltung wird derAbleitstrom mittelsei- nesTransistorsin einem linearen Betriebsbereich (d.h.außerhalb einesgesättig- ten Zustands)gesteuert.Transistorbauelemente,z.B.Leistungshalble iterwieFET oder MOSFET,die hohe Ströme schalten und leiten können,sind allgemein gut verfügbar.DaherkanndieStromableitung mitgeringenKostenimplementiertwer- den,Darüberhinaus erlaubtderTransistoreine hochdynamische Steuerung des Abieitstroms, die eine mögliche Unterbrechung des Ladevorgangs durch einen fälschlicherweise zu gering ermittelten Isolationswiderstand zuverlässig verhin- dert,insbesondereWährend einestransienten Einschaltvorgangszum Beispielun- mittelbarnach Beginn desLadevorgangs(d.h.Energieübertragung).

Da derTransistordenAbleitstrom nurzwischen dem ersten batterieseitigen Hoch- voltpotenzialunddem Schutzleitersteuert,liegtdiezuschaltendemaximaleSpan- nung überdem Transistorin der Größenordnung von lediglich derhalben Lade- nennspannung.Daherkönnen in vorteilhafterWeiseTransistoren miteinergerin- geren BelastbarkeitzurSteuerung desAbleitstromsverwendetwerden,beidurch- zuführenden Ladevorgängen an 400 V-Ladestationen zum BeispielTransistoren vom 650 V-Typanstellevon üblicherweise 1200 V-Transistoren.

Zur weiteren ErhöhungderBetriebssicherheit kann derTransistorbeiAuftreten einerÜberspannung zwischen einem denAbleitstrom aufnehmenden Eingangsan- schluss (z. B. Drain- oder Source-Anschluss) und einem den Ableitstrom abgebendenAusgangsanschluss(d.n.Source-bzw.Drain-Anschluss)m ittelseiner

Klemmschaltung kurzgeschlossen werden.

Die Widerstandsregelung kann bevorzugtmittelseinerdigitalenVerarbeitungsein- heit,z. B. Mikroprozessor, Mikrocontroller etc.ausgeführt werden.Die Wider- standsregelung selbstkannindiesem Fallausschließlich inSoftwareimplementiert sein.Hierdurch lässtsich eine hohe Flexibilität und einfache Anpassbarkeitder Erfindung an unterschiedliche Einsatzzwecke erreichen.

Gemäß einem weiterenAspektder Erfindung weisteine Vorrichtung zum Laden einerHochvoltbatterie,z,B.eineTraktionsbatterieeinesElektrof ahrzeugs,mitei- nerBatterienennspannung (z.B.800V)an einerLadestationmiteinerLadenenn- spannung (z.B.400V),die kleineristalsdie Batterienennspannung,einen batte- rieseitigen Schutzleiteranschluss zum Verbinden mit einem stationsseitigen Schutzleiteranschluss auf,um beieinerVerbindung einen gemeinsamen Schutz- leiterdazwischen auszubilden,bezogen aufwelchen die Ladestation symmetrisch jeweils die Hälfte derLadenennspannung zwischen einem ersten stationsseitigen Hochvoltpotenzial(z.B.positives HV-Potenzial) und dem Schutzleiter unddie Hälfte derLadenennspannung zwischen einem zweiten stationsseitigen Hochvolt- potenzial(z.B.negativesHV-Potenzial)und dem Schutzleiterbereitstellt.

Die Hochvoltbatterie kann ohne zwingende Beschränkung hieraufbeispielsweise vorgesehen sein,ein Hochvoltbordnetz eines Fahrzeugs zu versorgen,beispiels- weiseeinen ElektroantriebeinesElektrofahrzeugswiebeispielsweiseHybrid-E lekt- rofahrzeug (HEV)oderBatterie-Elektrofahrzeug (BEV).

Weiterhin weist die Vorrichtung erfindungsgemäß einen ersten batterieseitigen, mit einem ersten batterieseitigen Hochvoltpotenzial (z. B. positives HV- Batteriepotenzial)verbundenenLadeanschlusszum Verbinden mitdem erstensta- tionsseitigen Hochvoltpotenzialaufund einen zweiten batterieseitigen,miteinem zweiten batterieseitigen Hochvoltpotenzial(z.B.negatives HV-Batteriepotenzial) verbundenen Ladeanschluss zum Verbinden mit dem zweiten stationsseitigen Hochvoltpotenzialsowie einen Aufwärtswandler(z.B.DC/DC-Wandler),um eine Spannung zwischen dem zweiten stationsseitigen Hochvoltpotenzial und dem Schutzleiteraufeine Spannung zwischen dem zweiten batterieseitigen Hochvolt- potenziaiund dem Schutzleiterzu wandeln. Darüberhinaus weist die Ladevorrichtung eine Steuereinrichtung auf,die einge- richtetist,ein Verfahren nach einerderhierin offenbarten Ausgestaltungen aus- zuführen,um durch gesteuertesAbleiten eines:Ableitstroms mittelseinerWider- standsregelung einesfunktionalzwischendem erstenbatterieseitigen Hochvoltpo- tenzialunddem SchutzleiterwirkendenAbleitwiderstandseineSpannungzwischen dem ersten batterieseitigen Hochvoltpotenziaiund dem Schutzleiteran die halbe Ladenennspannung derLadestation anzugleichen.

Die Steuereinrichtung kann beispielsweise alsdigitalenVerarbeitungseinheit,z.B. Mikroprozessor,Mikrocontroller,digitalerSignalProzessor(DSP) etc.,ausgeführt seih.

Es seidaraufhingewiesen,dassbezüglich vorrichtungsbezogenerBegriffsdefiniti- onen sowie derWirkungen und Vorteile vorrichtungsgemäßer Merkmale vollum- fänglich aufdie Offenbarung sinngemäßerDefinitionen,Wirkungen und Vorteile deserfindungsgemäßenVerfahrenszurückgegriffen werden kann und umgekehrt Insofernwird aufeine Wiederholungvon Erläuterungen sinngemäß gleicherMerk- male,deren Wirkungen und Vorteile zugunsten einerkompakteren Beschreibung weitgehend verzichtet,ohne dass derartige Auslassungen als Einschränkung für denjeweiligen Erfindungsgegenstand auszulegenwären.

Gemäß einerbevorzugtenAusführungsförm des Erfindungsgegenstands1stferner eine Isolationsüberwachungseinrichtung zur Ermitlung und Überwachung eines Isolationswiderstandszwischendem ersten batterieseitigen Hochvoltpotenzialund dem Schutzleiterund/oderzwischen dem zweiten baterieseitigen Hochvoltpoten- ziaiund dem Schutzleitervorgesehen.DieIsolationsüberwachungseinrichtung ge- währleistetzuverlässig die Betriebssicherheitwährend einesLadevorgangs,indem derLadevorgang beiUnterschreiten eines kritischen WiderstandswertsdesIsola- tionswiderstandsabgebrochen wird.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung siehteinen in einem Linearbereich (d.h. außerhalb eines gesättigten Zustands)betreibbaren Transistor(z.B.Leistungs- halbleiterwie FET,MOSFET etc.)zurSteuerung desAbleitstromsvor. Darüberhinaus kann eine Klemmschaltung vorgesehensein,die ausgebildetist, beiAuftreteneinerÜberspannungzwischeneinem denAbleitstrom aufnehmenden Eingangsanschluss (z.B.Drain-Anschluss)desTransistorsund einem den Ableit- strom abgebenden Ausgangsanschluss (z.B.Source-Anschluss)des Transistors den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss kurzzuschließen,um die Be- triebssicherheitderVorrichtung weiterzu erhöhen.

Indiesem Sinnekannvorteilhaft aucheinsteuerbaresSchaltelement(z.B.Relais) zum wahlweisengalvanischenTrennendesTransistorsvom erstenbatterieseitigen Hochvoltpotenzialund/odervom zweitenbatterieseitigenHochvoltpotenzialbereit- gestelltsein.

Weitere Merkmale und Vorteile derErfindung ergeben sich ausderfolgenden Be- schreibung nichteinschränkend zu verstehenderAusführungsbeispiele;derErfin- dung,dieim FolgendenunterBezugnahmeaufdieZeichnung nahererläutert;wird. IndieserZeichnungzeigen schematisch

Fig.1 ein Funktionsdiagramm einesAusführungsbeispielseinerVorrichtung zum LadeneinerHöchvoltbatterieaneinerLadestationgemäßderEr- findung in einem ersten Betriebszustand,

Fig.2 dieVorrichtung aus Fig,1in einem zweiten Betriebszustand,

Fig.3 dieVorrichtung ausFig.1 in einem dritten Betriebszustand,

Fig,4 dieVorrichtung ausFig.1 in einem vierten Betriebszustand,

Fig.5 eine detaillierteAnsichteinesTeilsderVorrichtung ausFig.4,

Fig.6 ein Funktionsdiagramm einesAusführungsbeispielseines Verfahrens zum LadeneinerHöchvoltbatterieaneinerLadestationgemäß derEr- findung und

Fig.7 ein Funktionsdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens;zum LadeneinerHochvoltbaterie aneinerLadestationge- mäß derErfindung. In den unterschiedliehen Figurensind hinsichtlichihrerFunktiongleichwertigeTeile stets mitdenselben Bezugszeichen versehen,so dassdiese in derRegelauch nur einmalbeschriebenWerden.

Fig.1 stelltein Funktionsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einerVorrichtung 1 zum Laden einerHochvoltbatterie 2 an einerLadestation 3 gemäß derErfindung in einem ersten Betriebszustand dar.Die Fig.2,3 und 4 stellen die Vorrichtung 1 jeweils in einem zweiten,driten bzw.vierten Betriebszustanddar.Sie dienen dazu,ein AusführungsbeispieleinesVerfahrenszum Laden derHochvoltbatterie 2 an derLadestation 3 gemäß derErfindung darzustellen.

Die in Fig.1 gezeigte Vorrichtung 1 wird vorliegend beispielhaft und ohnezwin- gende Beschränkung hieraufin einem Elektrofahrzeug 4 (z.B.HEV oder BEV), verwendet,um die HV-Batterie 2,die hierbeispielsweise eine Traktionsbaterie des Fahrzeugs4 ist,an derLadestation 3 zu laden.Die HV-Batterie 2 weistzum Beispieleine Batterienennspannung von 800 V auf.Eine zwischen einem ersten baterieseitigen HochvoltpotenzialHVP und einem zweiten baterieseitigen Hoch- voltpotenzialHVN bereitgestellte Batteriespannung istin den Fig.mitU _bat bezeich- net,Die Ladestation3 weistzum Beispieleine max,Ladenennspannungvon400 V auf.Eine zwischeneinem erstenetationsseitigen HochvoltpotenzialHV+ undeinem zweitenstationsseitigen HochvoltpotenzialHV-bereitgestellte Ladespannung istin den Fig.mitU _c bezeichnet.

Des Weiteren istin Fig.1 sowohlstationsseitig als auch baterieseitig ein Schutz- leiter PE zu erkennen. Beide Schutzleiterteile sind über einen stationsseitigen Schutzleiteranschluss (nicht explizit dargestellt) mit einem; baterieseitigen Schutzleiteranschluss5elektrischverbindbar,um einengemeinsamenSchutzleiter PE dazwischen auszubilden,wie in Fig.2 dargestelltist.

Bezogen aufden SchutzleiterPE stelltdie Ladestation 3 symmetrisch jeweils die Hälfte U _c /2 derLadespannung U _c zwischen einem erstenstationsseitigen Hochvolt- potenzialHV+ und dem SchutzleiterPE und die Hälfte U _c /2 derLadenspannung U _c zwischen einem zweiten stationsseitigen HochvoltpotenzialHV-und dem Schutz- leiter(PE)bereit. Batterieseitige Ladeanschlüsse 6 und 7 zum elektrischen Verbinden des ersten batterieseitigen HV-Potenzials HVP mitdem ersten stationsseitigen HV-Potenzial HV+ bzw,zum elektrischen Verbinden deszweiten batterieseitigen HV-Potenzials HVN mitdem zweiten stationsseitigen HV-PotenzialHV-sind in Fig.1 ebenfalls dargestellt.

Die Ladevorrichtung 1ausFig.1weistfernereinen DC/DC-Aufwärtswandler8auf, derin Reihezwischen dem zweitenLadeanschluss7und dem zweiten batteriesei- tigen HV-PotenzialHVN geschaltetist.DerDC/DC-Aufwärtswandler8istso konfi- guriert,dasserdie DC-Ladespannung (im vorriegenden Fall400V)aufdie Bat- terienennspannung U _bat (im vorliegenden Fall800 V)anhebt,d.h.der DC/DC- Aufwärtswandler8 hebtdie von der Ladestation 3 bereitgestellte Spannung im vorliegenden Fallum 400 V an,d.h.die Step-Up-Spannung Utmostbeträgtin dem in Fig.1dargestellten Beispiel400 V.

Aus Sicherheitsgründen werden in Hochvoltnetzen wiedem von derLadestation 3 und derHV-Batterie 2während einesLadevorgangstemporärgebildeten Netzüb- licherweiseIsoiationsüberwachungseinrichtungen9 odersogenannteISO-Wächter zurBestimmungund ÜberwachungeinesIsolationswiderstandsR _iso p,R _isoN zwischen PE und dem entsprechenden batterieseitigen HV-PotenzialHVP bzw.HVN einge- setzt,wiein Fig.1dargestelltist.WenndieermiteltenIsolationswiderständeR _iso p, R _isoN untervorgegebene Widerstandsschwellenwerte fallen,wird ein Sicherheits- mechanismus (nichtdargestellt)ausgelöst,um eine Energieübertragung (vgl.Fig. 4)zwischenderLadestation3 undderHV-Batterie2 unmittelbarzuunterbrechen, z.B. durch Öffnen einesSchalters,Relaisund dergleichen.Esverstehtsich,dass die Isolationsüberwachungseinrichtungen 9 Bestandteile der Ladevorrichtung 1 sein können.Die Erfindung istjedoch nichtnotwendigerweise daraufbeschränkt. Die Überwachungseinrichtungen 9 können Komponenten sein,die außerhalb der Ladevorrichtung 1vorgesehensind,also nichtin derLadevorrichtung 1selbstent- halten sind.

Die jeweiligen Isolationswiderstände R _isoP ,R _isoN werden von den batterieseitigen Isolationsüberwachungseinrichtungen 9 überwacht.Obwohlin Fig.1 nichtdarge- steilt,verstehtes sich,dass ähnliche Isolationsüberwachungseinrichtungen auch in derLadestation 3 vorgesehensein können. In derin Fig.1dargestellten Situation liegtdie Bateriespannung U _bat bezogen auf den SchutzleiterPEzurHälftezwischendem HV-Potenzia!HVPund PE(d.h.U _bat /2) und zuranderen Hälfte zwischen dem HV-PotenzialHVN und PE (d.h.U _bat /2)an, wie in Fig.1 dargestelltist.'

FernerzeigtFig.1 einen funktionalen Ableitwiderstand 10 derbeispielhaften La- devorrichtung 1,derin Fig.5 detailliert dargestelltistund beiderBeschreibung vonFig.5 ausführlicherdargelegtwerden wird.

Anhand derFig.1 bis4wirdnuneinAusführungsbeispieleineserfindungsgemäßen Verfahrens zum Laden einerHochvoltbatterie (z.B.HV-Batterie 2)beschrieben, das die Schritte aufweist:

- Bereitstellen derHochvoltbatterie 2 miteinerBatterienennspannung U _bat (vgl. Fig,1 )

- Bereitstellen einerLadestation (z.B.Ladestation 3)miteinerLadenennspan- nung U _c ,die kleineristalsdie Batterienennspannung (vgl.Fig.1),

- elektrisches Verbinden eines stationsseitigen Schutzleiteranschlusses mit ei- nem batterieseitigen Schutzleiteranschluss (z.B.Anschluss 5),um einen ge- meinsamen SchutzleiterPE dazwischen auszubilden,bezogen aufwelchen die Ladestation 3 symmetrisch jeweils die Hälfte U _c /2 der Ladenennspannung U _c zwischen einem ersten stationsseitigen Hochvoltpotenzial HV+ und dem SchutzleiterPE und die Hälfte U _c /2derLadenennspannung U _c zwischen einem zweiten stationsseitigen HochvoltpotenzialHV-und dem SchutzleiterPE bereit- stellt(vgl.Fig,2),

- AngleicheneinerSpannung zwischen einem ersten batterieseitigen Hochvolt- potenzialHVP und dem SchutzleiterPE an die halbe Ladenennspannung (U _c /2) durch gesteuertesAbleiten einesAbleitstromsI _d zwischen einem ersten batte- rieseitigeri HochvoltpotenzialHVP und dem SchutzleiterPE (vgl,Fig.3),

- elektrisches Verbinden des ersten stationsseitigen HochvoltpotenzialHV+ mit dem ersten batterieseitigen HochvoltpotenzialHVP und elektrischesVerbinden deszweitenstationsseitigen HochvoltpotenzialHV-miteinem zweiten baterie- seitigen HochvoltpotenzialHVN,wobeidie Spannung zwischen dem zweiten stationsseitigen HochvoltpotenzialHV-und dem SchutzleiterPE aufeine Span- nung zwischen dem zweiten batterieseitigen HochvoltpotenzialHVN und dem SchutzleiterPE aufwärtsgewandeltwird (z.B.mittelsdes DC/DC-Wandlers8), um elektrische EnergievonderLadestation 3 in die Hochvoltbatterie 2zuüber- tragen(vgl,Fig.4),und

- Steuern desAbleitstromsI _d mittelseinerWiderstandsregelung einesfunktional zwischen dem ersten batterieseitigen HochvoltpotenzialHVP und dem Schutz- leiterPE wirkendenAbleitwiderstands10.

Aus den Fig.1 bis 4 istersichtlich,dass ohne Ableiten desAbleitstroms I _d eine Asymmetrie,d.h. eineVerschiebung des elektrischen Potentials zwischen den Hochspannungsseiten HV+ und HVP in Bezug aufPE,dazu führt,dass zwischen derLadestation 3 undderHochvoltbatterie 2 unmittelbarnachderHerstellungder elektrischen Verbindung zwischen diesen (d.h.nach Aktivierung des Ladevor- gangs) hohe transiente Ströme fließen würden.Diese Verschiebung kann dazu führen,dass eineIsolationsspannungzwischen den HV-Potenzialen HVP, HVN, HV+, HV- und PE überschritten wird.Zusätzlich würden die Isolationsüberwa- chungseinrichtungen9 aufgrundderhohen Ausgleichströme einen falschenIsola- tionswiderstand R _isoP und/oderR _isoN ermitteln.Derhohe Stromanstieg würde als fehlerhafterIsolationswiderstand R _isoP ,R _isoN interpretiert werden und derLadevor- gang würde unterbrochen werden.

Die Erfindung vermeidetsolche Betriebszustände wirksam und ermöglichtein zu- verlässiges,sicheresundeffizientesLaden derHochvoltbatterie2 anderLadesta- tion 3,die eine Ladespannung U _c bereitstellt,die kleineristals die Batteriespan- nung U _bat derHochvoltbatterie2;

Fig.5stellteinedetaillierteAnsichtdesfunktionalenAbleitwi derstands10 derVor- richtung 1ausFig.4 dar.Wiezu erkennen ist,wird beidervorliegenden Ladevor- richtung 1 bzw.Ladeverfahren derAbleitstrom I _d mittelseinesTransistors 11 (z. B,Leistungshalbeiterschalterwie FET,MOSFET o.ä.)gesteuert,wobeiderTran- sistor11 in einem linearen Betriebsbereich betrieben wird.

MittelseinerSteuereinrichtung μC,die bevorzugtalsdigitaleVerarbeitungseinheit Wie z.B.Mikroprozessor,Mikrocontroller,DSP o,ä,ausgebildetistund daserfin- dungsgemäße Verfahrenausführt,wirdderTransistor11 derartangesteuert,dass sich die Stromableitung I _d im Wesentlichen funktionalwie ein gesteuerterohm- scherWiderstand zwischen dem HochvoltpotenziaiHVP und PE miteinstellbarem Widerstandswert verhält.Diesersteuerbare Widerstand wird hierin als Ableitwi- derstand 10 bezeichnet.

Der Ableitstrom I _d wird mittels einerWiderstandsregelung desAbleitwiderstands 10 derartgesteuert,dass die Spannung zwischen dem ersten batterieseitigen HochvoltpotenzialHVP und dem SchutzleiterPE an die halbe Ladenennspannung U _c /2 der Ladestation 3 angeglichen wird.Die Widerstandsregelung ist in Fig.5 innerhalb derUmrisslinien derSteuereinrichtung μC mitihren wesentlichen Funk- tionsgruppen dargestellt.

Wie zuerkennenist,wirdvorliegendeine Spannung U _m (d.h,Messspannung)zwi- schen dem ersten batterieseitigen HochvoltpotenzialHVPund dem SchutzleiterPE gemessen.Außerdem wirdderzu dieserMessspannung U _m gehörendeAbleitstrom I _d als Messstrom I _m gemessen.Aus den Messwerten U _m und I _m wird eine Wider- stands-Sollwertvorgabe,d.h.ein Widerstandssollwert R _s ,fürdie Widerstandsre- gelung desAbleitwiderstands 10 berechnet.DieMessspannung U _m und derMess- strom I _m stellen Ist-Wertederjeweiligen physikalischenGrößen dar.

Wie Fig.5 zu entnehmen ist,ist ein BestandteilderWiderstandsregelung eine Spannungsregelung 12,welchedienormalerweisezwischendem HV-PotenzialHVP und PEanliegendeSpannung U _bat /2 (vgl.Fig,1)aufdie halbe Ladespannung U _c /2, die den Spannungssollwert derSpannungsregelung 12 darstellt,regeltund bei- spielsweisealseinePI-Regelungausgeführt seinkann.HierzuwirdderSpannungs- regelung 12die Messspannung U _m zugeführt,wie in Fig.5dargestelltist.Anschlie- ßend wird dervon derSpannungsregelung 12 ausgegebeneSpannungswertunter BerücksichtigungdesMessstromsI _m ineinenWiderstandswertR umgerechnet,um dieWiderstands-Sollwertvorgabe R _s zu erhalten.ZurErhöhungderBetriebssicher- heitkann die Berechnung desSollwiderstands Rs durch einevorbestimmbare Wi- derstandsuntergrenze R _lim nach unten begrenztwerden.Insbesondere zu Beginn desLadevorgangs,dereinentransientenVorgang darstellt,stelltdieWiderstands- begrenzung R _lim sicher,dass die Widerstandsregelung nichtaufunzulässig kleine Widerstandswerte R regelt.Dergeregelte Widerstand R weistsomitinjedem Fall den Mindestwiderstand R _lim auf.

Da mittels desTransistors 11derAbleitstrom I _d gesteuert wird,wandeltdie Wi- derstandsregelung den Sollwiderstand Rs unter Berücksichtigung der erfassten Messspannung U _m in einen Sollstrom I _s um, der einerStromregelung 13 bzw. Stromregelschleife,diebeispielsweisealseinePID-Regelungausge führtseinkann, zugeführtwird,wie in Fig.5 dargestelit ist.Die Strom regeiung 13 steuert den Transistor 11 derart,dass dieserden dem zuvorbestimmten Sollwiderstand R _s entsprechenden Ableitstrorn I _d beideraugenblicklich überdem Transistor11 an- liegenden Messspannung U _m durchleitet.Damitverhältsich derAbleitwiderstand 10 funktionalwieein realerohmscherWiderstand,derzwischendem HV-Potenzial HVP und dem SchutzleiterPE geschaltetwäre.

DieWiderstandsregelungdervorliegenden Ladevorrichtung 1wirdvollständigvon derdigitalen VerarbeitungseinheitμC durchgeführt und istdamitvorliegend eine digitale Widerstandsregelung.DieAnsteuerung derStrom regelung 13 kann wahl- weise ebenfalls von derdigitalen Verarbeitungseinheit μC durchgeführtwerden, obwohldie Stromregelung 13 desin Fig.5 dargestelltenAusführungsbeispielsau- ßerhalbderdigitalenVerarbeitungseinheitμC dargestelltistundvorliegendanalog, z,B.unterVerwendungeinesOperationsverstärkers(nichtdargeste llt),implemen- tiertist.Die Strom-Sollwertvorgabe I _s fürdie Stromregelung 13 kann analog mit- tels einesDigital-Analog-Konverters(DAC)odermittelseinespulsweite nmodulier- ten Signals(PWM)bereitgestelltwerden.

In Fig.5 ist weiter zu erkennen,dass die beispielhafte Ladevorrichtung 1 eine optionale Klemmschaltung 14 aufweisen kann,mitwelcherderTransistor11 bei Auftreten einerÃœberspannung zwischen einem den Ableitstrom I _d aufnehmenden Eingangsanschluss und einem den Ableitstrom I _d abgebenden Ausgangsanschluss kurzgeschlossen wird.

Außerdem stelltFig.5 ein Widerstandsnetzwerk15dar,das beispielsweise einen Widerstand von etwa 100 kΩ ineinernichtnäherdargestelltenKonfiguration3P3S von Einzelwiderständen (vorliegend z. B.3 parallelverschaltete Widerstands- strängemitjeweils3 Serienwiderständen)aufweisen kann,DasWiderstandsnetz- werk 15 begrenztden maximalen Ableitstrom I _d ,um die Betriebssicherheitder Vorrichtung 1weiterzu erhöhen.

Des Weiteren ist in Fig.5 ein Steuerbares Schaltelement 16 (z.B.Relais) zum wahlweisen galvanischen Trennen desTransistors 11vom ersten batterieseitigen HochvoltpotenzialHVP zuerkennen. Fig.6stellteinFunktionsdiagramm einesweiterenAusführungsbeispielseinesVer- fahrenszum Laden einerHochvoltbatterie (z.B.HV-Batterie 2)an einerLadesta- tion (z.B.Ladestation 3)gemäß derErfindung dar.Neben den bereits in Fig.5 gezeigten funktionalen Komponenten,istFig,6 zusätzlich einTiefpassfilter17 zu entnehmen.Vorliegend wird diergemessene Spannung U _m zwischen dem ersten batterieseitigen HochvoltpotenzialHVP und dem SchutzleiterPE vorderBerech- nung desSollwiderstands R _s mittelsdesTiefpassfiltersgefiltert.Außerdem istder wesentlicheTeilderWiderstandsregelung in Fig.6 miteinergestrichelten Umran- dung 20 gekennzeichnet.

Der Tiefpassfilter 17 kann beidem vorliegenden Ausführungsbeispielwahlweise miteinerersten Grenzfrequenzf _G1 und einerzweitenGrenzfrequenzf _G2 betrieben werden,wobeidie ersteGrenzfrequenzfsigrößeristalsdiezweiteGrenzfrequenz f _G2 .DerTiefpassfilter17 wirdhierbeimitderersten Grenzfrequenz f _G1 während einestransientenEinschwingvorgangszu Beginn derEnergieübertragung (d.h.zu Beginn des Ladevorgangs)betrieben und anschließend mitderzweiten Grenzfre- quenzf _G2 betrieben,nachdem einim Wesentlichen stabilerEnergieübertragungs- zustanderreichtist.TrotzderwährenddestransientenEinschwingv organgshohen elektrischen DynamikwirdaufdieseWeise eineschnelleundzuverlässige Konver- genzder Widerstandsregelungerreicht.

Das zu steuerndeSystem,z.B.dasLaden derHV-Batterie 2 anderLadestation 3 unterVerwendung derSteuerung des Ableitstroms I _d mittels desTransistors 11, istinFig.6 bei18 dargestellt,eineMesseinrichtungzum ErfassenderMessgrößen U _m und I _m bei19.Zusätzlich zu den Spannungs-und Strom messwerten Um bzw. Im kann die Messeinrichtung 19 weitere Messwerte wie beispielsweise eineTem- peratur(nichtdargestellt)derLadeschaltung bzw,desAbleitwiderstands 10,der HV-Batterie 2 und dergleichen erfassen,die fürden Betrieb derLadevorrichtung ebenfalls berücksichtigtwerden können,um beispielsweise beiÜberschreiten zu- lässigerGrenzwerte eine Unterbrechung desLadevorgangszu bewirken.

Fig.7 stelltein Funktionsdiagramm eines noch weiteren Ausführungsbeispieis ei- nes Verfahrens zum Ladeneiner Hochvoltbatterie (z.B.HV-Batterie 2)an einer Ladestation (z.B.Ladestation 3) gemäß der Erfindung dar.Beidem vorliegend dargestellten Verfahren weist die Widerstandsregelung zusätzlich eine strichpunktiert umrandete Widerstandsdriftkompensation 21 auf,die eine schlei- chende und damitim Vergleich zu einerZeitdauereines einzigen Ladevorgangs wesentlich langsamerauftretendeWiderstandsveränderung 22 einesIsolationswi- derstands zwischen dem ersten batterieseitigen HochvoltpotenziaiHVP und dem SchutzleiterPE (z.B,Isolationswiderstand R _isoP )und/oderzwischen dem zweiten batterieseitigen HochvoltpotenziaiHVP und dem SchutzleiterPE (z.B.Isolations- widerstandR _isoN )beiderBestimmungdesSollwiderstandsR _s desAbleitwiderstands (z.B.Ableitwiderstand 10)automatisch ausgleicht.Die Widerstandsveränderung 21 stellteinen StöreinflussbeiderWiderstandsregelung desAbleitwiderstands 10 (vgl.Fig.1)dar.DieserwirddurcheinenWiderstandsdriftregler23b ei;derBestim- mung desSollwiderstandsR _s berücksichtigt.Zusätzlichwird die Messspannung U _m vorliegend vorderDriftregelung 23 mittelseinesFilters24 gefiltert.

In Fig.7 istdie Messeinrichtung 19 nichtdargestellt,sondern lediglich die dem gesteuerten System 18 entnommenen Messgrößen U _m und I _m .

Darüberhinausweistdasin Fig.7dargestellteVerfahren gegenüberdem inFig.6 dargestelltenVerfahren die Besonderheitauf,dasszu Beginn des Ladevorgangs, d,h. während destransienten Einschwingvorgangs beim Einsetzen derEnergie- übertragung zwischen derLadestation 3 und derHV-Batterie 2,in einerersten Regelstufe A lediglich eine Spannungsregelung,z.B.die Spannungsregelung 12, zurBestimmung des Sollstroms I _s fürdie Stromregelung 13 desAbleitstroms I _d verwendetwird.Nachdem derEinschwingvorgang abgeklungenist,das heißtdie; Energieübertragung einen im Wesentlichen stabilen Zustand erreichthatund sich folglich die zwischen dem HV-PotenzialHVP und dem SchutzleiterPE anliegende Spannung aufdie halbe Ladespannung U _c /2 eingeschwungenhat,wechseltdasin Fig.7 dargestellte Verfahren zurzweiten Regelstufe B (durch gestrichelte Linien gekennzeichnet),um dieWiderstandsregelung desAbleitwiderstands 10 (vgl.Fig. 1)während desLadevorgangsauszuführen.DieersteRegelstufeA wird durchden Wechselbeendet.

Beim WechselvonStufe A nach B wird beidem vorliegend dargestellten Ausfüh- rungsbeispielderSollwiderstand R _s desAbleitwiderstands10 nachdem Abklingen einestransienten EinschwingvorgangsausdergemessenenSpannung U _m und dem gemessenen Ableitstrom I _m berechnetund beidernachfolgenden Steuerung des Ableitstroms I _d ,das heißt beiderWiderstandsregelung,konstant gehalten.Der Widerstandssollwert R _s wird damit vorliegend während des Ladevorgangs nicht mehr verändert.

Es seierwähnt,dass bevorzugtbeiden vorstehend beschriebenen Ausführungs- beispielen der Isolationswiderstand R _isoP ,R _isoN zwischen dem ersten batterieseiti- gen HochvoltpotenzialHVP und dem SchutzleiterPE und/oderzwischendem zwei- ten batterieseitigen HochvoltpotenzialHVP und dem SchutzleiterPE mittels einer Isolationsüberwachungseinrichtung (z.B.derIsolationsüberwachungseinrichtung 9) ermitteltund überwachtwerden kann,wobeiderIsolationsüberwachungsein- richtung derberechnete Ableitwiderstand R bereitgestelltwird (in den Fig.nicht explizitdargestellt),um einen sich aus dem Isolationswiderstand R _iso p,R _isoN und dem Ableitwiderstand R zusammensetzenden Gesamtisolationswiderstand derLa- deschaltung zu bestimmen.

Das hierin offenbarte erfindungsgemäße Verfahren zum Laden einerHochvoltbat- terie und die erfindungsgemäße Ladevorrichtung sind nichtaufdie hierin jeweils beschriebenen konkretenAusführungsformenbeschränkt,sondern umfassenauch gleich wirkendeweitereAusführungsformen,diesichaustechnischsinnvol lenwei- teren Kombinationen derhierin beschriebenen Merkmale allerErfindungsgegen- stände ergeben.Insbesondere sind die vorstehend in derallgemeinen Beschrei- bung und derFigurenbeschreibung genannten und/oderin den Figuren allein ge- zeigten Merkmale und Merkmalskombinationen nichtnurin denjeweils hierin ex- plizitangegebenenKombinationen,sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar,ohne den Rahmen dervorliegenden Erfindung zu verlassen.

In besondersbevorzugterAusgestaltung wird die erfindungsgemäße Ladevorrich- tungzum LadeneinerHochvoltbatterieeinesElektrofahrzeugs(z.B.Traktion sbat- terie mit800V Batterienennspannung oderhöher)aneinerLadestation,die eine geringere Ladespannung (z.B.max.400V)alsdie Batterienennspannung derzu ladenden HV-Batterie bereitstellt,verwendet. Bezugszeichenliste

1 LadeVerrichtung

2 Hochvoltbatterie

3 Ladestation

4 Elektrofahrzeug

5 BatterieseitigerSchutzleiteranschluss

6 ErsterbatterieseitigerLadeanschluss

7 ZweiterbatterieseitigerLadeanschluss

8 DC/DC-Aufwärtswandler

9 Isolationsüberwachungseinrichtung (ISO-Wächter)

10 FunktionalerAbleitwiderstand

11 Transistor

12 Spannungsregelung

13 Stromregelung

14 Klemmschaltung

15 Widerstandsnetzwerk

16 Schaltelement

17 Tiefpassfilter

18 GesteuertesSystem

19 Resseinrichtung

20 Widerstandsregelung

21 Widerstandsdriftkompensation

22 Widerstandsveränderung

23 Widerstandsdriftregelung

24 Filter

A Erste Regelstufe

B Zweite Regelstufe f _G1 ErsteGrenzfrequenz f _G2 Zweite Grenzfrequenz

HV+ Stationsseitigespositives Hochvoltpotenzial

HV- StationsseitigesnegativesHochvoltpotenzial

HVP BatterieseitigespositivesHochvoltpotenzial

HW BatterieseitigesnegativesHochvoltpotenzial I Strom I _d Ableitstrom I _m Messstrom

I _s Sollstrom μC DigitaleVerarbeitungseinheit,z.B.Mikrocontroller

PE Schutzleiter(Schutzerde)

R Widerstand

R _lim Widerstandsuntergrenze R _s Sollwiderstand

U Spannung U _bat Batteriespannung

U _boost Step-Up-Spannung U _c Ladespannung U _m Messspannung

U _s Sollspannung