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DE102011075927A1 - Multifunctional power converter circuit for switching switching-network into different switching states during e.g. charging high-volt battery in electric car, has inductor connected to terminal for providing voltage to another terminal - Google Patents

Multifunctional power converter circuit for switching switching-network into different switching states during e.g. charging high-volt battery in electric car, has inductor connected to terminal for providing voltage to another terminal Download PDF

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DE102011075927A1
DE102011075927A1 DE102011075927A DE102011075927A DE102011075927A1 DE 102011075927 A1 DE102011075927 A1 DE 102011075927A1 DE 102011075927 A DE102011075927 A DE 102011075927A DE 102011075927 A DE102011075927 A DE 102011075927A DE 102011075927 A1 DE102011075927 A1 DE 102011075927A1
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DE
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voltage
terminal
converter circuit
switching
connection
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DE102011075927A
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German (de)
Inventor
Marco Jung
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Abstract

The circuit (40) has a bridge circuit (42) comprising three inductors (44a-44c) that are connected to central nodes (45a-45c) of respective half-bridges (42a-42c). One of the inductors is connected to a direct voltage terminal (18) over a switching-network (46) in a switching state (52) of the switching-network in order to provide direct current (DC) voltage (V18ab) to the voltage terminal based on voltage that is applied to another direct voltage terminal (32) or to provide another DC voltage (V32ab) to the latter voltage terminal based on the voltage applied to the former voltage terminal. An independent claim is also included for a method for operating a power converter circuit.

Description

Technisches GebietTechnical area

Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Stromrichterschaltung zur multifunktionalen Stromrichtung, wie z. B. von Gleichspannung zu Gleichspannung (DC/DC), von Gleichspannung zu Wechselspannung (DC/AC) und von Wechselspannung zu Gleichspannung (AC/DC), mittels eines Schaltnetzwerks, einer Brückenschaltung, zum Beispiel in Form einer Leistungselektronik, und Drosseln. Mögliche Anwendungsgebiete für derartige Stromrichterschaltungen sind Vorrichtungen zum Laden bzw. Entladen von Batterien in Elektrofahrzeugen oder ähnlichen Anwendungen. Ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung schafft einen multifunktionalen Stromrichter zur Stromrichtung von Gleichspannung zu Gleichspannung, von Gleichspannung zu Wechselspannung und von Wechselspannung zu Gleichspannung.Embodiments according to the present invention relate to a power converter circuit for multifunctional current direction, such. B. from DC to DC (DC / DC), DC to AC (DC / AC) and AC to DC (AC / DC), by means of a switching network, a bridge circuit, for example in the form of power electronics, and chokes. Possible fields of application for such power converter circuits are devices for charging or discharging batteries in electric vehicles or similar applications. An embodiment according to the present invention provides a multi-functional power converter for the direction of current from DC to DC, DC to AC, and AC to DC.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Derzeit werden die Batterien in Elektrofahrzeugen oftmals mit einem entsprechenden Ladegerät über ein (Niederspannungsnetz-)Wechselspannungsnetz-Kabel geladen. Eine solche Ladung erfolgt beispielsweise entweder ein- oder drei-phasig. Durch den Einsatz von Batteriewechselrichtern kann Energie in ein Wechselspannungsnetz oder in ein Inselnetz zurückgespeist werden bzw. es kann ein Inselnetz gebildet werden.Currently, the batteries in electric vehicles are often charged with a corresponding charger via a (low voltage network) AC power cable. Such a charge occurs, for example, either one-or three-phase. By using battery inverters, energy can be fed back into an AC voltage network or into an isolated grid, or an isolated grid can be formed.

Die meisten AC/DC-Wandler können auch direkt mit einem Gleichspannungsnetz oder anderen Gleichspannungsquellen, wie zum Beispiel einem Gleichspannungsgenerator oder induktiven Energieübertrager, verbunden werden und dadurch die Batterie laden. Eine Rückspeisung in das Gleichspannungsnetz ist herkömmlicherweise nur durch einen zusätzlichen DC/DC-Wandler möglich.Most AC / DC converters can also be directly connected to a DC power grid or other DC power sources, such as a DC generator or inductive power transformer, thereby charging the battery. A return to the DC voltage network is conventionally possible only by an additional DC / DC converter.

Die meisten derzeitigen Ladegeräte können mit beiden Spannungsformen ein entsprechendes Laden vornehmen. Es wurde allerding herausgefunden, dass im Zuge der zukünftig geplanten Netzrückspeisung (z. B. aus zuvor mittels erneuerbaren Energien geladenen Batterien), zur Netzunterstützung bzw. als Zwischenspeicherung ein bidirektionales, intelligentes Ladegerät benötigt wird, welches die aufgenommenen Energie dem Stromnetz kabelgebunden, aber auch kontaktlos wieder zur Verfügung stellen kann.Most current chargers can charge with both types of voltage. However, it was found out that in the course of the future planned grid feedback (eg from batteries previously charged with renewable energy), for grid support or buffering, a bidirectional, intelligent charger is needed, which also cabling the absorbed energy to the power grid contactless again make available.

Zur Bereitstellung einer solchen Ladeinfrastruktur mit den Möglichkeiten, Energie in Gleichspannungsnetze und Wechselspannungsnetze zurückzuspeisen, kommen herkömmlicherweise mehrere Baugruppen zum Einsatz. Diese sind kostenintensiv, haben einen hohen Platzbedarf und ein hohes Gewicht, wie es im Folgenden an dem Stand der Technik erläutert wird.To provide such a charging infrastructure with the possibilities to feed back energy into DC networks and AC networks, conventionally several modules are used. These are expensive, have a high space requirement and a high weight, as will be explained below in the prior art.

4 zeigt eine herkömmlicherweise zum Einsatz kommende Ladeinfrastruktur 10, die einen ersten Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 12, einen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler 14 und einen zweiten Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 16 umfasst. Die drei Wandler 12, 14 und 16 sind über ein gemeinsames Gleichspannungsnetz 15 miteinander verbunden. Das gemeinsame Gleichspannungsnetz 15 besteht strukturell aus einer ersten Y-Verbindung 15a zwischen den drei Wandlern 12, 14 und 16 für den ersten Pol des gemeinsamen Gleichspannungsnetzes und aus einer zweiten Y-Verbindung 15b für den zweiten Pol des gemeinsamen Gleichspannungsnetzes. 4 shows a commonly used charging infrastructure 10 , which is a first DC-DC converter 12 , an AC-to-DC converter 14 and a second DC-DC converter 16 includes. The three converters 12 . 14 and 16 are via a common direct voltage network 15 connected with each other. The common direct voltage network 15 structurally consists of a first Y-connection 15a between the three converters 12 . 14 and 16 for the first pole of the common DC voltage network and from a second Y-connection 15b for the second pole of the common DC voltage network.

Der erste Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 12 ist über einen ersten Gleichspannungsanschluss 18, welcher einen ersten Pol 18a und einen zweiten Pol 18b aufweist, mit einem Gleichspannungsnetz 20 verbunden und kann so eine Gleichspannung V18ab von einer Gleichspannungsquelle 20 beziehen. Der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler 14 ist über drei Phasenanschlüsse 24a, 24b und 24c eines drei-phasigen Wechselspannungsanschlusses 24 für jeweils eine Phase der Wechselspannung V24a, V24b und V24c mit einem Wechselspannungsnetz 26 verbunden. Der zweite Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 16 verfügt über einen zweiten Gleichspannungsanschluss 32, der einen ersten Pol 32a und einen zweiten Pol 32b umfasst, und kann so z. B. mit einer Batterie 30 verbunden sein. Der Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 16 dient zur Anpassung einer Gleichspannung V32ab bzw. eines Ladestroms für die Batterie 30.The first DC-DC converter 12 is via a first DC voltage connection 18 which has a first pole 18a and a second pole 18b having, with a direct voltage network 20 connected and so can a DC voltage V 18ab from a DC voltage source 20 Respectively. The AC to DC converter 14 is over three phase connections 24a . 24b and 24c a three-phase AC voltage connection 24 for each one phase of the AC voltage V 24a , V 24b and V 24c with an AC voltage network 26 connected. The second DC-DC converter 16 has a second DC voltage connection 32 who has a first pole 32a and a second pole 32b includes, and can be such. B. with a battery 30 be connected. The DC-DC converter 16 is used to adapt a DC voltage V 32ab or a charging current for the battery 30 ,

Somit ermöglicht die Ladeinfrastruktur 10 eine Ladung der Batterie 30 aus einem Wechselspannungsnetz 26 und aus einem Gleichspannungsnetz 20, wie zum Beispiel einem Generator, einem Super-Kondensator (auch als Super-Cap bezeichnet) oder einer ähnlichen Einrichtung. Alle Komponenten der Ladeinfrastruktur 10 arbeiten bidirektional und können somit die Energie aus der Batterie 30 konform in das Wechselspannungsnetz 26 bzw. das Gleichspannungsnetz 20 rückspeisen. Eine derartige Ladeinfrastruktur, welche drei einzelne Wandler 12, 14 und 16 umfasst, hat einen hohen Platzbedarf, einen hohen Gewichtsbedarf und verursacht hohe Kosten.Thus, the charging infrastructure allows 10 a charge of the battery 30 from an AC voltage network 26 and from a direct voltage network 20 such as a generator, a super capacitor (also referred to as a super cap) or similar device. All components of the charging infrastructure 10 work bidirectionally and can thus use the energy from the battery 30 compliant with the AC voltage network 26 or the DC voltage network 20 back dine. Such a charging infrastructure, which three individual transducers 12 . 14 and 16 includes, has a large footprint, a high weight requirement and causes high costs.

Im Folgenden wird der Stand der Technik anhand von fünf Offenlegungsschriften für Ladesysteme und Verfahren zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs und/oder für ein Fahrzeug mit einem solchen Ladesystem beschrieben. In einigen der Offenlegungsschriften werden vorhandene Komponenten in einem Fahrzeug für die Ladung bzw. die Rückspeisung eingesetzt, um das Platz- bzw. Gewichtsproblem zu lösen. Diese sind beispielsweise Leistungselektronik des Antriebsumrichters und Motorwicklungen.In the following, the prior art is based on five publications for charging systems and methods for charging a battery of a vehicle and / or for a vehicle with a such charging system described. In some of the published documents, existing components in a vehicle are used for the charge or the feedback in order to solve the space or weight problem. These are, for example, power electronics of the drive inverter and motor windings.

In der Offenlegungsschrift DE 10 2009 033 185 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, die die Batterie über die Leistungselektronik des Antriebsumrichters lädt. Der Umrichter wird als passiver Gleichrichter verwendet. Hierbei findet im Wesentlichen eine Wechsel-Gleich-Richtung statt; diese wird im Antriebsmodus Amplituden- und Frequenz-variabel betrieben. Durch eine Umschaltvorrichtung wird entweder der Motor oder das Wechselstromnetz an den Antriebsumrichter zugeschaltet. Es wurde allerdings erkannt, dass dieses System nicht rückspeisefähig ist. Des Weiteren wurde erkannt, dass offensichtlich kein bidirektionaler Austausch, gleichzeitig oder nicht gleichzeitig, mit einer anderen Gleichspannungsquelle erfolgen kann.In the published patent application DE 10 2009 033 185 A1 a device is described which charges the battery via the power electronics of the drive inverter. The inverter is used as a passive rectifier. In this case, essentially a change-DC direction takes place; This is operated in the drive mode amplitude and frequency variable. By a switching device either the motor or the AC mains is switched to the drive inverter. However, it was recognized that this system is not regenerative. Furthermore, it has been recognized that apparently no bidirectional exchange, simultaneously or not simultaneously, can be made with another DC source.

In der Offenlegungsschrift DE 10 2009 017 087 A1 wird ebenfalls davon ausgegangen, dass die Batterie über die Leistungselektronik des Antriebsumrichters und die Motorwicklungen geladen wird. Hierbei findet im Wesentlichen eine Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung statt. Eine kontaktlose Energieübertragungsstrecke wird an einen Sternpunkt des Motors geschaltet. Hierbei bilden die Motorwicklungen die Induktivitäten. Der Umrichter wird in Verbindung mit den Motorwicklungen als Hochsetzer verwendet. Im Antriebsmodus wird eine Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandlung Amplituden- und Frequenz-variabel betrieben. Es wurde allerdings erkannt, dass dieses galvanisch getrennte System nicht rückspeisefähig ist und auch kein bidirektionaler Austausch, gleichzeitig oder nicht gleichzeitig, mit einer Wechselspannungsquelle erfolgen kann.In the published patent application DE 10 2009 017 087 A1 It is also assumed that the battery is being charged via the power electronics of the drive inverter and the motor windings. In this case, essentially a DC-DC voltage conversion takes place. A contactless energy transmission path is connected to a neutral point of the motor. Here, the motor windings form the inductors. The inverter is used in conjunction with the motor windings as a boost converter. In the drive mode, a DC-AC conversion is amplitude and frequency-variable operated. However, it was recognized that this galvanically isolated system is not regenerative and can not be bidirectional exchange, simultaneously or not simultaneously, with an AC source.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 021 797 A1 beschreibt ebenfalls ein Konzept zur Ladung der Batterie über die Leistungselektronik des Antriebsumrichters und die Motorwicklungen, wobei im Wesentlichen eine Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung stattfindet. Eine galvanisch trennende und kabelgebundene Netzladungsvorrichtung wird an einen Sternpunkt des Motors geschaltet. Ähnlich wie bei dem Konzept gemäß der Offenlegungsschrift DE 10 2009 017 087 A1 wird der Umrichter als Hochsetzer verwendet, wobei die Motorwicklungen die Induktivitäten bilden. Im Antriebsmodus wird eine Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung Amplituden- und Frequenz-variabel betrieben.The publication DE 10 2009 021 797 A1 also describes a concept for charging the battery via the power electronics of the drive converter and the motor windings, wherein essentially takes place a DC-DC voltage conversion. A galvanically isolating and wired mains charging device is connected to a neutral point of the motor. Similar to the concept according to the publication DE 10 2009 017 087 A1 the inverter is used as a boost converter, with the motor windings forming the inductors. In the drive mode, an AC-DC voltage conversion is amplitude and frequency-variable operated.

Es wurde erkannt, dass das System nicht rückspeisefähig ist und auch nicht bidirektional, gleichzeitig oder nicht gleichzeitig, betreibbar ist.It was recognized that the system is not regenerative and can not be operated bidirectionally, simultaneously or not simultaneously.

Ein weiteres Konzept zur Ladung der Batterie über die Leistungselektronik des Antriebumrichters und der Motorwicklungen wird in der Offenlegungsschrift DE 10 2009 007 960 A1 beschrieben. Die Netzladevorrichtung beruht auf einer Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung, die an den Sternpunkt des Motors geschaltet wird und nicht galvanisch trennend ist. Der Umrichter wird als Hochsetzer verwendet, wobei die Motorwicklungen die Induktivitäten bilden. Im Antriebsmodus wird ebenfalls, analog zu den beschriebenen Systemen, eine Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandlung Amplituden- und Frequenz-variabel betrieben. Es wurde erkannt, dass das System nicht rückspeisefähig ist und auch kein bidirektionaler Austausch, gleichzeitig oder nicht gleichzeitig, mit anderen Gleichspannungsquellen erfolgen kann.Another concept for charging the battery via the power electronics of the drive converter and the motor windings is in the published patent application DE 10 2009 007 960 A1 described. The mains charging device is based on a DC-DC voltage conversion, which is connected to the neutral point of the motor and is not galvanic separating. The inverter is used as a boost converter with the motor windings forming the inductors. In the drive mode is also analogous to the described systems, a DC-AC voltage conversion amplitude and frequency-operated variable. It was recognized that the system is not regenerative and can not bidirectionally, simultaneously or not simultaneously, with other DC sources.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 033 955 A1 beschreibt eine Ladevorrichtung für eine Batterie über die Leistungselektronik des Antriebumrichters und die Motorwicklungen, welche rückspeisefähig ist. Bei der Ladung findet im Wesentlichen eine Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung statt. Die Vorrichtung zur Netzverbindung ist mit einer Umschalteinheit gekoppelt, welche den Sternpunkt des Motors trennt und gleichzeitig die Wicklungen des Motors verbindet. Der Umrichter wird als aktiver Gleichrichter verwendet, wobei die Motorwicklungen die Induktivitäten bilden. Im Antriebsmodus wird eine Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandlung Amplituden- und Frequenz-variabel betrieben. Das beschriebene System ist ein- oder drei-phasig rückspeisefähig, wobei es aber schwierig ist, bei der Netzrückspeisung die entsprechenden Normen einzuhalten, da die Motorwicklungen oftmals nicht für einen derartigen Einsatz ausgelegt sind. Es wurde allerdings erkannt, dass keine gleichzeitige Ladung der Batterie durch ein-phasige Wechselspannung und eine Gleichspannung mit der gleichen Leistungselektronik möglich ist; infolgedessen wäre entweder eine Anbindung einer Wechselspannungsquelle ein-phasig oder eine Anbindung einer Wechselspannungsquelle drei-phasig oder eine Anbindung einer Gleichspannungsquelle möglich. Des Weiteren ist zu erkennen, dass eine Gleichspannungs-Quellen-Ladung bzw. Rückspeisung von Energie in ein Gleichspannungsnetz mit großen Verlusten, bedingt durch die Topologie, verbunden wäre.The publication DE 10 2009 033 955 A1 describes a charging device for a battery on the power electronics of the drive and the motor windings, which is capable of being regenerated. In the case of charging, an AC-DC voltage conversion essentially takes place. The device for network connection is coupled to a switching unit which separates the neutral point of the motor and at the same time connects the windings of the motor. The inverter is used as an active rectifier with the motor windings forming the inductors. In the drive mode, a DC-AC conversion is amplitude and frequency-variable operated. The system described is one-or three-phase capable of feeding back, but it is difficult to comply with the appropriate standards in the power feedback, since the motor windings are often not designed for such use. It has been recognized, however, that no simultaneous charging of the battery by a single-phase AC voltage and a DC voltage with the same power electronics is possible; As a result, either a connection of an AC voltage source would be single-phase or a connection of an AC voltage source three-phase or a connection of a DC voltage source possible. Furthermore, it can be seen that a DC source charge or recovery of energy in a DC network with large losses, due to the topology, would be connected.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stromrichterschaltung zu schaffen, die einen besseren Kompromiss aus Platzbedarf, Gewichtsbedarf, Kosten und Vielseitigkeit schafft.The object of the present invention is to provide a power converter circuit which provides a better compromise of space, weight, cost and versatility.

Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention

Die Aufgabe wird durch eine Stromrichterschaltung gemäß Anspruch 1 gelöst.The object is achieved by a converter circuit according to claim 1.

Eine Stromrichterschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brückenschaltung mit drei Halbbrücken, drei Drosseln, die jeweils in einem Mittelknoten einer Halbbrücke angeschlossen sind und ein Schaltnetzwerk, welches ausgebildet ist, um die drei Drosseln in schaltbarer Weise mit einem Wechselspannungsanschluss und einem ersten Gleichspannungsanschluss zu verbinden. Die Stromrichterschaltung umfasst ferner einen zweiten Gleichspannungsanschluss, der mit einer ersten gemeinsamen Potenzialführung der Brückenschaltung und einer zweiten gemeinsamen Potenzialführung der Brückenschaltung verbunden ist.A power converter circuit according to an embodiment of the present invention includes a bridge circuit having three half bridges, three reactors each connected to a center node of a half bridge, and a switching network configured to switchably connect the three reactors to an AC terminal and a first DC terminal connect. The power converter circuit further comprises a second DC voltage terminal, which is connected to a first common potential lead of the bridge circuit and a second common potential lead of the bridge circuit.

Die Stromrichterschaltung ist ausgebildet, um das Schaltnetzwerk in einen ersten Schaltzustand zu versetzen, in dem die drei Drosseln über das Schaltnetzwerk mit drei unterschiedlichen Phasenanschlüssen des Wechselspannungsanschlusses gekoppelt sind, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss anliegenden Gleichspannung an dem Wechselspannungsanschluss eine Wechselspannung bereitzustellen oder basierend auf einer an dem Wechselspannungsanschluss anliegenden Wechselspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss eine Gleichspannung bereitzustellen.The power converter circuit is configured to place the switching network in a first switching state, in which the three reactors are coupled via the switching network to three different phase terminals of the AC terminal to provide or based on an AC voltage at the AC terminal based on a DC voltage applied to the second DC terminal to provide a DC voltage at the AC voltage terminal applied to the AC voltage terminal at the second DC voltage terminal.

Die Stromrichterschaltung ist zudem ausgebildet, um das Schaltnetzwerk in einen zweiten Schaltzustand zu versetzen, in dem eine erste Drossel der drei Drosseln über das Schaltnetzwerk mit einem der Phasenanschlüsse des Wechselspannungsanschlusses gekoppelt ist, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss anliegenden Gleichspannung an dem Wechselspannungsanschluss eine Wechselspannung bereitzustellen oder basierend auf einer an dem Wechselspannungsanschluss anliegenden Wechselspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss eine Gleichspannung bereitzustellen, und in dem eine weitere Drossel der drei Drosseln über das Schaltnetzwerk mit dem ersten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss anliegenden Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss eine Gleichspannung bereitzustellen oder basierend auf einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss anliegenden Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss eine Gleichspannung bereitzustellen.The power converter circuit is also configured to place the switching network in a second switching state, in which a first choke of the three reactors is coupled via the switching network to one of the phase terminals of the AC voltage terminal, based on a voltage applied to the second DC voltage terminal at the AC voltage terminal To provide AC voltage or to provide a DC voltage at the second DC voltage terminal based on a voltage applied to the AC voltage terminal, and in which a further choke of the three reactors is coupled via the switching network to the first DC voltage terminal, based on a voltage applied to the second DC voltage terminal at the DC first DC voltage terminal to provide a DC voltage or based on a voltage applied to the first DC voltage terminal DC voltage at the second Gleichspannu ngsanschluss to provide a DC voltage.

Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Stromrichterschaltung durch eine geschickte Verschaltung des Schaltnetzwerkes die drei Drosseln und die Brückenschaltung mit den drei Halbbrücken sowohl für die Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und dem zweiten Gleichspannungsanschluss oder umgekehrt als auch für die Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung von dem Wechselspannungsanschluss zu dem zweiten Gleichspannungsanschluss oder umgekehrt benutzt und darüber hinaus auch über diese drei Drosseln und die Brückenschaltung eine gleichzeitige Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung und Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung unter Verwendung des ersten und des zweiten Gleichspannungsanschlusses und des Wechselspannungsanschlusses ermöglicht.The realization of the present invention is that the converter circuit by a clever connection of the switching network, the three chokes and the bridge circuit with the three half-bridges for both the DC-DC voltage conversion between the first DC voltage connection and the second DC voltage connection or vice versa and for the AC voltage DC-DC conversion from the AC terminal to the second DC voltage terminal or vice versa used and also over these three reactors and the bridge circuit enables a simultaneous DC-DC voltage conversion and AC-DC conversion using the first and the second DC voltage terminal and the AC voltage terminal ,

Es wurde erkannt, dass die Reichweite eines Fahrzeugs und insbesondere eines Elektrofahrzeugs auch im Wesentlichen von dem mitgeführten Gewicht abhängt; deshalb werden bei vorteilshaften Ausführungsbeispielen vorhandene Komponenten wie z. B. Drosseln oder Brückenschaltungen für mehrere Anwendungen genutzt. In einem Fahrzeug ist der Bauraum begrenzt und kann durch eine weitere Integrierung der Leistungselektronik z. B. für die Batterie genutzt werden. Ein weiterer Vorteil besteht in der Kostenminimierung, die durch eine Reduzierung der Komponentenzahl infolge einer Doppelbenutzung vorhandener Komponenten erreicht wird.It has been recognized that the range of a vehicle, and in particular of an electric vehicle, also depends substantially on the weight carried; Therefore, in advantageous embodiments existing components such. B. chokes or bridge circuits used for multiple applications. In a vehicle, the space is limited and can be achieved by further integration of the power electronics z. B. be used for the battery. Another advantage is the cost minimization achieved by reducing the number of components due to dual use of existing components.

Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Stromrichterschaltung sind ausgebildet, um das Schaltnetzwerk in auswählbarer Weise, abhängig von einer Zustandsauswahlinformation, in einen von zumindest fünf durch die Stromrichterschaltung erzielbaren Schaltzuständen, bei denen jeweils eine unterschiedliche Spannungswandlung unter Zuhilfenahme der drei Drosseln und der drei Halbbrücken bereitgestellt wird, zu versetzen:
Der erste Schaltzustand dient zur Wandlung von drei-phasiger Wechselspannung, die an drei unterschiedlichen Phasenanschlüssen des Wechselspannungsanschlusses anliegt, in Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss oder umgekehrt. Der zweite Schaltzustand dient zur gleichzeitigen Wandlung zwischen ein-phasiger Wechselspannung, die an einem Phasenanschluss des Wechselspannungsanschlusses in Bezug auf einen Nullleiter bzw. zwischen zwei Phasenanschlüssen des Wechselspannungsanschlusses anliegt, und Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss, bei gleichzeitiger Bereitstellung bzw. Abgriff einer Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss. Dadurch dass eine oder mehrere Halbrücken der Brückenschaltung, die zwischen die gemeinsamen Potenzialführungen und den Wechselspannungsanschluss geschaltet sind bzw. die zwischen die gemeinsamen Potenzialführungen und den ersten Gleichspannungsanschluss geschaltet sind, so angesteuert werden können, dass sich eine entgegengesetzte Energieflussrichtung ergibt, sind in diesem zweiten Schaltzustand insgesamt vier verschiedene Wandlungsmodi möglich, wie zum Beispiel die Umwandlung von Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss in Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss, bei gleichzeitiger Bereitstellung von Wechselspannung an dem Wechselspannungsanschluss, oder die Umwandlung von Wechselspannung an dem Wechselspannungsanschluss in Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss, bei gleichzeitiger Umwandlung von Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss in Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss; die zwei weiteren Modi sind Umwandlung von Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss in Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss, bei gleichzeitiger Bereitstellung von Wechselspannung an dem Wechselspannungsanschluss oder Umwandlung von Wechselspannung an dem Wechselspannungsanschluss in Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss, bei gleichzeitiger Umwandlung von Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss in Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss.
Further embodiments of the present power converter circuit are configured to select the switching network in a selectable, depending on a state selection information in one of at least five achievable by the power converter circuit switching states, each of which a different voltage conversion is provided with the aid of three chokes and the three half-bridges offset:
The first switching state is used for the conversion of three-phase AC voltage, which is applied to three different phase terminals of the AC voltage terminal, in DC voltage at the second DC voltage connection or vice versa. The second switching state serves for the simultaneous conversion between a single-phase AC voltage which is applied to a phase connection of the AC voltage terminal with respect to a neutral conductor or between two phase terminals of the AC voltage terminal, and DC voltage at the second DC voltage terminal, while providing a DC voltage at the same first DC voltage connection. In that one or more half bridges of the bridge circuit, which are connected between the common potential guides and the AC voltage connection or between the common potential guides and the In this second switching state, a total of four different conversion modes are possible, such as the conversion of DC voltage at the second DC voltage terminal into DC voltage at the first DC voltage terminal, while providing AC voltage at the AC voltage terminal, or the conversion of AC voltage at the AC voltage terminal into DC voltage at the second DC voltage terminal, with simultaneous conversion of DC voltage at the first DC voltage terminal to DC voltage at the second DC voltage terminal; the other two modes are conversion of DC voltage at the first DC voltage terminal to DC voltage at the second DC voltage terminal while providing AC voltage at the AC voltage terminal or converting AC voltage at the AC voltage terminal to DC voltage at the second DC voltage terminal while converting DC voltage at the second DC voltage terminal in DC voltage at the first DC voltage terminal.

Ein dritter Schaltzustand ermöglicht die Umwandlung von ein-phasiger Wechselspannung an dem Wechselspannungsanschluss in Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss oder umgekehrt. In einem vierten Schaltzustand wird über die drei Drosseln und die Brückenschaltung eine Umwandlung einer sogenannten „Splitphase” ermöglicht, also einer zweiphasigen Wechselspannung, wobei die erste Phase zwischen einem ersten Phasenanschluss und einem zweiten Phasenanschluss des Wechselspannungsanschlusses anliegt und wobei die zweite um 180° gedrehte Phase der Wechselspannung zwischen einem dritten Phasenanschluss und dem zweiten Phasenanschluss des Wechselspannungsanschlusses anliegt, in Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss oder umgekehrt ermöglicht. Der zweite Phasenanschluss des Wechselspannungsanschlusses dient dabei als Nullleiteranschluss. Der fünfte Schaltzustand dient zur Umwandlung von Gleichspannung in Gleichspannung zwischen dem ersten und zweiten Gleichspannungsanschluss. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass unter der Umwandlung von Gleichspannung in Gleichspannung zwischen dem ersten und zweiten Gleichspannungsanschluss sowohl die Bereitstellung von Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss auf Basis von Gleichspannung an dem zweiten Gereichspannungsanschluss als auch umgekehrt verstanden wird. Vorteilig bei der durch die verschiedenen Schaltzustände geschafften Multifunktionalität ist, dass beispielsweise eine Batterie an dem zweiten Gleichstromanschluss über verschiedenen Spannungsformen wie ein-phasiger oder dreiphasiger Wechselspannung oder Gleichspannung, z. B. über einen induktiven Energieübertrager oder ein Solarpanel, geladen werden kann. Bei Bedarf ist auch eine gleichzeitig Ladung über verschiedene Energieformen, also Gleich- und Wechselspannung, möglich. Ein weiterer vorteilhafter Anwendungsfall ist die Zwischenspeicherung der Energie in einen weiteren Energiespeicher, wie z. B. ein Super-Kondensator, der eine andere Energiespeichercharakteristik aufweist, mittels des ersten Gleichspannungsanschlusses. Vorteilhaft darüber hinaus ist, dass der Stromrichter auch mit Splitphase betreibbar ist, was besonders hinsichtlich eines Einsatzes auf dem nordamerikanischen Markt wichtig ist. Ein weiterer Vorteil ist es, dass im fünften Schaltzustand die Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung mit maximaler Leistung erfolgen kann, auch wenn jeweils eine der drei Halbbrücken nur für ein Drittel der maximalen Leistung ausgelegt sein sollten, da in diesem Schaltzustand alle drei Halbbrücken zusammen mit den drei Drosseln genutzt werden können.A third switching state allows the conversion of single-phase AC voltage at the AC voltage terminal into DC voltage at the second DC voltage terminal or vice versa. In a fourth switching state, a conversion of a so-called "split phase" is enabled via the three reactors and the bridge circuit, ie a two-phase AC voltage, wherein the first phase between a first phase terminal and a second phase terminal of the AC voltage terminal is applied and wherein the second rotated by 180 ° phase the AC voltage between a third phase terminal and the second phase terminal of the AC voltage terminal is applied, in DC voltage at the second DC voltage terminal or vice versa allows. The second phase connection of the AC voltage terminal serves as neutral connection. The fifth switching state is used to convert DC voltage into DC voltage between the first and second DC voltage terminals. It should be noted at this point that the conversion of DC voltage into DC voltage between the first and second DC voltage connection is understood to mean both the provision of DC voltage at the first DC voltage connection based on DC voltage at the second voltage range connection and vice versa. An advantage of the achieved by the various switching states multifunctionality is that, for example, a battery on the second DC power connection via various voltage forms such as single-phase or three-phase AC voltage or DC voltage, z. B. via an inductive energy exchanger or a solar panel can be charged. If necessary, a simultaneous charge via different forms of energy, ie DC and AC voltage possible. Another advantageous application is the intermediate storage of energy in a further energy storage, such. B. a super-capacitor having a different energy storage characteristic, by means of the first DC voltage connection. Another advantage is that the power converter can also be operated with split phase, which is particularly important with regard to use in the North American market. Another advantage is that in the fifth switching state, the DC-DC voltage conversion can be done with maximum power, even if each one of the three half-bridges should be designed for only one third of the maximum power, since in this switching state all three half-bridges together with the three chokes can be used.

Bei Ausführungsbeispielen der Stromrichterschaltung werden für die Brückenschaltung drei Halbbrücken mit jeweils mindestens zwei Brückenschaltern, die vorzugsweise durch Halbleiterbausteine realisiert sind, eingesetzt. Vorteilhaft hierbei ist, dass Halbleiterbausteine kostengünstig sind und durch eine (z. B. externe) Logik ansteuerbar sind, um zum Beispiel durch geeignete Ansteuerung der Brückenschalter die Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung und umgekehrt unter Zuhilfenahme der Drosseln zu ermöglichen, wobei beispielsweise durch geeignete Wahl der Zeitverhältnisse eine Richtung eines Energieflusses einstellbar ist.In embodiments of the power converter circuit, three half-bridges each having at least two bridge switches, which are preferably realized by semiconductor components, are used for the bridge circuit. The advantage here is that semiconductor devices are inexpensive and can be controlled by a (eg external) logic, for example, by suitable control of the bridge switch to allow the conversion of AC voltage to DC voltage and vice versa with the aid of the chokes, for example, by a suitable choice the time relationships one direction of an energy flow is adjustable.

Zur Festlegung des jeweiligen Schaltzustandes kann das Schaltnetzwerk drei Schalter zur schaltbaren, selektiven Ankopplung der drei Drosseln an die drei Phasenanschlüsse des Wechselspannungsanschlusses umfassen. Des Weiteren wird bei Ausführungsbeispielen die Ankopplung des ersten Gleichspannungsanschlusses an die drei Drosseln über drei Schalter zur schaltbaren, selektiven Ankopplung realisiert. Diese Schalter für die Ankopplung des Gleichspannungsanschlusses und die Ankopplung des Wechselspannungsanschlusses können jeweils einzeln angesteuert werden. Hierdurch ergibt sich die vorteilhafte Eigenschaft, dass besonders viele Wandlungsmodi und insbesondere auch Wandlungsmodi zur gleichzeitigen Wandlung verschiedener Energieformen, wie z. B. von ein-phasiger Wechselspannung in Gleichspannung und von Gleichspannung in Gleichspannung, einstellbar sind.To determine the respective switching state, the switching network may comprise three switches for switchable, selective coupling of the three inductors to the three phase terminals of the AC voltage connection. Furthermore, in embodiments, the coupling of the first DC voltage connection to the three reactors is realized via three switches for switchable, selective coupling. These switches for the coupling of the DC voltage connection and the coupling of the AC voltage connection can each be controlled individually. This results in the advantageous property that particularly many conversion modes and in particular also conversion modes for the simultaneous conversion of different forms of energy, such. B. of single-phase AC voltage in DC voltage and DC voltage in DC voltage, are adjustable.

Bei Ausführungsbeispielen kann zusätzlich durch einen Schalter ein Nullleiter über drei Kapazitäten an die drei Drosseln angekoppelt werden, was eine vorteilhafte Filterung der zurückgespeisten ein-phasigen, split-phasigen und/oder dreiphasigen Wechselspannung ermöglicht, sodass die entsprechenden Normen für die Netzrückspeisung eingehalten werden können.In embodiments, a neutral can also be coupled via three capacitors to the three reactors by means of a switch. which allows advantageous filtering of the fed back single-phase, split-phase and / or three-phase AC voltage, so that the corresponding standards for the power feedback can be met.

Bei den beschrieben Ausführungsbeispiel dient die Stromrichterschaltung beispielsweise als Ersatz für ein Onboard-Ladegerät, was den Vorteil hat, dass eine Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht wird, da die Leistungselektronik und die Drosseln optimal für die bidirektionale Umwandlung von Gleichspannung in Gleichspannung und Gleichspannung in Wechselspannung und somit optimal für die benötigten Leistungen zur Ladung der Batterie bzw. zur Rückspeisung von Gleichspannung bzw. von Wechselspannung ausgelegt werden können. Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass bei diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer zusätzlichen Leistungselektronik für den Antriebsumrichter während eines Antriebsbetriebs auch eine Ladung bzw. eine Rückspeisung von Energie ermöglicht wird. Im Gegensatz dazu wird bei folgendem Ausführungsbeispiel die Stromrichterschaltung auch als Leistungselektronik für den Antriebsumrichter verwendet.In the described embodiment, the power converter circuit serves, for example, as a replacement for an on-board charger, which has the advantage that an improvement in efficiency is achieved because the power electronics and the chokes optimal for the bidirectional conversion of DC voltage to DC and DC voltage in AC voltage and thus can be optimally designed for the required power to charge the battery or for the recovery of DC voltage or AC voltage. Furthermore, it is advantageous that in this embodiment, using an additional power electronics for the drive converter during a drive operation, a charge or a recovery of energy is made possible. In contrast, in the following embodiment, the power converter circuit is also used as power electronics for the drive converter.

Es kann bei Ausführungsbeispielen auf eine zusätzliche Leistungselektronik für die Antriebsumrichterschaltung verzichtet werden, wenn eine Elektro-Maschine, auch E-Maschine genannt, angekoppelt wird. Hierzu umfasst das Schaltnetzwerk drei Wechselschalter, wobei die Stromrichterschaltung ausgebildet ist, um in einer ersten Schaltstellung der Wechselschalter die drei Phasen des Wechselspannungsanschlusses an die Drosseln zu koppeln und um in einer zweiten Schaltstellung eine ein- oder drei-phasige E-Maschine an die Drosseln zu koppeln, wobei die E-Maschine bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, in einem Antriebsbetrieb und in einem Generatorbetrieb betreibbar ist. Hierbei ist es vorteilig, dass keine zusätzliche, Bauraum-, Kosten- und Gewichtsintensive Leistungselektronik für den Antriebsumrichter benötigt wird. Ein weiterer Vorteil hieran ist die Möglichkeit einer Stromglättung für den Antrieb über die drei Drosseln.In embodiments, additional power electronics for the drive converter circuit can be dispensed with if an electric machine, also called an e-machine, is coupled. For this purpose, the switching network comprises three changeover switches, wherein the power converter circuit is designed to couple the three phases of the AC voltage connection to the chokes in a first switching position of the changeover switch and in a second switching position to a one- or three-phase electric machine to the chokes coupled, wherein the electric machine is preferred, but not necessarily, operable in a drive mode and in a generator mode. It is advantageous that no additional, space-consuming, cost and weight-intensive power electronics for the drive inverter is needed. Another advantage of this is the possibility of current smoothing for the drive via the three chokes.

Bei Ausführungsbeispielen kann neben der Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung oder umgekehrt gleichzeitig eine Spannungswandlung in eine höhere oder eine niedrigere Spannung erfolgen, die beispielsweise um 10% höher oder niedriger ist als der entsprechende Ausgangswert (Vergleich der Beträge der Gleichspannungen bzw. Vergleich des Betrages der Gleichspannung mit Effektivwert der Wechselspannung). Ebenfalls kann bei Ausführungsbeispielen eine Spannungswandlung zwischen der Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss gegenüber der Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss erfolgen, wobei hierzu bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler an dem zweiten Gleichspannungsanschluss zur weiteren Spannungswandlung vorgesehen werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass eine Veränderung der Gleichspannung, z. B. für eine Hochvoltbatterie, bei gleichzeitig hohen Wirkungsgraden möglich ist und eine Ladung der Batterie mit konstanter Stromstärke und konstantem Ladestrom erfolgen kann. Dies hat des Weiteren den Vorteil, dass eine Gleichspannung (Ausgangsspannung) kleiner der passiv gleichgerichteten Wechselspannung (Netzspannung) bereitgestellt werden kann.In embodiments, in addition to the conversion of DC voltage to AC voltage or vice versa, a voltage conversion to a higher or a lower voltage, for example, by 10% higher or lower than the corresponding output value (comparison of the amounts of DC voltages or comparison of the amount of DC voltage with rms value of the AC voltage). Likewise, in embodiments, a voltage conversion between the DC voltage at the first DC voltage terminal compared to the DC voltage at the second DC voltage connection, wherein for this purpose in a further embodiment, a DC-DC converter can be provided at the second DC voltage terminal for further voltage conversion. This offers the advantage that a change in the DC voltage, z. B. for a high-voltage battery, at the same time high efficiencies is possible and a charge of the battery with constant current and constant charging current can be done. This has the further advantage that a DC voltage (output voltage) smaller than the passively rectified AC voltage (mains voltage) can be provided.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung schafft, die mehrere Stromrichter für die unterschiedlichen Umwandlungsformen (bidirektionale Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung, bidirektionale Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung inklusive bidirektionaler Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandlung und einer Kombination aus den unterschiedlichen Wandlungsformen) vereint, wobei diese Vorrichtung kosteneffizient, platzeffizient und/oder gewichtseffizient ist.In summary, embodiments according to the present invention provide an apparatus comprising a plurality of power converters for the different conversion forms (bidirectional DC-DC conversion, bidirectional AC-DC conversion including bidirectional DC-DC conversion and a combination of the different conversion forms) This device is cost effective, space efficient and / or weight efficient.

FigurenkurzbeschreibungBrief Description

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; 1 a schematic representation of a power converter circuit according to a first embodiment;

2a ein Schaltbild einer Stromrichterschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; 2a a circuit diagram of a power converter circuit according to a second embodiment;

2b ein Schaltbild einer Stromrichterschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; 2 B a circuit diagram of a power converter circuit according to a third embodiment;

3a3d Ersatz-Schaltbilder zur Darstellung von Schaltzuständen einer Stromrichterschaltung gemäß einem der Ausführungsbeispiele; und 3a - 3d Replacement circuit diagrams for the representation of switching states of a power converter circuit according to one of the embodiments; and

4 eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung gemäß dem Stand der Technik. 4 a schematic representation of a power converter circuit according to the prior art.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the embodiments

Im Folgenden werden unterschiedliche Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung anhand von 13 beschrieben, wobei in den Figuren identische Bezugszeichen für die Objekte vergeben werden, die identische oder ähnliche Funktionen aufweisen, so dass Objekte mit gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen austauschbar sind und deren Beschreibungen einander entsprechen.In the following, different embodiments according to the present invention will be described with reference to FIG 1 - 3 in the figures, identical reference numerals are given for the objects that are identical or similar Have functions so that objects with the same reference numerals in different embodiments are interchangeable and their descriptions correspond to each other.

Es wird darauf hingewiesen, dass im Folgenden Gleichspannungen und Wechselspannungen, die an dem selben Anschluss der Schaltung anliegen, mit denselben Bezugszeichen versehen werden, auch wenn abhängig von dem Betriebszustand der Schaltung die Höhe, Phase und Polarität der Spannungen variieren kann.It should be noted that hereinafter DC voltages and AC voltages applied to the same terminal of the circuit are given the same reference numerals, although depending on the operating state of the circuit, the height, phase and polarity of the voltages may vary.

Stromrichterschaltung gemäß Fig. 1Converter circuit according to FIG. 1

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Stromrichterschaltung 40 mit drei Anschlüssen, nämlich mit dem Wechselspannungsanschluss 24, mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 18 und mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32. Des Weiteren weist die Stromrichterschaltung 40 eine Brückenschaltung 42 zwischen dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 und einer Drossel-Anordnung 44 auf, die wiederum über ein Schaltnetzwerk 46 mit dem Wechselspannungsanschluss 24 und dem ersten Gleichspannungsanschluss 18 verbunden ist. 1 shows a block diagram of a power converter circuit 40 with three terminals, namely with the AC voltage connection 24 , with the first DC voltage connection 18 and with the second DC voltage connection 32 , Furthermore, the power converter circuit 40 a bridge circuit 42 between the second DC voltage connection 32 and a throttle arrangement 44 on, in turn, via a switching network 46 with the AC voltage connection 24 and the first DC voltage terminal 18 connected is.

Die Brückenschaltung 42 umfasst drei Halbbrücken 42a, 42b und 42c, die über eine erste gemeinsame Potenzialführung 48a mit dem ersten Pol 32a des Gleichspannungsanschlusses 32 und über eine zweite gemeinsame Potenzialführung 48b mit dem zweiten Pol 32b des zweiten Gleichspannungsanschlusses 32 verbunden sind. Die Drossel-Anordnung 44 weist drei Drosseln 44a, 44b und 44c auf, deren erster Anschluss jeweils an einem Mittelknoten 45a, 45b und 45c der zugehörigen Halbbrücke 42a, 42b und 42c mit der zugehörigen Halbbrücke 42a, 42b und 42c verbunden sind. Jeweilige zweite Anschlüsse der drei Drosseln 44a, 44b und 44c sind in schaltbarer Weise über ein Schaltnetzwerk 46 mit dem Wechselspannungsanschluss 24, der drei Phasenanschlüsse 24a, 24b und 24c aufweist, und mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 18, der den Anschluss 18a für den ersten Pol und den Anschluss 18b für den zweiten Pol umfasst, verbunden. Zudem ist eine Masseverbindung 47 vorgesehen, die das Schaltnetzwerk 46 mit der zweiten gemeinsamen Potenzialführung 48b der Brückenschaltung 42 über einen Knoten 45d ankoppelt.The bridge circuit 42 includes three half-bridges 42a . 42b and 42c having a first shared potential leadership 48a with the first pole 32a of the DC voltage connection 32 and a second joint potential leadership 48b with the second pole 32b of the second DC voltage connection 32 are connected. The throttle arrangement 44 has three throttles 44a . 44b and 44c on, whose first connection in each case at a central node 45a . 45b and 45c the associated half-bridge 42a . 42b and 42c with the associated half bridge 42a . 42b and 42c are connected. Respective second connections of the three chokes 44a . 44b and 44c are switchable via a switching network 46 with the AC voltage connection 24 , the three phase connections 24a . 24b and 24c and with the first DC voltage terminal 18 that the connection 18a for the first pole and the connection 18b for the second pole, connected. In addition, a ground connection 47 provided the switching network 46 with the second common potential lead 48b the bridge circuit 42 over a node 45d couples.

Des Weiteren sind für das Schaltnetzwerk 46 symbolisch zwei Schaltzustände dargestellt. Ein erster Schaltzustand 50 ermöglicht die Umwandlung von drei-phasiger Wechselspannung V24a, V24b und V24c in Gleichspannung V32ab an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 oder umgekehrt. Ein zweiter Schaltzustand 52 ermöglicht die Umwandlung zwischen ein-phasiger Wechselspannung V24ab an dem ersten Phasenanschluss 24a und an dem zweiten Phasenanschluss 24b des Wechselspannungsanschlusses 24 und Gleichspannung V18ab an dem ersten Gleichspannungsanschluss 18 sowie, bevorzugt gleichzeitig dazu, die Umwandlung zwischen Gleichspannung V32ab an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 und Gleichspannung V18ab an dem ersten Gleichspannungsanschluss 18.Furthermore, for the switching network 46 symbolically represented two switching states. A first switching state 50 allows the conversion of three-phase AC voltage V 24a , V 24b and V 24c into DC voltage V 32ab at the second DC voltage terminal 32 or the other way around. A second switching state 52 allows conversion between single-phase AC voltage V 24ab at the first phase terminal 24a and at the second phase connection 24b of the AC voltage connection 24 and DC voltage V 18ab at the first DC voltage terminal 18 and, preferably at the same time, the conversion between DC voltage V 32ab at the second DC voltage port 32 and DC voltage V 18ab at the first DC voltage terminal 18 ,

Nachdem im Vorherigen die Struktur der Stromrichterschaltung 40 beschrieben wurde, wird im Folgenden die Funktionsweise dieser Stromrichterschaltung im Detail erörtert.Having in the past the structure of the converter circuit 40 has been described, the operation of this converter circuit is discussed in detail below.

Die Stromrichterschaltung 40 ist ausgebildet, um das Schaltnetzwerk 46 in zumindest zwei der fünf oder mehr Schaltzustände, nämlich z. B. in einen ersten oder zweiten Schaltzustand, zu versetzen. Optional kann die Stromrichterschaltung 40 dazu ausgelegt sein, um das Schaltnetzwerk 46 in einen dritten, vierten, fünften und/oder weiteren Schaltzustand zu versetzen. Die Schaltzustände werden im Folgenden exemplarisch beschrieben.The converter circuit 40 is trained to the switching network 46 in at least two of the five or more switching states, namely z. B. in a first or second switching state to put. Optionally, the power converter circuit 40 designed to be the switching network 46 in a third, fourth, fifth and / or further switching state. The switching states are described below by way of example.

Der erste Schaltzustand 50 dient zur drei-phasigen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung bzw. zur drei-phasigen Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandlung. Hier werden die drei Drosseln 44a, 44b und 44c über das Schaltnetzwerk 46 mit drei unterschiedlichen Phasenanschlüssen 24a, 24b und 24c des Wechselspannungsanschlusses 24 gekoppelt, um durch geeignete Ankopplung der Brückenschaltung 42 basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 anliegenden Gleichspannung V32ab an dem Wechselspannungsanschluss 24 bzw. an den Phasenanschlüssen 24a, 24b und 24c eine Wechselspannung V24a, V24b und V24c mit drei Phasen bereitzustellen oder basierend auf einer an dem Wechselspannungsanschluss 24 anliegenden Wechselspannung V24a, V24b und V24c mit drei Phasen an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 eine Gleichspannung V32ab zwischen dem ersten Pol 32a und dem zweiten Pol 32b bereitzustellen. In diesem ersten Schaltzustand 50 erfolgt die Umwandlung von Wechselspannung V24a, V24b und V24c mit den drei Phasen in Gleichspannung V32ab über die drei Drosseln 44a, 44b und 44c durch eine geeignete Ankopplung der drei Halbbrücken 42a, 42b und 42c bzw. durch geeignetes Schalten von Schaltbauteilen in den Halbbrücken 42a, 42b und 42c. Unter einer geeigneten Ankopplung wird beispielsweise, bei Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung, eine derartige zeitliche Ansteuerung der Halbbrücken 42a, 42b und 42c verstanden, so dass positive Halbwellen der drei Phasen, die an den Phasenanschlüssen 24a, 24b und 24c anliegen, an die erste gemeinsame Potenzialführung 48a angekoppelt werden, während die negativen Halbwellen der drei Phasen der Phasenanschlüssen 24a, 24b und 24c an die zweite gemeinsame Potenzialführung 48b angekoppelt werden.The first switching state 50 is used for three-phase AC-DC voltage conversion and for three-phase DC-AC conversion. Here are the three chokes 44a . 44b and 44c over the switching network 46 with three different phase connections 24a . 24b and 24c of the AC voltage connection 24 coupled by suitable coupling of the bridge circuit 42 based on one at the second DC voltage terminal 32 applied DC voltage V 32ab at the AC voltage terminal 24 or at the phase connections 24a . 24b and 24c to provide an alternating voltage V 24a , V 24b and V 24c with three phases or based on one at the AC voltage terminal 24 applied AC voltage V 24a , V 24b and V 24c with three phases at the second DC voltage terminal 32 a DC voltage V 32ab between the first pole 32a and the second pole 32b provide. In this first switching state 50 the conversion of AC voltage V 24a , V 24b and V 24c takes place with the three phases in DC voltage V 32ab across the three reactors 44a . 44b and 44c by a suitable coupling of the three half-bridges 42a . 42b and 42c or by suitable switching of switching components in the half-bridges 42a . 42b and 42c , Under a suitable coupling, for example, with AC-DC voltage conversion, such a temporal control of the half-bridges 42a . 42b and 42c understood, so that positive half-waves of the three phases at the phase terminals 24a . 24b and 24c to the first joint potential leadership 48a be coupled while the negative half-waves of the three phases of the phase connections 24a . 24b and 24c to the second joint potential leadership 48b be coupled.

Die Stromrichterschaltung 40 ist dazu ausgebildet, um das Schaltnetzwerk 46 in den zweiten Schaltzustand 52 zu versetzen, der zur gleichzeitigen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung und Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung bzw. Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandlung dient, und in dem die erste Drossel 44a über das Schaltnetzwerk 46 mit einem der Phasenanschlüsse, z. B. dem Phasenanschluss 24a, des Wechselspannungsanschlusses 24 gekoppelt ist, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 anliegender Gleichspannung V32ab an dem Wechselspannungsanschluss 24 – oder genauer an dem Phasenanschluss 24a – die ein-phasige Wechselspannung V24ab bereitzustellen oder basierend auf der an dem Phasenanschluss 24a anliegenden ein-phasigen Wechselspannung V24ab an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 eine Gleichspannung V32ab bereitzustellen. Da die Stromrichterschaltung 40 dieses Ausführungsbeispiels nicht notwendiger Weise einen Nullleiteranschluss, wie zum Beispiel eine Erdung, aufweist, gegenüber welchem eine Wechselspannung V24ab über den Phasenanschluss 24a angelegt bzw. abgegriffen werden kann, wird erforderlichenfalls, aber nicht notwendigerweise über das Schaltnetzwerk 46 die zweite Drossel 44b an den zweiten Phasenanschluss 24b gekoppelt, um eine Wechselspannung V24ab zwischen dem ersten Phasenanschluss 24a und dem zweiten Phasenanschluss 24b bereitzustellen oder abzugreifen. Die Stromrichterschaltung 40 ist dazu ausgebildet, um die Halbbrücken 42a, 42b und 42c so anzusteuern, dass durch Zusammenwirken der Halbbrücken 42a und ggf. 42b mit den Drosseln 42a und ggf. 42b eine Gleichrichtung bzw. Wechselrichtung erreicht wird, wobei auch ggf. gleichzeitig eine Spannungserhöhung oder Spannungsverringerung um mindestens 50% des Ausgangswertes, also eine Erhöhung oder Verringerung des Betrages Gleichspannung V32ab gegenüber dem Effektivwert V24ab, stattfinden kann. The converter circuit 40 is designed to be the switching network 46 in the second switching state 52 which is used for simultaneous DC-DC conversion and AC-to-DC conversion, and in which the first choke 44a over the switching network 46 with one of the phase connections, z. B. the phase connection 24a , the AC voltage connection 24 coupled based on one at the second DC voltage port 32 applied DC voltage V 32ab at the AC voltage terminal 24 - or more precisely at the phase connection 24a To provide the single-phase AC voltage V 24ab or based on the on the phase terminal 24a adjacent single -phase AC voltage V 24ab at the second DC voltage terminal 32 to provide a DC voltage V 32ab . Since the power converter circuit 40 This embodiment does not necessarily include a neutral terminal, such as a ground, opposite which an AC voltage V 24ab across the phase terminal 24a can be applied or tapped, if necessary, but not necessarily via the switching network 46 the second throttle 44b to the second phase connection 24b coupled to an AC voltage V 24ab between the first phase terminal 24a and the second phase connection 24b to provide or tap. The converter circuit 40 is designed to be the half bridges 42a . 42b and 42c to drive so that by interaction of the half bridges 42a and possibly 42b with the throttles 42a and possibly 42b a rectification or reversal direction is achieved, wherein also possibly at the same time a voltage increase or decrease in voltage by at least 50% of the output value, ie an increase or decrease in the amount DC voltage V 32ab compared to the effective value V 24ab , can take place.

In dem zweiten Schaltzustand 52 findet parallel zur Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung, worunter sowohl eine Bereitstellung einer Gleichspannung V32ab auf Basis einer Wechselspannung V24ab als auch, alternativ, eine Bereitstellung einer Wechselspannung V24ab auf Basis einer Gleichspannung V32ab verstanden wird, eine Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung statt: Hierbei ist eine weitere Drossel, also eine der Drosseln 44a, 44b und 44c, die in dem ersten Schaltzustand zwischen die Brückenschaltung 42 und den Wechselspannungsanschluss 24 geschaltet sind, wie zum Beispiel die Drossel 44c, über das Schaltnetzwerk 46 mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 18 – oder genauer mit dem ersten Pol 18a des Gleichspannungsanschlusses 18 – gekoppelt, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 zwischen den Polen 32a und 32b anliegenden Gleichspannung V32ab an dem ersten Gleichspannungsanschluss 18 zwischen den Polen 18a und 18b eine Gleichspannung V18ab bereitzustellen oder basierend auf einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss 18 anliegenden Gleichspannung V18ab an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 eine Gleichspannung V32ab bereitzustellen. Bei dieser Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung ist der Pol 18a über die Drossel 44c mit der Brückenschaltung 42c an dem Mittelknoten 45c der Brückenschaltung 42c verbunden, während der zweite Pol 18b des ersten Gleichspannungsanschlusses 18 beispielsweise direkt oder mittels eines Schalters über die Masseverbindung 47 mit der zweiten gemeinsamen Potenzialführung 48b der Brückenschaltung 42 verbunden ist und damit auch mit dem zweiten Pol 32b des zweiten Gleichspannungsanschlusses 32. Bei dieser Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung bzw. bei der gleichzeitig dazu erfolgenden Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung oder Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandlung kann auch ggf. eine Erhöhung oder Reduzierung einer Spannung um beispielsweise mindestens 10% des Ausgangswertes ermöglicht werden, also eine Erhöhung oder Verringerung des Betrages der Gleichspannung V18ab gegenüber dem Betrag der Gleichspannung V32ab um beispielsweise mindestens 10% oder mehr. Hierbei findet eine Abwärtswandlung oder Aufwärtswandlung durch geeignete Ansteuerung der Brückenschaltung 42 bzw. der Halbbrücken 42c statt.In the second switching state 52 takes place in parallel to the AC-DC voltage conversion, which is understood to mean both a provision of a DC voltage V 32ab based on an AC voltage V 24ab and, alternatively, an AC voltage V 24ab based on a DC voltage V 32ab , a DC-DC voltage conversion : Here is another throttle, so one of the throttles 44a . 44b and 44c which in the first switching state between the bridge circuit 42 and the AC voltage connection 24 are switched, such as the throttle 44c , via the switching network 46 with the first DC voltage connection 18 - or more precisely with the first pole 18a of the DC voltage connection 18 Coupled to based on one at the second DC voltage port 32 between the poles 32a and 32b applied DC voltage V 32ab at the first DC voltage terminal 18 between the poles 18a and 18b to provide a DC voltage V 18ab or based on one at the first DC voltage terminal 18 applied DC voltage V 18ab at the second DC voltage terminal 32 to provide a DC voltage V 32ab . In this DC-DC voltage conversion of the pole 18a over the throttle 44c with the bridge circuit 42c at the center node 45c the bridge circuit 42c connected while the second pole 18b of the first DC voltage connection 18 for example, directly or by means of a switch on the ground connection 47 with the second common potential lead 48b the bridge circuit 42 is connected and thus with the second pole 32b of the second DC voltage connection 32 , In this DC-DC voltage conversion or at the same time taking place AC-DC voltage conversion or DC-AC voltage conversion can also be optionally an increase or decrease of a voltage by, for example, at least 10% of the output value are possible, so an increase or decrease the amount of DC voltage V 18ab versus the amount of DC voltage V 32ab by, for example, at least 10% or more. In this case, a down conversion or up conversion takes place by suitable control of the bridge circuit 42 or half-bridges 42c instead of.

Im Folgenden werden optionale Erweiterungen der Grundfunktionalität der Stromrichterschaltung 40 beschrieben, die es ermöglichen, mit vergleichsweise geringem Mehraufwand einen deutlich erhöhten Funktionsumfang zu erreichen.The following are optional enhancements to the basic functionality of the converter circuit 40 described, which make it possible to achieve a significantly increased functionality with relatively little extra effort.

Die Stromrichterschaltung 40 ist optional dazu ausgebildet, um das Schaltnetzwerk 46 in einen dritten Schaltzustand zu versetzen, der dazu dient, um ein-phasige Wechsel-Spannung in Gleichspannung V32ab oder umgekehrt zu wandeln. In dem dritten Schaltzustand, in dem eine der drei Drosseln 44a, 44b oder 44c über das Schaltnetzwerk 46 mit einem der Phasenanschlüsse 24a, 24b oder 24c des Wechselspannungsanschlusses 24 gekoppelt ist, ist die Stromrichterschaltung 40 dazu ausgebildet, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 anliegenden Gleichspannung V32ab an dem Wechselspannungsanschluss 24 eine ein-phasige Wechselspannung V24ab bereitzustellen oder basierend auf einer an dem Wechselspannungsanschluss 24 anliegenden ein-phasigen Wechselspannung V24ab an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 eine Gleichspannung V32ab bereitzustellen. Hierbei gibt es, analog zu dem zweiten Schaltzustand 52, mindestens zwei alternative Möglichkeiten, wie eine ein-phasige Wechselspannung V24a über den Phasenanschluss 24a angelegt bzw. abgegriffen werden kann: Eine erste Möglichkeit besteht darin, einen Nullleiter bzw. Rückleiter, wie zum Beispiel eine Erdung, beispielsweise an die Brückenschaltung 42 oder einen Zwischenspannungsknoten galvanisch anzukoppeln, um gegenüber dem Nullleiter eine ein-phasige Wechselspannung V24a an dem Phasenanschluss 24a abzugreifen bzw. bereitzustellen; hierbei ist es ausreichend, dass nur die erste Drossel 44a an den ersten Phasenanschluss 24a mittels des Schaltnetzwerkes 46 an der Brückenschaltung 44 angekoppelt wird. Gemäß einer zweiten Möglichkeit, wird in diesem Ausführungsbeispiel, wenn der Nullleiter nicht mit der Brückenschaltung 44 oder einem zugehörigen Zwischenspannungsknoten statisch gekoppelt ist, erforderlichenfalls, aber nicht notwendigerweise über das Schaltnetzwerk 46 die zweite Drossel 44b an den zweiten Phasenanschluss 24b gekoppelt, um eine ein-phasige Wechselspannung V24ab zwischen dem ersten Phasenanschluss 24a und dem zweiten Phasenanschluss 24b bereitzustellen oder abzugreifen. In anderen Worten stellt dieser dritte Schaltzustand einen analogen Schaltzustand zu dem zweiten Schaltzustand 52 dar, wobei keine Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung zwischen dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 und dem ersten Gleichspannungsanschluss 18 stattfindet.The converter circuit 40 is optionally designed to be the switching network 46 in a third switching state, which serves to convert one-phase AC voltage into DC voltage V 32ab or vice versa. In the third switching state, in which one of the three chokes 44a . 44b or 44c over the switching network 46 with one of the phase connections 24a . 24b or 24c of the AC voltage connection 24 is coupled, is the power converter circuit 40 configured to be based on one at the second DC voltage port 32 applied DC voltage V 32ab at the AC voltage terminal 24 to provide a single-phase AC voltage V 24ab or based on one at the AC voltage terminal 24 adjacent single -phase AC voltage V 24ab at the second DC voltage terminal 32 to provide a DC voltage V 32ab . This is analogous to the second switching state 52 , at least two alternative options, such as a single-phase AC voltage V 24a across the phase connection 24a can be created or tapped: A first possibility exists therein, a neutral or return conductor, such as a ground, for example to the bridge circuit 42 or to galvanically couple an intermediate voltage node to provide a single-phase AC voltage V 24a to the phase terminal opposite the neutral 24a to tap or provide; It is sufficient that only the first throttle 44a to the first phase connection 24a by means of the switching network 46 at the bridge circuit 44 is coupled. According to a second possibility, in this embodiment, when the neutral is not connected to the bridge circuit 44 or statically coupled to an associated intermediate voltage node, if necessary, but not necessarily via the switching network 46 the second throttle 44b to the second phase connection 24b coupled to a single-phase AC voltage V 24ab between the first phase terminal 24a and the second phase connection 24b to provide or tap. In other words, this third switching state sets an analog switching state to the second switching state 52 wherein no DC-DC voltage conversion between the second DC voltage terminal 32 and the first DC voltage terminal 18 takes place.

Ferner kann die Stromrichterschaltung 40 optional ausgebildet sein, um das Schaltnetzwerk 46 in einen vierten Schaltzustand zu versetzen, der dazu dient, um split-phasige Wechselspannungen V24ab und V24cb in Gleichspannung V32ab oder umgekehrt zu wandeln. Das Schaltnetzwerk 46 ist in dem vierten Schaltzustand dazu ausgebildet, mindestens zwei der drei Drosseln, z. B. die Drosseln 44a und 44c, mit zwei unterschiedlichen Phasenanschlüssen 24a und 24c des Wechselspannungsanschlusses zu koppeln. Diese besondere Konfiguration zwischen zwei Wechselspannungsphasen, die um 180° versetzt sind, wird Splitphase bzw. aufgeteilte Phase genannt. Bei diesem vierten Schaltzustand ist der Wechselspannungsanschluss 24 über das Schaltnetzwerk 46 und über die den zwei Drosseln 44a und 44c an die Brückenschaltung 42 angekoppelt. Hierbei gibt es wiederum, analog zu dem zweiten und dritten Schaltzustand 52, mindestens zwei alternative Möglichkeiten, gegenüber welchem Nullleiter bzw. Neutralleiter die zwei split-phasigen Wechselspannungen V24ab und V24cb über die Phasenanschlüsse 24a und 24c angelegt bzw. abgegriffen werden können: Eine erste Möglichkeit stellt wiederum eine Ankopplung des Nullleiters bzw. Neutralleiters beispielsweise an die Brückenschaltung 42 bzw. einem Zwischenspannungsknoten dar, gegenüber welchem die zwei split-phasigen Wechselspannungen V24ab und V24cb an den Phasenanschlüssen 24a und 24b abgegriffen bzw. bereitgestellt werden können; hierbei ist es ausreichend, dass nur die erste und die dritte Drossel 44a und 44c an den ersten und dritten Phasenanschluss 24a und 24c mittels des Schaltnetzwerkes 46 angekoppelt sind. Durch geeignete Beschaltung und Ansteuerung der Brückenschaltung 42 werden somit basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 anliegenden Gleichspannung V32ab an dem Wechselspannungsanschluss 24 bzw. genauer an den Phasenanschlüssen 24a und 24c zwei Wechselspannungen V24ab und V24cb bereitgestellt oder es basierend auf zwei an den zwei Phasenanschlüssen 24a und 24c (typischerweise gegenphasig) anliegenden Wechselspannungen V24ab und V24cb an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 eine Gleichspannung V32ab bereitgestellt. Gemäß einer zweiten Möglichkeit, wird in diesem Ausführungsbeispiel, wenn der Nullleiteranschluss nicht mit der Brückenschaltung 42 oder einem zugehörigen Zwischenspannungsknoten statisch gekoppelt ist, erforderlichenfalls, aber nicht notwendigerweise, über das Schaltnetzwerk 46 eine weitere Drossel, nämlich die zweite Drossel 44b an den zweiten Phasenanschluss 24b gekoppelt, um die split-phasigen Wechselspannungen V24ab und V24cb zwischen dem ersten Phasenanschluss 24a und dem zweiten Phasenanschluss 24b und zwischen dem dritten Phasenanschluss 24c und dem zweiten Phasenanschluss 24b bereitzustellen oder abzugreifen, wobei der zweite Phasenanschluss 24b als „künstlicher” Nullleiteranschluss bzw. Neutralleiteranschluss dient.Furthermore, the power converter circuit 40 optionally be designed to the switching network 46 in a fourth switching state, which serves to convert split-phase AC voltages V 24ab and V 24cb in DC voltage V 32ab or vice versa. The switching network 46 is formed in the fourth switching state to at least two of the three throttles, for. As the throttles 44a and 44c , with two different phase connections 24a and 24c to couple the AC voltage connection. This particular configuration between two alternating voltage phases offset by 180 ° is called a split phase. In this fourth switching state is the AC voltage connection 24 over the switching network 46 and over the two chokes 44a and 44c to the bridge circuit 42 coupled. Here again, analogously to the second and third switching states 52 , At least two alternative possibilities, compared to which neutral conductor or neutral conductor, the two split-phase AC voltages V 24ab and V 24cb via the phase terminals 24a and 24c can be applied or tapped: A first possibility in turn provides a coupling of the neutral conductor or neutral, for example, to the bridge circuit 42 or an intermediate voltage node , opposite which the two split-phase AC voltages V 24ab and V 24cb at the phase terminals 24a and 24b can be tapped or provided; It is sufficient that only the first and the third throttle 44a and 44c to the first and third phase connection 24a and 24c by means of the switching network 46 are coupled. By suitable wiring and control of the bridge circuit 42 are thus based on one at the second DC voltage terminal 32 applied DC voltage V 32ab at the AC voltage terminal 24 or more precisely at the phase terminals 24a and 24c two AC voltages V 24ab and V 24cb provided or based on two at the two phase terminals 24a and 24c (typically opposite phase) AC voltages V 24ab and V 24cb at the second DC voltage terminal 32 a DC voltage V 32ab provided. According to a second possibility, in this embodiment, when the neutral terminal is not connected to the bridge circuit 42 or statically coupled to an associated intermediate voltage node, if necessary, but not necessarily, via the switching network 46 another throttle, namely the second throttle 44b to the second phase connection 24b coupled to the split-phase AC voltages V 24ab and V 24cb between the first phase connection 24a and the second phase connection 24b and between the third phase connection 24c and the second phase connection 24b to provide or tap, the second phase connection 24b serves as an "artificial" neutral connection or neutral connection.

Ferner kann die Stromrichterschaltung 40 optional gebildet sein, um das Schaltnetzwerk 46 in einen fünften Schaltzustand zu versetzen, der zur Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung dient. Das Schaltnetzwerk 46 koppelt in dem fünften Schaltzustand eine der drei Drosseln, z. B. die dritte Drossel 44c, über das Schaltnetzwerk 46 mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 18, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 anliegenden Gleichspannung V32ab an dem ersten Gleichspannungsanschluss eine Gleichspannung V18ab bereitzustellen oder basierend auf einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss 18 anliegenden Gleichspannung V18ab gab an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 eine Gleichspannung V32ab bereitzustellen. Über die Masseverbindung 47, die optional einen Schalter aufweisen kann, wird zur Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung eine Verbindung zwischen den zweiten Polen der Gleichspannungsanschlüsse, nämlich zwischen dem zweiten Pol 18b des ersten Gleichspannungsanschlusses 18 und dem zweiten Pol 32b des zweiten Gleichspannungsanschlusses 32 über den Knoten 45d und die zweite gemeinsame Potenzialführung 48b der Brückenschaltung 42, hergestellt. Bei dieser Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung, die durch geeignete Ansteuerung der Brückenschaltung 42 erreicht wird, kann analog zu der Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung des zweiten Schaltzustands 52 eine Spannungsänderung auf ein höheres oder niedrigeres Spannungsniveau, also eine Erhöhung oder Verringerung des Betrages der Gleichspannung V18ab gegenüber dem Betrag der Gleichspannung V32ab um beispielsweise mindestens 10%, durch eine Abwärts- oder Aufwärts-Wandlung stattfinden.Furthermore, the power converter circuit 40 optionally be formed to the switching network 46 in a fifth switching state, which serves for DC-DC voltage conversion. The switching network 46 coupled in the fifth switching state, one of the three throttles, z. B. the third throttle 44c , via the switching network 46 with the first DC voltage connection 18 to be based on one at the second DC voltage terminal 32 applied DC voltage V 32ab at the first DC voltage terminal to provide a DC voltage V 18ab or based on a at the first DC voltage terminal 18 applied DC voltage V 18ab gave at the second DC voltage connection 32 to provide a DC voltage V 32ab . About the ground connection 47 , which may optionally comprise a switch, for DC-to-DC conversion, a connection between the second poles of the DC voltage terminals, namely between the second pole 18b of the first DC voltage connection 18 and the second pole 32b of the second DC voltage connection 32 over the node 45d and the second joint potential leadership 48b the bridge circuit 42 , produced. In this DC-DC voltage conversion, by suitable control of the bridge circuit 42 is reached, analogous to the DC-DC voltage conversion of the second switching state 52 a voltage change to a higher or lower voltage level, ie an increase or decreasing the amount of DC voltage V 18ab versus the amount of DC voltage V 32ab by, for example, at least 10%, by down-converting or up-converting.

Wie oben erwähnt ist es möglich, für den zweiten, dritten, und vierten Schaltzustand von der Ankopplung des zweiten Phasenanschlusses 24b, gegenüber welchem die Wechselspannungen V24a, V24b und V24c zum Beispiel bei Fehlen eines anderweitigen Nullleiters bzw. abgegriffen bzw. bereitgestellt werden, an die Drossel 44b bzw. an die Brückenschaltung 42 abzusehen und stattdessen einen Nullleiter bzw. Neutralleiter oder eine Erdung für die Stromrichterschaltung 40 vorzusehen, gegenüber welcher die ein-phasige oder split-phasige Wechselspannung abgegriffen bzw. bereitgestellt werden kann. In diesen Fall würde in dem zweiten Schaltzustand 52, dritten Schaltzustand und vierten Schaltzustand ein Nullleiter oder eine Erdung an die Brückenschaltung 42, beispielsweise mittels eines Knotens zwischen zwei Kapazitäten, die sich elektrisch zwischen der ersten und zweite Potenzialführung 48a und 48b befinden können, ankoppelt werden (und ggf. so die Stromrichterschaltung 40 auch galvanisch zu koppeln).As mentioned above, it is possible for the second, third and fourth switching state of the coupling of the second phase connection 24b to which the AC voltages V 24a , V 24b, and V 24c are supplied, for example, in the absence of any other neutral, to the choke 44b or to the bridge circuit 42 and instead a neutral or neutral or a ground for the power converter circuit 40 provide against which the single-phase or split-phase AC voltage can be tapped or provided. In this case, in the second switching state 52 , Third switching state and fourth switching state, a neutral or a ground to the bridge circuit 42 by means of, for example, a node between two capacitances electrically connected between the first and second potential guides 48a and 48b can be coupled (and possibly so the converter circuit 40 also to couple galvanically).

Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 2Exemplary embodiments according to FIG. 2

2a zeigt ein Schaltbild einer Stromrichterschaltung 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Aufbau der Stromrichterschaltung 60 entspricht grundsätzlich dem Aufbau der Stromrichterschaltung 40. 2a shows a circuit diagram of a power converter circuit 60 according to an embodiment of the invention. The structure of the converter circuit 60 basically corresponds to the structure of the converter circuit 40 ,

Die Stromrichterschaltung 60 weist drei Anschlüsse, nämlich den Wechselspannungsanschluss 24, den ersten Gleichspannungsanschluss 18 und den zweiten Gleichspannungsanschluss 32 auf. Die Stromrichterschaltung 60 weist eine Serienschaltung der Brückenschaltung 42, die mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 verbunden ist, der Drossel-Anordnung 44 und des Schaltnetzwerks 46 auf, wobei das Schaltnetzwerk 46 sowohl mit dem Wechselspannungsanschluss 24 als auch mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 18 verbunden ist.The converter circuit 60 has three connections, namely the AC voltage connection 24 , the first DC voltage connection 18 and the second DC voltage terminal 32 on. The converter circuit 60 has a series circuit of the bridge circuit 42 connected to the second DC voltage connection 32 connected, the throttle arrangement 44 and the switching network 46 on, the switching network 46 both with the AC voltage connection 24 as well as with the first DC voltage connection 18 connected is.

Die Brückenschaltung 42 besteht aus drei Halbbrücken 42a, 42b und 42c, die jeweils parallel zueinander zwischen die erste gemeinsame Potenzialführung 48a und die zweite gemeinsame Potenzialführung 48b geschaltet sind. Die gemeinsame Potenzialführung 48a der Brückenschaltung 42 dient zu dem Anschluss der Brückenschaltung 42 an den ersten Pol 32a des Gleichspannungsanschlusses 32, die zweite gemeinsame Potenzialführung 48b zu dem Anschluss der Brückenschaltung 42 an den zweiten Pol 32b. Die Halbbrücken 42a, 42b und 42c werden in diesem Ausführungsbeispiel jeweils durch mindestens zwei Brückenschalter realisiert, nämlich durch zwei erste Brückenschalter 42a_1 und 42a_2 in der ersten Halbbrücke 42a, durch zwei zweite Brückenschalter 42b_1 und 42b_2 in der zweiten Halbbrücke 42b und zwei dritte Brückenschalter 42c_1 und 42c_2 in der dritten Halbbrücke 42c. Diese Brückenschalter 42a_1 bzw. 42a_2, 42b_1 bzw. 42b_2 und 42c_1 und 42c_2 können beispielsweise aus Halbleiterelementen gebildet sein und ggf. auch mittels einer Logik (nicht dargestellt) ansteuerbar sein. Zwischen den Brückenschaltern 42a_1 bzw. 42a_2, 42b_1 bzw. 42b_2 und 42c_1 und 42c_2 sind jeweils die Mittelknoten 45a, 45b und 45c vorgesehen, über die die Drosseln 44a, 44b und 44c der Drosselanordnung 44 an einer ersten Seite angekoppelt sind bzw. mit deren ersten Anschlüssen der Drosseln 44a, 44b und 44c gekoppelt sind. Über den Mittelknoten 45a der Halbbrücke 42a ist die Drossel 44a angekoppelt, über den Mittelknoten 45b der Halbbrücke 42b die Drossel 44b und über den Mittelknoten 45c der Halbbrücke 42c die Drossel 44c.The bridge circuit 42 consists of three half-bridges 42a . 42b and 42c , each parallel to each other between the first common potential guide 48a and the second joint potential leadership 48b are switched. The shared potential leadership 48a the bridge circuit 42 serves to connect the bridge circuit 42 to the first pole 32a of the DC voltage connection 32 , the second joint potential leadership 48b to the connection of the bridge circuit 42 to the second pole 32b , The half bridges 42a . 42b and 42c are realized in this embodiment in each case by at least two bridge switches, namely by two first bridge switch 42a_1 and 42a_2 in the first half bridge 42a , through two second bridge switches 42b_1 and 42b_2 in the second half bridge 42b and two third bridge switches 42c_1 and 42c_2 in the third half bridge 42c , This bridge switch 42a_1 respectively. 42a_2 . 42b_1 respectively. 42b_2 and 42c_1 and 42c_2 For example, they may be formed of semiconductor elements and possibly also be controllable by means of logic (not shown). Between the bridge switches 42a_1 respectively. 42a_2 . 42b_1 respectively. 42b_2 and 42c_1 and 42c_2 are each the middle node 45a . 45b and 45c provided over which the chokes 44a . 44b and 44c the throttle assembly 44 are coupled to a first side or with their first terminals of the throttles 44a . 44b and 44c are coupled. About the middle node 45a the half bridge 42a is the throttle 44a coupled, via the center node 45b the half bridge 42b the throttle 44b and over the middle node 45c the half bridge 42c the throttle 44c ,

Die Drosselanordnung 44 mit den drei Drosseln 44a, 44b und 44c ist an einer zweiten Seite, also auf der Seite der zweiten Anschlüsse der jeweiligen Drosseln 44a, 44b und 44c, in schaltbarer Weise mit dem Wechselspannungsanschluss 24 über eine Schalteranordnung 62 und einen in Serie zu der Schalteranordnung 62 geschalteten Netzschalter 66a verbunden. Der Schalter 62a der Schalteranordnung 62 verbindet die Drossel 44a mit dem Netzschalter 66a und damit, über den Netzschalter 66a, mit dem ersten Phasenanschluss 24a, der Schalter 62b der Schalteranordnung 62 verbindet die Drossel 44b mit dem Netzschalter 66a und damit, über den Netzschalter 66a, mit dem zweiten Phasenanschluss 24b und der Schalter 62c der Schalteranordnung 62 verbindet die Drossel 44c mit dem Netzschalter 66a und damit, über den Netzschalter 66a, mit dem dritten Phasenanschluss 24c. Die Schalter 62a, 62b und 62c sind ausgebildet, um, abhängig von dem jeweiligen Schaltzustand, entweder alle der drei Drosseln 44a, 44b und 44c an die drei Phasenanschlüsse 24a, 24b und 24c anzukoppeln oder eine echte Teilmenge der drei Drosseln, zum Beispiel die Drosseln 44a und 44c, an eine echte Teilmenge der drei Phasenanschlüsse, zum Beispiel an die Phasenanschlüsse 24a und 24c, anzukoppeln oder alle drei Drosseln 44a, 44b und 44c von dem Wechselspanungsanschluss 24 abzukoppeln. Der Netzschalter 66a koppelt gleichzeitig alle drei Phasenanschlüsse 24a, 24b und 24c an die drei Schalter 62a, 62b und 62c an oder von den drei Schalter 62a, 62b und 62c ab.The throttle arrangement 44 with the three chokes 44a . 44b and 44c is on a second side, so on the side of the second ports of the respective throttles 44a . 44b and 44c , in switchable manner with the AC voltage connection 24 via a switch arrangement 62 and one in series with the switch assembly 62 switched power switch 66a connected. The desk 62a the switch assembly 62 connects the throttle 44a with the power switch 66a and with it, over the power switch 66a , with the first phase connection 24a , the desk 62b the switch assembly 62 connects the throttle 44b with the power switch 66a and with it, over the power switch 66a , with the second phase connection 24b and the switch 62c the switch assembly 62 connects the throttle 44c with the power switch 66a and with it, over the power switch 66a , with the third phase connection 24c , The switches 62a . 62b and 62c are designed to, depending on the respective switching state, either all of the three chokes 44a . 44b and 44c to the three phase connections 24a . 24b and 24c or a real subset of the three reactors, for example, the throttles 44a and 44c , to a true subset of the three phase connections, for example to the phase connections 24a and 24c to couple or all three chokes 44a . 44b and 44c from the AC adapter connection 24 decouple. The power switch 66a simultaneously couples all three phase connections 24a . 24b and 24c to the three switches 62a . 62b and 62c on or off the three switches 62a . 62b and 62c from.

Die Drosselanordnung 44 ist an der zweiten Seite zudem in schaltbarer Weise über eine Schalteranordnung 64 mit dem ersten Pol 18a des ersten Gleichspannungsanschlusses 18 verbunden, so dass die erste Drossel 44a über den ersten Schalter 64a der Schalteranordnung 64 an den Pol 18a ankoppelbar ist bzw. so dass die zweite Drossel 44b über den zweiten Schalter 64b der Schalteranordnung 64 an den Pol 18a ankoppelbar ist und bzw. so dass die dritte Drossel 44c über den dritten Schalter 64c der Schalteranordnung 64 an den ersten Pol 18a ankoppelbar ist. Die Schalteranordnung 62 ist ausgebildet, um alle der drei Drosseln 44a, 44b und 44c oder eine echte Teilmenge der drei Drosseln, zum Beispiel nur die dritte Drosseln 44c, an den ersten Pol 18a des ersten Gleichspannungsanschlusses 18 anzukoppeln oder abzukoppeln. Zudem umfasst das Schaltnetzwerk 46 einen weiteren Schalter 65 für die Masseverbindung 47, mit dem die zweite gemeinsame Potenzialführung 48b der Brückenschaltung 42 über den Knoten 45d an den zweiten Pol 18b des ersten Gleichspannungsanschlusses 18 angekoppelt werden kann.The throttle arrangement 44 is also on the second side in a switchable manner via a switch arrangement 64 with the first pole 18a of the first DC voltage connection 18 connected so that the first choke 44a over the first switch 64a the switch assembly 64 to the pole 18a can be coupled or so that the second throttle 44b above the second switch 64b the switch assembly 64 to the pole 18a can be coupled and or so that the third throttle 44c over the third switch 64c the switch assembly 64 to the first pole 18a can be coupled. The switch arrangement 62 is designed to handle all of the three chokes 44a . 44b and 44c or a true subset of the three chokes, for example, only the third chokes 44c , to the first pole 18a of the first DC voltage connection 18 to couple or uncouple. In addition, the switching network includes 46 another switch 65 for the ground connection 47 , with which the second joint potential leadership 48b the bridge circuit 42 over the node 45d to the second pole 18b of the first DC voltage connection 18 can be coupled.

Für jeden der Phasenanschlüsse 24a, 24b und 24c ist jeweils eine Kapazität 68a, 68b und 68c vorgesehen. Die drei Kapazitäten 68a, 68b und 68c bzw. Netzkondensatoren einer Filteranordnung 68 sind auf einer ersten Seite in schaltbarer Weise mittels eines Schalters 66b an einen Nullleiter über einen Nullleiteranschluss 24d ankoppelbar. An einer zweiten Seite der Filteranordnung 68 sind jeweils die Kondensatoren 68a, 68b und 68c über den Netzschalter 66a mit dem jeweiligen zugeordneten Phasenanschluss 24a, 24b und 24c verbunden bzw. über die Schalter 62a, 62b und 62c mit den Drosseln 44a, 44b und 44c. Alternativ ist es auch möglich, dass die Filteranordnung 68 nicht durch die drei Kapazitäten 68a, 68b und 68c gebildet wird, sondern beispielsweise durch Widerstände oder andere elektronische Bauelemente bzw. durch eine Kombination aus elektronischen Bauelementen mit einer Topologie, die das Filtern einer Wechselspannung bzw. einer drei-phasigen Wechselspannung ermöglicht.For each of the phase connections 24a . 24b and 24c is each a capacity 68a . 68b and 68c intended. The three capacities 68a . 68b and 68c or mains capacitors of a filter arrangement 68 are on a first page in a switchable manner by means of a switch 66b to a neutral via a neutral terminal 24d coupled. On a second side of the filter assembly 68 are each the capacitors 68a . 68b and 68c via the power switch 66a with the respective associated phase connection 24a . 24b and 24c connected or via the switch 62a . 62b and 62c with the throttles 44a . 44b and 44c , Alternatively, it is also possible that the filter arrangement 68 not by the three capacities 68a . 68b and 68c is formed, but for example by resistors or other electronic components or by a combination of electronic components with a topology that allows the filtering of an AC voltage or a three-phase AC voltage.

Des Weiteren umfasst die Stromrichterschaltung 60 einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 70, der zwischen den zweiten Gleichspannungsanschluss 32 und die Brückenschaltung 42 geschaltet ist, so dass der Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 70 auf der einen Seite an die zwei Potenzialführungen 48a und 48b angeschlossen ist und auf der andern Seite an die zwei Pole 32a und 32b. Zwischen der ersten und der zweiten Potenzialführung 48a, 48b ist eine Zwischenkreiskapazität 72, die beispielsweise aus zwei in Serie geschalteten Kondensatoren oder einer Super-Kapazität bestehen kann, vorgesehen. Eine weitere Kapazität 74 für den ersten Gleichspannungsanschluss 18 ist zwischen dem ersten Pol 18a und dem zweiten Pol 18b des Gleichspannungsanschlusses 18 vorgesehen, wobei die Kapazität 74 ebenfalls als Super-Kapazität realisiert sein kann.Furthermore, the power converter circuit comprises 60 a DC-DC converter 70 , which is between the second DC voltage connection 32 and the bridge circuit 42 is switched so that the DC-DC converter 70 on the one hand, to the two potential tours 48a and 48b is connected and on the other side to the two poles 32a and 32b , Between the first and the second potential lead 48a . 48b is a DC link capacity 72 , which may for example consist of two series-connected capacitors or a super-capacity provided. Another capacity 74 for the first DC voltage connection 18 is between the first pole 18a and the second pole 18b of the DC voltage connection 18 provided, with the capacity 74 can also be realized as a super-capacity.

Im Folgenden wird auf die Funktionsweise der Stromrichterschaltung 60 eingegangen.The following is on the operation of the converter circuit 60 received.

Die grundsätzliche Funktionsweise der Stromrichterschaltung 60 entspricht der Funktionsweise der Stromrichterschaltung 40. Die Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung, die Gleichrichtung (Wechselspannung zu Gleichspannung) und die Wechselrichtung (Wechselspannung zu Gleichspannung) erfolgen über die drei Drosseln 44a, 44b und 44c sowie über die Halbbrückenschaltung 42 unter geeigneter Ansteuerung der Brückenschalter 42a_1, 42a_2, 42b_1, 42b_2, 42c_1 und 42c_2. Die Ansteuerung der Brückenschalter erfolgt über eine nicht dargestellte Ansteuerungsschaltung bzw. Logik und ist abhängig von der jeweiligen Art der Energie-Wandlung, die über die einzelnen Schaltzustände eingestellt wird. Die Ansteuerung der Halbbrücken 42a, 42b und 42c wird zudem typischerweise abhängig von der Frequenz der Wechselspannung V24a, V24b und V24c, den Stromstärken und Spannungen der Wechselspannung V24a, V24b und V24c an dem Wechselspannungsanschluss 24 und der Gleichspannung V18ab an dem ersten Gleichspannungsanschluss 18 und der Gleichspannung V32ab an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 gewählt bzw. eingestellt. Des Weiteren haben die Induktivitäten 44a, 44b und 44c ebenso typischerweise einen erheblichen Einfluss auf die Auslegung bzw. Einstellung der Ansteuerung bzw. auf die Wahl der Ansteuerung der Halbbrücken 42a, 42b und 42c.The basic mode of operation of the converter circuit 60 corresponds to the operation of the converter circuit 40 , The DC-DC voltage conversion, the rectification (AC voltage to DC voltage) and the AC direction (AC voltage to DC voltage) via the three chokes 44a . 44b and 44c as well as via the half-bridge circuit 42 under suitable control of the bridge switch 42a_1 . 42a_2 . 42b_1 . 42b_2 . 42c_1 and 42c_2 , The control of the bridge switch via a drive circuit or logic, not shown, and is dependent on the respective type of energy conversion, which is set via the individual switching states. The control of the half bridges 42a . 42b and 42c In addition, depending on the frequency of the alternating voltage V 24a , V 24b and V 24c , the current intensities and voltages of the alternating voltage V 24a , V 24b and V 24c at the alternating voltage connection are typically also determined 24 and the DC voltage V 18ab at the first DC voltage terminal 18 and the DC voltage V 32ab at the second DC voltage terminal 32 selected or set. Furthermore, the inductors have 44a . 44b and 44c likewise typically a considerable influence on the design or adjustment of the control or on the choice of the control of the half-bridges 42a . 42b and 42c ,

Die Schaltzustände werden wie bei der Stromrichterschaltung 40 über das Schaltnetzwerk 46 eingestellt. Im Folgenden werden die fünf Schaltzustände anhand der Schaltkombinationen in dem Schaltnetzwerk 46 erläutert. Für jeden Schaltzustand werden die geschlossenen Schalter genannt, während davon ausgegangen wird, dass die nicht-erwähnten Schalter in dem Schalternetzwerk 46 nicht-geschlossen bzw. geöffnet sind.The switching states are the same as in the converter circuit 40 over the switching network 46 set. In the following, the five switching states are based on the switching combinations in the switching network 46 explained. For each switching state, the closed switches are called while assuming that the non-mentioned switches in the switch network 46 not closed or opened.

In dem ersten Schaltzustand 50 zur drei-phasigen Ladung, beispielsweise der Batterie 30, bzw. zur drei-phasigen Rückspeisung und ggf. Inselnetzbildung sind die Drosseln 44a, 44b und 44c über die geschlossenen Schalter 62a, 62b und 62c und den geschlossenen Netzschalter 66a mit dem drei-phasigen Wechselspannungsanschluss 24 bzw. den Phasenanschlüssen 24a, 24b und 24c gekoppelt. Bei der Netzrückspeisung einer Wechselspannung V24a, V24b und V24c ist der Schalter 66b vorzugsweise geschlossen, um unter Verwendung des Nullleiteranschlusses 24d und unter Verwendung der Filteranordnung 68 bzw. der Netzkondensatoren 68a, 68b und 68c für die jeweiligen Phasen eine Filterung der zurückgespeisten Wechselspannungen V24a, V24b und V24c zu erreichen.In the first switching state 50 to the three-phase charge, for example the battery 30 , or for three-phase regeneration and possibly island network formation are the chokes 44a . 44b and 44c over the closed switch 62a . 62b and 62c and the closed power switch 66a with the three-phase AC voltage connection 24 or the phase connections 24a . 24b and 24c coupled. When power is restored to an AC voltage V 24a , V 24b and V 24c is the switch 66b preferably closed to using the neutral terminal 24d and using the filter assembly 68 or the mains capacitors 68a . 68b and 68c for the respective phases to achieve filtering of the AC voltages fed back V 24a , V 24b and V 24c .

In dem zweiten Schaltzustand 52 sind die zwei Schalter 62a und 62b zur Ankopplung der Drosseln 44a und 44b an die Phasenanschlüsse 24a und 24b sowie der Netzschalter 66a geschlossen. Des Weiteren ist der erste Pol 18a des ersten Gleichspannungsanschlusses 18 über den geschlossenen Schalter 64c und die Drossel 44c an die Brückenschaltung 42 gekoppelt, während der zweite Pol 18b des ersten Gleichspannungsanschlusses 18 über den Schalter 65 an die Brückenschaltung 42 bzw. genauer an die Potenzialführung 48b der Brückenschaltung 42 gekoppelt ist. Analog zu dem ersten Schaltzustand 50 ist im Falle von Rückspeisung von Wechselspannungen V24ab, wenn also durch die Stromrichterschaltung 40 Energie über den Wechselspannungsanschluss V24ab abgegeben wird, der Schalter 66b zur Filterung der Wechselspannung V24ab geschlossen. Optional könnte der Schalter 62b auch geöffnet sein, wenn ein Nulleiteranschluss an die Brückenschaltung 42 angeschlossen ist, beispielsweise zwischen den zwei in Serie geschalteten Kapazitäten des Zwischenkreises 72.In the second switching state 52 are the two switches 62a and 62b for coupling the throttles 44a and 44b to the phase connections 24a and 24b as well as the power switch 66a closed. Of Further is the first pole 18a of the first DC voltage connection 18 over the closed switch 64c and the throttle 44c to the bridge circuit 42 coupled while the second pole 18b of the first DC voltage connection 18 over the switch 65 to the bridge circuit 42 or more precisely to the potential management 48b the bridge circuit 42 is coupled. Analogous to the first switching state 50 is in the case of recovery of AC voltages V 24ab , if so by the power converter circuit 40 Power is output via the AC voltage connection V 24ab , the switch 66b for filtering the AC voltage V 24ab closed. Optionally, the switch could 62b also be open when a neutral connection to the bridge circuit 42 is connected, for example, between the two series-connected capacitances of the DC link 72 ,

In dem dritten Schaltzustand sind die Schalter 62a und 62b sowie der Netzschalter 66a geschlossen und die Drosseln 44a und 44b sind somit mit den Phasenanschlüssen 24a und 24b gekoppelt, wodurch eine ein-phasige Ladung (bzw. basierend auf ein-phasiger Wechselspannung), beispielsweise einer Batterie 30, ermöglicht wird. Zur ein-phasigen Rückspeisung oder ein-phasigen Inselnetzbildung oder Ladung wird optional zusätzlich der Schalter 66b geschlossen, so dass die Kapazitäten 68a und 68b die Wechselspannung V24ab unter Verwendung des Nulleiteranschlusses 24d in ähnlicher Weise filtern. Optional könnte der Schalter 62b auch geöffnet sein, wenn ein Nulleiteranschluss an die Brückenschaltung 42 angeschlossen ist, beispielsweise zwischen den zwei in Serie geschalteten Kapazitäten des Zwischenkreises 72.In the third switching state are the switches 62a and 62b as well as the power switch 66a closed and the throttles 44a and 44b are thus with the phase connections 24a and 24b coupled, whereby a single-phase charge (or based on a single-phase AC voltage), for example a battery 30 , is enabled. For single-phase regeneration or single-phase islanding or charging, the switch is optionally additionally available 66b closed, so the capacity 68a and 68b the AC voltage V 24ab using the neutral terminal 24d filtering in a similar way. Optionally, the switch could 62b also be open when a neutral connection to the bridge circuit 42 is connected, for example, between the two series-connected capacitances of the DC link 72 ,

In diesem Ausführungsbeispiel dient der vierte Schaltzustand zum Anschluss an ein Split-Phasen-Netz zur Ladung der Batterie 30 oder zur Entladung der Batterie 30 bzw. zur Rückspeisung oder Inselnetzbildung. In dem vierten Schaltzustand sind die Schalter 62a, 62b und 62c sowie der Netzschalter 66a geschlossen. In diesem vierten Schaltzustand ist eine Split-Phasen-Rückspeisung möglich, wobei dann wiederum die Filteranordnung 68 mittels des geschlossenen Schalters 66b mit dem Nulleiteranschluss 24d gekoppelt ist und zur Filterung der Wechselspannungen V24ab und V24cb genutzt wird. Mit diesem vierten Schaltzustand kann ein Inselnetz oder eine Netzrückspeisung gemäß den nordamerikanischen Anforderungen bereitgestellt werden. Optional könnte der Schalter 62b auch geöffnet sein, wenn ein Nulleiteranschluss an die Brückenschaltung 42 angeschlossen ist, beispielsweise zwischen den zwei in Serie geschalteten Kapazitäten des Zwischenkreises 72.In this embodiment, the fourth switching state is for connection to a split-phase network for charging the battery 30 or to discharge the battery 30 or for feeding back or islanding. In the fourth switching state, the switches 62a . 62b and 62c as well as the power switch 66a closed. In this fourth switching state, a split-phase feedback is possible, in turn, then the filter arrangement 68 by means of the closed switch 66b with the neutral connection 24d is coupled and is used to filter the AC voltages V 24ab and V 24cb . With this fourth switching state, an isolated grid or a grid feedback can be provided according to the North American requirements. Optionally, the switch could 62b also be open when a neutral connection to the bridge circuit 42 is connected, for example, between the two series-connected capacitances of the DC link 72 ,

Alternativ ist es auch für den ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltzustand möglich, dass eine Rückspeisung von Energie über den Wechselspannungsanschluss 24, ohne Filterung der Wechselspannungen V24ab, V24a, V24b, V24c bzw. V24cb, also mit geöffnetem Schalter 66b, stattfindet.Alternatively, it is also possible for the first, second, third and fourth switching state that a return of energy via the AC voltage terminal 24 , without filtering the AC voltages V 24ab , V 24a , V 24b , V 24c and V 24cb , ie with the switch open 66b , takes place.

In dem fünften Schaltzustand, der zur Gleichspannungsladung, beispielsweise der Batterie 30, oder zur Gleichspannungs-Rückspeisung bzw. zur Bereitstellung einer Gleichspannungsversorgung dient, sind die Schalter 64a, 64b und 64c geschlossen und so der erste Pol 18a des ersten Gleichspannungsanschluss 18 an die Mittelknoten 45a, 45b und 45c über die drei Drosseln 44a, 44b und 44c angekoppelt. In diesem fünften Schaltzustand ist der (optionale) Schalter 65 geschlossen und so der zweite Pol 18b des ersten Gleichspannungsanschlusses 18 an die zweite Potentialführung 48b angekoppelt. Durch die Verwendung aller drei Drosseln 44a, 44b und 44c in dem fünften Schaltzustand ist eine besonders Leistungsfähige Energieübertragung zwischen der Batterie 30 und dem ersten Gleichspannungsanschluss möglich.In the fifth switching state, the DC voltage charge, for example, the battery 30 , or is used for DC feedback or to provide a DC power supply, the switches 64a . 64b and 64c closed and so the first pole 18a of the first DC voltage connection 18 to the middle nodes 45a . 45b and 45c over the three chokes 44a . 44b and 44c coupled. In this fifth switching state is the (optional) switch 65 closed and so the second pole 18b of the first DC voltage connection 18 to the second potential guide 48b coupled. By using all three chokes 44a . 44b and 44c in the fifth switching state is a particularly powerful energy transfer between the battery 30 and the first DC voltage connection possible.

Für den Fachmann ist es ersichtlich, dass eine veränderte Kopplungs-Kombination, z. B. eine überkreuzte Ankopplung der drei Drosseln 44a, 44b und 44c an die drei Phasenanschlüsse 24a, 24b und 24c, zusammen mit einer Variation der einzelnen Schalterstellungen in dem Schaltungsnetzwerk 46 nichts an der grundsätzlichen Funktionsweise ändern würde, wenn in dem jeweiligen Schaltzustand an den einzelnen Anschlüssen 18, 24 und 32 die jeweiligen Spannungen V18ab, V24ab und V32ab in den jeweiligen Wandlungsmodi bereitgestellt werden. Ein Beispiel hierfür ist eine Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung von ein-phasiger Wechselspannung V24bc, die zwischen den zwei Phasenanschlüssen 24b und 24c anliegt, in Gleichspannung V32ab an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32. Diese Funktionsweise für ein-phasige Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung, die der eben beschriebenen Funktionsweise in dem dritten Schaltungszustand entspricht, könnte beispielsweise mittels einer Ankopplung der Drosseln 44b und 44c über die Schalter 62b und 62c zusammen mit dem Netzschalter 66a an die zwei Phasenanschlüsse 24b und 24c erreicht werden.It will be apparent to those skilled in the art that a modified coupling combination, e.g. B. a crossed coupling of the three throttles 44a . 44b and 44c to the three phase connections 24a . 24b and 24c , together with a variation of the individual switch positions in the circuit network 46 nothing would change the basic operation, if in the respective switching state at the individual terminals 18 . 24 and 32 the respective voltages V 18ab , V 24ab and V 32ab are provided in the respective conversion modes . An example of this is an AC-to-DC conversion of single-phase AC voltage V 24bc occurring between the two phase terminals 24b and 24c is present, in DC voltage V 32ab at the second DC voltage terminal 32 , This mode of operation for single-phase AC-DC voltage conversion, which corresponds to the above-described mode of operation in the third circuit state, could be achieved, for example, by means of a coupling of the chokes 44b and 44c over the switches 62b and 62c together with the power switch 66a to the two phase connections 24b and 24c be achieved.

Das in 2a diskutierte Ausführungsbeispiel wird bevorzugt in einer Vorrichtung mit einer separaten Leistungselektronik für die Antriebsumrichtung benutzt, bzw. benutzt optional eine separate Leistungselektronik für die Antriebsumrichtung, und stellt sozusagen als Ersatz für ein in einem Fahrzeug befindliches Ladegerät, welches auch als Onboard-Ladegerät bezeichnet wird, eine zusätzliche Leistungselektronik bereit. Eine derartige Stromrichterschaltung 60 ist vorteilhaft, da die Normen für die Einspeisung von Strom in das öffentliche Netz eingehalten werden, bzw. da bei Netzrückspeisung die Einhaltung der Normen mit vergleichsweise geringen Aufwand möglich ist, und eine Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht wird, bzw. erreicht werden kann, indem die Brückenschaltungen 42a, 42b und 42c (Leistungselektronik) und die Drosseln 44a, 44b und 44c optimal für die bidirektionale Wandlung von Gleichspannung in Gleichspannung und von Gleichspannung in Wechselspannung bzw. umgekehrt und die entsprechenden Leistungen ausgelegt werden bzw. sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei diesem Ausführungsbeispiel und bei Verwendung einer zusätzlichen Leistungselektronik für die Antriebsumrichtung ein gleichzeitiger Antriebsbetrieb und Ladebetrieb, z. B. durch eine an dem Fahrzeug angebrachte Gleichspannungsquelle 20, wie beispielsweise ein induktiver Energieübertrager, eine Solarzelle oder Brennstoffzelle, oder Wechselspannungsquelle 26, wie beispielsweise eine Drehstromlichtmaschine, die mit einem Hilfsmotor gekoppelt ist, möglich ist.This in 2a Embodiment discussed is preferably used in a device with separate power electronics for the drive conversion, or optionally uses a separate power electronics for the drive conversion, and represents, so to speak as a replacement for a vehicle-mounted charger, which is also referred to as an on-board charger, a additional power electronics ready. Such a converter circuit 60 is advantageous because the standards for the supply of electricity in the public grid are respected, or because in grid feedback the Compliance with the standards with relatively little effort is possible, and an improvement in the efficiency is achieved, or can be achieved by the bridge circuits 42a . 42b and 42c (Power electronics) and the chokes 44a . 44b and 44c optimal for the bidirectional conversion of DC voltage in DC voltage and DC voltage in AC voltage or vice versa and the corresponding services are designed or are. Another advantage is that in this embodiment and when using an additional power electronics for the drive conversion, a simultaneous drive operation and charging operation, z. B. by a mounted on the vehicle DC power source 20 , such as an inductive energy transformer, a solar cell or fuel cell, or AC source 26 , such as a three-phase alternator, which is coupled to an auxiliary motor is possible.

2b zeigt eine Stromrichterschaltung 80, die die Leistungselektronik für die Antriebsumrichtung nutzt bzw. umfasst. Grundsätzlich entspricht die Topologie der Stromrichterschaltung 80 der Topologie der Stromrichterschaltung 60, wobei das Schaltnetzwerk 46 drei Wechselschalter 82a, 82b und 82c anstelle der Schalter 62a, 62b und 62c umfasst. Die Stromrichterschaltung 80 ist infolgedessen ausgebildet, um in einer ersten Schaltstellung der Wechselschalter 82a, 82b und 82c die drei Phasen 24a, 24b und 24c des Wechselspannungsanschlusses 24 an die Drosseln 44a, 44b und 44c zu koppeln und um in einer zweiten Schaltstellung der Wechselschalter 82a, 82b und 82c eine ein- oder drei-phasige Elektro-Maschine (E-Maschine) 84 an die Drosseln 44a, 44b und 44c anzukoppeln. Im Übrigen wird darauf hingewiesen, dass die drei Wechselschalter 82a, 82b und 82c optional mehr als zwei Schalterstellungen umfassen können, um zu ermöglichen, dass die Drosseln 44a, 44b und 44c in einer dritten Schalterstellung sowohl von der E-Maschine 84 als auch von den drei Phasenanschlüssen 24a, 24b und 24c des Wechselspannungsanschlusses 24 abgetrennt sind. 2 B shows a power converter circuit 80 that uses or includes the power electronics for the drive conversion. Basically, the topology corresponds to the converter circuit 80 the topology of the converter circuit 60 , where the switching network 46 three changeover switches 82a . 82b and 82c instead of the switch 62a . 62b and 62c includes. The converter circuit 80 As a result, it is designed to be in a first switching position of the changeover switch 82a . 82b and 82c the three phases 24a . 24b and 24c of the AC voltage connection 24 to the throttles 44a . 44b and 44c to couple and in a second switching position of the changeover switch 82a . 82b and 82c a single or three-phase electric machine (electric machine) 84 to the throttles 44a . 44b and 44c to dock. Incidentally, it is noted that the three changeover switches 82a . 82b and 82c optionally, may include more than two switch positions to allow the throttles 44a . 44b and 44c in a third switch position both from the electric motor 84 as well as from the three phase connections 24a . 24b and 24c of the AC voltage connection 24 are separated.

Im Antriebsbetrieb wird die E-Maschine mit Wechselspannung V84a, V84b und V84c entweder ein-phasig oder drei-phasig basierend auf einer Gleichspannung V32ab an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 versorgt. Die Wechselspannungen zur Versorgung der E-Maschine 84 werden in derselben Weise bereitgestellt wie die Wechselspannungen V24a, V24b und V24c, wenn die Stromrichterschaltung 60 bzw. die Stromrichterschaltung 80 Energie in das Wechselspannungsnetz 26 einspeist bzw. rückspeist. Im Generatorbetrieb stellt die E-Maschine 84 ein-phasige oder drei-phasige Wechselspannungen V84ab, V84a, V84b und/oder V84c bereit, die über die drei Drosseln 44a, 44b und 44c sowie die Brückenschaltung 42 in Gleichspannung V32ab an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 gewandelt werden. Vorteilhaft ist es, dass die Induktivitäten 44a, 44b und 44c, die in Serie zu den Motorwicklungen der E-Maschine 84 geschaltet sind, den Motorstrom im Antriebsbetrieb glätten können. Beim ein-phasigen Betrieb der E-Maschine 84 wird beispielsweise über die Wechselschalter 82a und 82b eine echte Teilmenge der Drosseln 44a, 44b und 44c an die E-Maschine 84 gekoppelt, nämlich beispielsweise die Drosseln 44a und 44b.In drive mode , the electric machine with AC voltage V 84a , V 84b and V 84c either single -phase or three-phase based on a DC voltage V 32ab at the second DC voltage terminal 32 provided. The alternating voltages to supply the electric motor 84 are provided in the same manner as the AC voltages V 24a , V 24b and V 24c when the power converter circuit 60 or the converter circuit 80 Energy in the AC voltage network 26 fed or fed back. In generator mode, the electric motor stops 84 single-phase or three-phase AC voltages V 84ab , V 84a , V 84b and / or V 84c ready via the three reactors 44a . 44b and 44c as well as the bridge circuit 42 in DC voltage V 32ab at the second DC voltage terminal 32 be converted. It is advantageous that the inductors 44a . 44b and 44c , in series with the motor windings of the electric motor 84 are switched, can smooth the motor current during drive operation. For single-phase operation of the electric motor 84 for example, via the changeover switch 82a and 82b a real subset of the chokes 44a . 44b and 44c to the electric machine 84 coupled, namely, for example, the throttles 44a and 44b ,

Alternativ bzw. optional ist es in einer weiteren Schalterstellung der drei Wechselschalter 82a, 82b und 82c möglich, die E-Maschine 84 ein-phasig oder drei-phasig an den Wechselspannungsanschluss 24 bzw. an die drei Phasenanschlüsse 24a, 24b und 24c zu koppeln, um auf Basis der Wechselspannung V84a, V84b und V84c eine Wechselspannung V24a, V24b und V24c oder auf Basis der Wechselspannung V84ab eine Wechselspannung V24ab bereitzustellen. Diese Alternative würde beispielsweise die Ankopplung eines Dieselgenerators zur Rückspeisung von Wechselspannung in Wechselspannungsnetz ermöglichen.Alternatively or optionally, it is in a further switch position of the three changeover switch 82a . 82b and 82c possible, the electric machine 84 single-phase or three-phase to the AC voltage connection 24 or to the three phase connections 24a . 24b and 24c to couple to on the basis of the AC voltage V 84a, V 84b and 84c V an AC voltage V 24a, V 24b and V 24c or to provide an alternating voltage V 24ab on the basis of the AC voltage V 84ab. This alternative would allow, for example, the coupling of a diesel generator for the recovery of AC voltage in AC mains.

Eine weitere Alternative, neben der oben genannten, wäre es, in einer weiteren Schalterstellung der drei Wechselschalter 82a, 82b und 82c, die E-Maschine 84 ein-phasig oder drei-phasig an den Wechselspannungsanschluss 24 und gleichzeitig an die Drosseln 44a, 44b und 44c zu koppeln, um auf Basis der Wechselspannung V84a, V84b und V84c eine Wechselspannung V24a, V24b und V24c oder auf Basis der Wechselspannung V84ab eine Wechselspannung V24ab bereitzustellen und gleichzeitig auf Basis der Wechselspannung V84a, V84b und V84c oder der Wechselspannung V84ab eine Gleichspannung V32ab an dem Gleichspannungsanschluss 32 und/oder eine Gleichspannung V18ab an dem Gleichspannungsanschluss 18 bereitzustellen. Diese Alternative würde darüber hinaus beispielsweise die Ankopplung eines Dieselgenerators zur Rückspeisung von Wechselspannung in Wechselspannungsnetz bei gleichzeitiger Ladung einer Batterie ermöglichen.Another alternative, in addition to the above, it would be, in another switch position of the three changeover switch 82a . 82b and 82c , the electric machine 84 single-phase or three-phase to the AC voltage connection 24 and at the same time to the chokes 44a . 44b and 44c to couple to on the basis of the AC voltage V 84a, V 84b and V 84c, an AC voltage V 24a, V 24b and V 24c or on the basis of the AC voltage V 84ab V provide an AC voltage 24ab and at the same time on the basis of the AC voltage V 84a, V 84b and V 84c or the AC voltage V 84ab has a DC voltage V 32ab at the DC voltage terminal 32 and / or a DC voltage V 18ab at the DC voltage terminal 18 provide. This alternative would also allow, for example, the coupling of a diesel generator for the recovery of AC voltage in AC mains while charging a battery.

Alternativ bzw. optional kann bei ein-phasigen Betrieb der E-Maschine 84, gleichzeitig zum Motorbetrieb oder Generatorbetrieb der E-Maschine 84, auch eine Umwandlung, beispielsweise einer Gleichspannung V32ab an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 in eine Gleichspannung V18ab an dem ersten Gleichspannungsanschluss 18 erfolgen, in Analogie zu dem zweiten Schaltzustand 52.Alternatively or optionally, in single-phase operation of the electric motor 84 , simultaneously with the engine operation or generator operation of the electric motor 84 , Also, a conversion, for example, a DC voltage V 32ab at the second DC voltage terminal 32 into a DC voltage V 18ab at the first DC voltage terminal 18 take place, in analogy to the second switching state 52 ,

Anwendungsszenarien gemäß Fig. 3Application scenarios according to FIG. 3

Im Folgenden werden verschiedene Anwendungsszenarien für die Stromrichterschaltungen 40 und 60 anhand der 3a bis 3d beschrieben, wobei je nach Anwendungsszenario unterschiedliche Beschaltungen vorliegen.The following are various application scenarios for the power converter circuits 40 and 60 based on 3a to 3d described, with different circuits depending on the application scenario.

3a zeigt ein vereinfachtes Schaubild einer Stromrichterschaltung 90, die einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 70 und eine multifunktionale Stromrichtereinheit 92 aufweist, wobei die multifunktionale Stromrichtereinheit 92 die Drosseln 44, die Brückenschaltung 42 sowie das Schaltnetzwerk 46 umfasst. An dem Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 70 ist der zweite Gleichspannungsanschluss 32 vorgesehen, an den die Batterie 30 mit einer Gleichspannung V32ab angeschlossen ist. Die Batterie 30 kann zu der Stromrichterschaltung 90 gehören oder extern sein. Der Wechselspannungsanschluss 24 mit den drei Phasenanschlüssen 24a, 24b und 24c ist mit dem Wechselspannungsnetz 26 verbunden und kann so drei-phasige Wechselspannung V24a, V24b und V24c beziehen oder bereitstellen. Der erste Gleichspannungsanschluss 18 ist mit einem Gleichspannungsnetz 20 oder Gleichspannungsspeicher mit einer Gleichspannung V18ab verbunden. 3a shows a simplified diagram of a power converter circuit 90 containing a DC-DC converter 70 and a multifunctional power conversion unit 92 having, wherein the multifunctional power conversion unit 92 the throttles 44 , the bridge circuit 42 as well as the switching network 46 includes. On the DC-DC converter 70 is the second DC voltage connection 32 provided to the the battery 30 connected with a DC voltage V 32ab . The battery 30 can go to the power converter circuit 90 belong or be external. The AC voltage connection 24 with the three phase connections 24a . 24b and 24c is with the AC mains 26 and can thus obtain or provide three-phase AC voltage V 24a , V 24b and V 24c . The first DC voltage connection 18 is with a direct voltage network 20 or DC memory connected to a DC voltage V 18ab .

Anhand der Stromrichterschaltung 90 wird im Folgenden der erste Schaltzustand 50 (drei-phasige Batterieladung bzw. drei-phasige Wechselspannungsrückspeisung), und der fünfte Schaltzustand (Gleichspannungs-Ladung) erläutert. Die Ladung der Batterie 30 kann entweder drei-phasig über das Wechselspannungsnetz 26 oder über das Gleichspannungsnetz 20, z. B. durch einen induktiven Energieübertrager, erfolgen. Die Rückspeisung ist entweder drei-phasig in das Wechselspannungsnetz 26 oder in das Gleichspannungsnetz 20 oder z. B. in einen Gleichspannungsspeicher wie ein Super-Kondensator („Super-Cap”) möglich. Des Weiteren kann ein drei-phasiges Inselnetz, welches autark und netzparallel arbeitet, aufgebaut werden. In diesem Fall werden allerdings Wirk- und Blindleistung nur für symmetrische Verbraucher zur Verfügung gestellt. Im Vergleich zu der Stromrichtervorrichtung 10 aus 4 ersetzt die multifunktionale Stromrichtereinheit 92 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Wandler 12 und 14.Based on the converter circuit 90 is the first switching state in the following 50 (Three-phase battery charging or three-phase AC power regeneration), and the fifth switching state (DC charge) explained. The charge of the battery 30 can either be three-phase via the AC mains 26 or via the direct voltage network 20 , z. B. by an inductive energy transfer, done. The feedback is either three-phase in the AC voltage network 26 or in the direct voltage network 20 or z. B. in a DC memory such as a super-capacitor ("super-cap") possible. Furthermore, a three-phase island grid, which operates autonomously and network-parallel, can be set up. In this case, however, active and reactive power are provided only for symmetrical consumers. Compared to the power conversion device 10 out 4 replaces the multifunctional converter unit 92 in the illustrated embodiment, the transducers 12 and 14 ,

3b zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Stromrichterschaltung 94, die analog zu Stromrichterschaltung 90 der 3a die multifunktionale Stromrichtereinheit 92 und den Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 70 umfasst. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zu dem in 3a dargestellten Ausführungsbeispiel ein Wechselspannungsnetz 26 mit einer ein-phasigen Wechselspannung V24ab über die zwei Phasenanschlüsse 24a und 24b mit der Stromrichterschaltung 94 verbunden. Das Gleichspannungsnetz 20 ist bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß 3b, wie auch bei dem in 3a gezeigten Ausführungsbeispiel, an den ersten Gleichspannungsanschluss 18 der Stromrichterschaltung 94 angeschlossen und die Batterie 30 an den zweiten Gleichspannungsanschluss 32. 3b shows a simplified representation of a power converter circuit 94 , which is analogous to converter circuit 90 of the 3a the multifunctional converter unit 92 and the DC-DC converter 70 includes. In this embodiment, unlike the in 3a illustrated embodiment, an AC voltage network 26 with a single -phase AC voltage V 24ab across the two phase terminals 24a and 24b with the power converter circuit 94 connected. The direct voltage network 20 is in accordance with this embodiment 3b , as well as in the 3a shown embodiment, to the first DC voltage terminal 18 the converter circuit 94 connected and the battery 30 to the second DC voltage connection 32 ,

Anhand dieses Ausführungsbeispiels wird der zweite Schaltzustand 52 bzw. der dritten Schaltzustand erläutert, in dem die Batterie 30 ein-phasig über das Wechselspannungsnetz 26 geladen wird; gleichzeitig ist in dem zweiten Schaltzustand 52 eine Ladung mittels einer Gleichspannung V18ab aus dem Gleichspannungsnetz 20 möglich, so dass beispielsweise gleichzeitig Energie von dem Wechselspannungsnetz 26 und Energie von dem Gleichspannungsnetz 20 in der Batterie 30 gespeichert wird. Ebenso ist eine Ladung der Batterie 30 über das Wechselspannungsnetz 26, bei gleichzeitiger Rückspeisung einer Gleichspannung V18ab in das Gleichspannungsnetz 20 möglich.Based on this embodiment, the second switching state 52 or the third switching state explained in which the battery 30 single-phase via the AC voltage network 26 is loaded; at the same time is in the second switching state 52 a charge by means of a DC voltage V 18ab from the DC network 20 possible, so that, for example, at the same time energy from the AC mains 26 and energy from the DC power network 20 in the battery 30 is stored. Likewise is a charge of the battery 30 via the AC voltage network 26 , with simultaneous return of a DC voltage V 18ab in the DC voltage network 20 possible.

Eine Rückspeisung ist ein-phasig in das Wechselspannungsnetz 26 und/oder gleichzeitig in das Gleichspannungsnetz 20 bzw. einen Gleichspannungsspeicher, z. B. einen Super-Kondensator, möglich. Des Weiteren kann auch eine ein-phasige Rückspeisung in das Wechselspannungsnetz 26 bei gleichzeitiger Ladung der Batterie 30 mittels des Gleichspannungsnetzes 20 erfolgen. Mit der Stromrichterschaltung 94 kann ein Gleichspannungsnetz 20 bzw. eine Gleichspannungsversorgung oder ein ein-phasiges Inselnetz 26 bereitgestellt werden, wobei diese autark und netzparallel arbeiten können. Für das Wechselspannungsnetz 26 wird, sofern erforderlich, Wirk- und Blindleistung zu Verfügung gestellt.A feedback is single-phase in the AC voltage network 26 and / or at the same time in the DC voltage network 20 or a DC voltage memory, for. As a super capacitor, possible. Furthermore, a single-phase feedback in the AC voltage network can also 26 while charging the battery 30 by means of the DC voltage network 20 respectively. With the converter circuit 94 can be a direct voltage network 20 or a DC voltage supply or a single-phase isolated network 26 be provided, which can work independently and network-parallel. For the AC voltage network 26 If required, active and reactive power will be made available.

Diese beschriebenen Anwendungsszenarien der Stromrichterschaltungen 90 und 94 können beispielsweise genutzt. werden, um die Batterie 30 eines Elektrofahrzeugs mittels einer Gleichspannung V18ab aus Solarzellen bzw. aus einem DC-Netz bzw. aus einem induktiven Energieübertrager, die an dem Gleichspannungsanschluss 18 angeschlossen sind, und gleichzeitig zur Leistungserhöhung mittels einer ein-phasigen Wechselspannung V24ab über den Wechselspannungsanschluss 24 zu laden, was dem zweiten Schaltzustand entspricht. Wenn die Gleichspannung V18ab aus den Solarzellen nicht mehr ausreicht, könnte in den ersten Schaltzustand umgeschaltet werden, so dass die Batterie 30 mit drei-phasiger Wechselspannung V24a, V24b und V24c geladen wird. Eine derartige umschaltbare Stromrichterschaltung ermöglicht, bei geringer Bauteilanzahl, sozusagen eine Ladung einerseits mittels Solarstroms bzw. mittels Stroms aus einem induktiven Energieübertrager und mittels ein-phasigen Wechselstroms oder andererseits eine schnellere Ladung mittels drei-phasigen Wechselstroms.These described application scenarios of the power converter circuits 90 and 94 can be used, for example. be to the battery 30 of an electric vehicle by means of a DC voltage V 18ab from solar cells or from a DC network or from an inductive energy transformer connected to the DC voltage connection 18 are connected, and at the same time to increase the power by means of a single -phase AC voltage V 24ab via the AC voltage connection 24 to load, which corresponds to the second switching state. If the DC voltage V 18ab from the solar cells is no longer sufficient, could be switched to the first switching state, so that the battery 30 is charged with three-phase AC voltage V 24a , V 24b and V 24c . Such a switchable converter circuit allows, with a low number of components, so to speak a charge on the one hand by means of solar power or by means of current from an inductive energy exchanger and by means of single-phase alternating current or on the other hand, a faster charge by means of three-phase alternating current.

3c zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Stromrichterschaltung 96, die der Stromrichterschaltung 90 entspricht und der multifunktionalen Stromrichtereinheit 92 und den Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 70 umfasst. An dem ersten Gleichspannungsanschluss 18 ist wiederum das Gleichspannungsnetz 20 mit einer Gleichspannung V18ab angeschlossen und an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 32 ist die Batterie 30 mit der Gleichspannung V32ab angeschlossen. An dem Wechselspannungsanschluss 24 ist ein Wechselspannungsnetz 26 mit einer geteilten Phase, auch Splitphase genannt, angeschlossen, d. h. die erste Phase des Wechselspannungsnetzes 26 ist über den ersten Phasenanschluss 24a und die zweite um 180° gedrehte Phase über den dritten Phasenanschluss 24c mit der Stromrichterschaltung 94 verbunden, während der „zweite Pol” des Wechselspannungsnetzes 26, z. B. der Nullleiter, an den zweiten Phasenanschluss 24b angeschlossen ist. 3c shows a simplified representation of a power converter circuit 96 that the converter circuit 90 corresponds and the multifunctional converter unit 92 and the DC-DC converter 70 includes. At the first DC voltage connection 18 is that again DC power 20 connected to a DC voltage V 18ab and to the second DC voltage connection 32 is the battery 30 connected to the DC voltage V 32ab . At the AC voltage connection 24 is an alternating voltage network 26 with a split phase, also called split phase, connected, ie the first phase of the AC voltage network 26 is about the first phase connection 24a and the second 180 ° rotated phase across the third phase terminal 24c with the power converter circuit 94 connected while the "second pole" of the AC mains 26 , z. B. the neutral, to the second phase connection 24b connected.

Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die multifunktionale Stromrichtereinheit 92 und insbesondere das Schaltnetzwerk 46 in dem vierten bzw. fünften Schaltzustand. Hierbei ist die Ladung der Batterie 30 entweder über das Wechselspannungsnetz 26 mit der Netzform „Splitphase” möglich oder über das Gleichspannungsnetz 20. Eine Rückspeisung ist umgekehrt über die gesplitteten Phasen in das Wechselspannungsnetz 26 oder in das Gleichspannungsnetz 20 bzw. einen Gleichspannungsenergiespeicher, wie z. B. einen Super-Kondensator, möglich. Es kann ein Inselnetz mit der Netzform „Splitphase” gebildet werden. Dieses System ist schieflastfähig und stellt Wirk- und Blindleistung zur Verfügung.In this embodiment, the multifunctional power conversion unit is located 92 and in particular the switching network 46 in the fourth and fifth switching state. Here is the charge of the battery 30 either via the AC voltage network 26 with the network form "split phase" possible or via the direct voltage network 20 , Reverse feed is reversed via the split phases into the AC grid 26 or in the direct voltage network 20 or a DC voltage storage such. As a super capacitor, possible. It can be an island network with the network form "split phase" are formed. This system has low load capacity and provides active and reactive power.

3d zeigt eine Stromrichterschaltung 98, die der Stromrichterschaltung 90 entspricht, bei der allerdings zusätzlich die E-Maschine 84 an die multifunktionale Stromrichtereinheit 92 angekoppelt ist. Die multifunktionale Stromrichtereinheit 92 kann in diesem Ausführungsbeispiel die E-Maschine 84 wie z. B. einen Elektromotor antreiben oder über die E-Maschine 84, z. B. ein Generator, Wechselspannung beziehen. Die E-Maschine 84 kann hierbei ein-phasig oder drei-phasig betrieben werden. Abhängig von dem jeweiligen Schaltzustand des Schaltnetzwerks 46 der multifunktionalen Stromrichtereinheit 92 kann ein Wechselspannungsnetz 26 entweder ein-phasig, drei-phasig oder split-phasig angekoppelt werden. Ferner können die Gleichspannungen V18ab und V32ab über die jeweiligen Gleichspannungsanschlüsse 18 und 32 angekoppelt werden. 3d shows a power converter circuit 98 that the converter circuit 90 corresponds, in which, however, in addition to the electric motor 84 to the multifunctional converter unit 92 is coupled. The multifunctional converter unit 92 can in this embodiment, the electric motor 84 such as B. driving an electric motor or the electric motor 84 , z. As a generator, AC voltage. The electric machine 84 This can be operated single-phase or three-phase. Depending on the respective switching state of the switching network 46 the multifunctional converter unit 92 can be an AC voltage network 26 either single-phase, three-phase or split-phase can be coupled. Further, the DC voltages V 18ab and V 32ab may be applied via the respective DC voltage terminals 18 and 32 be coupled.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.

Zusammenfassend ist in anderen Worten festzustellen, dass bei einigen Ausführungsbeispielen die Innovation in der Verwendung der gleichen Leistungshalbleiter 42a_1, 42a_2, 42b_1, 42b_2, 42c_1 und 42c_2 (Brückenschalter) und Induktivitäten 44a, 44b und 44c (Drosseln) für alle Energieflussrichtungen sowie Spannungsformen gesehen wird. Es werden nur die gleichen Halbleiter oder die gleichen Drosseln für DC/DC-, AC/DC- und DC/AC-Wandlung verwendet, wobei auch AC-Quellen ohne zusätzliche Wandlungseinheit verwendet werden können. Infolge dessen bietet die Erfindung die Möglichkeit, Baugruppen einzusparen. Bei anderen Anwendungen kamen bis jetzt nur modular verschaltete Baugruppen zum Einsatz, die allerdings keinen so guten Kompromiss zwischen Kosten, Platzbedarf, Gewichtsbedarf und Funktionalität schaffen.In summary, in other words, in some embodiments, the innovation is the use of the same power semiconductors 42a_1 . 42a_2 . 42b_1 . 42b_2 . 42c_1 and 42c_2 (Bridge switch) and inductors 44a . 44b and 44c (Throttling) is seen for all directions of energy flow as well as voltage forms. Only the same semiconductors or chokes are used for DC / DC, AC / DC and DC / AC conversion, although AC sources can also be used without additional conversion unit. As a result, the invention offers the possibility of saving assemblies. For other applications, only modular modules have been used so far, but they do not create such a good compromise between cost, space, weight and functionality.

Zur Nutzung der gleichen Komponenten ist eine Umschaltvorrichtung (Schaltnetzwerk 46) vorgesehen. Eine interne Umschaltvorrichtung (Schaltnetzwerk 46) besteht derzeit aus den Schaltern 62a, 62b und 62c sowie aus den Schaltern 64a, 64b und 64c. Auch wenn diese Umschaltvorrichtung oder Schaltertopologie (Schaltnetzwerk 46) extern vorgesehen wird, ändert es nichts an der grundsätzlichen Idee bzw. dem Kern der Erfindung. Der Einsatz von Induktivitäten, die in Serie zu den Motorwicklungen geschaltet sind, glättet den Motorstrom. Im Wesentlichen dienen die Induktivitäten allerdings zur Einhaltung der Normen für die Einspeisung in das öffentliche Netz, so dass bei dieser Erfindung ggf. Motorwicklungen verwendet werden können, die nicht für einen solchen Einsatz ausgelegt sind. Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen demzufolge eine gleichzeitige und nicht gleichzeitige Wandlung der unterschiedlichen Energieformen in unterschiedliche Energierichtungen mit minimaler Leistungselektronik.To use the same components is a switching device (switching network 46 ) intended. An internal switching device (switching network 46 ) currently consists of the switches 62a . 62b and 62c as well as from the counters 64a . 64b and 64c , Even if this switching device or switch topology (switching network 46 ) is provided externally, it does not change the basic idea or the essence of the invention. The use of inductors connected in series with the motor windings smoothes the motor current. In essence, however, the inductors serve to comply with the standards for feeding into the public grid, so that in this invention, if necessary, motor windings can be used, which are not designed for such use. Accordingly, embodiments according to the present invention allow simultaneous and non-simultaneous conversion of the different forms of energy into different energy directions with minimal power electronics.

Ein wesentliches Anwendungsgebiet der Erfindung ist in der Automobilindustrie zu sehen, speziell in Anwendungen für Elektrofahrzeuge zum Laden nicht nur von dem öffentlichen Netz, sondern auch von einer DC-Quelle, wie zum Beispiel mittels einer induktiven Energieübertragung. Durch diese Maßnahme können Kosten, Platzbedarf und Gewicht gemindert werden.An essential field of application of the invention is to be seen in the automotive industry, especially in applications for electric vehicles for charging not only from the public grid, but also from a DC source, such as by inductive power transmission. By this measure costs, space requirements and weight can be reduced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009033185 A1 [0010] DE 102009033185 A1 [0010]
  • DE 102009017087 A1 [0011, 0012] DE 102009017087 A1 [0011, 0012]
  • DE 102009021797 A1 [0012] DE 102009021797 A1 [0012]
  • DE 102009007960 A1 [0014] DE 102009007960 A1 [0014]
  • DE 102009033955 A1 [0015] DE 102009033955 A1 [0015]

Claims (16)

Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) mit folgenden Merkmalen: einer Brückenschaltung (42) mit drei Halbbrücken (42a, 42b, 42c); drei Drosseln (44a, 44b, 44c), die jeweils an einem Mittelknoten (45a, 45b, 45c) der Halbbrücken (42a, 42, 42c) angeschlossen sind; einem Schaltnetzwerk (46), welches ausgebildet ist, um die drei Drosseln (44a, 44b, 44c) in schaltbarer Weise mit einem Wechselspannungsanschluss (24) und einem ersten Gleichspannungsanschluss (18) zu verbinden; und einem zweiten Gleichspannungsanschluss (32), der mit einer ersten gemeinsamen Potenzialführung (48a) der Brückenschaltung (42) und einer zweiten gemeinsamen Potenzialführung (48b) der Brückenschaltung (42) verbunden ist; wobei die Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) ausgebildet ist, um das Schaltnetzwerk (46) in einen ersten Schaltzustand (50) zu versetzen, in dem die drei Drosseln (44a, 44b, 44c) über das Schaltnetzwerk (46) mit drei unterschiedlichen Phasenanschlüssen (24a, 24b, 24c) des Wechselspannungsanschlusses (24) gekoppelt sind, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) anliegenden Gleichspannung (V32ab) an dem Wechselspannungsanschluss (24) eine Wechselspannung (V24a, V24b, V24c) bereitzustellen oder basierend auf einer an dem Wechselspannungsanschluss (24) anliegenden Wechselspannung (V24a, V24b, V24c) an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) eine Gleichspannung (V32ab) bereitzustellen, und wobei die Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) ausgebildet ist, um das Schaltnetzwerk (46) in einen zweiten Schaltzustand (52) zu versetzen, in dem eine erste Drossel (44a) der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) über das Schaltnetzwerk (46) mit einem der Phasenanschlüsse (24a, 24b, 24c) des Wechselspannungsanschlusses (24) gekoppelt ist, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) anliegenden Gleichspannung (V32ab) an dem Wechselspannungsanschluss (24) eine Wechselspannung (V24ab) bereitzustellen oder basierend auf einer an dem Wechselspannungsanschluss (24) anliegenden Wechselspannung (V24ab) an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) eine Gleichspannung (V32ab) bereitzustellen, und in dem eine weitere Drossel der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) über das Schaltnetzwerk (46) mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (18) gekoppelt ist, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) anliegenden Gleichspannung (V32ab) an dem ersten Gleichspannungsanschluss (18) eine Gleichspannung (V18ab) bereitzustellen oder basierend auf einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss (18) anliegenden Gleichspannung (V18ab) an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) eine Gleichspannung (V32ab) bereitzustellen.Converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) having the following features: a bridge circuit ( 42 ) with three half-bridges ( 42a . 42b . 42c ); three chokes ( 44a . 44b . 44c ), each at a central node ( 45a . 45b . 45c ) of the half-bridges ( 42a . 42 . 42c ) are connected; a switching network ( 46 ), which is designed to hold the three throttles ( 44a . 44b . 44c ) in a switchable manner with an AC voltage connection ( 24 ) and a first DC voltage connection ( 18 ) connect to; and a second DC voltage connection ( 32 ), which has a first common potential 48a ) of the bridge circuit ( 42 ) and a second common potential lead ( 48b ) of the bridge circuit ( 42 ) connected is; the converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) is adapted to the switching network ( 46 ) in a first switching state ( 50 ), in which the three throttles ( 44a . 44b . 44c ) via the switching network ( 46 ) with three different phase connections ( 24a . 24b . 24c ) of the AC voltage connection ( 24 ) based on a voltage at the second DC voltage terminal ( 32 ) applied DC voltage (V 32ab ) at the AC voltage terminal ( 24 ) to provide an AC voltage (V 24a , V 24b , V 24c ) or based on an AC voltage at the AC terminal ( 24 ) applied AC voltage (V 24a , V 24b , V 24c ) at the second DC voltage terminal ( 32 ) to provide a DC voltage (V 32ab ), and wherein the power converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) is adapted to the switching network ( 46 ) in a second switching state ( 52 ), in which a first throttle ( 44a ) of the three throttles ( 44a . 44b . 44c ) via the switching network ( 46 ) with one of the phase connections ( 24a . 24b . 24c ) of the AC voltage connection ( 24 ) based on a voltage at the second DC voltage terminal ( 32 ) applied DC voltage (V 32ab ) at the AC voltage terminal ( 24 ) to provide an AC voltage (V 24ab ) or based on an AC voltage ( 24 ) applied AC voltage (V 24ab ) at the second DC voltage terminal ( 32 ) provide a DC voltage (V 32ab ), and in which a further choke of the three reactors ( 44a . 44b . 44c ) via the switching network ( 46 ) with the first DC voltage connection ( 18 ) based on a voltage at the second DC voltage terminal ( 32 ) applied DC voltage (V 32ab ) at the first DC voltage terminal ( 18 ) to provide a DC voltage (V 18ab ) or based on a at the first DC voltage terminal ( 18 ) applied DC voltage (V 18ab ) at the second DC voltage terminal ( 32 ) to provide a DC voltage (V 32ab ). Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) gemäß Anspruch 1, wobei die Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) ausgebildet ist, um das Schaltnetzwerk (46) in einen dritten Schaltzustand zu versetzen, in dem eine der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) über das Schaltnetzwerk (46) mit einem der drei Phasenanschlüsse (24a, 24b, 24c) des Wechselspannungsanschlusses (24) gekoppelt ist, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) anliegenden Gleichspannung (V32ab) an dem Wechselspannungsanschluss (24) eine ein-phasige Wechselspannung (V24ab) bereitzustellen oder basierend auf einer an dem Wechselspannungsanschluss (24) anliegenden ein-phasige Wechselspannung (V24ab) an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) eine Gleichspannung (V32ab) bereitzustellen, wobei der erste Gleichspannungsanschluss (18) in dem dritten Schaltzustand von der Brückenschaltung (42) abgekoppelt ist.Converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) according to claim 1, wherein the power converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) is adapted to the switching network ( 46 ) in a third switching state in which one of the three reactors ( 44a . 44b . 44c ) via the switching network ( 46 ) with one of the three phase connections ( 24a . 24b . 24c ) of the AC voltage connection ( 24 ) based on a voltage at the second DC voltage terminal ( 32 ) applied DC voltage (V 32ab ) at the AC voltage terminal ( 24 ) to provide a single-phase AC voltage (V 24ab ) or based on one at the AC voltage terminal ( 24 ) applied single-phase AC voltage (V 24ab ) at the second DC voltage terminal ( 32 ) provide a DC voltage (V 32ab ), wherein the first DC voltage terminal ( 18 ) in the third switching state of the bridge circuit ( 42 ) is decoupled. Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) ausgebildet ist, um das Schaltnetzwerk (46) in einen vierten Schaltzustand zu versetzen, in dem zwei der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) über das Schaltnetzwerk (46) mit zwei unterschiedlichen Phasenanschlüssen (24a, 24c) des Wechselspannungsanschlusses (24) gekoppelt sind, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) anliegenden Gleichspannung (V32ab) an dem Wechselspannungsanschluss (24) eine Wechselspannung (V24ab, V24b) mit zwei um 180° versetzte Phasen bereitzustellen oder basierend auf einer an dem Wechselspannungsanschluss (24) anliegenden Wechselspannung (V24ab, V24b) mit zwei um 180° versetzte Phasen an dem Gleichspannungsanschluss (32) eine Gleichspannung (V32ab) bereitzustellen, wobei der erste Gleichspannungsanschluss (18) in dem vierten Schaltzustand von der Brückenschaltung (42) abgekoppelt ist.Converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) according to one of claims 1 or 2, wherein the power converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) is adapted to the switching network ( 46 ) in a fourth switching state in which two of the three reactors ( 44a . 44b . 44c ) via the switching network ( 46 ) with two different phase connections ( 24a . 24c ) of the AC voltage connection ( 24 ) based on a voltage at the second DC voltage terminal ( 32 ) applied DC voltage (V 32ab ) at the AC voltage terminal ( 24 ) to provide an alternating voltage (V 24ab , V 24b ) with two phases offset by 180 ° or based on one at the AC voltage connection ( 24 ) applied alternating voltage (V 24ab , V 24b ) with two phases offset by 180 ° at the DC voltage terminal ( 32 ) to provide a DC voltage (V 32ab ), the first DC voltage terminal ( 18 ) in the fourth switching state of the bridge circuit ( 42 ) is decoupled. Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) ausgebildet ist, um das Schaltnetzwerk (46) in einen fünften Schaltzustand zu versetzen, in dem mindestens eine der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) über das Schaltnetzwerk (46) mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (18) gekoppelt ist, um basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) anliegenden Gleichspannung (V32ab) an dem ersten Gleichspannungsanschluss (18) eine Gleichspannung (V18ab) bereitzustellen oder basierend auf einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss (18) anliegenden Gleichspannung (V18ab) an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) eine Gleichspannung (V32ab) bereitzustellen, wobei der Wechselspannungsanschluss (24) in dem fünften Schaltzustand von der Brückenschaltung (42) abgekoppelt ist.Converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the power converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) is adapted to the switching network ( 46 ) in a fifth switching state in which at least one of the three chokes ( 44a . 44b . 44c ) via the switching network ( 46 ) with the first DC voltage connection ( 18 ) based on a voltage at the second DC voltage terminal ( 32 ) applied DC voltage (V 32ab ) at the first DC voltage terminal ( 18 ) to provide a DC voltage (V 18ab ) or based on a at the first DC voltage terminal ( 18 ) applied DC voltage (V 18ab ) at the second DC voltage terminal ( 32 ) provide a DC voltage (V 32ab ), wherein the AC voltage terminal ( 24 ) in the fifth switching state of the bridge circuit ( 42 ) is decoupled. Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die drei Halbbrücken (42a, 42b, 42c) jeweils mindestens zwei Brückenschalter (42a_1, 42a_2, 42b_1, 42b_2, 42c_1, 42c_2) aufweisen.Converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the three half-bridges ( 42a . 42b . 42c ) at least two bridge switches ( 42a_1 . 42a_2 . 42b_1 . 42b_2 . 42c_1 . 42c_2 ) exhibit. Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) gemäß Anspruch 5, wobei die Brückenschalter (42a_1, 42a_2, 42b_1, 42b_2, 42c_1, 42c_2) durch Halbleiter realisiert sind.Converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) according to claim 5, wherein the bridge switches ( 42a_1 . 42a_2 . 42b_1 . 42b_2 . 42c_1 . 42c_2 ) are realized by semiconductors. Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) ausgebildet ist, um mittels einer Logik die Brückenschalter (42a_1, 42a_2, 42b_1, 42b_2, 42c_1, 42c_2) anzusteuern.Converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) according to one of claims 5 or 6, wherein the power converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) is designed in order, by means of a logic, the bridge switches ( 42a_1 . 42a_2 . 42b_1 . 42b_2 . 42c_1 . 42c_2 ) head for. Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) drei Schalter (62a, 62b, 62c) zur schaltbaren, selektiven Ankopplung der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) an die drei Phasenanschlüsse (24a, 24b, 24c) des Wechselspannungsanschlusses (24) umfasst, wobei die Schalter (62a, 62b, 62c) ausgebildet sind, um in auswählbarer Weise entweder alle der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) an die drei Phasenanschlüsse (24a, 24b, 24c) anzukoppeln oder eine echte Teilmenge der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) an eine echte Teilmenge der drei Phasenanschlüsse (24a, 24b, 24c) anzukoppeln oder die drei Drosseln (44a, 44b, 44c) von den drei Phasenanschlüsse (24a, 24b, 24c) abzukoppeln.Converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the power converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) three switches ( 62a . 62b . 62c ) for the switchable, selective coupling of the three chokes ( 44a . 44b . 44c ) to the three phase terminals ( 24a . 24b . 24c ) of the AC voltage connection ( 24 ), the switches ( 62a . 62b . 62c ) are configured to select, in a selectable manner, either all of the three chokes ( 44a . 44b . 44c ) to the three phase terminals ( 24a . 24b . 24c ) or a true subset of the three reactors ( 44a . 44b . 44c ) to a true subset of the three phase terminals ( 24a . 24b . 24c ) or the three chokes ( 44a . 44b . 44c ) of the three phase connections ( 24a . 24b . 24c ) decouple. Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Schaltnetzwerk (46) drei Schalter (64a, 64b, 64c) zur schaltbaren, selektiven Ankopplung der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) an den ersten Gleichspannungsanschluss (18) umfasst, wobei die Schalter (64a, 64b, 64c) ausgebildet sind, um in auswählbarer Weise entweder alle der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) an den ersten Gleichspannungsanschluss (18) oder eine echte Teilmenge der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) an den ersten Gleichspannungsanschluss (18) anzukoppeln oder die drei Drosseln (44a, 44b, 44c) von dem ersten Gleichspannungsanschluss (18) abzukoppeln.Converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the switching network ( 46 ) three switches ( 64a . 64b . 64c ) for the switchable, selective coupling of the three chokes ( 44a . 44b . 44c ) to the first DC voltage connection ( 18 ), the switches ( 64a . 64b . 64c ) are configured to select, in a selectable manner, either all of the three chokes ( 44a . 44b . 44c ) to the first DC voltage connection ( 18 ) or a true subset of the three chokes ( 44a . 44b . 44c ) to the first DC voltage connection ( 18 ) or the three chokes ( 44a . 44b . 44c ) from the first DC voltage terminal ( 18 ) decouple. Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Schaltnetzwerk (46) zusätzlich einen Schalter (66b) zur schaltbaren Ankopplung eines Nullleiters über eine Filteranordnung (68) an die drei Drosseln (44a, 44b, 44c) umfasst.Converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) according to one of claims 1 to 9, wherein the switching network ( 46 ) additionally a switch ( 66b ) for the switchable coupling of a neutral conductor via a filter arrangement ( 68 ) to the three reactors ( 44a . 44b . 44c ). Stromrichterschaltung (80, 98) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Schaltnetzwerk (46) drei Wechselschalter (82a, 82b, 82c) umfasst, wobei die Stromrichterschaltung (80, 98) ausgebildet ist, um in einer ersten Schaltstellung der Wechselschalter (82a, 82b, 82c) die drei Phasenanschlüsse (24a, 24b, 24c) des Wechselspannungsanschlusses (24) an die drei Drosseln (44a, 44b, 44c) zu koppeln und um in einer zweiten Schaltstellung der Wechselschaltung (82a, 82b, 82c) eine ein-phasige oder drei-phasige Elektro-Maschine (84) an die Drosseln (44a, 44b, 44c) anzukoppeln, die im Antriebsbetrieb und im Generatorbetrieb betreibbar ist.Converter circuit ( 80 . 98 ) according to one of claims 1 to 10, wherein the switching network ( 46 ) three changeover switches ( 82a . 82b . 82c ), wherein the power converter circuit ( 80 . 98 ) is formed to in a first switching position of the changeover switch ( 82a . 82b . 82c ) the three phase connections ( 24a . 24b . 24c ) of the AC voltage connection ( 24 ) to the three reactors ( 44a . 44b . 44c ) and in a second switching position of the switching circuit ( 82a . 82b . 82c ) a single-phase or three-phase electric machine ( 84 ) to the throttles ( 44a . 44b . 44c ), which is operable in drive mode and generator mode. Stromrichterschaltung (80, 98) gemäß Anspruch 11, wobei die Stromrichterschaltung (80, 98) ausgebildet ist, um in einer weiteren Schaltstellung der Wechselschalter (82a, 82b, 82c) die drei Phasenanschlüsse (24a, 24b, 24c) des Wechselspannungsanschlusses (24) an die Elektro-Maschine (84) anzukoppeln oder an die Elektro-Maschine (84) und die drei Drosseln (44a, 44b, 44c) anzukoppeln.Converter circuit ( 80 . 98 ) according to claim 11, wherein the power converter circuit ( 80 . 98 ) is designed to in a further switching position of the changeover switch ( 82a . 82b . 82c ) the three phase connections ( 24a . 24b . 24c ) of the AC voltage connection ( 24 ) to the electric machine ( 84 ) or to the electric machine ( 84 ) and the three chokes ( 44a . 44b . 44c ). Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) ausgebildet ist, um in dem ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Schaltzustand (50, 52) an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) eine Gleichspannung (V32ab) bereitzustellen, deren Betrag um mindestens 10% größer oder kleiner als ein Effektivwert einer an dem Wechselspannungsanschluss (24) anliegenden Wechselspannung (V24ab, V24cb), oder um an dem Wechselspannungsanschluss (24) eine Wechselspannung (V24ab, V24cb) bereitzustellen, deren Effektivwert um mindestens 10% größer oder kleiner ist als ein Betrag einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) anliegenden Gleichspannung (V32ab).Converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) according to one of claims 1 to 12, wherein the power converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) is designed to be in the first, second, third and / or fourth switching state ( 50 . 52 ) at the second DC voltage terminal ( 32 ) provide a DC voltage (V 32ab ) whose magnitude is at least 10% greater or smaller than an RMS value at the AC voltage terminal ( 24 ) alternating voltage (V 24ab , V 24cb ), or at the AC voltage terminal ( 24 ) to provide an AC voltage (V 24ab , V 24cb ) whose RMS value is at least 10% greater or smaller than an amount at the second DC voltage port ( 32 ) applied DC voltage (V 32ab ). Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) ausgebildet ist, um in dem zweiten und/oder fünften Schaltzustand (50, 52) an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) eine Gleichspannung (V32ab) bereitzustellen, deren Betrag um mindestens 10% größer oder kleiner als ein Betrag einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss (18) anliegenden Gleichspannung (V18ab), oder um an dem ersten Gleichspannungsanschluss (18) eine Gleichspannung (V18ab) bereitzustellen, deren Betrag um mindestens 10% größer oder kleiner ist als ein Betrag einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) anliegenden Gleichspannung (V32ab).Converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) according to one of claims 1 to 13, wherein the power converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) is designed to be in the second and / or fifth switching state ( 50 . 52 ) at the second DC voltage terminal ( 32 ) to provide a DC voltage (V 32ab ) whose magnitude is at least 10% greater or smaller than an amount at the first DC voltage terminal ( 18 ) applied DC voltage (V 18ab ), or at the first DC voltage terminal ( 18 ) to provide a DC voltage (V 18ab ) whose magnitude is at least 10% greater or smaller than an amount at the second DC voltage port ( 32 ) applied DC voltage (V 32ab ). Stromrichterschaltung (60, 80, 90, 94, 96, 98) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei an dem zweiten Gleichspannungsanschluss ein Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler (70) vorgesehen ist. Converter circuit ( 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) according to one of claims 1 to 14, wherein at the second DC voltage terminal a DC-DC converter ( 70 ) is provided. Verfahren zum Betreiben einer Stromrichterschaltung (40, 60, 80, 90, 94, 96, 98) mit einer Brückenschaltung (42) mit drei Halbbrücken (42a, 42b, 42c), drei Drosseln (44a, 44b, 44c), die jeweils in einem Mittelknoten (45a, 45b, 45c) der Halbbrücken (42a, 42, 42c) angeschlossen sind, einem Schaltnetzwerk (46), welches ausgebildet ist, um die drei Drosseln (44a, 44b, 44c) in schaltbarer Weise mit einem Wechselspannungsanschluss (24) und einem ersten Gleichspannungsanschluss (18) zu verbinden, und einem zweiten Gleichspannungsanschluss (32), der mit einer ersten gemeinsamen Potenzialführung (48a) der Brückenschaltung (42) und einer zweiten gemeinsamen Potenzialführung (48b) der Brückenschaltung (42) verbunden ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Versetzen des Schaltnetzwerks (46) in einen ersten Schaltzustand (50), in dem die drei Drosseln (44a, 44b, 44c) über das Schaltnetzwerk (46) mit drei unterschiedlichen Phasenanschlüssen (24a, 24b, 24c) des Wechselspannungsanschlusses (24) gekoppelt sind; wobei in dem ersten Schaltzustand (50) basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) anliegenden Gleichspannung (V32ab) an dem Wechselspannungsanschluss (24) eine Wechselspannung (V24ab) bereitgestellt wird, oder wobei in dem ersten Schaltzustand (50) basierend auf einer an dem Wechselspannungsanschluss (24) anliegenden Wechselspannung (V24ab) an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) eine Gleichspannung (V32ab) bereitgestellt wird; und Versetzen des Schaltnetzwerks (46) in einen zweiten Schaltzustand (52), in dem eine erste Drossel (44a) der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) über das Schaltnetzwerk (46) mit einem der Phasenanschlüsse (24a, 24b, 24c) des Wechselspannungsanschlusses (24) gekoppelt ist und in dem eine weitere Drossel der drei Drosseln (44a, 44b, 44c) über das Schaltnetzwerk (46) mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (18) gekoppelt ist; wobei in dem zweiten Schaltzustand (52) basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) anliegenden Gleichspannung (V32ab) an dem Wechselspannungsanschluss (24) eine Wechselspannung (V24ab) bereitgestellt wird, oder wobei in dem zweiten Schaltzustand (52) basierend auf einer an dem Wechselspannungsanschluss (24) anliegenden Wechselspannung (V24ab) an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) eine Gleichspannung (V32ab) bereitgestellt wird; und wobei in dem zweiten Schaltzustand (52) basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) anliegenden Gleichspannung (V32ab) an dem ersten Gleichspannungsanschluss (18) eine Gleichspannung (V18ab) bereitgestellt wird oder basierend auf einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss (18) anliegenden Gleichspannung (V18ab) an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (32) eine Gleichspannung (V32ab) bereitgestellt wird.Method for operating a converter circuit ( 40 . 60 . 80 . 90 . 94 . 96 . 98 ) with a bridge circuit ( 42 ) with three half-bridges ( 42a . 42b . 42c ), three throttles ( 44a . 44b . 44c ), each in a central node ( 45a . 45b . 45c ) of the half-bridges ( 42a . 42 . 42c ) are connected to a switching network ( 46 ), which is designed to hold the three throttles ( 44a . 44b . 44c ) in a switchable manner with an AC voltage connection ( 24 ) and a first DC voltage connection ( 18 ) and a second DC voltage connection ( 32 ), which has a first common potential 48a ) of the bridge circuit ( 42 ) and a second common potential lead ( 48b ) of the bridge circuit ( 42 ), the method comprising the steps of: displacing the switching network ( 46 ) in a first switching state ( 50 ), in which the three chokes ( 44a . 44b . 44c ) via the switching network ( 46 ) with three different phase connections ( 24a . 24b . 24c ) of the AC voltage connection ( 24 ) are coupled; wherein in the first switching state ( 50 ) based on a at the second DC voltage terminal ( 32 ) applied DC voltage (V 32ab ) at the AC voltage terminal ( 24 ) an alternating voltage (V 24ab ) is provided, or wherein in the first switching state ( 50 ) based on a at the AC voltage terminal ( 24 ) applied AC voltage (V 24ab ) at the second DC voltage terminal ( 32 ) a DC voltage (V 32ab ) is provided; and offloading the switching network ( 46 ) in a second switching state ( 52 ), in which a first throttle ( 44a ) of the three throttles ( 44a . 44b . 44c ) via the switching network ( 46 ) with one of the phase connections ( 24a . 24b . 24c ) of the AC voltage connection ( 24 ) and in which a further choke of the three throttles ( 44a . 44b . 44c ) via the switching network ( 46 ) with the first DC voltage connection ( 18 ) is coupled; wherein in the second switching state ( 52 ) based on a at the second DC voltage terminal ( 32 ) applied DC voltage (V 32ab ) at the AC voltage terminal ( 24 ) an alternating voltage (V 24ab ) is provided, or wherein in the second switching state ( 52 ) based on a at the AC voltage terminal ( 24 ) applied AC voltage (V 24ab ) at the second DC voltage terminal ( 32 ) a DC voltage (V 32ab ) is provided; and wherein in the second switching state ( 52 ) based on a at the second DC voltage terminal ( 32 ) applied DC voltage (V 32ab ) at the first DC voltage terminal ( 18 ) a DC voltage (V 18ab ) is provided or based on a at the first DC voltage terminal ( 18 ) applied DC voltage (V 18ab ) at the second DC voltage terminal ( 32 ) a DC voltage (V 32ab ) is provided.
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