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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers.
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Stand der Technik
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Ganz oder teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge umfassen einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie, welcher elektrische Energie zum Antrieb des Fahrzeugs bereitstellt. Diese Traktionsbatterie kann von einer externen Energiequelle aufgeladen werden. Die Spannung dieser Traktionsbatterie kann hierbei mehrere 100 Volt betragen. Aus Sicherheitsgründen ist es daher wünschenswert, dass während des Aufladens der Traktionsbatterie eine galvanische Trennung zwischen der Traktionsbatterie und einer externen Energiequelle besteht.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 203 612 A1 offenbart ein Batterieladegerät mit einem Spannungswandler. Das Batterieladegerät umfasst einen zweisträngigen Gleichspannungswandler, wobei jeder Strang einen Transformator umfasst, um eine galvanische Trennung zwischen Primärseite und Sekundärseite des jeweiligen Transformators zu ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der anhängigen Patentansprüche.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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Eine Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers, mit einer elektrischen Maschine, einer ersten Stromrichterschaltung und einer zweiten Stromrichterschaltung. Die elektrische Maschine umfasst eine erste Gruppe von Phasenwicklungen und eine zweite Gruppe von Phasenwicklungen. Die erste Stromrichterschaltung ist an einem ersten Anschluss mit der ersten Gruppe von Phasenwicklungen der elektrischen Maschine elektrisch gekoppelt. Die erste Stromrichterschaltung ist ferner dazu ausgelegt, an einen zweiten Anschluss mit einer elektrischen Spannungsquelle gekoppelt zu werden. Die zweite Stromrichterschaltung ist an einem ersten Anschluss mit der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen der elektrischen Maschine elektrisch gekoppelt. Die zweite Stromrichterschaltung ist ferner dazu ausgelegt, an einem zweiten Anschluss mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch gekoppelt zu werden. Die zweite Stromrichterschaltung umfasst ferner ein erstes Bauelement und ein zweites Bauelement. Das erste Bauelement ist zwischen einem ersten Anschlusselement des zweiten Anschlusses und einem Knotenpunkt angeordnet. Das zweite Bauelement ist zwischen dem Knotenpunkt und einem zweiten Anschlusselement des zweiten Anschlusses angeordnet. Der Knotenpunkt ist weiterhin mit einem Sternpunkt der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen elektrisch gekoppelt. Das erste Bauelement und das zweite Bauelement umfassen jeweils entweder einen Kondensator, eine Diode oder eine Parallelschaltung aus einer Diode und einem Halbleiterschalter.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für ein sicheres Aufladen eines elektrischen Energiespeichers, wie beispielsweise der Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, eine galvanische Trennung zwischen dem elektrischen Energiespeicher und einer Spannungsquelle wünschenswert ist. Für eine solche galvanische Trennung müssen bei konventionellen Lösungen zusätzliche Bauelemente, wie beispielsweise Transformatoren eingesetzt werden. Sind darüber hinaus gegebenenfalls in einem elektrischen Antriebssystem mehrere elektrische Energiespeicher vorhanden, so kann es wünschenswert sein, elektrische Energie von einem Energiespeicher zu einem anderen Energiespeicher zu übertragen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine effiziente, platzsparende und kostengünstige Lösung für eine galvanisch trennende elektrische Energieübertragung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers bereitzustellen. Dabei ist es eine Idee der vorliegenden Erfindung, die elektrischen Windungen in den Phasensträngen einer elektrischen Maschine für eine induktive Energieübertragung zu nutzen.
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Durch die Verwendung der Phasenwicklungen einer elektrischen Maschine ist es somit möglich, eine galvanische Trennung zwischen dem elektrischen Energiespeicher und einer externen Spannungsquelle bereitzustellen, ohne dass hierzu zusätzliche Bauelemente, wie beispielsweise Transformatoren oder ähnliches, erforderlich wären. Durch den Verzicht auf diese weiteren Bauelemente können daher die Kosten gesenkt werden. Ferner sinken durch den Wegfall von zusätzlichen Bauelementen auch der Platzbedarf und das Gewicht des Gesamtsystems.
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Da für das erfindungsgemäße Aufladen eines elektrischen Energiespeichers mit einer galvanischen Entkopplung keine zusätzlichen Bauelemente benötigt werden, sinkt somit auch der Entwicklungsaufwand. Ferner wird durch die Reduktion der erforderlichen Bauteile auch die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems gesteigert, da insgesamt weniger Bauelemente während des Betriebs kaputt gehen können. Dabei ist es ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, dass die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine zur Energieübertragung genutzt werden können, ohne dass sich hierbei ein Drehmoment der elektrischen Maschine einstellt.
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Als elektrische Maschine können insbesondere elektrische Maschinen eingesetzt werden, welche mindestens zwei Gruppen von Phasenwicklungen aufweisen. Die einzelnen Gruppen sind dabei nicht elektrisch miteinander verbunden. Insbesondere können die einzelnen Phasenwicklungen jeder Gruppe untereinander in Sternkonfiguration miteinander verschaltet sein. Hierbei kann bei einer Sternschaltung jede Gruppe der Phasenwicklungen einen separaten Sternpunkt aufweisen. Beispielsweise kann eine elektrische Maschine insgesamt sechs Phasenwicklungen oder auch Phasenstränge aufweisen, wobei jeweils drei Phasenwicklungen eine Gruppe bilden, die als Stern miteinander verschaltet sind. Bei einer solchen elektrischen Maschine kann es sich beispielsweise um eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine handeln.
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Jede Gruppe der Phasenwicklungen kann von einer separaten Stromrichterschaltung angesteuert werden. Während des normalen operationellen Motorbetriebs oder auch Generatorbetriebs der elektrischen Maschine kann jede Stromrichterschaltung mit einer separaten Energiequelle gekoppelt sein. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Stromrichterschaltungen von einer gemeinsamen Energiequelle gespeist werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste Stromrichterschaltung ein drittes Bauelement und ein viertes Bauelement. Das dritte Bauelement ist zwischen einem ersten Anschlusselement des zweiten Anschlusses und einem weiteren Knotenpunkt angeordnet. Das vierte Bauelement ist zwischen dem weiteren Knotenpunkt und einem zweiten Anschlusselement des zweiten Anschlusses angeordnet ist. Der weitere Knotenpunkt ist mit einem Sternpunkt der ersten Gruppe von Phasenwicklungen elektrisch gekoppelt ist. Das dritte Bauelement und das vierte Bauelement umfassen jeweils entweder einen Kondensator, eine Diode oder eine Parallelschaltung aus einer Diode und einem Halbleiterschalter. Dies ermöglicht einen symmetrischen Aufbau und somit eine bidirektionale Energieübertragung zwischen der ersten Stromrichterschaltung und der zweiten Stromrichterschaltung.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner ein Schaltelement, das zwischen dem Kontenpunkt und dem Sternpunkt der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen angeordnet ist. Ferner kann die Vorrichtung ein weiteres Schaltelement umfassen, das zwischen dem weiteren Kontenpunkt und dem Sternpunkt der ersten Gruppe von Phasenwicklungen angeordnet ist. Auf diese Weise können die Knotenpunkte jeweils flexibel mit den entsprechenden Sternpunkten an der Phasenwicklungen verbunden oder getrennt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Stromrichterschaltung dazu ausgelegt, eine Wechselspannung an der ersten Gruppe von Phasenwicklungen der elektrischen Maschine bereitzustellen. Die zweite Stromrichterschaltung ist weiterhin dazu ausgelegt, eine in der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen der elektrischen Maschine induzierte elektrische Spannung gleichzurichten und die gleichgerichtete elektrische Spannung an dem elektrischen Energiespeicher bereitzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Stromrichterschaltung dazu ausgelegt, eine Wechselspannung an der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen der elektrischen Maschine bereitzustellen. Die erste Stromrichterschaltung ist weiterhin dazu ausgelegt, eine in der ersten Gruppe von Phasenwicklungen der elektrischen Maschine induzierte elektrische Spannung gleichzurichten und die gleichgerichtete elektrische Spannung an dem elektrischen Energiespeicher bereitzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Stromrichterschaltung dazu ausgelegt, eine von der elektrischen Spannungsquelle bereitgestellte elektrische Spannung in eine Wechselspannung zu konvertieren und die Wechselspannung zwischen den Phasenanschlüssen der ersten Gruppe von Phasenwicklungen der elektrischen Maschine bereitzustellen. Insbesondere kann jeweils zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss jeder Phasenwicklung der ersten Gruppe von Phasenwicklungen eine elektrische Wechselspannung bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Stromrichterschaltung dazu ausgelegt, eine von der elektrischen Spannungsquelle bereitgestellte elektrische Spannung in eine Wechselspannung zu konvertieren und die Wechselspannung zwischen den Phasenanschlüssen der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen der elektrischen Maschine bereitzustellen. Insbesondere kann jeweils zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss jeder Phasenwicklung der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen eine elektrische Wechselspannung bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann es sich bei der bereitgestellten elektrischen Wechselspannung um eine mehrphasige elektrische Wechselspannung, insbesondere um eine dreiphasige elektrische Wechselspannung handeln. Die mehrphasige elektrische Wechselspannung kann dabei zwischen den einzelnen Anschlüssen der Phasenwicklungen der ersten Gruppe von Phasenwicklungen bereitgestellt werden. Hierbei können die einzelnen Gruppen von Phasenwicklungen sowohl als Sternkonfiguration als auch als Dreieckskonfiguration verschaltet sein
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform handelt es sich bei der durch die erste Stromrichterschaltung bereitgestellten Wechselspannung um eine einphasige elektrische Wechselspannung. Die einphasige elektrische Wechselspannung kann dabei parallel an allen Phasenwicklungen der ersten Gruppe von Phasenwicklungen bereitgestellt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass eine einphasige elektrische Wechselspannung nur an einer Phasenwicklung der ersten Gruppe von Phasenwicklungen bereitgestellt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Wechselrichter. Der Wechselrichter kann dazu ausgelegt sein, eine von der elektrischen Spannungsquelle bereitgestellte elektrische Spannung, insbesondere eine bereitgestellte elektrische Gleichspannung, in eine elektrische Wechselspannung zu konvertieren. Diese Wechselspannung kann an dem zweiten Anschluss der ersten Stromrichterschaltung bereitgestellt werden. Durch das Generieren der Wechselspannung für die elektrische Energieübertragung zwischen der ersten Gruppe von Phasenwicklungen und der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen durch einen externen Wechselrichter, sind durch die erste Stromrichterschaltung selbst während der Energieübertragung keine weiteren Schaltvorgänge erforderlich. Die Frequenz der Wechselspannung kann im Bereich der Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz liegen. Insbesondere sind aber auch Wechselspannungen mit deutlich höheren Frequenzen im Bereich von 100 oder mehreren hundert Hz, oder ggf. im Bereich von kHz möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Trennschalter. Der Trennschalter kann zwischen dem zweiten Anschluss der ersten Stromrichterschaltung und dem zweiten Anschluss der zweiten Stromrichterschaltung angeordnet sein. Der Trennschalter kann insbesondere dazu ausgelegt sein, eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss der ersten Stromrichterschaltung und dem zweiten Anschluss der zweiten Stromrichterschaltung zu trennen. Die Trennung zwischen den beiden zweiten Anschlüssen der ersten und zweiten Stromrichterschaltung kann insbesondere dann erfolgen, wenn der elektrische Energiespeicher von einer externen Spannungsquelle aufgeladen werden soll. Durch das Auftreten der elektrischen Verbindung mittels des Trennschalters sind somit die beiden Stromrichterschaltungen galvanisch voneinander getrennt, so dass eine galvanisch getrennte Energieübertragung mittels induktiver Kopplung zwischen den beiden Gruppen von Phasenwicklungen erfolgen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Aufladen des elektrischen Energiespeichers bei Stillstand der elektrischen Maschine. Insbesondere erfolgt die induktive Energieübertragung zwischen den beiden Gruppen von Phasenwicklungen dabei derart, dass kein Drehmoment in der elektrischen Maschine eingestellt wird. Gegebenenfalls kann der Rotor der elektrischen Maschine dabei vor Beginn der Energieübertragung in eine geeignete Stellung gebracht werden. Der Rotor kann dabei gegebenenfalls so weit gedreht werden, dass eine möglichst effiziente Energieübertragung zwischen den beiden Gruppen von Phasenwicklungen erfolgen kann.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform;
- 2-4: ein Prinzipschaltbild einer Brückenschaltung für eine Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeicher gemäß einer Ausführungsform;
- 5: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
- 6: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
- 7: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung 1 zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers 30. Die Vorrichtung umfasst eine elektrische Maschine 10 sowie eine erste Stromrichterschaltung 21 und eine zweite Stromrichterschaltung 22. Die erste Stromrichterschaltung 21 und die zweite Stromrichterschaltung 22 können auch als ein gemeinsamer Stromrichter ausgeführt sein. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die erste Stromrichterschaltung 21 und die zweite Stromrichterschaltung 22 räumlich getrennt voneinander angeordnet sind.
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Während des motorischen oder generatorischen Betriebs der elektrischen Maschine 10 können die erste Stromrichterschaltung 21 und die zweite Stromrichterschaltung 22 beispielsweise von einem gemeinsamen elektrischen Energiespeicher 30 gespeist werden. Hierzu kann zwischen der ersten Stromrichterschaltung 21 und der zweiten Stromrichterschaltung 22 ein Trennschalter 50 vorgesehen sein, der eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Stromrichterschaltung 21 und der zweiten Stromrichterschaltung 22 während des motorischen oder generatorischen Betriebs der elektrischen Maschine 10 bereitstellt. Alternativ ist es auch möglich, dass die erste Stromrichterschaltung 21 und die zweite Stromrichterschaltung 22 von zwei separaten elektrischen Energiespeichern oder gegebenenfalls auch anderen elektrischen Energiequellen gespeist werden. Parallel zu dem elektrischen Energiespeicher 30 kann ein Zwischenkreiskondensator 31 angeordnet sein.
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Die elektrische Maschine 10 ist als elektrische Maschine 10 mit mehreren Phasenwicklungen/Phasensträngen 11 bis 16 ausgebildet. Insbesondere kann die elektrische Maschine beispielsweise eine erste Gruppe von Phasenwicklungen 11 bis 13 umfassen, die elektrisch mit der ersten Stromrichterschaltung 21 gekoppelt sind. Analog kann eine zweite Gruppe von Phasenwicklungen 14 bis 16 der elektrischen Maschine 10 elektrisch mit der zweiten Stromrichterschaltung 22 gekoppelt sein. In der hier dargestellten Ausführungsform ist die erste Gruppe von Phasenwicklungen 11 bis 13 und die zweite Gruppe von Phasenwicklungen 14 bis 16 jeweils als Sternschaltung mit einem separaten Sternpunkt SP1, SP2 ausgeführt. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel mit jeweils drei Phasenwicklungen/Phasensträngen 11-13, 14-16 für jede Gruppe, das heißt einer elektrischen Maschine mit sechs Phasenwicklungen/Phasensträngen, von denen jeweils drei Phasenwicklungen/Phasenstränge eine Gruppe bilden, dient dabei lediglich dem besseren Verständnis. Darüber hinaus sind grundsätzlich auch Gruppen mit einer von drei verschiedenen Anzahlen von Phasenwicklungen möglich. Auch ist es grundsätzlich möglich, dass die elektrische Maschine 10 mehr als zwei Gruppen von Phasenwicklungen aufweist.
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Die erste Stromrichterschaltung 21 umfasst beispielsweise für jede Phasenwicklung 11 bis 13 eine Halbbrücke mit jeweils zwei Schaltelementen M1 bis M6. Die Halbbrücken können dabei an einem ersten Anschlusspunkt der ersten Stromrichterschaltung 21, beispielsweise einem positiven Eingangsanschluss sowie einem zweiten Anschlusspunkt der ersten Stromrichterschaltung 21, beispielsweise einem negativen Eingangsanschluss elektrisch miteinander verbunden sein.
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Analog kann auch die zweite Stromrichterschaltung 22 für jede Phasenwicklung 14 bis 16 der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen 14 bis 16 eine Halbbrücke mit jeweils zwei Schaltelementen M7 bis M12 aufweisen. Die Halbbrücken der zweiten Stromrichterschaltung 22 können ebenfalls an einem ersten Anschlusspunkt der zweiten Stromrichterschaltung 22, beispielsweise einem positiven Eingangsanschluss sowie einem zweiten Anschlusspunkt der zweiten Stromrichterschaltung 22, beispielsweise einem negativen Eingangsanschluss elektrisch miteinander verbunden sein.
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Bei den Schaltelementen M1 bis M12 der ersten und zweiten Stromrichterschaltung 21, 22 kann es sich beispielsweise um Halbleiterschaltelemente, insbesondere um bipolare Transistoren mit einem isolierten Gateanschluss (IGBT) oder MOSFET handeln.
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Darüber hinaus umfasst die zweite Stromrichterschaltung 22 eine Brückenschaltung BR2 mit zwei in Serie geschalteten Bauelementen B1 und B2. Das erste Bauelement B1 ist zwischen dem ersten Anschlusspunkt der zweiten Stromrichterschaltung 22 und einem Knotenpunkt K2 angeordnet. Das zweite Bauelement B2 ist zwischen dem Knotenpunkt K2 und dem zweiten Anschlusspunkt der zweiten Stromrichterschaltung 22 angeordnet. Darüber hinaus ist der Knotenpunkt K2 mit dem Sternpunkt SP2 der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen 14-16 elektrisch gekoppelt. Der Knotenpunkt K2 kann mit dem Sternpunkt SP2 der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen 14-16 beispielsweise direkt elektrisch verbunden sein. Alternativ ist es auch möglich, das zwischen dem Knotenpunkt K2 und dem Sternpunkt SP2 der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen 14-16 ein Schaltelement S2 vorgesehen ist, welches die elektrische Verbindung zwischen dem Knotenpunkt K2 und dem Sternpunkt SP2 der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen 14-16 öffnet bzw. schließt.
Zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 30 ist die erste Stromrichterschaltung 21 von der zweiten Stromrichterschaltung 22 elektrisch getrennt. Sofern zwischen der ersten Stromrichterschaltung 21 und der zweiten Stromrichterschaltung 22 ein Trennschalter 50 vorgesehen ist, so ist dieser Trennschalter 50 während des Aufladens geöffnet.
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Zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 30 wird von einer Spannungsquelle 40 elektrische Energie in die erste Stromrichterschaltung 21 eingespeist. Bei der Spannungsquelle 40 kann es sich beispielsweise um eine Gleichspannungsquelle, wie zum Beispiel eine Batterie oder eine Brennstoffzelle handeln. Selbst verständlich jedoch beliebige andere Gleichspannungsquelle möglich. Alternativ kann es sich bei Spannungsquelle 40 um eine Wechselspannungsquelle handeln.
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Die erste Stromrichterschaltung 21 beaufschlagt die Phasenwicklungen 11 bis 13 der ersten Gruppe von Phasenwicklungen 11 bis 13 mit einer elektrischen Spannung, insbesondere einer Wechselspannung. Hierauf stellt sich in den Phasenwicklungen 11 bis 13 ein elektrischer Strom ein. Ein sich daraufhin ausbildendes magnetisches Feld induziert in den Phasenwicklungen 14 bis 16 der zweiten Gruppe von Phasenwicklungen 14 bis 16 eine elektrische Spannung. Diese induzierte elektrische Spannung wird von der zweiten Stromrichterschaltung 22 gleichgerichtet, gegebenenfalls kann der Strom geregelt werden und anschließend wir die entsprechende elektrische Energie in die Batterie 30 eingespeist.
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2 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Brückenschaltung BR2. In dieser Ausführungsform handelt es sich bei den beiden Bauelementen B1 und B2 der Brückenschaltung BR2 jeweils um einen Kondensator C1 und C2. Durch diese Parallelschaltung der beiden Kondensatoren C1 und C2 kann diese Kondensatoranordnung auch die Funktion eines Zwischenkreiskondensators 31 für den zweiten Stromrichter 22 übernehmen.
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3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Brückenschaltung BR2. Wie hier dargestellt, kann es sich bei den beiden in Serie angeordneten Bauelementen B1 und B2 der Brückenschaltung BR2 beispielsweise jeweils um eine Diode D1 von D2 handeln.
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4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Brückenschaltung BR2. In dieser Ausführungsform umfassen die beiden Bauelemente B1 und B2 jeweils eine Parallelschaltung aus einer Diode D1, D2 und einem Schaltelement X1, X2. Insbesondere kann es sich bei den beiden Schaltelementen X1 und X2 um Halbleiterschaltelement handeln.
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Sofern es sich bei den Bauelementen B1 und B2 der Brückenschaltung BR1 um eine Parallelschaltung aus einer Diode D1, D2 und einem Schaltelement X1, X2 handelt, kann das jeweilige Schaltelement X1, X2 aktiv angesteuert werden, um auf diese Weise eine aktive Gleichrichtung der an dem Knotenpunkt K2 anliegende Spannung zu realisieren.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung 1 zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hierbei gelten grundsätzlich, soweit anwendbar, sämtliche Ausführungen, wie sie bereits zuvor beschrieben worden sind. Die Ausführungsform in 5 unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen 1 darin, dass die erste Stromrichterschaltung 21 ebenfalls eine Brückenschaltung BR1 mit zwei in Serie geschalteten Bauelementen B3 und B4 umfasst. Die beiden Bauelemente B3 und B4 dieser weiteren Brückenschaltungen BR1 sind als Serienschaltung zwischen dem ersten Anschlusspunkt der ersten Stromrichterschaltung 21 und dem zweiten Anschlusspunkt der ersten Stromrichterschaltung 21 angeordnet. Die beiden Bauelemente B3 und B4 sind dabei an einem weiteren Knotenpunkt K1 miteinander verbunden. Der weitere Knotenpunkt K1 ist darüber hinaus mit dem Sternpunkt SP1 der ersten Gruppe von Phasenwicklungen 11-13 elektrisch gekoppelt. Der weitere Knotenpunkt K1 kann mit dem Sternpunkt SP1 der ersten Gruppe von Phasenwicklungen 11-13 beispielsweise direkt elektrisch verbunden sein. Alternativ ist es auch möglich, dass zwischen dem weiteren Knotenpunkt K1 und dem Sternpunkt SP1 der ersten Gruppe von Phasenwicklungen 11-13 ein Schaltelement S1 vorgesehen ist,
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Die weitere Brückenschaltung BR1 der ersten Stromrichterschaltung 21 kann analog zu der Brückenschaltung BR2 der zweiten Stromrichterschaltung 22 ausgeführt sein, wie dies beispielsweise in den 2 bis 4 beschrieben worden ist. Vorzugsweise sind die Bauelemente B1 und B2 der Brückenschaltung BR2 in der zweiten Stromrichterschaltung 22 und die Bauelemente B3 und B4 der weiteren Brückenschaltung in der ersten Stromrichterschaltung 21 gleich oder gleichartig ausgeführt.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung 1 zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsform insbesondere dadurch, dass anstelle einer Spannungsquelle 40 zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss der ersten Stromrichterschaltung 21 eine elektrische Wechselspannung von zusätzlichen Wechselrichter 25 oder einer externen Wechselspannungsquelle zwischen den Phasenwicklungen 11-13 und dem Sternpunkt SP1 der ersten Gruppe von Phasenwicklungen bereitgestellt wird. Bei der Wechselspannung kann es sich, wie in 6 dargestellt, um eine einphasige Wechselspannung handeln, sodass über jeder Phasenwicklung 11-13 die gleiche Wechselspannung anliegt. Alternativ ist auch möglich eine mehrphasige Wechselspannung bereitzustellen, sodass über den Phasenwicklungen 11-13 jeweils eine Phase der mehrphasigen in Wechselspannung anliegt.
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Neben den zuvor beschriebenen Varianten, bei welchen jeweils der Sternpunkt SP1 bzw. SP2 der Phasenwicklungen 11-16 mit einem Knotenpunkt der korrespondierenden Brückenschaltung BR1 bzw. BR2 verbunden ist, ist es darüber hinaus auch prinzipiell denkbar, dass die Phasenwicklungen 11-16 nicht an einem Sternpunkt SP1, SP2 miteinander verbunden sind, sondern jede der Phasenwicklungen 11-16 separat mit einem Knotenpunkt einer individuellen Brückenschaltung verbunden ist.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung 1 zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform. In dieser Ausführungsform wird die elektrische Energie zum Aufladen des Energiespeichers 30 und/oder des weiteren Energiespeichers 40 von einer externen Gleichspannungsquelle 60 bereitgestellt. Entsprechend kann die externe Gleichspannungsquelle 60 über die Schaltelement T1 und T2 mit dem ersten und zweiten Anschlusselement des zweiten Anschlusses der ersten Stromrichterschaltung 21 gekoppelt werden. Weiterhin kann die externe Gleichspannungsquelle 60 über die Schaltelement T3 und T4 mit dem ersten und zweiten Anschlusselement des zweiten Anschlusses der zweiten Stromrichterschaltung 22 gekoppelt werden. Weiterhin können Schaltelemente vorgesehen sein, welche die Energiespeicher 30 und 40 mit den jeweiligen zweiten Anschlüssen koppeln.
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Diese Weise ist eine flexible Verschaltung der externen Gleichspannungsquelle 60 mit den Stromrichterschaltungen 21 und 22 möglich.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung das Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in einem elektrischen Antriebssystem. Zur galvanischen Trennung zwischen einer Spannungsquelle und dem aufzuladenden Energiespeicher ist eine induktive Kopplung zwischen Phasenwicklungen/Phasensträngen einer elektrischen Maschine vorgesehen. Insbesondere sind die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine in zwei Gruppen unterteilt, wobei jede Gruppe einen separaten Sternpunkt aufweist. Für einen Sternpunkt ist eine separate Brückenschaltung aus Kondensatoren, Dioden oder Halbleiterschaltern vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012203612 A1 [0003]
