DE102007017389A1 - DC/DC-Wandler und elektronisches Motorantriebssystem - Google Patents

DC/DC-Wandler und elektronisches Motorantriebssystem Download PDF

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Abstract

Es wird ein DC/DC-Wandler und elektrisches Motorantriebssystem vorgeschlagen, das diesen DC/DC-Wandler verwendet. Der DC/DC-Wandler umfasst erste und zweite Kondensatoren, eine Drossel, erste und zweite Schaltelemente sowie eine erste und zweite Steuereinheit, die gemäß Fig. 4 mit dem elektrischen Motorantriebssystem verbunden sind.
Das System umfasst eine Energiespeichereinrichtung mit einem Pluspol und einem Minuspol, mindestens eine Antriebseinheit mit einem ersten und einem zweiten Anschluss, mindestens einen elektrischen Motor, der mit der Antriebseinheit elektronisch verbunden ist und einen DC/DC-Wandler.
Eine derartige Ausführungsform kann besonders nützlich beim Antreiben eines oder mehrerer elektrischer Motoren eines reinen Elektrofahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs und/oder eines elektrischen Brennstoffzellen-Fahrzeugs sein.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen DC/DC-Wandler und ein elektrisches Motorantriebssystem mit einem DC/DC-Wandler, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
  • Ein DC/DC-Wandler transformiert (d.h. wandelt) im Allgemeinen Gleichstromspannung ("DC") von einem ersten Spannungspegel in einen zweiten Spannungspegel. Ein DC/DC-Wandler, der eine niedrige Eingangsspannung in eine höhere Ausgangsspannung transformiert (d.h. die Spannung heraufsetzt), kann als "Aufwärts"-Wandler bezeichnet werden. In ähnlicher Weise kann ein DC/DC-Wandler, der eine hohe Eingangsspannung in eine niedrigere Ausgangsspannung transformiert (d.h. die Spannung herabsetzt) als "Abwärts"-Wandler bezeichnet werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 1a ist eine schematische Darstellung eines konventionellen bidirektionalen DC/DC-Wandlers 10 gezeigt. Im Allgemeinen stellen Va, Vb und Vc drei mögliche Klemmenspannungen dar, wobei Vb größer oder gleich Va ist (d.h. Vb ≥ Va) und Vc gleich der Differenz zwischen Vb und Va ist (d.h. Vc = Vb – Va). Der konventionelle DC/DC-Wandler 10 ist bidirektional im dem Sinn, dass jede der Spannungen Va, Vb oder Vc als Eingangsspannung eingesetzt werden kann, während eine oder beide der übrigen Spannungen als Ausgangsspannung eingesetzt werden kann. Wenn beispielsweise Va als Eingangsspannung und Vb als Ausgangsspannung eingesetzt wird, ist der Wandler 10 im Allgemeinen ein Aufwärts-Wandler. In ähnlicher Weise ist der Wandler 10 im Allgemeinen ein Abwärts-Wandler, wenn Vb als Eingangsspannung und Va als Ausgangsspannung eingesetzt wird. Ebenso ist der Wandler 10 in dem Fall, dass Va als Eingangsspannung und Vc als Ausgangsspannung eingesetzt wird, im Allgemeinen ein Aufwärts-Abwärts-Wandler. In ähnlicher Weise ist der Wandler 10 im Allgemeinen ein Abwärts-Aufwärts-Wandler, wenn Vc als Eingangsspannung und Va als Ausgangsspannung eingesetzt wird. Die Kondensatoren Ca und Cb des konventionellen Wandlers 10 sind Siebkondensatoren und die Drossel La ist eine DC-Drossel.
  • Es wird jetzt auf 1b Bezug genommen, in der eine schematische Darstellung eines anderen konventionellen bidirektionalen DC/DC-Wandlers 20 gezeigt ist. Im Allgemeinen kann der Wandler 20 in ähnlicher Weise wie der Wandler 10 eingesetzt werden, mit der Ausnahme, dass eine Vielzahl von Kondensatoren 22, wie beispielsweise Cb und Cc in Serie für die Spannung Vb eingesetzt werden können. Die Verwendung der Vielzahl von Kondensatoren 22 sorgt im Allgemeinen für einen höheren Spannungswert für die Klemmenspannung Vb. Demgemäß kann der Wandler 20 der 1(b) im Vergleich zu den Systemen, die den Wandler 10 verwenden, in Systemen mit höheren Gleichspannungen oder bei Kondensatoren mit niedrigeren Spannungswerten eingesetzt werden.
  • Es ist jedoch bekannt, dass Veränderungen bei den Parametern, wie beispielsweise unangepasste Kapazitäten, Ableitungswiderstand und ähnliches, bei der Vielzahl von Kondensatoren 22 zu einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung zwischen den einzelnen Kondensatoren 22 führen kann. Eine ungleichmäßige Spannungsverteilung kann wiederum dazu führen, dass einer oder mehrere der Kondensatoren 22 einer Überspannung ausgesetzt sind. Konventionelle Versuche, das Auftreten von Überspannungen zu beschränken, erfordern im Allgemeinen die Verwendung von sehr genau angepassten Kondensatoren oder von Kondensatoren mit höheren Spannungswerten. Die Verwendung dieser genau angepassten oder für höhere Spannungen auslegten Kondensatoren führt im Allgemeinen zu erhöhten Kosten bei der Herstellung der Steuereinrichtung 20.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen DC/DC-Wandler und ein elektrisches Motorantriebssystem zur Verfügung zu stellen, wobei der DC/DC-Wandler an eine Verwendung mit höheren Gleichspannungen angepasst und bei Kondensatoren mit niedrigen Spannungswerten eingesetzt werden kann sowie im Vergleich zu den konventionellen Wandlern, wie beispielsweise 10 und 20, weniger anfällig bei Änderungen der Parameter ist, wodurch die Herstellungskosten verringert werden können, indem der Bedarf an genau angepassten Kondensatoren und/oder der Bedarf an Kondensatoren mit höheren Spannungswerten verringert wird.
  • Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen 1, 10 und 19 aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein DC/DC-Wandler zur Verfügung gestellt. Der DC/DC-Wandler umfasst erste und zweite Kondensatoren, die jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweisen, eine Drossel mit einem ersten und einem zweiten Anschluss, und erste und zweite Schaltelemente mit jeweils einem ersten und einem zweiten Anschluss. Der erste Anschluss der Drossel ist sowohl mit dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators als auch mit dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators verbunden, um einen ersten Knoten zu bilden. Der erste Anschluss des ersten Schaltelements ist mit dem ersten Anschluss des ersten Kondensators verbunden, um einen zweiten Knoten zu bilden. Der erste Anschluss des zweiten Schaltelements ist mit dem zweiten Anschluss des ersten Schaltelements und dem zweiten Anschluss der Drossel verbunden, um einen dritten Knoten zu bilden. Der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements ist mit dem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators verbunden, um einen vierten Knoten zu bilden. Das erste Schaltelement ist so ausgebildet, dass es den ersten und den zweiten Anschluss des ersten Schaltelements als Reaktion auf ein erstes Steuersignal elektrisch verbindet. In ähnlicher Weise ist das zweite Schaltelement so ausgebildet, dass es den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Schaltelements als Reaktion auf ein zweites Steuersignal elektrisch verbindet.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches Motorantriebssystem vorgesehen. Das System umfasst eine Energiespeichereinrichtung mit einem Pluspol und einem Minuspol, eine Antriebseinheit mit einem ersten und einem zweiten Anschluss, einen elektrischen Motor, der mit der Antriebseinheit elektronisch verbunden ist und einen DC/DC-Wandler. Der DC/DC-Wandler umfasst erste und zweite Kondensatoren, die jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweisen, eine Drossel mit einem ersten und einem zweiten Anschluss sowie erste und zweite Schaltelemente, die jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweisen. Der erste Anschluss der Drossel ist sowohl mit dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators als auch mit dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators verbunden, um einen ersten Knoten zu bilden. Der erste Anschluss des ersten Schaltelements ist mit dem ersten Anschluss des ersten Kondensators verbunden, um einen zweiten Knoten zu bilden. Der erste Anschluss des zweiten Schaltelements ist mit dem zweiten Anschluss des ersten Schaltelements und dem zweiten Anschluss der Drossel verbunden, um einen dritten Knoten zu bilden. Der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements ist mit dem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators verbunden, um einen vierten Knoten zu bilden. Der Pluspol der Energiespeichereinrichtung ist mit dem ersten Knoten und der Minuspol der Energiespeichereinrichtung ist mit dem vierten Knoten verbunden. Der erste und der zweite Anschluss der Antriebseinheit sind mit dem zweiten bzw. dem vierten Knoten verbunden. Das erste Schaltelement ist so ausgebildet, dass es den ersten und den zweiten Anschluss des ersten Schaltelements als Reaktion auf ein erstes Steuersignal elektrisch verbindet. In ähnlicher Weise ist das zweite Schaltelement so ausgebildet, dass es den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Schaltelements als Reaktion auf ein zweites Steuersignal elektrisch verbindet.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein anderes elektrisches Motorantriebssystem vorgesehen. Das System umfasst eine Energiespeichereinrichtung mit einem Pluspol und einem Minuspol, eine Antriebseinheit mit einem ersten und einem zweiten Anschluss, einen elektrischen Motor, der mit der Antriebseinheit elektronisch verbunden ist und einen DC/DC-Wandler. Der DC/DC-Wandler umfasst erste und zweite Kondensatoren, die jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweisen, eine Drossel mit einem ersten und einem zweiten Anschluss sowie erste und zweite Schaltelemente, die jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweisen. Der erste Anschluss der Drossel ist sowohl mit dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators als auch mit dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators verbunden, um einen ersten Knoten zu bilden. Der erste Anschluss des ersten Schaltelements ist mit dem ersten Anschluss des ersten Kondensators verbunden, um einen zweiten Knoten zu bilden. Der erste Anschluss des zweiten Schaltelements ist mit dem zweiten Anschluss des ersten Schaltelements und dem zweiten Anschluss der Drossel verbunden, um einen dritten Knoten zu bilden. Der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements ist mit dem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators verbunden, um einen vierten Knoten zu bilden. Der Pluspol der Energiespeichereinrichtung ist mit dem zweiten Knoten und der Minuspol der Energiespeichereinrichtung ist mit dem ersten Knoten verbunden. Der erste und der zweite Anschluss der Antriebseinheit sind mit dem zweiten bzw. dem vierten Knoten verbunden. Das erste Schaltelement ist so ausgebildet, dass es den ersten und den zweiten Anschluss des ersten Schaltelements als Reaktion auf ein erstes Steuersignal elektrisch verbindet. In ähnlicher Weise ist das zweite Schaltelement so ausgebildet, dass es den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Schaltelements als Reaktion auf ein zweites Steuersignal elektrisch verbindet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1a, 1b: schematische Darstellungen von konventionellen bidirektionalen DC/DC-Wandlern;
  • 2: schematische Darstellung eines DC/DC-Wandlers gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3: eine schematische Darstellung eines DC/DC-Wandlers gemäß mindestens einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4: eine schematische Darstellung eines elektrischen Motorantriebssystems gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 5: eine schematische Darstellung eines elektrischen Motorantriebssystems gemäß mindestens einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 ist eine schematische Darstellung eines DC/DC-Wandlers 100 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Wandler 100 umfasst im Allgemeinen einen ersten Kondensator (d.h. C1) 102, einen zweiten Kondensator (d.h. C2) 104, eine Drossel (d.h. L1) 106, ein erstes Schaltelement (d.h. S1) 108, ein zweites Schaltelement (d.h. S2) 110 und eine Vielzahl von Knoten, wie beispielsweise einen ersten Knoten 120, einen zweiten Knoten 122, einen dritten Knoten 124 und einen vierten Knoten 126.
  • Der erste Kondensator 102 (d.h. das kapazitive Element), der zweite Kondensator 104 und die Drossel 106 (d.h. das induktive Element) können jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluss (d.h. eine elektrische Verbindungsstelle) zum Anschließen (d.h. elektrischen Verbinden und/oder direkten Verbinden) der jeweiligen Komponente (d.h. 102, 104 und/oder 106) mit benachbarten Komponenten umfassen. In ähnlicher Weise können die ersten 108 oder zweiten 110 Schaltelemente (d.h. Schalter) jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluss zum Verbinden des entsprechenden Schalters (d.h. 108 und/oder 110) mit benachbarten Komponenten umfassen.
  • Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der erste Anschluss der Drossel 106 sowohl mit dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators 104 als auch mit dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators 102 verbunden werden, um den ersten Knoten 120 zu bilden. In ähnlicher Weise kann der erste Anschluss des ersten Schaltelements 108 mit dem ersten Anschluss des ersten Kondensators 102 verbunden werden, um den zweiten Knoten 122 zu bilden, der erste Anschluss des zweiten Schaltelements 110 mit dem zweiten Anschluss des ersten Schaltelements 108 und dem zweiten Anschluss der Drossel 106 verbunden werden, um den dritten Knoten 124 zu bilden und der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements 110 mit dem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators 104 verbunden werden, um den vierten Knoten 126 zu bilden.
  • Im Allgemeinen kann der DC/DC-Wandler 100 in dem Sinne bidirektional sein, dass jede der Spannungen V1, V2 oder V3 als Eingangsspannung für den Wandler 100 eingesetzt werden kann, während eine oder beide der anderen Spannungen als Ausgangsspannung eingesetzt werden kann. Bei einer beispielhaften Aufführungsform kann der Wandler 100 als Aufwärts-Wandler (d.h. heraufsetzend) eingesetzt werden, wenn eine Eingangsspannung, wie beispielsweise V1 oder V3 an die Knoten 120 und 126 bzw. die Knoten 122 und 120 angelegt (d.h. angeschlossen) wird und eine Ausgangsspannung V2 über die Knoten 122 und 126 abgenommen (d.h. an eine Last weitergegeben) wird. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann der Wandler 100 als Abwärts-Wandler (d.h. herabsetzend) eingesetzt werden, wenn eine Eingangsspannung V2 an die Knoten 122 und 126 anlegt wird und eine Ausgangsspannung, wie V1 oder V3, über die Knoten 120 und 126 bzw. die Knoten 122 und 120 abgenommen wird. Bei noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der Wandler 100 als Aufwärts-Abwärts-Wandler eingesetzt werden, wenn eine Eingangsspannung V1 an die Knoten 120 und 126 angelegt und eine Ausgangspannung V3 über die Knoten 122 und 120 abgenommen wird. Bei noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der Wandler 100 als Abwärts-Aufwärfs-Wandler eingesetzt werden, wenn eine Eingangsspannung V3 an die Knoten 122 und 120 angelegt und eine Ausgangspannung V1 über die Knoten 120 und 126 abgenommen wird. Es kann jedoch jede geeignete Spannung (z.B. V1, V2 oder V3) als Eingangsspannung für den Wandler 100 eingesetzt werden und jede geeignete Klemmenspannung kann von dem Wandler 100 als Ausgangsspannung abgenommen werden, um den Ausführungskriterien einer bestimmten Anwendung zu entsprechen.
  • Bei mindestens einer Ausführungsform können der erste 102 und der zweite 104 Kondensator gepolte Kondensatoren sein, so dass der erste/zweite Anschluss des ersten 102 bzw. des zweiten 104 Kondensators einer positiven bzw. negativen Last entspricht. Eine derartige Ausführungsform ist bei Hochvoltanwendungen, wie beispielsweise einem reinen Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder einem Brennstoffzellen-Fahrzeug besonders vorteilhaft.
  • Im Allgemeinen können die ersten 108 und zweiten 110 Schaltelemente aus jedem geeigneten Bauteil bestehen, das die entsprechenden ersten und zweiten Anschlüsse als Reaktion auf ein entsprechendes Steuersignal elektrisch miteinander verbindet. Das heißt, das erste Schaltelement 108 kann jedes geeignete Bauteil sein, dass den ersten und den zweiten Anschluss des ersten Schaltelements 108 als Reaktion auf ein erstes Steuersignal elektrisch verbindet, während das zweite Schaltelement 110 jedes geeignete Bauteil sein kann, das den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Schaltelements 110 als Reaktion auf ein zweites Steuersignal elektrisch verbindet. Bei mindestens einer Ausführungsform können die ersten 108 und/oder die zweiten 110 Schaltelemente ein elektromechanisches und/oder ein elektronisches Lastrelais umfassen. Bei mindestens einer Ausführungsform können die ersten 108 und/oder die zweiten 110 Schaltelemente einen Transistor, wie beispielsweise einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (d.h. ein MOSFET), einen Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode (d.h. einen IGBT), einen Bipolartransistor (d.h. einen BJT) und/oder dergleichen umfassen. Insbesondere und wie in den 2-5 dargestellt wurde, können eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung IGBTs als erste 108 und/oder als zweite 110 Schaltelemente verwenden. Derartige IGBTs können einen mit dem ersten Anschluss eines entsprechenden Schaltelements (z.B. 108 oder 110) verbundenen Kollektorbereich, einen mit dem zweiten Anschluss eines entsprechenden Schaltelements verbundenen Emitterbereich und einen mit einer Steuereinheit 112 verbundenen Gatebereich umfassen. Bei einer Ausführungsform, bei der ein Stromfluss in einer einzigen Richtung beibehalten wird, kann ferner eines der ersten 108 oder der zweiten 110 Schaltelemente weggelassen werden.
  • Im Allgemeinen können die ersten und zweiten Steuersignale jede Art von geeignetem Signaltyp sein (z.B. Spannungssignal, Stromsignal und/oder dergleichen) und können durch jede geeignete Anzahl von geeigneten Steuereinheiten 112 erzeugt werden, die den Ausführungskriterien einer bestimmten Anwendung entsprechen.
  • Der Wandler 100 kann wahlweise eine oder mehrere Dioden umfassen. Beispielsweise können eine oder mehrere Ausführungsformen eine erste Diode 130 mit einem mit dem Knoten 124 verbundenen Pluspol (d.h. Anode) und einem mit dem Knoten 122 verbundenen Minuspol (d.h. Kathode) und/oder eine zweite Diode 132 mit einem mit dem Knoten 126 verbundenen Pluspol und einem mit dem Knoten 124 verbundenen Minuspol umfassen. Die Verwendung von einer oder mehreren Dioden kann insbesondere bei Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen das erste 108 und/oder das zweite 110 Schaltelement induktive Lasten antreiben.
  • Im Vergleich zu den konventionellen Wandlern 10 und 20 kann ein Wandler 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen höheren Ausgangsspannungswert (z.B. V2) zur Verfügung stellen, wobei Kondensatoren mit niedrigeren Spannungswerten verwendet werden können und/oder das Vorkommen von Überspannung aufgrund der Anfälligkeit der Kondensatoren gegenüber Parameterveränderungen reduziert werden kann. Im Allgemeinen muss der Spannungswert des ersten Kondensators 102 lediglich der Spannung V3 zwischen den Knoten 122 und 120 entsprechen. In ähnlicher Weise muss der Spannungswert des zweiten Kondensators 104 lediglich der Spannung V1 zwischen den Knoten 120 und 126 entsprechen.
  • Unter Bezugnahme auf die 3 ist eine schematische Darstellung eines DC/DC-Wandlers 200 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Wandler 200 kann in ähnlicher Weise ausgebildet sein wie der Wandler 100, mit der Ausnahme, dass der Wandler 200 weiter eine dritte Diode 134, eine vierte Diode 135, einen dritten Kondensator 140 oder eine Kombination daraus umfassen kann.
  • Die dritte Diode 134 umfasst im Allgemeinen einen mit dem Knoten 120 verbundenen Pluspol und einen mit dem Knoten 122 verbundenen Minuspol, so dass die Diode 134 quer über dem ersten Kondensator 102 angeordnet ist. Die Diode 134 kann einen Betrieb in Sperrrichtung des ersten Kondensators 102 während transienter Vorgänge verhindern.
  • Die vierte Diode 136 umfasst im Allgemeinen einen mit dem Knoten 126 verbundenen Pluspol und einen mit dem Knoten 120 verbundenen Minuspol, so dass die Diode 136 quer über dem zweiten Kondensator 104 angeordnet ist. Die Diode 136 kann einen Betrieb in Sperrrichtung des ersten Kondensators 102 während transienter Vorgänge verhindern.
  • Der dritte Kondensator 140 umfasst im Allgemeinen einen ersten mit dem Knoten 122 verbundenen Anschluss und einen zweiten mit dem Knoten 126 verbundenen Anschluss. Dementsprechend kann der dritte Kondensator 140 Schaltspannungsspitzen zwischen den Knoten 122 und 126 reduzieren. Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Kapazität (d.h. die Größe) des dritten Kondensators 140 geringer als die jeweilige Kapazität des ersten 102 und des zweiten 104 Kondensators sein (d.h. C3 < C1 und C3 < C2).
  • Unter Bezugnahme auf die 4 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Motorantriebssystems 400 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das System 400 umfasst im Allgemeinen eine Energiespeichereinrichtung 402, wie beispielsweise eine Batterie, eine oder mehrere Antriebseinheiten 404 (d.h. einen Wechselrichter, eine Motorsteuereinrichtung usw.), einen oder mehrere elektrische Motoren 406, die mit der einen oder mehreren Antriebseinheiten 404 elektrisch verbunden sind und/oder einen DC/DC-Wandler 408. Bei der in der 4 dargestellten Ausführungsform entspricht der Wandler 408 im Allgemeinen dem zuvor im Zusammenhang mit der 3 erläuterten Wandler 200. Das System 400 kann jedoch mit jedem geeigneten DC/DC-Wandler 408 ausgestattet werden, wie beispielsweise den oben im Zusammenhang mit der 2 erläuterten Wandler 100, um den Ausführungskriterien einer bestimmten Anwendung zu entsprechen.
  • Die Energiespeichereinrichtung 402 umfasst im Allgemeinen einen mit dem Knoten 120 verbundenen Pluspol und einen mit dem Knoten 126 verbundenen Minuspol, so dass eine der Energiespeichereinrichtung entsprechende Spannung (d.h. V1) bei mindestens einer Ausführungsform an die Knoten 120 und 126 angelegt werden kann. Weiter umfassen die eine oder mehreren Antriebseinheiten 404 (z.B. 404a-404n) im Allgemeinen einen ersten mit dem Knoten 122 verbundenen Anschluss und einen zweiten mit dem Knoten 126 verbundenen Anschluss.
  • Bei mindestens einer Ausführungsform kann das System 400 so ausgebildet sein, dass es beispielsweise über einen ein Steuersignal oder mehrere Steuersignale erzeugenden Steuerkreis 112 eine Eingangsspannung (z.B. V1) entsprechend der Energiespeichereinrichtung 402 heraufsetzt und die hochgesetzte Spannung (z.B. V2) der einen oder mehreren Antriebseinheiten 404 zuführt. Eine derartige Ausführungsform kann besonders nützlich beim Antreiben von einem oder mehreren elektrischen Motoren eines reinen Elektrofahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs und/oder eines elektrischen Brennstoffzellen-Fahrzeugs sein.
  • Bei mindestens einer anderen Ausführungsform kann das System 400 so ausgebildet sein, dass es beispielsweise über einen ein Steuersignal oder mehrere Steuersignale erzeugenden Steuerkreis 112 eine Eingangsspannung (z.B. V2), die der von dem einen oder mehreren elektrischen Motoren 406 erzeugten regenerierten Spannung entspricht, herabsetzt und die herabgesetzte Spannung (d.h. V1) der Energiespeichereinrichtung 402 zuführt. Eine derartige Ausführungsform kann besonders nützlich beim Laden einer Batterie oder einer anderen Energiespeichereinrichtung 402 eines reinen Elektrofahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs und/oder eines elektrischen Brennstoffzellen-Fahrzeugs während eines regenerierenden Bremsvorgangs sein.
  • Unter Bezugnahme auf die 5 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Motorantriebssystems 500 gemäß mindestens einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im Allgemeinen kann das System 500 ähnlich wie das System 400 ausgebildet sein, mit der Ausnahme, dass der Pluspol der Energiespeichereinrichtung 402 mit dem Knoten 122 und der Minuspol mit dem Knoten 120 verbunden sein kann, so dass eine der Energiespeichereinrichtung entsprechende Spannung (d.h. V3) in mindestens einer Ausführungsform an die Knoten 122 und 120 angelegt werden kann.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können daher einen DC/DC-Wandler und/oder ein elektrisches Motorantriebssystem zur Verfügung stellen, das bei reduzierten Herstellungskosten für eine Verwendung für hohe Gleichspannungen geeignet ist.
  • Während die beste Art zur Durchführung der Erfindung genau beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Anordnungen und Ausführungsformen bei der praktischen Umsetzung der von den folgenden Ansprüchen definierten Erfindung erkennen.

Claims (20)

  1. DC/DC-Wandler umfassend: einen ersten Kondensator mit einem ersten und einen zweiten Anschluss; einen zweiten Kondensator mit einem ersten und einen zweiten Anschluss; eine Drossel mit einem ersten und einem zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss der Drossel sowohl mit dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators als auch mit dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators verbunden ist, um einen ersten Knoten zu bilden; ein erstes Schaltelement, das einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweist und so ausgebildet ist, dass der erste und der zweite Anschluss des ersten Schaltelements als Reaktion auf ein erstes Steuersignal elektrisch verbunden werden, wobei der erste Anschluss des ersten Schaltelements mit dem ersten Anschluss des ersten Kondensators verbunden ist, um einen zweiten Knoten zu bilden; und ein zweites Schaltelement, das einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweist und so ausgebildet ist, dass der erste und der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements als Reaktion auf ein zweites Steuersignal elektrisch verbunden werden, wobei: der erste Anschluss des zweiten Schaltelements mit dem zweiten Anschluss des ersten Schaltelements und dem zweiten Anschluss der Drossel verbunden ist, um einen dritten Knoten zu bilden, und der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements mit dem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators verbunden ist, um einen vierten Knoten zu bilden.
  2. DC/DC-Wandler nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Kondensator gepolte Kondensatoren sind, so dass der erste Anschluss des ersten bzw. des zweiten Kondensators einer positiven Last entspricht und der zweite Anschluss des ersten bzw. des zweiten Kondensators einer negativen Last entspricht.
  3. DC/DC-Wandler nach Anspruch 1, bei dem die ersten und die zweiten Schaltelemente Transistoren sind.
  4. DC/DC-Wandler nach Anspruch 3, bei dem die ersten und die zweiten Schaltelemente Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode sind.
  5. DC/DC-Wandler nach Anspruch 4, bei dem die ersten und die zweiten Schaltelemente jeweils Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode sind, deren Kollektorbereich mit dem ersten Anschluss, deren Emitterbereich mit dem zweiten Anschluss und deren Gatebereich mit einer Steuereinheit verbunden ist, wobei mindestens eines des ersten oder des zweiten Steuersignals von der Steuereinheit erzeugt und von dem Gatebereich empfangen wird.
  6. DC/DC-Wandler nach Anspruch 4, weiter umfassend: eine erste Diode mit einem mit dem dritten Knoten verbundenen Pluspol und einem mit dem zweiten Knoten verbundenen Minuspol; und eine zweite Diode mit einem mit dem vierten Knoten verbundenen Pluspol und einem mit dem dritten Knoten verbundenen Minuspol.
  7. DC/DC-Wandler nach Anspruch 1, der weiter eine Diode mit einem mit dem ersten Knoten verbundenen Pluspol und einem mit dem zweiten Knoten verbundenen Minuspol umfasst.
  8. DC/DC-Wandler nach Anspruch 1, der weiter eine Diode mit einem mit dem vierten Knoten verbundenen Pluspol und einem mit dem ersten Knoten verbundenen Minuspol umfasst.
  9. DC/DC-Wandler nach Anspruch 1, der weiter einen dritten Kondensator mit einem mit dem zweiten Knoten verbundenen ersten Anschluss und einem mit dem vierten Knoten verbundenen zweiten Anschluss umfasst.
  10. Elektrisches Motorantriebssystem umfassend: eine Energiespeichereinrichtung, die einen Pluspol und einen Minuspol aufweist; eine Antriebseinheit mit einem ersten und einem zweiten Anschluss; einen elektrischen Motor, der in elektrischer Verbindung mit der Antriebseinheit steht; und einen DC/DC-Wandler umfassend: einen ersten Kondensator mit einem ersten und einem zweiten Anschluss; einen zweiten Kondensator mit einem ersten und einem zweiten Anschluss; eine Drossel mit einem ersten und einem zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss der Drossel sowohl mit dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators als auch mit dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators verbunden ist, um einen ersten Knoten zu bilden; ein erstes Schaltelement, das einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweist und so ausgebildet ist, dass der erste und der zweite Anschluss des ersten Schaltelements als Reaktion auf ein erstes Steuersignal elektrisch verbunden werden, wobei der erste Anschluss des ersten Schaltelements mit dem ersten Anschluss des ersten Kondensators verbunden ist, um einen zweiten Knoten zu bilden; und ein zweites Schaltelement, das einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweist und so ausgebildet ist, dass der erste und der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements als Reaktion auf ein zweites Steuersignal elektrisch verbunden werden, wobei: der erste Anschluss des zweiten Schaltelements mit dem zweiten Anschluss des ersten Schaltelements und dem zweiten Anschluss der Drossel verbunden ist, um einen dritten Knoten zu bilden, und der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements mit dem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators verbunden ist, um einen vierten Knoten zu bilden; wobei der Pluspol der Energiespeichereinrichtung mit dem ersten Knoten und der Minuspol der Energiespeichereinrichtung mit dem vierten Knoten verbunden ist und der erste und der zweite Anschluss der Antriebseinheit mit dem zweiten bzw. dem vierten Knoten verbunden sind.
  11. System nach Anspruch 10, das weiter eine Steuereinheit zum Erzeugen des ersten und des zweiten Steuersignals umfasst, so dass eine der Energiespeichereinrichtung entsprechende Eingangsspannung hochgesetzt und an die Antriebseinheit ausgegeben wird.
  12. System nach Anspruch 10, das weiter eine Steuereinheit zum Erzeugen des ersten und des zweiten Steuersignals umfasst, so dass die von dem elektrischen Motor erzeugte regenerierte Spannung herabgesetzt und an die Energiespeichereinheit ausgegeben wird.
  13. System nach Anspruch 10, bei dem die ersten und die zweiten Schaltelemente Transistoren sind.
  14. System nach Anspruch 13, bei dem die ersten und die zweiten Schaltelemente Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode sind.
  15. System nach Anspruch 14, bei dem die ersten und die zweiten Schaltelemente jeweils Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode sind, deren Kollektorbereich mit dem ersten Anschluss, deren Emitterbereich mit dem zweiten Anschluss und deren Gatebereich mit einer Steuereinheit verbunden ist, wobei mindestens eines des ersten oder des zweiten Steuersignals von der Steuereinheit erzeugt und von dem Gatebereich empfangen wird.
  16. System nach Anspruch 14, weiter umfassend: eine erste Diode mit einem mit dem dritten Knoten verbundenen Pluspol und einem mit dem zweiten Knoten verbundenen Minuspol; und eine zweite Diode mit einem mit dem vierten Knoten verbundenen Pluspol und einem mit dem dritten Knoten verbundenen Minuspol.
  17. System nach Anspruch 10, das weiter eine Diode mit einem mit dem ersten Knoten verbundenen Pluspol und einem mit dem zweiten Knoten verbundenen Minuspol umfasst.
  18. System nach Anspruch 10, das weiter einen dritten Kondensator mit einem mit dem zweiten Knoten verbundenen ersten Anschluss und einem mit dem vierten Knoten verbundenen zweiten Anschluss umfasst.
  19. Elektrisches Motorantriebssystem umfassend: eine Energiespeichereinrichtung, die einen Pluspol und einen Minuspol aufweist; eine Antriebseinheit mit einem ersten und einem zweiten Anschluss; einen elektrischen Motor, der in elektrischer Verbindung mit der Antriebseinheit steht; und einen DC/DC-Wandler umfassend: einen ersten Kondensator mit einem ersten und einem zweiten Anschluss; einen zweiten Kondensator mit einem ersten und einem zweiten Anschluss; eine Drossel mit einem ersten und einem zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss der Drossel sowohl mit dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators als auch mit dem zweiten Anschluss des ersten Kondensators verbunden ist, um einen ersten Knoten zu bilden; ein erstes Schaltelement, das einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweist und so ausgebildet ist, dass der erste und der zweite Anschluss des ersten Schaltelements als Reaktion auf ein erstes Steuersignal elektrisch verbunden werden, wobei der erste Anschluss des ersten Schaltelements mit dem ersten Anschluss des ersten Kondensators verbunden ist, um einen zweiten Knoten zu bilden; und ein zweites Schaltelement, das einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweist und so ausgebildet ist, dass der erste und der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements als Reaktion auf ein zweites Steuersignal elektrisch verbunden werden, wobei: der erste Anschluss des zweiten Schaltelements mit dem zweiten Anschluss des ersten Schaltelements und dem zweiten Anschluss der Drossel verbunden ist, um einen dritten Knoten zu bilden, und der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements mit dem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators verbunden ist, um einen vierten Knoten zu bilden; wobei der Pluspol der Energiespeichereinrichtung mit dem zweiten Knoten und der Minuspol der Energiespeichereinrichtung mit dem ersten Knoten verbunden ist, und wobei der erste und der zweite Anschluss der Antriebseinheit mit dem zweiten bzw. dem vierten Knoten verbunden sind.
  20. System nach Anspruch 19, bei dem die ersten und die zweiten Schaltelemente jeweils Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode sind, deren Kollektorbereich mit dem ersten Anschluss, deren Emitterbereich mit dem zweiten Anschluss und deren Gatebereich mit einer Steuereinheit verbunden ist, wobei mindestens eines des ersten oder des zweiten Steuersignals von der Steuereinheit erzeugt und von dem Gatebereich empfangen wird.
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