WO2024022641A1 - Elektrische filterschaltung für einen elektrischen antrieb - Google Patents

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WO2024022641A1
WO2024022641A1 PCT/EP2023/063928 EP2023063928W WO2024022641A1 WO 2024022641 A1 WO2024022641 A1 WO 2024022641A1 EP 2023063928 W EP2023063928 W EP 2023063928W WO 2024022641 A1 WO2024022641 A1 WO 2024022641A1
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filter
pole
connection
capacitor
electrical
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PCT/EP2023/063928
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Alois TARANETZ
Dennis BURGER
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Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/50—Reduction of harmonics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
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    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]

Definitions

  • the present invention relates to an electrical filter circuit for an electric drive, in particular for operating a vehicle, a drive train with the electrical circuit and a vehicle with a drive train, as well as a method for operating the electrical circuit, a computer program and a computer-readable storage medium.
  • Electromobility is an important component in efforts to develop more environmentally friendly methods of transportation.
  • several requirements must be met.
  • a comprehensive supply of energy sources is required to ensure that electric vehicles can be charged at all times.
  • the required loading time must be kept short in order to avoid major delays.
  • alternating voltage (AC) charging station When charging the electric vehicle at an alternating voltage (AC) charging station, for example when connecting to the public power grid, the alternating voltage is converted into a direct voltage (DC) by a rectifier, preferably internal to the vehicle.
  • DC fast charging stations which directly provide direct voltage and are characterized by a shorter charging time, are becoming increasingly common.
  • An exemplary DC fast charging station is known from WO 2012/038222 A3.
  • an inverter for converting electrical energy from a direct voltage source into an alternating voltage for driving an electrical machine is known.
  • this inverter set up to increase a charging voltage of a charging device to a higher voltage.
  • Such step-up converters are used if the available charging voltage is smaller than the voltage required to charge a vehicle battery.
  • the charging voltage is supplied, for example at a 400 volt voltage level, via at least one winding of the connected electrical machine.
  • a charging voltage for example 400 volts
  • a battery voltage of a battery or high-voltage battery for example 800 volts
  • the power switches of the inverter are operated in a clocked manner in order to achieve the desired voltage at the output or to provide input of the inverter.
  • HV filter high-voltage filter
  • an electrical filter circuit to be used, or an HV filter would be a symmetrical filter circuit in which all 3 charging connection lines are of equal strength, i.e. symmetrically, filtered using y-capacitors relative to ground or a reference potential, preferably the chassis of the vehicle become.
  • step-up converter operation to increase a charging voltage to a battery voltage of a battery in charging operation, significantly lower limit values for the permissible electromagnetic interference emissions must be adhered to than in ferry operation, i.e. in motor or generator operation of the electric drive train, the solution for the Lines relevant to step-up converter operation are particularly taken into account.
  • the present invention creates an electrical filter circuit with the features of patent claim 1, a drive train with the features of patent claim 8, a vehicle with the features of patent claim 9.
  • the invention therefore relates to an electrical filter circuit for an electric drive.
  • the filter circuit includes a three-pole filter input connection on the input side.
  • the filter input connection is preferably a DC voltage connection to which DC voltage sources or DC voltage sinks are connected, preferably batteries and/or an external charging voltage.
  • the filter circuit includes a three-pole filter output connection.
  • the filter output connection is preferably a DC voltage connection to which DC voltage sources or DC voltage sinks are connected, preferably a DC voltage input of an inverter or a winding connection point of a winding of an electrical machine.
  • the input-side three-pole filter input connection is designed to be connected to a positive pole of a high-voltage battery at a first filter input connection pole, to be connected to a negative pole of a high-voltage battery and a negative pole of a charging voltage at a second filter input connection pole, and to a positive pole at a third filter input connection pole Pole to be connected to a charging voltage.
  • the charging voltage is preferably significantly lower than the battery voltage, so that the charging voltage is initially increased to charge the high-voltage battery.
  • the power switching elements of the inverter and the windings of the electrical machine are preferably used to control the charging voltage to raise.
  • the output-side three-pole filter output connection is designed to be connected at a first filter output connection pole to a, preferably DC-side, positive input connection of an inverter, to be connected at a second filter output connection pole to a, preferably DC-side, negative input connection of an inverter and to a third filter output connection pole to be connected to a winding connection of an electrical machine connected to the inverter.
  • the filter circuit is characterized in that it comprises an x capacitor, a first and a second y capacitor.
  • the x capacitor is connected between the first and third filter output terminals or the first and third filter input terminals.
  • the first y-capacitor is connected between the third filter output connection pole or the third filter input connection pole and a reference potential or ground.
  • the second y-capacitor is connected between the second filter output connection pole or the second filter input connection pole and a reference potential or ground.
  • the resulting filter circuit which is designed asymmetrically with respect to the common mode suppression by means of the y-capacitors, since only one x-capacitor is connected to the first filter input connection pole or the first filter output connection pole, when taking into account the limit values for the permissible electromagnetic interference emissions, only the values of the first and second y-capacitors, which are respectively connected to the second or third filter input connection pole or the first filter output connection pole, are summed.
  • the x capacitor provided is sufficient for the relevant ferry operation or charging operation.
  • the y-capacitors could now be designed with 4 x 150 nF (instead of 100 nF each).
  • the lines would through which the charging voltage to be increased flows is particularly strongly filtered.
  • the necessary filter attenuation after the y-capacitor limit value has been exhausted can only be set by a common mode choke (CMC) between the y-capacitors.
  • CMC common mode choke
  • a smaller CMC can advantageously be used for design-critical operation with charging voltage that needs to be increased. This in turn brings advantages in the smaller installation space required and the associated lower weight.
  • an asymmetric filter becomes smaller, lighter and less expensive.
  • the x-capacitor is used to capacitively capacitive the y-capacitor on the line between the third filter input connection pole and the first filter output connection pole to contact.
  • This x capacitor is provided instead of a third y capacitor on the line between the first filter input connection pole and the first filter output connection pole.
  • a corresponding third y-capacitor would be provided with a symmetrical filter.
  • the sum of the capacities of the y-capacitors preferably remains the same.
  • the x capacitor preferably does not require a y safety classification and is therefore smaller, lighter and cheaper.
  • Connecting and disconnecting or decoupling or connected and disconnected is used synonymously with galvanically connected and galvanically isolated.
  • the first and second y-capacitors have the same capacitance value.
  • common mode interference on the line between the third filter output connection pole and the third filter input connection pole and the line between the second filter output connection pole and the second filter input connection pole are equally suppressed.
  • common mode interference occurs, preferably due to the lack of a y-capacitor between the first filter output connection pole and the first filter input connection pole, much more weakly suppressed.
  • common mode interference on the line between the first filter output connection pole and the first filter input connection pole is suppressed only via the x capacitor in conjunction with the first y capacitor, preferably by means of the capacitive coupling.
  • a dimensioning for the capacity values of the filter circuit is advantageously provided, which ensures effective filtering for charging operations and ferry operations.
  • the x capacitor in conjunction with the first y capacitor at least partially suppresses the common mode interference on the line between the first filter output connection pole and the first filter input connection pole.
  • a circuit topology is advantageously provided which, instead of a third y-capacitor, enables common mode suppression on the line between the first filter output connection pole and the first filter input connection pole.
  • the x capacitor is provided instead of a third y capacitor between the first filter output connection pole or the first filter input connection pole and a reference potential or ground.
  • a possibility of reducing the resulting sum of the capacitance values of the y-capacitors is advantageously provided.
  • the filter circuit is designed with one stage, two stages, three stages, five stages or multiple stages.
  • a first stage of a filter circuit preferably a high-voltage filter or DC-high-voltage filter, comprises an assigned capacitor for each line, preferably to reduce common-mode interference.
  • a series choke preferably a common mode choke (CMC)
  • CMC common mode choke
  • a three-stage filter another first stage is the filter circuit of the two-stage filter added.
  • another second stage is added to the filter circuit of the three-stage filter.
  • the filter circuit is preferred as a filter circuit of 1st order (l-stage), 2nd order (2-stage), 3rd order (3-stage) or nth order (multi-stage) with n GN (n is an element from the natural numbers).
  • a possibility for forming multi-stage filter circuits is advantageously provided.
  • the voltage at the positive pole of the high-voltage battery is at least a factor of 1.2 greater than the voltage at the positive pole of the charging voltage.
  • a filter circuit is advantageously provided for filtering common mode interference that occurs in a charging operation in which an inverter is operated as a step-up converter in combination with the windings of an electrical machine.
  • the electric drive is preferably designed to operate a vehicle.
  • the electric drive includes an inverter and a multi-phase electric machine.
  • the inverter On the input side, the inverter includes a positive input connection and a negative input connection for connecting the first filter output connection pole and the second filter output connection pole.
  • the inverter On the output side, the inverter includes a multi-phase connection, preferably an AC voltage connection, for connecting the multi-phase electrical machine.
  • the inverter is designed to supply the electrical machine with electrical energy in a motor operation and to receive electrical energy from the electrical machine in a generator operation, with at least one of the windings of the multi-phase electrical machine comprising a winding connection which has a positive pole of a charging voltage is connectable.
  • winding connection is electrically connected to the positive pole of a charging voltage by means of a switch in a charging operation and is separated by means of the switch in the ferry operation.
  • the windings of the multi-phase electrical machine are preferably connected in a star; a delta connection is also possible.
  • the winding connection is a contact of at least one winding.
  • the star point is preferably designed as a winding connection.
  • An electrical filter circuit for an electric drive is advantageously provided, in which, for an effective filter circuit and taking into account a predetermined limit value for the sum of the capacitance of the y-capacitors, the first and the second y-capacitor can be dimensioned larger than if one Third y-capacitor for filtering the line between the first filter input and filter output connection pole would have to be taken into account.
  • the invention further relates to a drive train with the electrical filter circuit described.
  • the powertrain includes the electrical filter circuit and inverter, the multi-phase electrical machine and/or the high-voltage battery.
  • a drive train with an electrical filter circuit is advantageously provided, in which the first and second y-capacitors can be dimensioned larger than if a third y-capacitor had to be taken into account for filtering the line between the first filter input and filter output connection poles.
  • the invention further relates to a vehicle with the drive train.
  • a vehicle is advantageously provided with an electrical filter circuit that enables safe operation of the vehicle.
  • FIG. 1 a first schematic block diagram of an electric drive with an electric filter circuit
  • FIG. 2 is a schematic representation of a vehicle with an electric powertrain with an electric filter circuit
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an electrical filter circuit 100 for an electric drive 200.
  • the electric drive 200 is preferably designed to operate a vehicle 400.
  • the electric drive 200 includes an inverter 210 and a multi-phase electric machine 220.
  • the inverter 210 includes a positive input connection on the input side and a negative input connection for connecting an electrical filter circuit 100.
  • the inverter 210 preferably includes a capacitor 242 on the input side, preferably an intermediate circuit capacitor.
  • the inverter 210 includes a multi-phase connection 240 for connecting the multi-phase electrical machine 220, preferably for connecting to the phase connections of the individual phases, or the windings, of the electrical machine 220.
  • the inverter 210 is set up to supply the electrical machine 220 with electrical energy to supply electrical energy from the electrical machine 220 in a motor operation and to absorb electrical energy from the electrical machine 220 in a generator operation.
  • the illustrated power switching elements of the inverter 210 are preferably controlled accordingly.
  • the power switching elements are used to form, preferably three, half bridges connected in parallel, which are connected to a direct voltage at the ends.
  • a center tap of each half bridge is connected to a phase connection for connecting one of the windings of the electrical machine 220.
  • the windings 222, 224, 226 of the multi-phase electrical machine 220 are connected in a star, for example. It is also possible to connect the windings in a triangle.
  • the winding connection is preferably a phase connection of the electrical machine.
  • contacting at another location on the winding, preferably within the winding or at the other end of the winding, between the several windings of the electrical machine 220, preferably at a star point of the electrical machine 220, is also possible as a winding connection.
  • the electrical filter circuit 100 includes a three-pole filter input connection 213, 215, 217 on the input side and a three-pole filter output connection 212, 214, 216 on the output side.
  • the three-pole filter input connection on the input side is designed to be connected to a positive pole of a high-voltage battery 230 at a first filter input connection pole 213 a second filter input connection pole 215 to be connected to a negative pole of the high-voltage battery 230 and a negative pole of a charging voltage 232 and to be connected to a third filter input connection pole 217 to a positive pole of a charging voltage 234.
  • the output-side three-pole filter output connection is designed to be connected to a positive input terminal of the inverter 210 at a first filter output connection pole 212, to be connected to a negative input terminal of the inverter 210 at a second filter output connection pole 214 and to the winding connection 228 at a third filter output connection pole 216 to be connected to the electrical machine 220 connected to the inverter 210.
  • the third filter output connection pole 216 is preferably switchably connected to the winding connection 228 via a switching element 229.
  • the electrical filter circuit 100 includes an x capacitor CX_i, a first and a second y capacitor CYl_i, CY2_i.
  • the x capacitor CX_i is connected between the first and third filter output terminals 212, 216 or the first and third filter input terminals 213, 217.
  • the first y-capacitor CYl_i is connected between the third filter output connection pole 216 or the third filter input connection pole 217 and a reference potential or ground.
  • the second y-capacitor CY2_i is between the second filter output terminal 214 or the second filter input terminal 215 and a reference potential or ground are connected.
  • a coil 142, 144, 146, choke or series choke is preferably arranged between the first, second and third filter input connection poles and the first, second and third filter output connection poles and connects the filter input connection pole and the filter output connection pole.
  • a three-stage filter as shown in Figure 1, another x-capacitor CX_i, another first and another second y-capacitor CYl_i, CY2_i, the previous x-capacitor CX_i, the previous first and second y-capacitor CY1 are preferred _i, CY2_i connected in parallel.
  • the number of x and y capacitors connected in parallel is preferably increased and a coil is added between the individual capacitors.
  • the necessary filter attenuation according to the exhausted y-capacitor limit value can only be set by the coils 142, 144, 146, chokes, series chokes or a common mode choke (CMC) between the y-capacitors.
  • CMC common mode choke
  • a second capacitor 244 is preferably arranged between the second and third filter output connection poles 214, 216. During charging operation, this second capacitor 244 preferably filters the voltage ripple that occurs between the second and third filter output connection poles 214, 216 due to the alternating opening and closing of the power switching elements.
  • the switching element 229 is preferably connected on the one hand to the motor connection 228 and on the other hand via the third filter output connection pole 216 and the third Filter input connection pole 217 can be connected to the positive pole of the charging voltage 234.
  • the negative pole of the charging voltage 232 can be connected to the second filter input connection pole 215.
  • the positive and negative poles of the charging voltage 234, 232 are set up to be connected to a charging energy source for charging operation for charging the energy source 230.
  • the electrical circuit 100 with the inverter 210 and/or the electrical machine 220 is preferably arranged within a common housing.
  • the electrical circuit 100 can be arranged in a separate housing and connected to the respective ones by means of lines Connections and connections to the electrical machine 220, the inverter 210, the energy source 230 and the positive and negative poles of the charging voltage 234, 232.
  • the input-side three-pole filter input connection is designed to be connected to a negative pole of a high-voltage battery 230 at a first filter input connection pole 213, to be connected to a positive pole of the high-voltage battery 230 at a second filter input connection pole 215 and to a positive pole of a charging voltage 232 and to be connected to a negative pole of a charging voltage 234 at a third filter input connection pole 217.
  • the output-side three-pole filter output connection is designed to be connected to a negative input terminal of the inverter 210 at a first filter output connection pole 212, to be connected to a positive input terminal of the inverter 210 at a second filter output connection pole 214 and to the winding connection 228 at a third filter output connection pole 216 to be connected to the electrical machine 220 connected to the inverter 210.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a vehicle 400 with an electric drive train 300 and an electric circuit 100.
  • the vehicle 400 preferably includes four wheels 402, of which at least one is preferably driven by the electric machine 220. This illustration only shows one possible embodiment of a vehicle 400.
  • the vehicle is preferably any vehicle on water, on land or in the air.
  • the drive train 300 includes the electrical filter circuit 100 and the inverter 210, the multi-phase electrical machine 220 and/or the energy source 230.
  • the electrical energy source 230 is preferably connected to the power switching elements of the inverter 210 via the electrical filter circuit 100.
  • the charging connections i.e. the negative pole of the charging voltage 232 and the positive pole of the charging voltage 234, are designed to be connected to a charging energy source (not shown) during a charging operation for charging the energy source 230.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Elektrische Filterschaltung (100) für einen elektrischen Antrieb (200), wobei die Filterschaltung (100) einen x-Kondensator (CX_i), einen ersten und einen zweiten y-Kondensator (CY1_i, CY2_i) umfasst. Der x-Kondensator (CX_i) ist zwischen einen ersten und den dritten Filterausgangsanschlusspol (212, 216) oder einen ersten und einen dritten Filtereingangsanschlusspol (213, 217) geschaltet und der erste y-Kondensator (CY1_i) ist zwischen den dritten Filterausgangsanschlusspol (216) oder den dritten Filtereingangsanschlusspol (217) und einem Bezugspotential oder Masse geschaltet. Der zweite y-Kondensator (CY2_i) ist zwischen den zweiten Filterausgangsanschlusspol (214) oder den zweiten Filtereingangsanschlusspol (215) und ein Bezugspotential oder Masse geschaltet.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrische Filterschaltung für einen elektrischen Antrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Filterschaltung für einen elektrischen Antrieb, insbesondere zum Betreiben eines Fahrzeugs, einen Antriebsstrang mit der elektrischen Schaltung und ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betreiben der elektrischen Schaltung, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium.
Stand der Technik
Bei den Bemühungen, umweltfreundlichere Fortbewegungsmethoden zu entwickeln, bildet die Elektromobilität einen wichtigen Baustein. Um jedoch eine breite Akzeptanz von Elektrofahrzeugen zu erzielen, müssen mehrere Voraussetzungen erfüllt sein. So ist neben einer ausreichenden Reichweite des Fahrzeugs eine flächendeckende Versorgung mit Energiequellen erforderlich, um jederzeit ein Aufladen der Elektrofahrzeuge zu gewährleisten. Weiter muss die erforderliche Ladezeit gering gehalten werden, um große Verzögerungen zu vermeiden.
Beim Laden des Elektrofahrzeugs an einer Wechselspannungs- (AC-) Ladestation, etwa beim Verbinden mit dem öffentlichen Stromnetz, wird die Wechselspannung von einem, bevorzugt fahrzeuginternen, Gleichrichter in eine Gleichspannung (DC) gewandelt. Zunehmend verbreitet sind Schnellladestationen, welche direkt Gleichspannung zur Verfügung stellen und sich durch eine geringere Ladezeit auszeichnen. Eine beispielhafte DC- Schnellladestation ist aus der WO 2012/038222 A3 bekannt. Aus der WO 2019/215128 Al ist ein Wechselrichter zum Wandeln elektrischer Energie einer Gleichspannungsquelle in eine Wechselspannung für den Antrieb einer elektrischen Maschine bekannt. Weiter ist dieser Wechselrichter dazu eingerichtet, eine Ladespannung einer Ladevorrichtung auf eine höhere Spannung hochzusetzen. Derartige Hochsetzsteller werden eingesetzt, falls die verfügbare Ladespannung kleiner als die benötigte Spannung zum Laden einer Fahrzeugbatterie ist. Die Zufuhr der Ladespannung, beispielsweise auf einer 400 Volt-Spannungsebene erfolgt über mindestens eine Wicklung der angeschlossenen elektrischen Maschine. Sowohl im motorischen, im generatorischen als auch im Hochsetzstellerbetrieb zum Hochsetzen einer Ladespannung, beispielsweise 400 Volt, auf eine Batteriespannung einer Batterie oder Hochvolt-Batterie, beispielsweise 800 Volt, im Ladebetrieb werden die Leistungsschalter des Wechselrichters getaktet betrieben, um die gewünschte Spannung am Ausgang oder Eingang des Wechselrichters bereitzustellen. Dabei bilden sich elektrische Gleichtakt- und Gegentaktstörgrößen aus. Diese werden in der Regel durch ein HV-Filter (Hochvolt- Filter) gefiltert, um die EMV- Störemission zu reduzieren. Auch im Ladebetrieb werden mittels des HV-Filters die EMV-Störemissionen in Richtung eines Versorgungsnetzes, also in Richtung der Hoch volt- Batterie bzw. in Richtung eines öffentlichen Ladenetzes, bevorzugt eines Gleichspannungs-Ladenetzes, oder einer Ladesäule minimiert. Im Ladebetrieb, sobald ein Ladestecker (charge plug) an eine öffentliche Ladesäule angeschlossen wird, gelten besonders geringe Grenzwerte für die zulässigen elektromagnetischen Störemissionen, die auf den Ladeanschlussleitungen eingehalten werden müssen. Eine naheliegende Lösung für eine zu verwendende elektrische Filterschaltung, oder einen HV-Filter, wäre eine symmetrische Filterschaltung, bei der alle 3 Ladeanschlussleitungen gleich stark, also symmetrisch, mittels y- Kondensatoren gg. Masse oder ein Bezugspotential, bevorzugt das Chassis des Fahrzeugs, befiltert werden. Eine wichtige Randbedingung bei der Dimensionierung der y- Kondensatoren ist, dass die Summe der Kapazität aller y-Kondensatoren im Fahrzeug aus Sicherheitsgründen begrenzt ist. Eine Limitierung auf bspw. 600nF würde bedeuten, in einem symmetrischen Filter könnten 6 Kondensatoren mit jeweils lOOnF, beispielsweise je Leitung 2 Kondensatoren mit zusammen 200nF je Leitung, eingesetzt werden. Es besteht daher Bedarf für Lösungen mit besonders guter Reduktion der elektromagnetischen Störemissionen bei minimaler Summe der Kapazitäten der y-Kondensatoren, bevorzugt in einem elektrischen Antriebsstrang für ein Fahrzeug. Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von der Erkenntnis, dass im Hochsetzstellerbetrieb zum Hochsetzen einer Ladespannung auf eine Batteriespannung einer Batterie im Ladebetrieb deutlich geringere Grenzwerte für die zulässigen elektromagnetischen Störemissionen einzuhalten sind als im Fährbetrieb, also im motorischen oder generatorischen Betrieb des elektrischen Antriebsstrangs, werden bei der Lösung die für den Hochsetzstellerbetrieb relevanten Leitungen besonders berücksichtigt. Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Filterschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
Die Erfindung betrifft demnach eine elektrische Filterschaltung für einen elektrischen Antrieb. Die Filterschaltung umfasst eingangsseitig einen dreipoligen Filtereingangsanschluss. Bevorzugt ist der Filtereingangsanschluss ein Gleichspannungsanschluss an den Gleichspannungsquellen oder Gleichspannungssenken angeschlossen werden, bevorzugt Batterien und oder eine externe Ladespannung. Ausgangsseitig umfasst die Filterschaltung einen dreipoligen Filterausgangsanschluss. Bevorzugt ist der Filterausgangsanschluss ein Gleichspannungsanschluss, an den Gleichspannungsquellen oder Gleichspannungssenken angeschlossen werden, bevorzugt ein Gleichspannungseingang eines Wechselrichters oder ein Wicklungsanschlusspunkt einer Wicklung einer elektrischen Maschine. So ist der eingangsseitige dreipolige Filtereingangsanschluss dazu ausgelegt, an einem ersten Filtereingangsanschlusspol mit einem positiven Pol einer Hochspannungsbatterie verbunden zu werden, an einem zweiten Filtereingangsanschlusspol mit einem negativen Pol einer Hochspannungsbatterie und einem negativen Pol einer Ladespannung verbunden zu werden und an einem dritten Filtereingangsanschlusspol mit einem positiven Pol einer Ladespannung verbunden zu werden. Bevorzugt ist die Ladespannung deutlich geringer als die Batteriespannung, sodass zum Laden der Hochspannungsbatterie die Ladespannung zunächst hochgesetzt wird. Bevorzugt werden die Leistungsschaltelemente des Wechselrichters und die Wicklungen der elektrischen Maschine genutzt, um die Ladespannung hochzusetzen. Der ausgangsseitige dreipolige Filterausgangsanschluss ist dazu ausgelegt ist, an einem ersten Filterausgangsanschlusspol mit einem, bevorzugt gleichspannungsseitigen, positiven Eingangsanschluss eines Wechselrichters verbunden zu werden, an einem zweiten Filterausgangsanschlusspol mit einem, bevorzugt gleichspannungsseitigen, negativen Eingangsanschluss eines Wechselrichters verbunden zu werden und an einem dritten Filterausgangsanschlusspol mit einem Wicklungsanschluss einer mit dem Wechselrichter verbundenen elektrischen Maschine verbunden zu werden. Gekennzeichnet ist die Filterschaltung dadurch, dass sie einen x- Kondensator, einen ersten und einen zweiten y-Kondensator umfasst. Der x-Kondensator ist zwischen den ersten und den dritten Filterausgangsanschlusspol oder den ersten und den dritten Filtereingangsanschlusspol geschaltet. Der erste y-Kondensator ist zwischen den dritten Filterausgangsanschlusspol oder den dritten Filtereingangsanschlusspol und einem Bezugspotential oder Masse geschaltet. Der zweite y-Kondensator ist zwischen den zweiten Filterausgangsanschlusspol oder den zweiten Filtereingangsanschlusspol und ein Bezugspotential oder Masse geschaltet.
Durch die resultierende Filterschaltung, die bezüglich der Gleichtaktunterdrückung mittels der y- Kondensatoren asymmetrisch ausgebildet ist, da lediglich ein x-Kondensator mit dem ersten Filtereingangsanschlusspol oder dem ersten Filterausgangsanschlusspol verbunden ist, müssen bei der Berücksichtigung der Grenzwerte für die zulässigen elektromagnetischen Störemissionen lediglich die Werte der ersten und zweiten y-Kondensatoren, die jeweils mit dem zweiten oder dritten Filtereingangsanschlusspol oder dem ersten Filterausgangsanschlusspol verbunden sind, summiert werden. Vorteilhaft kann dadurch der erste und der zweite y-Kondensator größer dimensioniert werden, als wenn noch ein dritter y-Kondensator zur Filterung der Leitung zwischen ersten Filtereingangs- und Filterausgangsanschlusspol zu berücksichtigen wäre. Da die Leitung zwischen ersten Filtereingangs- und Filterausgangsanschlusspol beim Hochsetzstellerbetrieb nicht benötigt wird, sind an dieser Stelle der Topologie keine y-Kondensatoren notwendig. Der vorgesehene x-Kondensator ist für den relevanten Fährbetrieb bzw. den Ladebetrieb ausreichend.
Entsprechend dem obigem Zahlenbeispiel könnten die y-Kondensatoren nun zu 4 x 150 nF (anstatt je 100 nF) ausgeführt werden. Somit würden die Leitungen, über die die hochzusetzende Ladespannung fließt, besonders stark gefiltert. Bevorzugt kann eine notwendige Filterdämpfung nach dem ausgeschöpften y- Kondensatoren Grenzwert nur durch eine Gleichtaktdrossel (CMC) zwischen den y- Kondensatoren eingestellt werden. Vorteilhaft kann bei einem derartigen asymmetrischen Filter für den auslegungsentscheidenden Betrieb mit hochzusetzender Ladespannung eine kleinere CMC zum Einsatz kommen. Dies bringt wiederum Vorteile bei dem geringeren benötigten Bauraum und dem damit verbundenen geringeren Gewicht. Zusammenfassend wird ein asymmetrisches Filter kleiner, leichter und kostengünstiger. Um trotzdem eine gegenüber den mittels y- Kondensatoren gefilterten Leitungen eine leicht verminderte Filterwirkung auch auf der Leitung zwischen ersten Filtereingangsanschlusspol und erstem Filterausgangsanschlusspol zu erzielen, wird der x-Kondensator eingesetzt, um den y-Kondensator auf der Leitung zwischen dritten Filtereingangsanschlusspol und erstem Filterausgangsanschlusspol kapazitiv zu kontaktieren. Dieser x-Kondensator ist anstatt eines dritten y- Kondensators auf der Leitung zwischen ersten Filtereingangsanschlusspol und erstem Filterausgangsanschlusspol vorgesehen. Ein entsprechender dritter y- Kondensator würde bei einem symmetrischen Filter vorgesehen werden. Vorteilhaft bleibt bevorzugt die Summe der Kapazitäten der y-Kondensatoren gleich. Bevorzugt benötigt der x-Kondensator keine y-Sicherheits-Klassifizierung und fällt somit kleiner, leichter und günstiger aus.
Verbinden und Trennen oder Abkoppeln beziehungsweise verbunden und getrennt wird gleichbedeutend mit galvanisch verbunden und galvanisch getrennt verwendet.
In einer anderen Ausgestaltung weisen der erste und der zweite y-Kondensator den gleichen Kapazitätswert auf. Dadurch werden Gleichtaktstörungen auf der Leitung zwischen dem dritten Filterausgangsanschlusspol und dem dritten Filtereingangsanschlusspol und der Leitung zwischen dem zweiten Filterausgangsanschlusspol und dem zweiten Filtereingangsanschlusspol gleichstark unterdrückt. Auf der Leitung zwischen dem ersten Filterausgangsanschlusspol und dem ersten Filtereingangsanschlusspol werden Gleichtaktstörungen, bevorzugt mangels eines y-Kondensators zwischen dem ersten Filterausgangsanschlusspol und dem ersten Filtereingangsanschlusspol, wesentlich schwächer unterdrückt. Bevorzugt werden lediglich über den x- Kondensator in Verbindung mit dem ersten y- Kondensator, bevorzugt mittels der kapazitiven Kopplung, Gleichtaktstörungen auf der Leitung zwischen dem ersten Filterausgangsanschlusspol und dem ersten Filtereingangsanschlusspol unterdrückt.
Vorteilhaft wird eine Dimensionierung für die Kapazitätswerte der Filterschaltung bereitgestellt, die eine wirksame Filterung für den Ladebetrieb und den Fährbetrieb gewährleistet.
In einer anderen Ausgestaltung unterdrückt zumindest teilweise der x- Kondensator in Verbindung mit dem ersten y-Kondensator die Gleichtaktstörungen auf der Leitung zwischen dem ersten Filterausgangsanschlusspol und dem ersten Filtereingangsanschlusspol.
Vorteilhaft wird eine Schaltungstopologie bereitgestellt, die anstelle eines dritten y- Kondensators eine Gleichtaktunterdrückung auf der Leitung zwischen dem ersten Filterausgangsanschlusspol und dem ersten Filtereingangsanschlusspol ermöglicht.
In einer Ausgestaltung ist der x-Kondensator anstatt eines dritten y- Kondensators zwischen dem ersten Filterausgangsanschlusspol oder dem ersten Filtereingangsanschlusspol und einem Bezugspotential oder Masse vorgesehen.
Vorteilhaft wird eine Möglichkeit zur Reduktion der resultierenden Summe der Kapazitätswerte der y-Kondensatoren bereitgestellt.
In einer Ausgestaltung ist die Filterschaltung l-stufig, 2 -stufig, 3-stufig, 5-stufig oder mehrstufig ausgeführt. Eine erste Stufe einer Filterschaltung, bevorzugt eines Hochspannungsfilters oder Gleichspannungs-Hochspannungsfilters, umfasst je Leitung einen zugeordneten Kondensator, bevorzugt zur Reduktion der Gleichtaktstörungen. Bei einem zweistufigen Filter ist je Leitung zusätzlich eine Längsdrossel, bevorzugt eine Common Mode Choke (CMC), vorgesehen, bevorzugt zur Reduktion von Gleichtaktstörungen. Bei einem dreistufigen Filter wird eine weitere erste Stufe der Filterschaltung des zweistufigen Filters hinzugefügt. Bei einem vierstufigen Filter wird eine weitere zweite Stufe der Filterschaltung des dreistufigen Filter hinzugefügt. Entsprechendes gilt für Filter noch höherer Ordnungen. Bevorzugt ist entsprechend die Filterschaltung als eine Filterschaltung 1. Ordnung (l-stufig), 2. Ordnung (2-stufig), 3. Ordnung (3-stufig) oder n-ter Ordnung (mehrstufig) mit n G N (n ist ein Element aus den natürlichen Zahlen) ausgebildet.
Vorteilhaft wird eine Möglichkeit zur Bildung mehrstufiger Filterschaltungen bereitgestellt.
In einer Ausgestaltung ist die Spannung am positiven Pol der Hochspannungsbatterie mindestens um den Faktor 1,2 größer als die Spannung am positiven Pol der Ladespannung.
Vorteilhaft wird eine Filterschaltung bereitgestellt zur Filterung von Gleichtaktstörungen, die in einem Ladebetrieb auftreten, bei dem ein Wechselrichter als Hochsetzsteller in Kombination mit den Wicklungen einer elektrischen Maschine betrieben wird.
In einer Ausgestaltung ist der elektrische Antrieb bevorzugt zum Betreiben eines Fahrzeugs ausgestaltet. Der elektrische Antrieb umfasst einen Wechselrichter und eine mehrphasige elektrische Maschine. Der Wechselrichter umfasst eingangsseitig einen positiven Eingangsanschluss und einen negativen Eingangsanschluss zum Anschließen des ersten Filterausgangsanschlusspols und des zweiten Filterausgangsanschlusspols. Ausgangsseitig umfasst der Wechselrichter einen mehrphasigen Anschluss, bevorzugt einen Wechselspannungsanschluss, zum Anschluss der mehrphasigen elektrischen Maschine. Der Wechselrichter ist dazu eingerichtet, die elektrische Maschine mit elektrischer Energie in einem motorischen Betrieb zu versorgen und in einem generatorischen Betrieb elektrische Energie der elektrischen Maschine aufzunehmen, wobei mindestens eine der Wicklungen der mehrphasigen elektrischen Maschine einen Wicklungsanschluss umfasst, der mit einem positiven Pol einer Ladespannung verbindbar ist. Verbindbar bedeutet, dass mittels eines Schalters in einem Ladebetrieb der Wicklungsanschluss mit dem positiven Pol einer Ladespannung elektrisch verbunden wird und in dem Fährbetrieb mittels des Schalters getrennt wird. Die Wicklungen der mehrphasigen elektrischen Maschine sind bevorzugt im Stern geschaltet, auch eine Dreieckschaltung ist möglich. Der Wicklungsanschluss ist eine Kontaktierung mindestens einer Wicklung. Bevorzugt ist der Sternpunkt als Wicklungsanschluss ausgebildet.
Vorteilhaft wird eine elektrische Filterschaltung für einen elektrischen Antrieb bereitgestellt, bei der für eine effektive Filterschaltung und bei Berücksichtigung eines vorgegebenen Grenzwertes für die Summe der Kapazität der y- Kondensatoren, der erste und der zweite y-Kondensator größer dimensioniert werden kann, als wenn noch ein dritter y-Kondensator zur Filterung der Leitung zwischen ersten Filtereingangs- und Filterausgangsanschlusspol zu berücksichtigen wäre.
Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebstrang mit der beschriebenen elektrischen Filterschaltung. Der Antriebsstrang umfasst die elektrische Filterschaltung und den Wechselrichter, die mehrphasige elektrische Maschine und oder die Hochspannungsbatterie. Vorteilhaft wird ein Antriebsstrang mit einer elektrischen Filterschaltung bereitgestellt, bei dem der erste und der zweite y- Kondensator größer dimensioniert werden kann, als wenn noch ein dritter y- Kondensator zur Filterung der Leitung zwischen ersten Filtereingangs- und Filterausgangsanschlusspol zu berücksichtigen wäre.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit dem Antriebsstrang. Vorteilhaft wird ein Fahrzeug mit einer elektrischen Filterschaltung bereitgestellt, die einen sicheren Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen: FIG. 1 ein erstes schematisches Blockschaltbild eines elektrischen Antriebs mit einer elektrischen Filterschaltung;
FIG. 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsstrang mit einer elektrischen Filterschaltung;
In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer elektrischen Filterschaltung 100 für einen elektrischen Antrieb 200. Der elektrische Antrieb 200 ist bevorzugt zum Betreiben eines Fahrzeugs 400 ausgestaltet. Der elektrische Antrieb 200 umfasst einen Wechselrichter 210 und eine mehrphasige elektrische Maschine 220. Der Wechselrichter 210 umfasst eingangsseitig einen positiven Eingangsanschluss und einen negativen Eingangsanschluss zum Anschließen einer elektrischen Filterschaltung 100. Bevorzugt umfasst der Wechselrichter 210 einen eingangsseitig einen Kondensator 242, bevorzugt einen Zwischenkreiskondensator. Ausgangsseitig umfasst der Wechselrichter 210 einen mehrphasigen Anschluss 240 zum Anschluss der mehrphasigen elektrischen Maschine 220, bevorzugt zum Anschluss an die Phasenanschlüsse der einzelnen Phasen, oder der Wicklungen, der elektrischen Maschine 220. Der Wechselrichter 210 ist dazu eingerichtet, die elektrische Maschine 220 mit elektrischer Energie in einem motorischen Betrieb zu versorgen und in einem generatorischen Betrieb elektrische Energie der elektrischen Maschine 220 aufzunehmen. Bevorzugt werden hierzu die dargestellten Leistungsschaltelemente des Wechselrichters 210 entsprechend angesteuert. Bevorzugt sind mittels der Leistungsschaltelemente, bevorzugt drei, parallelgeschaltete Halbbrücken ausgebildet, die an den Enden mit einer Gleichspannung verbunden werden. Bevorzugt ist je ein Mittenabgriff jeder Halbbrücke mit einem Phasenanschluss verbunden zum Anschluss je einer der Wicklungen der elektrischen Maschine 220. als Die Wicklungen 222, 224, 226 der mehrphasigen elektrischen Maschine 220 sind beispielhaft im Stern geschaltet. Auch eine Schaltung der Wicklungen im Dreieck ist möglich. Ein Wicklungsanschluss 228, bevorzugt eine Kontaktierung an einer Wicklung, der elektrischen Maschine 220 ist bevorzugt mit einem Schaltelement 229 verbunden. Der Wicklungsanschluss ist bevorzugt ein Phasenanschluss der elektrischen Maschine. Als Wicklungsanschluss ist jedoch auch eine Kontaktierung an einer anderen Stelle der Wicklung, bevorzugt innerhalb der Wicklung oder auch an dem anderen Ende der Wicklung, zwischen den mehreren Wicklungen der elektrischen Maschine 220, bevorzugt an einem Sternpunkt der elektrischen Maschine 220, möglich. Die elektrische Filterschaltung 100 umfasst eingangsseitig einen dreipoligen Filtereingangsanschluss 213, 215, 217 und ausgangsseitig einen dreipoligen Filterausgangsanschluss 212, 214, 216. Der eingangsseitige dreipolige Filtereingangsanschluss ist dazu ausgelegt, an einem ersten Filtereingangsanschlusspol 213 mit einem positiven Pol einer Hochspannungsbatterie 230 verbunden zu werden, an einem zweiten Filtereingangsanschlusspol 215 mit einem negativen Pol der Hochspannungsbatterie 230 und einem negativen Pol einer Ladespannung 232 verbunden zu werden und an einem dritten Filtereingangsanschlusspol 217 mit einem positiven Pol einer Ladespannung 234 verbunden zu werden. Der ausgangsseitige dreipolige Filterausgangsanschluss ist dazu ausgelegt, an einem ersten Filterausgangsanschlusspol 212 mit einem positiven Eingangsanschluss des Wechselrichters 210 verbunden zu werden, an einem zweiten Filterausgangsanschlusspol 214 mit einem negativen Eingangsanschluss des Wechselrichters 210 verbunden zu werden und an einem dritten Filterausgangsanschlusspol 216 mit dem Wicklungsanschluss 228 einer mit dem Wechselrichter 210 verbundenen elektrischen Maschine 220 verbunden zu werden. Bevorzugt ist der dritte Filterausgangsanschlusspol 216 über ein Schaltelement 229 schaltbar mit dem Wicklungsanschluss 228 verbunden. Die elektrische Filterschaltung 100 umfasst einen x-Kondensator CX_i, einen ersten und einen zweiten y-Kondensator CYl_i, CY2_i. Der x- Kondensator CX_i ist zwischen den ersten und den dritten Filterausgangsanschlusspol 212, 216 oder den ersten und den dritten Filtereingangsanschlusspol 213, 217 geschaltet. Der erste y-Kondensator CYl_i ist zwischen den dritten Filterausgangsanschlusspol 216 oder den dritten Filtereingangsanschlusspol 217 und ein Bezugspotential oder Masse geschaltet. Der zweite y-Kondensator CY2_i ist zwischen den zweiten Filterausgangsanschlusspol 214 oder den zweiten Filtereingangsanschlusspol 215 und ein Bezugspotential oder Masse geschaltet. Bevorzugt ist bei einem zweistufigen Filter jeweils zwischen dem ersten, zweiten und dritten Filtereingangsanschlusspol und dem ersten, zweiten und dritten Filterausgangsanschlusspol je eine Spule 142, 144, 146, Drossel oder Längsdrossel angeordnet und verbindet Filtereingangsanschlusspol und Filterausgangsanschlusspol. Bevorzugt sind bei einem dreistufigen Filter nochmals, wie in Figur 1 dargestellt, ein weiterer x-Kondensator CX_i, ein weiterer erster und ein weiterer zweiter y-Kondensator CYl_i, CY2_i den bisherigen x-Kondensator CX_i, dem bisherigen ersten und zweiten y- Kondensator CY1 _i, CY2_i parallelgeschaltet. Bevorzugt wird bei noch mehrstufigeren Filtern die Anzahl der parallel geschalteten x- und y- Kondensatoren erhöht und jeweils eine Spule zwischen den einzelnen Kondensatoren ergänzt. Bevorzugt kann eine notwendige Filterdämpfung nach dem ausgeschöpften y- Kondensatoren Grenzwert nur durch die Spulen 142, 144, 146, Drosseln, Längsdrosseln oder einer Gleichtaktdrossel (CMC) zwischen den y- Kondensatoren eingestellt werden. Vorteilhaft kann bei einem derartigen asymmetrischen Filter für den auslegungsentscheidenden Betrieb mit hochzusetzender Ladespannung eine kleinere Gleichtaktdrossel 142, 144, 146, zum Einsatz kommen. Bevorzugt ist ein zweiter Kondensator 244 zwischen dem zweiten und dritten Filterausgangsanschlusspol 214, 216 angeordnet. Dieser zweiten Kondensator 244 filtert bevorzugt beim Ladebetrieb die aufgrund des wechselnden Öffnen und Schließen der Leistungsschaltelemente auftretenden Spannungsrippei zwischen dem zweiten und dritten Filterausgangsanschlusspol 214, 216. Bevorzugt ist das Schaltelement 229 einerseits mit dem Motoranschluss 228 verbunden und andererseits über den dritten Filterausgangsanschlusspol 216 und den dritten Filtereingangsanschlusspol 217 mit dem positiven Pol der Ladespannung 234 verbindbar. Bevorzugt ist der negative Pol der Ladespannung 232 ist mit dem zweiten Filtereingangsanschlusspol 215 verbindbar. Bevorzugt ist der positive und negative Pol der Ladespannung 234, 232 dazu eingerichtet für einen Ladebetrieb zum Laden der Energiequelle 230 mit einer Ladeenergiequelle verbunden zu werden. Bevorzugt ist die elektrische Schaltung 100 mit dem Wechselrichter 210 und oder der elektrischen Maschine 220 innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet. Alternativ kann die elektrische Schaltung 100 in einem separaten Gehäuse angeordnet sein und mittels Leitungen mit den jeweiligen Anschlüssen und Verbindungen zu der elektrischen Maschine 220, dem Wechselrichter 210, der Energiequelle 230 und dem positiven und negativen Pol der Ladespannung 234, 232 verbunden sein.
Bevorzugt ist in einer weiteren Ausführungsform der eingangsseitige dreipolige Filtereingangsanschluss dazu ausgelegt, an einem ersten Filtereingangsanschlusspol 213 mit einem negativen Pol einer Hochspannungsbatterie 230 verbunden zu werden, an einem zweiten Filtereingangsanschlusspol 215 mit einem positiven Pol der Hochspannungsbatterie 230 und einem positiven Pol einer Ladespannung 232 verbunden zu werden und an einem dritten Filtereingangsanschlusspol 217 mit einem negativen Pol einer Ladespannung 234 verbunden zu werden. Der ausgangsseitige dreipolige Filterausgangsanschluss ist dazu ausgelegt, an einem ersten Filterausgangsanschlusspol 212 mit einem negativen Eingangsanschluss des Wechselrichters 210 verbunden zu werden, an einem zweiten Filterausgangsanschlusspol 214 mit einem positiven Eingangsanschluss des Wechselrichters 210 verbunden zu werden und an einem dritten Filterausgangsanschlusspol 216 mit dem Wicklungsanschluss 228 einer mit dem Wechselrichter 210 verbundenen elektrischen Maschine 220 verbunden zu werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 400 mit einem elektrischen Antriebsstrang 300 und einer elektrischen Schaltung 100. Das Fahrzeug 400 umfasst bevorzugt vier Räder 402, von denen bevorzugt mindestens eines mittels der elektrischen Maschine 220 angetrieben wird. Diese Darstellung zeigt lediglich eine mögliche Ausführungsform eines Fahrzeugs 400. Bevorzugt ist das Fahrzeug ein beliebiges Fahrzeug zu Wasser, zu Lande oder in der Luft. Der Antriebsstrang 300 umfasst die elektrische Filterschaltung 100 und den Wechselrichter 210, die mehrphasige elektrische Maschine 220 und oder die Energiequelle 230. Bevorzugt ist die elektrische Energiequelle 230 über die elektrische Filterschaltung 100 mit den Leistungsschaltelementen des Wechselrichter 210 verbunden. Die Ladeanschlüsse, also der negative Pol der Ladespannung 232 und der positive Pol der Ladespannung 234, sind dazu ausgebildet bei einem Ladebetrieb zum Laden der Energiequelle 230 mit einer Ladeenergiequelle (nicht dargestellt) verbunden zu werden.

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Filterschaltung (100) für einen elektrischen Antrieb (200), wobei die Filterschaltung eingangsseitig einen dreipoligen Filtereingangsanschluss (213, 215, 217) und ausgangsseitig einen dreipoligen Filterausgangsanschluss (212, 214, 216) umfasst, wobei der eingangsseitige dreipolige Filtereingangsanschluss dazu ausgelegt ist, an einem ersten Filtereingangsanschlusspol (213) mit einem positiven Pol einer Hochspannungsbatterie (230) verbunden zu werden, an einem zweiten Filtereingangsanschlusspol (215) mit einem negativen Pol einer Hochspannungsbatterie (230) und einem negativen Pol einer Ladespannung (232) verbunden zu werden und an einem dritten Filtereingangsanschlusspol (217) mit einem positiven Pol einer Ladespannung (234) verbunden zu werden, und wobei der ausgangsseitige dreipolige Filterausgangsanschluss dazu ausgelegt ist, an einem ersten Filterausgangsanschlusspol (212) mit einem positiven Eingangsanschluss eines Wechselrichters (210) verbunden zu werden, an einem zweiten Filterausgangsanschlusspol (214) mit einem negativen Eingangsanschluss eines Wechselrichters (210) verbunden zu werden und an einem dritten Filterausgangsanschlusspol (216) mit einem Wicklungsanschluss (228) einer mit dem Wechselrichter (210) verbundenen elektrischen Maschine (220) verbunden zu werden, oder wobei der eingangsseitige dreipolige Filtereingangsanschluss dazu ausgelegt ist, an einem ersten Filtereingangsanschlusspol (213) mit einem negativen Pol einer Hochspannungsbatterie (230) verbunden zu werden, an einem zweiten Filtereingangsanschlusspol (215) mit einem positiven Pol der Hochspannungsbatterie (230) und einem positiven Pol einer Ladespannung (232) verbunden zu werden und an einem dritten Filtereingangsanschlusspol (217) mit einem negativen Pol einer Ladespannung (234) verbunden zu werden, und wobei der ausgangsseitige dreipolige Filterausgangsanschluss ist dazu ausgelegt, an einem ersten Filterausgangsanschlusspol (212) mit einem negativen Eingangsanschluss des Wechselrichters (210) verbunden zu werden, an einem zweiten Filterausgangsanschlusspol (214) mit einem positiven Eingangsanschluss des Wechselrichters (210) verbunden zu werden und an einem dritten Filterausgangsanschlusspol (216) mit dem Wicklungsanschluss (228) einer mit dem Wechselrichter (210) verbundenen elektrischen Maschine (220) verbunden zu werden dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschaltung (100) einen x-Kondensator (CX_i), einen ersten und einen zweiten y-Kondensator (CYl_i, CY2_i) umfasst, wobei der x-Kondensator (CX_i) zwischen den ersten und den dritten Filterausgangsanschlusspol (212, 216) oder den ersten und den dritten Filtereingangsanschlusspol (213, 217) geschaltet ist und der erste y- Kondensator (CYl_i) zwischen den dritten Filterausgangsanschlusspol (216) oder den dritten Filtereingangsanschlusspol (217) und einem Bezugspotential oder Masse geschaltet ist und der zweite y-Kondensator (CY2_i) zwischen den zweiten Filterausgangsanschlusspol (214) oder den zweiten Filtereingangsanschlusspol (215) und ein Bezugspotential oder Masse geschaltet ist. Elektrische Filterschaltung (100) nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite y-Kondensator (CYl_i, CY2_i) den gleichen Kapazitätswert aufweisen, wodurch Gleichtaktstörungen auf der Leitung zwischen dem dritten Filterausgangsanschlusspol (216) und dem dritten Filtereingangsanschlusspol (217) und der Leitung zwischen dem zweiten Filterausgangsanschlusspol (214) und dem zweiten Filtereingangsanschlusspol (215) gleichstark unterdrückt werden und auf der Leitung zwischen dem ersten Filterausgangsanschlusspol (212) und dem ersten Filtereingangsanschlusspol (213) wesentlich schwächer unterdrückt werden und insbesondere lediglich über den x-Kondensator (CX_i) in Verbindung mit dem ersten y-Kondensator (CYl_i) unterdrückt werden. Elektrische Filterschaltung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der x-Kondensator (CX_i) in Verbindung mit dem ersten y-Kondensator (CY1 _i) die Gleichtaktstörungen auf der Leitung zwischen dem ersten Filterausgangsanschlusspol (212) und dem ersten Filtereingangsanschlusspol (213) zumindest teilweise unterdrückt. Elektrische Filterschaltung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der x-Kondensator (CX_i) anstatt eines dritten y-Kondensators (CY3_i) zwischen dem ersten Filterausgangsanschlusspol (212) oder dem ersten Filtereingangsanschlusspol (213) und einem Bezugspotential oder Masse vorgesehen ist. Elektrische Filterschaltung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Filterschaltung l-stufig, 2-stufig, 3-stufig, 5-stufig oder mehrstufig ausgeführt ist. Elektrische Filterschaltung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Spannung am positiven Pol der Hochspannungsbatterie (230) mindestens um den Faktor 1,2 größer ist als die Spannung am positiven Pol der Ladespannung (234). Elektrische Filterschaltung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der elektrische Antrieb (200) insbesondere zum Betreiben eines Fahrzeugs (400) ausgestaltet ist, wobei der elektrische Antrieb (200) einen Wechselrichter (210) und eine mehrphasige elektrische Maschine (220) umfasst, wobei der Wechselrichter (210) eingangsseitig einen positiven Eingangsanschluss und einen negativen Eingangsanschluss zum Anschließen des ersten Filterausgangsanschlusspols (212) und des zweiten Filterausgangsanschlusspol (214) umfasst und ausgangsseitig einen mehrphasigen Anschluss (215) zum Anschluss der mehrphasigen elektrischen Maschine (220) umfasst, wobei der Wechselrichter (210) dazu eingerichtet ist, die elektrische Maschine (220) mit elektrischer Energie in einem motorischen Betrieb zu versorgen und in einem generatorischen Betrieb elektrische Energie der elektrischen Maschine (220) aufzunehmen, wobei mindestens eine der Wicklungen der mehrphasigen elektrischen Maschine (220) einen Wicklungsanschluss (228) umfasst, der mit einem positiven Pol einer Ladespannung (234) verbindbar ist. Antriebstrang (300) mit einer elektrischen Filterschaltung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Antriebsstrang (300) die elektrische Filterschaltung (100) umfasst und den Wechselrichter (210), die mehrphasige elektrische Maschine (220) und oder die Energiequelle (230). Fahrzeug (400) mit einem Antriebsstrang (300) nach Anspruch 8.
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