DE102008051959B4 - System mit verringerter Resonanz mit mehreren Invertern - Google Patents

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Abstract

System mit verringerter Resonanz, welches umfasst:eine Kraftfahrzeugleistungsquelle (120) mit einem ersten Positivanschluss und einem ersten Negativanschluss; undeine Mehrzahl von Invertern (110), die an die Stromquelle (120) angekoppelt sind, wobei jeder Inverter (110) einen zweiten Positivanschluss, der an den ersten Positivanschluss angekoppelt ist, und einen zweiten Negativanschluss, der an den ersten Negativanschluss angekoppelt ist, umfasst, wobei ein erster Inverter (110) der Mehrzahl von Invertern (110) ferner ein Entkoppelelement (1150) mit variabler Impedanz umfasst, welches zwischen den ersten Positivanschluss und den zweiten Positivanschluss des ersten Inverters (110) gekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet , dassdie Mehrzahl von Invertern (110) bei voneinander verschiedenen Frequenzen arbeiten;wobei der erste Inverter (110) bei einer Frequenz arbeitet, die niedriger ist als die Arbeitsfrequenz der anderen Inverter der Mehrzahl von Invertern (110), und von allen Invertern (110) der Mehrzahl von Invertern (110) die geringste Leistung produziert; undwobei das Entkoppelelement (1150) einen variablen ohmschen Widerstand umfasst, dessen Wert auf Grundlage der Frequenz eines der anderen Inverter gesteuert wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Inverter und betrifft insbesondere ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit verringerter Resonanz mit mehreren Invertern, wie beispielsweise aus der US 2006 / 0 109 701 A1 bekannt.
  • Ein ähnliches System geht ferner aus der WO 2006 / 090 672 A1 hervor, der auch entnommen werden kann, dass der erste Inverter die geringste Leistung produziert.
  • Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die Druckschriften JP 2003 - 319 664 A aus der die Ausgestaltung eines Entkoppelelement als Bremswiderstand hervorgeht, und die US 2007 / 0 164 613 A1 verwiesen, aus der der Verwendung ein oder mehrerer Entkoppelelemente in Form von DC-DC-Convertern hervorgeht.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Viele elektrische Antriebssysteme verwenden mehrere Inverter, welche mehrere elektrische Motoren antreiben und sich dabei eine gemeinsame DC-Zwischenkreis-Leistungsquelle teilen. Typischerweise sind diese elektrischen Antriebssysteme so ausgestaltet, dass die natürliche Resonanzfrequenz jedes Inverters dieselbe ist, sodass jeder beliebige Inverter keine Resonanz in irgendeinem der anderen Inverter anregt. Obwohl dies eine zweckmäßige Ausgestaltung ist, weil die Inverter im Wesentlichen entkoppelt sind, kann es die Systemkosten erheblich beeinflussen.
  • Dementsprechend ist es wünschenswert, ein System mit mehreren Invertern zu schaffen, die den Betrieb und/oder die Resonanzfrequenzen von benachbarten Invertern nicht berücksichtigen brauchen und die kosteneffizienter sein können.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, diesem Wunsch gerecht zu werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Diese Aufgabe wird mit einem System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Das System mit verringerter Resonanz umfasst eine Kraftfahrzeugleistungsquelle mit einem ersten Positivanschluss und einem ersten Negativanschluss und einer Mehrzahl von Invertern, die an die Stromquelle angekoppelt sind. Jeder Inverter umfasst einen zweiten Positivanschluss, der an den ersten Positivanschluss angekoppelt ist, und einen zweiten Negativanschluss, der an den ersten Negativanschluss angekoppelt ist, und ein erster Inverter der Mehrzahl von Invertern umfasst ferner ein Entkoppelelement, welches zwischen den ersten Positivanschluss und den zweiten Positivanschluss des ersten Inverters gekoppelt ist.
  • Ein Verfahren zur Verringerung der Resonanz in einem System, welches eine Mehrzahl von Invertern umfasst, wobei ein erster Inverter ein erstes Entkoppelelement mit einer variablen ersten Impedanz umfasst und ein zweiter Inverter an den ersten Inverter angekoppelt ist, wobei das Verfahren den Schritt umfasst, dass der erste und der zweite Inverter bei unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt, dass die erste Impedanz auf der Grundlage einer Frequenz des zweiten Inverters gesteuert wird.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und
    • 1 ein Blockdiagramm eines Systems mit mehreren Invertern gemäß dem Stand der Technik ist;
    • 2 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems mit mehreren Invertern ist, welches eine verringerte Resonanz aufweist;
    • 3 ein Blockdiagramm einer anderen beispielhaften Ausführungsform eines Systems mit mehreren Invertern ist, welches eine verringerte Resonanz aufweist;
    • 4 ein Blockdiagramm nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform eines Systems mit mehreren Invertern ist, welches eine verringerte Resonanz aufweist;
    • 5 ein Blockdiagramm des Systems von 2 ist, welches ein Entkoppelelement umfasst, das eine Diode umfasst;
    • 6 ein Blockdiagramm des Systems von 2 ist, welches ein Entkoppelelement umfasst, das ein Potentiometer umfasst;
    • 7 ein Blockdiagramm des Systems von 2 ist, welches ein Entkoppelelement umfasst, welches einen Halbleiterschalter und eine antiparallelen Diode umfasst; und
    • 8 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems mit mehreren Invertern ist, welches eine verringerte Resonanz aufweist.
  • BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur. Außerdem ist es nicht beabsichtigt durch irgendeine geäußerte oder implizierte Theorie, die in dem vorstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird, gebunden zu sein.
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Systems 100 mit mehreren Invertern, welches eine Mehrzahl von Invertern 110 aufweist. Jeder Inverter 110 in dem System 100 ist an einen Haupt- oder gemeinsamen DC-Zwischenkreis 120 über zwei Knoten 114 (gekoppelt mit dem Positivanschluss des DC-Zwischenkreises 120) und 118 (gekoppelt mit dem Negativanschluss des DC-Zwischenkreises 120) angekoppelt.
  • Wie in 1 dargestellt, teilen sich zwei oder mehr Inverter 110 (z.B. der erste und zweite Inverter 110) einen gemeinsamen lokalen DC-Zwischenkreis 130. Alternativ kann jeder Inverter 110 einen lokalen DC-Zwischenkreis 130 verwenden, eine Untergruppe von Invertern 110 kann einen lokalen DC-Zwischenkreis 130 aufweisen oder ein einzelner Inverter 110 kann einen lokalen DC-Zwischenkreis 130 aufweisen. Somit kann eine beliebige Anzahl von lokalen DC-Zwischenkreisen 130 in dem System 100 verwendet werden. Die lokalen DC-Zwischenkreise 130 weisen üblicherweise ein oder mehrere kapazitive Elemente (z.B. einen oder mehrere Kondensatoren) auf, während der Haupt-DC-Zwischenkreis 120 üblicherweise ein oder mehrere Energiemassenspeicherelemente, wie zum Beispiel eine oder mehrere Batterien, eine oder mehrere Brennstoffzellen und/oder einen oder mehrere Superkondensatoren, verwendet.
  • Wie oben diskutiert, sind alle Inverter 110 zum Betrieb bei derselben Frequenz ausgestaltet, aber zu bestimmten Zeiten kann es nötig sein, dass ein oder mehrere Inverter 110 bei unterschiedlichen Frequenzen arbeiten, um mehrere Strompegel oder Ausgangsspannungen zu produzieren. Zudem kann sich jeder Inverter 110 in einer unterschiedlichen physischen Distanz von der Hauptgleichstromquelle 120 befinden. Demzufolge kann die natürliche Systemresonanzfrequenz jedes Inverters 110 (welche aus der Kapazität seines lokalen DC-Zwischenkreises 130 bestimmt werden kann) sowie die lokalen Inverterbetriebsfrequenzen und die Leitungsinduktivität (welche den lokalen DC-Zwischenkreis 130 mit der Hauptgleichstromquelle 120 verbindet) für jeden der Inverter 110 des Systems 100 unterschiedlich sein und den Betrieb eines oder mehrerer anderer Inverter 110 stören.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, welches eine beispielhafte Ausführungsform eines Systems 200 mit mehreren Invertern und mit verringerter Resonanz darstellt. Das System 200 umfasst eine Mehrzahl von Invertern 110, die bei voneinander verschiedenen Frequenzen arbeiten können. Wie in 2 gezeigt, ist jeder Inverter 110 über die Knoten 114 und 118 mit dem Haupt-DC-Zwischenkreis 120, welcher eine Leistungsquelle oder eine Batterie für ein Kraftfahrzeug sein kann, verbunden, ähnlich dem System 100, welches zuvor unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde. Außerdem können ein oder mehrere Inverter 110 einen lokalen DC-Zwischenkreis 130 umfassen (siehe den N-ten Inverter 110) und/oder zwei oder mehr Inverter 110 können sich einen gemeinsamen lokalen DC-Zwischenkreis 130 teilen (siehe den ersten und zweiten Inverter 110).
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das System 200 ein Entkoppelelement 1150, welches zwischen einen Positivanschluss eines Inverters 110 und den Knoten 114 gekoppelt ist. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist das Entkoppelelement 1150 an den N-ten Inverter 110 angekoppelt; das Entkoppelelement 1150 kann jedoch an den ersten Inverter 110, den zweiten Inverter 110 oder einen beliebigen Inverter 110 zwischen dem ersten und dem zweiten Inverter 110 angekoppelt sein. Erfindungsgemäß ist das Entkoppelelement 1150 an den Inverter 110, welcher bei der niedrigsten Frequenz arbeitet, angekoppelt. Aus Effizienzgründen ist das Entkoppelelement 1150 nicht an den Inverter 110 angekoppelt sein, welcher den größten Betrag an Leistung produziert.
  • Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, die in 3 dargestellt ist, umfassen mindestens zwei Inverter 110 ein Entkoppelelement 1150, welches zwischen einen Positivanschluss jedes Inverters 110 und den Knoten 114 gekoppelt ist. Obwohl 3 zeigt, dass der erste und der zweite Inverter 110 das Entkoppelelement 1150 umfassen, können beliebige zwei oder mehrere Inverter 110 ein Entkoppelelement 1150 umfassen.
  • 4 beschreibt noch eine andere beispielhafte Ausführungsform des Systems 200. Bei dieser Ausführungsform umfasst jeder Inverter 110 ein Entkoppelelement 1150, welches zwischen jeden entsprechenden Positivanschluss der Inverter 110 und den Knoten 114 gekoppelt ist.
  • Das/Die Entkoppelelement(e) 1150 weist/weisen eine variable Impedanz auf. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, kann ein Entkoppelelement 1150 eine Diode 1152 umfassen. Bei dieser Ausführungsform ist die Anode der Diode 1152 an den Knoten 114 angekoppelt oder ankoppelbar (das heißt in der Lage, angekoppelt zu werden), während die Kathode der Diode 1152 an den Positivanschluss ihres Inverters 110 (in diesem Beispiel der N-te Inverter 110) angekoppelt oder ankoppelbar ist.
  • Erfindungsgemäß umfasst gemäß 6 mindestens ein Entkoppelelement 1150 ein Potentiometer 1154, das zwischen den Knoten 114 und seinen jeweiligen Inverter 110 gekoppelt ist. Gemäß 7 kann ein Entkoppelelement 1150 einen Halbleiterschalter 1158 (z.B. ein Feldeffekttransistor (FET), Bipolartransistor (BJT), etc.) umfassen, welcher eine antiparallele Diode 1160 umfasst, welche zwischen den Knoten 114 und seinen jeweiligen Inverter 110 gekoppelt ist.
  • Obwohl 5 - 7 Ausführungsformen darstellen, die ähnlich der Ausführungsform sind, die in 2 dargestellt ist, sehen verschiedene andere Ausführungsformen vor, dass jedes der Entkoppelelemente 1150 von 3 und 4 ein Potentiometer 1154 sowie eine Diode 1152 und/oder einen Schalter 1158 mit einer angekoppelten antiparallelen Diode 1160 umfasst. Außerdem können Ausführungsformen des Systems 200 jegliche Kombination einer Diode 1152, eines Bremswiderstands 1154, eines Potentiometers 1156 und/oder eines Schalters 1158 mit einer angekoppelten antiparallelen Diode 1160 umfassen. Das heißt, dass alle Entkoppelelemente 1150 vom selben Elementtyp sein können, alle Entkoppelelemente 1150 von unterschiedlichen Elementtypen sein können oder zumindest zwei Entkoppelelemente 1150 von unterschiedlichen Elementtypen sein können.
  • 8 ist ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens 800 zur Resonanzverringerung in einem System mit mehreren Invertern (zum Beispiel System 200). Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beginnt das Verfahren 800 damit, zwei oder mehrere Inverter (z.B. Inverter 110) bei unterschiedlichen Frequenzen zu betreiben, um unterschiedliche Beträge von Leistung oder Ausgangsspannungen zu produzieren (Schritt 810).
  • Die Betriebsfrequenz eines Inverters 110 wird bestimmt (Schritt 820), und die Impedanz eines ersten Entkoppelelements mit variabler Impedanz (zum Beispiel Entkoppelelement 1150) wird gesteuert und/oder eingestellt auf der Grundlage der Betriebsfrequenz von einem oder mehreren anderen Invertern 110 (Schritt 830).
  • Bei einer Ausführungsform wird die Impedanz des Entkoppelelements 1150 auf der Grundlage der Betriebsfrequenz eines einzigen Inverters 110 gesteuert oder eingestellt. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Impedanz des Entkoppelelements 1150 auf der Grundlage der Betriebsfrequenzen von mindestens zwei Invertern 110 in einem System (zum Beispiel System 200) gesteuert oder eingestellt. Bei noch einer anderen Ausführungsform wird die Impedanz des Entkoppelelements 1150 auf der Grundlage der Betriebsfrequenzen jedes der anderen Inverter 110 in dem System 200 gesteuert oder eingestellt.
  • Das Verfahren 800 umfasst ferner, dass die Betriebsfrequenz von einem oder mehreren anderen Invertern 110 bestimmt wird (Schritt 840) und die Impedanz eines oder mehrerer anderer Entkoppelelemente mit variabler Impedanz auf der Grundlage der Betriebsfrequenz des einen oder der mehreren anderen Inverter 110 gesteuert oder eingestellt wird (Schritt 850). Bei einer Ausführungsform wird die Impedanz jedes Entkoppelelements 1150 auf der Grundlage der Betriebsfrequenz eines einzigen Inverters 110 gesteuert oder eingestellt. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Impedanz jedes Entkoppelelements 1150 auf der Grundlage der Betriebsfrequenzen von mindestens zwei Invertern 110 in dem System 200 gesteuert oder eingestellt. Bei noch einer anderen Ausführungsform wird die Impedanz jedes Entkoppelelements 1150 auf der Grundlage der Betriebsfrequenzen jedes der anderen Inverter 110 in dem System 200 gesteuert oder eingestellt.

Claims (11)

  1. System mit verringerter Resonanz, welches umfasst: eine Kraftfahrzeugleistungsquelle (120) mit einem ersten Positivanschluss und einem ersten Negativanschluss; und eine Mehrzahl von Invertern (110), die an die Stromquelle (120) angekoppelt sind, wobei jeder Inverter (110) einen zweiten Positivanschluss, der an den ersten Positivanschluss angekoppelt ist, und einen zweiten Negativanschluss, der an den ersten Negativanschluss angekoppelt ist, umfasst, wobei ein erster Inverter (110) der Mehrzahl von Invertern (110) ferner ein Entkoppelelement (1150) mit variabler Impedanz umfasst, welches zwischen den ersten Positivanschluss und den zweiten Positivanschluss des ersten Inverters (110) gekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet , dass die Mehrzahl von Invertern (110) bei voneinander verschiedenen Frequenzen arbeiten; wobei der erste Inverter (110) bei einer Frequenz arbeitet, die niedriger ist als die Arbeitsfrequenz der anderen Inverter der Mehrzahl von Invertern (110), und von allen Invertern (110) der Mehrzahl von Invertern (110) die geringste Leistung produziert; und wobei das Entkoppelelement (1150) einen variablen ohmschen Widerstand umfasst, dessen Wert auf Grundlage der Frequenz eines der anderen Inverter gesteuert wird.
  2. System nach Anspruch 1, wobei ein Teil der Mehrzahl von Invertern (110) ferner ein Entkoppelelement (1150) umfasst, welches zwischen den ersten Positivanschluss und jeden entsprechenden zweiten Positivanschluss des Teils der Mehrzahl von Invertern (110) angekoppelt ist.
  3. System nach Anspruch 2, wobei sich mindestens zwei der Entkoppelelemente (1150) voneinander unterscheiden.
  4. System nach Anspruch 2, wobei alle Entkoppelelemente (1150) vom selben Elementtyp sind.
  5. System nach Anspruch 1, wobei jeder Inverter (110) der Mehrzahl von Invertern (110) ferner ein Entkoppelelement (1150) umfasst, welches zwischen den ersten Positivanschluss und jeden entsprechenden zweiten Positivanschluss gekoppelt ist.
  6. System nach Anspruch 1, wobei ein zweiter Inverter (110) der Mehrzahl von Invertern (110) einen größeren Spannungsausgang produziert als der erste Inverter (110).
  7. System nach Anspruch 1, wobei der erste Inverter (110) einen kleineren Spannungsausgang produziert als jeder der anderen Mehrzahl von Invertern (110).
  8. System nach Anspruch 1, wobei das Entkoppelelement (1150) ferner eine Diode (1152) umfasst.
  9. System nach Anspruch 1, wobei das Entkoppelelement (1150) ferner einen Bremswiderstand (1154) umfasst.
  10. System nach Anspruch 1, wobei das Entkoppelelement (1150) ferner einen Schalter (1158) umfasst.
  11. System nach Anspruch 10, wobei der Schalter (1158) ein Halbleiterschalter (1158) mit einer antiparallelen Diode (1160) ist.
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