DE102009044281A1

DE102009044281A1 - Vorrichtung zum Übertragen von Energie mittels Leistungselektronik und Maschineninduktivität, und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102009044281A1
Application number: DE200910044281
Authority: DE
Inventors: Robert Dean King; Robert L. Steigerwald
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2010-04-29
Also published as: US8653696B2; US20140145677A1; KR101829173B1; US7932633B2; JP5813283B2; US20100096926A1; US9620974B2; US11167654B2; US20170057368A1; KR20160105367A; KR101652379B1; KR20100044723A; KR20170094781A; JP2010104227A; US20110169449A1

Abstract

Ein Antriebswechselrichterschaltkreis enthält eine erste Energiespeichereinrichtung (12, 76), die dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung auszugeben, einen ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104), der mit der ersten Energiespeichereinrichtung (12, 76) verbunden ist, und eine erste elektromechanische Vorrichtung (60, 106). Die erste elektromechanische Vorrichtung (60, 106) enthält mehrere Wicklungen (64-68, 108-112), die mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) verbunden sind. Der Antriebswechselrichterschaltkreis enthält ferner einen Ladebus (80), der einen ersten Leiter (82) aufweist, der mit den mehreren Wicklungen (64-68, 108-112) der ersten elektromechanischen Vorrichtung (60, 106) verbunden ist, wobei der Ladebus (80) dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom zu der ersten elektromechanischen Vorrichtung (60, 106) zu übertragen, oder einen Ladestrom von dieser aufzunehmen, um die erste Energiespeichereinrichtung (12, 76) über die erste elektromechanische Vorrichtung (60, 106) und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) aufzuladen.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein elektrische Antriebssysteme, zu denen Hybrid- und Elektrofahrzeuge gehören, und stationäre Antriebe, die sich ändernden oder gepulsten Lasten unterworfen sind, und im Besonderen die Übertragung von Energie zwischen einer Stromspeichereinrichtung des Fahrzeugs oder des Antriebs und einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Spannungsquelle.
Hybride Elektrofahrzeuge können in Kombination einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor nutzen, der durch eine Energiespeichereinrichtung, beispielsweise einen Antriebsakkumulator, angetrieben wird, um das Fahrzeug anzutreiben. Eine derartige Kombination kann den Gesamtausnutzungsgrad des Kraftstoffs erhöhen, indem es ermöglicht wird, den Verbrennungsmotor und den Elektromotor jeweils in entsprechenden Bereichen gesteigerten Wirkungsgrads zu betreiben. Elektromotoren können beispielsweise bei der Beschleunigung aus dem Stand heraus effizient sein, während Verbrennungsmotoren möglicherweise während anhaltender Perioden konstanten Motorbetriebs effizient sind, z. B. bei Fahrten auf Schnellstraßen oder Autobahnen. Das Vorhandensein eines Elektromotors zur Steigerung der Anfahrbeschleunigung erlaubt es, in hybriden Fahrzeugen kleinere und kraftstoffeffizientere Verbrennungsmotoren einzusetzen.
Rein elektrisch betriebene Fahrzeuge nutzen gespeicherte elektrische Energie, um einen Elektromotor anzutreiben, der sowohl für den Antrieb des Fahrzeugs als auch für Hilfsantriebe genutzt werden kann. Reine Elektrofahrzeuge können eine oder mehrere Quellen gespeicherter elektrischer Energie verwenden. Beispielsweise kann eine erste Quelle gespeicherter elektrischer Energie genutzt werden, um über einen relativ großen Zeitraum Energie bereitzustellen, während eine zweite Quelle gespeicherter elektrischer Energie dazu dienen kann, beispielsweise für Beschleunigungsvorgänge, Hochleistungsenergie zu liefern.
Elektrisch anschließbare Elektrofahrzeuge, ob von der hybriden elektrischen Bauart oder ob von der rein elektrischen Bauart, sind dazu eingerichtet, elektrische Energie aus einer externen Quelle zu nutzen, um den Antriebsakkumulator wiederaufzuladen. Zu solchen Fahrzeuge gehören beispielsweise Straßenverkehrs- und Geländefahrzeuge, Golfwagen, Kurzstrecken-Elektrofahrzeuge, Gabelstapler und Nutzfahrzeuge. Diese Fahrzeuge können entweder nicht an Bord befindliche (externe) stationäre Akkumulatorladegeräte oder an Bord befindliche (eingebaute) Akkumulatorladegeräte verwenden, um elektrische Energie von einem Versorgungsnetz oder einer erneuerbaren Energiequelle zu dem eingebauten Antriebsakkumulator des Fahrzeugs zu übertragen. Elektrisch anschließbare Fahrzeuge können Schaltkreise und Anschlüsse enthalten, die die Wiederaufladung des Antriebsakkumulators, beispielsweise aus dem Versorgungsnetz oder aus sonstigen externen Quellen, ermöglichen. Der Akkumulatorladeschaltkreis kann jedoch eigens vorgesehene Komponenten, beispielsweise Aufwärtswandler, Hochfrequenzfilter, Zerhacker, induktive Bauelemente und sonstige elektrische Komponenten enthalten, die speziell für die Übertragung von Energie zwischen dem eingebauten Stromspeichergerät und der externen Quelle vorgesehen sind. Diese eigens vorgesehenen zusätz lichen Komponenten steigern die Kosten und das Gewicht des Fahrzeugs.
Es besteht daher ein Bedarf nach einer Vorrichtung zur Verbesserung der Übertragung elektrischer Energie von einer externen Quelle zu dem eingebauten Stromspeichergerät eines elektrisch anschließbaren Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung mit einer geringeren Anzahl von Komponenten auskommt, die speziell lediglich für die Übertragung von Energie zwischen dem eingebauten Stromspeichergerät und der externen Quelle vorgesehen sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält ein Antriebswechselrichterschaltkreis eine erste Energiespeichereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung auszugeben, einen ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter, der mit der ersten Energiespeichereinrichtung verbunden ist, und eine erste elektromechanische Vorrichtung. Die erste elektromechanische Vorrichtung enthält eine erste Anzahl von Leitern, die mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter verbunden sind, eine zweite Anzahl von miteinander verbundenen Leitern, und mehrere Wicklungen, die zwischen der ersten Anzahl von Leitern und der zweiten Anzahl von Leitern verbunden sind. Der Antriebskonverterschaltkreis enthält ferner einen Ladebus, der einen ersten Leiter aufweist, der mit der zweiten Anzahl von Leitern der ersten elektromechanischen Vorrichtung verbunden ist, wobei der Ladebus dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom zu der ersten elektromechanischen Vorrichtung zu übertragen, oder einen Ladestrom von dieser aufzunehmen, um die erste Energiespeichereinrichtung über die erste elektromechanische Vorrichtung und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter aufzuladen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gehören zu einem Verfahren die Schritte: Verbinden einer ersten Gleichstromenergiespeichereinrichtung mit einem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter, und Verbinden einer ersten elektromechanischen Vorrichtung mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter, wobei die erste elektromechanische Vorrichtung dazu eingerichtet ist, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und dazu eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt: Verbinden eines Leiters mit der ersten elektromechanischen Vorrichtung, wobei der Leiter dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom durch die erste elektromechanische Vorrichtung zu übertragen, um die erste Energiespeichereinrichtung über die erste elektromechanische Vorrichtung und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter aufzuladen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein System eine Maschine, die dazu eingerichtet ist, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und die dazu eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Zu der Maschine gehören: mehrere Wicklungen, wobei jede Wicklung ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, eine Anzahl von ersten Leitern, wobei jeder der ersten Leiter mit einer entsprechenden Wicklung an ihrem ersten Ende verbunden ist, und eine Anzahl von zweiten Leitern, wobei jeder der zweiten Leiter mit einer entsprechenden Wicklung an ihrem zweiten Ende verbunden ist. Das System weist ferner einen Spannungswechselrichter auf, der dazu eingerichtet ist, Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umzuwandeln und Gleichstromenergie in Wechselstromenergie umzuwandeln, wobei der Spannungswechselrichter über die Anzahl von ersten Leitern mit den mehreren Wicklungen verbunden ist. Eine erste Energiespeichereinrichtung ist mit dem Spannungswechselrichter verbunden, und ein Ladeleiter ist über die Anzahl von zweiten Leitern mit den mehreren Wicklungen verbunden, wobei der Ladeleiter dazu eingerichtet ist, Ladeenergie durch die Maschine zu übertragen, um die erste Energiespeichereinrichtung aufzuladen.
Vielfältige weitere Merkmale und Vorteile werden nach dem Lesen der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele, die gegenwärtig für eine Verwirklichung der Erfindung in Betracht gezogen werden.
1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt in einem Blockschaltbild ein weiteres Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt in einem Blockschaltbild noch ein Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt in einem Blockschaltbild noch ein weiteres Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt in einem Blockschaltbild noch ein weiteres Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt in einem Blockschaltbild noch ein weiteres Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Antriebssystem 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem 10 enthält eine erste Energiespeichereinrichtung 12. In einem Ausführungsbeispiel ist die erste Energiespeichereinrichtung 12 eine Niederspannung verwendende Energiespeichereinrichtung, und sie kann auf einem Akkumulator, einer Brennstoffzelle, einer Ultrakapazität oder dergleichen basieren. Die erste Energiespeichereinrichtung 12 ist mit einem bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 verbunden, der dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung in eine andere Gleichspannung umzuwandeln. Der bidirektionale Gleichspannungswandler 14 enthält einen Induktor 16, der mit einem Paar Schaltern 18, 20 verbunden ist, und der mit einem Paar Dioden 22, 24 verbunden ist. Jeder Schalter 18, 20 ist mit einer entsprechenden Diode 22, 24 verbunden, und jedes Schalter-/Diodenpaar bildet ein entsprechendes Halbphasenmodul 26, 28. Die Schalter 18, 20 sind für Zwecke der Veranschaulichung als Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBTs) dargestellt. Allerdings sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht auf IGBTs beschränkt. Es können beliebige geeignete elektronische Schalter verwendet werden, beispielsweise Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), bipolare Sperrschichttransistoren (BJTs) und/oder mittels Metalloxid-Halbleiter gesteuerte Thyristoren (MCTs).
Das Antriebssystem 10 enthält eine Steuereinrichtung 30, die über ein entsprechendes Paar Leitungen 32 mit den Schaltern 18, 20 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 30 ist durch eine geeignete Steuerung der Schalter 18 und 20 dazu eingerichtet, den bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 zu steuern, um eine Spannung der ersten Energiespeichereinrichtung 12 auf eine höhere Spannung aufwärts zu regeln, und um die höhere Spannung an ein Paar Leiter 34, 36 eines Gleichstrombusses 38 auszugeben, der mit dem bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 30 ist außerdem dazu eingerichtet, die Schalter 18 und 20 des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 14 zu steuern, um eine von dem Gleichstrombus 38 ausgegebene Spannung abwärts zu regeln, und die abwärts geregelte Spannung an die erste Energiespeichereinrichtung 12 auszugeben.
Das Antriebssystem 10 enthält einen bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40, der mit dem Gleichstrombus 38 verbunden ist. Der bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 40 enthält sechs Halbphasenmodule 42, 44, 46, 48, 50 und 52, die paarweise verbunden sind, um drei Phasen 54, 56 und 58 zu erzeugen. Jede Phase 54, 56, 58 ist mit den Leitern 34 und 36 des Gleichstrombusses 38 verbunden. Eine elektromechanische Vorrichtung oder Maschine 60 ist mit dem bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 verbunden. In einem Ausführungsbeispiel ist die elektromechanische Vorrichtung 60 ein Antriebsmotor, der mechanisch mit einem oder mehreren Antriebsrädern oder -achsen 62 eines (nicht gezeigten) Fahrzeugs verbunden ist. Die elektromechanische Vorrichtung 60 enthält mehrere Wicklungen 64, 66 und 68 mit einer Anzahl von Leitern 70, die mit entsprechenden Phasen 54, 56, 58 des bidirektionalen DC-AC-Wechselrichters 40 verbunden sind. Die Wicklungen 64–68 weisen außerdem eine Anzahl von Leitern 72 auf, die miteinander verbunden sind, um einen Knoten 74 zu bilden.
Die Steuereinrichtung 30 ist über entsprechende Leitungen 32 mit den Halbphasenmodulen 42–52 verbunden. Die Steuereinrichtung 30 ist durch eine geeignete Steuerung des Halbphasenmoduls 42–52 dazu eingerichtet, den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 zu steuern, um eine auf dem Gleichstrombus vorhandene 38 Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom umzuwandeln, um diese/n über die Leiter 70 an die Wicklungen 64–68 auszugeben. Dementsprechend kann die Gleichspannung bzw. der Gleichstrom aus der ersten Energiespeichereinrichtung 12 durch den bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 auf eine höhere Gleichspannung bzw. Gleichstrom hochgespannt werden, die/der anschließend in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom umgewandelt wird und dem Elektromotor 60 zugeführt wird, um die Räder 62 anzutreiben. In anderen, nicht für Fahrzeuge eingesetzten Antriebssystemen kann an die Stelle der Antriebsräder 62 eine (nicht gezeigte) gepulste Last treten, beispielsweise eine Pumpe, ein Gebläse, eine Winde, ein Kran oder sonstige von einem Motor angetriebene Lasten. In einem regenerativen Bremsmodus kann die elektromechanische Vorrichtung 60 als ein Generator betrieben werden, um die Räder 62 zu bremsen, und um an den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom auszugeben, um diese/n in eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom auf dem Gleichstrombus 38 umzuwandeln. Danach kann die Gleichspannung bzw. ein Gleichstrom durch den bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 in eine andere Gleichspannung bzw. Gleichstrom abwärtsgeregelt oder umgewandelt werden, die/der für ein Wiederaufladen der ersten Energiespeichereinrichtung 12 geeignet ist.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine (in Phantomdarstellung gezeigte) zweite Energiespeichereinrichtung 76 mit dem Gleichstrombus 38 verbunden sein, um den Antriebsrädern 62 zusätzliche Leistung zu liefern. Die zweite Energiespeichereinrichtung 76 kann dazu eingerichtet sein, eine höhere Leistung als die erste Energiespeichereinrichtung 12 zu liefern, um beispielsweise während Beschleunigungsperioden des Fahrzeugs Energie bereitzustellen. Die erste Energiespeichereinrichtung 12 kann dazu eingerichtet sein, eine höhere Energie als eine zweite Energiespeichereinrichtung 76 bereit zustellen, um dem Fahrzeug über längere Zeit Leistung zu liefern, um dessen Reichweite zu steigern. Die dem Gleichstrombus 38 durch die zweite Energiespeichereinrichtung 76 zugeführte Energie kann ebenfalls durch den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 umgewandelt und der elektromechanischen Antriebsvorrichtung 60 zugeführt werden. In ähnlicher Weise kann Energie, die während eines regenerativen Bremsmodus erzeugt wird, ebenfalls genutzt werden, um die zweite Energiespeichereinrichtung 76 durch den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 wiederaufzuladen.
Wenn ein das Antriebssystem 10 verwendendes Fahrzeug geparkt oder nicht in Gebrauch ist, kann es erwünscht sein, das Fahrzeug beispielsweise an das Versorgungsnetz oder an eine erneuerbare Energiequelle anzuschließen, um eine und/oder beide der Energiespeichereinrichtungen 12, 76 nachzuladen oder wiederzuaufladen. Dementsprechend zeigt 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Ladesystem 78, das mit dem Antriebssystem 10 für die Wiederaufladung der Energiespeichereinrichtungen 12, 76 verbunden ist, so dass Komponenten des Antriebssystems 10 für den doppelten Zweck genutzt werden können, sowohl die Energiespeichereinrichtungen 12, 76 aufzuladen als auch Energie aus den Energiespeichereinrichtungen 12, 76 in Energie umzuwandeln, die für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden kann.
Das Ladesystem 78 enthält einen Ladebus 80 mit einem Paar Leitern 82, 84. Wie in 1 gezeigt, ist der Leiter 82 mit dem Knoten 74 verbunden, und der Leiter 84 ist mit dem Leiter 36 des Gleichstrombusses 38 verbunden. Das Ladesystem 78 umfasst einen Gleichrichter 86, der mit dem Ladebus 80 verbunden ist, und der mit einer Anschlussdose 88 verbunden ist, die Kontakte 90, 92 aufweist, die dazu eingerichtet sind, zu einem Stecker 94 zu passen, der Kontakte 96, 98 einer externen Span nungsquelle 100 aufweist. In einem Ausführungsbeispiel wird in Erwägung gezogen, dass die externe Spannungsquelle 100 eine Wechselstromquelle ist, und dass eine, zwei oder drei Phasen der externen Spannungsquelle 100 genutzt werden können, und dass die externe Spannungsquelle 100 beispielsweise eine Leistung von 120 VAC oder 240 VAC liefern kann. In einer Konfiguration, die mit Blick auf den Betrieb anhand einer externen Drehstromquelle 100 konstruiert ist, kann der Gleichrichter 86 modifiziert sein, um für die dritte Phase einer Drehstromgleichrichterbrücke zwei (nicht gezeigte) zusätzliche Dioden zu enthalten. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kommt in Betracht, dass die externe Spannungsquelle 100 eine Gleichstromquelle ist. Die Verbindung der Gleichstromquelle 100 mit dem Ladebus 80 über den Gleichrichter 86 gewährleistet, dass die an den Ladebus 80 angelegte Ladespannung die richtige Polarität aufweist, falls die Gleichstromquelle 100 mit der umgekehrten Polarität an dem Gleichrichter 86 angeschlossen ist.
Der Leistungsfaktor eines Wechselstromsystems ist als das Verhältnis der Wirkleistung zur Scheinleistung definiert und kann als eine Zahl zwischen 0 und 1 oder als ein Prozentsatz zwischen 0 und 100 ausgedrückt sein. Die Wirkleistung ist als die Leistung des Schaltkreises definiert, die für die Verrichtung von Arbeit in einer vorgegebenen Zeitspanne zur Verfügung steht. Die Scheinleistung ist das Produkt von Strom und Spannung des Schaltkreises. Aufgrund der in der Last gespeicherten und in die Quelle zurückgelieferten Energie, oder aufgrund einer nichtlinearen Last, die den Schwingungsverlauf des der Quelle entnommenen Stroms verzerrt, kann die Scheinleistung größer als die Wirkleistung sein. Ein Schaltkreis mit einem geringeren Leistungsfaktor verrichtet weniger Arbeit als ein Schaltkreis mit einem höheren Leistungsfaktor. Um die gleiche Menge an Arbeit zu verrichten, wird an den Schaltkreis mit dem geringeren Leistungsfaktor folglich eine höhere Spannung angelegt bzw. ein größerer Strom zugeführt.
In Schaltkreisen mit sinusförmigen Strömen und Spannungen kann der Leistungsfaktor aufgrund von Phasendifferenzen zwischen dem Strom und der Spannung vermindert sein. Getaktete Spannungsquellen können dazu eingerichtet sein, die durch eine Last entzogene Leistung zu steuern, um den Leistungsfaktor der Energieübertragung zu erhöhen. In einigen Anwendungen regelt eine getaktete Spannungsquelle, z. B. eine solche, die beispielsweise einen Abwärts-/Aufwärtswandler aufweist, den davon ausgegebenen Strom, so dass der Stromschwingungsverlauf zu dem davon ausgegebenen Spannungsschwingungsverlauf proportional ist. Beispielsweise kann der Abwärts-/Aufwärtswandler den Stromschwingungsverlauf in eine Sinuswelle umformen, die mit einer Sinuswelle des Spannungsschwingungsverlaufs phasengleich ist. Der Aufwärtswandler lässt sich regeln/steuern, um eine konstante Ausgangsleiterspannung des Gleichstrombusses aufrecht zu erhalten, während ein Stroms abgezogen wird, dessen Phase und Frequenz mit der Ausgangsleiterspannung übereinstimmen.
Wenn die externe Spannungsquelle 100 über die Kontakte 90, 92, 96, 98 mit dem Ladesystem 78 verbunden ist, ist die Steuereinrichtung 30 dazu eingerichtet, beispielsweise die Halbphasenmodule 42, 44 der Phase 54 zu steuern, um die an die Wicklung 64 der elektromechanischen Vorrichtung 60 angelegte Ladespannung aufwärts oder abwärts zu regeln. Ein Abwärtsregeln der Ladespannung, falls diese höher ist als diejenige des entsprechenden aufzuladenden Speichergeräts, ermöglicht auf der Grundlage eines breiten Bereichs von von der externen Spannungsquelle 100 eingegeben Leiterspannungen, die mit vorgegebenen Nennspannung der Elemente des Antriebssystems 10 konsistent sind, einen Betrieb des Antriebssystems 10 mit ei nem hohen Leistungsfaktor von nahezu Eins. Die aufwärts oder abwärts geregelte Ladespannung wird an den, Gleichstrombus 38 angelegt und wird genutzt, um die zweite Energiespeichereinrichtung 76, falls vorhanden, unmittelbar wiederaufzuladen, und um die erste Energiespeichereinrichtung 12 durch eine durch die Steuereinrichtung 30 durchgeführte Abwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 14 wiederaufzuladen. Die Steuereinrichtung 30 kann ferner dazu eingerichtet sein, zusätzlich die Halbphasenmodule 46, 48 der Phase 56 und/oder die Halbphasenmodule 50, 52 der Phase 58 zu regeln/steuern, um den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 während des Ladevorgangs als einen Zwei- oder Dreiphasen-Aufwärtsregelungsschaltkreis in einem Verschachtelungsmodus zu betreiben, um die Welligkeit zu reduzieren. Darüber hinaus kann der Ein-, Zwei- oder Dreiphasenbetrieb während des Ladevorgangs den Wirkungsgrad der Teillastladung maximieren. [RDK_OK]
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebssystems 102 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Übereinstimmende Elemente und Komponenten der Antriebssysteme 10 und 102 werden soweit angemessen mit Bezug auf dieselben Bezugszeichen erörtert. 3–6 erläutert ebenfalls übereinstimmende Komponenten mit Bezug auf dieselben Bezugszeichen. Das Antriebssystem 102 enthält einen zweiten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 104, der mit einer zweiten elektromechanischen Vorrichtung 106 verbunden ist, die mehrere Wicklungen 108, 110 und 112 aufweist. Der zweite bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 104 enthält sechs Halbphasenmodule 114, 116, 118, 120, 122 und 124, die paarweise ausgelegt sind, um drei Phasen 126, 128 und 130 zu erzeugen. Jede Phase 126, 128, 130 ist mit den Leitern 34 und 36 des Gleichstrombusses 38 verbunden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektromechanische Vorrichtung 60 ein Antriebsmotor, der mit Rädern 62 verbunden ist, und die elektromechanische Vorrichtung 106 ist ein Drehstromgenerator, der mit einem Verbrennungsmotor 132 mechanisch verbunden ist. Die Steuereinrichtung 30 ist über entsprechende Leitungen 32 mit Halbphasenmodulen 114–124 verbunden. Die Steuereinrichtung 30 ist durch eine geeignete Steuerung der Halbphasenmodule 114–124 dazu eingerichtet, einen Anlassinverter 104 zu steuern, um eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom auf dem Gleichstrombus 38 in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom umzuwandeln, um diesen den Wicklungen 108–112 des Drehstromgenerators 106 zuzuführen, so dass dieser der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 132 ein Drehmoment verleiht. In einer Abwandlung kann der Verbrennungsmotor 132 auf den Drehstromgenerator 106 ein Drehmoment ausüben, um dem Anlassinverter 104 eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom zuzuführen, um diesen in eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom auf dem Gleichstrombus 38 umzuwandeln. Danach lädt die Gleichspannung bzw. der Gleichstrom die zweite Energiespeichereinrichtung 76 wieder auf und/oder kann durch den bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 abwärtsgeregelt werden oder in eine andere Gleichspannung bzw. einen anderen Gleichstrom umgewandelt werden, der für eine Wiederaufladung der ersten Energiespeichereinrichtung 12 geeignet ist.
Wie in 2 gezeigt, ist das Ladesystem 78 mit dem Drehstromgenerator 106 verbunden. Es kommt jedoch auch in Betracht, dass das Ladesystem 78 alternativ, wie in 1 gezeigt, mit dem Elektromotor 60 verbunden werden kann. Dementsprechend ist die Steuereinrichtung 30 dazu eingerichtet, beispielsweise die Halbphasenmodule 114, 116 der Phase 126 zu steuern, um die an der Wicklung 108 des Drehstromgenerators 106 angelegte Ladespannung bzw. den durch diese fließenden La destrom aufwärts zu regeln. Die aufwärts oder abwärts geregelte Ladespannung wird an den Gleichstrombus 38 angelegt und wird genutzt, um die zweite Energiespeichereinrichtung 76, falls vorhanden, unmittelbar wiederaufzuladen, und um die erste Energiespeichereinrichtung 12 durch eine durch die Steuereinrichtung 30 veranlasste Abwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 14 wiederaufzuladen. Falls die zweite Energiespeichereinrichtung 76 nicht vorhanden ist, führt ein in dem Inverter 104 enthaltener (nicht gezeigter) Gleichspannungszwischenkreisfilterkondensator die Glättungsfunktion für den Gleichstrombus 38 durch, und die Wiederaufladung der ersten Energiespeichereinrichtung 12 kann durch die Steuereinrichtung 30 mittels der Abwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 14 durchgeführt werden. Dementsprechend kann ein hoher Leistungsfaktor für Konfigurationen erzielt werden, bei denen ein Gleichspannungspegel auf dem Gleichstrombus 38 höher ist, als die ausgegebene Scheitelspannung des Gleichrichters 86. Die Steuereinrichtung 30 kann ferner dazu eingerichtet sein, zusätzlich die Halbphasenmodule 118, 120 der Phase 128 und/oder die Halbphasenmodule 122, 124 der Phase 130 zu regeln/steuern, um den Anlassinverter 104 während des Ladevorgangs in einem Verschachtelungsmodus als einen Zwei- oder Dreiphasen-Aufwärtsregelungsschaltkreis zu betreiben, um die Welligkeit zu reduzieren. Darüber hinaus kann ein Ein-, Zwei- oder Dreiphasenbetrieb während des Ladevorgangs den Wirkungsgrad der Teillastladung maximieren.
3 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebssystems 134 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem 134 basiert auf dem Antriebssystem 102 von 2. Allerdings ist anhand des Antriebssystem 134 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, bei dem sich der Gleichrichter 86 außerhalb des Antriebssystems 134 befindet. Der externe Gleichrichter 86 ist über die Kontakte 90, 92, 96, 98 einer Anschlussdose 88 und den Stecker 94 mit dem Ladebus 80 verbunden. Auf diese Weise kann der Gleichrichter 86 in ein Modul integriert sein, das mit einer externen Wechselstromquelle 100 verbunden ist, die sich nicht an Bord des (nicht gezeigten) Fahrzeugs befindet.
Das Antriebssystem 134 enthält ferner ein Schütz 136, das beispielsweise zwischen Phasen 54, 56 des bidirektionalen DC-AC-Wechselrichters 40 mit dem Leiter 34 des Gleichstrombusses 38 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 30 dazu eingerichtet, Halbphasenmodule 42–48 so zu steuern, dass der bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 40 als ein Abwärts-/Aufwärtswandler arbeitet. D. h., die Steuereinrichtung 30 kann veranlassen, dass der bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 40 die Ladespannung bzw. den Ladestrom in Abhängigkeit von dem Wert der Ladespannung bzw. des Ladestroms abwärts oder aufwärts regelt. Falls beispielsweise die Ladespannung geringer ist als diejenige, die erforderlich ist, um die zweite Energiespeichereinrichtung 76, falls diese vorhanden ist, wiederaufzuladen, beispielsweise wenn die Ladespannung die Spannung auf dem Gleichstrombus 38 unterschreitet, veranlasst die Steuereinrichtung 30 den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40, die Ladespannung aufwärts zu regeln. Falls die Ladespannung größer ist als diejenige, die erforderlich ist, um die zweite Energiespeichereinrichtung 76, falls vorhanden, wiederaufzuladen, beispielsweise wenn die Ladespannung Spannung auf dem Gleichstrombus 38 überschreitet, veranlasst die Steuereinrichtung 30 den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 die Ladespannung abwärts zu regeln. Falls die Ladespannung geringer ist als diejenige, die erforderlich ist, um die zweite Energiespeichereinrichtung 76 wiederaufzuladen, veranlasst die Steuereinrichtung 30 den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 die Ladespannung aufwärts zu regeln. In einem Abwärtsregelungsmodus ist eine Diode 138 des Halbphasenmo duls 42 leitend, während die Steuereinrichtung 30 veranlasst, dass ein Schalter 140 des Halbphasenmoduls 46 Strom abwechselnd durch den Schalter 140 und eine Diode 142 des Halbphasenmoduls 48 fließen lässt. In einem Aufwärtsregelungsmodus, veranlasst die Steuereinrichtung 30, dass der Schalter 140 des Halbphasenmoduls 46 eingeschaltet bleibt, während abwechselnd veranlasst wird, dass Strom durch einen Schalter 144 des Halbphasenmoduls 44 und durch die Diode 138 des Halbphasenmoduls 42 fließt. Auf diese Weise wirken Wicklungen 64–66 als Induktoren. Da sich der bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 40 mittels der Steuereinrichtung 30 sowohl als ein Aufwärtswandler als auch ein Abwärtswandler betreiben lässt, kann die Ladespannung einen beliebigen Wert bis zu der Nennspannung des Halbleiters und zugeordneter passiver Komponenten aufweisen, während über den gesamten Ladespannungsschwingungsverlauf hinweg ein Leistungsfaktor von nahezu Eins aufrecht erhalten werden kann. Falls das Speichergerät 76 nicht vorhanden ist, hält ein in dem Gleichstrom-Wechselstrom-Inverter 40 enthaltener (nicht gezeigter) Eingangs-Gleichspannungszwischenkreisfilterkondensator oder Glättungskondensator die an den bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 angelegte Spannung des Gleichstrombusses 38, wie in 1 beschrieben, aufrecht, um die erste Energiespeichereinrichtung 12 aufzuladen.
4 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebssystems 146 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem 146 basiert auf dem Antriebssystem 134 von 3. Das Antriebssystem 146 umfasst jedoch anstelle eines mit einem Versorgungsnetz verbundenen Gleichrichter eine Gleichstromquelle bzw. einen Gleichstromverbraucher 148, die bzw. der unmittelbar mit dem Ladebus 80 über eine Anschlussdose 150 verbunden ist, die Kontakte 152, 154 aufweist, die dazu eingerichtet sind, zu einem Stecker 156 mit Kontakten 158, 160 zu passen. Die Steuereinrichtung 30 betätigt oder steuert den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 so, dass Ladespannungen oder Ströme, die an diesem anliegen bzw. durch diesen fließen, wie oben beschrieben, abwärts oder aufwärts geregelt werden. Die Gleichspannungsquelle 148 kann eine Ladespannungsquelle mit einer Maximalspannung bis zur Nennspannung der Halbleiter und zugeordneter passiver Komponenten.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Gleichstromquelle 148 ein Gleichstromverbraucher sein, beispielsweise ein Widerstand oder ein Gleichstrommotor, der es ermöglicht, die Energiespeichereinrichtung 12 und/oder die gegebenenfalls vorhandene Energiespeichereinrichtung 76 durch Betrieb des Aufwärtswandler 14 und der Steuereinrichtung 30 für einen Funktionstest oder eine Kalibrierung, oder für einen Betrieb der Gleichstromlast zu entladen.
5 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebssystems 162 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem 162 enthält ähnlich wie das Antriebssystem 102 von 2 erste und zweite bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 40, 104 und elektromechanische Vorrichtungen 60, 106. Allerdings ist der in 5 gezeigte bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 104 nicht, wie in 2 gezeigt, über den Gleichstrombus 38 mit dem bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 parallel geschaltet, sondern über einen zweiten Gleichstrombus 164 mit der ersten Energiespeichereinrichtung 12 parallel geschaltet. Dementsprechend wird eine von der externen Spannungsquelle 100 stammende Ladespannung mittels geeigneter Steuerung durch die Steuereinrichtung 30 durch den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 104 aufwärts geregelt. Die aufwärts geregelte Ladespannung bzw. der Ladestrom lädt die erste Energiespeichereinrichtung 12 unmittelbar wieder auf und lädt die gegebenenfalls vorhandene zweite Energiespeichereinrichtung 76 durch Aufwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungs wandlers 14 wieder auf. Die Steuereinrichtung 30 kann ferner dazu eingerichtet sein, zusätzlich die Halbphasenmodule 118, 120 von Phase 128 und/oder die Halbphasenmodule 122, 124 von Phase 130 zu regeln/steuern, um den Anlassinverter 104 während des Ladevorgangs in einem Verschachtelungsmodus als einen Zwei- oder Dreiphasen-Aufwärtsregelungsschaltkreis zu betreiben, um die Welligkeit zu reduzieren. Darüber hinaus kann der Ein-, Zwei- oder Dreiphasenbetrieb während des Ladevorgangs den Wirkungsgrad der Teillastladung maximieren. Die Steuereinrichtung 30 kann ferner dazu eingerichtet sein, zusätzlich Halbphasenmodule 114, 116 von Phase 126, Halbphasenmodule 118, 120 von Phase 128 und Halbphasenmodule 122, 124 von Phase 130 zu regeln/steuern, um den Anlassinverter 104 als einen Wechselstrom-Gleichstrom-Konverter zu betreiben, um der Energiespeichereinrichtung 12 eine geregelte/gesteuerte Ladespannung bereitzustellen, und um mittels Leistung aus dem den Drehstromgenerator 106 antreibenden Verbrennungsmotor 132 Leistung bereitzustellen, um das auf dem Gleichstrom-zu-Wechselstrom-Inverter 40 und der elektrischen Maschine 60 basierende Antriebssystem zu betreiben.
6 zeigt ein Antriebssystem 166 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem 166 enthält einen Schalter 168, der mit der Wicklung 64, dem Knoten 74 und dem Leiter 84 des Ladebusses 80 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 30 ist über eine oder mehrere entsprechenden Leitungen 32 mit dem Schalter 168 verbunden. In einem Lademodus veranlasst die Steuereinrichtung 30, dass der Schalter 168 die Wicklung 64 mit dem Leiter 84 verbindet. Auf diese Weise wird die von der externen Spannungsquelle 100, z. B. einem Wechselstromversorgungsnetz, stammende Ladespannung durch den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 aufwärts geregelt und genutzt, um die gegebenenfalls vorhandene zweite Energiespeichereinrichtung 76 unmittelbar wiederaufzuladen, und um die erste Energiespeichereinrichtung 12 durch Abwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 14 wiederaufzuladen. In einem Antriebsmodus ist die externe Spannungsquelle 100 von dem Antriebssystem 166 getrennt, und die Steuereinrichtung 30 steuert den Schalter 168, um die Wicklung 64 mit dem Knoten 74 zu verbinden. Auf diese Weise kann Energie von der ersten und/oder zweiten Energiespeichereinrichtung 12, 76 umgewandelt werden und der elektromechanischen Vorrichtung 60 zugeführt werden, um die Räder 62 anzutreiben.
Neben der Steuerung/Regelung der Halbphasenmodule 42–52, um die Ladespannung bzw. den Ladestrom aufwärts zu regeln, regelt/steuert die Steuereinrichtung 30 die Halbphasenmodule 42–52 geeignet, um eine Wechselstromladespannung bzw. einen Wechselstrom gleichzurichten. Dementsprechend kann auf einen Gleichrichter, z. B. den in 1 gezeigten Gleichrichter 86, verzichtet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung verwenden somit Inverter und Maschineninduktivitäten eines Antriebssteuerungssystems, um eine oder mehrere Energiespeichereinrichtungen des Antriebssteuerungssystems wiederaufzuladen. Auf diese Weise können die Inverter und Maschinen sowohl für den Fahrzeugantrieb als auch für das Wiederaufladen der Energiespeichereinrichtungen genutzt werden. Der Einsatz der Inverter und der Maschineninduktivitäten ermöglicht ein oberschwingungsarmes Laden der Energiespeichereinrichtungen mit einem hohen Leistungsfaktor.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält ein Antriebswechselrichterschaltkreis eine erste Energiespeichereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung auszugeben, einen ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter, der mit der ersten Energiespeichereinrichtung verbunden ist, und eine erste elektromechanische Vorrichtung. Die erste elektromechanische Vorrichtung enthält eine erste Anzahl von Leitern, die mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter verbunden sind, eine zweite Anzahl von miteinander verbundenen Leitern, und mehrere Wicklungen, die zwischen der ersten Anzahl von Leitern und der zweiten Anzahl von Leitern verbunden sind. Der Antriebskonverterschaltkreis enthält ferner einen Ladebus, der einen ersten Leiter aufweist, der mit der zweiten Anzahl von Leitern der ersten elektromechanischen Vorrichtung verbunden ist, wobei der Ladebus dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom zu der ersten elektromechanischen Vorrichtung zu übertragen, oder einen Ladestrom von dieser aufzunehmen, um die erste Energiespeichereinrichtung über die erste elektromechanische Vorrichtung und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter aufzuladen.
Gemäß noch einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gehören zu einem Verfahren die Schritte: Verbinden einer ersten Gleichstromenergiespeichereinrichtung mit einem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter, und Verbinden einer ersten elektromechanischen Vorrichtung mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter, wobei die erste elektromechanische Vorrichtung dazu eingerichtet ist, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und dazu eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt: Verbinden eines Leiters mit der ersten elektromechanischen Vorrichtung, wobei der Leiter dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom durch die erste elektromechanische Vorrichtung zu übertragen, um die erste Energiespeichereinrichtung über die erste elektromechanische Vorrichtung und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter aufzuladen.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, umfasst ein System eine Maschine, die dazu eingerichtet ist, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und die dazu eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Zu der Maschine gehören: mehrere Wicklungen, wobei jede Wicklung ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, eine Anzahl von ersten Leitern, wobei jeder der ersten Leiter mit einer entsprechenden Wicklung an ihrem ersten Ende verbunden ist, und eine Anzahl von zweiten Leitern, wobei jeder der zweiten Leiter mit einer entsprechenden Wicklung an ihrem zweiten Ende verbunden ist. Das System weist ferner einen Spannungswechselrichter auf, der dazu eingerichtet ist, Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umzuwandeln, und Gleichstromenergie in Wechselstromenergie umzuwandeln, wobei der Spannungswechselrichter über die Anzahl von ersten Leitern mit den mehreren Wicklungen verbunden ist. Eine erste Energiespeichereinrichtung ist mit dem Spannungswechselrichter verbunden, und ein Ladeleiter ist über die Anzahl von zweiten Leitern mit den mehreren Wicklungen verbunden, wobei der Ladeleiter dazu eingerichtet ist, Ladeenergie durch die Maschine zu übertragen, um die erste Energiespeichereinrichtung aufzuladen.
Während die Erfindung lediglich anhand einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben wurde, sollte es ohne weiteres klar sein, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu verkörpern, die jedoch dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Während vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es ferner selbstverständlich, dass Aspekte der Erfindung lediglich einige der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten können. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorausgehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.

Ein Antriebswechselrichterschaltkreis enthält eine erste Energiespeichereinrichtung 12, 76, die dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung auszugeben, einen ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40, 104, der mit der ersten Energiespeichereinrichtung 12, 76 verbunden ist, und eine erste elektromechanische Vorrichtung 60, 106. Die erste elektromechanische Vorrichtung 60, 106 enthält mehrere Wicklungen 64–68, 108–112, die mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40, 104 verbunden sind. Der Antriebswechselrichterschaltkreis enthält ferner einen Ladebus 80, der einen ersten Leiter 82 aufweist, der mit den mehreren Wicklungen 64–68, 108–112 der ersten elektromechanischen Vorrichtung 60, 106 verbunden ist, wobei der Ladebus 80 dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom zu der ersten elektromechanischen Vorrichtung 60, 106 zu übertragen, oder einen Ladestrom von dieser aufzunehmen, um die erste Energiespeichereinrichtung 12, 76 über die erste elektromechanische Vorrichtung 60, 106 und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40, 104 aufzuladen. BEZUGSZEICHENLISTE

10	Antriebssystem
12	erste Energiespeichereinrichtung
14	bidirektionaler Gleichspannungswandler
16	Induktor
18	Paar Schalter
20	Paar Schalter 18,
22	Paar Dioden
24	Paar Dioden 22,
26	entsprechendes Halbphasenmodul
28	entsprechendes Halbphasenmodul 26,
30	Steuereinrichtung
32	entsprechendes Paar Leitungen
34	Paar Leiter
36	Paar Leiter 34,
38	Gleichstrombus
40	bidirektionaler DC-AC-Wechselrichter
42	Halbphasenmodul
44	Halbphasenmodul
46	Halbphasenmodul
48	Halbphasenmodul
50	Halbphasenmodul
52	Halbphasenmodul
54	Phase
56	Phase
58	Phase
60	elektromechanische Vorrichtung
62	Räder
64	Wicklung
66	Wicklung
68	Wicklung
70	Leiter
72	Leiter
74	Knoten
76	zweite Energiespeichereinrichtung
78	Ladesystem
80	Ladebus
82	Paar Leiter
84	Paar Leiter 82,
86	Gleichrichter
88	Anschlussdose
90	Anschlussdose 88 mit Kontakten
92	Anschlussdose 88 mit Kontakten 90,
94	Stecker
96	Stecker 94 mit Kontakten
98	Stecker 94 mit Kontakten 96,
100	externe Spannungsquelle
102	Antriebssystem
104	bidirektionaler DC-AC-Wechselrichter
106	zweite elektromechanische Vorrichtung
108	Anzahl von Wicklungen
110	Anzahl von Wicklungen 108,
112	Anzahl von Wicklungen 108, 110, und
114	Halbphasenmodul
116	Halbphasenmodul
118	Halbphasenmodul
120	Halbphasenmodul
122	Halbphasenmodul
124	Halbphasenmodul
126	Phase
128	Phase
130	Phase
132	Verbrennungsmotor
134	Antriebssystem
136	Schütz
138	Diode
140	Schalter
142	Diode
144	Schalter
146	Antriebssystem
148	Gleichstromquelle oder -verbraucher(?)
150	Anschlussdose
152	Anschlussdose 150 mit Kontakten
154	Anschlussdose 150 mit Kontakten 152,
156	Stecker
158	Stecker 156 mit Kontakten
160	Stecker 156 mit Kontakten 158,
162	Antriebssystem
164	zweiter Gleichstrombus
166	Antriebssystem
168	Schalter

Claims

Antriebswechselrichterschaltkreis, zu dem gehören: eine erste Energiespeichereinrichtung (12, 76), die dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung auszugeben; ein erster bidirektionaler DC-AC-Wechselrichter (40, 104), der mit der ersten Energiespeichereinrichtung (12, 76) verbunden ist; eine erste elektromechanische Vorrichtung (60, 106), mit: mehreren Wicklungen (64–68, 108–112), die mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) verbunden sind; und ein Ladebus (80), der mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) verbunden ist und der einen ersten Leiter (82) aufweist, der mit den mehreren Wicklungen (64–68, 108–112) der ersten elektromechanischen Vorrichtung (60, 106) verbunden ist, wobei der Ladebus (80) dazu eingerichtet ist, zu der ersten elektromechanischen Vorrichtung (60, 106) eine Ladespannung zu übertragen oder von dieser eine Ladespannung aufzunehmen, um die erste Energiespeichereinrichtung (12, 76) über die erste elektromechanische Vorrichtung (60, 106) und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) aufzuladen.
Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 1, zu dem ferner gehören: ein bidirektionaler Gleichspannungswandler (14), der mit der Energiespeichereinrichtung (12, 76) verbunden ist; und ein Gleichstrombus (38, 164), der zwischen dem bidirektionalen Gleichspannungswandler (14) und dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) angeschlossen ist.
Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 2, der ferner eine zweite Energiespeichereinrichtung (12 76) umfasst, die mit dem Gleichstrombus (38) verbunden ist.
Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 3, wobei die zweite Energiespeichereinrichtung (76) eine höhere Spannung als die erste Energiespeichereinrichtung (12) aufweist.
Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 2, zu der ferner gehören: ein zweiter bidirektionaler DC-AC-Wechselrichter (40, 104), der mit dem bidirektionalen Gleichspannungswandler (14) verbunden ist; und eine zweite elektromechanische Vorrichtung (60, 106), mit: mehreren Wicklungen (64–68, 108–112), die mit dem zweitem bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) verbunden sind.
Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 5, wobei der zweite bidirektionale DC-AC-Wechselrichter (40, 104) eine Vielzahl von Vollphasenmodulen enthält, die mit dem Gleichstrombus (38) verbunden sind, wobei zu jedem Vollphasenmodul gehören: ein Paar Schalter; und ein Paar Dioden; und zusätzlich ein Schütz (136), das zwischen zwei der mehreren Vollphasenmodule mit dem Gleichstrombus (38) verbunden ist.
Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 6, der ferner eine Steuereinrichtung (30) umfasst, die mit dem zweiten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, basierend auf einem Pegel der Ladespannung den Betrieb des zweiten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichters (40, 104) entweder in einem Aufwärtsregelungsmodus oder in einem Abwärtsregelungsmodus zu steuern, um einen Leistungsfaktor des Antriebswechselrichterschaltkreises dem Wert Eins anzunähern.
Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 7, wobei der Ladebus (38) dazu eingerichtet ist, die Ladespannung von einer Wechselstromquelle (100) aufzunehmen.
Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 6, der ferner eine Steuereinrichtung (30) umfasst, die mit dem zweiten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, basierend auf einem Pegel der Ladespannung den Betrieb des zweiten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichters (40, 104) (80) entweder in einem Aufwärtsregelungsmodus oder in einem Abwärtsregelungsmodus zu steuern, wobei der Ladebus (80) dazu eingerichtet ist, die Ladespannung von einer Gleichstromquelle (148) aufzunehmen.
Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 6, wobei das Paar Schalter auf mindestens einem der Elemente aus der folgenden Gruppe basiert: Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBTs), Feldeffekttransistoren (FETs), Me talloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), bipolare Sperrschichttransistoren (BJTs) und/oder mittels Metalloxid-Halbleiter gesteuerte Thyristoren (MCTs).