WO2019105943A1 - On-board vehicle power system having an inverter, energy store, electric machine and ac transmission connection - Google Patents
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- Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
- Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]
Definitions
- Electric vehicles with an electric drive i. Electric vehicles and hybrid vehicles, include an electrical energy storage for supplying the electric drive. Electric vehicles and plug-in hybrids are equipped with a connection that can be used to transfer energy from a stationary electrical supply network (local or public) to recharge the energy storage device. Optionally, the vehicles are also equipped to feed electrical energy back to the utility grid.
- the inverter has a first and a second side.
- the inverter is set up to transfer power between these pages, in particular bidirectionally.
- the first side is connected to a (DC) energy storage, in particular via a positive and a negative input power connection of the inverter.
- the first page can be considered as the DC side of the inverter.
- the second side of the inverter is with an electric Machine or their phases connected, in particular via Pha senstroman say the inverter.
- the inverter has at least 2 H-bridges bridging the two sides (ie the first and the second side of the inverter). A part of each bridge can be assigned to the first page and a part of each bridge can be assigned to the second page.
- the H-bridge connects in series the two sides with each other.
- each H-bridge can each one
- This shunt arm can also be called an arm.
- Each shunt branch or arm connects by means of (controllable) switch the two input current connections.
- a connection between the arms or transverse branches (in particular comprising a series inductance) connects the two sides of the inverter.
- An AC transmission port is provided. This is designed in a single phase. The change
- the AC transmission terminal is thus arranged to transfer energy (in particular, a single-phase AC power source) between an external AC electric power source, on the one hand, and the vehicle electrical system or the power storage, on the other hand.
- the external electrical AC power source is outside the vehicle electrical system and in particular not part of the electrical system.
- Power transmission terminal configured to be connected to the external AC power source, either by cable, such as in electromechanical manner, for example, as a fastex connection, or wirelessly, for example, inductively.
- the alternating current transmission terminal is accessible for power transmission from outside.
- the AC transmission terminal may be formed as a charging terminal or feed terminal, wherein the AC transmission terminal can only operate unidirectionally, such as for transmitting energy in the vehicle onboard power supply, or bidirectionally next to the charging or feeding can also be designed to feed back in the sense a charging and regenerative connection. These functions are defined in particular by the inverter and its controller.
- the AC transmission connection can be designed as a connection plug-in element, which also as
- Plug-in connector is called. The change
- a current transmission connection comprises a socket or a plug.
- the AC transmission port includes at least two contacts, one of the contacts being a phase connection and another one of the contacts
- the contacts may additionally have a protective conductor contact.
- the contacts are accessible from the outside and can be protected by a flap.
- the contacts are directed outwards (relative to the outer skin of the vehicle in which the vehicle electrical system is located).
- the AC transmission connection is preferably designed as an insert, which can be embedded in an outer skin of a vehicle in order to be able to produce a plug connection with the alternating current transmission connection from the outside.
- the examples cited are electromechanical embodiments of the AC transmission connection.
- the AC transmission terminal is adapted for inductive power transmission.
- the alternating current transmission connection can thus also be designed as a (single-phase) secondary coil which is set up to inductively exchange energy with a primary coil (for example a stationary one).
- a capacitor which forms a resonant circuit with the secondary därspule to inductively replace energy inductively.
- the secondary coil may be arranged to be arranged on a vehicle floor or on a vehicle front.
- the inductive version of the AC transmission port is externally accessible and configured to transfer energy.
- the AC transmission terminal is connected to the second side of the inverter, in particular to the second side or to one of the sections of H-bridges associated with the second side.
- the AC transmission terminal may be connected to one of the phase current terminals (the second side) of the inverter or to one of the shunt branches of at least two H-bridges, the shunt branches being in the second side of the inverter.
- the AC transmission terminal may be connected to one end of one of the inductances of the bridges, referring to the sides of the inductances that are in the second side or that are connected to one arm, that of the second one Page is assigned (and is also there).
- the AC transmission terminal is further connected to one of the input power terminals of the inverter, in particular to the negative input power terminal.
- the AC transmission terminal is further connected to a DC potential (Versorgungspoten tial) or a DC busbar of the inverter. This applies in particular to a neutral conductor or return conductor and in particular to the neutral conductor connection of the alternating current transmission connection.
- the phase connection or the phase potential of the AC transmission connection is connected to the second side of the inverter.
- Strom- mecanicalsungsan gleiches be connected to one of the phase current connections, preferably in a direct manner.
- the phase connection or the phase potential of the Wech selstrom transmission terminal may be connected to several of the phase current connections, preferably in a direct manner, wherein a switch can be used to the power connections phase bundled with the change
- phase connections or H-bridges are used bundled to power between the AC transmission port and the
- Inverter to transfer.
- it can be connected to one of the phase current connections via the electric machine (in particular via one or more winding (s) or phase (s) of the electrical machine).
- the phase connection or the phase potential of the change can be connected to one of the phase current connections via the electric machine (in particular via one or more winding (s) or phase (s) of the electrical machine).
- the phase connection or the phase potential of the change can be connected to one of the phase current connections via the electric machine (in particular via one or more winding (s) or phase (s) of the electrical machine).
- windings are bundled used to transfer power between the AC transmission port and the inverter.
- the term “bundled” can be understood as “connected to one another at one side (parallel)" so as to represent the electrical equivalent of the bundling.
- the H-bridges of the inverter can each have two arms. These connect the positive input power connection (corresponding to a positive DC potential of the inverter) to the negative input power connection (corresponding to a negative DC potential of the inverter) by means of two serial semiconductor switches.
- the two serial semiconductor switches are thus connected in parallel with the two input power connections.
- the semiconductor switches of each arm are connected at connection points.
- the two connection points of each H-bridge are connected to each other by means of an inductance.
- the AC transmission port (such as a
- Plug-in connector or a vehicle-side direction ago for inductive energy transfer may be connected to the electrical machine facing (second) side of the Wech selrichter, in particular to at least one phase current connection of the inverter or to another connection point, located in the second Side of the inverter.
- Power transmission connections are connected to the inverter.
- the phase of the AC transmission terminal is connected to one or more phase current terminals of the inverter Wech, either directly or indirectly via one or more windings of the electric machine (in short, in directly on the electric machine).
- a switch can be used to bundle the phases.
- the several Windings are then bundled with the phase of the alternating current transmission connection.
- the neutral of the AC transmission port is preferably connected to one of the input power terminals (or to a DC or supply potential) of the inverter, in particular to a negative input power terminal or ground input power terminal.
- the AC transmission terminal may be directly connected to one or more phase current terminals of the inverter, or may be connected to the inverter via an electric machine (the vehicle electric drive) connected to the phase power terminals.
- Power transmission connection and (at least one) phase power connection can thus be provided directly or indirectly via the electric machine.
- a vehicle can be charged directly from a (single-phase) AC power supply or can deliver directly into this energy.
- a stationary rectifier is not necessary. Rather, its function is realized by the inverter.
- the already existing power electronics in the form of the inverter which in particular provides the phase currents for the electric machine, is also used to control the power (in particular of the current and / or the voltage), which is via the change
- the inverter includes H-bridge circuits. These are connected between the electrical energy storage and the phase power connections. This allows operation of the inverter for conversion between the DC voltage of the energy storage and the phase voltages of the phase terminals (ie the electric machine), such as in ferry mode. From this Operating mode, the term "inverter” is also derived, with other modes, such as the rectification of Wech sel-charging voltage for feeding into the energy storage, are also possible, even if they are not incorporated into the concept formation.
- the H-bridges also allow the conversion between The AC voltage at the AC transmission terminal and the DC voltage of the energy storage device This applies in particular to the type of current and the current level.
- the vehicle electrical system described here is equipped with an inverter, an electrical energy store, an electric machine and an AC transmission terminal.
- the inverter includes (control signal controllable) semiconductor power switches.
- the topology of the inverter and its connection within the vehicle electrical system is shown below.
- Energy storage is in particular an accumulator, example, a lithium-based accumulator.
- the electrical energy store may be a traction accumulator.
- Energy storage device may have a nominal voltage of 40-60 V, in particular of 48 V, and may in particular have a nominal voltage of more than 100 volts, in particular of at least 200 or 300 V, for example 350-420 V.
- the energy store can thus be a high-voltage accumulator.
- the electric machine is in particular a three-phase machine.
- the electric machine can be a foreign-excited or permanently excited electric machine. It can also be used a single-phase machine; In this case, the AC transmission connection can be connected to the inverter in a single phase via the electrical machine (and thus indirectly).
- the AC transmission port may include a (single-phase) plug-in inlet, ie a (single-phase) electromechanical plug-in connector that can be mounted in the outer skin of a vehicle.
- the AC transmission terminal is set to be connected to a charging plug (or general: connector).
- the inverter is controllable or includes controllable H-bridges.
- the inverter has a positive input power connection and a negative input power connection.
- the term input power connection results from the inverter mode in which the inverter receives power from the energy storage.
- the input current connections correspond to the respective supply potential or the (two) DC voltage busbars of the inverter.
- In inverter mode the inverter receives power through the input power connector, so in this mode, this connector serves as the inverter input.
- In charging mode the same connections serve to deliver power to the energy storage, ie as the output of the inverter.
- the input power connections are connected to the energy storage. It may be connected in parallel to the energy storage or parallel to the input terminals of the inverter, a DC link capacitor.
- the inverter has phase current connections connected to the electric machine, preferably at least two.
- the inverter has phase current connections in a number that corresponds to the number of phases of the electrical machine.
- Each of the phase current connections can be connected to a separate phase of the electrical machine.
- the inverter has three (or six) phase current terminals each connected to one of three (or six) phases of the electric machine.
- the inverter has a first side and a second side.
- the inverter is set up to transfer power between these pages.
- the first side of the inverter is connected to the energy storage device, in particular via a positive and a negative input current connection of the inverter.
- the second side of the inverter is connected to the electrical machine, in particular over at least two phase current terminals of the inverter.
- the inverter has at least two H-bridges.
- the H-bridges bridge the two sides. One section of each H-bridge (especially one arm of both arms) is part of the first side and another section of each H-bridge (in particular the other of the two arms) is part of the second side.
- the H-bridges are each connected between the input power connections and the phase current connections.
- the H-bridges are connected in series between the input power terminals and the phase current terminals.
- the H-bridges are connected in parallel (at least with regard to the input current connections).
- the H-bridges are individually connected to individual phases
- Each H-bridge has two arms. A first of these arms (located on the first page) connects the two input power connections. A second of these arms (located in the second side) connects an input power connection (especially the negative ones) and a phase current connection.
- Each arm comprises two switching elements, which are connected to each other via a connection point.
- the two connection points of each H-bridge i.e., the connection point of one arm and the connection point of the other arm of the same H-bridge
- the switching elements, in particular semiconductor switches, of each arm are connected to one another at connection points.
- the two connection points of each H-bridge are connected to each other by means of an inductance.
- the inductance is designed in particular as a discrete component, for example as a coil with a core.
- the inductor has a first terminal or a first side that belongs to the first side.
- the inductor has a second terminal and a second side, which belongs to the second side.
- the first terminal of the inductance is connected to a connection point of an arm of the first side.
- the second terminal of the inductor is connected to a connection point of an arm of the second side. This applies in particular to all H-bridges of the inverter.
- the H-bridges of the inverter can each have two arms. These connect the positive input current connection to the negative input current connection by means of two serial semiconductor switches.
- the semiconductor switches are preferably transistors, in particular field-effect or bipolar transistors, for example MOSFETs or IGBTs.
- Each phase current connection may be connected via a capacitor to an input power connection (in particular to the negative input power connection).
- a capacitor may be connected in parallel with the second arm (i.e., arm of the second side of the inverter).
- Current transfer terminal is configured single-phase and thus includes, for example, a phase conductor or phase contact on the one hand and a neutral conductor or Neutrallei tertern on the other.
- current transmission connection is a grounded or ungrounded single-phase AC connection, for example designed as a safety socket (suitable for the CEE 7/4 standard), or as a socket according to the NEMA 1-15, 5-15, CEE 7/16, 7/17 standard, BS 546, CEE 7/5, CEE 7/7, SI-32, AS3112, SEV 1011, DS 60884-2-D1, CEI 23-50 or IEC 60906-1).
- the connection between the AC transmission port and the inverter (or its second side) may be single-phase, or multiple phases of the electric machine may be used in a cluster to represent the connection.
- the second side of the inverter preferably has a number of phases (corresponding to the number of phase terminals of the inverter or the number of H-bridges in the inverter), which corresponds to the number of phases of the electric machine.
- the number of phases of the alternating current transmission connection or of the connection is, in particular, less than the number of phases of the second side of the inverter or in particular is less than the number of H-bridges of the inverter.
- phase current connection may include a filter and / or security elements such as a fuse and / or a circuit breaker.
- the AC transmission port may be directly connected to one of the phase current ports (or bundled with several or with other components of the second side of the inverter). Further, the AC transmission port may be indirectly connected via the electric machine with one of the phase current terminals (or bundled with several of the Pha senstroman slaughter or other components of the second side of the inverter). The AC power transmission connection can thus be connected directly or indirectly (namely, via the electric machine) to the inverter.
- directly connected refers to a connection that does not include an electrical machine or windings of an electrical machine, so “directly connected” refers to a connection that has no circuit for voltage or current conversion.
- a "directly connected” may be referred to a connection having a filter and / or security elements such as a fuse and / or a disconnecting switch can be referred to as "indirectly connected” a connection, which is an electrical machine or a windings of a Electric machine includes (about in Rei henscrien).
- the voltage at the energy store can be connected to the alternating voltage at the changeover voltage. current transmission connection to be adjusted. In particular, no DC booster is necessary.
- AC charging and DC charging can be combined (at the same time). In particular, a match can be
- power transmission terminal can be connected to (two) phase terminals of the inverter, whereby AC and DC charging can be performed (at the same time).
- the AC transmission terminal or its phase may be connected directly to a phase current connection (or the bundled phase current terminals (or the inverter or its second side), wherein the neutral conductor may also be connected directly to one of the input current terminals of the inverter
- the inverter or the inverter or its second side may be connected to the electric machine via a circuit breaker This disconnector serves to disconnect the electrical machine from the inverter, in particular in the charging mode or in the regenerative mode.
- a circuit breaker may be provided which is provided between windings of the electric machine.
- the latter disconnector is used for controllable cancellation of the wiring configuration of the windings, in particular a star or Dreieckskonfigu ration, especially in the charging mode or in the regenerative mode. Therefore, a circuit breaker such as the latter may be provided between phase windings of the electric machine (in connections between the phase windings of the electric machine itself).
- the circuit breaker may be configured to connect the windings or their ends in a first state to a common neutral point of the electric machine, and in a second state, to preferentially separate the connection of the windings with one another.
- Such a circuit breaker may be arranged to at least partially cancel a star connection (or triangular connection).
- the circuit breaker may be provided as a switch, which is at least one of the with the Kir- current transfer connection disconnects connected phase winding (the electric machine) from other phase windings.
- the switch may also be provided to disconnect all phase windings, a subgroup of the phase windings or a phase winding from a star point of the electrical machine or to separate all phase windings from one another under control.
- the switch may also be used to selectively connect phase windings of the electrical machine to bundle them so that a plurality of phase windings of the electric machine are connected to the phase of the AC transmission terminal (for this purpose, another switch may be provided which controls the phase of the AC transmission connection controlled by the winding (s) of the electrical machine.
- the switch is arranged to separate only a part of the phase windings from a star point of the electric machine or only a part of the phase windings controlled from each other, while the other phase windings remain connected.
- the AC transmission terminal may be connected directly (i.e., via the electric machine) to a phase current terminal or to multiple phase current terminals or to the inverter.
- the AC transmission terminal may be connected to a switch with the electric machine or their windings.
- the switch is connected to connect the electrical machine or its windings in a first state with each other.
- the windings are connected, for example, to a common neutral point of the electrical machine or the windings are connected in series with each other, i. provided in triangular configuration.
- the electric machine one end of the windings be mitei each other connected, i. the electric machine can be in star configuration. Furthermore, in this
- the switch can have n-1 individual switching elements, where n is the number of phases or the number of windings of the electrical machine.
- n is the number of phases or the number of windings of the electrical machine.
- a phase or a winding of the electrical machine can therefore be connected directly to the AC power transmission connection, wherein another or bundled all other phases or windings are connected via individual switching elements to the AC transmission port, in particular with the phase of the AC current - réellesan gleiches.
- the switch is set up to dissolve the connections between the windings (such as the star point or the triangle configuration) in the second switching state and to connect the windings (one-sided) to the AC transmission connection.
- the H-bridges of the inverter may each have an arm on the first and second sides of the inverter. These arms connect the positive input power connection to the negative input power connection via two serial solid state switches.
- Each arm preferably comprises two serial (controllable) semiconductor switches. Each arm is connected in parallel to the energy store or to the input power connections. The two semiconductor switches of each arm are connected via a connection point.
- Current transmission terminal may be connected to a point of an arm lying on the second side or may be connected to the bundled (ie interconnected) connection points of those arms lying on the second side.
- the AC transmission terminal may be connected to the connection point or connection points of the arm or arms connected to the electric machine or at least one of the phase terminals.
- the one or more mentioned above Connection points are on the side of the inverter, which is the entge the power terminals or the energy storage is set entge.
- An additional circuit breaker (compare the circuit breaker T, T 'and the switch T''of Figures 1-3) is then not necessary and can be omitted or replaced by continuous connections.
- the vehicle electrical system may further comprise a DC transmission port.
- This has a positive and a negative rail (or a negative and a positive connection point).
- the positive rail may be connected to one of the phase terminals, to multiple (and different) phase terminals, or to all phase terminals.
- a multi-phase circuit breaker may be provided between the DC current transmission terminal and the respective phase terminals. This can be closed (by means of a control unit) in the charging mode and in the regenerative mode and can be opened in the recuperation mode and in the inverter mode (in which the electric machine is supplied by the inverter) in order to provide the phase connections electrically separated.
- the positive rail can be connected via the electric machine to the inverter or its phase connections.
- a selector switch which connects either the DC transmission port or the AC transmission port to the inverter (directly or via the electric machine).
- a disconnect switch may be connected downstream of the DC transfer port and / or the AC transfer port, with a control unit controlling the same configured to disconnect the DC transfer port in an AC charging mode and in an AC regenerative mode, and a DC charging mode and disconnect the AC transmission port in a DC regenerative mode.
- both transmission connections can be used simultaneously in order to transmit energy, wherein in particular one of the two transmission connections can be connected to at least one of the phase connections of the exchange system. is connected to the inverter and the other transmission terminal is connected to at least one of the connection points of the inverter.
- the negative rail may be connected to another of the phase terminals (if not connected to the positive rail) or to the negative input terminal.
- control unit (such as the mentioned control unit) may be provided, which drives the inverter.
- the control unit is drivingly connected to the inverter.
- the inverter In an inverter mode of the control unit, the inverter is driven to generate from the DC voltage of the energy gieairess phase voltages applied to the Pha senan somebodyn.
- the control unit controls the inverter to generate a charging voltage at the energy store from the phase voltages at the phase terminals.
- a (alternating current) charging mode the control unit controls the inverter from the voltage applied to the change
- the power transmission terminal is present to generate a charging voltage to the energy storage.
- the AC voltage applied to the AC transfer port is converted into a DC voltage of the energy store or
- the control unit controls the inverter to generate from the voltage that is applied to the energy storage of the vehicle electrical system, a (AC) regenerative voltage to the AC transmission port.
- a DC charging mode the control unit controls the inverter to generate a charging voltage to the energy storage from the voltage applied to the DC power transmission terminal. In this case, the voltage applied to the DC power transmission terminal DC voltage is adjusted to a voltage level of the energy storage.
- an (optional) DC regenerative mode the control unit controls the inverter, from the voltage applied to the energy storage of the vehicle electrical system, a direct current feedback voltage to the DC transmission To conclude.
- the term "inverter" is for the sake of clarity, based on only one function performed during the inverter mode. As mentioned, the inverter has different ones
- the inverter is therefore not limited to a circuit that is set up exclusively for switching the voltage of the energy store.
- the charging voltage at the energy storage can be from a Batte riemanagementsystem the energy storage or a
- Recuperation control can be specified as a setpoint.
- a charging voltage a charging current or a charging power can be specified as a setpoint.
- the phase voltages can be specified by a (higher-level) motor control of the electrical machine, either directly as a voltage setpoint or as a power or torque requirement. Instead of phase voltages, phase currents can also serve as control.
- the return voltage can be detected by a receiving device of the vehicle electrical system as a setpoint. The receiving device may be configured to receive setpoints from a stationary controller. Instead of a regenerative voltage, a regenerative current or a regenerative power can also be specified.
- the control unit may be configured to control at least one of the aforementioned disconnectors, switches and / or selector switches.
- the control unit can be set up in particular to keep the disconnecting switch in the charging or in the regenerative mode in the open state.
- the control unit can also be set up to keep the circuit breaker in the inverter or in the recuperation mode in the closed state.
- the control unit may further be directed, in the event of a malfunction, to open switches in all bridges of the inverter, such as when a charging fault or a regenerative fault occurs and charging or regeneration is to be interrupted.
- a pawl may be provided to lock the electric machine (ie to prevent rotation).
- the control unit may be configured to control the pawl.
- the control unit may in particular be directed, the pawl in the charging mode and possibly in the back feed mode and lock and the pawl in Wesch selrichtermodus and possibly in the Rekuperationsmodus not to retire ar.
- a DC transmission connection it is possible that its positive rail is connected directly or via a switch with several or preferably all phase current connections.
- the DC power transmission connection is connected directly or via a switch to the phase current connections, preferably to all.
- the DC transmission port has a negative rail connected to the negative input power terminal of the inverter. If a switch is used, this is preferably multi-phase before.
- the switch has a switch element or a phase for each connection between a phase connection and the positive rail (in the case of a multiphase switch).
- the control unit is set up to keep the switch in an open state in inverter mode or, if necessary, in recuperation mode.
- the control unit is further configured to hold the switch in a closed state in the charging mode or possibly in the regenerative mode.
- the positive rail can also be connected via the electric machine or via their phase windings to the phase terminals of the inverter.
- the positive rail may be indirectly connected to the phase current terminals via the electric machine.
- the phase windings are connected in series between the positive rail and the inverter.
- DC transmission connection can be with the negative Be connected to the input power connector of the inverter.
- positive rail can preferably be replaced by “positive contact” in all variants described here, and the term “negative rail” can be replaced by "negative contact”.
- the vehicle electrical system is in particular the electrical system of a plug-in hybrid motor vehicle or an electric motor vehicle.
- Figures 1-3 are used to further explain the here be prescribed electrical system and show exemplary vehicle electrical system.
- Figures 1, 2 and 3 each show a vehicle electrical system with an energy storage ES and an electric machine EM, which are connected to each other via an inverter WR.
- An AC transmission terminal AC (in Fig. 1, connected to an "AC charger", ie an AC charging station, external to the vehicle electrical system) is connected to the inverter WR.
- the AC charger is an external power source for alternating current and may be single-phase.
- AC-Charger is not part of the vehicle electrical system.
- the alternating current transmission terminal comprising the phase AC and the neutral conductor N is arranged with the external energy source, i. to be connected to the AC charging station.
- the energy source serves as a sink.
- the energy store ES is connected to the latter via a positive input current connection EA1 and a negative input current connection EA2 of the inverter WR.
- the inverter WR comprises three H-bridges HB1 - HB3.
- the H-bridge HB1 has a positive input PE1 and a negative input NE1.
- the H-bridge HB2 has a positive input PE2 and a negative input NE2.
- the H-bridge HB3 has a positive input PE3 and a negative input NE3.
- the positive ones Inputs PE1-3 are interconnected and further connected to the positive input terminal EA1 of the inverter WR ver.
- Each H-bridge HB1-3 has two arms, each having two series-connected semiconductor switches HS.
- a first of the arms of each H-bridge (shown on the left) connects respectively the negative input and the positive input of the respective H-bridge HB1-3.
- Each H-bridge has a negative output NA1-3 and a positive output NA3.
- a second of the arms connects the outputs PA1, NA1; PA2, NA2 or PA3, NA3.
- Each arm has two semiconductor switches HS, which are connected in series via a connection point.
- the connection points of the two arms are connected by means of a bridge branch BZ1-3.
- the bridge branch BZ1-3 which connects the connection points of the two arms in each H-bridge HB1-3, has a series-connected inductance Ll-3.
- the inductance Ll-3 in each of the H-bridges HB1-3 connects the connection points of the semiconductor switches HS of the two arms.
- Each phase connection is connected via a capacitor C21-23 to the negative input current connection EA2 or to the negative inputs NE1-3 of the H-bridges HB1-3.
- the positive outputs PA1-PA3 of the H-bridges HB1-HB3 correspond to phase current connections of the inverter WR. For this reason, the positive outputs PA1-PA3 of the H-bridges HB1-3 and the phase current terminals PS1-3 of the inverter WR are considered to be equivalent to each other.
- the inverter has a first side S1 and a second side S2.
- the first side S1 is connected to the energy store ES or comprises the input current connections EA1 and EA2.
- the second side S2 has the phase connections PS1-PS3, which is set up for connection to the electric machine EM.
- the second side has a branch of an H-bridge HB1-3 in all phases of the inverter, while the first side also has a branch in all phases of the inverter Connection points of the branches via an inductance L1-L3 are interconnected.
- the inverter WR is outlined, with the right-hand line of the rectangle, the interface between vehicle electrical system and stationary facilities (DC charger “DC charger” and single-phase change
- This charger can be considered as a source of current at this interface is the AC transmission connection and possibly the DC transmission connection.On the left of the line is the vehicle electrical system described here darge presents.
- FIGS. 1-3 Having mentioned similarities of FIGS. 1-3, further general differences of FIGS. 1-3 will be discussed:
- the single-phase AC power transfer terminal comprising the phase terminal AC and the neutral terminal N is connected to a phase terminals PS1-3 and to the potential of the negative input terminal (directly).
- the single-phase alternating voltage applied to the AC connection (comprising the connections AC and N) is fed to the second side S2 of the inverter WR, in particular via one of the phase connections PA1-3 or via several of these phase connections, which are then used in bundled fashion.
- the connection between the phase connection PA1 of the inverter and the phase connection AC of the AC transmission connection is shown.
- the illustrated Pha senaneat PA1-3 are three phases of a three-phase system, but this when connecting the change
- the illustrated AC connection comprises (in addition to the zero conductor N) only one phase AC and is thus formed single-phase. Shown by a solid line is a connection of the phase AC of the AC transmission connection with the first phase connection PSI.
- the connections shown in dashed lines between the second and the third phase connection PS2, PS3 on the one hand and the AC transmission port (or its phase AC) on the other hand, is only shown in dashed lines, since these alternatives are for connection to the Pha senan gleich PSI.
- two or all three Pha senan make PS1-PS3 with the phase AC of the change
- a controller which controls the H-bridges of the inverter for this case synchronized with each other (resulting in the bundling).
- An optional DC transmission connection (connection to the inverter in dashed lines) with a positive rail DC + and a negative rail DC- can be connected to two phase connections. It is shown that the positive rail DC + is connected to the phase terminal PA1 and the negative rail DC- to the phase terminal PA2.
- the optional DC transmission port is connected to the second side of the inverter WR. Either energy is transmitted via the DC transmission terminal DC +, DC- or via the AC transmission terminal comprising the single phase AC and neutral N, or power is transmitted via both DC transmission terminals, with different H-bridges connected to different transmission terminals ,
- the single phase AC of the AC transmission terminal is not directly connected to one of the phase terminals PA1-PA3 (as in Fig. 1), but is connected to connection points of semiconductor switches HS of arms of one of the H-bridges HB1-3.
- With a solid line is a connection between the phase AC of the AC transmission port and the connection point of the right arm of H-bridge HB1 (ie, with the connection point of the second side of the inverter).
- Alternative compounds as well as combinable compounds are shown in dashed lines.
- phase AC of the single-phase AC power transmission connection is connected to the phase connections PS1-3 via the electric machine EM.
- a switch T "selectively connects the windings either in a star configuration or creates an open configuration of the windings where only one or only a subset of the windings are connected to the single phase AC transmission terminal (or its phase AC). In the open configuration, the windings are not interconnected, but the phases of the electric machine EM are electrically isolated from each other and as separate elements in each phase in series between the phase connection AC of the single-phase AC transmission terminal and one of the phase connections PS1-3 of the inverter WR connected.
- the AC transmission terminal (single-phase phase AC and neutral N) is connected to one of the three phase terminals PS1-3 of the inverter WR.
- a circuit breaker T is shown, which is polyphase and the individual Pha senwindlungen the electric machine EM (or the electric machine EM itself) separates from the phase current terminals PS1-3 of the inverter WR.
- the circuit breaker T thus controllably disconnects the electric machine EM from the inverter WR.
- a circuit breaker T ' may be used within the electric machine EM, which may be the phase windings of the electrical machine EM (approximately in star configuration) separates.
- the circuit breaker T 'thus triggers the star configuration of the electric machine EM, if this is in the open state.
- the disconnect switch T or T ' is in the open state.
- the AC transmission terminal comprising the phase AC and the neutral conductor N is part of the vehicle electrical system.
- the phase AC of the AC transmission terminal is connected to one of the phase terminals PS1-3 of the inverter WR; the neutral conductor of the AC transmission terminal is connected to a DC potential (input DC terminal) of the inverter WR.
- the inverter When power is supplied from the AC transmission terminal including AC and N to the vehicle electrical system, the inverter operates as a converter for converting the AC power into DC voltage for charging the energy storage ES. In this mode and in this transmission direction, the inverter assumes the function of a rectifier and possibly the function of a power or current control or also a voltage regulation.
- An optional DC transmission port which may also be used in the circuits of Figures 2 and 3, has a positive rail DC + (corresponding to a positive contact) connected to the phase terminal PSI (corresponding to a positive output PA1) of a first H- Bridge HB1 is connected. Further, the negative rail DC + (corresponding to a negative contact) of the DC transmission terminal is connected to the phase terminal PS2 (corresponding to another positive output PA2) of another H-bridge HB2.
- the phase AC of the single-phase alternating current transmission connection is connected to a connection point between semiconductor switches HS of the H-bridges HB1-3.
- the alternatives or possible combinations are shown in dashed lines and show the connection of the phase AC with a connection point of the H-bridges HB2 and / or HB3.
- the phase AC of the AC transmission terminal is directly connected to one of the bridge branches BZ1-3 of the H-bridges HB1-3, in particular with a portion of the bridge branches BZ1-3 lying in the second side S2 of the inverter WR.
- the AC phase of the AC transmission terminal with one (or - shown in dashed lines - more) center taps of the H-bridges HB1-3 connected, in particular with the center taps, which are in the second side S2 or only via a semi-conductor switch HS are connected to the phase terminals.
- the second side S2 is connected to the electric machine EM and the phase AC of the AC transmission terminal, and the first side S1 of the inverter WR is connected to the energy storage ES.
- the phase AC of the single-phase AC power transfer terminal of the inverter WR is connected via at least one of the windings of the electric machine EM to at least one of the phase current terminals PS1-3.
- a switch T '' connects in a first switch position, the windings with each other in star configuration and in a second switch position the AC phase of the AC - transmission port via at least one of the series-connected windings with the phase terminals PS1-3.
- the switch T '' is three-phase and has two individual switching elements. These connect in the first switch position two of the three phase windings with the neutral point. If only the connection shown with a solid line is to be realized, then the switch T '' does not require any switchover elements for these phases but only disconnecting elements.
- An alternative connection shown in dashed lines provides that the middle phase winding of the electric machine is connected directly and not via a switching element to the phase AC of the AC transmission connection AC.
- the switch T '' does not affect all phases of the electric machine EM or the terminal AC.
- this is an alternative to the connection shown by a solid line Ver.
- the switches shown can be used to connect other windings are used, in particular for switching to the second winding, which is directly connected to the phase AC (shown as an alternative dashed lines).
- additional windings can be connected (with changeover switch T '') or not.
- the windings of the electric machine EM (or a respective end thereof) are interconnected and there is a star configuration for the phase windings of the machine.
- the changeover switch is in the second switching state as shown in solid line, all the windings are connected in series between the phase terminals PS1-3 of the inverter and the phase AC of the AC transmission terminal.
- Figures 2 and 3 are shown without DC transmission connection. However, the vehicle electrical system shown there may have a DC transmission terminal which is connected to one or more (or even all) phase current connections PS1-3 of the inverter WR.
- FIG. 1 shows a control unit CTRL of the inverter, which, however, can also be part of the vehicle electrical system of FIGS. 2 and 3.
- the control unit CTRL controls the semiconductor switches HB and the bridges HB1-3, as indicated by the double arrows.
- a higher-level control can be formed, depending on the mode, by a controller UE of the battery in the form of a battery management system, or by a controller UE 'which is stationary.
- the vehicle electrical system can have a receiving unit for transmitting signals from stationary components to the control unit CTRL of the vehicle electrical system.
- the circuits of FIGS. 2 and 3 may also have at least one such controller CTRL, UE or UE '. Furthermore, the control unit CTRL can be activated with the disconnectors T, T 'or the Switch T 'be connected and for different modes of the inverter different switching state to control this.
- capacitors C21-C23 are shown, each of which connect a phase connection PS1-3 (corresponding to a positive output PA1-3 of the inverter WR) to a negative input current connection EA2 of the inverter WR.
- All positive input terminals PE1-3 of H-bridges HB1-3 are connected to positive output terminals PA1-3 of H-bridges HB1-3. These are in turn connected to positive input current connection EA1 of the inverter WR.
- All negative input terminals NE1-3 of H-bridges HB1-3 are connected to the negative input terminals NA1-3 of H-bridges HB1-3. These are in turn connected to negative output terminal EA2.
- a capacitor CI is connected between the positive input current connection EA1 and the negative input current connection EA2 (or between all positive and all negative input connections of the H-bridges HB1-3).
- the negative output terminal EA2 is directly connected to the negative input terminal EA1; both can have the same potential, in particular a ground potential.
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Abstract
Description
Beschreibung description
Fahrzeugbordnetz mit Wechselrichter, Energiespeicher, Vehicle electrical system with inverter, energy storage,
elektrischer Maschine und Wechselstrom-Übertragungsanschluss electric machine and AC transmission connection
Kraftfahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb, d.h. Elektro fahrzeuge und Hybridfahrzeuge, umfassen einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung des elektrischen Antriebs. Elektrofahrzeuge und Plug-In-Hybride sind mit einem Anschluss ausgestattet, mittels dem sich Energie von einem stationären elektrischen Versorgungsnetz (lokal oder öffentlich) zum Aufladen des Energiespeichers an diesen übertragen lässt. Gegebenenfalls sind die Fahrzeuge auch ausgestattet, elektrische Energie an das Versorgungsnetz zurückzuspeisen. Motor vehicles with an electric drive, i. Electric vehicles and hybrid vehicles, include an electrical energy storage for supplying the electric drive. Electric vehicles and plug-in hybrids are equipped with a connection that can be used to transfer energy from a stationary electrical supply network (local or public) to recharge the energy storage device. Optionally, the vehicles are also equipped to feed electrical energy back to the utility grid.
Zur Übertragung elektrischer Energie zwischen Versorgungsnetz und Fahrzeug sind leistungselektronische Komponenten erfor derlich, insbesondere zur Steuerung der Energieübertragung. To transfer electrical energy between the grid and the vehicle power electronic components are neces sary, especially for controlling the energy transfer.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich der Aufwand an derartigen Komponenten reduzieren lässt . It is an object of the invention to provide a way by which the cost of such components can be reduced.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weitere Vorteile, Merkmale, Ausführungsformen und Eigenschaften ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen sowie aus dieser Beschreibung und den Figuren. This object is solved by the subject matter of the independent claims. Further advantages, features, embodiments and features will become apparent from the dependent claims and from this description and the figures.
Es ist vorgesehen, dass zur Übertragung eines Wechselstroms an oder vom Fahrzeugbordnetz (eines eingangs beschriebenen It is envisaged that for the transmission of an alternating current to or from the vehicle electrical system (one described above
Kraftfahrzeugs) Komponenten eines Wechselrichters verwendet werden. Der Wechselrichter weist eine erste und eine zweite Seite auf. Der Wechselrichter ist eingerichtet, Leistung zwischen diesen Seiten zu übertragen, insbesondere bidirektional. Die erste Seite ist an einen (Gleichstrom- ) Energiespeicher ange schlossen, insbesondere über einen positiven und einen negativen Eingangsstromanschluss des Wechselrichters. Die erste Seite kann als Gleichstromseite des Wechselrichters betrachtet werden. Die zweite Seite des Wechselrichters ist mit einer elektrischen Maschine bzw. deren Phasen verbunden, insbesondere über Pha senstromanschlüsse des Wechselrichters. Der Wechselrichter weist mindestens 2 H-Brücken auf, die die beiden Seiten (d.h. die erste und die zweite Seite des Wechselrichters) überbrücken. Ein Teil jeder Brücke kann der ersten Seite zugeordnet werden und ein Teil jeder Brücke kann der zweiten Seite zugeordnet werden. Die H-Brücke verbindet in Reihenschaltung die beiden Seiten mit einander. Insbesondere kann jede H-Brücke jeweils einen Motor vehicle) components of an inverter can be used. The inverter has a first and a second side. The inverter is set up to transfer power between these pages, in particular bidirectionally. The first side is connected to a (DC) energy storage, in particular via a positive and a negative input power connection of the inverter. The first page can be considered as the DC side of the inverter. The second side of the inverter is with an electric Machine or their phases connected, in particular via Pha senstromanschlüsse the inverter. The inverter has at least 2 H-bridges bridging the two sides (ie the first and the second side of the inverter). A part of each bridge can be assigned to the first page and a part of each bridge can be assigned to the second page. The H-bridge connects in series the two sides with each other. In particular, each H-bridge can each one
Querzweig für jede der beiden Seiten aufweisen. Dieser Querzweig kann auch als Arm bezeichnet werden. Jeder Querzweig bzw. Arm verbindet mittels (steuerbarer) Schalter die beiden Ein gangsstromanschlüsse. Eine Verbindung zwischen den Armen bzw. Querzweigen (insbesondere umfassend eine Serien-Induktivität ) verbindet die beiden Seiten des Wechselrichters. Have transverse branch for each of the two sides. This shunt arm can also be called an arm. Each shunt branch or arm connects by means of (controllable) switch the two input current connections. A connection between the arms or transverse branches (in particular comprising a series inductance) connects the two sides of the inverter.
Es ist ein Wechselstrom-Übertragungsanschluss vorgesehen. Dieser ist einphasig ausgestaltet. Der Wechsel An AC transmission port is provided. This is designed in a single phase. The change
strom-Übertragungsanschluss ist von außen zugreifbar ausge staltet. Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss ist somit eingerichtet, Energie (insbesondere einen einphasigen Wech selstrom) zwischen einer externen elektrischen Wechselstrom quelle einerseits und dem Fahrzeugbordnetz bzw. dem Energie speicher andererseits zu übertragen. Die externe elektrische Wechselstromquelle ist außerhalb des Fahrzeugbordnetzes und insbesondere nicht Teil des Bordnetzes. Der Wechsel Strom-Übertragungsungsanschluss is designed to be accessible from the outside. The AC transmission terminal is thus arranged to transfer energy (in particular, a single-phase AC power source) between an external AC electric power source, on the one hand, and the vehicle electrical system or the power storage, on the other hand. The external electrical AC power source is outside the vehicle electrical system and in particular not part of the electrical system. The change
strom-Übertragungsanschluss ausgestaltet, mit der externen Wechselstromquelle verbunden zu werden, entweder per Kabel, etwa in elektromechanischer Weise, beispielsweise als Steckver bindung, oder kabellos, beispielsweise induktiv. Der Wech selstrom-Übertragungsanschluss ist zur Energieübertragung von ausßen zugreifbar. Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss kann als Ladeanschluss bzw. Einspeiseanschluss ausgebildet sein, wobei der Wechselstrom-Übertragungsanschluss nur unidirektional arbeiten kann, etwa zum Übertragen von Energie in das Fahr zeugbordnetz, oder bidirektional neben dem Laden bzw. Einspeisen auch zum Rückspeisen ausgebildet sein kann, im Sinne eines Lade- und Rückspeiseanschlusses. Diese Funktionen werden insbesondere auch von dem Wechselrichter und dessen Steuerung definiert. Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss kann als Verbindungs steckelement ausgebildet sind, der auch als Power transmission terminal configured to be connected to the external AC power source, either by cable, such as in electromechanical manner, for example, as a fastex connection, or wirelessly, for example, inductively. The alternating current transmission terminal is accessible for power transmission from outside. The AC transmission terminal may be formed as a charging terminal or feed terminal, wherein the AC transmission terminal can only operate unidirectionally, such as for transmitting energy in the vehicle onboard power supply, or bidirectionally next to the charging or feeding can also be designed to feed back in the sense a charging and regenerative connection. These functions are defined in particular by the inverter and its controller. The AC transmission connection can be designed as a connection plug-in element, which also as
Plug-In-Steckanschluss bezeichnet wird. Der Wechsel Plug-in connector is called. The change
strom-Übertragungsanschluss umfasst insbesondere eine Buchse oder einen Stecker. Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss umfasst mindestens zwei Kontakte, wobei einer der Kontakte ein Phasenanschluss ist und ein weiterer der Kontakte ein In particular, a current transmission connection comprises a socket or a plug. The AC transmission port includes at least two contacts, one of the contacts being a phase connection and another one of the contacts
Neutralleiteranschluss ist. Die Kontakte können zusätzlich einen Schutzleiterkontakt aufweisen. Die Kontakte sind von außen zugreifbar und können von einer Klappe geschützt sein. Die Kontakte sind (bezogen auf die Außenhaut des Fahrzeugs, in dem sich das Fahrzeugbordnetz befindet) nach außen gerichtet. Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss ist vorzugsweise als Einsatz ausgebildet, der in einer Außenhaut eines Fahrzeugs eingelassen werden kann, um von außen eine Steckverbindung mit dem Wech selstrom-Übertragungsanschluss hersteilen zu können. Die vo rangehend genannten Beispiele sind elektromechanische Aus führungen des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses. Alternativ ist der Wechselstrom-Übertragungsanschluss zur induktiven Energieübertragung eingerichtet. Der Wechselstrom-Übertra gungsanschluss kann somit auch als (einphasige) Sekundärspule ausgebildet sein, die eingerichtet ist, induktiv Energie mit einer (beispielsweise stationären) Primärspule auszutauschen. Es kann ein Kondensator vorgesehen sein, der mit der Sekun därspule einen Schwingkreis bildet, um Energie induktiv resonant auszutauschen. Die Sekundärspule kann eingerichtet sein, an einem Fahrzeugboden oder an einer Fahrzeugfront angeordnet zu werden. Wie auch bei der elektromechanischen Ausführung ist die induktive Ausführung des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses von außen zugreifbar und eingerichtet, Energie zu übertragen. Neutral connection is. The contacts may additionally have a protective conductor contact. The contacts are accessible from the outside and can be protected by a flap. The contacts are directed outwards (relative to the outer skin of the vehicle in which the vehicle electrical system is located). The AC transmission connection is preferably designed as an insert, which can be embedded in an outer skin of a vehicle in order to be able to produce a plug connection with the alternating current transmission connection from the outside. The examples cited are electromechanical embodiments of the AC transmission connection. Alternatively, the AC transmission terminal is adapted for inductive power transmission. The alternating current transmission connection can thus also be designed as a (single-phase) secondary coil which is set up to inductively exchange energy with a primary coil (for example a stationary one). It can be provided a capacitor, which forms a resonant circuit with the secondary därspule to inductively replace energy inductively. The secondary coil may be arranged to be arranged on a vehicle floor or on a vehicle front. As with the electromechanical design, the inductive version of the AC transmission port is externally accessible and configured to transfer energy.
Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss ist mit der zweiten Seite des Wechselrichters verbunden, insbesondere mit der zweiten Seite bzw. mit einem der Abschnitte von H-Brücken, die der zweiten Seite zugeordnet sind. Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss kann mit einem der Phasenstromanschlüssen (der zweiten Seite) des Wechselrichters verbunden sein oder mit einem der Querzweige von mindestens zwei H-Brücken, wobei sich die Querzweige in der zweiten Seite des Wechselrichters befinden. Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss kann insbesondere mit einem Ende bzw. einer Seite einer der Induktivitäten der Brücken verbunden sein, wobei sich dies auf die Seiten der Induktivitäten bezieht, die sich in der zweiten Seite befinden bzw. die mit einem Arm verbunden sind, der der zweiten Seite zugeordnet ist (und sich auch dort befindet) . The AC transmission terminal is connected to the second side of the inverter, in particular to the second side or to one of the sections of H-bridges associated with the second side. The AC transmission terminal may be connected to one of the phase current terminals (the second side) of the inverter or to one of the shunt branches of at least two H-bridges, the shunt branches being in the second side of the inverter. Specifically, the AC transmission terminal may be connected to one end of one of the inductances of the bridges, referring to the sides of the inductances that are in the second side or that are connected to one arm, that of the second one Page is assigned (and is also there).
Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss ist ferner mit einem der Eingangsstromanschlüsse des Wechselrichters verbunden ist, insbesondere mit dem negativen Eingangsstromanschluss. Mit anderen Worten ist der Wechselstrom-Übertragungsanschluss ferner mit einem Gleichspannungspotential (Versorgungspoten tial) bzw. einer DC-Stromschiene des Wechselrichters verbunden. Dies trifft insbesondere für einen Neutralleiter bzw. Rückleiter und insbesondere für den Neutralleiteranschluss des Wechsel strom-Übertragungsanschlusses zu. Der Phasenanschluss bzw. das Phasenpotential des Wechselstrom-Übertragungsanschluss ist mit der zweiten Seite des Wechselrichters verbunden. Hierbei kann der Phasenanschluss bzw. das Phasenpotential des Wechsel The AC transmission terminal is further connected to one of the input power terminals of the inverter, in particular to the negative input power terminal. In other words, the AC transmission terminal is further connected to a DC potential (Versorgungspoten tial) or a DC busbar of the inverter. This applies in particular to a neutral conductor or return conductor and in particular to the neutral conductor connection of the alternating current transmission connection. The phase connection or the phase potential of the AC transmission connection is connected to the second side of the inverter. Here, the phase connection or the phase potential of the change
strom-Übertragungsanschlusses mit einem der Phasenstroman schlüsse verbunden sein, vorzugsweise in direkter Weise. Ferner kann der Phasenanschluss bzw. das Phasenpotential des Wech selstrom-Übertragungsanschlusses mit mehreren der Phasen stromanschlüsse verbunden sein, vorzugsweise in direkter Weise, wobei ein Schalter verwendet werden kann, um die Phasen stromanschlüsse gebündelt mit dem Wechsel Strom-Übertragungsungsanschlusses be connected to one of the phase current connections, preferably in a direct manner. Furthermore, the phase connection or the phase potential of the Wech selstrom transmission terminal may be connected to several of the phase current connections, preferably in a direct manner, wherein a switch can be used to the power connections phase bundled with the change
strom-Übertragungsanschluss zu verbinden, insbesondere mit der (vorzugsweise einzigen) Phase des Wechsel current transmission connection, in particular with the (preferably single) phase of the change
strom-Übertragungsanschlusses. Im letztgenannten Fall werden Phasenanschlüsse bzw. H-Brücken gebündelt eingesetzt, um Strom zwischen dem Wechselstrom-Übertragungsanschluss und dem power transmission connection. In the latter case, phase connections or H-bridges are used bundled to power between the AC transmission port and the
Wechselrichter zu übertragen. Alternativ kann über die elektrische Maschine (insbesondere über eine oder mehrere Wicklung (en) bzw. Phase (n) der elektrischen Maschine) mit einem der Phasenstromanschlüsse verbunden sein. Zudem kann der Phasenanschluss bzw. das Phasenpotential des Wechsel Inverter to transfer. Alternatively, it can be connected to one of the phase current connections via the electric machine (in particular via one or more winding (s) or phase (s) of the electrical machine). In addition, the phase connection or the phase potential of the change
strom-Übertragungsanschlusses mit mehreren, allen oder einer Untergruppe der Phasenstromanschlüsse verbunden sein. Im letztgenannten Fall werden Wicklungen gebündelt eingesetzt, um Strom zwischen dem Wechselstrom-Übertragungsanschluss und dem Wechselrichter zu übertragen. Der Begriff „gebündelt" kann insbesondere verstanden werden als „miteinander an einer Seite (parallel) verbunden", um so die elektrische Entsprechung der Bündelung darzustellen. current transmission terminal to be connected to a plurality, all or a subset of the phase current terminals. in the the latter case windings are bundled used to transfer power between the AC transmission port and the inverter. In particular, the term "bundled" can be understood as "connected to one another at one side (parallel)" so as to represent the electrical equivalent of the bundling.
Die H-Brücken des Wechselrichters können jeweils zwei Arme aufweisen. Diese verbinden den positiven Eingangsstromanschluss (entsprechend einem positiven Gleichspannungspotential des Wechselrichters) mit dem negativen Eingangsstromanschluss (entsprechend einem negativen Gleichspannungspotential des Wechselrichters) mittels zweier serieller Halbleiterschalter. Die zwei seriellen Halbleiterschalter sind somit parallel zu den beiden Eingangsstromanschlüssen geschaltet. Die Halbleiter schalter jedes Arms sind an Verbindungspunkten miteinander verbunden. Die beiden Verbindungspunkte jeder H-Brücke sind mittels einer Induktivität miteinander verbunden. The H-bridges of the inverter can each have two arms. These connect the positive input power connection (corresponding to a positive DC potential of the inverter) to the negative input power connection (corresponding to a negative DC potential of the inverter) by means of two serial semiconductor switches. The two serial semiconductor switches are thus connected in parallel with the two input power connections. The semiconductor switches of each arm are connected at connection points. The two connection points of each H-bridge are connected to each other by means of an inductance.
Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss (etwa ein The AC transmission port (such as a
Plug-In-Steckanschluss oder auch eine fahrzeugseitige Vor richtung zur induktiven Energieübertragung) kann an die der elektrischen Maschine zugewandten (zweiten) Seite des Wech selrichters angeschlossen sein, insbesondere an zumindest einen Phasenstromanschluss des Wechselrichters oder an einen anderen Anschlusspunkt, der sich in der zweiten Seite des Wechselrichters befindet . Plug-in connector or a vehicle-side direction ago for inductive energy transfer) may be connected to the electrical machine facing (second) side of the Wech selrichter, in particular to at least one phase current connection of the inverter or to another connection point, located in the second Side of the inverter.
Ein Phasenpotential bzw. eine Phase des Wechsel A phase potential or a phase of change
strom-Übertragungsanschluss sowie ein Neutralleiterpotential bzw. Neutralleiterpotentialanschluss des Wechsel current transfer connection and a neutral potential or neutral potential connection of the change
strom-Übertragungsanschlusses sind mit dem Wechselrichter verbunden. Die Phase des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses ist mit einem oder mehreren Phasenstromanschlüssen des Wech selrichters verbunden, entweder direkt oder indirekt über eine oder mehrere Wicklungen der elektrischen Maschine (kurz: in direkt über die elektrische Maschine) . Bei einer Verbindung über mehrere Phasen der elektrischen Maschine kann ein Schalter verwendet werden, um die Phasen zu bündeln. Die mehreren Wicklungen sind dann gebündelt mit der Phase des Wechsel strom-Übertragungsanschlusses verbunden. Der Nullleiter des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses ist vorzugsweise mit einem der Eingangsstromanschlüsse (bzw. mit einem Gleichspannungs oder Versorgungspotential) des Wechselrichters verbunden, insbesondere mit einem negativen Eingangsstromanschluss oder Masse-Eingangsstromanschluss . Power transmission connections are connected to the inverter. The phase of the AC transmission terminal is connected to one or more phase current terminals of the inverter Wech, either directly or indirectly via one or more windings of the electric machine (in short, in directly on the electric machine). When connecting across multiple phases of the electrical machine, a switch can be used to bundle the phases. The several Windings are then bundled with the phase of the alternating current transmission connection. The neutral of the AC transmission port is preferably connected to one of the input power terminals (or to a DC or supply potential) of the inverter, in particular to a negative input power terminal or ground input power terminal.
Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss kann direkt mit einem oder mehreren Phasenstromanschlüssen des Wechselrichters verbunden sein, oder kann über eine elektrische Maschine (des elektrischen Antriebs des Fahrzeugs) , die mit den Phasen stromanschlüssen verbunden ist, mit dem Wechselrichter verbunden sein. Die Verbindung zwischen Wechsel The AC transmission terminal may be directly connected to one or more phase current terminals of the inverter, or may be connected to the inverter via an electric machine (the vehicle electric drive) connected to the phase power terminals. The connection between change
strom-Übertragungsanschluss und dem Wechselrichter bzw. dessen zweiter Seite, insbesondere zwischen Wechsel current transmission connection and the inverter or its second side, in particular between change
strom-Übertragungsanschluss und (mindestens einem) Phasen stromanschluss, kann somit direkt oder indirekt über die elektrische Maschine vorgesehen sein. Power transmission connection and (at least one) phase power connection, can thus be provided directly or indirectly via the electric machine.
Dadurch kann ein Fahrzeug direkt von einem (einphasige) Wechselstromnetz geladen werden bzw. kann direkt in dieses Energie abgeben. Ein stationärer Gleichrichter ist dadurch nicht notwendig. Vielmehr wird dessen Funktion vom Wechselrichter realisiert. Die bereits vorhandene Leistungselektronik in Form des Wechselrichters, der insbesondere die Phasenströme für die elektrische Maschine bereitstellt, wird hierbei auch zur Steuerung der Leistung (insbesondere des Stroms und/oder der Spannung) verwendet, die über den Wechsel As a result, a vehicle can be charged directly from a (single-phase) AC power supply or can deliver directly into this energy. A stationary rectifier is not necessary. Rather, its function is realized by the inverter. The already existing power electronics in the form of the inverter, which in particular provides the phase currents for the electric machine, is also used to control the power (in particular of the current and / or the voltage), which is via the change
strom-Übertragungsanschluss übertragen wird. Es ist insbe sondere kein weiterer Spannungswandler zur Anpassung an die Spannung des Energiespeichers unbedingt notwendig. current transmission connection is transmitted. It is in particular special no further voltage converter to adapt to the voltage of the energy storage essential.
Der Wechselrichter umfasst H-Brücken-Schaltungen . Diese sind zwischen dem elektrischen Energiespeicher und den Phasen stromanschlüssen geschaltet. Dies ermöglicht einen Betrieb des Wechselrichters zur Wandlung zwischen der Gleichspannung des Energiespeichers und den Phasenspannungen der Phasenanschlüsse (d.h. der elektrischen Maschine) , etwa im Fährbetrieb. Aus dieser Betriebsart wird auch der Begriff „Wechselrichter" abgeleitet, wobei andere Betriebsarten, etwa das Gleichrichten von Wech sel-Ladespannung zur Einspeisung in den Energiespeicher, auch möglich sind, selbst wenn diese nicht in die Begriffsbildung einfließen. Die H-Brücken ermöglichen ferner die Wandlung zwischen der Wechselspannung am Wechselstrom-Übertragungsan schluss und der Gleichspannung des Energiespeichers. Dies betrifft insbesondere die Stromart und die Stromhöhe. The inverter includes H-bridge circuits. These are connected between the electrical energy storage and the phase power connections. This allows operation of the inverter for conversion between the DC voltage of the energy storage and the phase voltages of the phase terminals (ie the electric machine), such as in ferry mode. From this Operating mode, the term "inverter" is also derived, with other modes, such as the rectification of Wech sel-charging voltage for feeding into the energy storage, are also possible, even if they are not incorporated into the concept formation.The H-bridges also allow the conversion between The AC voltage at the AC transmission terminal and the DC voltage of the energy storage device This applies in particular to the type of current and the current level.
Das hier beschriebene Fahrzeugbordnetz ist wie erwähnt mit einem Wechselrichter, einem elektrischen Energiespeicher, einer elektrischen Maschine und einem Wechselstrom-Übertragungsan schluss ausgestattet. Der Wechselrichter umfasst (mittels Steuersignal steuerbare) Halbleiter-Leistungsschalter. Die Topologie des Wechselrichter und dessen Anbindung innerhalb des Bordnetzes ist im Weiteren dargestellt. Der elektrische As described, the vehicle electrical system described here is equipped with an inverter, an electrical energy store, an electric machine and an AC transmission terminal. The inverter includes (control signal controllable) semiconductor power switches. The topology of the inverter and its connection within the vehicle electrical system is shown below. The electric
Energiespeicher ist insbesondere ein Akkumulator, beispiels weise ein Lithium-basierter Akkumulator. Der elektrische Energiespeicher kann ein Traktionsakkumulator sein. Der Energy storage is in particular an accumulator, example, a lithium-based accumulator. The electrical energy store may be a traction accumulator. The
Energiespeicher kann eine Nennspannung von 40 - 60 V aufweisen, insbesondere von 48 V, und kann insbesondere eine Nennspannung von mehr als 100 Volt, insbesondere von mindestens 200 oder 300 V, beispielsweise von 350 - 420 V, aufweisen. Der Energiespeicher kann somit ein Hochvolt-Akkumulator sein. Die elektrische Maschine ist insbesondere eine Drehstrommaschine. Die elekt rische Maschine kann eine fremderregte oder permanenterregte elektrische Maschine sein. Es kann auch eine einphasige Maschine verwendet werden; der Wechselstrom-Übertragungsanschluss kann hierbei einphasig über die elektrische Maschine (und somit indirekt) mit dem Wechselrichter verbunden. Energy storage device may have a nominal voltage of 40-60 V, in particular of 48 V, and may in particular have a nominal voltage of more than 100 volts, in particular of at least 200 or 300 V, for example 350-420 V. The energy store can thus be a high-voltage accumulator. The electric machine is in particular a three-phase machine. The electric machine can be a foreign-excited or permanently excited electric machine. It can also be used a single-phase machine; In this case, the AC transmission connection can be connected to the inverter in a single phase via the electrical machine (and thus indirectly).
Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss kann ein (einphasiges) Plugin-Inlet umfassen, d.h. ein (einphasiges) elektromecha nisches Steckverbindungselement, das sich in der Außenhaut eines Fahrzeugs montieren lässt. Der Wechselstrom-Übertragungsan schluss ist eingerichtet, mit einem Ladestecker (bzw. allge meiner: Verbindungsstecker) verbunden zu werden. Der Wechselrichter ist steuerbar bzw. umfasst steuerbare H-Brücken. Der Wechselrichter weist einen positiven Ein gangsstromanschluss und einen negativen Eingangsstromanschluss auf. Der Begriff Eingangsstromanschluss ergibt sich aus dem Wechselrichtermodus, in dem der Wechselrichter Leistung von dem Energiespeicher erhält. Die Eingangsstromanschlüsse entspre chenden Versorgungspotential bzw. den (beiden) Gleichspan nungs-Stromschienen des Wechselrichters. In dem Wechsel richtermodus erhält der Wechselrichter Leistung über den Eingangsstromanschluss, so dass in diesem Modus dieser Anschluss als Eingang des Wechselrichters dient. Im Lademodus dienen die gleichen Anschlüsse zur Abgabe von Leistung an den Energie speicher, d.h. als Ausgang des Wechselrichters. The AC transmission port may include a (single-phase) plug-in inlet, ie a (single-phase) electromechanical plug-in connector that can be mounted in the outer skin of a vehicle. The AC transmission terminal is set to be connected to a charging plug (or general: connector). The inverter is controllable or includes controllable H-bridges. The inverter has a positive input power connection and a negative input power connection. The term input power connection results from the inverter mode in which the inverter receives power from the energy storage. The input current connections correspond to the respective supply potential or the (two) DC voltage busbars of the inverter. In inverter mode, the inverter receives power through the input power connector, so in this mode, this connector serves as the inverter input. In charging mode, the same connections serve to deliver power to the energy storage, ie as the output of the inverter.
Die Eingangsstromanschlüsse sind mit dem Energiespeicher verbunden. Es kann ein Zwischenkreiskondensator parallel zu dem Energiespeicher bzw. parallel zu den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters geschaltet sein. The input power connections are connected to the energy storage. It may be connected in parallel to the energy storage or parallel to the input terminals of the inverter, a DC link capacitor.
Der Wechselrichter weist Phasenstromanschlüsse auf, die mit der elektrischen Maschine verbunden sind, vorzugsweise mindestens zwei. Insbesondere weist der Wechselrichter Phasenstroman schlüsse in einer Anzahl auf, die der Phasenzahl der elektrischen Maschine entspricht. Es kann jeder der Phasenstromanschlüsse mit einer eigenen Phase der elektrischen Maschine verbunden sein. Beispielsweise hat der Wechselrichter drei (oder sechs) Pha senstromanschlüsse, die jeweils an eine von drei (oder sechs) Phasen der elektrischen Maschine angeschlossen sind. The inverter has phase current connections connected to the electric machine, preferably at least two. In particular, the inverter has phase current connections in a number that corresponds to the number of phases of the electrical machine. Each of the phase current connections can be connected to a separate phase of the electrical machine. For example, the inverter has three (or six) phase current terminals each connected to one of three (or six) phases of the electric machine.
Der Wechselrichter weist eine erste Seite und eine zweite Seite auf. Der Wechselrichter ist eingerichtet, Leistung zwischen diesen Seiten zu übertragen. Die erste Seite des Wechselrichters ist mit dem Energiespeicher verbunden, insbesondere über einen positiven und einen negativen Eingangsstromanschluss des Wechselrichters. Die zweite Seite des Wechselrichters ist mit der elektrischen Maschine verbunden ist, insbesondere über min destens zwei Phasenstromanschlüsse des Wechselrichters. Der Wechselrichter weist mindestens zwei H-Brücken auf. Die H-Brücken überbrücken die beiden Seiten. Ein Abschnitt jeder H-Brücke (insbesondere ein Arm der beidem Arme) ist Teil der ersten Seite und ein weiterer Abschnitt jeder H-Brücke (ins besondere der andere der beiden Arme) ist Teil der zweiten Seite. Die H-Brücken sind jeweils zwischen den Eingangsstromanschlüssen und den Phasenstromanschlüssen angeschlossen. Die H-Brücken sind in Reihe zwischen den Eingangsstromanschlüssen und den Pha senstromanschlüssen angeschlossen. Die H-Brücken sind parallel zueinander angeschlossen (zumindest hinsichtlich der Ein gangsstromanschlüsse) . Die H-Brücken sind individuell mit einzelnen Phasen der elektrischen Maschine verbunden. The inverter has a first side and a second side. The inverter is set up to transfer power between these pages. The first side of the inverter is connected to the energy storage device, in particular via a positive and a negative input current connection of the inverter. The second side of the inverter is connected to the electrical machine, in particular over at least two phase current terminals of the inverter. The inverter has at least two H-bridges. The H-bridges bridge the two sides. One section of each H-bridge (especially one arm of both arms) is part of the first side and another section of each H-bridge (in particular the other of the two arms) is part of the second side. The H-bridges are each connected between the input power connections and the phase current connections. The H-bridges are connected in series between the input power terminals and the phase current terminals. The H-bridges are connected in parallel (at least with regard to the input current connections). The H-bridges are individually connected to individual phases of the electrical machine.
Jede H-Brücke umfasst zwei Arme. Ein erster dieser Arme (in der ersten Seite gelegen) verbindet die beiden Eingangsstroman schlüsse. Ein zweiter dieser Arme (in der zweiten Seite gelegen) verbindet einen Eingangsstromanschluss (insbesondere den ne gativen) und einen Phasenstromanschluss. Jeder Arm umfasst zwei Schaltelemente, die über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden sind. Die beiden Verbindungspunkte jeder H-Brücke (d.h. der Verbindungspunkt des einen Arms und der Verbin dungspunkt des anderen Arms der gleichen H-Brücke) sind über eine Induktivität miteinander verbunden. Each H-bridge has two arms. A first of these arms (located on the first page) connects the two input power connections. A second of these arms (located in the second side) connects an input power connection (especially the negative ones) and a phase current connection. Each arm comprises two switching elements, which are connected to each other via a connection point. The two connection points of each H-bridge (i.e., the connection point of one arm and the connection point of the other arm of the same H-bridge) are connected to each other via an inductor.
Die Schaltelemente, insbesondere Halbleiterschalter, jedes Arms sind an Verbindungspunkten miteinander verbunden. Die beiden Verbindungspunkte jeder H-Brücke sind mittels einer Induktivität miteinander verbunden. Die Induktivität ist insbesondere als diskretes Bauelement ausgestaltet, beispielsweise als Spule mit Kern. Die Induktivität weist einen ersten Anschluss bzw. eine erste Seite auf, die der ersten Seite zugehört. Die Induktivität weist einen zweiten Anschluss bzw. eine zweite Seite auf, die der zweiten Seite zugehört. Der erste Anschluss der Induktivität ist mit einem Verbindungspunkt eines Arms der ersten Seite verbunden. Der zweite Anschluss der Induktivität ist mit einem Verbin dungspunkt eines Arms der zweiten Seite verbunden. Dies gilt insbesondere für alle H-Brücken des Wechselrichters. Wie erwähnt können die H-Brücken des Wechselrichters jeweils zwei Arme aufweisen. Diese verbinden den positiven Eingangsstrom anschluss mit dem negativen Eingangsstromanschluss mittels zweier serieller Halbleiterschalter. Die Halbleiterschalter sind vorzugsweise Transistoren, insbesondere Feldeffekt- oder Bipolar-Transistoren, beispielsweise MOSFETs oder IGBTs. The switching elements, in particular semiconductor switches, of each arm are connected to one another at connection points. The two connection points of each H-bridge are connected to each other by means of an inductance. The inductance is designed in particular as a discrete component, for example as a coil with a core. The inductor has a first terminal or a first side that belongs to the first side. The inductor has a second terminal and a second side, which belongs to the second side. The first terminal of the inductance is connected to a connection point of an arm of the first side. The second terminal of the inductor is connected to a connection point of an arm of the second side. This applies in particular to all H-bridges of the inverter. As mentioned, the H-bridges of the inverter can each have two arms. These connect the positive input current connection to the negative input current connection by means of two serial semiconductor switches. The semiconductor switches are preferably transistors, in particular field-effect or bipolar transistors, for example MOSFETs or IGBTs.
Jeder Phasenstromanschluss kann über einen Kondensator mit einem Eingangsstromanschluss (insbesondere mit dem den negativen Eingangsstromanschluss) verbunden sein. Mit anderen Worten kann bei jeder H-Brücke parallel zum zweiten Arm (d.h. Arm der zweiten Seite des Wechselrichters) ein Kondensator angeschlossen sein. Each phase current connection may be connected via a capacitor to an input power connection (in particular to the negative input power connection). In other words, for each H-bridge, a capacitor may be connected in parallel with the second arm (i.e., arm of the second side of the inverter).
Es ist vorgesehen, dass der (einphasige) Wechsel It is envisaged that the (single-phase) change
strom-Übertragungsanschluss an dem Wechselrichter angeschlossen ist, insbesondere an der zweiten Seite des Wechsel power transmission connection is connected to the inverter, in particular on the second side of the change
strom-Übertragungsanschlusses. Der Wechsel power transmission connection. The change
strom-Übertragungsanschluss ist einphasig ausgestaltet und umfasst somit beispielsweise einen Phasenleiter bzw. Phasen kontakt einerseits und einen Neutralleiter bzw. Neutrallei terkontakt andererseits. Der Wechsel Current transfer terminal is configured single-phase and thus includes, for example, a phase conductor or phase contact on the one hand and a neutral conductor or Neutrallei terkontakt on the other. The change
strom-Übertragungsanschluss ist insbesondere ein geerderter oder ungeerderter einphasiger Wechselstromanschluss, etwa ausgebildet als Schukosteckdose (passend zur Norm CEE 7/4) , oder als Buchse passend zur Norm NEMA 1-15, 5-15, CEE 7/16, 7/17, BS 546, CEE 7/5, CEE 7/7, SI-32, AS3112, SEV 1011, DS 60884-2-D1, CEI 23-50 oder IEC 60906-1) . Die Verbindung zwischen dem Wechselstrom-Übertragungsanschluss und dem Wechselrichter (bzw. dessen zweiter Seite) kann einphasig sein oder es können mehrere Phasen der elektrischen Maschine gebündelt verwendet werden, um die Verbindung darzustellen. Die zweite Seite des Wechsel richters weist vorzugsweise eine Phasenanzahl auf (entsprechend der Anzahl der Phasenanschlüsse des Wechselrichters bzw. der Anzahl der H-Brücken im Wechselrichter) , die der Phasenanzahl der elektrischen Maschine entspricht. Die Phasenanzahl des Wech selstrom-Übertragungsanschlusses bzw. der Verbindung ist insbesondere geringer als die Phasenanzahl der zweiten Seite des Wechselrichters bzw. ist insbesondere geringer als die Anzahl der H-Brücken des Wechselrichters. Mittels des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses (bzw. über die Verbindung) kann Leistung über den Wechselrichter in den elektrischen Energiespeicher eingespeist werden. Insbesondere kann der Wechselstrom-Übertragungsanschluss mit einem der Phasenstromanschlüsse (bzw. gebündelt mit mehreren oder mit allen) in direkter oder indirekter Weise verbunden sein. In particular, current transmission connection is a grounded or ungrounded single-phase AC connection, for example designed as a safety socket (suitable for the CEE 7/4 standard), or as a socket according to the NEMA 1-15, 5-15, CEE 7/16, 7/17 standard, BS 546, CEE 7/5, CEE 7/7, SI-32, AS3112, SEV 1011, DS 60884-2-D1, CEI 23-50 or IEC 60906-1). The connection between the AC transmission port and the inverter (or its second side) may be single-phase, or multiple phases of the electric machine may be used in a cluster to represent the connection. The second side of the inverter preferably has a number of phases (corresponding to the number of phase terminals of the inverter or the number of H-bridges in the inverter), which corresponds to the number of phases of the electric machine. The number of phases of the alternating current transmission connection or of the connection is, in particular, less than the number of phases of the second side of the inverter or in particular is less than the number of H-bridges of the inverter. By means of the AC transmission connection (or via the connection) power can be fed via the inverter in the electrical energy storage. In particular, the AC transmission port may be connected to one of the phase current ports (or bundled with several or all of them) in a direct or indirect manner.
Insbesondere umfasst die Verbindung zwischen Wechsel In particular, the link between change
strom-Übertragungsanschluss und dem Wechselrichter (bzw. dessen zweiter Seite) keinen Spannungs- oder Stromwandler. Die Ver bindung zwischen Wechselstrom-Übertragungsanschluss und Current transfer connection and the inverter (or its second side) no voltage or current transformer. The connection between AC transmission port and
(mindestens einem) Phasenstromanschluss kann einen Filter und/oder Sicherheitselemente wie eine Sicherung und/oder ein Trennschalter aufweisen. (At least one) phase current connection may include a filter and / or security elements such as a fuse and / or a circuit breaker.
Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss kann direkt mit einem der Phasenstromanschlüsse (oder gebündelt mit mehreren oder mit anderen Komponenten der zweiten Seite des Wechselrichters) verbunden sein. Ferner kann der Wechselstrom-Übertragungs anschluss indirekt über die elektrische Maschine mit einem der Phasenstromanschlüsse (oder gebündelt mit mehreren der Pha senstromanschlüsse oder mit anderen Komponenten der zweiten Seite des Wechselrichters) verbunden sein. Der Wechsel strom-Übertragungsanschluss kann somit direkt oder indirekt (nämlich über die elektrische Maschine) mit dem Wechselrichter verbunden sein. The AC transmission port may be directly connected to one of the phase current ports (or bundled with several or with other components of the second side of the inverter). Further, the AC transmission port may be indirectly connected via the electric machine with one of the phase current terminals (or bundled with several of the Pha senstromanschlüsse or other components of the second side of the inverter). The AC power transmission connection can thus be connected directly or indirectly (namely, via the electric machine) to the inverter.
Als „direkt verbunden" wird eine Verbindung bezeichnet, die keine elektrische Maschine bzw. keine Wicklungen einer elektrischen Maschine umfasst. Als „direkt verbunden" wird daher eine Verbindung bezeichnet, die keine Schaltung zur Spannungs- oder Stromwandlung aufweist. Als „direkt verbunden" kann eine Verbindung bezeichnet werden, die einen Filter oder und/oder Sicherheitselemente wie eine Sicherung und/oder ein Trenn schalter aufweist. Als „indirekt verbunden" kann eine Verbindung bezeichnet werden, die eine elektrische Maschine bzw. eine Wicklungen einer elektrischen Maschine umfasst (etwa in Rei henschaltung) . Bei direkter Verbindung kann die Spannung an dem Energiespeicher an die Wechselspannung am Wechsel- strom-Übertragungsanschluss angepasst werden. Insbesondere ist kein DC-Booster notwendig. Bei einer indirekten Verbindung kann Wechselstromladen und Gleichstromladen (zur gleichen Zeit) kombiniert werden. Insbesondere kann ein Gleich The term "directly connected" refers to a connection that does not include an electrical machine or windings of an electrical machine, so "directly connected" refers to a connection that has no circuit for voltage or current conversion. As a "directly connected" may be referred to a connection having a filter and / or security elements such as a fuse and / or a disconnecting switch can be referred to as "indirectly connected" a connection, which is an electrical machine or a windings of a Electric machine includes (about in Rei henschaltung). In the case of a direct connection, the voltage at the energy store can be connected to the alternating voltage at the changeover voltage. current transmission connection to be adjusted. In particular, no DC booster is necessary. In an indirect connection, AC charging and DC charging can be combined (at the same time). In particular, a match can be
strom-Übertragungsanschluss mit (zwei) Phasenanschlüssen des Wechselrichters verbunden werden, wodurch Wechselstrom- und Gleichstromladen (zur gleichen Zeit) ausgeführt werden kann. power transmission terminal can be connected to (two) phase terminals of the inverter, whereby AC and DC charging can be performed (at the same time).
Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss bzw. dessen Phase kann direkt mit einem Phasenstromanschluss (bzw. gebündelten Pha senstromanschlüssen (bzw. dem Wechselrichter bzw . dessen zweiter Seite) verbunden sein, wobei auch der Neutralleiter direkt mit einem der Eingangsstromanschlüsse des Wechselrichters verbunden sein kann. Die Phasenstromanschlüsse des Wechselrichters bzw. allgemein der Wechselrichter bzw. dessen zweite Seite kann über einen Trennschalter mit der elektrischen Maschine verbunden sein. Dieser Trennschalter dient der Abtrennung der elektrischen Maschine vom Wechselrichter, insbesondere im Lademodus oder im Rückspeisemodus . The AC transmission terminal or its phase may be connected directly to a phase current connection (or the bundled phase current terminals (or the inverter or its second side), wherein the neutral conductor may also be connected directly to one of the input current terminals of the inverter The inverter or the inverter or its second side may be connected to the electric machine via a circuit breaker This disconnector serves to disconnect the electrical machine from the inverter, in particular in the charging mode or in the regenerative mode.
Alternativ oder in Kombination hiermit kann ein Trennschalter vorgesehen sein, der zwischen Wicklungen der elektrischen Maschine vorgesehen ist. Der letztgenannte Trennschalter dient zur steuerbaren Aufhebung der Verschaltungskonfiguration der Wicklungen, insbesondere einer Stern- oder Dreieckskonfigu ration, insbesondere im Lademodus oder im Rückspeisemodus. Es kann daher ein Trennschalter wie der Letztgenannte zwischen Phasenwicklungen der elektrischen Maschine (in Verbindungen zwischen den Phasenwicklungen der elektrischen Maschine selbst) vorgesehen sein. Der Trennschalter kann eingerichtet sein, in einem ersten Zustand die Wicklungen bzw. deren Enden mit einem gemeinsamen Sternpunkt der elektrischen Maschine zu verbinden, und in einem zweiten Zustand die Verbindung der Wicklungen untereinander getrennt vorzugsehen. Alternatively or in combination herewith, a circuit breaker may be provided which is provided between windings of the electric machine. The latter disconnector is used for controllable cancellation of the wiring configuration of the windings, in particular a star or Dreieckskonfigu ration, especially in the charging mode or in the regenerative mode. Therefore, a circuit breaker such as the latter may be provided between phase windings of the electric machine (in connections between the phase windings of the electric machine itself). The circuit breaker may be configured to connect the windings or their ends in a first state to a common neutral point of the electric machine, and in a second state, to preferentially separate the connection of the windings with one another.
Ein derartiger Trennschalter kann eingerichtet sein, eine Sternverschaltung (oder Dreiecksverschaltung) zumindest teilweise aufzuheben. Der Trennschalter kann als Schalter vorgesehen sein, der zumindest eine der mit dem Wechsel- strom-Übertragungsanschluss verbundene Phasenwicklung (der elektrischen Maschine) von anderen Phasenwicklungen abtrennt. Der Schalter kann ferner vorgesehen sein, alle Phasenwicklungen, einer Untergruppe der Phasenwicklungen oder eine Phasenwicklung von einem Sternpunkt der elektrischen Maschine zu trennen oder alle Phasenwicklungen voneinander gesteuert abzutrennen. Der Schalter kann ferner verwendet werden, um Phasenwicklungen der elektrischen Maschine gezielt zu verbinden, um diese zu bündeln, so dass mehrere Phasenwicklungen der elektrischen Maschine mit der Phase des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses verbunden sind (hierzu kann ein weiterer Schalter vorgesehen sein, der die Phase des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses gesteuert mit der/den Wicklung (en) der elektrischen Maschine verbindet. Such a circuit breaker may be arranged to at least partially cancel a star connection (or triangular connection). The circuit breaker may be provided as a switch, which is at least one of the with the Wechsel- current transfer connection disconnects connected phase winding (the electric machine) from other phase windings. The switch may also be provided to disconnect all phase windings, a subgroup of the phase windings or a phase winding from a star point of the electrical machine or to separate all phase windings from one another under control. The switch may also be used to selectively connect phase windings of the electrical machine to bundle them so that a plurality of phase windings of the electric machine are connected to the phase of the AC transmission terminal (for this purpose, another switch may be provided which controls the phase of the AC transmission connection controlled by the winding (s) of the electrical machine.
Vorzugsweise ist der Schalter eingerichtet, nur einen Teil der Phasenwicklungen von einem Sternpunkt der elektrischen Maschine oder nur einen Teil der Phasenwicklungen voneinander gesteuert abzutrennen, während die anderen Phasenwicklungen verbunden bleiben . Preferably, the switch is arranged to separate only a part of the phase windings from a star point of the electric machine or only a part of the phase windings controlled from each other, while the other phase windings remain connected.
Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss kann wie erwähnt in direkt (d.h. über die elektrische Maschine) mit einem Pha senstromanschluss oder mit mehreren Phasenstromanschlüssen bzw. mit dem Wechselrichter verbunden sein. As mentioned, the AC transmission terminal may be connected directly (i.e., via the electric machine) to a phase current terminal or to multiple phase current terminals or to the inverter.
Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss kann über einen Um schalter mit der elektrischen Maschine bzw. deren Wicklungen sein. Der Umschalter ist angeschlossen, die elektrische Maschine bzw. deren Wicklungen in einem ersten Zustand untereinander zu verbinden. Im ersten Zustand sind die Wicklungen beispielsweise mit einem gemeinsamen Sternpunkt der elektrischen Maschine verbunden oder die Wicklungen sind in Reihe miteinander ver bunden, d.h. in Dreieckskonfiguration vorgesehen. In diesem Schaltzustand kann bei einer Sternkonfiguration der The AC transmission terminal may be connected to a switch with the electric machine or their windings. The switch is connected to connect the electrical machine or its windings in a first state with each other. In the first state, the windings are connected, for example, to a common neutral point of the electrical machine or the windings are connected in series with each other, i. provided in triangular configuration. In this switching state, the star configuration of the
elektrischen Maschine jeweils ein Ende der Wicklungen mitei nander verbunden sein, d.h. die elektrische Maschine kann in Sternkonfiguration vorliegen. Ferner können in diesem electrical machine one end of the windings be mitei each other connected, i. the electric machine can be in star configuration. Furthermore, in this
Schaltzustand die Wicklungen aneinandergereiht sein im Sinne einer Dreiecks- oder Deltakonfiguration. In einem zweiten Schaltzustand sind die Wicklungen mit dem Wechsel strom-Übertragungsanschluss verbunden. In dem zweiten Switching state, the windings are strung together in the sense of a triangle or delta configuration. In a second Switching state, the windings are connected to the AC power transmission connection. In the second
Schaltzustand ist jeweils ein Ende der Wicklungen mit dem Wechselstrom-Übertragungsanschluss verbunden. Die Wicklungen bzw. die elektrische Maschine sind bzw. ist in Reihe zwischen dem Wechselrichter (d.h. dessen zweite Seite bzw. den Phasenan schlüssen) und dem Wechselstrom-Übertragungsanschluss ange schlossen. Der Umschalter kann n-1 einzelne Umschaltelemente aufweisen, wobei n die Phasenzahl bzw. die Zahl der Wicklungen der elektrischen Maschine ist. Eine Phase bzw. eine Wicklung der elektrischen Maschine kann daher direkt mit dem Wechsel strom-Übertragungsanschluss verbunden sein, wobei eine andere oder gebündelt alle anderen Phasen bzw. Wicklungen über einzelne Umschaltelemente mit dem Wechselstrom-Übertragungsanschluss verbunden sind, insbesondere mit der Phase des Wechsel strom-Übertragungsanschlusses. Der Umschalter ist eingerichtet, im zweiten Schaltzustand zum einen die Verbindungen zwischen den Wicklungen (etwa den Sternpunkt bzw. die Dreieckskonfiguration) aufzulösen und zum anderen die Wicklungen (einseitig) mit dem Wechselstrom-Übertragungsanschluss zu verbinden. Switching state, one end of the windings is connected to the AC transmission port. The windings and the electric machine are connected in series between the inverter (i.e., its second side and the phase terminals) and the AC transmission terminal. The switch can have n-1 individual switching elements, where n is the number of phases or the number of windings of the electrical machine. A phase or a winding of the electrical machine can therefore be connected directly to the AC power transmission connection, wherein another or bundled all other phases or windings are connected via individual switching elements to the AC transmission port, in particular with the phase of the AC current -Übertragungsanschlusses. The switch is set up to dissolve the connections between the windings (such as the star point or the triangle configuration) in the second switching state and to connect the windings (one-sided) to the AC transmission connection.
Die H-Brücken des Wechselrichters können auf der ersten und der zweiten Seite des Wechselrichters jeweils einen Arm aufweisen. Diese Arme verbinden den positiven Eingangsstromanschluss mit dem negativen Eingangsstromanschluss mittels zweier serieller Halbleiterschalter. Jeder Arm umfasst vorzugsweise zwei serielle (steuerbare) Halbleiterschalter. Jeder Arm ist parallel zu dem Energiespeicher bzw. zu den Eingangsstromanschlüssen ge schaltet. Die beiden Halbleiterschalter jedes Arms sind über einen Verbindungspunkt verbunden. Der Wechsel The H-bridges of the inverter may each have an arm on the first and second sides of the inverter. These arms connect the positive input power connection to the negative input power connection via two serial solid state switches. Each arm preferably comprises two serial (controllable) semiconductor switches. Each arm is connected in parallel to the energy store or to the input power connections. The two semiconductor switches of each arm are connected via a connection point. The change
strom-Übertragungsanschluss kann mit einem Punkt eines Arms verbunden sein, der auf der zweiten Seite liegt oder kann mit den gebündelten (d.h. untereinander verbundenen) Verbindungspunkten derjenigen Arme verbunden sein, die auf der zweiten Seite liegen. Mit anderen Worten kann der Wechselstrom-Übertragungsanschluss mit dem Verbindungspunkt oder den Verbindungspunkten desjenigen Arms oder derjenigen Arme verbunden sein, der bzw. die mit der elektrischen Maschine bzw. mindestens einem der Phasenan schlüssen verbunden sind. Der oder die vorangehend erwähnten Verbindungspunkte liegen auf der Seite des Wechselrichters, die den Eingangsstromanschlüssen bzw. dem Energiespeicher entge gengesetzt ist. Ein zusätzlicher Trennschalter (vergleiche die Trennschalter T, T' bzw. den Umschalter T'' der Figuren 1-3) ist dann nicht notwendig und kann weggelassen oder durch durchgehende Verbindungen ersetzt werden. Current transmission terminal may be connected to a point of an arm lying on the second side or may be connected to the bundled (ie interconnected) connection points of those arms lying on the second side. In other words, the AC transmission terminal may be connected to the connection point or connection points of the arm or arms connected to the electric machine or at least one of the phase terminals. The one or more mentioned above Connection points are on the side of the inverter, which is the entge the power terminals or the energy storage is set entge. An additional circuit breaker (compare the circuit breaker T, T 'and the switch T''of Figures 1-3) is then not necessary and can be omitted or replaced by continuous connections.
Das Fahrzeugbordnetz kann ferner einen Gleichstrom-Übertra gungsanschluss aufweisen. Dieser hat eine positive und eine negative Schiene (bzw. einen negativen und einen positiven Anschlusspunkt) . Die positive Schiene kann mit einem der Phasenanschlüsse, mit mehreren (und unterschiedlichen) Pha senanschlüssen, oder mit allen Phasenanschlüsse verbunden sein. Insbesondere wenn die positive Schiene kann mit mehreren Phasenanschlüssen oder mit allen Phasenanschlüsse verbunden ist, kann ein mehrphasiger Trennschalter zwischen dem Gleich strom-Übertragungsanschluss und den betreffenden Phasenan schlüssen vorgesehen sein. Dieser kann (mittels einer Steu ereinheit) im Lademodus und im Rückspeisemodus geschlossen sein und kann im Rekuperationsmodus und im Wechselrichtungsmodus (in dem die elektrische Maschine von dem Wechselrichter gespeist wird) geöffnet sein, um die Phasenanschlüsse elektrisch getrennt vorzusehen. Ferner kann die positive Schiene über die elektrische Maschine an den Wechselrichter bzw. dessen Phasenanschlüsse angeschlossen sein. Es kann ein Auswahlschalter vorgesehen sein, der entweder den Gleichstrom-Übertragungsanschluss oder den Wechselstrom-Übertragungsanschluss mit dem Wechselrichter (direkt oder über die elektrische Maschine) verbindet. Es kann ferner ein Trennschalter dem Gleichstrom-Übertragungsanschluss und/oder den Wechselstrom-Übertragungsanschluss nachgeschaltet sein, wobei eine diesen steuernden Steuereinheit eingerichtet ist, in einem Wechselstrom-Lademodus sowie in einem Wechsel strom-Rückspeisemodus den Gleichstrom-Übertragungsanschluss abzutrennen, und einem Gleichstrom-Lademodus sowie in einem Gleichstrom-Rückspeisemodus den Wechselstrom-Übertragungs anschluss abzutrennen. Ferner können beide Übertragungsan schlüsse gleichzeitigt verwendet werden, um Energie zu über tragen, wobei insbesondere einer der beiden Übertragungsan schlüsse mit mindestens einer der Phasenanschlüsse des Wech- selrichters verbunden ist und der andere Übertragungsanschluss mit mindestens einem der Verbindungspunkte des Wechselrichters verbunden ist. The vehicle electrical system may further comprise a DC transmission port. This has a positive and a negative rail (or a negative and a positive connection point). The positive rail may be connected to one of the phase terminals, to multiple (and different) phase terminals, or to all phase terminals. In particular, when the positive rail is connected to a plurality of phase terminals or to all the phase terminals, a multi-phase circuit breaker may be provided between the DC current transmission terminal and the respective phase terminals. This can be closed (by means of a control unit) in the charging mode and in the regenerative mode and can be opened in the recuperation mode and in the inverter mode (in which the electric machine is supplied by the inverter) in order to provide the phase connections electrically separated. Furthermore, the positive rail can be connected via the electric machine to the inverter or its phase connections. There may be provided a selector switch which connects either the DC transmission port or the AC transmission port to the inverter (directly or via the electric machine). Further, a disconnect switch may be connected downstream of the DC transfer port and / or the AC transfer port, with a control unit controlling the same configured to disconnect the DC transfer port in an AC charging mode and in an AC regenerative mode, and a DC charging mode and disconnect the AC transmission port in a DC regenerative mode. Furthermore, both transmission connections can be used simultaneously in order to transmit energy, wherein in particular one of the two transmission connections can be connected to at least one of the phase connections of the exchange system. is connected to the inverter and the other transmission terminal is connected to at least one of the connection points of the inverter.
Die negative Schiene kann mit einem anderen der Phasenanschlüsse (falls nicht mit der positiven Schiene verbunden) oder mit dem negativen Eingangsanschluss verbunden sein. The negative rail may be connected to another of the phase terminals (if not connected to the positive rail) or to the negative input terminal.
Es kann eine Steuerungseinheit (etwa die erwähnte Steuereinheit) vorgesehen sein, die den Wechselrichter ansteuert. Die Steu erungseinheit ist ansteuernd mit dem Wechselrichter verbunden. In einem Wechselrichtungsmodus der Steuerungseinheit wird der Wechselrichter angesteuert, aus der Gleichspannung des Ener giespeichers Phasenspannungen zu erzeugen, die an den Pha senanschlüssen anliegen. In einem (optionalen) Rekuperati- onsmodus steuert die Steuerungseinheit den Wechselrichter an, aus den Phasenspannungen an den Phasenanschlüssen eine Lade spannung an dem Energiespeicher zu erzeugen. In einem (Wech selstrom- ) Lademodus steuert die Steuerungseinheit den Wech selrichter an, aus der Spannung, die an dem Wechsel It may be a control unit (such as the mentioned control unit) may be provided, which drives the inverter. The control unit is drivingly connected to the inverter. In an inverter mode of the control unit, the inverter is driven to generate from the DC voltage of the energy giespeichers phase voltages applied to the Pha senanschlüssen. In an (optional) recuperation mode, the control unit controls the inverter to generate a charging voltage at the energy store from the phase voltages at the phase terminals. In a (alternating current) charging mode, the control unit controls the inverter from the voltage applied to the change
strom-Übertragungsanschluss anliegt, eine Ladespannung an dem Energiespeicher zu erzeugen. Hierbei wird die am Wechsel strom-Übertragungsanschluss anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung des Energiespeichers umgewandelt bzw. power transmission terminal is present to generate a charging voltage to the energy storage. In this case, the AC voltage applied to the AC transfer port is converted into a DC voltage of the energy store or
gleichgerichtet. In einem (optionalen) (Wechsel rectified. In one (optional) (change
strom- ) Rückspeisemodus steuert die Steuerungseinheit den Wechselrichter an, aus der Spannung, die an dem Energiespeicher des Fahrzeugbordnetzes anliegt, eine (Wechsel- ) Rückspeise spannung an dem Wechselstrom-Übertragungsanschluss zu erzeugen. In einem Gleichstrom-Lademodus steuert die Steuerungseinheit den Wechselrichter an, aus der Spannung, die an dem Gleich strom-Übertragungsanschluss anliegt, eine Ladespannung an dem Energiespeicher zu erzeugen. Hierbei wird die am Gleich strom-Übertragungsanschluss anliegende Gleichspannung an ein Spannungsniveau des Energiespeichers angepasst. In einem (optionalen) Gleichstrom-Rückspeisemodus steuert die Steue rungseinheit den Wechselrichter an, aus der Spannung, die an dem Energiespeicher des Fahrzeugbordnetzes anliegt, eine Gleich strom-Rückspeisespannung an dem Gleichstrom-Übertragungsan- Schluss zu erzeugen. Es sei nochmals erwähnt, dass der Begriff „Wechselrichter" der besseren Klarheit wegen anhand nur einer Funktion, die während dem Wechselrichtungsmodus ausgeführt wird, bestimmt ist. Wie erwähnt hat der Wechselrichter andere power) regenerative mode, the control unit controls the inverter to generate from the voltage that is applied to the energy storage of the vehicle electrical system, a (AC) regenerative voltage to the AC transmission port. In a DC charging mode, the control unit controls the inverter to generate a charging voltage to the energy storage from the voltage applied to the DC power transmission terminal. In this case, the voltage applied to the DC power transmission terminal DC voltage is adjusted to a voltage level of the energy storage. In an (optional) DC regenerative mode, the control unit controls the inverter, from the voltage applied to the energy storage of the vehicle electrical system, a direct current feedback voltage to the DC transmission To conclude. It should be noted again that the term "inverter" is for the sake of clarity, based on only one function performed during the inverter mode. As mentioned, the inverter has different ones
Funktionen bzw. Modi, die nicht in die Begriffsbildung ein geflossen sind. Der Wechselrichter ist daher nicht auf eine Schaltung beschränkt, die ausschließlich zum Wechselrichten der Spannung des Energiespeichers eingerichtet ist. Functions or modes that did not flow into the concept formation. The inverter is therefore not limited to a circuit that is set up exclusively for switching the voltage of the energy store.
Die Ladespannung am Energiespeicher kann von einem Batte riemanagementsystem des Energiespeichers oder von einer The charging voltage at the energy storage can be from a Batte riemanagementsystem the energy storage or a
Rekuperationssteuerung als ein Sollwert vorgegeben werden. Anstatt einer Ladespannung kann auch ein Ladestrom oder eine Ladeleistung als Sollwert vorgegeben werden. Die Phasenspan nungen können von einer (übergeordneten) Motorsteuerung der elektrischen Maschine vorgeben werden, entweder direkt als Spannungssollwert oder als Leistungs- oder Drehmomentanfor derung. Anstatt von Phasenspannungen können auch Phasenströme wie erwähnt zur Steuerung dienen. Die Rückspeisespannung kann von einer Empfangseinrichtung des Fahrzeugbordnetzes als Sollwert erfasst werden. Die Empfangseinrichtung kann eingerichtet sein, Sollwerte von einer stationären Steuerung zu empfangen. Anstatt einer Rückspeisespannung kann auch ein Rückspeisestrom oder eine Rückspeiseleistung vorgegeben werden. Recuperation control can be specified as a setpoint. Instead of a charging voltage, a charging current or a charging power can be specified as a setpoint. The phase voltages can be specified by a (higher-level) motor control of the electrical machine, either directly as a voltage setpoint or as a power or torque requirement. Instead of phase voltages, phase currents can also serve as control. The return voltage can be detected by a receiving device of the vehicle electrical system as a setpoint. The receiving device may be configured to receive setpoints from a stationary controller. Instead of a regenerative voltage, a regenerative current or a regenerative power can also be specified.
Die Steuerungseinheit kann eingerichtet sein, zumindest einen der vorangehend genannten Trennschalter, Umschalter und/oder Auswahlschalter anzusteuern. Die Steuerungseinheit kann ins besondere eingerichtet sein, den Trennschalter im Lade- oder im Rückspeisemodus im geöffneten Zustand zu halten. Die Steue rungseinheit kann ferner eingerichtet sein, den Trennschalter im Wechselrichter- oder im Rekuperationsmodus im geschlossenen Zustand zu halten. The control unit may be configured to control at least one of the aforementioned disconnectors, switches and / or selector switches. The control unit can be set up in particular to keep the disconnecting switch in the charging or in the regenerative mode in the open state. The control unit can also be set up to keep the circuit breaker in the inverter or in the recuperation mode in the closed state.
Die Steuerungseinheit kann ferner in einem Störungsfall ein gerichtet sein, Schalter in allen Brücken des Wechselrichters zu öffnen, etwa wenn eine Ladestörung oder eine Rückspeisestörung auftritt und das Laden oder das Rückspeisen unterbrochen werden soll . Es kann eine Sperrklinke vorgesehen sein, um die elektrische Maschine zu arretieren (d.h. um eine Drehung zu verhindern) . Die Steuerungseinheit kann eingerichtet sein, die Sperrklinke anzusteuern. Die Steuerungseinheit kann insbesondere einge richtet sein, die Sperrklinke im Lademodus und ggf. im Rück speisemodus und zu arretieren und die Sperrklinke im Wech selrichtermodus und ggf. im Rekuperationsmodus nicht zu ar retieren . The control unit may further be directed, in the event of a malfunction, to open switches in all bridges of the inverter, such as when a charging fault or a regenerative fault occurs and charging or regeneration is to be interrupted. A pawl may be provided to lock the electric machine (ie to prevent rotation). The control unit may be configured to control the pawl. The control unit may in particular be directed, the pawl in the charging mode and possibly in the back feed mode and lock and the pawl in Wesch selrichtermodus and possibly in the Rekuperationsmodus not to retire ar.
Falls ein Gleichstrom-Übertragungsanschluss vorgesehen ist, ist es möglich, dass dessen positive Schiene direkt oder über einen Schalter mit mehreren oder vorzugsweise allen Phasenstroman schlüssen verbunden ist. Mit anderen Worten ist der Gleich strom-Übertragungsanschluss direkt oder über einen Schalter mit den Phasenstromanschlüssen verbunden, vorzugsweise mit allen. Dadurch können im Lademodus bzw. im Rückspeisemodus mehrere oder alle H-Brücken verwendet werden. Der Gleichstrom-Übertra gungsanschluss weist eine negative Schiene auf, die mit dem negativen Eingangsstromanschluss des Wechselrichters verbunden ist. Falls ein Schalter verwendet wird, dann ist dieser vor zugsweise mehrphasig. Der Schalter weist für jede Verbindung zwischen einem Phasenanschluss und der positiven Schiene ein Schalterelement bzw. eine Phase auf (bei einem mehrphasigen Schalter) . Die Steuerungseinheit ist eingerichtet, im Wech selrichtermodus oder ggf. im Rekuperationsmodus den Schalter in einem geöffneten Zustand zu halten. Die Steuerungseinheit ist ferner eingerichtet, im Lademodus oder ggf. im Rückspeisemodus den Schalter in einem geschlossenen Zustand zu halten. If a DC transmission connection is provided, it is possible that its positive rail is connected directly or via a switch with several or preferably all phase current connections. In other words, the DC power transmission connection is connected directly or via a switch to the phase current connections, preferably to all. As a result, several or all H-bridges can be used in the charging mode or in the regenerative mode. The DC transmission port has a negative rail connected to the negative input power terminal of the inverter. If a switch is used, this is preferably multi-phase before. The switch has a switch element or a phase for each connection between a phase connection and the positive rail (in the case of a multiphase switch). The control unit is set up to keep the switch in an open state in inverter mode or, if necessary, in recuperation mode. The control unit is further configured to hold the switch in a closed state in the charging mode or possibly in the regenerative mode.
Anstatt, wie vorangehend beschrieben, die positive Schiene mit den Phasenanschlüssen des Wechselrichters zu verbinden, kann die positive Schiene auch über die elektrische Maschine bzw. über deren Phasenwicklungen an die Phasenanschlüsse des Wechsel richters anschlossen sein. Mit anderen Worten kann die positive Schiene indirekt über die elektrische Maschine mit den Pha senstromanschlüssen verbunden sein. Hierbei sind die Phasen wicklungen in Reihe zwischen der positiven Schiene und dem Wechselrichter angeschlossen. Die negative Schiene des Instead, as described above, to connect the positive rail with the phase terminals of the inverter, the positive rail can also be connected via the electric machine or via their phase windings to the phase terminals of the inverter. In other words, the positive rail may be indirectly connected to the phase current terminals via the electric machine. Here, the phase windings are connected in series between the positive rail and the inverter. The negative rail of the
Gleichstrom-Übertragungsanschlusses kann mit dem negativen Eingangsstromanschluss des Wechselrichters verbunden sein. Wie erwähnt kann (bezogen auf den Gleichstrom-Übertragungsan schluss) vorzugsweise bei allen hier beschriebenen Varianten der Begriff „positive Schiene" durch „positiven Kontakt" ersetzt werden und der Begriff „negative Schiene" kann durch „negativen Kontakt" ersetzt werden. DC transmission connection can be with the negative Be connected to the input power connector of the inverter. As mentioned above (with reference to the DC transmission connection), the term "positive rail" can preferably be replaced by "positive contact" in all variants described here, and the term "negative rail" can be replaced by "negative contact".
Das Fahrzeugbordnetz ist insbesondere das Bordnetz eines Plug-in-Hybridkraftfahrzeugs oder eines Elektrokraftfahrzeugs . The vehicle electrical system is in particular the electrical system of a plug-in hybrid motor vehicle or an electric motor vehicle.
Die Figuren 1-3 dienen zur näheren Erläuterung des hier be schriebenen Bordnetzes und zeigen beispielhafte Fahrzeug bordnetze . Figures 1-3 are used to further explain the here be prescribed electrical system and show exemplary vehicle electrical system.
Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen jeweils ein Fahrzeugbordnetz mit einem Energiespeicher ES und einer elektrischen Maschine EM, die über einen Wechselrichter WR miteinander verbunden sind. Ein Wechselstrom-Übertragungsanschluss AC (in der Figur 1 mit einem „AC-Charger" , d.h. einer Wechselstromladestation, außerhalb des Fahrzeugbordnetzes verbunden) ist mit dem Wechselrichter WR verbunden. Der AC-Charger ist eine externe Energiequelle für Wechselstrom und kann einphasig ausgestaltet sein. Der Figures 1, 2 and 3 each show a vehicle electrical system with an energy storage ES and an electric machine EM, which are connected to each other via an inverter WR. An AC transmission terminal AC (in Fig. 1, connected to an "AC charger", ie an AC charging station, external to the vehicle electrical system) is connected to the inverter WR The AC charger is an external power source for alternating current and may be single-phase. The
AC-Charger ist nicht Teil des Fahrzeugbordnetzes. Der Wech selstrom-Übertragungsanschluss umfassend die Phase AC und den Neutralleiter N ist eingerichtet, mit der externen Energie quelle, d.h. mit der Wechselstrom-Ladestation, verbunden zu werden. Bei bidirektionaler Ausbildung des Fahrzeugbordnetzes bzw. des Inverters dient die Energiequelle als Senke. AC-Charger is not part of the vehicle electrical system. The alternating current transmission terminal comprising the phase AC and the neutral conductor N is arranged with the external energy source, i. to be connected to the AC charging station. In bidirectional training of the vehicle electrical system or the inverter, the energy source serves as a sink.
In den Figuren 1, 2 und 3 ist der Energiespeicher ES über einen positiven Eingangsstromanschluss EA1 und einen negativen Eingangsstromanschluss EA2 des Wechselrichters WR an diesen angeschlossen. Parallel zu den Eingangsstromanschlüssen EA1 , EA2 ist ein Zwischenkreiskondensator CI angeschlossen. Der Wech selrichters WR umfasst drei H-Brücken HB1 - HB3. Die H-Brücke HB1 weist einen positiven Eingang PE1 und einen negativen Eingang NE1 auf. Die H-Brücke HB2 weist einen positiven Eingang PE2 und einen negativen Eingang NE2 auf. Die H-Brücke HB3 weist einen positiven Eingang PE3 und einen negativen Eingang NE3 auf. Die positiven Eingänge PE1-3 sind untereinander verbunden und ferner mit dem positiven Eingangsanschluss EA1 des Wechselrichters WR ver bunden. Die negativen Eingänge NE1-3 sind untereinander ver bunden und ferner mit dem negativen Eingangsanschluss EA2 des Wechselrichters WR verbunden. Jede H-Brücke HB1-3 weist zwei Arme auf, die jeweils zwei seriell geschaltete Halbleiterschalter HS aufweisen. Ein erster der Arme jeder H-Brücke (links dargestellt) verbindet jeweils den negativen Eingang und den positiven Eingang der jeweiligen H-Brücke HB1-3. Jede H-Brücke weist einen negativen Ausgang NA1-3 und einen positiven Ausgang NA3 auf. In jeder H-Brücke verbindet ein zweiter der Arme die Ausgänge PA1 , NA1 ; PA2, NA2 bzw. PA3, NA3. Jeder Arm weist zwei Halb leiterschalter HS auf, die in Reihe über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden sind. Für jede H-Brücke HB1-3 gilt, dass die Verbindungspunkte der beiden Arme mittels eines Brücken zweigs BZ1-3 miteinander verbunden sind. Der Brückenzweigs BZ1-3, welcher in jeder H-Brücke HB1-3 die Verbindungspunkte der beiden Arme verbindet, weist eine in Reihe angeschlossene Induktivität Ll-3 auf. Mit anderen Worten verbindet die In duktivität Ll-3 in jedem der H-Brücken HB1-3 die Verbin dungspunkte der Halbleiterschalter HS der beiden Arme. Jeder Phasenanschluss ist über einen Kondensator C21-23 mit dem negativen Eingangsstromanschluss EA2 bzw. mit den negativen Eingängen NE1-3 der H-Brücken HB1-3 verbunden. Die positiven Ausgänge PA1-PA3 der H-Brücken HB1-HB3 entsprechen Phasen stromanschlüssen des Wechselrichters WR. Aus diesem Grund die positiven Ausgänge PA1-PA3 der H-Brücken HB1-3 und die Pha senstromanschlüsse PS1-3 des Wechselrichters WR als Äquivalent zueinander betrachtet werden. In FIGS. 1, 2 and 3, the energy store ES is connected to the latter via a positive input current connection EA1 and a negative input current connection EA2 of the inverter WR. Parallel to the input current terminals EA1, EA2 a DC link capacitor CI is connected. The inverter WR comprises three H-bridges HB1 - HB3. The H-bridge HB1 has a positive input PE1 and a negative input NE1. The H-bridge HB2 has a positive input PE2 and a negative input NE2. The H-bridge HB3 has a positive input PE3 and a negative input NE3. The positive ones Inputs PE1-3 are interconnected and further connected to the positive input terminal EA1 of the inverter WR ver. The negative inputs NE1-3 are interconnected and further connected to the negative input terminal EA2 of the inverter WR. Each H-bridge HB1-3 has two arms, each having two series-connected semiconductor switches HS. A first of the arms of each H-bridge (shown on the left) connects respectively the negative input and the positive input of the respective H-bridge HB1-3. Each H-bridge has a negative output NA1-3 and a positive output NA3. In each H-bridge, a second of the arms connects the outputs PA1, NA1; PA2, NA2 or PA3, NA3. Each arm has two semiconductor switches HS, which are connected in series via a connection point. For each H-bridge HB1-3 applies that the connection points of the two arms are connected by means of a bridge branch BZ1-3. The bridge branch BZ1-3, which connects the connection points of the two arms in each H-bridge HB1-3, has a series-connected inductance Ll-3. In other words, the inductance Ll-3 in each of the H-bridges HB1-3 connects the connection points of the semiconductor switches HS of the two arms. Each phase connection is connected via a capacitor C21-23 to the negative input current connection EA2 or to the negative inputs NE1-3 of the H-bridges HB1-3. The positive outputs PA1-PA3 of the H-bridges HB1-HB3 correspond to phase current connections of the inverter WR. For this reason, the positive outputs PA1-PA3 of the H-bridges HB1-3 and the phase current terminals PS1-3 of the inverter WR are considered to be equivalent to each other.
Der Wechselrichter weist eine erste Seite S1 und eine zweite Seite S2 auf. Die erste Seite S1 ist mit dem Energiespeicher ES verbunden bzw. umfasst die Eingangsstromanschlüsse EA1 und EA2. Die zweite Seite S2 weist die Phasenanschlüsse PS1-PS3 auf, die zum Anschluss an die elektrische Maschine EM eingerichtet ist. Die zweite Seite weist in allen Phasen des Wechselrichters einen Zweig einer H-Brücke HB1-3 auf, während die erste Seite in allen Phasen des Wechselrichters ebenso einen Zweig aufweist, wobei die Verbindungspunkte der Zweige über eine Induktivität L1-L3 miteinander verbunden sind. The inverter has a first side S1 and a second side S2. The first side S1 is connected to the energy store ES or comprises the input current connections EA1 and EA2. The second side S2 has the phase connections PS1-PS3, which is set up for connection to the electric machine EM. The second side has a branch of an H-bridge HB1-3 in all phases of the inverter, while the first side also has a branch in all phases of the inverter Connection points of the branches via an inductance L1-L3 are interconnected.
Mit gestricheltem Rechteck ist der Wechselrichter WR umrandet, wobei die rechte Linie des Rechtecks die Schnittstelle zwischen Fahrzeugbordnetz und stationären Einrichtungen (Gleich strom-Ladegerät „DC-Charger" und einphasigem Wechsel With dashed rectangle, the inverter WR is outlined, with the right-hand line of the rectangle, the interface between vehicle electrical system and stationary facilities (DC charger "DC charger" and single-phase change
strom-Ladegerät „AC-Charger" ) dargestellt. Diese Ladegeräte können jeweils als Stromquelle angesehen werden. An dieser Schnittstelle befinden sich der Wechselstrom-Übertragungsan schluss und ggf. der Gleichstrom-Übertragungsanschluss. Links der Linie ist das hier beschriebene Fahrzeugbordnetz darge stellt. This charger can be considered as a source of current at this interface is the AC transmission connection and possibly the DC transmission connection.On the left of the line is the vehicle electrical system described here darge presents.
Nachdem Gemeinsamkeiten der Figuren 1-3 erwähnt wurden, wird in Weiteren auf hauptsächliche Unterschiede der Figuren 1-3 eingegangen : Having mentioned similarities of FIGS. 1-3, further general differences of FIGS. 1-3 will be discussed:
In der Schaltung der Figur 1 ist der einphasige Wechsel strom-Übertragungsanschluss umfassend den Phasenanschluss AC und den Neutralleiteranschluss N mit einem Phasenanschlüsse PS1-3 sowie mit dem Potential des negativen Eingangsanschlusses (direkt) verbunden. Die am Wechselstromanschluss (umfassend die Anschlüsse AC und N) anliegende einphasige Wechselspannung wird an der zweiten Seite S2 des Wechselrichters WR eingespeist, insbesondere über einen der Phasenanschlüsse PA1-3 oder über mehrere dieser Phasenanschlüsse, die dann gebündelt verwendet werden. Dargestellt ist die Verbindung zwischen dem Phasen anschluss PA1 des Wechselrichters mit dem Phasenanschluss AC des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses. Die dargestellten Pha senanschlüsse PA1-3 sind drei Phasen eines dreiphasigen Systems, wobei jedoch diese beim Anschluss über den Wechsel In the circuit of Figure 1, the single-phase AC power transfer terminal comprising the phase terminal AC and the neutral terminal N is connected to a phase terminals PS1-3 and to the potential of the negative input terminal (directly). The single-phase alternating voltage applied to the AC connection (comprising the connections AC and N) is fed to the second side S2 of the inverter WR, in particular via one of the phase connections PA1-3 or via several of these phase connections, which are then used in bundled fashion. The connection between the phase connection PA1 of the inverter and the phase connection AC of the AC transmission connection is shown. The illustrated Pha senanschlüsse PA1-3 are three phases of a three-phase system, but this when connecting the change
strom-Übertragungsanschluss nur einphasig verwendet werden. Der dargestellte Wechselstromanschluss umfasst (neben dem Null leiter N) nur eine Phase AC und ist somit einphasig ausgebildet ist. Mit durchgezogener Linie dargestellt ist eine Verbindung der Phase AC des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses mit dem ersten Phasenanschluss PSI. Die gestrichelt dargestellten Verbindungen zwischen dem zweiten und dem dritten Phasenanschluss PS2, PS3 einerseits und dem Wechselstrom-Übertragungsanschluss (bzw. dessen Phase AC) andererseits ist lediglich gestrichelt dar gestellt, da diese Alternativen zur Verbindung mit dem Pha senanschluss PSI sind. Zudem können zwei oder alle drei Pha senanschlüsse PS1-PS3 mit der Phase AC des Wechsel Current transmission connection can be used only single phase. The illustrated AC connection comprises (in addition to the zero conductor N) only one phase AC and is thus formed single-phase. Shown by a solid line is a connection of the phase AC of the AC transmission connection with the first phase connection PSI. The connections shown in dashed lines between the second and the third phase connection PS2, PS3 on the one hand and the AC transmission port (or its phase AC) on the other hand, is only shown in dashed lines, since these alternatives are for connection to the Pha senanschluss PSI. In addition, two or all three Pha senanschlüsse PS1-PS3 with the phase AC of the change
strom-Übertragungsanschlusses verbunden sein, wobei hierdurch die angeschlossenen Phasenanschlüsse gebündelt sind. Es ist in diesem Fall eine Steuerung vorgesehen, die die H-Brücken des Wechselrichters für diesen Falls zueinander synchronisiert ansteuert (wodurch sich die Bündelung ergibt) . be connected current transmission terminal, whereby thereby the connected phase terminals are bundled. In this case, a controller is provided which controls the H-bridges of the inverter for this case synchronized with each other (resulting in the bundling).
Ein optionaler Gleichstrom-Übertragungsanschlusses (Verbindung zum Wechselrichter gestrichelt dargestellt) mit einer positiven Schiene DC+ und einer negativen Schiene DC- kann an zwei Phasenanschlüsse angeschlossen sein. Dargestellt ist, dass die positiven Schiene DC+ mit dem Phasenanschluss PA1 und die negative Schiene DC- mit dem Phasenanschluss PA2 verbunden ist. Der optionale Gleichstrom-Übertragungsanschluss ist mit der zweiten Seite des Wechselrichters WR verbunden. Entweder wird über den Gleichstrom-Übertragungsanschluss DC+, DC- oder über den Wechselstrom-Übertragungsanschluss umfassend die einzelne Phase AC und Neutralleiter N Energie übertragen, oder es wird über beide Gleichstrom-Übertragungsanschlüsse Leistung übertragen, wobei verschiedene H-Brücken mit unterschiedlichen Übertra gungsanschlüssen verbunden sind. An optional DC transmission connection (connection to the inverter in dashed lines) with a positive rail DC + and a negative rail DC- can be connected to two phase connections. It is shown that the positive rail DC + is connected to the phase terminal PA1 and the negative rail DC- to the phase terminal PA2. The optional DC transmission port is connected to the second side of the inverter WR. Either energy is transmitted via the DC transmission terminal DC +, DC- or via the AC transmission terminal comprising the single phase AC and neutral N, or power is transmitted via both DC transmission terminals, with different H-bridges connected to different transmission terminals ,
In der Schaltung der Figur 2 wird Wechselstrom über den In the circuit of Figure 2 is AC over the
Wechselstrom-Übertragungsanschluss umfassend die Phase AC und den Neutralleiter wie vorangehend dargestellt an die zweite Seite S2 des Wechselrichters übertragen. Die einzelne Phase AC des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses ist jedoch nicht mit einem der Phasenanschlüsse PA1-PA3 direkt verbunden (wie in Fig. 1), sondern ist mit Verbindungspunkten von Halbleiterschaltern HS von Armen einer der H-Brücken HB1-3 verbunden. Dies betrifft die Arme der H-Brücken HB1-3, welche auf der zweiten Seite des Wechselrichters vorliegen, insbesondere die Arme, welche direkt mit den Phasenanschlüssen PA1-3 verbunden sind. Mit durchge zogener Linie ist eine Verbindung zwischen der Phase AC des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses und dem Verbindungspunkt des rechten Arms der H-Brücke HB1 (d.h. mit dem Verbindungspunkt der zweiten Seite des Wechselrichters) dargestellt. Alternative Verbindungen sowie hiermit kombinierbare Verbindungen sind gestrichelt dargestellt. AC transmission terminal comprising the phase AC and the neutral conductor as described above, transmitted to the second side S2 of the inverter. However, the single phase AC of the AC transmission terminal is not directly connected to one of the phase terminals PA1-PA3 (as in Fig. 1), but is connected to connection points of semiconductor switches HS of arms of one of the H-bridges HB1-3. This concerns the arms of H-bridges HB1-3, which are present on the second side of the inverter, in particular the arms, which are directly connected to the phase terminals PA1-3. With a solid line is a connection between the phase AC of the AC transmission port and the connection point of the right arm of H-bridge HB1 (ie, with the connection point of the second side of the inverter). Alternative compounds as well as combinable compounds are shown in dashed lines.
In der Figur 3 ist die Phase AC des einphasigen Wechsel strom-Übertragungsanschlusses über die elektrische Maschine EM mit den Phasenanschlüssen PS1-3 verbunden. Die am Wechsel stromanschluss anliegende Wechselspannung (= Spannung zwiscchen Phase AC und Neutralleiter N) wird über die elektrische Maschine EM, deren Wicklungen in Reihe zwischen dem Wechsel In FIG. 3, the phase AC of the single-phase AC power transmission connection is connected to the phase connections PS1-3 via the electric machine EM. The alternating current applied to the alternating voltage (= voltage between phase AC and neutral N) is through the electric machine EM, whose windings in series between the change
strom-Übertragungsanschluss AC und dem Wechselrichters WR geschaltet sind, an der zweiten Seite S2 des Wechselrichters WR eingespeist, insbesondere über die Phasenanschlüsse PS1-3. Ein Umschalter T'' verbindet die Wicklungen wahlweise entweder in Sternkonfiguration, oder erzeugt eine geöffnete Konfiguration der Wicklungen, bei der nur eine oder nur eine Untergruppe der Wicklungen mit dem einphasigen Wechselstrom-Übertragungsan schluss (bzw. dessen Phase AC) verbunden sind. In der geöffneten Konfiguration sind die Wicklungen nicht miteinander verbunden, sondern die Phasen der elektrischen Maschine EM sind elektrisch getrennt voneinander und als getrennte Elemente in jeder Phase in Reihe zwischen dem Phasenanschluss AC des einphasigen Wechselstrom-Übertragungsanschlusses und einer der Phasenan schlüsse PS1-3 des Wechselrichters WR angeschlossen. Current transfer terminal AC and the inverter WR are connected to the second side S2 of the inverter WR fed, in particular via the phase terminals PS1-3. A switch T "selectively connects the windings either in a star configuration or creates an open configuration of the windings where only one or only a subset of the windings are connected to the single phase AC transmission terminal (or its phase AC). In the open configuration, the windings are not interconnected, but the phases of the electric machine EM are electrically isolated from each other and as separate elements in each phase in series between the phase connection AC of the single-phase AC transmission terminal and one of the phase connections PS1-3 of the inverter WR connected.
In der Figur 1 ist der Wechselstrom-Übertragungsanschluss (einphasig mit Phase AC und Neutralleiter N) mit einer der drei Phasenanschlüsse PS1-3 des Wechselrichters WR verbunden. In FIG. 1, the AC transmission terminal (single-phase phase AC and neutral N) is connected to one of the three phase terminals PS1-3 of the inverter WR.
Dargestellt ist mit durchgezogener Linie eine einzelne Phase der Verbindung, wobei gestrichelt Alternativen (oder Kombinationen zur Bündelung) dargestellt sind. Ein Trennschalter T ist dargestellt, der mehrphasig ist und der die einzelnen Pha senwicklungen der elektrischen Maschine EM (bzw. die elektrische Maschine EM selbst) von den Phasenstromanschlüssen PS1-3 des Wechselrichters WR trennt. Der Trennschalter T trennt somit steuerbar die elektrische Maschine EM von dem Wechselrichter WR. Alternativ kann ein Trennschalter T ' innerhalb der elektrischen Maschine EM verwendet werden, der die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine EM (etwa in Sternkonfiguration) auftrennt. Der Trennschalter T' löst somit die Sternkonfiguration der elektrischen Maschine EM auf, sofern dieser in geöffnetem Zustand ist. Wird Energie über einen der Übertragungsanschlüsse (AC/N oder DC+/DC-) übertragen, dann ist der Trennschalter T oder T' in offenem Zustand. Shown by solid line is a single phase of the connection, with dashed alternatives (or combinations for bundling) shown. A circuit breaker T is shown, which is polyphase and the individual Pha senwindlungen the electric machine EM (or the electric machine EM itself) separates from the phase current terminals PS1-3 of the inverter WR. The circuit breaker T thus controllably disconnects the electric machine EM from the inverter WR. Alternatively, a circuit breaker T 'may be used within the electric machine EM, which may be the phase windings of the electrical machine EM (approximately in star configuration) separates. The circuit breaker T 'thus triggers the star configuration of the electric machine EM, if this is in the open state. When power is transmitted through one of the transfer ports (AC / N or DC + / DC-), then the disconnect switch T or T 'is in the open state.
Der Wechselstrom-Übertragungsanschluss umfassend die Phase AC und den Neutralleiter N ist Teil des Fahrzeugbordnetzes. Die Phase AC des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses ist mit einer der Phasenanschlüssen PS1-3 des Wechselrichters WR verbunden; der Neutralleiter des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses ist mit einem Gleichspannungspotential (Eingangs-Gleichstroman schluss) des Wechselrichters WR verbunden. Wenn Leistung vom Wechselstrom-Übertragungsanschluss umfassend AC und N in das Fahrzeugbordnetz eingespeist wird, dann arbeitet der Wech selrichter als Umsetzer zur Wandlung der Wechselstromleistung in Gleichspannung zum Laden des Energiespeichers ES. Der Wech selrichter übernimmt in diesem Modus und in dieser Übertra gungsrichtung die Funktion eines Gleichrichters und ggf. die Funktion einer Leistungs- oder Stromsteuerung oder auch einer Spannungsregelung . The AC transmission terminal comprising the phase AC and the neutral conductor N is part of the vehicle electrical system. The phase AC of the AC transmission terminal is connected to one of the phase terminals PS1-3 of the inverter WR; the neutral conductor of the AC transmission terminal is connected to a DC potential (input DC terminal) of the inverter WR. When power is supplied from the AC transmission terminal including AC and N to the vehicle electrical system, the inverter operates as a converter for converting the AC power into DC voltage for charging the energy storage ES. In this mode and in this transmission direction, the inverter assumes the function of a rectifier and possibly the function of a power or current control or also a voltage regulation.
Ein optionaler Gleichstrom-Übertragungsanschluss, der auch in den Schaltungen der Figuren 2 und 3 verwendet werden kann, weist eine positive Schiene DC+ (entsprechend einem positiven Kontakt) auf, der mit dem Phasenanschluss PSI (entsprechend einem po sitiven Ausgang PA1) einer ersten H-Brücke HB1 verbunden ist. Ferner ist die negative Schiene DC+ (entsprechend einem negativen Kontakt) des Gleichstrom-Übertragungsanschlusses mit dem Phasenanschluss PS2 (entsprechend einem weiteren positiven Ausgang PA2) einer weiteren H-Brücke HB2 verbunden. An optional DC transmission port, which may also be used in the circuits of Figures 2 and 3, has a positive rail DC + (corresponding to a positive contact) connected to the phase terminal PSI (corresponding to a positive output PA1) of a first H- Bridge HB1 is connected. Further, the negative rail DC + (corresponding to a negative contact) of the DC transmission terminal is connected to the phase terminal PS2 (corresponding to another positive output PA2) of another H-bridge HB2.
In der Figur 2 ist die Phase AC des einphasigen Wechsel strom-Übertragungsanschlusses mit einem Verbindungspunkt zwischen Halbleiterschaltern HS der H-Brücken HB1-3 verbunden. Die Alternativen oder möglichen Kombinationen sind gestrichelt dargestellt und zeigen die Verbindung der Phase AC mit einem Verbindungspunkt der H-Brücken HB2 und/oder HB3. Die Phase AC des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses ist direkt mit einem der Brückenzweige BZ1-3 der H-Brücken HB1-3 verbunden, insbesondere mit einem Abschnitt der Brückenzweige BZ1-3, der in der zweiten Seite S2 des Wechselrichters WR liegt. Mit anderen Worten ist die Phase AC des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses mit einem (oder - gestrichelt dargestellt - mehreren) Mittelabgriffen der H-Brücken HB1-3 verbunden, insbesondere mit den Mittelabgriffen, die in der zweiten Seite S2 liegen bzw. nur über einen Halb leiterschalter HS mit den Phasenanschlüssen verbunden sind. Die zweite Seite S2 ist mit der elektrischen Maschine EM und der Phase AC des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses verbunden und die erste Seite S1 des Wechselrichters WR ist mit dem Energiespeicher ES verbunden. In FIG. 2, the phase AC of the single-phase alternating current transmission connection is connected to a connection point between semiconductor switches HS of the H-bridges HB1-3. The alternatives or possible combinations are shown in dashed lines and show the connection of the phase AC with a connection point of the H-bridges HB2 and / or HB3. The phase AC of the AC transmission terminal is directly connected to one of the bridge branches BZ1-3 of the H-bridges HB1-3, in particular with a portion of the bridge branches BZ1-3 lying in the second side S2 of the inverter WR. In other words, the AC phase of the AC transmission terminal with one (or - shown in dashed lines - more) center taps of the H-bridges HB1-3 connected, in particular with the center taps, which are in the second side S2 or only via a semi-conductor switch HS are connected to the phase terminals. The second side S2 is connected to the electric machine EM and the phase AC of the AC transmission terminal, and the first side S1 of the inverter WR is connected to the energy storage ES.
In der Figur 3 ist die Phase AC des einphasigen Wechsel strom-Übertragungsanschlusses des Wechselrichters WR über zumindest eine der Wicklungen der elektrischen Maschine EM zumindest einem der Phasenstromanschlüsse PS1-3 verbunden. Ein Umschalter T'' verbindet in einer ersten Schalterstellung die Wicklungen untereinander in Sternkonfiguration und in einer zweiten Schalterstellung die Phase AC des Wechselstrom-- Übertragungsanschlusses über zumindest einer der seriell ge schalteten Wicklungen mit den Phasenanschlüssen PS1-3. Der Umschalter T'' ist dreiphasig und weist zwei einzelne Um- schaltelemente auf. Diese verbinden in der ersten Schalters tellung zwei der drei Phasenwicklungen mit dem Sternpunkt. Falls nur die mit durchgezogener Linie dargestellte Verbindung zu realisieren ist, dann erfordert der Umschalter T'' für diese Phasen keine Umschalterelemente sondern nur Trennschal terelemente . In FIG. 3, the phase AC of the single-phase AC power transfer terminal of the inverter WR is connected via at least one of the windings of the electric machine EM to at least one of the phase current terminals PS1-3. A switch T '' connects in a first switch position, the windings with each other in star configuration and in a second switch position the AC phase of the AC - transmission port via at least one of the series-connected windings with the phase terminals PS1-3. The switch T '' is three-phase and has two individual switching elements. These connect in the first switch position two of the three phase windings with the neutral point. If only the connection shown with a solid line is to be realized, then the switch T '' does not require any switchover elements for these phases but only disconnecting elements.
Eine alternative, gestrichelt dargestellte Verbindung sieht vor, dass die mittlere Phasenwicklung der elektrischen Maschine direkt und nicht über ein Umschaltelement mit der Phase AC des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses AC verbunden ist. Der Umschalter T'' betrifft nicht alle Phasen der elektrischen Maschine EM bzw. des Anschlusses AC . Dies ist jedoch eine Alternative zur mit durchgezogener Linie dargestellten Ver bindung. Die dargestellten Umschalter können zum Zuschalten weiterer Wicklungen verwendet werden, insbesondere zum Zu schalten zur zweiten Wicklung, die direkt mit der Phase AC verbunden ist (als eine Alternative gestrichelt dargestellt) . Etwa abhängig von der zu übertragenen Leistung können weitere Wicklungen hinzugeschaltet werden (mit Umschalter T''), oder nicht . An alternative connection shown in dashed lines provides that the middle phase winding of the electric machine is connected directly and not via a switching element to the phase AC of the AC transmission connection AC. The switch T '' does not affect all phases of the electric machine EM or the terminal AC. However, this is an alternative to the connection shown by a solid line Ver. The switches shown can be used to connect other windings are used, in particular for switching to the second winding, which is directly connected to the phase AC (shown as an alternative dashed lines). Depending on the power to be transmitted, additional windings can be connected (with changeover switch T '') or not.
Ist der Umschalter wie gestrichelt dargestellt im ersten Schaltzustand, sind die Wicklungen der elektrischen Maschine EM (bzw. ein jeweiliges Ende hiervon) zusammengeschaltet und es ergibt sich eine Sternkonfiguration für die Phasenwicklungen der Maschine. Ist der Umschalter wie mit durchgezogener Linie dargestellt im zweiten Schaltzustand, sind alle Wicklungen in Reihe zwischen den Phasenanschlüssen PS1-3 des Wechselrichters und der Phase AC des Wechselstrom-Übertragungsanschlusses angeschlossen . If the switch shown in dashed lines in the first switching state, the windings of the electric machine EM (or a respective end thereof) are interconnected and there is a star configuration for the phase windings of the machine. When the changeover switch is in the second switching state as shown in solid line, all the windings are connected in series between the phase terminals PS1-3 of the inverter and the phase AC of the AC transmission terminal.
Die Figuren 2 und 3 sind ohne Gleichstrom-Übertragungsanschluss dargestellt. Jedoch können die dort dargestellten Fahrzeug bordnetze einen Gleichstrom-Übertragungsanschluss aufweisen, der mit einer oder mehreren (oder auch allen) Phasenstroman schlüssen PS1-3 des Wechselrichters WR verbunden ist. Figures 2 and 3 are shown without DC transmission connection. However, the vehicle electrical system shown there may have a DC transmission terminal which is connected to one or more (or even all) phase current connections PS1-3 of the inverter WR.
Zur besseren Übersicht zeigt nur die Figur 1 eine Steuereinheit CTRL des Wechselrichters, welche jedoch auch Teil der Bordnetze der Figuren 2 und 3 sein kann. Die Steuereinheit CTRL steuert die Halbleiterschalter HB bzw. die Brücken HB1-3 an, wie durch die Doppelpfeile angedeutet ist. Eine übergeordnete Steuerung kann je nach Modus von einer Steuerung UE der Batterie in Form eines Batteriemanagementsystems gebildet werden, oder von einer Steuerung UE ' , die stationär ist. Die übergeordnete Steuerung UE bzw. UE ' steuert (wie durch die gestrichelten Pfeile angedeutet) die Steuereinheit CTRL an, insbesondere durch Übermittlung eines Sollwerts. Das Fahrzeugbordnetz kann eine Empfangseinheit zur Übermittlung von Signalen von stationären Komponenten an die Steuereinheit CTRL des Fahrzeugbordnetzes aufweisen. Auch die Schaltungen der Figuren 2 und 3 können zumindest eine derartige Steuerung CTRL, UE oder UE ' aufweisen. Ferner kann die Steu ereinheit CTRL ansteuernd mit den Trennschaltern T, T' oder dem Umschalter T ' ' verbunden sein und für diese bei unterschiedlichen Modi des Wechselrichters unterschiedliche Schalt zustande an steuern . For a better overview, only FIG. 1 shows a control unit CTRL of the inverter, which, however, can also be part of the vehicle electrical system of FIGS. 2 and 3. The control unit CTRL controls the semiconductor switches HB and the bridges HB1-3, as indicated by the double arrows. A higher-level control can be formed, depending on the mode, by a controller UE of the battery in the form of a battery management system, or by a controller UE 'which is stationary. The higher-level controller UE or UE 'controls (as indicated by the dashed arrows) to the control unit CTRL, in particular by transmitting a desired value. The vehicle electrical system can have a receiving unit for transmitting signals from stationary components to the control unit CTRL of the vehicle electrical system. The circuits of FIGS. 2 and 3 may also have at least one such controller CTRL, UE or UE '. Furthermore, the control unit CTRL can be activated with the disconnectors T, T 'or the Switch T 'be connected and for different modes of the inverter different switching state to control this.
In den Figuren 1-3 sind Kondensatoren C21-C23 dargestellt, die jeweils einen Phasenanschluss PS1-3 (entsprechend einem po sitiven Ausgang PA1-3 des Wechselrichters WR) mit einem negativen Eingangsstromanschluss EA2 des Wechselrichters WR verbinden. Alle positiven Eingangsanschlüsse PE1-3 der H-Brücken HB1-3 sind mit positiven Ausgangsanschlüssen PA1-3 der H-Brücken HB1-3 verbunden. Diese sind wiederum mit positiven Eingangsstrom anschluss EA1 des Wechselrichters WR verbunden. Alle negativen Eingangsanschlüsse NE1-3 der H-Brücken HB1-3 sind mit den negativen Eingangsanschlüsse NA1-3 der H-Brücken HB1-3 ver bunden. Diese sind wiederum mit negativen Ausgangsanschluss EA2 verbunden. Zwischen dem positiven Eingangsstromanschluss EA1 und dem negativen Eingangsstromanschluss EA2 (bzw. zwischen allen positiven und allen negativen Eingangsanschlüssen der H-Brücken HB1-3) ist ein Kondensator CI angeschlossen. Der negative Ausgangsanschluss EA2 ist mit dem negativen Eingangsanschluss EA1 direkt verbunden; beide können das selbe Potential aufweisen, insbesondere ein Massepotential. In the figures 1-3 capacitors C21-C23 are shown, each of which connect a phase connection PS1-3 (corresponding to a positive output PA1-3 of the inverter WR) to a negative input current connection EA2 of the inverter WR. All positive input terminals PE1-3 of H-bridges HB1-3 are connected to positive output terminals PA1-3 of H-bridges HB1-3. These are in turn connected to positive input current connection EA1 of the inverter WR. All negative input terminals NE1-3 of H-bridges HB1-3 are connected to the negative input terminals NA1-3 of H-bridges HB1-3. These are in turn connected to negative output terminal EA2. Between the positive input current connection EA1 and the negative input current connection EA2 (or between all positive and all negative input connections of the H-bridges HB1-3), a capacitor CI is connected. The negative output terminal EA2 is directly connected to the negative input terminal EA1; both can have the same potential, in particular a ground potential.
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