[go: up one dir, main page]

DE102011003940A1 - System mit einer elektrisch erregten Maschine - Google Patents

System mit einer elektrisch erregten Maschine Download PDF

Info

Publication number
DE102011003940A1
DE102011003940A1 DE102011003940A DE102011003940A DE102011003940A1 DE 102011003940 A1 DE102011003940 A1 DE 102011003940A1 DE 102011003940 A DE102011003940 A DE 102011003940A DE 102011003940 A DE102011003940 A DE 102011003940A DE 102011003940 A1 DE102011003940 A1 DE 102011003940A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
energy storage
electric machine
power supply
phase
supply branches
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102011003940A
Other languages
English (en)
Inventor
Peter Feuerstack
Erik Weissenborn
Martin Kessler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102011003940A priority Critical patent/DE102011003940A1/de
Priority to CN201180067214.5A priority patent/CN103354975B/zh
Priority to EP11805062.4A priority patent/EP2673877A2/de
Priority to PCT/EP2011/074244 priority patent/WO2012107150A2/de
Priority to US13/984,311 priority patent/US9425723B2/en
Publication of DE102011003940A1 publication Critical patent/DE102011003940A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H02J7/585
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1469Regulation of the charging current or voltage otherwise than by variation of field
    • H02J7/1492Regulation of the charging current or voltage otherwise than by variation of field by means of controlling devices between the generator output and the battery
    • H02J7/575
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022Synchronous motors
    • H02P25/024Synchronous motors controlled by supply frequency
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02J2101/28
    • H02J2105/37
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2209/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current
    • H02P2209/01Motors with neutral point connected to the power supply
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/76Power conversion electric or electronic aspects
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System mit einer n-phasigen fremderregten elektrischen Maschine (1), mit n ≥ 1, einem steuerbaren ersten Energiespeicher (2), welcher n parallele Energieversorgungszweige (2a, 2b, 2c) aufweist, wobei jeder der Energieversorgungszweige (2a, 2b, 2c) einen ersten Anschluss (3a, 3b, 3c), welcher mit jeweils einem Phasenanschluss (1a, 1b, 1c) der elektrischen Maschine (1) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss (4a, 4b, 4c), welcher jeweils mit einer gemeinsamen Bezugsschiene (9) verbunden ist, aufweist, wobei die Bezugsschiene (9) über eine Erregerwicklung (11) der elektrischen Maschine (1) mit dem Sternpunkt (10) der elektrischen Maschine (1) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System mit einer elektrisch erregten Maschine, welche mit Hilfe eines steuerbaren ersten Energiespeichers gesteuert und mit elektrischer Energie versorgt wird, sowie ein Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Systems.
  • Stand der Technik
  • Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie z. B. Windkraftanlagen, wie auch in Fahrzeugen, wie Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, vermehrt elektronische Systeme zum Einsatz kommen, die neue Energiespeichertechnologien mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren. In herkömmlichen Anwendungen wird, wie beispielsweise in 1 gezeigt, eine elektrische Maschine 101, welche z. B. als Drehfeldmaschine ausgeführt ist, über einen Umrichter in Form eines Pulswechselrichters 102 gesteuert. Kennzeichnend für derartige Systeme ist ein sogenannter Gleichspannungszwischenkreis 103, über welchen ein Energiespeicher 104, in der Regel eine Traktionsbatterie, an die Gleichspannungsseite des Pulswechselrichters 102 angeschlossen ist. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Leistung und Energie erfüllen zu können, werden mehrere Batteriezellen 105 in Serie geschaltet. Da der von einem derartigen Energiespeicher 104 bereitgestellte Strom durch alle Batteriezellen 105 fließen muss und eine Batteriezelle 105 nur einen begrenzten Strom leiten kann, werden oft zusätzlich Batteriezellen parallel geschaltet, um den maximalen Strom zu erhöhen.
  • Die Serienschaltung mehrerer Batteriezellen bringt neben einer hohen Gesamtspannung das Problem mit sich, dass der gesamte Energiespeicher ausfällt, wenn eine einzige Batteriezelle ausfällt, weil dann kein Batteriestrom mehr fließen kann. Ein solcher Ausfall des Energiespeichers kann zu einem Ausfall des Gesamtsystems führen. Bei einem Fahrzeug kann ein Ausfall der Antriebsbatterie zum ”Liegenbleiben” des Fahrzeugs führen. Bei anderen Anwendungen, wie z. B. der Rotorblattverstellung von Windkraftanlagen, kann es bei ungünstigen Rahmenbedingungen, wie z. B. starkem Wind, sogar zu sicherheitsgefährdenden Situationen kommen. Daher ist stets eine hohe Zuverlässigkeit des Energiespeichers anzustreben, wobei mit ”Zuverlässigkeit” die Fähigkeit eines Systems bezeichnet wird, für eine vorgegebene Zeit fehlerfrei zu arbeiten.
  • In den älteren Anmeldungen DE 10 2010 027 857.2 und DE 10 2010 027 861.0 sind Batterien mit mehreren Batteriemodulsträngen beschrieben, welche direkt an eine elektrische Maschine anschließbar sind. Die Batteriemodulstränge weisen dabei eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen auf, wobei jedes Batteriemodul mindestens eine Batteriezelle und eine zugeordnete steuerbare Koppeleinheit aufweist, welche es erlaubt in Abhängigkeit von Steuersignalen den jeweiligen Batteriemodulstrang zu unterbrechen oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle zu überbrücken oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle in den jeweiligen Batteriemodulstrang zu schalten. Durch geeignete Ansteuerung der Koppeleinheiten, z. B. mit Hilfe von Pulsweitenmodulation, können auch geeignete Phasensignale zur Steuerung der elektrischen Maschine bereitgestellt werden, so dass auf einen separaten Pulswechselrichter verzichtet werden kann. Der zur Steuerung der elektrischen Maschine erforderliche Pulswechselrichter ist damit sozusagen in die Batterie integriert. Zum Zwecke der Offenbarung werden diese beiden älteren Anmeldungen vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung einbezogen.
  • Im Gegensatz zu konventionellen Systemen steht am Ausgang des Batteriesystems keine konstante Gleichspannung zur Verfügung, die beispielsweise zur Speisung einer Erregerwicklung einer fremderregten elektrischen Maschine eingesetzt werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einer Ausführungsform ein System mit einer n-phasigen fremderregten elektrischen Maschine, mit n ≥ 1, einem steuerbaren ersten Energiespeicher, welcher n parallele Energieversorgungszweige aufweist, wobei jeder der Energieversorgungszweige einen ersten Anschluss, welcher mit jeweils einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, welcher jeweils mit einer gemeinsamen Bezugsschiene verbunden ist, aufweist, wobei die Bezugsschiene über eine Erregerwicklung der elektrischen Maschine mit dem Sternpunkt der elektrischen Maschine verbunden ist.
  • Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Verfahren zum Betrieb eines Systems mit einer n-phasigen fremderregten elektrischen Maschine, mit n ≥ 1, und einem steuerbaren ersten Energiespeicher, welcher n parallele Energieversorgungszweige aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Gleichspannungsanteils an jedem der Energieversorgungszweige, des Einspeisens des Gleichspannungsanteils in die Phasenanschlüsse der n-phasigen elektrischen Maschine, und des Speisens einer Erregerwicklung der elektrischen Maschine mit dem in die Phasenanschlüsse eingespeisten Gleichspannungsanteil zum Erzeugen eines Erregerfeldes in der elektrischen Maschine.
  • Vorteile der Erfindung
  • Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, eine Erregerwicklung einer fremderregten elektrischen Maschine über den Sternpunkt der elektrischen Maschine zu speisen. Dadurch kann eine Verschaltung der Erregerwicklung mit dem Sternpunkt innerhalb der elektrischen Maschine erfolgen, so dass ein externer Motoranschluss im erfindungsgemäßes System nicht mehr notwendig ist. Sämtliche zum Betrieb der elektrischen Maschine notwendigen Komponenten sind dabei bereits in dem Energiespeichermodul vorhanden, so dass keine weiteren Komponenten zur Speisung der Erregerwicklung notwendig sind.
  • Eine weitere Idee der vorliegenden Erfindung ist es, durch eine einfache Ansteuerung von Energiespeichermodulen in den Energieversorgungszweigen das Potential im Sternpunkt einer elektrischen Maschine zu verändern, um den Strom durch die Erregerwicklung der elektrischen Maschine variieren und damit die Erregung der Maschine ändern zu können. Die Ansteuerverfahren können in einfacher Weise in bestehende Ansteuerkonzepte zur Ansteuerung der Statorwicklungen der elektrischen Maschine integriert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein System in jedem der n parallelen Energieversorgungszweige mindestens zwei in Reihe geschaltete Energiespeichermodule aufweisen, welche jeweils mindestens eine elektrische Energiespeicherzelle mit einer zugeordneten steuerbaren Koppeleinheit umfassen. Die Koppeleinheiten können dabei in Vollbrückenschaltung oder in Halbbrückenschaltung ausgestaltet sein, je nachdem, ob eine Umkehrung der Stromrichtung in den Energieversorgungszweigen gewünscht ist oder nicht. Ein Teil der in Reihe geschalteten Energiespeichermodule kann über die Koppeleinheiten so gesteuert werden, dass in jedem der Energieversorgungszweige auf die abgegebene Versorgungsspannung ein Gleichstromanteil beaufschlagt wird. Dieser Gleichstromanteil kann dann über die Phasenanschlüsse und den Sternpunkt der elektrischen Maschine in die Erregungswicklung eingespeist werden. Dadurch kann das Potential im Sternpunkt mehrstufig variiert werden. Durch entsprechendes Takten von mindestens einem Energiespeichermodul kann das Potential am Sternpunkt auch stufenlos eingestellt werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Systems mit elektrischer Maschine aus dem Stand der Technik,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer elektrischen Maschine und einem steuerbaren Energiespeicher,
  • 3 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer elektrischen Maschine und einem steuerbaren Energiespeicher gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
  • 4 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer elektrischen Maschine und einem steuerbaren Energiespeicher gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt ein System mit einer elektrischen Maschine 1 und einem steuerbaren Energiespeicher 2. Die elektrische Maschine 1 ist beispielhaft als dreiphasige elektrische Maschine 1 dargestellt, die über einen steuerbaren ersten Energiespeicher 2 mit Energie versorgt wird. Der steuerbare erste Energiespeicher 2 umfasst drei Energieversorgungszweige 2a, 2b, 2c, welche einerseits mit einem Bezugspotential 9 (Bezugsschiene), welches in den dargestellten Ausführungsformen in Bezug auf Phasen U, V, W der elektrischen Maschine 1 ein mittleres Potential führt, über Anschlüsse 4a, 4b, 4c, und andererseits jeweils mit den einzelnen Phasen U, V, W der elektrischen Maschine 1 verbunden sind. Dabei ist ein Anschluss 3a eines ersten Energieversorgungszweiges 2a mit einem ersten Phasenanschluss 1a der elektrischen Maschine 1, ein Anschluss 3b eines zweiten Energieversorgungszweiges 2b mit einem zweiten Phasenanschluss 1b der elektrischen Maschine 1, und ein Anschluss 3c eines dritten Energieversorgungszweiges 2c mit einem dritten Phasenanschluss 1c der elektrischen Maschine 1 gekoppelt. Jeder der Energieversorgungszweige 2a, 2b, 2c weist in Reihe geschaltete Energiespeichermodule 5a, 6a bzw. 5b, 6b bzw. 5c, 6c auf. Beispielhaft beträgt die Anzahl der Energiespeichermodule pro Energieversorgungszweig 2a, 2b, 2c in 2 zwei, wobei jedoch jede andere Anzahl von Energiespeichermodulen ebenso möglich ist.
  • Die Energiespeichermodule 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c wiederum umfassen jeweils mehrere in Reihe geschaltete elektrische Energiespeicherzellen in einer Energiespeicherzelleneinrichtung 7. Dabei beträgt die Anzahl der Energiespeicherzellen in einer Energiespeicherzelleneinrichtung 7 in 2 beispielhaft zwei, wobei jedoch jede andere Zahl von Energiespeicherzellen ebenso möglich ist. Die Energiespeichermodule 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c umfassen des Weiteren jeweils eine Koppeleinheit 8, welche den Energiespeicherzellen 7 des jeweiligen Energiespeichermoduls 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c zugeordnet ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Koppeleinheiten und die Energiespeicherzelleneinrichtungen nur in dem Energiespeichermodul 5c mit Bezugszeichen versehen. Es versteht sich jedoch, dass die Energiespeichermodule 5a, 5b, 6a, 6b, 6c ähnliche Koppeleinheiten und Energiespeicherzelleneinrichtungen umfassen können.
  • In den dargestellten Ausführungsvarianten werden die Koppeleinheiten 8 jeweils durch vier steuerbare Schaltelemente gebildet, welche in Form einer Vollbrücke verschaltet sind. Die Schaltelemente können dabei als Leistungshalbleiterschalter, z. B. in Form von IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) oder als MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors), ausgeführt sein. Es kann jedoch auch möglich sein, die Koppeleinheiten 8 jeweils als Halbbrückenschaltung mit lediglich jeweils zwei Schaltelementen auszubilden. Halbbrückenschaltungen bieten den Vorteil, aufgrund der geringeren Schaltelementzahl geringere Leistungverluste aufzuweisen, haben jedoch den Nachteil, dass die Spannung an den Ausgangsanschlüssen 3a, 3c der Energieversorgungszweigen nicht umgepolt werden kann.
  • Im beispielhaft dargestellten Fall einer Vollbrückenschaltung ermöglichen es die Koppeleinheiten 8, den jeweiligen Energieversorgungszweig 2a, 2b, 2c durch Öffnen aller Schaltelemente einer Koppeleinheit 8 zu unterbrechen. Alternativ können die Energiespeicherzellen 7 durch Schließen von jeweils zwei der Schaltelemente einer Koppeleinheit 8 entweder überbrückt oder in den jeweiligen Energieversorgungszweig 2a, 2b, 2c geschaltet werden.
  • Die Gesamt-Ausgangsspannungen der Energieversorgungszweige 2a, 2b, 2c werden durch den jeweiligen Schaltzustand der steuerbaren Schaltelemente der Koppeleinheiten 8 bestimmt und können stufig eingestellt werden. Die Stufung ergibt sich dabei in Abhängigkeit von der Spannung der einzelnen Energiespeichermodule 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c.
  • Die Koppeleinheiten 8 erlauben es damit, die Phasen U, V, W der elektrischen Maschine 1 entweder gegen ein hohes Bezugspotential oder ein niedriges Bezugspotential zu schalten und können insofern auch die Funktion eines bekannten Wechselrichters erfüllen. Damit können Leistung und Betriebsart der elektrischen Maschine 1 bei geeigneter Ansteuerung der Koppeleinheiten 8 durch den steuerbaren ersten Energiespeicher 2 gesteuert werden. Der steuerbare erste Energiespeicher 2 erfüllt also insofern eine Doppelfunktion, da er einerseits der elektrischen Energieversorgung andererseits aber auch der Steuerung der elektrischen Maschine 1 dient.
  • Die elektrische Maschine 1 weist Statorwicklungen auf, die in bekannter Weise in Sternschaltung miteinander verschaltet sind. Die elektrische Maschine 1 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen als dreiphasige Drehstrommaschine ausgeführt, kann aber auch weniger oder mehr als drei Phasen aufweisen. Nach der Phasenanzahl der elektrischen Maschine richtet sich dementsprechend die Anzahl der Energieversorgungszweige 2a, 2b, 2c in dem steuerbaren ersten Energiespeicher 2.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems mit einer elektrischen Maschine 1 und einem steuerbaren Energiespeicher 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das in 3 dargestellte System unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten System lediglich darin, dass an einem Sternpunkt 10 der elektrischen Maschine 1 eine Erregerwicklung 11 angeschlossen ist, die wiederum über die Bezugsschiene 9 jeweils mit den Anschlüssen 4a, 4b, 4c des steuerbaren Energiespeichers 2 verbunden ist.
  • Bei konventioneller Ansteuerung des steuerbaren ersten Energiespeichers 2 liegt an dem Sternpunkt 10 ein mittleres Potential an. Dieses Potential kann jedoch dadurch verschoben werden, dass jeweils die Energiespeicherzellen 7 eines oder mehrerer Energiespeichermodule 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c eines jeden Energieversorgungszweiges 2a, 2b, 2c durch entsprechende Ansteuerung der zugehörigen Koppeleinheiten 8 dauerhaft oder getaktet mit positiver oder negativer Polung in den jeweiligen Energieversorgungszweig 2a, 2b, 2c geschaltet werden. Die Spannungen an den Energieversorgungszweigen 2a, 2b, 2c werden somit jeweils auf einen Wert erhöht bzw. erniedrigt, welcher überhalb bzw. unterhalb eines aktuell zur Energieversorgung der elektrischen Maschine 1 benötigten Spannungswerts liegt.
  • Über diese Erhöhung bzw. Erniedrigung der Spannungen an den Energieversorgungszweigen 2a, 2b, 2c kann ein Gleichspannunganteil über die Phasenanschlüsse 1a, 1b, 1c in den Sternpunkt 10 eingespeist werden, so dass das Potential im Sternpunkt 10 veränderlich ist. Über die Rückkopplung des Sternpunktes 10 mit der Bezugsschiene 9 des steuerbaren Energiespeichers 2 kann ein variabler Strom durch die Erregerwicklung 11 geleitet werden, so dass ein variables Erregerfeld in der elektrischen Maschine 1 erzeugt werden kann. Über diese Verschaltung, die innerhalb der elektrischen Maschine erfolgen kann, entfällt die Notwendigkeit für einen separaten Motoranschluss zur Speisung der Erregerwicklung 11.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 3 mit der Vollbrückenschaltung der Koppeleinheiten 8 kann über eine entsprechende Ansteuerung der Energiespeichermodule 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c eine Umpolung des Stroms durch die Erregerwicklung 11 erreicht werden. Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, einzelne der Energiespeichermodule 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c mit Koppeleinheiten 8 in Halbbrückenschaltung zu realisieren. Wenn diese Energiespeichermodule zur Bereitstellung des Gleichspannungsanteils an den Phasenanschlüssen 1a, 1b, 1c verwendet werden, ist es zwar nicht mehr möglich, eine Umpolung des Stroms durch die Erregerwicklung zu realisieren, jedoch sinken durch die geringere Zahl an notwendigen Schaltelementen in einer Halbbrückenschaltung der Koppeleinheiten 8 die Leistungsverluste an den Schaltelementen dieser Energiespeichermodule.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems mit einer elektrischen Maschine und einem steuerbaren Energiespeicher gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System nach 4 unterscheidet sich von dem System nach 3 im Wesentlichen darin, dass jeder der Energieversorgungszweige 2a, 2b, 2c lediglich ein Energiespeichermodul aufweist. Weiterhin sind in den Energiespeichermodulen der Energieversorgungszweige 2a, 2b, 2c Koppeleinheiten und Energiespeicherzellen 7 vorgesehen, die den jeweiligen Energiespeichermodulen zugeordnet sind. Beispielhaft ist im Energieversorgungszweig 2a das Energiespeichermodul 5a mit Koppeleinheiten 8a und 8b sowie einer Energiespeicherzelleneinrichtung 7 dargestellt. In 4 ist die Energiespeicherzelleneinrichtung 7 über eine Halbbrückenschaltung mit den Anschlüssen 3a bzw. 4a verbindbar und/oder überbrückbar. Dazu befindet sich eine Koppeleinheit 8a in einem Zweig parallel zur Energiespeicherzelleneinrichtung 7 und eine Koppeleinheit 8b in Reihenschaltung in dem Zweig der Energiespeicherzelleneinrichtung 7. Wie in 4 weiterhin dargestellt, ist es prinzipiell möglich, jedes der Energiespeichermodule mit unterschiedlichen Koppeleinheiten auszugestalten, beispielsweise mit Koppeleinheiten in Halbbrückenschaltung und Koppeleinheiten in Vollbrückenschaltung. Es ist jedoch selbstverständlich ebenso möglich, alle Energiespeichermodule in 4 mit Koppeleinheiten in Halbbrückenschaltung auszugestalten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010027857 [0004]
    • DE 102010027861 [0004]

Claims (6)

  1. System, mit: einer n-phasigen fremderregten elektrischen Maschine (1), mit n ≥ 1; einem steuerbaren ersten Energiespeicher (2), welcher n parallele Energieversorgungszweige (2a, 2b, 2c) aufweist, wobei jeder der Energieversorgungszweige (2a, 2b, 2c) einen ersten Anschluss (3a, 3b, 3c), welcher mit jeweils einem Phasenanschluss (1a, 1b, 1c) der elektrischen Maschine (1) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss (4a, 4b, 4c), welcher jeweils mit einer gemeinsamen Bezugsschiene (9) verbunden ist, aufweist, wobei die Bezugsschiene (9) über eine Erregerwicklung (11) der elektrischen Maschine (1) mit dem Sternpunkt (10) der elektrischen Maschine (1) verbunden ist.
  2. System nach Anspruch 1, wobei das Potential an dem Sternpunkt (10) der elektrischen Maschine (1) veränderbar ist.
  3. System nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei jeder der n parallelen Energieversorgungszweige (2a, 2b, 2c) mindestens zwei in Reihe geschaltete Energiespeichermodule (5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c) aufweist, welche jeweils mindestens eine elektrische Energiespeicherzelle (7) mit einer zugeordneten steuerbaren Koppeleinheit (8) umfassen.
  4. Verfahren zum Betrieb eines Systems mit einer n-phasigen fremderregten elektrischen Maschine (1), mit n ≥ 1, und einem steuerbaren ersten Energiespeicher (2), welcher n parallele Energieversorgungszweige (2a, 2b, 2c) aufweist, mit den Schritten: Bereitstellen eines Gleichspannungsanteils an jedem der Energieversorgungszweige (2a, 2b, 2c); Einspeisen des Gleichspannungsanteils in die Phasenanschlüsse (1a, 1b, 1c) der n-phasigen elektrischen Maschine (1); und Speisen einer Erregerwicklung (11) der elektrischen Maschine (1) mit dem in die Phasenanschlüsse (1a, 1b, 1c) eingespeisten Gleichspannungsanteil zum Erzeugen eines Erregerfeldes in der elektrischen Maschine (1).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Erregerwicklung (11) mit dem in die Phasenanschlüsse (1a, 1b, 1c) eingespeisten Gleichspannungsanteil aus dem Sternpunkt (10) der elektrischen Maschine (1) gespeist wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, wobei jeder der Energieversorgungszweige (2a, 2b, 2c) mindestens zwei in Reihe geschaltete Energiespeichermodule (5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c) aufweist, welche jeweils mindestens eine elektrische Energiespeicherzelle (7) mit einer zugeordneten steuerbaren Koppeleinheit (8) umfassen, und wobei das Bereitstellen des Gleichspannungsanteils das Zuschalten mindestens eines der Energiespeichermodule (5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c) in den jeweiligen Energieversorgungszweig (2a, 2b, 2c) umfasst.
DE102011003940A 2011-02-10 2011-02-10 System mit einer elektrisch erregten Maschine Pending DE102011003940A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011003940A DE102011003940A1 (de) 2011-02-10 2011-02-10 System mit einer elektrisch erregten Maschine
CN201180067214.5A CN103354975B (zh) 2011-02-10 2011-12-29 具有电励磁机的系统
EP11805062.4A EP2673877A2 (de) 2011-02-10 2011-12-29 System mit einer elektrisch erregten maschine
PCT/EP2011/074244 WO2012107150A2 (de) 2011-02-10 2011-12-29 System mit einer elektrisch erregten maschine
US13/984,311 US9425723B2 (en) 2011-02-10 2011-12-29 System comprising an electrically excited machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011003940A DE102011003940A1 (de) 2011-02-10 2011-02-10 System mit einer elektrisch erregten Maschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102011003940A1 true DE102011003940A1 (de) 2012-08-16

Family

ID=45446050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011003940A Pending DE102011003940A1 (de) 2011-02-10 2011-02-10 System mit einer elektrisch erregten Maschine

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9425723B2 (de)
EP (1) EP2673877A2 (de)
CN (1) CN103354975B (de)
DE (1) DE102011003940A1 (de)
WO (1) WO2012107150A2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012222333A1 (de) * 2012-12-05 2014-06-05 Robert Bosch Gmbh Energiespeichereinrichtung und System mit Energiespeichereinrichtung zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung
DE102013205562A1 (de) * 2013-03-28 2014-10-02 Robert Bosch Gmbh Energiespeichereinrichtung und System mit einer Energiespeichereinrichtung
DE102013209404A1 (de) * 2013-05-22 2014-12-11 Robert Bosch Gmbh Zellanordnung mit einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen sowie Verfahren zum Betrieb derselben
WO2015086311A1 (de) * 2013-12-11 2015-06-18 ROLLER, Maja Elektrischer generator sowie elektrischer motor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107925372A (zh) * 2015-07-17 2018-04-17 马勒电驱动日本株式会社 内燃机用电源装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010027857A1 (de) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Koppeleinheit und Batteriemodul mit integriertem Pulswechselrichter und erhöhter Zuverlässigkeit
DE102010027861A1 (de) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Koppeleinheit und Batteriemodul mit integriertem Pulswechselrichter und im Betrieb austauschbaren Zellmodulen

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1110031B (de) * 1959-07-24 1961-06-29 Bosch Gmbh Robert Lichtanlage fuer Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge
US3316479A (en) * 1966-01-05 1967-04-25 Basler Electric Co Regulating systems for alternating current generators
DE1936969A1 (de) * 1968-08-16 1970-02-26 Fahrzeugelek K Ruhla K Veb UEberwachungseinrichtung fuer Drehstromgeneratoren
US3681658A (en) * 1969-12-08 1972-08-01 Hitachi Ltd Device for protecting a starting motor of an internal combustion engine
US5502368A (en) * 1994-06-06 1996-03-26 Ecoair Corp. Hybrid alternator with voltage regulator
US5710699A (en) * 1996-05-28 1998-01-20 General Electric Company Power electronic interface circuits for batteries and ultracapacitors in electric vehicles and battery storage systems
JP3741171B2 (ja) * 1996-06-17 2006-02-01 株式会社安川電機 多重パルス幅変調方式の電力変換装置
JP3899850B2 (ja) * 2001-06-13 2007-03-28 株式会社豊田自動織機 電源装置
JP2003180080A (ja) * 2001-12-11 2003-06-27 Railway Technical Res Inst 電力変換装置
DE60337007D1 (de) * 2002-07-12 2011-06-16 Toyota Motor Co Ltd Verfahren und vorrichtung, um zu kontrollieren, ob eine hilfsleistungsversorgung von einem mehrphasigen motor abgschaltet ist
US7919946B2 (en) * 2004-02-24 2011-04-05 Lenze Automation Gmbh Detection method for an electrical polyphase machine
DE102005015658A1 (de) * 2005-04-06 2007-01-11 Bayerische Motoren Werke Ag Schalteinrichtung zur Verknüpfung verschiedener elektrischer Spannungsebenen in einem Kraftfahrzeug
JP4406453B2 (ja) * 2007-10-03 2010-01-27 トヨタ自動車株式会社 シフト切替装置
US8616079B2 (en) * 2009-10-30 2013-12-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Shift switching control device of vehicle

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010027857A1 (de) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Koppeleinheit und Batteriemodul mit integriertem Pulswechselrichter und erhöhter Zuverlässigkeit
DE102010027861A1 (de) 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Koppeleinheit und Batteriemodul mit integriertem Pulswechselrichter und im Betrieb austauschbaren Zellmodulen

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012222333A1 (de) * 2012-12-05 2014-06-05 Robert Bosch Gmbh Energiespeichereinrichtung und System mit Energiespeichereinrichtung zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung
DE102013205562A1 (de) * 2013-03-28 2014-10-02 Robert Bosch Gmbh Energiespeichereinrichtung und System mit einer Energiespeichereinrichtung
DE102013209404A1 (de) * 2013-05-22 2014-12-11 Robert Bosch Gmbh Zellanordnung mit einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen sowie Verfahren zum Betrieb derselben
US10333329B2 (en) 2013-05-22 2019-06-25 Robert Bosch Gmbh Cell assembly having a plurality of electrochemical cells and method for operating said cell assembly
WO2015086311A1 (de) * 2013-12-11 2015-06-18 ROLLER, Maja Elektrischer generator sowie elektrischer motor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012107150A3 (de) 2013-05-16
WO2012107150A2 (de) 2012-08-16
US9425723B2 (en) 2016-08-23
US20130320888A1 (en) 2013-12-05
CN103354975B (zh) 2017-03-08
CN103354975A (zh) 2013-10-16
EP2673877A2 (de) 2013-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2619842B1 (de) Energieversorgungsnetz und verfahren zum laden mindestens einer als energiespeicher für einen gleichspannungszwischenkreis dienenden energiespeicherzelle in einem energieversorgungsnetz
EP2619894B1 (de) Verfahren zum einstellen einer soll-ausgangsspannung eines energieversorgungszweiges eines steuerbaren energiespeichers
EP2673829B1 (de) Steuerbarer energiespeicher und verfahren zum betreiben eines steuerbaren energiespeichers
EP2619874B1 (de) System zum laden eines energiespeichers und verfahren zum betrieb des ladesystems
EP2795783B1 (de) System und verfahren zum ansteuern einer energiespeichereinrichtung
EP2659566B1 (de) Steuerbarer energiespeicher und verfahren zum betreiben eines steuerbaren energiespeichers
EP2658738B1 (de) System zur ankopplung mindestens einer gleichstromquelle an einen steuerbaren energiespeicher und zugehöriges betriebsverfahren
DE102011089655B4 (de) Batteriesystem und Verfahren
DE102010064325A1 (de) System mit einer elektrischen Maschine
WO2013072107A1 (de) Energiespeichereinrichtung, system mit energiespeichereinrichtung und verfahren zum ansteuern einer energiespeichereinrichtung
DE102010041075A1 (de) Systeme zum Laden eines Energiespeichers und Verfahren zum Betrieb der Ladesysteme
EP2673876B1 (de) Energiespeichereinrichtung für eine fremderregte elektrische maschine
WO2013041330A2 (de) Verfahren zum angleichen der ladezustände von batteriezellen einer batterie und batterie zur ausführung des verfahrens
DE102011003940A1 (de) System mit einer elektrisch erregten Maschine
DE102011003863A1 (de) System zum Laden eines Energiespeichers und Verfahren zum Betrieb des Ladesystems
EP2619873B1 (de) System zum laden eines energiespeichers und verfahren zum betrieb des ladesystems
WO2015113780A1 (de) Energiespeichereinrichtung, system mit energiespeichereinrichtung und verfahren zum ansteuern einer energiespeichereinrichtung
DE102011003778A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Steuersystems für eine elektrische Maschine und System zum Steuern einer elektrischen Maschine
DE102012202868A1 (de) Gleichspannungsabgriffsanordnung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Gleichspannung aus einer Energiespeichereinrichtung
WO2012163572A2 (de) Energieversorgungseinrichtung für wechselrichterschaltungen
DE102011002806B4 (de) Elektrische Antriebseinheit
EP2673864B1 (de) System zum laden eines energiespeichers und verfahren zum betrieb des ladesystems
DE102010064314B4 (de) System zur Ankopplung mindestens einer Wechselstromquelle an einen steuerbaren Energiespeicher und zugehöriges Betriebsverfahren
DE102011006755A1 (de) System und Verfahren zur Spannungswandlung für Photovoltaikmodule
DE102012222333A1 (de) Energiespeichereinrichtung und System mit Energiespeichereinrichtung zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication