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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Inverter mit einer Ausgleichsvorrichtung und die Verwendung einer Ausgleichsvorrichtung in oder an einem Inverter zum Laden und Entladen von Batterien an einem Wechselstromnetz.
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Die Verwendung eines einstufigen Wechselrichter-Designs ist eine äußerst kostengünstige und sehr effiziente Möglichkeit, um eine Hochspannungs-Batterie (z.B. im Bereich größer gleich 650 V bei Netzspannungen im Bereich größer gleich 400 V) an ein Wechselspannungsnetz (Grid) anzuschließen, indem die Batterie direkt an den jeweiligen DC-Bus des Wechselrichters angeschlossen wird. Die untere Spannungsgrenze ist dabei vorgegeben durch die Scheitelspannung des Wechselspannungsnetzes und durch die verwendete Wechselrichtertopologie. So kann die Wechselrichtertopologie ausgelegt sein zum Anschluss an die Spannung zwischen zwei z.B. um 120° versetzten Phasen oder jeweils immer nur einer Phase. Das sind bei der gleichen Netzspannung unterschiedliche Spannungswerte für die mindestens erforderliche Batteriespannung. Bei einem Wechselspannungsnetz mit einer höheren Spannung (z.B. in USA) liegt diese Spannungsgrenze dann noch höher. Eine obere Spannungsgrenze ist durch die verwendeten Bauteile und Sicherheitsabstände im Wechselrichter vorgegeben. Sie kann also durch das Wechselrichter-Design beeinflusst werden. Sie liegt häufig im Bereich von 1 kV.
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Lithium-Ionen-Batterien werden z.B. in Elektrofahrzeugen eingesetzt. Diese sogenannten Mittelspannungs-Batterien weisen häufig eine Spannung auf, die nicht ausreichend wäre für den Anschluss an den DC-Bus eines Wechselrichters bzw. die am DC-Bus liegende Gleichspannung, wohl aber für die halbe Spannung. Lithium-Ionen- Batterien, die z. B. in Fahrzeugen eingesetzt wurden, bekommen, wenn sie für den Einsatz im Fahrzeug auf Grund der nachlassenden Zuverlässigkeit und Kapazität nicht mehr geeignet sind, häufig ein zweites Einsatzgebiet, nämlich als stationäre Batterien zum Puffern von überschüssiger Energie in Stromversorgungsnetzen oder in Inselnetzen, ein sogenanntes „Second-Life““.
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Aus Kostengründen wäre es nun vorteilhaft, man könnte auch diese Batterien direkt an einen einstufigen Wechselrichter anschließen. Um die erforderliche Spannung zu erhalten, müsste man zwei solcher Batterien in Serie schalten.
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Gerade in diesem Zustand sind die Batterien bezüglich ihrer Ladekapazität und Lade-Entladecharakteristik sehr unterschiedlich. Sie können daher nicht oder nur verbunden mit sehr großen Nachteilen in Serie geschaltet werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Inverter bereit zu stellen, an den zwei Batterien eines mittleren Spannungsbereichs angeschlossen werden können.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Inverter mit
- a. zumindest einem Wechselspannungsanschluss zum Anschluss an ein Wechselspannungsnetz,
- b. einer Wandlerstufe zur Wandlung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung und/oder umgekehrt, die
- i. an den zumindest einen Wechselspannungsanschluss angeschlossen ist
- ii. zumindest zwei in Serie geschaltete, steuerbare, insbesondere schaltende, Elemente aufweist,
- c. einem Zwischenkreis, der
- i. an die Wandlerstufe angeschlossen ist und
- ii. zwei in Serie geschaltete Kondensatoren aufweist,
- d. einem ersten und einem zweiten DC-Anschluss und einem Verbindungspunkt-Anschluss, die mit dem Zwischenkreis verbunden sind, wobei der erste DC-Anschluss und der Verbindungspunkt-Anschluss zum Anschluss einer ersten Batterie und der zweite DC-Anschluss und der Verbindungspunkt-Anschluss zum Anschluss einer zweiten Batterie vorgesehen sind,
- e. einer Ausgleichsvorrichtung, die eingerichtet ist, die Spannungsverteilung auf die Kondensatoren des Zwischenkreises zu beeinflussen.
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Die Ausgleichsvorrichtung kann dabei eingerichtet sein, eine Asymmetrie am Wechselspannungsnetz auszugleichen. So kann z.B. an einem einphasigen Netz ein Verbraucher in einem speziellen Betriebszustand Leistung nur bei Strömen in einer Richtung verbrauchen. Ein solches Verhalten weisen z.B. manche Haushaltsgeräte, z.B. Heizgeräte, Haartrockner oder Toaster auf. In großen Versorgungsnetzen spielen diese eine kleine Rolle, aber in einem Inselnetz können solche Verbraucher vergleichsweise große Asymmetrien erzeugen.
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In einem mehrphasigen Netz, z.B. in einem dreiphasigen Netz, kann ein Verbraucher nur auf einer Phase Leistung verbrauchen oder ein Leistungslieferant, wie z.B. eine PV Anlage, nur auf einer Phase Leistung einspeisen. Mit einer solchen Ausgleichvorrichtung kann der Inverter geeignet sein für ein Inselnetz, in dem z.B. in einer Phase eine Leistungseinspeisung, z.B. von einer PV-Anlage, erfolgt und auf einer anderen Phase ein Verbraucher, z.B. eine Waschmaschine, Leistung verbraucht.
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Die Ausgleichsvorrichtung kann zugleich eingerichtet sein. im Betrieb die beiden Batterien gemäß ihren Erfordernissen zu laden oder zu entladen. Dabei kann die Ausgleichsvorrichtung eingerichtet sein, Ladung von einer Batterie zur anderen Batterie zu transferieren.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, zwei Batterien mittlerer Spannung in Serie zu schalten und die Batterien trotzdem individuell zu laden und zu entladen. Dazu kann der Verbindungspunkt der zwei in Serie geschalteten Batterien abgegriffen werden und die Spannung und/oder der Stromfluss und/oder die Leistung in und/oder aus jeder Batterie individuell gesteuert werden.
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Die Batterien können einem ersten und einem zweiten DC-Anschluss und dem Verbindungspunkt-Anschluss über Schaltvorrichtungen zu- und weggeschaltet werden. Diese Schaltvorrichtungen können gesteuert werden von einer Steuerung, die dafür sorgt, dass eine Zuschaltung nur erfolgt, wenn die Spannung an den Anschlüssen gleich der Batteriespannung ist. Dazu kann die Batteriespannung gemessen werden und die Messwerte der Steuerung zugeführt werden. Somit werden hohe Ausgleichsströme beim Zuschalten vermieden. Erfindungsgemäß ist also der Verbindungs-Anschlusspunkt aus dem Inverter herausgeführt und eine Batterie kann daran und nicht nur an die DC-Anschlüsse (DC-Bus) angeschlossen werden. Mit diesem Verbindungs-Anschlusspunkt ist es möglich, eine erste Mittelspannungsbatterie (z.B. im Bereich von 325 V - ca. 500 V) vom positiven DC-Spannungsanschluss an den Verbindungs-Anschlusspunkt und eine zweite Mittelspannungsbatterie vom Verbindungs-Anschlusspunkt an den negativen DC-Spannungsanschluss anzuschließen, um die erforderlichen 650 V DC für die 400 V Nennspannung des Wechselspannungsversorgungsnetzes zu erreichen.
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Die Spannungen an den Anschlüssen können durch die Ausgleichsvorrichtung eingestellt werden. Die Ausgleichsvorrichtung kann demnach doppelt genutzt werden, nämlich erstens zum Ausgleich von unsymmetrischen Belastungen im Wechselspannungsnetz und zweitens zum Ausgleich von ungleichen Ladezuständen der beiden Batterien. Dabei kann im Betrieb eine Batterie geladen und zugleich die andere Batterie entladen werden.
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Um Leistung von den Batterien in das Wechselspannungsnetz liefern zu können, sollten beide Spannungen an den beiden Kondensatoren im Zwischenkreis eine Mindestspannung übersteigen. Sie müssen aber nicht gleich groß sein. Deswegen kann es vorteilhaft sein, wenn die Ausgleichsvorrichtung Ladung von einer Batterie in die andere transferieren kann.
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Die Ausgleichsvorrichtung kann als ein Programm in einem auslesbaren Speicher und/oder als Ausgleichsstufe mit mindestens einem steuerbaren, insbesondere schaltenden, Element, ausgelegt sein. Insbesondere kann die Ausgleichsvorrichtung als Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Spannungsverteilung auf die Kondensatoren des Zwischenkreises zu beeinflussen, ausgebildet sein. Das Computerprogrammprodukt kann in einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
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Die Ausgleichsstufe kann mindestens zwei steuerbare, insbesondere schaltende, Elemente aufweisen, deren Verbindungspunkt an den Verbindungspunkt der Kondensatoren des Zwischenkreises angeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, die Spannungsverteilung auf die Kondensatoren zu beeinflussen, insbesondere zu steuern.
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Der Verbindungspunkt der schaltenden Elemente kann über eine Induktivität an den Verbindungspunkt der Kondensatoren des Zwischenkreises angeschlossen sein. Die Induktivität kann als Speicherinduktivität ausgebildet sein.
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Es kann eine Regeleinrichtung vorgesehen sein, die die steuerbaren, insbesondere schaltenden, Elemente der Ausgleichsstufe ansteuert, um geregelt Leistung aus der positiven in die negative Zwischenkreishälfte und umgekehrt zu transportieren, wobei jede Zwischenkreishälfte einen der Kondensatoren des Zwischenkreises aufweist, und somit über die Verschiebung der Zwischenkreishälften-Spannungen gegeneinander den Leistungsfluss in den beiden Zwischenkreishälften aufzuteilen.
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Die Wandlerstufe kann netzseitig die gewünschte Lade- bzw. EntladeLeistung bidirektional regeln. Diese Leistung kann dem Zwischenkreis zugeführt bzw. entnommen werden, was dessen Spannung tendenziell steigen bzw. fallen lässt. Dieses tendenzielle Steigen bzw. Fallen der Zwischenkreisspannung führt in den angeschlossenen Batterien zur Aufnahme bzw. Abgabe eines Stroms, dem Lade- bzw. Entladestrom. Die Wandlerstufe kann insbesondere ausgelegt sein, die Leistung und/oder den Strom in die Batterien und/oder in das Wechselspannungsnetz zu regeln. Die Wandlerstufe kann als Wechselrichter ausgebildet sein.
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Die Ausgleichsstufe kann nun, ihrerseits ebenfalls geregelt, Leistung aus der positiven in die negative Zwischenkreishälfte und umgekehrt transportieren, und somit über die Verschiebung der Zwischenkreishälften-Spannungen gegeneinander den Leistungsfluss in den beiden Hälften entsprechend aufteilen.
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Die Ausgleichsstufe kann eines der steuerbaren, insbesondere schaltenden, Elemente getaktet ein- und ausschalten. So kann beim Einschalten eines steuerbaren, insbesondere schaltenden, Elements ein ansteigender Strom in der Induktivität erzeugt werden, der abklingt, wenn das steuerbare, insbesondere schaltende, Element, das im eingeschalteten Zustand für den Stromanstieg gesorgt hat, wieder ausgeschaltet wird. Dabei wird Ladung von einem Kondensator in den anderen geleitet. Damit wird die Spannung in bzw. an den Kondensatoren beeinflusst.
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Die Spannung an einem oder beiden Kondensatoren kann durch eine oder mehrere Spannungsmessvorrichtungen überwacht werden und der Regeleinrichtung der Ausgleichsstufe zugeführt werden.
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Der Strom durch die Induktivität kann durch eine Strommessvorrichtung überwacht werden und der Regeleinrichtung der Ausgleichsstufe zugeführt werden.
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Die Wandlerstufe kann einen oder mehrere Stränge aufweisen, die jeweils vier in Serie geschaltete steuerbare, insbesondere schaltende, Elemente, insbesondere IGBTs, aufweisen.
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Jeder Strang kann mit seinen beiden Enden an den Zwischenkreis, insbesondere die beiden DC-Anschlüsse, angeschlossen sein.
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Die steuerbaren Elemente können einzeln durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung ansteuerbar sein. Dadurch können die Schaltzeitpunkte der steuerbaren Elemente individuell festgelegt werden und insbesondere Schaltverluste vermieden werden.
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Jeder Strang kann an seinem Strang-Mittelpunkt mit einem Wechselspannungsanschluss verbunden sein, insbesondere mit einer Phase der Netzspannung verbindbar sein.
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Jeder Strang kann ausgelegt sein, durch geeignete Ansteuerung der steuerbaren Elemente den Strang-Mittelpunkt abwechselnd mit dem positiven Anschluss der Zwischenkreisspannung und dem negativen Anschluss der Zwischenkreisspannung zu verbinden und so die Gleichspannung des Zwischenkreises zu Wechselspannung am Netzanschluss zu wandeln und umgekehrt.
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Jeder Strang kann zusätzlich ausgelegt sein, durch geeignete Ansteuerung der steuerbaren Elemente den Strang-Mittelpunkt mit dem an den Verbindungspunkt der Kondensatoren des Zwischenkreises zu verbinden. Dies kann im Betrieb insbesondere immer zwischen den beiden Verbindungen mit der positiven und negativen Zwischenkreisspannung und/oder zwischen den beiden Verbindungen mit der negativen und positiven Zwischenkreisspannung erfolgen. Dadurch kann eine besonders störungsarme Wandlung erfolgen.
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Bei jedem Strang können zwischen dem Strang-Mittelpunkt und einem positiven Anschluss des Zwischenkreises zwei steuerbare Elemente in Serie geschaltet sein (die sogenannten zwei oberen Transistoren) und zwischen dem Strang-Mittelpunkt und einem negativen Anschluss des Zwischenkreises ebenfalls zwei steuerbare Elemente in Serie geschaltet sein (die sogenannten zwei unteren Transistoren). Wenn die Wandlerstufe z.B. für ein 3-Phasen Wechselstromnetz ausgelegt ist, können drei solcher Stränge vorgesehen sein.
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Vom Verbindungspunkt der beiden oberen steuerbaren Elemente und vom Verbindungspunkt der beiden unteren steuerbaren Elemente zum Verbindungspunkt der Kondensatoren des Zwischenkreises kann je ein gleichrichtendes Element, insbesondere eine Diode, geschaltet sein.
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Parallel zu den schaltenden Elementen der Stränge kann je eine antiparallele Diode geschaltet sein.
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Die Ausgleichsstufe kann analog zu einem der Stränge aufgebaut sein. Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau des Inverters.
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Der Inverter kann genau eine Wandlerstufe aufweisen. Diese Wandlerstufe kann die Netzspannung in eine Gleichspannung umsetzen und umgekehrt. Wenn nur eine Wandlerstufe vorgesehen ist, kann der Inverter kostengünstig realisiert werden.
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Kostenmäßig ergeben sich weitere Vorteile, wenn der Inverter transformatorfrei aufgebaut ist.
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Der Inverter kann bidirektional betreibbar sein, um die Batterie sowohl zu laden wie auch zu entladen, also Leistung aus dem Netz in die Batterie zu leiten (Gleichrichter-Betrieb) oder umgekehrt Leistung aus der Batterie in das Netz zu leiten (Wechselrichter-Betrieb).
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung einer Ausgleichsvorrichtung in oder an einem, insbesondere einstufigen, erfindungsgemäßen Inverter zur individuellen Ladung und/oder Entladung von zwei in Serie geschalteten Batterien, die an die Ausgleichsvorrichtung angeschlossen sind. Es ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Inverter als einstufiger 3L (3-Level)-NPC (neutral point clamped)-Wechselrichter ausgebildet ist oder einen solchen aufweist.
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Mit ,einstufig' ist hier gemeint, dass der Wechselrichter die Wechselspannung zur Gleichspannung in einer Stufe wandelt, also frei von einem zusätzliche DC-DC Wandler.
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Der Inverter kann auch einen einstufigen Zwei-Level Wechselrichter aufweisen. Ein solcher weist üblicherweise keinen Anschluss an den Neutralleiter auf. Der Zwischenkreis kann auch bei einer solchen Wechselrichtertopologie zwei in Serie geschaltete Kondensatoren aufweisen. Der Inverter kann dann auch eine erfindungsgemäße Ausgleichsvorrichtung aufweisen.
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Der Inverter kann auch einen einstufigen Drei-Level T-Type oder einstufigen Soft-Switching-Three Level-Wechselrichter oder 3-Stufen-Pulswechselrichter mit Entlastungsnetzwerk, wie er z.B. in
DE 10 2010 008 426 B4 offenbart ist, aufweisen. Der Zwischenkreis kann auch bei einer solchen Wechselrichtertopologie zwei in Serie geschaltete Kondensatoren aufweisen. Der Inverter kann dann auch eine erfindungsgemäße Ausgleichsvorrichtung aufweisen.
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Die Ausgleichsvorrichtung kann insbesondere zum Ausgleich von Asymmetrien am Wechselspannungsnetz verwendet werden.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
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Die Figur zeigt einen Inverter 13, der über Wechselspannungsanschlüsse Ea, Eb, Ec an ein Wechselspannungsnetz 20 angeschlossen werden kann. Das Wechselspannungsnetz 20 weist einen gemeinsamen Neutralleiter n auf. Der Inverter 13 weist eine Wandlerstufe 14 zur Wandlung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung und/oder umgekehrt auf. Die Wandlerstufe 14 ist über einen Filter 22 an die Wechselspannungsanschlüsse Ea, Eb, Ec angeschlossen. Der Filter ist vorliegend symbolhaft mit nur einer Drossel je Leitung dargestellt. Es sind auch aufwändigere Filter in T- oder n-Form denkbar. Auch kann hier ein Überspannungsschutz vorgesehen sein. Die Wandlerstufe 14 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Stränge 15, 16, 17 auf, die steuerbare, insbesondere schaltende, Elemente Sa1 - Sc4 aufweisen.
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Weiterhin weist die Wandlerstufe 14 einen Zwischenkreis 12 auf, der zwei in Serie geschaltete Kondensatoren C1, C2 aufweist. Zudem weist der Zwischenkreis 12 einen ersten und einen zweiten DC-Anschluss, DC+, DC- und einen Verbindungspunkt-Anschluss N auf. Der erste DC-Anschluss DC+ und der Verbindungspunkt-Anschluss N dienen zum Anschluss einer ersten Batterie B1 und der zweite DC-Anschluss DC- und der Verbindungspunkt-Anschluss N dienen zum Anschluss einer zweiten Batterie B2.
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Weiterhin umfasst der Inverter 13 eine als Ausgleichsstufe 18 ausgebildete Ausgleichsvorrichtung, die eingerichtet ist, die Spannungsverteilung auf die Kondensatoren C1, C2 des Zwischenkreises 12 zu beeinflussen.
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Die Ausgleichsstufe 18 weist zwei obere steuerbare Elemente. Sd1, Sd2 und zwei untere steuerbare Elemente Sd3, Sd4 auf. Die steuerbaren Elemente Sd1 - Sd4 sind in Serie geschaltet. Der Verbindungspunkt Y der steuerbaren Elemente Sd2, Sd3, der den Mittelpunkt der Ausgleichsstufe 18 darstellt, ist über eine Induktivität L1 an den Verbindungspunkt Z der Kondensatoren C1, C2 des Zwischenkreises 12 angeschlossen.
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Ein einfacherer Aufbau der Ausgleichsstufe 18 weist nur ein oberes steuerbares Element (z.B. Sd1) und ein unteres steuerbares Element (z.B. Sd4) auf, die in Serie geschaltet sind und an ihrem Verbindungspunkt mit der Induktivität L1 verbunden sind. Die Induktivität L1 ist dann an ihrem anderen Ende mit dem Verbindungspunkt Z der Kondensatoren C1, C2 des Zwischenkreises 12 verbunden. Anders gesagt kann man sich einen einfacheren Aufbau der Ausgleichsstufe 18 vorstellen, wenn man die Dioden D7, D8 und die steuerbare Elemente Sd2, Sd3 wegdenkt und durch direkte Verbindungen ersetzt.
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Es ist aber auch vorteilhaft, eine Baugruppe, die ohnehin schon mehrfach in den Strängen 15 - 17 eingesetzt wird, auch für die Ausgleichsstufe 18 zu verwenden. So sind zwar einige Bauteile in dieser Ausgleichsstufe 18 überflüssig, es kann aber insgesamt ein günstiger Preis durch die Mehrfachverwendung einer Baugruppe erzielt werden.
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Eine Regeleinrichtung 24 ist vorgesehen, die die steuerbaren Elemente Sd1 bis Sd4 der Ausgleichsstufe 18 ansteuert, um geregelt Leistung aus der positiven in die negative Zwischenkreishälfte und umgekehrt zu transportieren, wobei jede Zwischenkreishälfte einen der Kondensatoren C1, C2 des Zwischenkreises 12 aufweist, und somit über die Verschiebung der Zwischenkreishälften-Spannungen gegeneinander den Leistungsfluss in den beiden Zwischenkreishälften aufteilen kann. Somit ist es möglich, die zwei Batterien B1, B2 mittlerer Spannung in Serie zu schalten und trotzdem individuell zu laden und zu entladen. Insbesondere können die Spannungen an den Anschlüssen DC+, N, DC- durch die Ausgleichsstufe 18 eingestellt werden. Somit können ungleiche Ladezuständen der beiden Batterien B1, B2 ausgeglichen werden. Insbesondere können die steuerbaren Elemente Sd1 bis Sd4 getaktet ein- und ausgeschaltet werden. So kann beim Einschalten eines steuerbaren Elements Sd1 bis Sd4 ein ansteigender Strom in der Induktivität L1 erzeugt werden, der abklingt, wenn das steuerbare Element Sd1 - Sd4, das im eingeschalteten Zustand für den Stromanstieg gesorgt hat, wieder ausgeschaltet wird. Dabei wird Ladung von einem Kondensator C1, C2 in den anderen geleitet. Damit wird die Spannung in bzw. an den Kondensatoren C1, C2 beeinflusst.
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Durch eine oder mehrere nicht dargestellte Spannungsmessvorrichtungen können die Kondensatoren C1, C2 hinsichtlich ihrer Spannung überwacht werden. Diese Information kann der Regeleinrichtung 24 zur Verfügung gestellt werden, um anhand der ermittelten Messwerte die steuerbaren Elemente Sd1 bis Sd4 anzusteuern.
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Der Verbindungspunkt Z der Kondensatoren C1, C2 ist aus dem Inverter 13 zum Verbindungspunkt-Anschluss N herausgeführt. Zwischen dem Verbindungspunkt Z der Kondensatoren C1, C2 zum Verbindungspunkt der beiden oberen steuerbaren Elemente. Sd1, Sd2 ist ein als Diode ausgebildetes gleichrichtendes Element D7 geschaltet. Zwischen dem Verbindungspunkt Z und dem Verbindungspunkt der beiden unteren steuerbaren Elemente Sd3, Sd4 ist ebenfalls ein als Diode ausgebildetes gleichrichtendes Element D8 vorgesehen.
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Die Stränge 15, 16, 17 sind analog zur Ausgleichsstufe 18 ausgebildet. Insbesondere sind bei jedem Strang 15-17 zwischen dem jeweiligen Strangmittelpunkt Ma, Mb, Mc und dem positiven Anschluss DC+ des Zwischenkreises 12 zwei steuerbare Elemente Sa1, Sa2, Sb1, Sb2, Sc1, Sc2 in Serie geschaltet. Zwischen dem Strangmittelpunkt Ma, Mb, Mc und einem negativen Anschluss DC- des Zwischenkreises 12 sind ebenfalls zwei steuerbare Elemente Sa3, Sa4, Sb3, Sb4, Sc3, Sc4 in Serie geschaltet.
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Die Strangmittelpunkt Ma, Mb, Mc sind jeweils mit einem Wechselspannungsanschluss Ea, Eb, Ec verbunden. Somit sind sie mit einer Phase der Netzspannung verbindbar. Vom Verbindungspunkt der beiden oberen steuerbaren Elemente Sa1, Sa2, Sb1, Sb2, Sc1, Sc2 und vom Verbindungspunkt der beiden unteren steuerbaren Elemente Sa3, Sa4, Sb3, Sb4, Sc3, Sc4 zum Verbindungspunkt Z der Kondensatoren C1, C2 des Zwischenkreises 12 ist jeweils ein als Diode ausgebildetes gleichrichtendes Element D1 -D6 geschaltet. Der Verbindungspunkt Z kann mit dem Neutralleiter n des Wechselstromnetzes 20 verbunden sein (nicht gezeigt).
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Parallel zu den steuerbaren Elementen Sa1 - Sc4 der Stränge 15 - 17 ist jeweils eine antiparallele Diode Da1 bis Dc4 geschaltet.
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Parallel zu den steuerbaren Elementen Sd1 - Sd4 des Strangs 18 ist jeweils eine antiparallele Diode Dd1 - Dd4 geschaltet.
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Die steuerbaren Elemente Sa1-Sc4 sind durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 individuell ansteuerbar.
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Die Wandlerstufe 14 kann insbesondere als einstufiger 3L-NPC Inverter ausgebildet sein.
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Die Regeleinrichtung 24 und die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 können miteinander verbunden sein. Insbesondere können die Regeleinrichtung 24 und die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 ein einziges Bauteil sein. Die Regeleinrichtung 24 kann in die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 integriert sein.
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Die Batterien B1, B2 können einem ersten DC-Anschluss DC+ und einem zweiten DC-Anschluss DC- und dem Verbindungspunkt-Anschluss N über, insbesondere steuerbare, Schaltvorrichtungen (nicht gezeigt) zu- und weggeschaltet werden. Diese Schaltvorrichtungen können gesteuert werden von einer Steuerung, die dafür sorgt, dass eine Zuschaltung nur erfolgt, wenn die Spannung an den Anschlüssen gleich der Batteriespannung ist. Dazu kann die Batteriespannung gemessen werden und die Messwerte der Steuerung zugeführt werden. Die Steuerung kann in der Regeleinrichtung 24 oder der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 integriert sein. Insbesondere kann eine Komponente vorgesehen sein, die die Steuerung, die Regeleinrichtung 24 und die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 vereint.
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Die Spannung VDC1, VDC2 an einem oder beiden Kondensatoren C1, C2 kann durch eine oder mehrere Spannungsmessvorrichtungen (nicht gezeigt) überwacht werden und der Regeleinrichtung 24 der Ausgleichsstufe zugeführt werden.
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Der Strom durch die Induktivität L1 kann durch eine Strommessvorrichtung überwacht werden und der Regeleinrichtung 24 der Ausgleichsstufe zugeführt werden.
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Es kann eine Vorladeschaltung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die die Kondensatoren C1, C2 vorlädt. Damit kann ein Schwarzstart in einem Inselnetz erfolgen.
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Es kann eine Entladeschaltung (nicht gezeigt) zum Entladen der Kondensatoren C1, C2 vorgesehen sein, die ausgelegt ist, die Kondensatoren zu entladen, wenn die Wandlerstufe ausgeschaltet ist. Das erhöht die Sicherheit am ausgeschalteten Gerät.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010008426 B4 [0041]
