DE102017212836A1 - Inverter-charger circuit topology with at least two B6 bridges connected in parallel - Google Patents

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Abstract

Inverter-Lader-Schaltungstopologie (100, 200, 500, 600) mit mindestens zwei parallel geschalteten B6-Brücken (120,140, 160), an welche die sechs Phasen mindestens einer elektrischen Maschine (EM_Y) anschliessbar sind. Jeweils drei Phasen (PH_X) der mindestens einen elektrischen Maschine (EM_Y) sind sternförmig verschaltet. Weiter werden zwei Ladeanschlüsse LA_1, LA_2 bereitgestellt, an die eine Ladeenergiequelle anschliessbar ist.Inverter-charger circuit topology (100, 200, 500, 600) with at least two parallel-connected B6 bridges (120, 140, 160) to which the six phases of at least one electrical machine (EM_Y) can be connected. Each three phases (PH_X) of the at least one electric machine (EM_Y) are connected in a star-shaped manner. Furthermore, two charging connections LA_1, LA_2 are provided, to which a charging energy source can be connected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit mindestens zwei parallel geschalteten B6-Brücken und ein Verfahren zum Betrieb einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie. Ferner betrifft die Erfindung ein Inverterladessystem, einen elektrischen Antriebsstrang mit einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie sowie ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.The invention relates to an inverter-loader circuit topology having at least two B6 bridges connected in parallel and a method for operating an inverter-loader circuit topology. Furthermore, the invention relates to an inverter charging system, an electric drive train with an inverter-loader circuit topology and a computer program and a machine-readable storage medium.

Stand der TechnikState of the art

Vollständig oder zumindest teilweise elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, wie zum Beispiel Hybrid- und Elektrofahrzeuge, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Gleichzeitig steigt auch der Wunsch nach höheren Reichweiten und Leistungen der elektrisch angetriebenen Fahrzeuge. In diesem Zusammenhang gewinnt auch die Ladetechnik für Elektrofahrzeuge zunehmend an Bedeutung. Typischerweise werden in heutigen Elektrofahrzeugen konduktive Ladekonzepte eingesetzt, die autarke und räumlich von der Antriebselektronik getrennte Einheiten darstellen. Darüber hinaus sind auch bereits kontaktlose, in der Regel induktive, Ladekonzepte bekannt. Diese Ladekonzepte werden typischerweise ebenfalls als Stand-Alone-Systeme realisiert.Fully or at least partially electrically powered vehicles, such as hybrid and electric vehicles, are becoming increasingly important. At the same time, the desire for higher ranges and performance of electric vehicles is increasing. In this context, the charging technology for electric vehicles is becoming increasingly important. Typically, in today's electric vehicles conductive charging concepts are used, which represent autonomous and spatially separated from the drive electronics units. In addition, contactless, usually inductive, charging concepts are already known. These charging concepts are also typically realized as stand-alone systems.

Aufgrund wachsender Batteriekapazitäten und dem Streben nach immer kürzeren Ladezeiten ist es wünschenswert, dass die übertragene Energiemenge pro Zeiteinheit im Ladebetrieb sich der im Fahrbetrieb entnommenen Energiemenge aus der Traktionsbatterie annähert, oder diese sogar übersteigt. Dabei müssen die bei dem Ladevorgang beteiligten Bauteile für entsprechend große Ströme ausgelegt werden. Das Aufladen der elektrischen Energiespeicher in einem Elektrofahrzeug erfolgt dabei in der Regel mittels der durch ein Wechselspannungsnetz bereitgestellten elektrischen Energie.Due to increasing battery capacity and the pursuit of ever shorter charging times, it is desirable that the amount of energy transferred per unit time in the charging mode, the energy taken during driving approaching from the traction battery, or even exceeds. The components involved in the charging process must be designed for correspondingly large currents. The charging of the electrical energy storage in an electric vehicle is usually carried out by means of the provided by an AC voltage electrical energy.

Aus der WO 2016 / 050392 A1 ist eine kostengünstige und effiziente Ladeschaltung für einen elektrischen Energiespeicher zum Aufladen bekannt, wobei für das Aufladen und Entladen des elektrischen Energiespeichers werden gemeinsame Bauteile eingesetzt. Auf diese Weise wird eine flexible Schaltungsanordnung mit einer geringen Anzahl von Bauelementen ermöglicht.From the WO 2016/050392 A1 is a cost and efficient charging circuit for an electrical energy storage for charging known, being used for charging and discharging the electrical energy storage common components. In this way, a flexible circuit arrangement with a small number of components is made possible.

Weiter besteht Bedarf für effiziente Ladeschaltungen für elektrische Systeme zur Speisung von Verbrauchern, beispielsweise elektrische Maschinen, welche mehr als drei elektrische Phasen aufweisen.There is also a need for efficient charging circuits for electrical systems for supplying consumers, for example electrical machines having more than three electrical phases.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Im Folgenden wird eine Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit mindestens zwei parallel geschalteten B6-Brücken beschrieben, mit der es möglich ist, einerseits eine Batterie zu laden und andererseits mindestens eine elektrische Maschine zu betreiben. Insbesondere kann in einem Rückspeisemodus Energie aus der Batterie zurück in eine Ladeenergiequelle zurückgespeist werden oder eine andere Batterie geladen werden. Die hierzu anzuschließende mindestens eine elektrische Maschine ist entweder als eine mindestens sechsphasige Maschine ausgeführt mit jeweils mindestens zwei dreiphasigen sternförmig verschalteten Systemen oder als mindestens zwei dreiphasige sternförmig verschaltete Maschinen ausgeführt. Die mindestens zwei dreiphasigen Maschinen können beispielsweise in separaten Gehäusen oder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann folglich an Stelle einer sechsphasigen Maschine beispielsweise eine neunphasige elektrische Maschine mit drei Sternpunkten eingesetzt werden, wobei dann eine entsprechend angepasste Inverter-Lader-Schaltungstopologie zu verwenden ist. Die neunphasige elektrische Maschine kann wiederum durch drei dreiphasige Maschinen, die in einem gemeinsamen oder separaten Gehäusen angeordnet sein können, ersetzt werden.In the following, an inverter-charger circuit topology is described with at least two B6 bridges connected in parallel, with which it is possible, on the one hand, to charge a battery and, on the other hand, to operate at least one electrical machine. In particular, in a regenerative mode, energy from the battery may be fed back into a charging energy source or another battery charged. The at least one electrical machine to be connected for this purpose is designed either as an at least six-phase machine with at least two three-phase star-connected systems or as at least two three-phase star-connected machines. The at least two three-phase machines can be arranged, for example, in separate housings or in a common housing. In a further embodiment, therefore, instead of a six-phase machine, for example, a three-phase three-phase electric machine can be used, in which case a correspondingly adapted inverter-loader circuit topology is to be used. The nine-phase electric machine can in turn be replaced by three three-phase machines, which can be arranged in a common or separate housings.

Es wird eine Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit mindestens zwei parallel geschalteten B6-Brücken bereitgestellt. Eine B6-Brücke umfasst mindestens drei parallelgeschaltete Halbbrücken. Eine Halbbrücke umfasst eine Reihenschaltung zweier Schaltelemente. Die Reihenschaltung der zwei Schaltelemente ist zwischen einen ersten Potentialanschluss und einen zweiten Potentialanschluss geschaltet. Weiter umfasst die Halbbrücke einen Mittenanschluss zwischen den zwei Schaltelementen zum Anschluss einer Phase einer elektrischen Maschine. Jeweils drei Phasen der mindestens einen elektrischen Maschine sind sternförmig verschaltet. Jeweils mindestens eine der drei Phasen umfasst zwischen dem Mittenanschluss und einer Phase der elektrischen Maschine einen Ladeanschluss. Der erste und der zweite Potentialanschluss sind zum Anschluss der Batteriepole einer Batterie eingerichtet. Und der mindestens erste und zweite Ladeanschluss sind zum Anschluss einer Ladeenergiequelle eingerichtet.An inverter-charger circuit topology is provided with at least two B6 bridges connected in parallel. A B6 bridge comprises at least three parallel half-bridges. A half-bridge comprises a series connection of two switching elements. The series connection of the two switching elements is connected between a first potential terminal and a second potential terminal. Furthermore, the half-bridge comprises a center connection between the two switching elements for connection of a phase of an electrical machine. Each three phases of the at least one electric machine are connected in a star shape. At least one of the three phases comprises a charging connection between the center connection and a phase of the electrical machine. The first and the second potential connection are designed to connect the battery poles of a battery. And the at least first and second charging ports are adapted to connect a charging power source.

Somit wird eine Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit mindestens zwei parallel geschalteten B6-Brücken bereitgestellt. Insbesondere umfasst die Inverter-Lader-Schaltungstopologie die Ladeanschlüsse. Die Ladeanschlüsse bilden die Anschlusspunkte für die anschließbare Ladeenergiequelle aus und stellen über die anschließbare elektrische Maschine die elektrische Verbindung über die B6-Brücken zu der anzuschließenden Batterie her. Für den Betrieb von dreiphasigen elektrischen Maschinen ist der Einsatz einer B6-Brücke zum Bestromen der drei Phasen der elektrischen Maschine bekannt. Hierzu umfasst eine B6-Brücke mindestens drei parallelgeschaltete Halbbrücken. Diese Halbbrücken umfassen je eine Reihenschaltung zweier Schaltelemente. Jede Reihenschaltung der zwei Schaltelemente ist einerseits mit einem ersten Potentialanschluss und andererseits mit einem zweiten Potentialanschluss elektrisch verbunden. Die Reihenschaltungen sind somit parallel geschaltet. Jede Halbbrücke umfasst einen Mittenanschluss zwischen den zwei Schaltelementen der Reihenschaltung zum Anschluss einer Phase einer elektrischen Maschine. Es ergeben sich somit mindestens sechs Mittenanschlüsse zum Anschluss je einer Phase mindestens einer anzuschließenden elektrischen Maschine. Je nach Schalterstellung der zwei Schaltelemente kann somit der Mittenanschluss wahlweise mit dem ersten Potentialanschluss oder mit dem zweiten Potentialanschluss verbunden werden. So kann ein Stromfluss durch eine an den Mittenanschluss angeschlossene Phase einer elektrischen Maschine ermöglicht werden. Jeweils drei Phasen der mindestens einen anzuschließenden elektrischen Maschine sind sternförmig verschaltet.Thus, an inverter-charger circuit topology is provided with at least two B6 bridges connected in parallel. In particular, the inverter-charger circuit topology includes the charging terminals. The charging connections form the connection points for the connectable charging energy source and, via the connectable electrical machine, establish the electrical connection via the B6 bridges to the battery to be connected. For the Operation of three-phase electric machines is the use of a B6 bridge for energizing the three phases of the electric machine known. For this purpose, a B6 bridge comprises at least three parallel-connected half-bridges. These half bridges each include a series connection of two switching elements. Each series connection of the two switching elements is electrically connected on the one hand to a first potential terminal and on the other hand to a second potential terminal. The series circuits are thus connected in parallel. Each half-bridge comprises a center connection between the two switching elements of the series circuit for connecting a phase of an electrical machine. This results in at least six center connections for connecting one phase at least one electrical machine to be connected. Depending on the switch position of the two switching elements, the center connection can thus be selectively connected to the first potential connection or to the second potential connection. Thus, a current flow through a connected to the center connection phase of an electric machine can be made possible. Each three phases of the at least one electrical machine to be connected are connected in a star shape.

Mindestens an einer der drei Phasen ist zwischen dem Mittenanschluss und einer Phase der elektrischen Maschine ein Ladeanschluss vorgesehen. Diese Ladeanschlüsse sind derart ausgestaltet und/ oder aus der elektrischen Maschine oder dem Inverter-Lader herausgeführt, dass eine Kontaktierung oder elektrische Verbindung mit den Anschlüssen einer Ladeenergiequelle ermöglicht wird. Der erste und der zweite Potentialanschluss sind zum Anschluss der Batteriepole einer Batterie eingerichtet. Und der mindestens erste und zweite Ladeanschluss sind zum Anschluss einer Ladeenergiequelle eingerichtet. Sowohl die Ladeanschlüsse als auch die Potentialanschlüsse sind insbesondere derart ausgestaltet, beispielsweise innerhalb oder außerhalb des Gehäuses der elektrischen Maschine oder des Inverter-Laders oder eines gemeinsamen Gehäuses, sodass eine elektrische Verbindung zur Ladeenergiequelle oder Batterie mittels bekannter Stecker oder anderer Verbindungsmittel möglich ist. Vorteilhaft wird eine Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit mindestens zwei parallel geschalteten B6-Brücken bereitgestellt, die den Anschluss einer Batterie und den Anschluss und Betrieb mindestens einer elektrischen Maschine mit zwei dreiphasigen Wicklungen oder mindestens zweier dreiphasiger elektrischen Maschinen ermöglicht und den Anschluss einer Ladeenergiequelle und das Laden mittels der Ladeenergiequelle ermöglicht. Vorteilhaft wird eine besonders einfache, robuste Topologie bereitgestellt, die ein Laden der Batterie mit wenig zusätzlichen beziehungsweise modifizierten Teilen und entsprechend wenig zusätzlich benötigtem Bauraum ermöglicht.At least one of the three phases, a charging connection is provided between the center connection and a phase of the electrical machine. These charging connections are designed and / or led out of the electrical machine or the inverter charger such that a contacting or electrical connection to the terminals of a charging energy source is made possible. The first and the second potential connection are designed to connect the battery poles of a battery. And the at least first and second charging ports are adapted to connect a charging power source. Both the charging connections and the potential connections are configured in particular in such a way, for example inside or outside the housing of the electrical machine or the inverter charger or a common housing, so that an electrical connection to the charging energy source or battery by means of known plugs or other connecting means is possible. Advantageously, an inverter-charger circuit topology is provided with at least two B6 bridges connected in parallel, which allows the connection of a battery and the connection and operation of at least one electric machine with two three-phase windings or at least two three-phase electrical machines and the connection of a charging energy source and the Charging by means of the charging power source allows. Advantageously, a particularly simple, robust topology is provided, which makes it possible to charge the battery with little additional or modified parts and correspondingly little additionally required installation space.

Insbesondere ist wenigstens ein Schaltelement z. B. ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated-Gate Bipolar-Transistor (IGBT)) oder ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOS-FET)). IGBTs sowie auch MOSFETs sind Leistungselektronikbauteile, die auch hohe Ströme von mehreren Ampere zuverlässig schalten können.In particular, at least one switching element z. B. an insulated gate bipolar transistor (Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)) or a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOS-FET)). IGBTs as well as MOSFETs are power electronics components that can reliably switch high currents of several amperes.

Insbesondere ist die elektrische Maschine ein elektrischer Traktionsmotor. Elektrische Traktionsmotoren werden als Antriebsaggregate in Fahrzeugen eingesetzt. Es kann auch eine Kombination aus Traktionsmotoren und anderen elektrischen Maschinen wie Generatoren, Lichtmaschinen, Anlassern und der gleichen zum Einsatz kommen.In particular, the electric machine is an electric traction motor. Electric traction motors are used as drive units in vehicles. It can also be a combination of traction motors and other electrical machines such as generators, alternators, starters and the like used.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die anzuschließende Batterie zwischen den zwei parallel geschalteten B6 Brücken anzuschließen. Jeweils die Halbbrücke der zwei parallel geschalteten B6-Brücken, die zwischen dem Mittenanschluss und einer Phase der elektrischen Maschine einen Ladeanschluss umfasst, ist an jeweils einem von der anzuschließenden Batterie entferntesten Zweig der Parallelschaltung angeordnet und mittels je einem ersten Trennschalter mit dem ersten Potentialanschluss schaltbar elektrisch verbunden und mit je einem zweiten Trennschalter mit dem zweiten Potentialanschluss schaltbar elektrisch verbunden.In another embodiment of the invention, the battery to be connected is to be connected between the two B6 bridges connected in parallel. In each case, the half-bridge of the two B6 bridges connected in parallel, which comprises a charging connection between the center connection and a phase of the electrical machine, is arranged on each branch of the parallel circuit remote from the battery to be connected and electrically switchable by means of a respective first disconnector to the first potential connection connected and electrically connected with a second circuit breaker switchable to the second potential terminal.

Bei einer Variante der Inverter-Lader-Schaltungstopologie ist die anzuschließende Batterie zwischen den zwei parallel geschalteten B6 Brücken anzuschließen. Jeweils eine Halbbrücke der zwei parallel geschalteten B6-Brücken, die zwischen dem Mittenanschluss und einer Phase der elektrischen Maschine einen Ladeanschluss umfasst, wird jeweils an einem von der anzuschließenden Batterie entferntesten Zweig oder der von der anzuschließenden Batterie jeweils entferntesten Halbbrücke der Parallelschaltung der B6 Brücken und der dazwischen angeordneten Batterie angeordnet. Diese Halbbrücken sind jeweils mittels je einem ersten Trennschalter mit dem ersten Potentialanschluss schaltbar elektrisch verbunden und mit je einem zweiten Trennschalter mit dem zweiten Potentialanschluss schaltbar elektrisch verbunden. Die Trennschalter verbinden in einem ersten Schaltzustand den ersten oder zweiten Potentialanschluss mit einem Schaltelement der Halbbrücke und trennen diese Verbindung in einem zweitem Schaltzustand. Vorteilhaft wird eine Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit mindestens zwei parallel geschalteten B6-Brücken bereitgestellt, die den Anschluss einer Batterie und den Anschluss und Betrieb mindestens einer elektrischen Maschine mit zwei dreiphasigen Wicklungen oder mindestens zweier dreiphasiger elektrischen Maschinen ermöglicht und den Anschluss einer Ladeenergiequelle und das Laden mittels der Ladeenergiequelle ermöglicht. Insbesondere für den Inverterbetrieb oder Fahrbetrieb werden die ersten und zweiten Trennschalter geschlossen. Insbesondere für den Ladebetrieb werden die ersten und zweiten Trennschalter geöffnet. Der Ladestrom fließt somit vorteilhaft jeweils über die drei Induktivitäten der drei Phasen der anzuschließenden elektrischen Maschine zur Batterie. Vorteilhaft wird eine besonders einfache, robuste Topologie bereitgestellt, die ein Laden der Batterie mit wenig zusätzlichen beziehungsweise modifizierten Teilen und entsprechend wenig zusätzlich benötigtem Bauraum ermöglicht.In a variant of the inverter-charger circuit topology, the battery to be connected must be connected between the two parallel B6 bridges. In each case, a half-bridge of the two B6 bridges connected in parallel, which includes a charging connection between the center connection and a phase of the electrical machine, is in each case connected to a branch remote from the battery to be connected or to the half-bridge of the parallel connection of the B6 bridges, which is the most remote from the battery to be connected arranged the interposed battery. These half bridges are each electrically connected by means of a respective first disconnect switch to the first potential terminal and are electrically connected to a second disconnect switch with the second potential terminal. The circuit breakers connect in a first switching state, the first or second potential terminal to a switching element of the half-bridge and separate this connection in a second switching state. Advantageously, an inverter-loader circuit topology is provided with at least two B6 bridges connected in parallel, which comprise the connection of a battery and the connection and operation of at least one electric machine with two three-phase windings or allows at least two three-phase electrical machines and allows the connection of a charging power source and charging by means of the charging power source. In particular, for the inverter operation or driving operation, the first and second disconnectors are closed. In particular, for the charging operation, the first and second disconnectors are opened. The charging current thus flows advantageously over the three inductances of the three phases of the electrical machine to be connected to the battery. Advantageously, a particularly simple, robust topology is provided, which makes it possible to charge the battery with little additional or modified parts and correspondingly little additionally required installation space.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Inverter-Lader-Schaltungstopologie zum Anschluss einer zweiphasigen Ladeenergiequelle eingerichtet.In another embodiment of the invention, the inverter-charger circuit topology is arranged to connect a two-phase charging energy source.

Die Inverter-Lader-Schaltungstopologie ist bevorzugt zum Anschluss einer zweiphasigen Ladeenergiequelle eingerichtet. Bei einer, insbesondere anzuschließenden, zweiphasigen Ladeenergiequelle ist ein direkter Anschluss je einer Phase der Ladeenergiequelle an den mindestens ersten und zweiten Ladeanschluss möglich. Aufgrund der sich im Strompfad zwischen Ladeenergiequelle und Batterie befindlichen Induktivitäten oder Wicklungen der elektrischen Maschine besteht die Möglichkeit mittels angepasstem Taktverhältnis der Betätigung der Schaltelemente der Halbbrücken die Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie hochzusetzen. Vorteilhaft wird eine Topologie für einen einfachen Betrieb der Inverter-Lader-Schaltungstopologie bereitgestellt, wobei ein Hochsetzen der Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie ermöglicht wird.The inverter-charger circuit topology is preferably configured to connect a two-phase charging energy source. In one, in particular to be connected, two-phase charging energy source direct connection of each phase of the charging power source to the at least first and second charging port is possible. Due to the inductances or windings of the electric machine located in the current path between the charging energy source and the battery, it is possible to increase the voltage of the charging energy source for charging the battery by means of an adapted clock ratio of the actuation of the switching elements of the half bridges. Advantageously, a topology is provided for easy operation of the inverter-charger circuit topology, enabling boosting the voltage of the charging energy source to charge the battery.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Inverter-Lader-Schaltungstopologie zum Anschluss einer Gleichstrom-Ladeenergiequelle eingerichtet.In another embodiment of the invention, the inverter-charger circuit topology is arranged to connect a DC charging energy source.

Die Inverter-Lader-Schaltungstopologie ist bevorzugt zum Anschluss einer Gleichstrom-Ladeenergiequelle eingerichtet. Bei einer, insbesondere anzuschließenden, Gleichstrom-Ladeenergiequelle ist ein direkter Anschluss je einer Phase der Ladeenergiequelle an den mindestens ersten und zweiten Ladeanschluss möglich. So ist ein direkter Anschluss je einer Phase der Ladeenergiequelle an den mindestens ersten und zweiten Ladeanschluss möglich. Aufgrund der sich im Strompfad zwischen Ladeenergiequelle und Batterie befindlichen Induktivitäten oder Wicklungen der elektrischen Maschine besteht die Möglichkeit mittels angepasstem Taktverhältnis der Betätigung der Schaltelemente der Halbbrücken die Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie hochzusetzen. Vorteilhaft wird eine Topologie für einen einfachen Betrieb der Inverter-Lader-Schaltungstopologie bereitgestellt, wobei ein Hochsetzen der Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie ermöglicht wird.The inverter-charger circuit topology is preferably configured to connect a DC charging energy source. In one, in particular to be connected, DC charging power source, a direct connection of each phase of the charging power source to the at least first and second charging port is possible. Thus, a direct connection of each phase of the charging power source to the at least first and second charging port is possible. Due to the inductances or windings of the electric machine located in the current path between the charging energy source and the battery, it is possible to increase the voltage of the charging energy source for charging the battery by means of an adapted clock ratio of the actuation of the switching elements of the half bridges. Advantageously, a topology is provided for easy operation of the inverter-charger circuit topology, enabling boosting the voltage of the charging energy source to charge the battery.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen die anzuschließende Ladeenergiequelle und den ersten und den zweiten Ladeanschluss ein Tiefsetzsteller geschaltet.In another embodiment of the invention, a step-down converter is connected between the charging energy source to be connected and the first and the second charging connection.

Zwischen die, insbesondere anzuschließende, Ladeenergiequelle und den ersten und den zweiten Ladeanschluss ist bevorzugt ein Tiefsetzsteller geschaltet. Ein Tiefsetzsteller besteht aus einem ansteuerbaren Schaltelement, welches einerseits an den ersten Ladeanschluss angeschlossen ist und andererseits als Anschlusskontakt zum Anschluss eines ersten Anschlusses der Ladeenergiequelle eingerichtet ist. Weiter umfasst der Tiefsetzsteller eine Diode, welche einerseits mit dem ersten Ladeanschluss und andererseits mit dem zweiten Ladeanschluss verbunden ist. Die anzuschließende Ladeenergiequelle wird einerseits über den Anschlusskontakt mit dem ansteuerbaren Schaltelement und andererseits über den zweiten Ladeanschluss mit der Inverter-Lader-Schaltungstopologie verbunden. Die Diode ist derart ausgerichtet, dass die Diode bei geschlossenem ansteuerbaren Schaltelement den Strom vom dem ersten zum zweiten Anschluss der Ladeenergiequelle sperrt. Durch Ansteuern des ansteuerbaren Schaltelementes mit angepasstem Taktverhältnis wird die Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie tiefgesetzt. Vorteilhaft wird eine ergänzende Topologie für einen einfachen Betrieb der Inverter-Lader-Schaltungstopologie bereitgestellt, wobei ein Tiefsetzen der Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie ermöglicht wird.Between the, in particular to be connected, charging power source and the first and the second charging port, a buck converter is preferably connected. A step-down converter comprises a controllable switching element, which is connected on the one hand to the first charging connection and, on the other hand, is set up as a connection contact for connecting a first connection of the charging energy source. Furthermore, the buck converter comprises a diode, which is connected on the one hand to the first charging port and on the other hand to the second charging port. The charging energy source to be connected is connected on the one hand via the terminal contact with the controllable switching element and on the other hand via the second charging connection to the inverter-charger circuit topology. The diode is oriented such that the diode blocks the current from the first to the second terminal of the charging energy source when the controllable switching element is closed. By driving the controllable switching element with an adjusted duty cycle, the voltage of the charging power source for charging the battery is lowered. Advantageously, a supplemental topology is provided for easy operation of the inverter-charger circuit topology, allowing for a lowering of the voltage of the charging energy source for charging the battery.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Inverter-Lader-Schaltungstopologie zum Anschluss einer dreiphasigen Ladeenergiequelle eingerichtet.In another embodiment of the invention, the inverter-charger circuit topology is arranged to connect a three-phase charging energy source.

Bei der Verwendung einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit drei parallel geschalteten B6-Brücken wird neben dem ersten und dem zweiten Ladeanschluss ein dritter Ladeanschluss ausgebildet. Die, insbesondere anzuschließende, Ladeenergiequelle ist bevorzugt dreiphasig. So ist ein direkter Anschluss je einer Phase der Ladeenergiequelle an den mindestens ersten und zweiten und dritten Ladeanschluss möglich. Aufgrund der sich im Strompfad zwischen Ladeenergiequelle und Batterie befindlichen Induktivitäten oder Wicklungen der elektrischen Maschine besteht die Möglichkeit mittels angepasstem Taktverhältnis der Betätigung der Schaltelemente der Halbbrücken die Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie hochzusetzen. Vorteilhaft wird eine Möglichkeit für einen einfachen Betrieb der Inverter-Lader-Schaltungstopologie bereitgestellt, wobei ein Hochsetzen der Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie ermöglicht wird.When using an inverter-charger circuit topology with three B6 bridges connected in parallel, a third charging port is formed adjacent the first and second charging ports. The, in particular to be connected, charging energy source is preferably three-phase. Thus, a direct connection of each phase of the charging power source to the at least first and second and third charging port is possible. Due to the inductances or windings of the electric machine located in the current path between the charging energy source and the battery, it is possible to increase the voltage of the charging energy source for charging the battery by means of an adapted clock ratio of the actuation of the switching elements of the half bridges. Advantageously, there is provided a facility for easy operation of the inverter-charger circuit topology, enabling the voltage of the charging energy source to be boosted to charge the battery.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Inverter-Lader-Schaltungstopologie zum Anschluss einer Wechselstrom-Ladeenergiequelle eingerichtet.In another embodiment of the invention, the inverter-charger circuit topology is arranged to connect an AC charging energy source.

Die Inverter-Lader-Schaltungstopologie ist bevorzugt zum Anschluss einer Wechselstrom-Ladeenergiequelle eingerichtet. Bei einer, insbesondere anzuschließenden, Wechselstrom-Ladeenergiequelle ist ein direkter Anschluss je einer Phase der Ladeenergiequelle an den mindestens ersten und zweiten Ladeanschluss, beziehungsweise dritten Ladeanschluss möglich. Aufgrund der sich im Strompfad zwischen Ladeenergiequelle und Batterie befindlichen Induktivitäten oder Wicklungen der elektrischen Maschine besteht die Möglichkeit mittels angepasstem Taktverhältnis der Betätigung der Schaltelemente der Halbbrücken die Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie hochzusetzen. Vorteilhaft wird eine Möglichkeit für einen einfachen Betrieb der Inverter-Lader-Schaltungstopologie bereitgestellt, wobei ein Hochsetzen der Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie ermöglicht wird.The inverter-charger circuit topology is preferably configured to connect an AC charging energy source. In one, in particular to be connected, AC charging power source is a direct connection of each phase of the charging power source to the at least first and second charging port, or third charging port possible. Due to the inductances or windings of the electric machine located in the current path between the charging energy source and the battery, it is possible to increase the voltage of the charging energy source for charging the battery by means of an adapted clock ratio of the actuation of the switching elements of the half bridges. Advantageously, there is provided a facility for easy operation of the inverter-charger circuit topology, enabling the voltage of the charging energy source to be boosted to charge the battery.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen die anzuschließende Ladeenergiequelle und die Ladeanschlüsse ein gepulster Gleichrichter geschaltet.In another embodiment of the invention, a pulsed rectifier is connected between the charging energy source to be connected and the charging terminals.

Zwischen die, insbesondere anzuschließende, Ladeenergiequelle und den ersten und den zweiten Ladeanschluss ist bevorzugt ein zwei- oder dreiphasiger gepulster Gleichrichter geschaltet, je nachdem ob eine zweiphasige oder dreiphasige Wechselstrom-Ladeenergiequelle angeschlossen wird. Ein gepulster Gleichrichter besteht je Phase der anzuschließenden Ladeenergiequelle aus einer Reihenschaltung einer ersten Diode, eines ersten Schaltelementes, einem Mittenabgriff zum Anschluss einer Phase der Ladeenergiequelle, einer zweiten Diode und eines zweiten Schaltelementes. Die Reihenschaltungen und eine weitere Diode werden parallel geschaltet. Die Diode und die parallel geschalteten Reihenschaltungen sind einerseits mit dem ersten und andererseits mit dem zweiten Ladeanschluss verbunden. Die Dioden sind alle derart ausgerichtet, dass sie, auch bei geschlossenen Schaltelementen des gepulsten Gleichrichters, einen Strom von dem ersten Ladeanschluss zum zweiten Ladeanschluss sperren. Bei angeschlossener Ladeenergiequelle wird durch Ansteuern der Schaltelemente des gepulsten Gleichrichters mit angepasstem Taktverhältnis die Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie tiefgesetzt. Vorteilhaft wird eine ergänzende Topologie für einen einfachen Betrieb der Inverter-Lader-Schaltungstopologie bereitgestellt, wobei ein Tiefsetzen der Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie ermöglicht wird.Between the, in particular to be connected, charging power source and the first and the second charging port, a two- or three-phase pulsed rectifier is preferably connected, depending on whether a two-phase or three-phase AC charging power source is connected. A pulsed rectifier consists per phase of the charging energy source to be connected from a series circuit of a first diode, a first switching element, a center tap for connecting a phase of the charging power source, a second diode and a second switching element. The series connections and a further diode are connected in parallel. The diode and the parallel-connected series circuits are connected on the one hand to the first and on the other hand to the second charging connection. The diodes are all aligned so that they block a current from the first charging port to the second charging port, even with closed switching elements of the pulsed rectifier. With the charging power source connected, by driving the switching elements of the pulsed rectifier with the duty ratio adjusted, the voltage of the charging power source for charging the battery is lowered. Advantageously, a supplemental topology is provided for easy operation of the inverter-charger circuit topology, allowing for a lowering of the voltage of the charging energy source for charging the battery.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Inverter-Lader-Schaltungstopologie zum Anschluss einer dreiphasigen Wechselstrom-Ladeenergiequelle eingerichtet. Die Inverter-Lader-Schaltungstopologie umfasst dazu neben den zwei B6-Brücken eine parallelgeschaltete weitere Halbbrücke. Die weitere Halbbrücke umfasst eine Reihenschaltung zweier Schaltelemente. Die Reihenschaltung der zwei Schaltelemente ist zwischen den ersten Potentialanschluss und den zweiten Potentialanschluss geschaltet. Die weitere Halbbrücke umfasst einen Mittenanschluss zwischen den zwei Schaltelementen zum Anschließen einer Spule zwischen der weiteren Halbbrücke und einer der drei Phasen der dreiphasigen Ladeenergiequelle.In another embodiment of the invention, the inverter-charger circuit topology is arranged to connect a three-phase AC charging energy source. In addition to the two B6 bridges, the inverter-charger circuit topology includes a parallel further half-bridge. The further half-bridge comprises a series connection of two switching elements. The series connection of the two switching elements is connected between the first potential terminal and the second potential terminal. The further half-bridge comprises a center connection between the two switching elements for connecting a coil between the further half-bridge and one of the three phases of the three-phase charging energy source.

Zum Anschluss einer dreiphasigen Ladeenergiequelle kann bevorzugt zu den zwei B6-Brücken eine weitere Halbbrücke parallel geschaltet werden, deren Aufbau dem der Halbbrücken aus den B6-Brücken entspricht. Statt der angeschlossenen sternförmig geschalteten drei Phasen einer elektrischen Maschine ist am Mittenabgriff eine Spule anschließbar, die vergleichbar der induktiven Wirkung der Wicklung einer elektrischen Maschine wirkt. Die andere Seite der Spule ist als dritter Ladeanschluss für den Anschluss einer Phase einer Ladeenergiequelle ausgestaltet. Vorteilhaft wird eine ergänzende Topologie für einen einfachen Betrieb der Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit einer dreiphasigen Ladeenergiequelle bereitgestellt, wobei keine dritte B6-Brücke benötigt wird. Ein Hochsetzen der Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie wird ermöglicht.For connecting a three-phase charging energy source, it is possible to connect in parallel to the two B6 bridges a further half-bridge whose construction corresponds to that of the half-bridges from the B6 bridges. Instead of the connected star-shaped three phases of an electrical machine, a coil can be connected to the center tap, which is comparable to the inductive effect of the winding of an electrical machine. The other side of the coil is designed as a third charging connection for the connection of a phase of a charging energy source. Advantageously, a supplemental topology is provided for easy operation of the inverter-charger circuit topology with a three-phase charging energy source, wherein no third B6 bridge is needed. Increasing the voltage of the charging power source for charging the battery is enabled.

Ferner betrifft die Erfindung ein Inverterladesystem mit einer wie bisher beschriebenen Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit einer angeschlossenen Batterie und/ oder einer Ladeenergiequelle.Furthermore, the invention relates to an inverter charging system with a previously described inverter-charger circuit topology with a connected battery and / or a charging power source.

Es wird ein Inverterladesystem bereitgestellt, welches eine Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit einer angeschlossenen Batterie und/ oder einer Ladeenergiequelle umfasst. Vorteilhaft wird ein System bereitgestellt, welches das Laden einer Batterie und das Betreiben einer anzuschließenden elektrischen Maschine ermöglicht.An inverter charging system is provided that includes an inverter-charger circuit topology with a connected battery and / or a charging power source. Advantageously, a system is provided which allows the charging of a battery and the operation of an electrical machine to be connected.

Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Antriebsstrang mit einer wie bisher beschriebenen Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit mindestens einer angeschlossenen elektrischen Maschine, einer angeschlossenen Batterie und/ oder einer Ladeenergiequelle.Furthermore, the invention relates to an electric drive train with a previously described inverter-charger circuit topology with at least one connected electrical Machine, a connected battery and / or a charging power source.

Es wird ein elektrischer Antriebsstrang bereitgestellt, welcher eine Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit mindestens einer angeschlossenen elektrischen Maschine, einer angeschlossenen Batterie und/ oder einer Ladeenergiequelle umfasst. Vorteilhaft wird ein elektrischer Antriebsstrang System bereitgestellt, welcher das Laden einer Batterie und das Betreiben einer elektrischen Maschine ermöglicht.An electric powertrain is provided that includes an inverter-charger circuit topology with at least one connected electrical machine, a connected battery, and / or a charging power source. Advantageously, an electric drive train system is provided, which allows the loading of a battery and the operation of an electrical machine.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten: Ansteuern der Schaltelemente der Halbbrücken für den Betrieb einer angeschlossenen Maschine; Ansteuern der Schaltelemente der Halbbrücken für das Laden einer angeschlossenen Batterie. Bei der Ansteuerung der Schaltelemente der Halbbrücken für das Laden der angeschlossenen Batterie wird die Spannung der Ladeenergiequelle in Abhängigkeit der für das Laden der Batterie benötigten Spannung hochgesetzt.Furthermore, the invention relates to a method for operating an inverter-loader-circuit topology according to one of the preceding claims, comprising the steps of: driving the switching elements of the half-bridges for the operation of a connected machine; Driving the switching elements of the half-bridges for charging a connected battery. When driving the switching elements of the half-bridges for charging the connected battery, the voltage of the charging power source is set in response to the voltage required for charging the battery.

Es wird ein Verfahren bereitgestellt für den Betrieb einer wie bisher beschriebenen Inverter-Lader-Schaltungstopologie. Dabei werden die Schaltelemente derart angesteuert, dass eine elektrische Energie einer angeschlossenen Batterie für den Betrieb der elektrischen Maschine zu der elektrischen Maschine transportiert wird. Weiter werden die Schaltelemente derart angesteuert, dass eine elektrische Energie einer Ladeenergiequelle zu der Batterie transportiert wird. Dabei werden die Schaltelemente so angesteuert, dass die Spannung der Ladeenergiequelle in Abhängigkeit der für das Laden der Batterie benötigten Spannung hochgesetzt wird. Insbesondere wird die Spannung der Ladeenergiequelle in Abhängigkeit der für das Laden der Batterie benötigten Spannung tiefgesetzt falls entsprechende Topologien vorhanden sind, die ein Tiefsetzen ermöglichen, beispielsweise ein Tiefsetzsteller oder ein gepulster Gleichrichter. Insbesondere werden bei der Ansteuerung der Schaltelemente der Halbbrücken für das Laden der angeschlossenen Batterie in Abhängigkeit der für das Laden der Batterie benötigten elektrischen Energie die Phasenlage der Ladeströme berücksichtigt und mittels gezielter Beeinflussung der Ansteuerung die Rückwirkungen in Richtung der Ladeenergiequelle minimiert. Insbesondere ein Netzfilter oder entsprechende PFC-Einrichtungen zur Power Factor Correction werden folglich nicht benötigt. Vorteilhaft wird ein Verfahren zur Ansteuerung einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie bereitgestellt.A method is provided for operating an inverter-loader circuit topology as previously described. In this case, the switching elements are driven such that an electrical energy of a connected battery for the operation of the electric machine is transported to the electric machine. Further, the switching elements are driven so that an electric energy of a charging power source is transported to the battery. In this case, the switching elements are driven so that the voltage of the charging energy source is set in response to the voltage required for charging the battery. In particular, the voltage of the charging energy source is lowered depending on the voltage required for charging the battery if appropriate topologies are available that allow a step down, such as a buck converter or a pulsed rectifier. In particular, when controlling the switching elements of the half-bridges for charging the connected battery as a function of the required for charging the battery electrical energy, the phase position of the charging currents are taken into account and minimizes the repercussions in the direction of the charging energy source by selectively influencing the control. In particular, a line filter or corresponding PFC devices for power factor correction are therefore not required. Advantageously, a method is provided for driving an inverter-charger circuit topology.

Insbesondere zum Laden der Batterie mittels einer Ladeenergiequelle, können die Low-Side-Schalter, also die Schaltelemente SL_X, in einem Aussetzmodus (interleave mode) oder einem Gleichschaltmodus (simultane mode) betrieben werden. Nachfolgend wird das Schalten der Low-Side-Schalter der ersten B6-Brücke erläutert, die mit dem ersten Anschluss der Ladeenergiequelle verbunden ist, wobei nachfolgend angenommen ist, dass an dem ersten Anschluss der Ladeenergiequelle eine positive Spannung anliegt. Im Falle einer Wechselstromquelle muss die Schaltung der Low-Side-Schalter beim Wechsel des Vorzeichens der anliegenden Spannung dementsprechend wie zuvor bei der jeweils anderen B6-Brücke erfolgen. Im Aussetzmodus (interleave mode) ist zu einer Zeit immer nur ein Low-Side-Schalter geschlossen, sie werden zeitlich nacheinander in den geschlossenen Zustand versetzt. So wird jeder Schalter mit einem Drittel der Schaltfrequenz und entsprechend mit einem maximalen Drittel Tastverhältnis (duty cycle) angesteuert. Im Gleichschaltmodus werden alle drei Low-Side-Schalter, die mit dem ersten Anschluss der Ladeenergiequelle verbunden sind, gleichzeitig geschlossen und gleichzeitig geöffnet. Somit fließt ein Strom in der technischen Stromrichtung über alle High-Side-Schalter, also die Schaltelemente SH_X, welche mit dem ersten Anschluss der Ladeenergiequelle verbunden sind, immer dann, wenn die Low-Side-Schalter geschlossen sind. Im Gleichschaltmodus wird die Batterie daher mit einem gepulsten Ladestrom über die High-Side-Schalter aufgeladen, wobei die Stromstärke zwischen Null Ampere und einem Maximalwert springt. Die Spannung der Batterie steigt dabei nicht gleichmäßig, sondern nur bei jedem Strompuls an. Im Aussetzmodus wird die Batterie mit einem gleichmäßigeren Ladestrom über die High-Side-Schalter aufgeladen, wobei die Stromstärke unter bestimmten Bedingungen nicht auf Null Ampere abfällt. Die Spannung der Batterie steigt dabei gleichmäßiger an.In particular for charging the battery by means of a charging energy source, the low-side switches, that is to say the switching elements SL_X, can be operated in an interleave mode or a simultaneous mode. Hereinafter, the switching of the low-side switch of the first B6 bridge is explained, which is connected to the first terminal of the charging power source, which is assumed below, that is applied to the first terminal of the charging power source, a positive voltage. In the case of an AC power source, the switching of the low-side switches must be carried out accordingly when changing the sign of the applied voltage as before with the other B6 bridge. In interleave mode, only one low-side switch is closed at a time; they are put into closed state one after the other. Thus each switch is driven with one third of the switching frequency and correspondingly with a maximum third duty cycle. In the same mode, all three low-side switches connected to the first terminal of the charging energy source are simultaneously closed and opened simultaneously. Thus, a current in the technical current direction flows through all high-side switches, that is, the switching elements SH_X, which are connected to the first terminal of the charging power source, whenever the low-side switches are closed. In DC mode, therefore, the battery is charged with a pulsed charge current through the high-side switches, with the current jumping between zero amps and a maximum value. The voltage of the battery does not increase evenly, but only at each current pulse. In suspend mode, the battery is charged with a more uniform charge current through the high-side switches, and under certain conditions the current does not drop to zero amps. The voltage of the battery increases evenly.

Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, das beschriebene Verfahren auszuführen.Furthermore, the invention relates to a computer program which is set up to carry out the described method.

Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.Furthermore, the invention relates to a machine-readable storage medium on which the computer program described is stored.

Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Inverter-Lader-Schaltungstopologie entsprechend auf das Verfahren bzw. das Inverterladesystem oder den Antriebsstrang und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind.It should be understood that the features, characteristics, and advantages of the inverter-charger circuit topology apply to the process or inverter charging system or powertrain and vice versa.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Figurenlistelist of figures

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit zwei parallel geschalteten B6-Brücken
  • 2 eine schematische Darstellung einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit drei parallel geschalteten B6-Brücken
  • 3 eine schematische Darstellung einer alternativen Inverter-Lader-Schaltungstopologie mit zwei parallel geschalteten B6-Brücken
  • 4 eine schematische Darstellung einer anschließbaren zweiphasigen Ladeenergiequelle
  • 5 eine schematische Darstellung einer anschließbaren zweiphasigen Gleichstrom-Ladeenergiequelle,
  • 6 eine schematische Darstellung einer anschließbaren zweiphasigen Gleichstrom-Ladeenergiequelle mit einem an die Inverter-Lader-Schaltungstopologie angeschlossenen Tiefsetzsteller,
  • 7 eine schematische Darstellung einer anschließbaren dreiphasigen Ladeenergiequelle
  • 8 eine schematische Darstellung einer anschließbaren zweiphasigen Wechselstrom-Ladeenergiequelle,
  • 9 eine schematische Darstellung einer anschließbaren dreiphasigen Gleichstrom-Ladeenergiequelle mit einem an die Inverter-Lader-Schaltungstopologie angeschlossenen gepulsten Gleichrichter
  • 10 eine schematische Darstellung einer anschließbaren zweiphasigen Gleichstrom-Ladeenergiequelle mit einem an die Inverter-Lader-Schaltungstopologie angeschlossenen gepulsten Gleichrichter
  • 11 eine alternative schematische Darstellung einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie zum Anschluss einer dreiphasigen Wechselstrom-Ladeenergiequelle
  • 12 ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betrieb einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie
In the following, the invention will be explained in more detail with reference to some figures, in which:
  • 1 a schematic representation of an inverter-loader circuit topology with two parallel B6 bridges
  • 2 a schematic representation of an inverter-loader circuit topology with three parallel B6 bridges
  • 3 a schematic representation of an alternative inverter-loader circuit topology with two parallel B6 bridges
  • 4 a schematic representation of a connectable two-phase charging energy source
  • 5 a schematic representation of a connectable two-phase DC charging energy source,
  • 6 a schematic representation of a connectable two-phase DC charging energy source with a connected to the inverter charger circuit topology buck converter,
  • 7 a schematic representation of a connectable three-phase charging energy source
  • 8th a schematic representation of a connectable two-phase AC charging energy source,
  • 9 a schematic representation of a connectable three-phase DC charging power source with a connected to the inverter charger circuit topology pulsed rectifier
  • 10 a schematic representation of a connectable two-phase DC charging energy source with a connected to the inverter charger circuit topology pulsed rectifier
  • 11 an alternative schematic representation of an inverter-charger circuit topology for connecting a three-phase AC charging energy source
  • 12 a schematically illustrated flowchart for a method for operating an inverter-charger circuit topology

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie 100 mit zwei parallel geschalteten B6-Brücken 120, 140. Jede der B6-Brücken 120, 140 umfasst jeweils mindestens drei parallelgeschaltete Halbbrücken H_1..H_3 bzw. H_4..H_6. Jede Halbbrücke H_1..H_6 besteht aus einer Reihenschalung zweier Schaltelemente SH_1..SH_6 und SL_1..SL_6, wobei zwischen den Schaltelementen jeweils ein Mittenanschluss MA_1..MA_6 angeordnet ist. Die Schaltelemente SH_X ermöglichen im geschlossenen Zustand eine elektrische Verbindung eines Mittenanschlusses MA_X mit einem ersten Potentialanschluss POA1 und die Schaltelemente SL_X ermöglichen im geschlossenen Zustand eine elektrische Verbindung eines Mittenanschlusses MA_X mit einem zweiten Potentialanschluss POA2. Der erste und zweite Potentialanschluss POA1 und POA2 sind derart ausgestaltet, dass eine Batterie 150 daran angeschlossen werden kann. Parallel kann zu der Batterie ein Zwischenkreiskondensator 170 vorgesehen sein, der beim elektrisch belasteten Betrieb der Schaltelemente entstehende Spannungs- und Stromrippel dämpft. Die drei Mittenanschlüsse MA_1..MA_3 beziehungsweise MA_4..MA_6 sind derart ausgestaltet, dass jeweils drei Phasen PH_1..PH_3, PH_4..PH_6 der mindestens einen elektrischen Maschine EM_1, EM_2 daran angeschlossen werden können. Die Wicklungen IN_1..IN_3, IN_4..IN_6 der mindestens einen elektrischen Maschine EM_1, EM_2 sind sternförmig verschaltet. Mindestens an einer der drei Phasen PH_X ist zwischen dem Mittenanschluss MA_X und einer Phase PH_X der elektrischen Maschine EM_Y ein Ladeanschluss LA_X vorgesehen. Die resultierenden Ladeanschlüsse LA_1 und LA_2 sind derart ausgestaltet, dass eine Ladeenergiequelle daran angeschlossen werden kann. Mittels der Inverter-Lader-Schaltungstopologie 100 ist bei entsprechender Ansteuerung der Schaltelemente SH_X und SL_X sowohl ein Betrieb einer angeschlossenen elektrischen Maschine EM_1, EM_2 als auch ein Laden der angeschlossenen Batterie 150 aus einer angeschlossenen Ladeenergiequelle möglich. Auch ein Hochsetzen der Spannung der Ladeenergiequelle ist aufgrund der sich im Strompfad zwischen der Ladeenergiequelle und der Batterie 150 befindlichen Induktivitäten IN_X bei entsprechender Ansteuerung der Schaltelemente SH_X und SL_X möglich.The 1 shows a schematic representation of an inverter-charger circuit topology 100 with two parallel B6 bridges 120 . 140 , Each of the B6 bridges 120 . 140 each comprises at least three parallel-connected half-bridges H_1 .. h_3 respectively. H_4 .. H_6 , Every half bridge H_1 .. H_6 consists of a series formwork of two switching elements SH_1 .. SH_6 and SL_1 .. SL_6 , in which between the switching elements in each case a center connection ma_1 .. MA_6 is arranged. The switching elements SH_X allow in the closed state, an electrical connection of a central terminal MA_X with a first potential terminal POA1 and the switching elements SL_X allow in the closed state, an electrical connection of a central terminal MA_X with a second potential terminal POA2 , The first and second potential connection POA1 and POA2 are designed such that a battery 150 can be connected to it. Parallel to the battery, a DC link capacitor 170 be provided, which dampens the voltage and current ripple arising during electrically loaded operation of the switching elements. The three middle connections ma_1 ..MA_3 respectively MA_4 .. MA_6 are designed such that in each case three phases PH_1 .. PH_3 . PH_4 .. PH_6 the at least one electric machine EM_1 . EM_2 can be connected to it. The windings IN_1 .. IN_3 . IN_4 .. IN_6 the at least one electric machine EM_1 . EM_2 are connected in a star shape. At least at one of the three phases PH_X, a charging connection LA_X is provided between the center connection MA_X and a phase PH_X of the electric machine EM_Y. The resulting charging connections LA_1 and LA_2 are configured such that a charging power source can be connected thereto. By means of inverter-charger circuit topology 100 is with appropriate control of the switching elements SH_X and SL_X both an operation of a connected electric machine EM_1 . EM_2 as well as charging the connected battery 150 possible from a connected charging energy source. Also, boosting the voltage of the charging power source is due to the current path between the charging power source and the battery 150 located inductors IN_X with appropriate control of the switching elements SH_X and SL_X possible.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie 200 mit drei parallel geschalteten B6-Brücken 120, 140, 160. Zusätzlich zu den bereits in 1 enthaltenen zwei B6-Brücken 120, 140 umfasst die dritte B6-Brücke 160 mindestens drei parallelgeschaltete Halbbrücken H_7..H_9. Jede Halbbrücke H_7..H_9 besteht aus einer Reihenschalung zweier Schaltelemente SH_7..SH_9 und SL_7..SL_9, wobei zwischen den Schaltelementen jeweils ein Mittenanschluss MA_7..MA_7 angeordnet ist. Die Schaltelemente SH_X ermöglichen im geschlossenen Zustand eine elektrische Verbindung eines Mittenanschlusses MA_X mit einem ersten Potentialanschluss POA1 und die Schaltelemente SL_X ermöglichen im geschlossenen Zustand eine elektrische Verbindung eines Mittenanschlusses MA_X mit einem zweiten Potentialanschluss POA2. Der erste und zweite Potentialanschluss POA1 und POA2 sind derart ausgestaltet, dass eine Batterie 150 daran angeschlossen werden kann. Parallel kann zu der Batterie ein Zwischenkreiskondensator 170 vorgesehen sein, der beim elektrisch belasteten Betrieb der Schaltelemente entstehende Spannungs- und Stromrippel dämpft. Zusätzlich zu den bereits in 1 enthaltenen Mittenanschlüsse MA_1..MA_6 sind die Mittenanschlüsse MA_7..MA_9 derart ausgestaltet, dass drei Phasen PH_7..PH_9 der mindestens einen elektrischen Maschine EM_1, EM_2, EM_3 daran angeschlossen werden können. Die Wicklungen IN_1..IN_3, IN_4..IN_6, IN_7..IN_9 der mindestens einen elektrischen Maschine EM_1, EM_2, M_3 sind sternförmig verschaltet. Mindestens an einer der drei Phasen PH_X ist zwischen dem Mittenanschluss MA_X und einer Phase PH_X der elektrischen Maschine EM_Y ein Ladeanschluss LA_X vorgesehen. Die resultierenden Ladeanschlüsse LA_1, LA_2 und LA_3 sind derart ausgestaltet, dass eine zwei- oder dreiphasige Ladeenergiequelle daran angeschlossen werden kann. Mittels der Inverter-Lader-Schaltungstopologie 200 ist bei entsprechender Ansteuerung der Schaltelemente SH_X und SL_X sowohl ein Betrieb einer angeschlossenen elektrischen Maschine EM_1, EM_2, EM_3 als auch ein Laden der angeschlossenen Batterie 150 aus einer angeschlossenen Ladeenergiequelle möglich. Auch ein Hochsetzen der Spannung der Ladeenergiequelle ist aufgrund der sich im Strompfad zwischen der Ladeenergiequelle und der Batterie 150 befindlichen Induktivitäten IN_X bei entsprechender Ansteuerung der Schaltelemente SH_X und SL_X möglich. 2 shows a schematic representation of an inverter-charger circuit topology 200 with three parallel B6 bridges 120 . 140 . 160 , In addition to those already in 1 contained two B6 bridges 120 . 140 includes the third B6 bridge 160 at least three parallel half-bridges H_7 .. H_9 , Every half bridge H_7 .. H_9 consists of a series formwork of two switching elements SH_7 .. SH_9 and SL_7 .. SL_9 , wherein between the switching elements in each case a center connection MA_7 .. MA_7 is arranged. The switching elements SH_X allow in the closed state, an electrical connection of a central terminal MA_X with a first potential terminal POA1 and the switching elements SL_X allow in the closed state, an electrical connection of a central terminal MA_X with a second potential terminal POA2 , The first and second potential connection POA1 and POA2 are designed such that a battery 150 can be connected to it. Parallel to the battery, a DC link capacitor 170 be provided, which dampens the voltage and current ripple arising during electrically loaded operation of the switching elements. In addition to those already in 1 included center connections ma_1 .. MA_6 are the center connections MA_7 .. MA_9 designed such that three phases PH_7 .. PH_9 the at least one electric machine EM_1 . EM_2 . EM_3 can be connected to it. The windings IN_1 .. IN_3 . IN_4 .. IN_6 . IN_7 .. IN_9 the at least one electric machine EM_1 . EM_2 . M_3 are connected in a star shape. At least at one of the three phases PH_X, a charging connection LA_X is provided between the center connection MA_X and a phase PH_X of the electric machine EM_Y. The resulting charging connections LA_1 . LA_2 and LA_3 are configured such that a two- or three-phase charging energy source can be connected thereto. By means of inverter-charger circuit topology 200 is with appropriate control of the switching elements SH_X and SL_X both an operation of a connected electric machine EM_1 . EM_2 . EM_3 as well as charging the connected battery 150 possible from a connected charging energy source. Also, boosting the voltage of the charging power source is due to the current path between the charging power source and the battery 150 located inductors IN_X with appropriate control of the switching elements SH_X and SL_X possible.

3 zeigt eine alternativen Inverter-Lader-Schaltungstopologie (230) mit zwei parallel geschalteten B6-Brücken 120, 140, welche zu beiden Seiten der anzuschließenden Batterie 150 angeordnet sind. Jeweils die Halbbrücke H_1, H_6 der zwei parallel geschalteten B6-Brücken 120, 140, die zwischen dem Mittenanschluss MA_X und einer Phase PH_X der elektrischen Maschine EM_Y einen Ladeanschluss LA_X umfasst, ist an jeweils einem von der anzuschließenden Batterie entferntesten Zweig der Parallelschaltung angeordnet und mittels je einem ersten Trennschalter TS_X1 mit dem ersten Potentialanschluss POA1 schaltbar elektrisch verbunden und mit je einem zweiten Trennschalter TS_X2 mit dem zweiten Potentialanschluss POA2 schaltbar elektrisch verbunden. Die Trennschalter TS_X1, TS_X2 verbinden in einem ersten Schaltzustand den ersten oder zweiten Potentialanschluss POA1, POA2 mit einem Schaltelement der Halbbrücke H_1, H_6 und trennen diese Verbindung in einem zweitem Schaltzustand. Insbesondere für den Inverterbetrieb oder Fahrbetrieb werden die ersten und zweiten Trennschalter TS_11, TS_12, TS_61, TS_62 geschlossen. Insbesondere für den Ladebetrieb werden die ersten und zweiten Trennschalter TS_11, TS_12, TS_61, TS_62 geöffnet. Der Ladestrom fließt somit vorteilhaft jeweils über die drei Induktivitäten IN_1..IN_3; IN_6..IN_4 der drei Phasen der anzuschließenden elektrischen Maschine EM_1, EM_2 zur Batterie. 3 shows an alternative inverter-loader circuit topology ( 230 ) with two parallel B6 bridges 120 . 140 , which on both sides of the battery to be connected 150 are arranged. Each half bridge H_1 . H_6 of the two parallel B6 bridges 120 . 140 , which comprises a charging connection LA_X between the central connection MA_X and a phase PH_X of the electric machine EM_Y, is arranged at each of a branch of the parallel circuit remote from the battery to be connected and by means of a respective first disconnector TS_X1 with the first potential connection POA1 switchable electrically connected and each with a second disconnect switch TS_X2 with the second potential connection POA2 switchable electrically connected. The circuit breaker TS_X1 . TS_X2 connect in a first switching state the first or second potential terminal POA1 . POA2 with a switching element of the half-bridge H_1 . H_6 and disconnect this connection in a second switching state. In particular, for the inverter operation or driving operation, the first and second disconnectors TS_11 . TS_12 . TS_61 . TS_62 closed. In particular, for the charging operation, the first and second disconnectors TS_11 . TS_12 . TS_61 . TS_62 open. The charging current thus flows advantageously over the three inductances IN_1 .. IN_3 ; IN_6 .. IN_4 the three phases of the electrical machine to be connected EM_1 . EM_2 to the battery.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer anschließbaren zweiphasigen Ladeenergiequelle LE_2Z, deren Phasen jeweils an einem der Ladeanschlüsse LA_1 und LA_2 angeschlossen werden können. Bei entsprechendem Anschluss ist mittels einer darauf angepassten Ansteuerung der Schaltelemente SH_X und SL_X ein Laden der angeschlossenen Batterie 150 möglich. 4 shows a schematic representation of a connectable two-phase charging energy source LE_2Z whose phases are each at one of the charging ports LA_1 and LA_2 can be connected. With a corresponding connection, a charging of the connected battery is possible by means of an adapted control of the switching elements SH_X and SL_X 150 possible.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer anschließbaren zweiphasigen Gleichstrom-Ladeenergiequelle LE_2D, deren positive Phase an dem Ladeanschluss LA_1 und deren negative Phase an dem Ladeanschluss LA_2 angeschlossen werden können. Bei entsprechendem Anschluss ist mittels einer darauf angepassten Ansteuerung der Schaltelemente SH_X und SL_X ein Laden der angeschlossenen Batterie 150 möglich. 5 shows a schematic representation of a connectable two-phase DC charging energy source LE_2D , its positive phase at the charging port LA_1 and its negative phase at the charging port LA_2 can be connected. With a corresponding connection, a charging of the connected battery is possible by means of an adapted control of the switching elements SH_X and SL_X 150 possible.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer anschließbaren zweiphasigen Gleichstrom-Ladeenergiequelle LE_2D mit einem an die Inverter-Lader-Schaltungstopologie 100, 200, 500, 600 angeschlossenen Tiefsetzsteller 300. Der Tiefsetzsteller 300 besteht aus einem ansteuerbaren Schaltelement TS, welches einerseits an den ersten Ladeanschluss LA_1 angeschlossen ist und andererseits als Anschlusskontakt zum Anschluss eines ersten Anschlusses der Ladeenergiequelle LE_2D eingerichtet ist. Weiter umfasst der Tiefsetzsteller 300 eine Diode TD, welche einerseits mit dem ersten Ladeanschluss LA_1 und andererseits mit dem zweiten Ladeanschluss LA_2 verbunden ist. Die anzuschließende Ladeenergiequelle, beispielsweise die Ladeenergiequelle LE_2D, wird einerseits über den Anschlusskontakt mit dem ansteuerbaren Schaltelement TS und andererseits über den zweiten Ladeanschluss LA_2 mit der Inverter-Lader-Schaltungstopologie 100, 200, 500, 600 verbunden. Die Diode TD ist derart ausgerichtet, dass die Diode TD den Strom vom dem ersten zum zweiten Ladeanschluss LA_1, LA_2 oder bei angeschlossener Ladeenergiequelle bei geschlossenem ansteuerbaren Schaltelement TS den Strom vom dem ersten Anschluss zum zweiten Anschluss der Ladeenergiequelle sperrt. Durch Ansteuern des ansteuerbaren Schaltelementes TS mit angepasstem Taktverhältnis wird die Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie 150 tiefgesetzt. 6 shows a schematic representation of a connectable two-phase DC charging energy source LE_2D with one to the inverter-charger circuit topology 100 . 200 . 500 . 600 connected buck converter 300 , The buck converter 300 consists of a controllable switching element TS , which on the one hand to the first charging port LA_1 is connected and on the other hand as a connection contact for connection of a first terminal of the charging power source LE_2D is set up. Next includes the buck converter 300 a diode TD, which on the one hand with the first charging port LA_1 and on the other hand with the second charging port LA_2 connected is. The charging energy source to be connected, for example the charging energy source LE_2D , on the one hand via the terminal contact with the controllable switching element TS and on the other hand via the second charging port LA_2 with the inverter-charger circuit topology 100 . 200 . 500 . 600 connected. The diode TD is oriented such that the diode TD receives the current from the first to the second charging port LA_1 . LA_2 or with connected charging energy source with closed controllable switching element TS blocks the current from the first terminal to the second terminal of the charging power source. By driving the controllable switching element TS With adjusted duty cycle, the voltage of the charging power source for charging the battery 150 deep set.

7 zeigt eine schematische Darstellung einer anschließbaren dreiphasigen Ladeenergiequelle LE_3A, deren Phasen jeweils an einem der Ladeanschlüsse LA_1, LA_2 und LA_3 angeschlossen werden können. Bei entsprechendem Anschluss ist mittels einer darauf angepassten Ansteuerung der Schaltelemente SH_X und SL_X ein Laden der angeschlossenen Batterie 150 möglich. 7 shows a schematic representation of a connectable three-phase charging energy source LE_3A whose phases are each at one of the charging ports LA_1 . LA_2 and LA_3 can be connected. With a corresponding connection, a charging of the connected battery is possible by means of an adapted control of the switching elements SH_X and SL_X 150 possible.

8 zeigt eine schematische Darstellung einer anschließbaren zweiphasigen Wechselstrom-Ladeenergiequelle LE_2A, deren erste Phase an dem Ladeanschluss LA_1 und deren zweite Phase an dem Ladeanschluss LA_2 angeschlossen werden können. Bei entsprechendem Anschluss ist mittels einer darauf angepassten Ansteuerung der Schaltelemente SH_X und SL_X ein Laden der angeschlossenen Batterie 150 möglich. 8th shows a schematic representation of a connectable two-phase AC charging energy source LE_2A , their first phase at the charging port LA_1 and its second phase at the charging port LA_2 can be connected. With a corresponding connection, a charging of the connected battery is possible by means of an adapted control of the switching elements SH_X and SL_X 150 possible.

9 zeigt eine schematische Darstellung einer anschließbaren dreiphasigen Wechselstrom-Ladeenergiequelle mit einem an die Inverter-Lader-Schaltungstopologie 100, 200, 500, 600 angeschlossenen gepulsten Gleichrichter 400. Zwischen die, insbesondere anzuschließende, Ladeenergiequelle LE_3A und den ersten und den zweiten Ladeanschluss LA_1 und LA_2 ist ein dreiphasiger gepulster Gleichrichter 400 geschaltet. Der gepulste Gleichrichter 400 besteht je Phase der anzuschließenden Ladeenergiequelle aus einer Reihenschaltung einer ersten Diode GD1, GD3, GD5, eines ersten SchaltelementesGS1, GS3, GS5, einem Mittenabgriff MG1, MG2, MG3 zum Anschluss je einer Phase der Ladeenergiequelle, einer zweiten Diode GD2, GD4, GD6 und eines zweiten Schaltelementes GS2, GS4, GS6. Die Reihenschaltungen und eine weitere Diode GDD sind parallel geschaltet. Die Diode GDD und die parallel geschalteten Reihenschaltungen sind einerseits mit dem ersten und andererseits mit dem zweiten Ladeanschluss LA_1, LA_2 verbunden. Die Dioden GDX, GDD sind alle derart ausgerichtet, dass sie, auch bei geschlossenen Schaltelementen GSX des gepulsten Gleichrichters, einen Strom von dem ersten Ladeanschluss LA_1 zum zweiten Ladeanschluss LA_2 sperren. Bei angeschlossener Ladeenergiequelle wird durch Ansteuern der Schaltelemente des gepulsten Gleichrichters GSX mit angepasstem Taktverhältnis die Spannung der Ladeenergiequelle zum Laden der Batterie tiefgesetzt. 9 shows a schematic representation of a connectable three-phase AC charging energy source with a to the inverter-charger circuit topology 100 . 200 . 500 . 600 connected pulsed rectifier 400 , Between, in particular to be connected, charging energy source LE_3A and the first and second charging ports LA_1 and LA_2 is a three-phase pulsed rectifier 400 connected. The pulsed rectifier 400 each phase of the charging energy source to be connected consists of a series connection of a first diode GD1 . GD3 . DG5 , a first switching element GS1 . GS3 . GS5 , a center tap MG1 . MG2 . MG3 for connecting one phase of the charging energy source, a second diode GD2 . DG4 . GD6 and a second switching element GS2 . GS4 . GS6 , The series connections and another diode GDD are connected in parallel. The diode GDD and the parallel-connected series circuits are on the one hand with the first and second with the second charging port LA_1 . LA_2 connected. The diodes GDX, GDD are all aligned so that they, even with closed switching elements GSX of the pulsed rectifier, a current from the first charging port LA_1 to the second charging port LA_2 lock. When the charging power source is connected, by driving the switching elements of the pulsed rectifier GSX with the duty ratio adjusted, the voltage of the charging power source for charging the battery is lowered.

10 zeigt eine schematische Darstellung einer anschließbaren zweiphasigen Gleichstrom-Ladeenergiequelle LE_2A mit einem an die Inverter-Lader-Schaltungstopologie angeschlossenen gepulsten Gleichrichter 420. Die Darstellung und Funktionsweise der ergänzenden Topologie entspricht der der 9, wobei eine Reihenschaltung für den Anschluss einer dritten Phase der Ladeenergiequelle entfällt. 10 shows a schematic representation of a connectable two-phase DC charging energy source LE_2A with a pulsed rectifier connected to the inverter-charger circuit topology 420 , The representation and functioning of the supplementary topology corresponds to that of the 9 , wherein a series connection for the connection of a third phase of the charging energy source is eliminated.

11 zeigt eine alternative schematische Darstellung einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie 250 zum Anschluss einer dreiphasigen Wechselstrom-Ladeenergiequelle LE_3X. Die Inverter-Lader-Schaltungstopologie 250 umfasst dazu neben den zwei B6-Brücken 120, 140 eine parallelgeschaltete weitere Halbbrücke H_A. Die weitere Halbbrücke H_A umfasst eine Reihenschaltung zweier Schaltelemente SH_A, SL_A. Die Reihenschaltung der zwei Schaltelemente SH_A, SL_A ist zwischen den ersten Potentialanschluss POA1 und den zweiten Potentialanschluss POA2 geschaltet. Die weitere Halbbrücke H_A umfasst einen Mittenanschluss MA_A zwischen den zwei Schaltelementen SH_A, SL_A zum Anschließen einer Spule oder Induktivität IN_A über die Verbindung PH_A zwischen der weiteren Halbbrücke H_A und einer der drei Phasen der dreiphasigen Ladeenergiequelle. Somit entspricht der Aufbau der weiteren Halbbrücke H_A dem der Halbbrücken aus den B6-Brücken 120, 140. Statt der angeschlossenen sternförmig geschalteten drei Phasen einer elektrischen Maschine EM_1, EM_2 ist am Mittenabgriff MA_A eine Spule IN_A anschließbar, die vergleichbar der induktiven Wirkung der Wicklung einer elektrischen Maschine wirkt. Die andere Seite der Spule IN_A ist als dritter Ladeanschluss LA_3 für den Anschluss einer Phase einer Ladeenergiequelle ausgestaltet. Mittels der Inverter-Lader-Schaltungstopologie 500 ist bei entsprechender Ansteuerung der Schaltelemente SH_X und SL_X sowohl ein Betrieb einer angeschlossenen elektrischen Maschine EM_1, EM_2 als auch ein Laden der angeschlossenen Batterie 150 aus einer angeschlossenen Ladeenergiequelle möglich. Auch ein Hochsetzen der Spannung der Ladeenergiequelle ist aufgrund der sich im Strompfad zwischen der Ladeenergiequelle und der Batterie 150 befindlichen Induktivitäten IN_X bei entsprechender Ansteuerung der Schaltelemente SH_X und SL_X möglich. 11 shows an alternative schematic representation of an inverter-charger circuit topology 250 for connecting a three-phase AC charging energy source LE_3X , The inverter-charger circuit topology 250 includes in addition to the two B6 bridges 120 . 140 a parallel further half bridge HA , The further half bridge HA comprises a series connection of two switching elements Sh_A . SL_A , The series connection of the two switching elements Sh_A . SL_A is between the first potential connection POA1 and the second potential terminal POA2 connected. The further half bridge HA includes a center connection MA_A between the two switching elements Sh_A . SL_A for connecting a coil or inductor IN_A about the connection PH_A between the other half bridge HA and one of the three phases of the three-phase charging energy source. Thus, the structure corresponds to the further half-bridge HA that of the half bridges from the B6 bridges 120 . 140 , Instead of the connected star-shaped three phases of an electrical machine EM_1 . EM_2 is at the center tap MA_A a coil IN_A connectable, which acts comparable to the inductive effect of the winding of an electrical machine. The other side of the coil IN_A is the third charging port LA_3 designed for the connection of a phase of a charging power source. By means of inverter-charger circuit topology 500 is with appropriate control of the switching elements SH_X and SL_X both an operation of a connected electric machine EM_1 . EM_2 as well as charging the connected battery 150 possible from a connected charging energy source. Also, boosting the voltage of the charging power source is due to the current path between the charging power source and the battery 150 located inductors IN_X with appropriate control of the switching elements SH_X and SL_X possible.

Die 12 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren (700) zum Betrieb einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie (100, 200, 250). Mit Schritt 705 beginnt das Verfahren. In Schritt 710 werden die Schaltelemente SH_X, SL_X der Halbbrücken H_X für den Betrieb einer angeschlossenen elektrischen Maschine EM_1, EM_2 angesteuert. Dabei werden die Schaltelemente SH_X, SL_X derart angesteuert, dass eine elektrische Energie einer angeschlossenen Batterie 150 für den Betrieb der elektrischen Maschine zu der elektrischen Maschine transportiert wird. In Schritt 720 werden die Schaltelemente SH_X, SL_X der Halbbrücken H_X für das Laden einer angeschlossenen Batterie 150 angesteuert. Dabei werden die Schaltelemente SH_X, SL_X derart angesteuert, dass eine elektrische Energie einer Ladeenergiequelle LE_XZ zu der Batterie 150 transportiert wird. Mit Schritt 725 endet das Verfahren. Bei der Ansteuerung 720 der Schaltelemente SH_X, SL_X der Halbbrücken H_X für das Laden der angeschlossenen Batterie 150 wird die Spannung der Ladeenergiequelle LE_XZ in Abhängigkeit der für das Laden der Batterie 150 benötigten Spannung hochgesetzt. Insbesondere wird die Spannung der Ladeenergiequelle LE_XZ in Abhängigkeit der für das Laden der Batterie 150 benötigten Spannung tiefgesetzt falls entsprechende Schaltungstopologien angeschlossen sind, die ein Tiefsetzen ermöglichen, beispielsweise ein Tiefsetzsteller 300 oder ein gepulster Gleichrichter 400. Insbesondere werden bei der Ansteuerung der Schaltelemente SH_X, SL_X der Halbbrücken H_X für das Laden der angeschlossenen Batterie 150 in Abhängigkeit der für das Laden der Batterie 150 benötigten elektrischen Energie die Phasenlage der Ladeströme berücksichtigt und mittels gezielter Beeinflussung der Ansteuerung die Rückwirkungen in Richtung der Ladeenergiequelle minimiert. Insbesondere ein Netzfilter oder entsprechende PFC-Einrichtungen zur Power Factor Correction werden folglich nicht benötigt.. Insbesondere erfolgt die Ansteuerung derart, dass die Inverter-Lader-Schaltungstopologie (100, 200, 250) der Ladeenergiequelle nahezu keine Blindleistung entnimmt, das bedeutet, dass an den Anschlüssen der Ladeenergiequellen zwischen Strom und Spannung eine möglichst kleine, im Idealfall gar keine, Phasenverschiebung Φ auftritt, also Φ≈0 und damit cos(Φ)≈1 ist. Jedenfalls soll gelten: cos(Φ)≈1, jedenfalls cos(Φ)≥0,98. Insbesondere werden die Schaltelemente idealerweise so geschaltet, dass möglichst wenige, im Idealfall keine, Oberwellen der Frequenz der Wechselstromquelle in die versorgende Ladeenergiequelle bzw. in ein versorgendes Netz eingespeist werden. Um dies zu erreichen werden insbesondere die Low-Side Schalter, die Schaltelemente SL_X, in geeigneter Weise angesteuert, sodass der über die Anschlüsse der Ladeenergiequelle entnommene Strom (im Wesentlichen oder exakt) in Phase mit der Spannung der Ladeenergiequelle und damit die entnommene Blindleistung im Idealfall null ist.The 12 shows a flow chart for a method ( 700 ) for operating an inverter-loader circuit topology ( 100 . 200 . 250 ). With step 705 the procedure begins. In step 710 the switching elements SH_X, SL_X of the half bridges H_X for the operation of a connected electric machine EM_1 . EM_2 driven. In this case, the switching elements SH_X, SL_X are driven such that an electrical energy of a connected battery 150 for the operation of the electric machine is transported to the electric machine. In step 720 become the switching elements SH_X, SL_X of the half-bridges H_X for charging a connected battery 150 driven. In this case, the switching elements SH_X, SL_X are driven in such a way that an electrical energy of a Charging power source LE_XZ to the battery 150 is transported. With step 725 the procedure ends. In the control 720 the switching elements SH_X, SL_X of the half-bridges H_X for charging the connected battery 150 the voltage of the charging power source LE_XZ becomes dependent on that for charging the battery 150 required high voltage. Specifically, the voltage of the charging power source LE_XZ becomes dependent on that for charging the battery 150 required voltage subsided if appropriate circuit topologies are connected, allowing a subscrit, such as a buck converter 300 or a pulsed rectifier 400 , In particular, in the control of the switching elements SH_X, SL_X of the half bridges H_X for charging the connected battery 150 depending on the charging of the battery 150 required electrical energy takes into account the phase position of the charging currents and minimizes the repercussions in the direction of the charging energy source by means of targeted influencing of the drive. In particular, a line filter or corresponding PFC devices for power factor correction are consequently not required. In particular, the control is performed such that the inverter-loader circuit topology (FIG. 100 . 200 . 250 ) of the charging power source draws almost no reactive power, which means that at the terminals of the charging power sources between current and voltage as small as possible, ideally no, phase shift Φ occurs, ie Φ≈0 and thus cos (Φ) ≈1. In any case: cos (Φ) ≈1, in any case cos (Φ) ≥ 0.98. In particular, the switching elements are ideally switched so that as few as possible, ideally none, harmonics of the frequency of the AC power source are fed into the supplying charging power source or in a supplying network. To achieve this, in particular the low-side switches, the switching elements SL_X, are controlled in a suitable manner, so that the current drawn from the terminals of the charging energy source (substantially or exactly) in phase with the voltage of the charging energy source and thus the removed reactive power ideally is zero.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2016050392 A1 [0004]WO 2016050392 A1 [0004]

Claims (14)

Inverter-Lader-Schaltungstopologie (100, 200) mit mindestens zwei parallel geschalteten B6-Brücken (120,140, 160) wobei eine B6-Brücke (120,140, 160) mindestens drei parallelgeschaltete Halbbrücken (H_X) umfasst, wobei eine Halbbrücke eine Reihenschaltung zweier Schaltelemente (SH_X, SL_X) umfasst und die Reihenschaltung der zwei Schaltelemente (SH_X, SL_X) zwischen einen ersten Potentialanschluss (POA1) und einen zweiten Potentialanschluss (POA2) geschaltet ist und die Halbbrücke einen Mittenanschluss (MA_X) zwischen den zwei Schaltelementen (SH_X, SL_X) umfasst zum Anschluss einer Phase (PH_X) einer elektrischen Maschine (EM_Y), wobei jeweils drei Phasen (PH_X) der mindestens einen elektrischen Maschine (EM_Y) sternförmig verschaltet sind und jeweils mindestens eine der drei Phasen (PH_X) zwischen dem Mittenanschluss (MA_X) und einer Phase (PH_X) der elektrischen Maschine einen Ladeanschluss (LA_X) umfasst wobei der erste und der zweite Potentialanschluss (POA1, POA2) zum Anschluss der Batteriepole einer Batterie (150) eingerichtet ist und der mindestens eine erste und eine zweite Ladeanschluss (LA_1, LA_2) zum Anschluss einer Ladeenergiequelle (LE_NZ) eingerichtet ist.Inverter-charger circuit topology (100, 200) with at least two B6 bridges connected in parallel (120, 140, 160) wherein a B6 bridge (120, 140, 160) comprises at least three half-bridges (H_X) connected in parallel, wherein a half bridge comprises a series connection of two switching elements (SH_X, SL_X) and the series circuit of the two switching elements (SH_X, SL_X) is connected between a first potential terminal (POA1) and a second potential terminal (POA2) and the half bridge connects a center terminal (MA_X) between the two switching elements (SH_X, SL_X) comprises for connecting a phase (PH_X) of an electrical machine (EM_Y), wherein in each case three phases (PH_X) of the at least one electric machine (EM_Y) are connected in a star-shaped manner and at least one of the three phases (PH_X) between the center connection (MA_X) and a phase (PH_X) of the electrical machine comprises a charging connection (LA_X) the first and second potential terminals (POA1, POA2) are arranged to connect the battery poles of a battery (150), and the at least one first and one second charging connection (LA_1, LA_2) are set up to connect a charging energy source (LE_NZ). Inverter-Lader-Schaltungstopologie nach Anspruch 1, wobei die anzuschließende Batterie zwischen den zwei parallel geschalteten B6 Brücken anzuschließen ist und jeweils die Halbbrücke (H_X) der zwei parallel geschalteten B6-Brücken (120, 140), die zwischen dem Mittenanschluss (MA_X) und einer Phase (PH_X) der elektrischen Maschine einen Ladeanschluss (LA_X) umfasst, an jeweils einem von der anzuschließenden Batterie entferntesten Zweig der Parallelschaltung angeordnet ist und mittels je einem ersten Trennschalter (TS_X1) mit dem ersten Potentialanschluss (POA1) schaltbar elektrisch verbunden ist und mit je einem zweiten Trennschalter (TS_X2) mit dem zweiten Potentialanschluss (POA2) schaltbar elektrisch verbunden ist.Inverter-loader circuit topology Claim 1 in which the battery to be connected is to be connected between the two B6 bridges connected in parallel, and in each case the half bridge (H_X) of the two B6 bridges (120, 140) connected in parallel between the central terminal (MA_X) and one phase (PH_X) of the electrical machine a charging connection (LA_X), is arranged at a respective remote from the battery to be connected branch of the parallel circuit and electrically connected by means of a first circuit breaker (TS_X1) with the first potential terminal (POA1) and with a second disconnect switch (TS_X2) with the second potential terminal (POA2) is electrically connected switchable. Inverter-Lader-Schaltungstopologie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ladeenergiequelle eine zweiphasige Ladeenergiequelle (LE_2Z) umfasst.Inverter-loader circuit topology Claim 1 or 2 wherein the charging power source comprises a two-phase charging power source (LE_2Z). Inverter-Lader-Schaltungstopologie nach Anspruch 3, wobei die Ladeenergiequelle eine Gleichstrom-Ladeenergiequelle (LE_2D) umfasst.Inverter-loader circuit topology Claim 3 wherein the charging power source comprises a DC charging power source (LE_2D). Inverter-Lader-Schaltungstopologie nach Anspruch 4, wobei zwischen die Ladeenergiequelle und den ersten und den zweiten Ladeanschluss (LA_1, LA_2) ein Tiefsetzsteller (300) geschaltet ist.Inverter-loader circuit topology Claim 4 , wherein between the charging power source and the first and the second charging port (LA_1, LA_2), a buck converter (300) is connected. Inverter-Lader-Schaltungstopologie nach Anspruch 1, wobei die Ladeenergiequelle eine dreiphasige Ladeenergiequelle (LE_3A) umfasst.Inverter-loader circuit topology Claim 1 wherein the charging power source comprises a three-phase charging power source (LE_3A). Inverter-Lader-Schaltungstopologie nach Anspruch 3 oder 6, wobei die Ladeenergiequelle eine Wechselstrom-Ladeenergiequelle (LE_2A, LE_3A) umfasst.Inverter-loader circuit topology Claim 3 or 6 wherein the charging power source comprises an AC charging power source (LE_2A, LE_3A). Inverter-Lader-Schaltungstopologie nach Anspruch 7, wobei zwischen die Ladeenergiequelle (LE_2A, LE_3A) und die Ladeanschlüsse (LA_1, LA_2) ein gepulster Gleichrichter (400, 420) geschaltet ist.Inverter-loader circuit topology Claim 7 in that a pulsed rectifier (400, 420) is connected between the charging energy source (LE_2A, LE_3A) and the charging connections (LA_1, LA_2). Inverter-Lader-Schaltungstopologie nach Anspruch 6, wobei die Ladeenergiequelle eine Wechselstrom-Ladeenergiequelle (LE_3A) umfasst wobei die Inverter-Lader-Schaltungstopologie neben den zwei B6-Brücken eine parallelgeschaltete weitere Halbbrücke (H_A) umfasst, wobei die weitere Halbbrücke (H_A) eine Reihenschaltung zweier Schaltelemente (SH_A, SL_A) umfasst und die Reihenschaltung der zwei Schaltelemente (SH_A, SL_A) zwischen den ersten Potentialanschluss und den zweiten Potentialanschluss (POA1, POA2) geschaltet ist und die weitere Halbbrücke (H_A) einen Mittenanschluss (MA_A) zwischen den zwei Schaltelementen (SH_A, SL_A) umfasst zum Anschließen einer Spule (IN_A) zwischen der weiteren Halbbrücke (H_A) und einer der drei Phasen der dreiphasigen Ladeenergiequelle (LE_3A).Inverter-loader circuit topology Claim 6 in which the charging energy source comprises an AC charging energy source (LE_3A), wherein the inverter-charger circuit topology comprises, in addition to the two B6 bridges, a further half-bridge (H_A) connected in parallel, the further half-bridge (H_A) comprising a series connection of two switching elements (SH_A, SL_A) and the series connection of the two switching elements (SH_A, SL_A) is connected between the first potential connection and the second potential connection (POA1, POA2) and the further half-bridge (H_A) comprises a center connection (MA_A) between the two switching elements (SH_A, SL_A) Connecting a coil (IN_A) between the further half-bridge (H_A) and one of the three phases of the three-phase charging energy source (LE_3A). Inverterladesystem (500) mit einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie (100, 200, 230, 250) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer angeschlossenen Batterie (150) und/ oder einer Ladeenergiequelle (LE_NZ).An inverter charging system (500) having an inverter-charger circuit topology (100, 200, 230, 250) according to any one of the preceding claims with a connected battery (150) and / or a charging power source (LE_NZ). Elektrischer Antriebsstrang (600) mit einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie (100, 200, 230, 250) nach einem der Ansprüche 1-9 mit mindestens einer angeschlossenen elektrischen Maschine (EM_Y), einer angeschlossenen Batterie 150 und/ oder einer Ladeenergiequelle (LE_NZ).Electric powertrain (600) having an inverter-loader circuit topology (100, 200, 230, 250) according to any one of Claims 1 - 9 with at least one connected electric machine (EM_Y), a connected battery 150 and / or a charging energy source (LE_NZ). Verfahren (700) zum Betrieb einer Inverter-Lader-Schaltungstopologie nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten: Ansteuern (710) der Schaltelemente (SH_X, SL_X) der Halbbrücken (H_X) für den Betrieb einer angeschlossenen Maschine (EM_Y); Ansteuern (720) der Schaltelemente (SH_X, SL_X) der Halbbrücken (H_X) für das Laden einer angeschlossenen Batterie (150).Method (700) for operating an inverter-charger circuit topology according to one of the preceding claims, comprising the steps: Driving (710) the switching elements (SH_X, SL_X) of the half-bridges (H_X) for the operation of a connected machine (EM_Y); Driving (720) the switching elements (SH_X, SL_X) of the half-bridges (H_X) for charging a connected battery (150). Computerprogramm, das eingerichtet ist, das Verfahren (700) nach Anspruch 12 auszuführen.Computer program that is set up after the method (700) Claim 12 perform. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist. Machine-readable storage medium on which the computer program is based Claim 13 is stored.
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