DE102009044281A1 - Vorrichtung zum Übertragen von Energie mittels Leistungselektronik und Maschineninduktivität, und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents
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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.
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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
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1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Antriebssystem10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem10 enthält eine erste Energiespeichereinrichtung12 . In einem Ausführungsbeispiel ist die erste Energiespeichereinrichtung12 eine Niederspannung verwendende Energiespeichereinrichtung, und sie kann auf einem Akkumulator, einer Brennstoffzelle, einer Ultrakapazität oder dergleichen basieren. Die erste Energiespeichereinrichtung12 ist mit einem bidirektionalen Gleichspannungswandler14 verbunden, der dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung in eine andere Gleichspannung umzuwandeln. Der bidirektionale Gleichspannungswandler14 enthält einen Induktor16 , der mit einem Paar Schaltern18 ,20 verbunden ist, und der mit einem Paar Dioden22 ,24 verbunden ist. Jeder Schalter18 ,20 ist mit einer entsprechenden Diode22 ,24 verbunden, und jedes Schalter-/Diodenpaar bildet ein entsprechendes Halbphasenmodul26 ,28 . Die Schalter18 ,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 Steuereinrichtung30 , die über ein entsprechendes Paar Leitungen32 mit den Schaltern18 ,20 verbunden ist. Die Steuereinrichtung30 ist durch eine geeignete Steuerung der Schalter18 und20 dazu eingerichtet, den bidirektionalen Gleichspannungswandler14 zu steuern, um eine Spannung der ersten Energiespeichereinrichtung12 auf eine höhere Spannung aufwärts zu regeln, und um die höhere Spannung an ein Paar Leiter34 ,36 eines Gleichstrombusses38 auszugeben, der mit dem bidirektionalen Gleichspannungswandler14 verbunden ist. Die Steuereinrichtung30 ist außerdem dazu eingerichtet, die Schalter18 und20 des bidirektionalen Gleichspannungswandlers14 zu steuern, um eine von dem Gleichstrombus38 ausgegebene Spannung abwärts zu regeln, und die abwärts geregelte Spannung an die erste Energiespeichereinrichtung12 auszugeben. - Das Antriebssystem
10 enthält einen bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 , der mit dem Gleichstrombus38 verbunden ist. Der bidirektionale DC-AC-Wechselrichter40 enthält sechs Halbphasenmodule42 ,44 ,46 ,48 ,50 und52 , die paarweise verbunden sind, um drei Phasen54 ,56 und58 zu erzeugen. Jede Phase54 ,56 ,58 ist mit den Leitern34 und36 des Gleichstrombusses38 verbunden. Eine elektromechanische Vorrichtung oder Maschine60 ist mit dem bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 verbunden. In einem Ausführungsbeispiel ist die elektromechanische Vorrichtung60 ein Antriebsmotor, der mechanisch mit einem oder mehreren Antriebsrädern oder -achsen62 eines (nicht gezeigten) Fahrzeugs verbunden ist. Die elektromechanische Vorrichtung60 enthält mehrere Wicklungen64 ,66 und68 mit einer Anzahl von Leitern70 , die mit entsprechenden Phasen54 ,56 ,58 des bidirektionalen DC-AC-Wechselrichters40 verbunden sind. Die Wicklungen64 –68 weisen außerdem eine Anzahl von Leitern72 auf, die miteinander verbunden sind, um einen Knoten74 zu bilden. - Die Steuereinrichtung
30 ist über entsprechende Leitungen32 mit den Halbphasenmodulen42 –52 verbunden. Die Steuereinrichtung30 ist durch eine geeignete Steuerung des Halbphasenmoduls42 –52 dazu eingerichtet, den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 zu steuern, um eine auf dem Gleichstrombus vorhandene38 Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom umzuwandeln, um diese/n über die Leiter70 an die Wicklungen64 –68 auszugeben. Dementsprechend kann die Gleichspannung bzw. der Gleichstrom aus der ersten Energiespeichereinrichtung12 durch den bidirektionalen Gleichspannungswandler14 auf eine höhere Gleichspannung bzw. Gleichstrom hochgespannt werden, die/der anschließend in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom umgewandelt wird und dem Elektromotor60 zugeführt wird, um die Räder62 anzutreiben. In anderen, nicht für Fahrzeuge eingesetzten Antriebssystemen kann an die Stelle der Antriebsräder62 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 Vorrichtung60 als ein Generator betrieben werden, um die Räder62 zu bremsen, und um an den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom auszugeben, um diese/n in eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom auf dem Gleichstrombus38 umzuwandeln. Danach kann die Gleichspannung bzw. ein Gleichstrom durch den bidirektionalen Gleichspannungswandler14 in eine andere Gleichspannung bzw. Gleichstrom abwärtsgeregelt oder umgewandelt werden, die/der für ein Wiederaufladen der ersten Energiespeichereinrichtung12 geeignet ist. - In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine (in Phantomdarstellung gezeigte) zweite Energiespeichereinrichtung
76 mit dem Gleichstrombus38 verbunden sein, um den Antriebsrädern62 zusätzliche Leistung zu liefern. Die zweite Energiespeichereinrichtung76 kann dazu eingerichtet sein, eine höhere Leistung als die erste Energiespeichereinrichtung12 zu liefern, um beispielsweise während Beschleunigungsperioden des Fahrzeugs Energie bereitzustellen. Die erste Energiespeichereinrichtung12 kann dazu eingerichtet sein, eine höhere Energie als eine zweite Energiespeichereinrichtung76 bereit zustellen, um dem Fahrzeug über längere Zeit Leistung zu liefern, um dessen Reichweite zu steigern. Die dem Gleichstrombus38 durch die zweite Energiespeichereinrichtung76 zugeführte Energie kann ebenfalls durch den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 umgewandelt und der elektromechanischen Antriebsvorrichtung60 zugeführt werden. In ähnlicher Weise kann Energie, die während eines regenerativen Bremsmodus erzeugt wird, ebenfalls genutzt werden, um die zweite Energiespeichereinrichtung76 durch den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 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 Energiespeichereinrichtungen12 ,76 nachzuladen oder wiederzuaufladen. Dementsprechend zeigt1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Ladesystem78 , das mit dem Antriebssystem10 für die Wiederaufladung der Energiespeichereinrichtungen12 ,76 verbunden ist, so dass Komponenten des Antriebssystems10 für den doppelten Zweck genutzt werden können, sowohl die Energiespeichereinrichtungen12 ,76 aufzuladen als auch Energie aus den Energiespeichereinrichtungen12 ,76 in Energie umzuwandeln, die für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden kann. - Das Ladesystem
78 enthält einen Ladebus80 mit einem Paar Leitern82 ,84 . Wie in1 gezeigt, ist der Leiter82 mit dem Knoten74 verbunden, und der Leiter84 ist mit dem Leiter36 des Gleichstrombusses38 verbunden. Das Ladesystem78 umfasst einen Gleichrichter86 , der mit dem Ladebus80 verbunden ist, und der mit einer Anschlussdose88 verbunden ist, die Kontakte90 ,92 aufweist, die dazu eingerichtet sind, zu einem Stecker94 zu passen, der Kontakte96 ,98 einer externen Span nungsquelle100 aufweist. In einem Ausführungsbeispiel wird in Erwägung gezogen, dass die externe Spannungsquelle100 eine Wechselstromquelle ist, und dass eine, zwei oder drei Phasen der externen Spannungsquelle100 genutzt werden können, und dass die externe Spannungsquelle100 beispielsweise eine Leistung von 120 VAC oder 240 VAC liefern kann. In einer Konfiguration, die mit Blick auf den Betrieb anhand einer externen Drehstromquelle100 konstruiert ist, kann der Gleichrichter86 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 Spannungsquelle100 eine Gleichstromquelle ist. Die Verbindung der Gleichstromquelle100 mit dem Ladebus80 über den Gleichrichter86 gewährleistet, dass die an den Ladebus80 angelegte Ladespannung die richtige Polarität aufweist, falls die Gleichstromquelle100 mit der umgekehrten Polarität an dem Gleichrichter86 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 Kontakte90 ,92 ,96 ,98 mit dem Ladesystem78 verbunden ist, ist die Steuereinrichtung30 dazu eingerichtet, beispielsweise die Halbphasenmodule42 ,44 der Phase54 zu steuern, um die an die Wicklung64 der elektromechanischen Vorrichtung60 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 Spannungsquelle100 eingegeben Leiterspannungen, die mit vorgegebenen Nennspannung der Elemente des Antriebssystems10 konsistent sind, einen Betrieb des Antriebssystems10 mit ei nem hohen Leistungsfaktor von nahezu Eins. Die aufwärts oder abwärts geregelte Ladespannung wird an den, Gleichstrombus38 angelegt und wird genutzt, um die zweite Energiespeichereinrichtung76 , falls vorhanden, unmittelbar wiederaufzuladen, und um die erste Energiespeichereinrichtung12 durch eine durch die Steuereinrichtung30 durchgeführte Abwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers14 wiederaufzuladen. Die Steuereinrichtung30 kann ferner dazu eingerichtet sein, zusätzlich die Halbphasenmodule46 ,48 der Phase56 und/oder die Halbphasenmodule50 ,52 der Phase58 zu regeln/steuern, um den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 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 Antriebssystems102 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Übereinstimmende Elemente und Komponenten der Antriebssysteme10 und102 werden soweit angemessen mit Bezug auf dieselben Bezugszeichen erörtert.3 –6 erläutert ebenfalls übereinstimmende Komponenten mit Bezug auf dieselben Bezugszeichen. Das Antriebssystem102 enthält einen zweiten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter104 , der mit einer zweiten elektromechanischen Vorrichtung106 verbunden ist, die mehrere Wicklungen108 ,110 und112 aufweist. Der zweite bidirektionale DC-AC-Wechselrichter104 enthält sechs Halbphasenmodule114 ,116 ,118 ,120 ,122 und124 , die paarweise ausgelegt sind, um drei Phasen126 ,128 und130 zu erzeugen. Jede Phase126 ,128 ,130 ist mit den Leitern34 und36 des Gleichstrombusses38 verbunden. - In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektromechanische Vorrichtung
60 ein Antriebsmotor, der mit Rädern62 verbunden ist, und die elektromechanische Vorrichtung106 ist ein Drehstromgenerator, der mit einem Verbrennungsmotor132 mechanisch verbunden ist. Die Steuereinrichtung30 ist über entsprechende Leitungen32 mit Halbphasenmodulen114 –124 verbunden. Die Steuereinrichtung30 ist durch eine geeignete Steuerung der Halbphasenmodule114 –124 dazu eingerichtet, einen Anlassinverter104 zu steuern, um eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom auf dem Gleichstrombus38 in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom umzuwandeln, um diesen den Wicklungen108 –112 des Drehstromgenerators106 zuzuführen, so dass dieser der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors132 ein Drehmoment verleiht. In einer Abwandlung kann der Verbrennungsmotor132 auf den Drehstromgenerator106 ein Drehmoment ausüben, um dem Anlassinverter104 eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom zuzuführen, um diesen in eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom auf dem Gleichstrombus38 umzuwandeln. Danach lädt die Gleichspannung bzw. der Gleichstrom die zweite Energiespeichereinrichtung76 wieder auf und/oder kann durch den bidirektionalen Gleichspannungswandler14 abwärtsgeregelt werden oder in eine andere Gleichspannung bzw. einen anderen Gleichstrom umgewandelt werden, der für eine Wiederaufladung der ersten Energiespeichereinrichtung12 geeignet ist. - Wie in
2 gezeigt, ist das Ladesystem78 mit dem Drehstromgenerator106 verbunden. Es kommt jedoch auch in Betracht, dass das Ladesystem78 alternativ, wie in1 gezeigt, mit dem Elektromotor60 verbunden werden kann. Dementsprechend ist die Steuereinrichtung30 dazu eingerichtet, beispielsweise die Halbphasenmodule114 ,116 der Phase126 zu steuern, um die an der Wicklung108 des Drehstromgenerators106 angelegte Ladespannung bzw. den durch diese fließenden La destrom aufwärts zu regeln. Die aufwärts oder abwärts geregelte Ladespannung wird an den Gleichstrombus38 angelegt und wird genutzt, um die zweite Energiespeichereinrichtung76 , falls vorhanden, unmittelbar wiederaufzuladen, und um die erste Energiespeichereinrichtung12 durch eine durch die Steuereinrichtung30 veranlasste Abwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers14 wiederaufzuladen. Falls die zweite Energiespeichereinrichtung76 nicht vorhanden ist, führt ein in dem Inverter104 enthaltener (nicht gezeigter) Gleichspannungszwischenkreisfilterkondensator die Glättungsfunktion für den Gleichstrombus38 durch, und die Wiederaufladung der ersten Energiespeichereinrichtung12 kann durch die Steuereinrichtung30 mittels der Abwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers14 durchgeführt werden. Dementsprechend kann ein hoher Leistungsfaktor für Konfigurationen erzielt werden, bei denen ein Gleichspannungspegel auf dem Gleichstrombus38 höher ist, als die ausgegebene Scheitelspannung des Gleichrichters86 . Die Steuereinrichtung30 kann ferner dazu eingerichtet sein, zusätzlich die Halbphasenmodule118 ,120 der Phase128 und/oder die Halbphasenmodule122 ,124 der Phase130 zu regeln/steuern, um den Anlassinverter104 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 Antriebssystems134 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem134 basiert auf dem Antriebssystem102 von2 . Allerdings ist anhand des Antriebssystem134 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, bei dem sich der Gleichrichter86 außerhalb des Antriebssystems134 befindet. Der externe Gleichrichter86 ist über die Kontakte90 ,92 ,96 ,98 einer Anschlussdose88 und den Stecker94 mit dem Ladebus80 verbunden. Auf diese Weise kann der Gleichrichter86 in ein Modul integriert sein, das mit einer externen Wechselstromquelle100 verbunden ist, die sich nicht an Bord des (nicht gezeigten) Fahrzeugs befindet. - Das Antriebssystem
134 enthält ferner ein Schütz136 , das beispielsweise zwischen Phasen54 ,56 des bidirektionalen DC-AC-Wechselrichters40 mit dem Leiter34 des Gleichstrombusses38 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung30 dazu eingerichtet, Halbphasenmodule42 –48 so zu steuern, dass der bidirektionale DC-AC-Wechselrichter40 als ein Abwärts-/Aufwärtswandler arbeitet. D. h., die Steuereinrichtung30 kann veranlassen, dass der bidirektionale DC-AC-Wechselrichter40 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 Energiespeichereinrichtung76 , falls diese vorhanden ist, wiederaufzuladen, beispielsweise wenn die Ladespannung die Spannung auf dem Gleichstrombus38 unterschreitet, veranlasst die Steuereinrichtung30 den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 , die Ladespannung aufwärts zu regeln. Falls die Ladespannung größer ist als diejenige, die erforderlich ist, um die zweite Energiespeichereinrichtung76 , falls vorhanden, wiederaufzuladen, beispielsweise wenn die Ladespannung Spannung auf dem Gleichstrombus38 überschreitet, veranlasst die Steuereinrichtung30 den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 die Ladespannung abwärts zu regeln. Falls die Ladespannung geringer ist als diejenige, die erforderlich ist, um die zweite Energiespeichereinrichtung76 wiederaufzuladen, veranlasst die Steuereinrichtung30 den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 die Ladespannung aufwärts zu regeln. In einem Abwärtsregelungsmodus ist eine Diode138 des Halbphasenmo duls42 leitend, während die Steuereinrichtung30 veranlasst, dass ein Schalter140 des Halbphasenmoduls46 Strom abwechselnd durch den Schalter140 und eine Diode142 des Halbphasenmoduls48 fließen lässt. In einem Aufwärtsregelungsmodus, veranlasst die Steuereinrichtung30 , dass der Schalter140 des Halbphasenmoduls46 eingeschaltet bleibt, während abwechselnd veranlasst wird, dass Strom durch einen Schalter144 des Halbphasenmoduls44 und durch die Diode138 des Halbphasenmoduls42 fließt. Auf diese Weise wirken Wicklungen64 –66 als Induktoren. Da sich der bidirektionale DC-AC-Wechselrichter40 mittels der Steuereinrichtung30 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 Speichergerät76 nicht vorhanden ist, hält ein in dem Gleichstrom-Wechselstrom-Inverter40 enthaltener (nicht gezeigter) Eingangs-Gleichspannungszwischenkreisfilterkondensator oder Glättungskondensator die an den bidirektionalen Gleichspannungswandler14 angelegte Spannung des Gleichstrombusses38 , wie in1 beschrieben, aufrecht, um die erste Energiespeichereinrichtung12 aufzuladen. -
4 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebssystems146 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem146 basiert auf dem Antriebssystem134 von3 . Das Antriebssystem146 umfasst jedoch anstelle eines mit einem Versorgungsnetz verbundenen Gleichrichter eine Gleichstromquelle bzw. einen Gleichstromverbraucher148 , die bzw. der unmittelbar mit dem Ladebus80 über eine Anschlussdose150 verbunden ist, die Kontakte152 ,154 aufweist, die dazu eingerichtet sind, zu einem Stecker156 mit Kontakten158 ,160 zu passen. Die Steuereinrichtung30 betätigt oder steuert den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 so, dass Ladespannungen oder Ströme, die an diesem anliegen bzw. durch diesen fließen, wie oben beschrieben, abwärts oder aufwärts geregelt werden. Die Gleichspannungsquelle148 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 Energiespeichereinrichtung12 und/oder die gegebenenfalls vorhandene Energiespeichereinrichtung76 durch Betrieb des Aufwärtswandler14 und der Steuereinrichtung30 für einen Funktionstest oder eine Kalibrierung, oder für einen Betrieb der Gleichstromlast zu entladen. -
5 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebssystems162 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem162 enthält ähnlich wie das Antriebssystem102 von2 erste und zweite bidirektionale DC-AC-Wechselrichter40 ,104 und elektromechanische Vorrichtungen60 ,106 . Allerdings ist der in5 gezeigte bidirektionale DC-AC-Wechselrichter104 nicht, wie in2 gezeigt, über den Gleichstrombus38 mit dem bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 parallel geschaltet, sondern über einen zweiten Gleichstrombus164 mit der ersten Energiespeichereinrichtung12 parallel geschaltet. Dementsprechend wird eine von der externen Spannungsquelle100 stammende Ladespannung mittels geeigneter Steuerung durch die Steuereinrichtung30 durch den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter104 aufwärts geregelt. Die aufwärts geregelte Ladespannung bzw. der Ladestrom lädt die erste Energiespeichereinrichtung12 unmittelbar wieder auf und lädt die gegebenenfalls vorhandene zweite Energiespeichereinrichtung76 durch Aufwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungs wandlers14 wieder auf. Die Steuereinrichtung30 kann ferner dazu eingerichtet sein, zusätzlich die Halbphasenmodule118 ,120 von Phase128 und/oder die Halbphasenmodule122 ,124 von Phase130 zu regeln/steuern, um den Anlassinverter104 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 Steuereinrichtung30 kann ferner dazu eingerichtet sein, zusätzlich Halbphasenmodule114 ,116 von Phase126 , Halbphasenmodule118 ,120 von Phase128 und Halbphasenmodule122 ,124 von Phase130 zu regeln/steuern, um den Anlassinverter104 als einen Wechselstrom-Gleichstrom-Konverter zu betreiben, um der Energiespeichereinrichtung12 eine geregelte/gesteuerte Ladespannung bereitzustellen, und um mittels Leistung aus dem den Drehstromgenerator106 antreibenden Verbrennungsmotor132 Leistung bereitzustellen, um das auf dem Gleichstrom-zu-Wechselstrom-Inverter40 und der elektrischen Maschine60 basierende Antriebssystem zu betreiben. -
6 zeigt ein Antriebssystem166 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem166 enthält einen Schalter168 , der mit der Wicklung64 , dem Knoten74 und dem Leiter84 des Ladebusses80 verbunden ist. Die Steuereinrichtung30 ist über eine oder mehrere entsprechenden Leitungen32 mit dem Schalter168 verbunden. In einem Lademodus veranlasst die Steuereinrichtung30 , dass der Schalter168 die Wicklung64 mit dem Leiter84 verbindet. Auf diese Weise wird die von der externen Spannungsquelle100 , z. B. einem Wechselstromversorgungsnetz, stammende Ladespannung durch den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 aufwärts geregelt und genutzt, um die gegebenenfalls vorhandene zweite Energiespeichereinrichtung76 unmittelbar wiederaufzuladen, und um die erste Energiespeichereinrichtung12 durch Abwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers14 wiederaufzuladen. In einem Antriebsmodus ist die externe Spannungsquelle100 von dem Antriebssystem166 getrennt, und die Steuereinrichtung30 steuert den Schalter168 , um die Wicklung64 mit dem Knoten74 zu verbinden. Auf diese Weise kann Energie von der ersten und/oder zweiten Energiespeichereinrichtung12 ,76 umgewandelt werden und der elektromechanischen Vorrichtung60 zugeführt werden, um die Räder62 anzutreiben. - Neben der Steuerung/Regelung der Halbphasenmodule
42 –52 , um die Ladespannung bzw. den Ladestrom aufwärts zu regeln, regelt/steuert die Steuereinrichtung30 die Halbphasenmodule42 –52 geeignet, um eine Wechselstromladespannung bzw. einen Wechselstrom gleichzurichten. Dementsprechend kann auf einen Gleichrichter, z. B. den in1 gezeigten Gleichrichter86 , 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-Wechselrichter40 ,104 , der mit der ersten Energiespeichereinrichtung12 ,76 verbunden ist, und eine erste elektromechanische Vorrichtung60 ,106 . Die erste elektromechanische Vorrichtung60 ,106 enthält mehrere Wicklungen64 –68 ,108 –112 , die mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 ,104 verbunden sind. Der Antriebswechselrichterschaltkreis enthält ferner einen Ladebus80 , der einen ersten Leiter82 aufweist, der mit den mehreren Wicklungen64 –68 ,108 –112 der ersten elektromechanischen Vorrichtung60 ,106 verbunden ist, wobei der Ladebus80 dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom zu der ersten elektromechanischen Vorrichtung60 ,106 zu übertragen, oder einen Ladestrom von dieser aufzunehmen, um die erste Energiespeichereinrichtung12 ,76 über die erste elektromechanische Vorrichtung60 ,106 und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter40 ,104 aufzuladen. BEZUGSZEICHENLISTE10 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 Kontakten92 Anschlussdose 88 mit Kontakten90 ,94 Stecker 96 Stecker 94 mit Kontakten98 Stecker 94 mit Kontakten96 ,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 , und114 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 Kontakten154 Anschlussdose 150 mit Kontakten152 ,156 Stecker 158 Stecker 156 mit Kontakten160 Stecker 156 mit Kontakten158 ,162 Antriebssystem 164 zweiter Gleichstrombus 166 Antriebssystem 168 Schalter
Claims (10)
- 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).
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