[go: up one dir, main page]

EP3344489A1 - Circuit assembly for linking different electrical voltage levels, as well as control method - Google Patents

Circuit assembly for linking different electrical voltage levels, as well as control method

Info

Publication number
EP3344489A1
EP3344489A1 EP16781663.6A EP16781663A EP3344489A1 EP 3344489 A1 EP3344489 A1 EP 3344489A1 EP 16781663 A EP16781663 A EP 16781663A EP 3344489 A1 EP3344489 A1 EP 3344489A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
voltage level
switching
switching unit
branch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16781663.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Murat Senol
Rik W. De Doncker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Original Assignee
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH filed Critical Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Publication of EP3344489A1 publication Critical patent/EP3344489A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/007—Physical arrangements or structures of drive train converters specially adapted for the propulsion motors of electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/20—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having different nominal voltages
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B60L2210/42—Voltage source inverters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/10—Electrical machine types
    • B60L2220/12—Induction machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/50—Structural details of electrical machines
    • B60L2220/54—Windings for different functions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2209/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current
    • H02P2209/01—Motors with neutral point connected to the power supply
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • Circuit arrangement for linking different voltage levels and electrical control methods
  • the invention relates to a circuit arrangement for linking different electrical voltage levels in a motor vehicle
  • a first switching unit containing switching elements for generating an alternating voltage for the electrical machine from a DC voltage of a first voltage level
  • the invention relates to a method for controlling a converter, which is connected between a DC voltage of a first voltage level and a DC voltage of a second voltage level, which comprises an electrical machine with an induction motor arranged to a star-point circuit. having a first switching unit associated with the electrical machine and having a second switching unit for a bidirectional flow of energy between the DC voltage of the first voltage level and the DC voltage of the second voltage level.
  • the object of the present invention is a circuit arrangement for linking different voltage levels and a method to indicate for controlling a converter such that the circuit complexity is further reduced.
  • the invention is characterized in connection with the preamble of claim 1, characterized in that the second switching unit has two mutually in series, arranged in a 1925schaltzweig switching elements, wherein the additional switching branch connected in parallel to the DC voltage of the first voltage level and in each case a connection of Switching elements is connected to the Stemddling.
  • an additional switching branch is arranged parallel to a DC voltage of a first voltage level, wherein two switching elements are arranged in the additional switching branch, which is connected in each case with a connection to a star point of the electric machine.
  • a necessary second switching unit for controlling the bidirectional energy flow between the DC voltage of the first voltage level and the DC voltage of the second voltage level advantageously has a simple structure.
  • a first switching unit by means of which the electrical machine is controlled and which is preferably designed as a bridge circuit, only be extended by an asymmetrical half bridge.
  • the first switching unit and the second switching unit are thus formed by four half-bridges, which can be arranged to save space, preferably on a common carrier.
  • the switching elements of the second switching unit are controlled such that a predetermined energy flow between the DC voltage of the first and second voltage level on the one hand and the electrical machine on the other hand or between the DC voltage of the first voltage level on the one hand and the DC voltage of the second voltage level on the other hand.
  • a predetermined energy flow between the DC voltage of the first and second voltage level on the one hand and the electrical machine on the other hand or between the DC voltage of the first voltage level on the one hand and the DC voltage of the second voltage level on the other hand.
  • a branch point is provided to a star point of the electric machine between two terminals of a first switching element and a second switching element of the same second switching unit.
  • the second switching unit thus has a relatively simple construction.
  • the invention in connection with the preamble of claim 1, characterized in that switching elements of the second switching unit are driven such that a neutral point current of the electric machine in a predetermined direction with a predetermined amount flows according to the predetermined energy flow of the DC voltage first voltage level to the DC voltage of the second voltage level or from the DC voltage of the second voltage level to the DC voltage of the first voltage level.
  • the control method according to the invention reduces the control effort.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement according to a first embodiment
  • Fig. 2 shows a circuit arrangement according to a second embodiment
  • Fig. 3 shows a circuit arrangement according to a third embodiment.
  • a circuit arrangement according to the invention for linking different electrical voltage levels can be used in motor vehicles, for example in hybrid vehicles, electric vehicles or other fields of use, in which an electric machine, for example a generator, is used.
  • Other fields of application are the shipping industry or portable combustion engines.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement (converter) for linking a DC voltage Ui of a first voltage level and a DC voltage U 2 of a second voltage level.
  • the DC voltages Ui, U 2 can be formed, for example, as energy storage or batteries and arranged in a motor vehicle.
  • the DC voltage Ui of the first voltage level may be, for example, 48 volts and the DC voltage U 2 of the second voltage level 12 volts.
  • the DC voltage of the first voltage level thus feeds a 48 volt power grid in the motor vehicle, to which consumers of high power consumption, such as an electric machine 1, are connected.
  • the DC voltage U 2 of the second voltage level feeds a 2 volt power grid in the motor vehicle, can be connected to the consumer low power consumption.
  • the electric machine 1 is designed as a three-phase machine 1 with induction coils 2, which are connected together to form a star point 3 to a star connection.
  • an inverter is provided which forms a first switching unit 4.
  • the first switching unit 4 is a three-phase bridge circuit having six switching elements 5.
  • the switching elements 5 may be formed as MOS-FET transistors with freewheeling diode. The control of the switching elements 5 by means of a control unit, not shown, which optionally also controls switching elements of a rectifier, not shown, and / or a DC intermediate circuit.
  • a second switching unit 6 For a bidirectional electrical energy flow between the DC voltage Ui of the first voltage level and the DC voltage U2 of the second voltage level, a second switching unit 6 is provided which has two switching elements 8 connected in series in an additional switching branch 7. These switching elements 8 (first switching element 8 ', second switching element 8 ") of the second switching unit 6 are designed as MOS-FET transistors The additional switching branch 7 of the second switching unit 6 is arranged parallel to the DC voltage U 1 of the first voltage plane Switching element 8 'and a terminal 10 of the second switching element 8 "are connected to the neutral point 3. The second switching unit 6 is thus connected in parallel with the first switching unit 4.
  • a branch point V is provided between the terminal 9 of the first switching element 8 'and the terminal 10 of the second switching element 8 ", from which a connecting line leads to the neutral point 3.
  • the DC voltage U 2 of the second voltage level between the branch point V and the neutral point 3 is arranged.
  • a second embodiment of the circuit arrangement according to FIG. 2 differs from the first embodiment according to FIG. 1 in that the DC voltage U 2 of the second voltage level is arranged in the additional switching branch 7.
  • the DC voltage U 2 of the second voltage level is between a further terminal 11 of the second switching element 8 'and a leaving connection.
  • the DC voltage U 2 of the second voltage level is thus in a lower second part of branch 13 of the additional switching branch 7, which is facing the ground terminal, while an upper first partial branch 12 of the additional switching branch 7 has exclusively the first switching element 8 '.
  • a further embodiment of the circuit arrangement according to FIG. 3 differs from the embodiment according to FIG. 2 in that the DC voltage U 2 of the second voltage level is arranged in the upper branch branch 12 of the additional switching branch 7, namely on the side facing away from the ground side branch 12 of the additional switching branch 7 is.
  • the DC voltage U 2 of the second voltage level between the terminal 9 of the first switching element 8 'and the branch point V is arranged.
  • the first switching unit 4 and the second switching unit 6 on a common carrier, preferably arranged on a common circuit board.
  • the switching elements 8 ', 8 "of the second switching unit 6 are controlled in such a way that a predetermined energy flow between the DC voltage Ui and the DC voltage U 2 results.
  • a predetermined energy flow between the DC voltage Ui and the DC voltage U 2 results.
  • the supplied power consumers rating current is a t thus can flow U 2 of the second voltage level with a predetermined amount in either direction of the DC voltage Ui of the first voltage level, or in the direction of the DC voltage.
  • the electric machine 1 can be operated.
  • the bidirectional energy flow is independent of the operating state of the electric machine 1. Since the second switching unit 6 is designed as an asymmetric half bridge, the additional effort for the provision of a bidirectional energy flow is relatively low.
  • the switching elements 5 of the first switching unit 4 and the switching elements 8, 8 ', 8 "of the second switching unit 6 are preferably formed the same.
  • the first switching unit 4 and the second switching unit 6 can be arranged, for example, together with the control unit, not shown, on a common carrier.
  • the invention makes it possible to charge a large number of energy stores or batteries with different voltage levels, the dc voltage Ui of the first voltage level preferably serving as the energy supplier.
  • a DC-DC converter between the battery Ui higher voltage level and the battery U 2 lower voltage level is not required.
  • the star point of the electric machine 1 can directly with the battery U2, s. FIG. 1 or via an asymmetrical half bridge, s. Figures 2 and 3 with the battery U 2 of be connected to the second voltage level.
  • the electric machine 1 can be operated in the same way as in conventional drive systems.
  • the circuit arrangement according to the invention enables a bidirectional power flow between a plurality of electrical energy stores and a mechanical system.
  • the electric machine 1 can be designed as a three-phase or multi-phase star connection with one or more star points.
  • the phase voltage and the neutral point voltage of the machine 1 can be controlled.
  • the phase currents and neutral point currents of the machine 1 can be controlled here. Consequently, the power flow between the batteries Ui, U 2 and the engine 1 can thereby be controlled.
  • a control unit is provided for controlling the switching unit 4, wherein the control unit receives information about current parameters of the switching unit 4 and other sensors.
  • the control unit 4 controls the switching elements 8, 8 ', 8 "in such a way that the desired power flow between the batteries U 1 , U 2 and the machine 1 is ensured.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

The invention relates to a circuit assembly for linking different electrical voltage levels in a motor vehicle, comprising: an electric machine containing induction coils in a star circuit connection with a star point; a first switch unit containing switch elements for generating an AC voltage for the electric machine from a DC voltage of a first voltage level; a DC voltage of a second voltage level; and a second switch unit for a bidirectional electrical energy flow between the DC voltage of the first voltage level and the DC voltage of the second voltage level, wherein the second switch unit has two switch elements arranged in series in an auxiliary switch branch, wherein the auxiliary switch branch is connected in parallel to the DC voltage of the first voltage level, and each connection of the switch elements is connected to the star point.

Description

Schaltungsanordnung zur Verknüpfung verschiedener elektrischer Spannungsebenen sowie Steuerungsverfahren  Circuit arrangement for linking different voltage levels and electrical control methods

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verknüpfung verschiedener elektrischer Spannungsebenen in einem Kraftfahrzeug The invention relates to a circuit arrangement for linking different electrical voltage levels in a motor vehicle

- mit einer elektrischen Maschine enthaltend Induktionsspulen in Sternschaltung mit einem Sternpunkt,  with an electric machine containing star-connected induction coils with a star point,

- mit einer ersten Schalteinheit enthaltend Schaltelemente zum Erzeugen einer Wechselspannung für die elektrische Maschine aus einer Gleichspannung einer ersten Spannungsebene,  with a first switching unit containing switching elements for generating an alternating voltage for the electrical machine from a DC voltage of a first voltage level,

- mit einer Gleichspannung einer zweiten Spannungsebene,  with a DC voltage of a second voltage level,

- und mit einer zweiten Schalteinheit für einen bidirektionalen elektrischen Energiefluss zwischen der Gleichspannung der ersten Spannungsebene und der Gleichspannung der zweiten Spannungsebene.  - And with a second switching unit for a bidirectional electric power flow between the DC voltage of the first voltage level and the DC voltage of the second voltage level.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Wandlers, der zwischen einer Gleichspannung einer ersten Spannungsebene und einer Gleichspannung einer zweiten Spannungsebene geschaltet ist, der eine elektrische Maschine mit zu einer Sternpunktschaltung angeordneten lnduktions- spulen, der eine der elektrischen Maschine zugeordneten erste Schalteinheit und der eine zweite Schalteinheit für einen bidirektionalen Energiefluss zwischen der Gleichspannung der ersten Spannungsebene und der Gleichspannung der zweiten Spannungsebene aufweist. Furthermore, the invention relates to a method for controlling a converter, which is connected between a DC voltage of a first voltage level and a DC voltage of a second voltage level, which comprises an electrical machine with an induction motor arranged to a star-point circuit. having a first switching unit associated with the electrical machine and having a second switching unit for a bidirectional flow of energy between the DC voltage of the first voltage level and the DC voltage of the second voltage level.

Aus der EP 2 111 683 B1 ist eine Schaltungsanordnung zur Verknüpfung verschiedener elektrischer Spannungsebenen bekannt, so dass ein bidirektionaler Energiefluss zwischen beispielsweise einer 12-Volt-Batterie und einer 48- Volt-Batterie gewährleistet ist. Zur Anpassung dieser beiden Spannungsebenen ist ein bidirektionaler DC/DC-Wandler (Gleichspannungswandler) erforderlich, der ein relativ großes Bauvolumen und Gewicht aufweist. Es besteht daher ein Bedürfnis für kostengünstigere und einfachere Schaltungsanordnungen. From EP 2 111 683 B1, a circuit arrangement for linking various electrical voltage levels is known, so that a bidirectional flow of energy between, for example, a 12-volt battery and a 48-volt battery is ensured. To adapt these two voltage levels, a bidirectional DC / DC converter (DC-DC converter) is required, which has a relatively large volume and weight. There is therefore a need for less expensive and simpler circuit arrangements.

Aus der DE 10 2005 015 658 A1 ist es bekannt, eine Schaltungsanordnung zur Verknüpfung verschiedener elektrischer Spannungsebenen vorzusehen, bei der eine elektrische Maschine, die als Verbraucher an einer Gleichspannung einer ersten Spannungsebene angeschlossen ist, genutzt wird, um in Verbindung mit einer zweiten Schalteinheit einen bidirektionalen Energiefluss zwischen der Gleichspannung der ersten Spannungsebene und einer Gleichspannung der zweiten Spannungsebene herbeizuführen. Hierzu ist die zweite Schalteinheit zum einen an einem Sternpunkt von in Sternschaltung geschalteten Induktionsspulen der elektrischen Maschine und zum anderen an der Gleichspannung der ersten Spannungsebene angeschlossen. Nachteilig an der bekannten Schaltungsanordnung ist, dass durch die zweite Schalteinheit stets ein Teil der Gleichspannung der ersten Spannungsebene abgegriffen werden muss. From DE 10 2005 015 658 A1 it is known to provide a circuit arrangement for linking different electrical voltage levels, in which an electrical machine, which is connected as a consumer to a DC voltage of a first voltage level, is used in conjunction with a second switching unit a bidirectional energy flow between the DC voltage of the first voltage level and a DC voltage of the second voltage level cause. For this purpose, the second switching unit is connected on the one hand to a star point of the induction coil of the electric machine connected in a star connection and, on the other hand, to the DC voltage of the first voltage level. A disadvantage of the known circuit arrangement that always a part of the DC voltage of the first voltage level must be tapped by the second switching unit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Verknüpfung verschiedener elektrischer Spannungsebenen und ein Verfahren zum Steuern eines Wandlers derart anzugeben, dass der schaltungstechnische Aufwand weiter verringert wird. The object of the present invention is a circuit arrangement for linking different voltage levels and a method to indicate for controlling a converter such that the circuit complexity is further reduced.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schalteinheit zwei zueinander in Reihe, in einem Zusatzschaltzweig angeordnete Schaltelemente aufweist, wobei der Zusatzschaltzweig parallel zu der Gleichspannung der ersten Spannungsebene geschaltet und jeweils ein Anschluss der Schaltelemente mit dem Stempunkt verbunden ist. To solve this problem, the invention is characterized in connection with the preamble of claim 1, characterized in that the second switching unit has two mutually in series, arranged in a Zusatzschaltzweig switching elements, wherein the additional switching branch connected in parallel to the DC voltage of the first voltage level and in each case a connection of Switching elements is connected to the Stempunkt.

Nach der Erfindung ist ein Zusatzschaltzweig parallel zu einer Gleichspannung einer ersten Spannungsebene angeordnet, wobei in dem Zusatzschaltzweig zwei Schaltelemente angeordnet sind, die jeweils mit einem Anschluss mit einem Sternpunkt der elektrischen Maschine verbunden ist. Vorteilhaft weist hierdurch eine notwendige zweite Schalteinheit zur Steuerung des bidirektionalen Energieflusses zwischen der Gleichspannung der ersten Spannungsebene und der Gleichspannung der zweiten Spannungsebene einen einfachen Aufbau auf. Vorzugsweise kann eine erste Schalteinheit, mittels derer die elektrische Maschine angesteuert wird und die vorzugsweise als Brückenschaltung ausgebildet ist, lediglich um eine asymmetrische halbe Brücke erweitert werden. Insgesamt werden die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit somit durch vier Halbbrücken gebildet, die platzsparend, vorzugsweise auf einem gemeinsamen Träger, angeordnet sein können. According to the invention, an additional switching branch is arranged parallel to a DC voltage of a first voltage level, wherein two switching elements are arranged in the additional switching branch, which is connected in each case with a connection to a star point of the electric machine. In this way, a necessary second switching unit for controlling the bidirectional energy flow between the DC voltage of the first voltage level and the DC voltage of the second voltage level advantageously has a simple structure. Preferably, a first switching unit, by means of which the electrical machine is controlled and which is preferably designed as a bridge circuit, only be extended by an asymmetrical half bridge. Overall, the first switching unit and the second switching unit are thus formed by four half-bridges, which can be arranged to save space, preferably on a common carrier.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Schaltelemente der zweiten Schalteinheit derart angesteuert, dass ein vorgegebener Energiefluss zwischen der Gleichspannung der ersten und zweiten Spannungsebene einerseits und der elektrischen Maschine andererseits oder zwischen der Gleichspannung der ersten Spannungsebene einerseits und der Gleichspannung der zweiten Spannungsebene andererseits erfolgt. In Abhängigkeit von den An- forderungen können somit unterschiedliche Verbraucher unterschiedlich hoher Nennspannung gespeist werden. Die Stromversorgung kann hierbei unabhängig vom Lauf der elektrischen Maschine aufrechterhalten werden. According to a development of the invention, the switching elements of the second switching unit are controlled such that a predetermined energy flow between the DC voltage of the first and second voltage level on the one hand and the electrical machine on the other hand or between the DC voltage of the first voltage level on the one hand and the DC voltage of the second voltage level on the other hand. Depending on the Demands can thus be fed different consumers different levels of nominal voltage. The power supply can be maintained regardless of the running of the electric machine.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Verzweigungspunkt zu einem Sternpunkt der elektrischen Maschine zwischen zwei Anschlüssen eines ersten Schaltelements und eines zweiten Schaltelements derselben zweiten Schalteinheit vorgesehen. Die zweite Schalteinheit weist somit einen relativ einfachen Aufbau auf. According to a development of the invention, a branch point is provided to a star point of the electric machine between two terminals of a first switching element and a second switching element of the same second switching unit. The second switching unit thus has a relatively simple construction.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Further advantages of the invention will become apparent from the further subclaims.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass Schaltelemente der zweiten Schalteinheit derart angesteuert werden, dass ein Sternpunktstrom der elektrischen Maschine in einer vorgegebenen Richtung mit einem vorgegebenen Betrag fließt entsprechend des vorgegebenen Energieflusses von der Gleichspannung der ersten Spannungsebene zu der Gleichspannung der zweiten Spannungsebene oder von der Gleichspannung der zweiten Spannungsebene zu der Gleichspannung der ersten Spannungsebene. To solve this problem, the invention in connection with the preamble of claim 1, characterized in that switching elements of the second switching unit are driven such that a neutral point current of the electric machine in a predetermined direction with a predetermined amount flows according to the predetermined energy flow of the DC voltage first voltage level to the DC voltage of the second voltage level or from the DC voltage of the second voltage level to the DC voltage of the first voltage level.

Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren reduziert den Steuerungsaufwand. The control method according to the invention reduces the control effort.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert: Es zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings: Show it:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung nach einer ersten Ausführungsform, 1 shows a circuit arrangement according to a first embodiment,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung nach einer zweiten Ausführungsform und Fig. 2 shows a circuit arrangement according to a second embodiment and

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung nach einer dritten Ausführungsform. Fig. 3 shows a circuit arrangement according to a third embodiment.

Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Verknüpfung verschiedener elektrischer Spannungsebenen kann in Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Hybrid-Fahrzeugen, Elektrofahrzeugen oder anderen Einsatzgebieten eingesetzt werden, in denen eine elektrische Maschine, beispielsweise ein Generator eingesetzt wird. Weitere Einsatzfelder sind die Schifffahrtsindustrie oder tragbare Verbrennungsmaschinen. A circuit arrangement according to the invention for linking different electrical voltage levels can be used in motor vehicles, for example in hybrid vehicles, electric vehicles or other fields of use, in which an electric machine, for example a generator, is used. Other fields of application are the shipping industry or portable combustion engines.

In Figur 1 ist eine Schaltungsanordnung (Wandler) zur Verknüpfung einer Gleichspannung Ui einer ersten Spannungsebene und einer Gleichspannung U2 einer zweiten Spannungsebene dargestellt. Die Gleichspannungen Ui, U2 können beispielsweise als Energiespeicher bzw. Batterien ausgebildet und in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Die Gleichspannung Ui der ersten Spannungsebene kann beispielsweise 48 Volt und die Gleichspannung U2 der zweiten Spannungsebene 12 Volt betragen. Die Gleichspannung der ersten Spannungsebene speist somit ein 48-Volt-Energienetz im Kraftfahrzeug, an dem Verbraucher hoher Leistungsaufnahme, wie beispielsweise eine elektrische Maschine 1 , angeschlossen sind. Die Gleichspannung U2 der zweiten Spannungsebene speist ein 2-Volt-Energienetz im Kraftfahrzeug, an den Verbraucher niedriger Leistungsaufnahme angeschlossen sein können. Die elektrische Maschine 1 ist als eine Drehstrommaschine 1 mit Induktionsspulen 2 ausgebildet, die unter Bildung eines Stempunktes 3 zu einer Sternschaltung zusammengeschaltet sind. Zur Ansteuerung der Drehstrommaschine 1 ist ein Wechselrichter vorgesehen, der eine erste Schalteinheit 4 bildet. Die erste Schalteinheit 4 ist eine Drehstrom-Brückenschaltung, die sechs Schaltelemente 5 aufweist. Die Schaltelemente 5 können als MOS-FET Transistoren mit Freilaufdiode ausgebildet sein. Die Ansteuerung der Schaltelemente 5 erfolgt mittels einer nicht dargestellten Steuereinheit, die gegebenenfalls auch Schaltelemente eines nicht dargestellten Gleichrichters und/oder eines Gleichspannungs-Zwischenkreises ansteuert. FIG. 1 shows a circuit arrangement (converter) for linking a DC voltage Ui of a first voltage level and a DC voltage U 2 of a second voltage level. The DC voltages Ui, U 2 can be formed, for example, as energy storage or batteries and arranged in a motor vehicle. The DC voltage Ui of the first voltage level may be, for example, 48 volts and the DC voltage U 2 of the second voltage level 12 volts. The DC voltage of the first voltage level thus feeds a 48 volt power grid in the motor vehicle, to which consumers of high power consumption, such as an electric machine 1, are connected. The DC voltage U 2 of the second voltage level feeds a 2 volt power grid in the motor vehicle, can be connected to the consumer low power consumption. The electric machine 1 is designed as a three-phase machine 1 with induction coils 2, which are connected together to form a star point 3 to a star connection. For driving the three-phase machine 1, an inverter is provided which forms a first switching unit 4. The first switching unit 4 is a three-phase bridge circuit having six switching elements 5. The switching elements 5 may be formed as MOS-FET transistors with freewheeling diode. The control of the switching elements 5 by means of a control unit, not shown, which optionally also controls switching elements of a rectifier, not shown, and / or a DC intermediate circuit.

Für einen bidirektionalen elektrischen Energiefluss zwischen der Gleichspannung Ui der ersten Spannungsebene und der Gleichspannung U2 der zweiten Spannungsebene ist eine zweite Schalteinheit 6 vorgesehen, die über zwei in einem Zusatzschaltzweig 7 in Reihe geschaltete Schaltelemente 8 aufweist. Diese Schaltelemente 8 (erstes Schaltelement 8', zweites Schaltelement 8") der zweiten Schalteinheit 6 sind als MOS-FET Transistoren ausgebildet. Der Zusatzschaltzweig 7 der zweiten Schalteinheit 6 ist parallel zu der Gleichspannung U1 der ersten Spannungsebene angeordnet. Ein Anschluss 9 des ersten Schaltelementes 8' und ein Anschluss 10 des zweiten Schaltelementes 8" sind mit dem Sternpunkt 3 verbunden. Die zweite Schalteinheit 6 ist somit parallel zu der ersten Schalteinheit 4 geschaltet. For a bidirectional electrical energy flow between the DC voltage Ui of the first voltage level and the DC voltage U2 of the second voltage level, a second switching unit 6 is provided which has two switching elements 8 connected in series in an additional switching branch 7. These switching elements 8 (first switching element 8 ', second switching element 8 ") of the second switching unit 6 are designed as MOS-FET transistors The additional switching branch 7 of the second switching unit 6 is arranged parallel to the DC voltage U 1 of the first voltage plane Switching element 8 'and a terminal 10 of the second switching element 8 "are connected to the neutral point 3. The second switching unit 6 is thus connected in parallel with the first switching unit 4.

Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist ein Verzweigungspunkt V zwischen dem Anschluss 9 des ersten Schaltelementes 8' und dem Anschluss 10 des zweiten Schaltelementes 8" vorgesehen, von dem eine Verbindungsleitung zu dem Sternpunkt 3 führt. Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 1 ist die Gleichspannung U2 der zweiten Spannungsebene zwischen dem Verzweigungspunkt V und dem Sternpunkt 3 angeordnet. As can be seen from the figures, a branch point V is provided between the terminal 9 of the first switching element 8 'and the terminal 10 of the second switching element 8 ", from which a connecting line leads to the neutral point 3. According to a first embodiment of the invention according to Figure 1, the DC voltage U 2 of the second voltage level between the branch point V and the neutral point 3 is arranged.

Eine zweite Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 dadurch, dass die Gleichspannung U2 der zweiten Spannungsebene in dem Zusatzschaltzweig 7 angeordnet ist. Die Gleichspannung U2 der zweiten Spannungsebene befindet sich zwischen einem weiteren Anschluss 11 des zweiten Schaltelementes 8" und einem asseanschluss. Die Gleichspannung U2 der zweiten Spannungsebene befindet sich somit in einem unteren zweiten Teilzweig 13 des Zusatzschaltzweiges 7, der dem Masseanschluss zugewandt ist, während ein oberer erster Teilzweig 12 des Zusatzschaltzweiges 7 ausschließlich das erste Schaltelement 8' aufweist. A second embodiment of the circuit arrangement according to FIG. 2 differs from the first embodiment according to FIG. 1 in that the DC voltage U 2 of the second voltage level is arranged in the additional switching branch 7. The DC voltage U 2 of the second voltage level is between a further terminal 11 of the second switching element 8 'and a leaving connection. The DC voltage U 2 of the second voltage level is thus in a lower second part of branch 13 of the additional switching branch 7, which is facing the ground terminal, while an upper first partial branch 12 of the additional switching branch 7 has exclusively the first switching element 8 '.

Eine weitere Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß Figur 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 2 dadurch, dass die Gleichspannung U2 der zweiten Spannungsebene in dem oberen Teilzweig 12 des Zusatzschaltzweiges 7, nämlich auf dem der Masse abgewandten Seite angeordneten Teilzweig 12 des Zusatzschaltzweiges 7, angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Gleichspannung U2 der zweiten Spannungsebene zwischen dem Anschluss 9 des ersten Schaltelementes 8' und dem Verzweigungspunkt V angeordnet. A further embodiment of the circuit arrangement according to FIG. 3 differs from the embodiment according to FIG. 2 in that the DC voltage U 2 of the second voltage level is arranged in the upper branch branch 12 of the additional switching branch 7, namely on the side facing away from the ground side branch 12 of the additional switching branch 7 is. In the present embodiment, the DC voltage U 2 of the second voltage level between the terminal 9 of the first switching element 8 'and the branch point V is arranged.

Vorzugweise ist die erste Schalteinheit 4 und die zweite Schalteinheit 6 auf einem gemeinsamen Träger, vorzugsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte, angeordnet. Preferably, the first switching unit 4 and the second switching unit 6 on a common carrier, preferably arranged on a common circuit board.

Die Schaltelemente 8', 8" der zweiten Schalteinheit 6 werden derart angesteuert, dass sich ein vorgegebener Energiefluss zwischen der Gleichspan- nung Ui und der Gleichspannung U2 ergibt. In Abhängigkeit von den zugeschalteten Verbrauchern kann somit ein Sternstrom ist mit einem vorgegebenen Betrag entweder in Richtung der Gleichspannung Ui der ersten Spannungsebene oder in Richtung der Gleichspannung U2 der zweiten Spannungsebene fließen. Zusätzlich kann die elektrische Maschine 1 betrieben werden. Der bidirektionale Energiefluss erfolgt unabhängig von dem Betriebszustand der elektrischen Maschine 1. Da die zweite Schalteinheit 6 als eine asymmetrische halbe Brücke ausgebildet ist, ist der Zusatzaufwand für die Bereitstellung eines bidirektionalen Energieflusses relativ gering. The switching elements 8 ', 8 "of the second switching unit 6 are controlled in such a way that a predetermined energy flow between the DC voltage Ui and the DC voltage U 2 results. In response to the supplied power consumers rating current is a t thus can flow U 2 of the second voltage level with a predetermined amount in either direction of the DC voltage Ui of the first voltage level, or in the direction of the DC voltage. In addition, the electric machine 1 can be operated. The bidirectional energy flow is independent of the operating state of the electric machine 1. Since the second switching unit 6 is designed as an asymmetric half bridge, the additional effort for the provision of a bidirectional energy flow is relatively low.

Die Schaltelemente 5 der ersten Schalteinheit 4 und die Schaltelemente 8, 8', 8" der zweiten Schalteinheit 6 sind vorzugsweise gleich ausgebildet. The switching elements 5 of the first switching unit 4 and the switching elements 8, 8 ', 8 "of the second switching unit 6 are preferably formed the same.

Die erste Schalteinheit 4 und die zweite Schalteinheit 6 können beispielsweise zusammen mit der nicht dargestellten Steuereinheit auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sein. The first switching unit 4 and the second switching unit 6 can be arranged, for example, together with the control unit, not shown, on a common carrier.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Verwendung finden können. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. It is understood that the features mentioned above can be used individually or in combination in any combination. The described embodiments are not to be understood as exhaustive enumeration, but rather have exemplary character for the description of the invention.

Die Erfindung ermöglicht das Laden einer Vielzahl von Energiespeichern bzw. Batterien mit unterschiedlichen Spannungshöhen, wobei als Energielieferant vorzugsweise die Gleichspannung Ui der ersten Spannungsebene dient. Ein DC-DC-Wandler zwischen der Batterie Ui höherer Spannungsebene und der Batterie U2 geringerer Spannungsebene ist nicht erforderlich. Der Sternpunkt der elektrischen Maschine 1 kann direkt mit der Batterie U2, s. Figur 1 oder über eine asymmetrische Halbbrücke, s. Figur 2 und 3 mit der Batterie U2 der zweiten Spannungsebene verbunden sein. Die elektrische Maschine 1 kann hierbei genauso betrieben werden wie in herkömmlichen Antriebssystemen. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht einen bidirektionalen Leistungsfluss zwischen mehreren elektrischen Energiespeichern und einem mechanischen System. Die elektrische Maschine 1 kann als dreiphasige oder mehrphasige Sternschaltung ausgebildet sein mit einem oder mehreren Sternpunkten. Über die Schalteinheit 4 kann die Phasenspannung und die Sternpunktspannung der Maschine 1 gesteuert werden. Insbesondere können hier die Phasenströme und Sternpunktströme der Maschine 1 gesteuert werden. Folglich kann hierdurch der Leistungsfluss zwischen den Batterien Ui, U2 und der Maschine 1 gesteuert werden. The invention makes it possible to charge a large number of energy stores or batteries with different voltage levels, the dc voltage Ui of the first voltage level preferably serving as the energy supplier. A DC-DC converter between the battery Ui higher voltage level and the battery U 2 lower voltage level is not required. The star point of the electric machine 1 can directly with the battery U2, s. FIG. 1 or via an asymmetrical half bridge, s. Figures 2 and 3 with the battery U 2 of be connected to the second voltage level. The electric machine 1 can be operated in the same way as in conventional drive systems. The circuit arrangement according to the invention enables a bidirectional power flow between a plurality of electrical energy stores and a mechanical system. The electric machine 1 can be designed as a three-phase or multi-phase star connection with one or more star points. About the switching unit 4, the phase voltage and the neutral point voltage of the machine 1 can be controlled. In particular, the phase currents and neutral point currents of the machine 1 can be controlled here. Consequently, the power flow between the batteries Ui, U 2 and the engine 1 can thereby be controlled.

Eine Steuereinheit ist vorgesehen zur Ansteuerung der Schalteinheit 4, wobei die Steuereinheit Informationen über aktuelle Parameter der Schalteinheit 4 und anderer Sensoren erhält. Die Steuereinheit 4 steuert die Schaltelemente 8, 8', 8" derart an, dass der gewünschte Leistungsfluss zwischen den Batterien U1, U2 und der Maschine 1 gewährleistet ist. A control unit is provided for controlling the switching unit 4, wherein the control unit receives information about current parameters of the switching unit 4 and other sensors. The control unit 4 controls the switching elements 8, 8 ', 8 "in such a way that the desired power flow between the batteries U 1 , U 2 and the machine 1 is ensured.

Claims

Patentansprüche claims 1. Schaltungsanordnung zur Verknüpfung verschiedener elektrischer Spannungsebenen in einem Kraftfahrzeug 1. Circuit arrangement for linking different voltage levels in a motor vehicle - mit einer elektrischen Maschine (1) enthaltend in Sternschaltung geschalteten Induktionsspulen (2) mit einem Sternpunkt (3),  - with an electrical machine (1) containing connected in star connection induction coils (2) with a star point (3), - mit einer ersten Schalteinheit (4) enthaltend Schaltelemente (5) zum Erzeugen einer Wechselspannung für die elektrische Maschine (1) aus einer Gleichspannung (Ui) einer ersten Spannungsebene, - having a first switching unit (4) containing switching elements (5) for generating an AC voltage for the electric machine (1) from a DC voltage (Ui) of a first voltage level, - mit einer Gleichspannung (U2) einer zweiten Spannungsebene,with a DC voltage (U 2 ) of a second voltage level, - und mit einer zweiten Schalteinheit (6) für einen bidirektionalen elektrischen Energiefluss zwischen der Gleichspannung (U-i) der ersten Spannungsebene und der Gleichspannung (U2) der zweiten Spannungsebene, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schalteinheit (6) zwei zueinander in Reihe, in einem Zusatzschaltzweig (7) angeordnete Schaltelemente (8, 8', 8") aufweist, wobei der Zusatzschaltzweig (7) parallel zu der Gleichspannung (U-i) der ersten Spannungsebene geschaltet und jeweils ein Anschluss (9, 10) der Schaltelemente (8, 8', 8") mit dem Sternpunkt (3) verbunden ist. - And with a second switching unit (6) for a bidirectional electric power flow between the DC voltage (Ui) of the first voltage level and the DC voltage (U 2 ) of the second voltage level, characterized in that the second switching unit (6) two mutually in series, in An additional switching branch (7) arranged switching elements (8, 8 ', 8 "), wherein the additional switching branch (7) connected in parallel to the DC voltage (Ui) of the first voltage level and in each case a terminal (9, 10) of the switching elements (8, 8 ', 8 ") is connected to the star point (3). 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (8, 8', 8") der zweiten Schalteinheit (6) derart angesteuert sind, dass ein vorgegebener Energiefluss zwischen der Gleichspannung (Ui) der ersten Spannungsebene und der Gleichspannung (U2) der zweiten Spannungsebene einerseits und der elektrischen Maschine (1) andererseits oder zwischen der Gleichspannung (Ui) der ersten Spannungsebene einerseits und der Gleichspannung (U2) der zweiten Spannungsebene andererseits erfolgt. 2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the switching elements (8, 8 ', 8 ") of the second switching unit (6) are driven such that a predetermined energy flow between the DC voltage (Ui) of the first voltage level and the DC voltage (U 2 ) of the second voltage level on the one hand and the electric machine (1) on the other hand or between the DC voltage (Ui) of the first voltage level on the one hand and the DC voltage (U 2 ) of the second voltage level on the other hand. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Anschluss (9) eines ersten Schaltelementes (8') der zweiten Schalteinheit (6) und einem Anschluss (10) eines zweiten Schaltelementes (8") der zweiten Schalteinheit (6) ein Verzweigungspunkt (V) angeordnet ist, der mit dem Sternpunkt (3) elektrisch verbunden ist. 3. A circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that between a terminal (9) of a first switching element (8 ') of the second switching unit (6) and a terminal (10) of a second switching element (8 ") of the second switching unit (6 ) a branching point (V) is arranged, which is electrically connected to the star point (3). 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verzweigungspunkt (V) und dem Sternpunkt (3) die Gleichspannung (U2) der zweiten Spannungsebene angeordnet ist. 4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the branch point (V) and the neutral point (3), the DC voltage (U 2 ) of the second voltage level is arranged. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannung (U2) der zweiten Spannungsebene in dem Zusatzschaltzweig (7) angeordnet ist. 5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the DC voltage (U 2 ) of the second voltage level in the additional switching branch (7) is arranged. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannung (U2) der zweiten Spannungsebene in einem das erste Schaltelement (8') aufweisenden ersten Teilzweig (12) des Zusatzschaltzweiges (7) oder in einem das zweite Schaltelement (8") aufweisenden zweiten Teilzweig (13) des Zusatzschaltzweiges (7) angeordnet ist. 6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the DC voltage (U 2 ) of the second voltage level in a first switching element (8 ') having first partial branch (12) of the additional switching branch (7) or in a second switching element (8 ") having second sub-branch (13) of the additional switching branch (7) is arranged. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1 ) als eine dreisträn- gige Drehstrommaschine ausgebildet ist. 7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electrical machine (1) is designed as a three-phase three-phase machine. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannung (Ui) der ersten Spannungsebene als eine Batterie mit einer Speisespannung für Verbrau- eher höherer Nennleistung und die Gleichspannung (U2) der zweiten Spannungsebene als eine Batterie mit einer Speisespannung für Verbraucher niedriger Nennleistung ausgebildet ist, wobei die Speisespannung der Gleichspannung (Ui) der ersten Spannungsebene größer ist als die Speisespannung der Gleichspannung (U2) der zweiten Spannungsebene. 8. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the DC voltage (Ui) of the first voltage level as a battery with a supply voltage for consumer rather higher rated power and the DC voltage (U 2 ) of the second voltage level is designed as a battery with a supply voltage for consumers low rated power, wherein the supply voltage of the DC voltage (Ui) of the first voltage level is greater than the supply voltage of the DC voltage (U 2 ) of the second voltage level. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinheit (4) und die zweite Schalteinheit (6) auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first switching unit (4) and the second switching unit (6) are arranged on a common carrier. 0. Verfahren zum Steuern eines Wandlers, der zwischen einer Gleichspannung (Ui) einer ersten Spannungsebene und einer Gleichspannung (U2) einer zweiten Spannungsebene geschaltet ist, der eine elektrische Maschine (1) mit zu einer Sternpunktschaltung angeordneten Induktionsspulen (2), der eine der elektrischen Maschine (1) zugeordnete erste Schalteinheit (4) und der eine zweite Schalteinheit (6) für einen bidirektionalen Energiefluss zwischen der Gleichspannung (U-ι) der ersten Spannungsebene und der Gleichspannung (U2) der zweiten Spannungsebene aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltelemente (8, 8', 8") der zweiten Schalteinheit (6) derart angesteuert werden, dass ein Sternpunktstrom (ist) der elektrischen Maschine (1) in einer vorgegebenen Richtung mit einem vorgegebenen Betrag fließt entsprechend des vorgegebenen Energieflusses von der Gleichspannung (U-i) der ersten Spannungsebene zu der Gleichspannung (υ2) der zweiten Spannungsebene oder von der Gleichspannung (U2) der zweiten Spannungsebene zu der Gleichspannung (Ui) der ersten Spannungsebene. 0. A method for controlling a converter, which is connected between a DC voltage (Ui) of a first voltage level and a DC voltage (U 2 ) of a second voltage level of an electric machine (1) arranged with a star point circuit induction coils (2), the one a first switching unit (4) associated with the electrical machine (1) and having a second switching unit (6) for bidirectional energy flow between the DC voltage (U-ι) of the first voltage level and the DC voltage (U 2 ) of the second voltage level, characterized that switching elements (8, 8 ', 8 ") of the second switching unit (6) are controlled in such a way that a star point current (is t ) of the electrical machine (1) in a predetermined direction with a predetermined amount according to the predetermined energy flow from the DC voltage (Ui) of the first voltage level to the DC voltage (υ 2 ) of the second voltage level or of the DC voltage (U 2 ) of the second voltage level to the DC voltage (Ui) of the first voltage level.
EP16781663.6A 2015-09-02 2016-08-31 Circuit assembly for linking different electrical voltage levels, as well as control method Withdrawn EP3344489A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015114640.1A DE102015114640A1 (en) 2015-09-02 2015-09-02 Circuit arrangement for linking different voltage levels and electrical control methods
PCT/DE2016/100391 WO2017036457A1 (en) 2015-09-02 2016-08-31 Circuit assembly for linking different electrical voltage levels, as well as control method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3344489A1 true EP3344489A1 (en) 2018-07-11

Family

ID=57136628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16781663.6A Withdrawn EP3344489A1 (en) 2015-09-02 2016-08-31 Circuit assembly for linking different electrical voltage levels, as well as control method

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10500971B2 (en)
EP (1) EP3344489A1 (en)
DE (1) DE102015114640A1 (en)
WO (1) WO2017036457A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2079161A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-15 National University Corporation Nagaoka University of Technology Alternating current motor drive circuit and electric vehicle drive circuit

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3219039B2 (en) * 1997-12-15 2001-10-15 富士電機株式会社 Electric vehicle electric system
JP4721538B2 (en) * 2000-06-30 2011-07-13 トヨタ自動車株式会社 Power output device
JP3721116B2 (en) * 2000-11-14 2005-11-30 株式会社豊田中央研究所 DRIVE DEVICE, POWER OUTPUT DEVICE, AND CONTROL METHOD THEREOF
CN102512183B (en) 2001-01-19 2015-01-14 松下健康医疗器械株式会社 Lancet-integrated sensor, measurer, and biosensor cartridge
JP2003102181A (en) * 2001-09-25 2003-04-04 Toyota Motor Corp Power supply system and power supply method
JP4023171B2 (en) * 2002-02-05 2007-12-19 トヨタ自動車株式会社 LOAD DRIVE DEVICE, CHARGE CONTROL METHOD FOR POWER STORAGE DEVICE IN LOAD DRIVE DEVICE, AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM CONTAINING PROGRAM FOR CAUSING COMPUTER TO EXECUTE CHARGE CONTROL
DE102005015658A1 (en) 2005-04-06 2007-01-11 Bayerische Motoren Werke Ag Switching device for linking different electrical voltage levels in a motor vehicle
JP4925181B2 (en) * 2006-03-09 2012-04-25 国立大学法人長岡技術科学大学 Power system
CH698725B1 (en) 2006-07-27 2009-10-15 Eth Zuerich Eth Transfer Device for three-phase drive system of hybrid motor vehicle, has star-point of stator phase of polyphase machine taken to input face first end of HF-isolated circuit part
DE102007004279A1 (en) 2007-01-23 2008-07-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Multi-voltage vehicle electrical system for a motor vehicle
JP4757815B2 (en) * 2007-03-05 2011-08-24 本田技研工業株式会社 Electric motor control device and vehicle
EP1990908B1 (en) * 2007-05-10 2010-03-31 Denso Corporation Rotary electric system designed to utilize zero-phase circuit
JP4609474B2 (en) * 2007-10-10 2011-01-12 株式会社デンソー Rotating electrical machine equipment
US20090106098A1 (en) * 2007-10-23 2009-04-23 Getz Jalem M Affiliated advertising widget
JP5040585B2 (en) * 2007-10-24 2012-10-03 富士電機株式会社 Power conversion system
JP5251141B2 (en) 2008-01-23 2013-07-31 富士電機株式会社 Power conversion system
EP2538543B1 (en) * 2010-02-17 2019-08-21 Fuji Electric Co., Ltd. Power conversion apparatus
JP5477169B2 (en) * 2010-05-27 2014-04-23 株式会社日本自動車部品総合研究所 Power converter
DE102010023732A1 (en) * 2010-06-14 2011-12-15 Audi Ag Circuit arrangement for motor car, has low-energy storage unit directly connected between battery and pole of output end of actuator, where storage unit comprises capacitor, and shift members that directly interconnects to induction coil
DE102011053791A1 (en) 2011-09-20 2013-03-21 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Method for operating three-phase electric motor such as permanent magnet excited synchronous motor (PMSM), involves regulating zero current which is the sum of phase currents for supplying with respect to intermediate circuit
DE102012203528A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vehicle with electric machine and method of operating this
DE102013200674A1 (en) * 2013-01-17 2014-07-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vehicle with an electric machine and two sub-nets

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2079161A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-15 National University Corporation Nagaoka University of Technology Alternating current motor drive circuit and electric vehicle drive circuit

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015114640A1 (en) 2017-03-02
WO2017036457A1 (en) 2017-03-09
US20180244171A1 (en) 2018-08-30
US10500971B2 (en) 2019-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018106305B4 (en) AC charging of an intelligent battery
DE102013112147B4 (en) CIRCUIT ARRANGEMENTS AND METHODS OF OPERATING AN ELECTRIC MACHINE
DE102016114101A1 (en) TRANSFORMERLESS ELECTRIC INSULATED BOARD CHARGER WITH SOLID BUTTER SWITCH CONTROL
DE102014114122B4 (en) Rotating electrical machine attached to a vehicle
DE112012006696T5 (en) Control board for PCB-integrated motor driver
DE102014212934A1 (en) Device and method for charge state compensation of an energy storage system
DE102012202863A1 (en) System and method for driving an energy storage device
DE102020205494A1 (en) Electrical power conversion system for a vehicle and control method therefor
DE102013216224A1 (en) Method and device for determining phase currents and an exciter current of an electrical machine and motor system
WO2013107567A2 (en) Motor vehicle, battery, and method for controlling a battery
DE102016217494A1 (en) Method for operating a converter and thereafter operating converter
WO2017063832A1 (en) Vehicle electrical system
DE102011086545A1 (en) Energy storage device, system with energy storage device and method for driving an energy storage device
DE102017206809A1 (en) DC-DC converter, vehicle electrical system with a DC-DC converter
DE102013203734B4 (en) Modular high frequency inverter
DE112017003586T5 (en) Rotating electric machine device
DE102014106218A1 (en) Rotating electrical machine for a vehicle
WO2018050653A1 (en) Carrier signal shifting in order to minimize current ripples in the common direct voltage intermediate circuit of multiple inverters
DE102011006096A1 (en) Charging control system for traction battery cell assembly of motor vehicle, sets usual capacity of input and output of converter for same operation in respective operating mode by capacity of cell assembly and circuit capacitor
DE102008034671A1 (en) Double-ended inverter system controlling method for e.g. hybrid vehicle has a high voltage inverter with transistor switch leg that is clamped to positive high voltage rail if phase current is less than desired high voltage inverter current
DE102019116532A1 (en) HYBRID DRIVE SYSTEM WITH ALTERNATE CURRENT REDUCTION
EP3344489A1 (en) Circuit assembly for linking different electrical voltage levels, as well as control method
WO2019020460A2 (en) INVERTER LOADER SWITCHING STOPOLOGY WITH AT LEAST TWO PARALLEL SWITCHED B6 BRIDGES
DE102023202008A1 (en) Method for optimizing a pulse pattern for controlling an inverter
DE102014004234A1 (en) Voltage regulator based on a single cell circuit

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20180327

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20200213

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20210805