Um Strom von der Fahrzeugbatterie in das Stromnetz einzuspeisen oder zu entladen, sind wie Abbildung 1-1 in dargestellt mehrere Wandlungsstufen zwischen den Wechselstrom- und den Gleichstromschienen erforderlich.

Abbildung 1-1 Strommesspunkte eines EV-Ladesystems

AC/DC-Wandler sind dafür verantwortlich, AC in DC umzuwandeln, indem sie den Strom der harmonischen Gesamtverzerrung (THD) am Punkt der gemeinsamen Kopplung (PCC) zusammen mit der Gleichspannung unter Kontrolle halten. Gleichzeitig werden isolierte DC/DC-Wandler hauptsächlich für die galvanische Trennung zwischen Stromnetz und Fahrzeug sowie für das Laden von Konstantstrom (CC) und Konstantspannung (CV) eingesetzt.

Abbildung 1-1 zeigt typische Stromsensorstandorte eines EV-Ladesystems.

• Die Leistungsregelung und der Schutz der AC/DC-Stufe werden durch Sensoren erreicht, die in Punkt A, B, C und D platziert sind:
  • Punkt A ist der Hauptanschlusspunkt des Wandlers zum PCC. Durch die Platzierung von Sensoren an diesem Standort können die in das Netz eingespeisten oder aus dem Netz entnommenen Ströme am genauesten überwacht und gesteuert werden. Dadurch wird eine genaue Steuerung der Wirk- und Blindleistung erreicht, die mit dem Netz ausgetauscht ist.
  • Punkt B kann den Schaltstrom im Schaltknoten (SN) messen. Durch die Platzierung der Stromsensoren an diesem Ort kann der Schutz von Leistungsschaltern und die Geschwindigkeit des Regelkreises verbessert werden. Wenn der Strommessschaltkreis eine isolierte Stromversorgung benötigt, kann außerdem die Gate-Treiber-Versorgung genutzt werden, wodurch die Gesamtkosten des Designs reduziert werden. Allerdings werden bei der Messung die Verluste des EMI-Filters nicht berücksichtigt, daher ist dieser Ort weniger geeignet für die Blindleistungskompensation.
  • Punkt C ist der Messpunkt des DC-Bus-Stroms. Die Platzierung des Strommessschaltkreises an diesem Ort ermöglicht Kostensenkungen, wenn das Netzteil mit dem unteren Schaltertreiber-Netzteil geteilt wird.
  • Punkt D ist der Messpunkt des DC-Bus-Stroms, der sich auf der positiven Schiene des DC-Busses befindet.
• Die Leistungsregelung und der Schutz der DC/DC-Stufe werden durch Abtastung an Punkt G, F und E erreicht.
  • Punkt G ist zur Regelung der Wicklungsströme erforderlich.
  • Punkt F ist der Messpunkt des Batteriestroms am Pluspol.
  • Punkt E ist der Messpunkt des Batteriestroms am Minuspol. Der Vorteil der Erfassung des Stromflusses zum negativen Anschluss besteht darin, dass die Gate-Treiber-Versorgung des Low-Side-FET zur Versorgung des Strommessschaltkreises genutzt werden kann.

In diesem Anwendungshinweis wurde eine auf Simulationsergebnissen basierende Studie mit dem Ziel durchgeführt, die minimalen Spezifikationen zu definieren, die von den Stromsensoren beim Einsatz in DC-Ladeanwendungen für Elektrofahrzeuge erforderlich sind. Optimale Werte für Bandbreite, Verstärkungsfehler, Offset und Latenz wurden für ein 11 kW-System abgeleitet, das die in Tabelle 1-1 aufgeführten Systemspezifikationen enthält. In diesem Dokument werden zwei verschiedene isolierte DC/DC-Topologien behandelt: DAB (Dual Active Bridge) mit Phasenverschiebungssteuerung und DAB mit CLLLC-Resonanzwandler.

Sektion 2 erläutert Designüberlegungen für AC/DC-Eingangsstrom-Sensorpunkte A und B sowie für DC-Link-Strommessungen in C und D. Sektion 3 erläutert die Anforderungen an die Strommesspunkte in der DC/DC-Stufe (G, F, E) in Bezug auf Eigenschaften wie Bandbreite, Verstärkungs- und Offsetfehler und deren Auswirkung auf die Leistung der DC/DC-Stufe.