DE102009044281A1 - Device for transmitting energy by means of power electronics and machine inductance, and method for producing the same - Google Patents

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bidirectional
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inverter circuit
voltage
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Robert Dean King
Robert L. Steigerwald
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Abstract

Ein Antriebswechselrichterschaltkreis enthält eine erste Energiespeichereinrichtung (12, 76), die dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung auszugeben, einen ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104), der mit der ersten Energiespeichereinrichtung (12, 76) verbunden ist, und eine erste elektromechanische Vorrichtung (60, 106). Die erste elektromechanische Vorrichtung (60, 106) enthält mehrere Wicklungen (64-68, 108-112), die mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) verbunden sind. Der Antriebswechselrichterschaltkreis enthält ferner einen Ladebus (80), der einen ersten Leiter (82) aufweist, der mit den mehreren Wicklungen (64-68, 108-112) der ersten elektromechanischen Vorrichtung (60, 106) verbunden ist, wobei der Ladebus (80) dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom zu der ersten elektromechanischen Vorrichtung (60, 106) zu übertragen, oder einen Ladestrom von dieser aufzunehmen, um die erste Energiespeichereinrichtung (12, 76) über die erste elektromechanische Vorrichtung (60, 106) und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) aufzuladen.A drive inverter circuit includes a first energy storage device (12, 76) configured to output a DC voltage, a first bidirectional DC-AC inverter (40, 104) connected to the first energy storage device (12, 76), and a first electromechanical device (60, 106). The first electromechanical device (60, 106) includes a plurality of windings (64-68, 108-112) connected to the first bidirectional DC-AC inverter (40, 104). The drive inverter circuit further includes a charging bus (80) having a first conductor (82) connected to the plurality of windings (64-68, 108-112) of the first electromechanical device (60, 106), the charging bus (80 ) is adapted to transmit a charging current to the first electromechanical device (60, 106) or to receive a charging current therefrom, around the first energy storage device (12, 76) via the first electromechanical device (60, 106) and over the first to charge bidirectional DC-AC inverters (40, 104).

Description

  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNGBACKGROUND TO THE INVENTION
  • Die Erfindung betrifft allgemein elektrische Antriebssysteme, zu denen Hybrid- und Elektrofahrzeuge gehören, und stationäre Antriebe, die sich ändernden oder gepulsten Lasten unterworfen sind, und im Besonderen die Übertragung von Energie zwischen einer Stromspeichereinrichtung des Fahrzeugs oder des Antriebs und einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Spannungsquelle.The The invention relates generally to electric drive systems, which include Include hybrid and electric vehicles, and stationary Drives that are changing or pulsed loads, and in particular the transmission of energy between a power storage device of the vehicle or the drive and one outside the vehicle's voltage source.
  • Hybride Elektrofahrzeuge können in Kombination einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor nutzen, der durch eine Energiespeichereinrichtung, beispielsweise einen Antriebsakkumulator, angetrieben wird, um das Fahrzeug anzutreiben. Eine derartige Kombination kann den Gesamtausnutzungsgrad des Kraftstoffs erhöhen, indem es ermöglicht wird, den Verbrennungsmotor und den Elektromotor jeweils in entsprechenden Bereichen gesteigerten Wirkungsgrads zu betreiben. Elektromotoren können beispielsweise bei der Beschleunigung aus dem Stand heraus effizient sein, während Verbrennungsmotoren möglicherweise während anhaltender Perioden konstanten Motorbetriebs effizient sind, z. B. bei Fahrten auf Schnellstraßen oder Autobahnen. Das Vorhandensein eines Elektromotors zur Steigerung der Anfahrbeschleunigung erlaubt es, in hybriden Fahrzeugen kleinere und kraftstoffeffizientere Verbrennungsmotoren einzusetzen.hybrid Electric vehicles can in combination use an internal combustion engine and an electric motor, by an energy storage device, such as a Drive accumulator, is driven to power the vehicle. Such a combination can reduce the overall efficiency of the fuel increase, by making it possible is, the internal combustion engine and the electric motor respectively in appropriate Areas of increased efficiency. electric motors can for example, when accelerating from the state out efficiently be while Internal combustion engines possibly while sustained periods of constant engine operation, e.g. B. when driving on highways or highways. The presence of an electric motor to increase acceleration acceleration allows for smaller vehicles in hybrid vehicles and use more fuel-efficient internal combustion engines.
  • Rein elektrisch betriebene Fahrzeuge nutzen gespeicherte elektrische Energie, um einen Elektromotor anzutreiben, der sowohl für den Antrieb des Fahrzeugs als auch für Hilfsantriebe genutzt werden kann. Reine Elektrofahrzeuge können eine oder mehrere Quellen gespeicherter elektrischer Energie verwenden. Beispielsweise kann eine erste Quelle gespeicherter elektrischer Energie genutzt werden, um über einen relativ großen Zeitraum Energie bereitzustellen, während eine zweite Quelle gespeicherter elektrischer Energie dazu dienen kann, beispielsweise für Beschleunigungsvorgänge, Hochleistungsenergie zu liefern.Purely electrically powered vehicles use stored electrical Energy to drive an electric motor, both for the drive of the vehicle as well Auxiliary drives can be used. Pure electric vehicles can be one or use multiple sources of stored electrical energy. For example, a first source of stored electrical Energy used to over a relatively large period of time To provide energy while a second source of stored electrical energy can serve to for example Acceleration processes, To deliver high performance energy.
  • Elektrisch anschließbare Elektrofahrzeuge, ob von der hybriden elektrischen Bauart oder ob von der rein elektrischen Bauart, sind dazu eingerichtet, elektrische Energie aus einer externen Quelle zu nutzen, um den Antriebsakkumulator wiederaufzuladen. Zu solchen Fahrzeuge gehören beispielsweise Straßenverkehrs- und Geländefahrzeuge, Golfwagen, Kurzstrecken-Elektrofahrzeuge, Gabelstapler und Nutzfahrzeuge. Diese Fahrzeuge können entweder nicht an Bord befindliche (externe) stationäre Akkumulatorladegeräte oder an Bord befindliche (eingebaute) Akkumulatorladegeräte verwenden, um elektrische Energie von einem Versorgungsnetz oder einer erneuerbaren Energiequelle zu dem eingebauten Antriebsakkumulator des Fahrzeugs zu übertragen. Elektrisch anschließbare Fahrzeuge können Schaltkreise und Anschlüsse enthalten, die die Wiederaufladung des Antriebsakkumulators, beispielsweise aus dem Versorgungsnetz oder aus sonstigen externen Quellen, ermöglichen. Der Akkumulatorladeschaltkreis kann jedoch eigens vorgesehene Komponenten, beispielsweise Aufwärtswandler, Hochfrequenzfilter, Zerhacker, induktive Bauelemente und sonstige elektrische Komponenten enthalten, die speziell für die Übertragung von Energie zwischen dem eingebauten Stromspeichergerät und der externen Quelle vorgesehen sind. Diese eigens vorgesehenen zusätz lichen Komponenten steigern die Kosten und das Gewicht des Fahrzeugs.electrical connectable Electric vehicles, whether of the hybrid electric type or whether of the purely electrical design, are designed to electric Use energy from an external source to drive the accumulator recharge. Such vehicles include, for example, road traffic and ATVs, Golf carts, short-range electric vehicles, Forklift trucks and commercial vehicles. These vehicles can either not on board (external) stationary battery chargers or use on-board (built-in) battery chargers, around electrical energy from a utility grid or a renewable To transmit power source to the built-in drive battery of the vehicle. Electrically connectable Vehicles can Circuits and connections included, which is the recharge of the drive battery, for example from the supply network or from other external sources. However, the accumulator charging circuit may have dedicated components, for example, up-converters, High frequency filters, choppers, inductive components and others contain electrical components specifically for transmission of energy between the built-in power storage device and the external source are provided. These specially provided additional union Components increase the cost and weight of the vehicle.
  • Es besteht daher ein Bedarf nach einer Vorrichtung zur Verbesserung der Übertragung elektrischer Energie von einer externen Quelle zu dem eingebauten Stromspeichergerät eines elektrisch anschließbaren Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung mit einer geringeren Anzahl von Komponenten auskommt, die speziell lediglich für die Übertragung von Energie zwischen dem eingebauten Stromspeichergerät und der externen Quelle vorgesehen sind.It There is therefore a need for a device for improvement the transmission electrical energy from an external source to the built-in Power storage device an electrically connectable vehicle, the device having a smaller number of components specifically, only for the transmission of energy between the built-in power storage device and the external source are provided.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält ein Antriebswechselrichterschaltkreis eine erste Energiespeichereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung auszugeben, einen ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter, der mit der ersten Energiespeichereinrichtung verbunden ist, und eine erste elektromechanische Vorrichtung. Die erste elektromechanische Vorrichtung enthält eine erste Anzahl von Leitern, die mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter verbunden sind, eine zweite Anzahl von miteinander verbundenen Leitern, und mehrere Wicklungen, die zwischen der ersten Anzahl von Leitern und der zweiten Anzahl von Leitern verbunden sind. Der Antriebskonverterschaltkreis enthält ferner einen Ladebus, der einen ersten Leiter aufweist, der mit der zweiten Anzahl von Leitern der ersten elektromechanischen Vorrichtung verbunden ist, wobei der Ladebus dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom zu der ersten elektromechanischen Vorrichtung zu übertragen, oder einen Ladestrom von dieser aufzunehmen, um die erste Energiespeichereinrichtung über die erste elektromechanische Vorrichtung und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter aufzuladen.According to one aspect of the invention, a drive inverter circuit includes a first energy storage device configured to output a DC voltage, a first bidirectional DC-AC inverter connected to the first energy storage device, and a first electromechanical device. The first electro-mechanical device includes a first number of conductors connected to the first bidirectional DC-AC inverter, a second number of interconnected conductors, and a plurality of windings connected between the first number of conductors and the second number of conductors are. The drive converter circuit further includes a charging bus having a first conductor connected to the second plurality of conductors of the first electromechanical device, the charging bus configured to transmit a charging current to the first electromechanical device or to receive a charging current therefrom to the first energy storage device via the first electromechanical device and the first bidirectional DC-AC inverter to recharge.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gehören zu einem Verfahren die Schritte: Verbinden einer ersten Gleichstromenergiespeichereinrichtung mit einem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter, und Verbinden einer ersten elektromechanischen Vorrichtung mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter, wobei die erste elektromechanische Vorrichtung dazu eingerichtet ist, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und dazu eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt: Verbinden eines Leiters mit der ersten elektromechanischen Vorrichtung, wobei der Leiter dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom durch die erste elektromechanische Vorrichtung zu übertragen, um die erste Energiespeichereinrichtung über die erste elektromechanische Vorrichtung und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter aufzuladen.According to one Another aspect of the invention belong to a method Steps: Connecting a first DC energy storage device with a first bidirectional DC-AC inverter, and connecting a first electromechanical device with the first bidirectional DC-AC inverters, wherein the first electromechanical device is arranged is to convert mechanical energy into electrical energy, and is designed to convert electrical energy into mechanical energy convert. The method further includes the step of connecting a conductor with the first electromechanical device, wherein the conductor is set up to charge a current through the first one electromechanical device to transmit the first energy storage device over the first electromechanical device and over the first bidirectional Charge DC-AC inverter.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein System eine Maschine, die dazu eingerichtet ist, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und die dazu eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Zu der Maschine gehören: mehrere Wicklungen, wobei jede Wicklung ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, eine Anzahl von ersten Leitern, wobei jeder der ersten Leiter mit einer entsprechenden Wicklung an ihrem ersten Ende verbunden ist, und eine Anzahl von zweiten Leitern, wobei jeder der zweiten Leiter mit einer entsprechenden Wicklung an ihrem zweiten Ende verbunden ist. Das System weist ferner einen Spannungswechselrichter auf, der dazu eingerichtet ist, Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umzuwandeln und Gleichstromenergie in Wechselstromenergie umzuwandeln, wobei der Spannungswechselrichter über die Anzahl von ersten Leitern mit den mehreren Wicklungen verbunden ist. Eine erste Energiespeichereinrichtung ist mit dem Spannungswechselrichter verbunden, und ein Ladeleiter ist über die Anzahl von zweiten Leitern mit den mehreren Wicklungen verbunden, wobei der Ladeleiter dazu eingerichtet ist, Ladeenergie durch die Maschine zu übertragen, um die erste Energiespeichereinrichtung aufzuladen.According to one more another aspect of the invention, a system comprises a machine, which is designed to convert mechanical energy into electrical energy convert, and which is set up, electrical energy to convert into mechanical energy. The machine includes: several Windings, each winding having a first end and a second one End has a number of first conductors, each of the first Head connected to a corresponding winding at its first end and a number of second conductors, each of the second Head connected to a corresponding winding at its second end is. The system further includes a voltage inverter, which is adapted to AC power in DC power convert and convert DC power into AC power, wherein the voltage inverter over the number of first conductors connected to the several windings. A first energy storage device is connected to the voltage inverter, and a charging conductor is over the number of second conductors connected to the multiple windings, wherein the charging conductor is adapted to charge energy through the To transfer machine to charge the first energy storage device.
  • Vielfältige weitere Merkmale und Vorteile werden nach dem Lesen der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlich.Many more Features and benefits will become apparent after reading the description below Connection with the drawings obviously.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele, die gegenwärtig für eine Verwirklichung der Erfindung in Betracht gezogen werden.The Drawings illustrate embodiments that are currently in preparation contemplated by the invention.
  • 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 shows in a block diagram a drive system according to an embodiment of the invention.
  • 2 zeigt in einem Blockschaltbild ein weiteres Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 shows in a block diagram another drive system according to an embodiment of the invention.
  • 3 zeigt in einem Blockschaltbild noch ein Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 shows in a block diagram nor a drive system according to an embodiment of the invention.
  • 4 zeigt in einem Blockschaltbild noch ein weiteres Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 4 shows in a block diagram yet another drive system according to an embodiment of the invention.
  • 5 zeigt in einem Blockschaltbild noch ein weiteres Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 5 shows in a block diagram yet another drive system according to an embodiment of the invention.
  • 6 zeigt in einem Blockschaltbild noch ein weiteres Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 6 shows in a block diagram yet another drive system according to an embodiment of the invention.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
  • 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Antriebssystem 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem 10 enthält eine erste Energiespeichereinrichtung 12. In einem Ausführungsbeispiel ist die erste Energiespeichereinrichtung 12 eine Niederspannung verwendende Energiespeichereinrichtung, und sie kann auf einem Akkumulator, einer Brennstoffzelle, einer Ultrakapazität oder dergleichen basieren. Die erste Energiespeichereinrichtung 12 ist mit einem bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 verbunden, der dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung in eine andere Gleichspannung umzuwandeln. Der bidirektionale Gleichspannungswandler 14 enthält einen Induktor 16, der mit einem Paar Schaltern 18, 20 verbunden ist, und der mit einem Paar Dioden 22, 24 verbunden ist. Jeder Schalter 18, 20 ist mit einer entsprechenden Diode 22, 24 verbunden, und jedes Schalter-/Diodenpaar bildet ein entsprechendes Halbphasenmodul 26, 28. Die Schalter 18, 20 sind für Zwecke der Veranschaulichung als Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBTs) dargestellt. Allerdings sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht auf IGBTs beschränkt. Es können beliebige geeignete elektronische Schalter verwendet werden, beispielsweise Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), bipolare Sperrschichttransistoren (BJTs) und/oder mittels Metalloxid-Halbleiter gesteuerte Thyristoren (MCTs). 1 shows a block diagram of a drive system 10 according to an embodiment of the invention. The drive system 10 includes a first energy storage device 12 , In one embodiment, the first energy storage device 12 a low voltage using energy storage device, and it may be based on an accumulator, a fuel cell, an ultracapacity or the like. The first energy storage device 12 is with a bidirectional DC-DC converter 14 connected, which is adapted to convert a DC voltage into another DC voltage. The bidi Rectional DC-DC converter 14 contains an inductor 16 that with a pair of switches 18 . 20 connected, and that with a pair of diodes 22 . 24 connected is. Every switch 18 . 20 is with a corresponding diode 22 . 24 connected, and each switch / diode pair forms a corresponding half-phase module 26 . 28 , The switches 18 . 20 are shown as insulated gate bipolar transistors (IGBTs) for purposes of illustration. However, the embodiments of the invention are not limited to IGBTs. Any suitable electronic switches may be used, for example metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), bipolar junction transistors (BJTs), and / or metal oxide semiconductor controlled thyristors (MCTs).
  • Das Antriebssystem 10 enthält eine Steuereinrichtung 30, die über ein entsprechendes Paar Leitungen 32 mit den Schaltern 18, 20 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 30 ist durch eine geeignete Steuerung der Schalter 18 und 20 dazu eingerichtet, den bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 zu steuern, um eine Spannung der ersten Energiespeichereinrichtung 12 auf eine höhere Spannung aufwärts zu regeln, und um die höhere Spannung an ein Paar Leiter 34, 36 eines Gleichstrombusses 38 auszugeben, der mit dem bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 30 ist außerdem dazu eingerichtet, die Schalter 18 und 20 des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 14 zu steuern, um eine von dem Gleichstrombus 38 ausgegebene Spannung abwärts zu regeln, und die abwärts geregelte Spannung an die erste Energiespeichereinrichtung 12 auszugeben.The drive system 10 contains a control device 30 that have a corresponding pair of wires 32 with the switches 18 . 20 connected is. The control device 30 is by a suitable control of the switch 18 and 20 to set up the bidirectional DC-DC converter 14 to control a voltage of the first energy storage device 12 to regulate upwards to a higher voltage, and to the higher voltage to a pair of conductors 34 . 36 a DC bus 38 output with the bidirectional DC-DC converter 14 connected is. The control device 30 is also set up, the switches 18 and 20 of the bidirectional DC-DC converter 14 to control one of the DC bus 38 Down regulated voltage, and the regulated down voltage to the first energy storage device 12 issue.
  • Das Antriebssystem 10 enthält einen bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40, der mit dem Gleichstrombus 38 verbunden ist. Der bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 40 enthält sechs Halbphasenmodule 42, 44, 46, 48, 50 und 52, die paarweise verbunden sind, um drei Phasen 54, 56 und 58 zu erzeugen. Jede Phase 54, 56, 58 ist mit den Leitern 34 und 36 des Gleichstrombusses 38 verbunden. Eine elektromechanische Vorrichtung oder Maschine 60 ist mit dem bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 verbunden. In einem Ausführungsbeispiel ist die elektromechanische Vorrichtung 60 ein Antriebsmotor, der mechanisch mit einem oder mehreren Antriebsrädern oder -achsen 62 eines (nicht gezeigten) Fahrzeugs verbunden ist. Die elektromechanische Vorrichtung 60 enthält mehrere Wicklungen 64, 66 und 68 mit einer Anzahl von Leitern 70, die mit entsprechenden Phasen 54, 56, 58 des bidirektionalen DC-AC-Wechselrichters 40 verbunden sind. Die Wicklungen 64–68 weisen außerdem eine Anzahl von Leitern 72 auf, die miteinander verbunden sind, um einen Knoten 74 zu bilden.The drive system 10 contains a bidirectional DC-AC inverter 40 that with the DC bus 38 connected is. The bidirectional DC-AC inverter 40 contains six half-phase modules 42 . 44 . 46 . 48 . 50 and 52 which are connected in pairs to three phases 54 . 56 and 58 to create. Every phase 54 . 56 . 58 is with the ladders 34 and 36 of the DC bus 38 connected. An electromechanical device or machine 60 is with the bidirectional DC-AC inverter 40 connected. In one embodiment, the electromechanical device is 60 a drive motor that is mechanically connected to one or more drive wheels or axles 62 a vehicle (not shown) is connected. The electromechanical device 60 contains several windings 64 . 66 and 68 with a number of ladders 70 that with corresponding phases 54 . 56 . 58 of the bidirectional DC-AC inverter 40 are connected. The windings 64 - 68 also have a number of ladders 72 on, which are linked together to form a knot 74 to build.
  • Die Steuereinrichtung 30 ist über entsprechende Leitungen 32 mit den Halbphasenmodulen 42–52 verbunden. Die Steuereinrichtung 30 ist durch eine geeignete Steuerung des Halbphasenmoduls 42–52 dazu eingerichtet, den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 zu steuern, um eine auf dem Gleichstrombus vorhandene 38 Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom umzuwandeln, um diese/n über die Leiter 70 an die Wicklungen 64–68 auszugeben. Dementsprechend kann die Gleichspannung bzw. der Gleichstrom aus der ersten Energiespeichereinrichtung 12 durch den bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 auf eine höhere Gleichspannung bzw. Gleichstrom hochgespannt werden, die/der anschließend in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom umgewandelt wird und dem Elektromotor 60 zugeführt wird, um die Räder 62 anzutreiben. In anderen, nicht für Fahrzeuge eingesetzten Antriebssystemen kann an die Stelle der Antriebsräder 62 eine (nicht gezeigte) gepulste Last treten, beispielsweise eine Pumpe, ein Gebläse, eine Winde, ein Kran oder sonstige von einem Motor angetriebene Lasten. In einem regenerativen Bremsmodus kann die elektromechanische Vorrichtung 60 als ein Generator betrieben werden, um die Räder 62 zu bremsen, und um an den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom auszugeben, um diese/n in eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom auf dem Gleichstrombus 38 umzuwandeln. Danach kann die Gleichspannung bzw. ein Gleichstrom durch den bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 in eine andere Gleichspannung bzw. Gleichstrom abwärtsgeregelt oder umgewandelt werden, die/der für ein Wiederaufladen der ersten Energiespeichereinrichtung 12 geeignet ist.The control device 30 is via appropriate lines 32 with the half-phase modules 42 - 52 connected. The control device 30 is by a suitable control of the half-phase module 42 - 52 to set up the bidirectional DC-AC inverter 40 to control one on the DC bus existing 38 To convert DC voltage or a direct current into an alternating voltage or an alternating current, these / n on the ladder 70 to the windings 64 - 68 issue. Accordingly, the DC voltage or the DC current from the first energy storage device 12 through the bidirectional DC-DC converter 14 be spinned to a higher DC voltage or DC, which is then converted into an AC voltage or an AC current and the electric motor 60 is fed to the wheels 62 drive. In other, not used for vehicles propulsion systems can replace the drive wheels 62 a pulsed load (not shown) such as a pump, blower, winch, crane or other motor-driven loads. In a regenerative braking mode, the electromechanical device may 60 be operated as a generator to the wheels 62 to brake, and to connect to the bidirectional DC-AC inverter 40 To output an AC voltage or an alternating current to these / n in a DC voltage or a DC current on the DC bus 38 convert. Thereafter, the DC voltage or a DC current through the bidirectional DC-DC converter 14 be down-converted or converted into another DC voltage or DC, the / for recharging the first energy storage device 12 suitable is.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine (in Phantomdarstellung gezeigte) zweite Energiespeichereinrichtung 76 mit dem Gleichstrombus 38 verbunden sein, um den Antriebsrädern 62 zusätzliche Leistung zu liefern. Die zweite Energiespeichereinrichtung 76 kann dazu eingerichtet sein, eine höhere Leistung als die erste Energiespeichereinrichtung 12 zu liefern, um beispielsweise während Beschleunigungsperioden des Fahrzeugs Energie bereitzustellen. Die erste Energiespeichereinrichtung 12 kann dazu eingerichtet sein, eine höhere Energie als eine zweite Energiespeichereinrichtung 76 bereit zustellen, um dem Fahrzeug über längere Zeit Leistung zu liefern, um dessen Reichweite zu steigern. Die dem Gleichstrombus 38 durch die zweite Energiespeichereinrichtung 76 zugeführte Energie kann ebenfalls durch den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 umgewandelt und der elektromechanischen Antriebsvorrichtung 60 zugeführt werden. In ähnlicher Weise kann Energie, die während eines regenerativen Bremsmodus erzeugt wird, ebenfalls genutzt werden, um die zweite Energiespeichereinrichtung 76 durch den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 wiederaufzuladen.In one embodiment of the invention, a second energy storage device (shown in phantom) may be provided 76 with the DC bus 38 be connected to the drive wheels 62 to deliver additional power. The second energy storage device 76 may be configured to perform better than the first energy storage device 12 to provide energy during, for example, acceleration during periods of the vehicle. The first energy storage device 12 may be configured to have a higher energy than a second energy storage device 76 ready to deliver power to the vehicle for extended periods of time to increase its range. The DC bus 38 by the second energy storage device 76 Power supplied can also be through the bidirectional DC-AC inverter 40 converted and the electromechanical drive device 60 be supplied. Similarly, energy generated during a regenerative braking mode may also be be used to the second energy storage device 76 through the bidirectional DC-AC inverter 40 recharge.
  • Wenn ein das Antriebssystem 10 verwendendes Fahrzeug geparkt oder nicht in Gebrauch ist, kann es erwünscht sein, das Fahrzeug beispielsweise an das Versorgungsnetz oder an eine erneuerbare Energiequelle anzuschließen, um eine und/oder beide der Energiespeichereinrichtungen 12, 76 nachzuladen oder wiederzuaufladen. Dementsprechend zeigt 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Ladesystem 78, das mit dem Antriebssystem 10 für die Wiederaufladung der Energiespeichereinrichtungen 12, 76 verbunden ist, so dass Komponenten des Antriebssystems 10 für den doppelten Zweck genutzt werden können, sowohl die Energiespeichereinrichtungen 12, 76 aufzuladen als auch Energie aus den Energiespeichereinrichtungen 12, 76 in Energie umzuwandeln, die für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden kann.If a the drive system 10 For example, if the vehicle in use is parked or not in use, it may be desirable to connect the vehicle, for example, to the utility grid or to a renewable energy source, to one and / or both of the energy storage devices 12 . 76 recharge or recharge. Accordingly shows 1 an embodiment of the invention with a charging system 78 that with the drive system 10 for recharging the energy storage devices 12 . 76 connected so that components of the drive system 10 can be used for the dual purpose, both the energy storage devices 12 . 76 charge as well as energy from the energy storage devices 12 . 76 convert into energy that can be used to drive the vehicle.
  • Das Ladesystem 78 enthält einen Ladebus 80 mit einem Paar Leitern 82, 84. Wie in 1 gezeigt, ist der Leiter 82 mit dem Knoten 74 verbunden, und der Leiter 84 ist mit dem Leiter 36 des Gleichstrombusses 38 verbunden. Das Ladesystem 78 umfasst einen Gleichrichter 86, der mit dem Ladebus 80 verbunden ist, und der mit einer Anschlussdose 88 verbunden ist, die Kontakte 90, 92 aufweist, die dazu eingerichtet sind, zu einem Stecker 94 zu passen, der Kontakte 96, 98 einer externen Span nungsquelle 100 aufweist. In einem Ausführungsbeispiel wird in Erwägung gezogen, dass die externe Spannungsquelle 100 eine Wechselstromquelle ist, und dass eine, zwei oder drei Phasen der externen Spannungsquelle 100 genutzt werden können, und dass die externe Spannungsquelle 100 beispielsweise eine Leistung von 120 VAC oder 240 VAC liefern kann. In einer Konfiguration, die mit Blick auf den Betrieb anhand einer externen Drehstromquelle 100 konstruiert ist, kann der Gleichrichter 86 modifiziert sein, um für die dritte Phase einer Drehstromgleichrichterbrücke zwei (nicht gezeigte) zusätzliche Dioden zu enthalten. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kommt in Betracht, dass die externe Spannungsquelle 100 eine Gleichstromquelle ist. Die Verbindung der Gleichstromquelle 100 mit dem Ladebus 80 über den Gleichrichter 86 gewährleistet, dass die an den Ladebus 80 angelegte Ladespannung die richtige Polarität aufweist, falls die Gleichstromquelle 100 mit der umgekehrten Polarität an dem Gleichrichter 86 angeschlossen ist.The charging system 78 contains a loading bus 80 with a pair of ladders 82 . 84 , As in 1 shown is the leader 82 with the node 74 connected, and the leader 84 is with the leader 36 of the DC bus 38 connected. The charging system 78 includes a rectifier 86 with the loading bus 80 connected, and that with a junction box 88 connected, the contacts 90 . 92 which are adapted to a plug 94 to fit the contacts 96 . 98 an external voltage source 100 having. In one embodiment, it is contemplated that the external power source 100 is an AC power source, and that one, two or three phases of the external power source 100 can be used, and that the external power source 100 for example, can deliver a power of 120 VAC or 240 VAC. In a configuration with regard to operation using an external three-phase power source 100 is constructed, the rectifier can 86 be modified to include two (not shown) additional diodes for the third phase of a three-phase rectifier bridge. According to a further exemplary embodiment of the invention, it is considered that the external voltage source 100 is a DC power source. The connection of the DC power source 100 with the loading bus 80 over the rectifier 86 Ensures that the to the loading bus 80 applied charging voltage has the correct polarity, if the DC power source 100 with the reverse polarity on the rectifier 86 connected.
  • Der Leistungsfaktor eines Wechselstromsystems ist als das Verhältnis der Wirkleistung zur Scheinleistung definiert und kann als eine Zahl zwischen 0 und 1 oder als ein Prozentsatz zwischen 0 und 100 ausgedrückt sein. Die Wirkleistung ist als die Leistung des Schaltkreises definiert, die für die Verrichtung von Arbeit in einer vorgegebenen Zeitspanne zur Verfügung steht. Die Scheinleistung ist das Produkt von Strom und Spannung des Schaltkreises. Aufgrund der in der Last gespeicherten und in die Quelle zurückgelieferten Energie, oder aufgrund einer nichtlinearen Last, die den Schwingungsverlauf des der Quelle entnommenen Stroms verzerrt, kann die Scheinleistung größer als die Wirkleistung sein. Ein Schaltkreis mit einem geringeren Leistungsfaktor verrichtet weniger Arbeit als ein Schaltkreis mit einem höheren Leistungsfaktor. Um die gleiche Menge an Arbeit zu verrichten, wird an den Schaltkreis mit dem geringeren Leistungsfaktor folglich eine höhere Spannung angelegt bzw. ein größerer Strom zugeführt.Of the Power factor of an AC system is higher than the ratio of Active power defined to the apparent power and can be considered a number between 0 and 1 or expressed as a percentage between 0 and 100. The active power is defined as the power of the circuit, the for the performance of work in a given period of time disposal stands. The apparent power is the product of current and voltage of the circuit. Due to the stored in the load and in the source returned Energy, or due to a nonlinear load, which determines the waveform of the source taken from the source distorted, the apparent power greater than be the active power. A circuit with a lower power factor does less work than a circuit with a higher power factor. To do the same amount of work is to the circuit Consequently, with the lower power factor, a higher voltage created or a larger power fed.
  • In Schaltkreisen mit sinusförmigen Strömen und Spannungen kann der Leistungsfaktor aufgrund von Phasendifferenzen zwischen dem Strom und der Spannung vermindert sein. Getaktete Spannungsquellen können dazu eingerichtet sein, die durch eine Last entzogene Leistung zu steuern, um den Leistungsfaktor der Energieübertragung zu erhöhen. In einigen Anwendungen regelt eine getaktete Spannungsquelle, z. B. eine solche, die beispielsweise einen Abwärts-/Aufwärtswandler aufweist, den davon ausgegebenen Strom, so dass der Stromschwingungsverlauf zu dem davon ausgegebenen Spannungsschwingungsverlauf proportional ist. Beispielsweise kann der Abwärts-/Aufwärtswandler den Stromschwingungsverlauf in eine Sinuswelle umformen, die mit einer Sinuswelle des Spannungsschwingungsverlaufs phasengleich ist. Der Aufwärtswandler lässt sich regeln/steuern, um eine konstante Ausgangsleiterspannung des Gleichstrombusses aufrecht zu erhalten, während ein Stroms abgezogen wird, dessen Phase und Frequenz mit der Ausgangsleiterspannung übereinstimmen.In Circuits with sinusoidal Stream and voltages can be the power factor due to phase differences be reduced between the current and the voltage. Clocked voltage sources can do this be set up to control the power extracted by a load, to increase the power factor of the energy transfer. In Some applications regulate a clocked voltage source, eg. B. such as having a buck-boost converter, for example output current, so that the current waveform to that of it output voltage waveform is proportional. For example can the down / up converter transform the current waveform into a sine wave with a sine wave of the voltage waveform is in phase. The up-converter can be regulate / control to a constant output voltage of the DC bus to sustain while a current is subtracted whose phase and frequency coincide with the output line voltage.
  • Wenn die externe Spannungsquelle 100 über die Kontakte 90, 92, 96, 98 mit dem Ladesystem 78 verbunden ist, ist die Steuereinrichtung 30 dazu eingerichtet, beispielsweise die Halbphasenmodule 42, 44 der Phase 54 zu steuern, um die an die Wicklung 64 der elektromechanischen Vorrichtung 60 angelegte Ladespannung aufwärts oder abwärts zu regeln. Ein Abwärtsregeln der Ladespannung, falls diese höher ist als diejenige des entsprechenden aufzuladenden Speichergeräts, ermöglicht auf der Grundlage eines breiten Bereichs von von der externen Spannungsquelle 100 eingegeben Leiterspannungen, die mit vorgegebenen Nennspannung der Elemente des Antriebssystems 10 konsistent sind, einen Betrieb des Antriebssystems 10 mit ei nem hohen Leistungsfaktor von nahezu Eins. Die aufwärts oder abwärts geregelte Ladespannung wird an den, Gleichstrombus 38 angelegt und wird genutzt, um die zweite Energiespeichereinrichtung 76, falls vorhanden, unmittelbar wiederaufzuladen, und um die erste Energiespeichereinrichtung 12 durch eine durch die Steuereinrichtung 30 durchgeführte Abwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 14 wiederaufzuladen. Die Steuereinrichtung 30 kann ferner dazu eingerichtet sein, zusätzlich die Halbphasenmodule 46, 48 der Phase 56 und/oder die Halbphasenmodule 50, 52 der Phase 58 zu regeln/steuern, um den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 während des Ladevorgangs als einen Zwei- oder Dreiphasen-Aufwärtsregelungsschaltkreis in einem Verschachtelungsmodus zu betreiben, um die Welligkeit zu reduzieren. Darüber hinaus kann der Ein-, Zwei- oder Dreiphasenbetrieb während des Ladevorgangs den Wirkungsgrad der Teillastladung maximieren. [RDK_OK]When the external power source 100 about the contacts 90 . 92 . 96 . 98 with the charging system 78 is connected, is the control device 30 set up, for example, the half-phase modules 42 . 44 the phase 54 to steer to the winding 64 the electromechanical device 60 applied charging voltage up or down to regulate. Down-regulation of the charging voltage, if higher than that of the corresponding storage device to be charged, is enabled based on a wide range of the external power source 100 entered conductor voltages, with given nominal voltage of the elements of the drive system 10 consistent, an operation of the drive system 10 with a high power factor of nearly one. The up or down regulated charging voltage is applied to the DC bus 38 is created and used to the second energy storage device 76 if before to recharge immediately, and to the first energy storage device 12 by a by the control device 30 performed down-regulation of the bidirectional DC-DC converter 14 recharge. The control device 30 may also be arranged to additionally the half-phase modules 46 . 48 the phase 56 and / or the half-phase modules 50 . 52 the phase 58 to regulate / control the bidirectional DC-AC inverter 40 during the charging operation as a two- or three-phase step-up circuit in an interleave mode to reduce the ripple. In addition, the one, two or three phase operation during charging may maximize the efficiency of the partial load. [RDK_OK]
  • 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebssystems 102 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Übereinstimmende Elemente und Komponenten der Antriebssysteme 10 und 102 werden soweit angemessen mit Bezug auf dieselben Bezugszeichen erörtert. 3–6 erläutert ebenfalls übereinstimmende Komponenten mit Bezug auf dieselben Bezugszeichen. Das Antriebssystem 102 enthält einen zweiten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 104, der mit einer zweiten elektromechanischen Vorrichtung 106 verbunden ist, die mehrere Wicklungen 108, 110 und 112 aufweist. Der zweite bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 104 enthält sechs Halbphasenmodule 114, 116, 118, 120, 122 und 124, die paarweise ausgelegt sind, um drei Phasen 126, 128 und 130 zu erzeugen. Jede Phase 126, 128, 130 ist mit den Leitern 34 und 36 des Gleichstrombusses 38 verbunden. 2 shows a block diagram of a drive system 102 according to a further embodiment of the invention. Matching elements and components of the drive systems 10 and 102 will be discussed as appropriate with reference to the same reference numerals. 3 - 6 also explains matching components with reference to the same reference numerals. The drive system 102 contains a second bidirectional DC-AC inverter 104 that with a second electromechanical device 106 connected, which has several windings 108 . 110 and 112 having. The second bidirectional DC-AC inverter 104 contains six half-phase modules 114 . 116 . 118 . 120 . 122 and 124 which are designed in pairs to three phases 126 . 128 and 130 to create. Every phase 126 . 128 . 130 is with the ladders 34 and 36 of the DC bus 38 connected.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektromechanische Vorrichtung 60 ein Antriebsmotor, der mit Rädern 62 verbunden ist, und die elektromechanische Vorrichtung 106 ist ein Drehstromgenerator, der mit einem Verbrennungsmotor 132 mechanisch verbunden ist. Die Steuereinrichtung 30 ist über entsprechende Leitungen 32 mit Halbphasenmodulen 114–124 verbunden. Die Steuereinrichtung 30 ist durch eine geeignete Steuerung der Halbphasenmodule 114–124 dazu eingerichtet, einen Anlassinverter 104 zu steuern, um eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom auf dem Gleichstrombus 38 in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom umzuwandeln, um diesen den Wicklungen 108–112 des Drehstromgenerators 106 zuzuführen, so dass dieser der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 132 ein Drehmoment verleiht. In einer Abwandlung kann der Verbrennungsmotor 132 auf den Drehstromgenerator 106 ein Drehmoment ausüben, um dem Anlassinverter 104 eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom zuzuführen, um diesen in eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom auf dem Gleichstrombus 38 umzuwandeln. Danach lädt die Gleichspannung bzw. der Gleichstrom die zweite Energiespeichereinrichtung 76 wieder auf und/oder kann durch den bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 abwärtsgeregelt werden oder in eine andere Gleichspannung bzw. einen anderen Gleichstrom umgewandelt werden, der für eine Wiederaufladung der ersten Energiespeichereinrichtung 12 geeignet ist.In one embodiment of the invention, the electromechanical device is 60 a drive motor with wheels 62 is connected, and the electromechanical device 106 is an alternator that works with an internal combustion engine 132 mechanically connected. The control device 30 is via appropriate lines 32 with half-phase modules 114 - 124 connected. The control device 30 is by a suitable control of the half-phase modules 114 - 124 set up a startup inverter 104 to control a DC voltage or a DC current on the DC bus 38 into an AC voltage or an AC to convert these to the windings 108 - 112 of the alternator 106 supply, so that this the crankshaft of the internal combustion engine 132 gives a torque. In a modification, the internal combustion engine 132 on the alternator 106 Apply a torque to the starting inverter 104 to supply an AC voltage or an AC current to this in a DC voltage or a DC current on the DC bus 38 convert. Thereafter, the DC voltage or the DC current charges the second energy storage device 76 back on and / or can by the bidirectional DC-DC converter 14 be down-regulated or converted into another DC voltage or another DC current, which is for a recharge of the first energy storage device 12 suitable is.
  • Wie in 2 gezeigt, ist das Ladesystem 78 mit dem Drehstromgenerator 106 verbunden. Es kommt jedoch auch in Betracht, dass das Ladesystem 78 alternativ, wie in 1 gezeigt, mit dem Elektromotor 60 verbunden werden kann. Dementsprechend ist die Steuereinrichtung 30 dazu eingerichtet, beispielsweise die Halbphasenmodule 114, 116 der Phase 126 zu steuern, um die an der Wicklung 108 des Drehstromgenerators 106 angelegte Ladespannung bzw. den durch diese fließenden La destrom aufwärts zu regeln. Die aufwärts oder abwärts geregelte Ladespannung wird an den Gleichstrombus 38 angelegt und wird genutzt, um die zweite Energiespeichereinrichtung 76, falls vorhanden, unmittelbar wiederaufzuladen, und um die erste Energiespeichereinrichtung 12 durch eine durch die Steuereinrichtung 30 veranlasste Abwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 14 wiederaufzuladen. Falls die zweite Energiespeichereinrichtung 76 nicht vorhanden ist, führt ein in dem Inverter 104 enthaltener (nicht gezeigter) Gleichspannungszwischenkreisfilterkondensator die Glättungsfunktion für den Gleichstrombus 38 durch, und die Wiederaufladung der ersten Energiespeichereinrichtung 12 kann durch die Steuereinrichtung 30 mittels der Abwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 14 durchgeführt werden. Dementsprechend kann ein hoher Leistungsfaktor für Konfigurationen erzielt werden, bei denen ein Gleichspannungspegel auf dem Gleichstrombus 38 höher ist, als die ausgegebene Scheitelspannung des Gleichrichters 86. Die Steuereinrichtung 30 kann ferner dazu eingerichtet sein, zusätzlich die Halbphasenmodule 118, 120 der Phase 128 und/oder die Halbphasenmodule 122, 124 der Phase 130 zu regeln/steuern, um den Anlassinverter 104 während des Ladevorgangs in einem Verschachtelungsmodus als einen Zwei- oder Dreiphasen-Aufwärtsregelungsschaltkreis zu betreiben, um die Welligkeit zu reduzieren. Darüber hinaus kann ein Ein-, Zwei- oder Dreiphasenbetrieb während des Ladevorgangs den Wirkungsgrad der Teillastladung maximieren.As in 2 shown is the charging system 78 with the alternator 106 connected. However, it also comes into consideration that the charging system 78 alternatively, as in 1 shown with the electric motor 60 can be connected. Accordingly, the control device 30 set up, for example, the half-phase modules 114 . 116 the phase 126 to control the on the winding 108 of the alternator 106 applied charging voltage or the current flowing through them La uprom up. The up or down regulated charging voltage is applied to the DC bus 38 is created and used to the second energy storage device 76 if available, immediately recharge, and the first energy storage device 12 by a by the control device 30 caused down-regulation of the bidirectional DC-DC converter 14 recharge. If the second energy storage device 76 does not exist, introduces in the inverter 104 The DC link filter capacitor (not shown) includes the smoothing function for the DC bus 38 by, and the recharging of the first energy storage device 12 can by the control device 30 by means of the downward control of the bidirectional DC-DC converter 14 be performed. Accordingly, a high power factor can be achieved for configurations in which a DC level on the DC bus 38 is higher than the output peak voltage of the rectifier 86 , The control device 30 may also be arranged to additionally the half-phase modules 118 . 120 the phase 128 and / or the half-phase modules 122 . 124 the phase 130 to control / steer to the start inverter 104 during the charging operation in an interleave mode as a two- or three-phase step-up circuit to reduce the ripple. In addition, a one, two or three phase operation during charging may maximize the efficiency of the partial load.
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebssystems 134 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem 134 basiert auf dem Antriebssystem 102 von 2. Allerdings ist anhand des Antriebssystem 134 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, bei dem sich der Gleichrichter 86 außerhalb des Antriebssystems 134 befindet. Der externe Gleichrichter 86 ist über die Kontakte 90, 92, 96, 98 einer Anschlussdose 88 und den Stecker 94 mit dem Ladebus 80 verbunden. Auf diese Weise kann der Gleichrichter 86 in ein Modul integriert sein, das mit einer externen Wechselstromquelle 100 verbunden ist, die sich nicht an Bord des (nicht gezeigten) Fahrzeugs befindet. 3 shows a block diagram of a drive system 134 according to a further embodiment of the invention. The drive system 134 based on the drive system 102 from 2 , However, based on the drive system 134 an embodiment of the invention is illustrated, in which the rectifier 86 outside the drive system 134 located. The external rectifier 86 is about the contacts 90 . 92 . 96 . 98 a junction box 88 and the plug 94 with the loading bus 80 connected. That way the rectifier can work 86 be integrated into a module that uses an external AC source 100 which is not on board the vehicle (not shown).
  • Das Antriebssystem 134 enthält ferner ein Schütz 136, das beispielsweise zwischen Phasen 54, 56 des bidirektionalen DC-AC-Wechselrichters 40 mit dem Leiter 34 des Gleichstrombusses 38 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 30 dazu eingerichtet, Halbphasenmodule 42–48 so zu steuern, dass der bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 40 als ein Abwärts-/Aufwärtswandler arbeitet. D. h., die Steuereinrichtung 30 kann veranlassen, dass der bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 40 die Ladespannung bzw. den Ladestrom in Abhängigkeit von dem Wert der Ladespannung bzw. des Ladestroms abwärts oder aufwärts regelt. Falls beispielsweise die Ladespannung geringer ist als diejenige, die erforderlich ist, um die zweite Energiespeichereinrichtung 76, falls diese vorhanden ist, wiederaufzuladen, beispielsweise wenn die Ladespannung die Spannung auf dem Gleichstrombus 38 unterschreitet, veranlasst die Steuereinrichtung 30 den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40, die Ladespannung aufwärts zu regeln. Falls die Ladespannung größer ist als diejenige, die erforderlich ist, um die zweite Energiespeichereinrichtung 76, falls vorhanden, wiederaufzuladen, beispielsweise wenn die Ladespannung Spannung auf dem Gleichstrombus 38 überschreitet, veranlasst die Steuereinrichtung 30 den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 die Ladespannung abwärts zu regeln. Falls die Ladespannung geringer ist als diejenige, die erforderlich ist, um die zweite Energiespeichereinrichtung 76 wiederaufzuladen, veranlasst die Steuereinrichtung 30 den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 die Ladespannung aufwärts zu regeln. In einem Abwärtsregelungsmodus ist eine Diode 138 des Halbphasenmo duls 42 leitend, während die Steuereinrichtung 30 veranlasst, dass ein Schalter 140 des Halbphasenmoduls 46 Strom abwechselnd durch den Schalter 140 und eine Diode 142 des Halbphasenmoduls 48 fließen lässt. In einem Aufwärtsregelungsmodus, veranlasst die Steuereinrichtung 30, dass der Schalter 140 des Halbphasenmoduls 46 eingeschaltet bleibt, während abwechselnd veranlasst wird, dass Strom durch einen Schalter 144 des Halbphasenmoduls 44 und durch die Diode 138 des Halbphasenmoduls 42 fließt. Auf diese Weise wirken Wicklungen 64–66 als Induktoren. Da sich der bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 40 mittels der Steuereinrichtung 30 sowohl als ein Aufwärtswandler als auch ein Abwärtswandler betreiben lässt, kann die Ladespannung einen beliebigen Wert bis zu der Nennspannung des Halbleiters und zugeordneter passiver Komponenten aufweisen, während über den gesamten Ladespannungsschwingungsverlauf hinweg ein Leistungsfaktor von nahezu Eins aufrecht erhalten werden kann. Falls das Speichergerät 76 nicht vorhanden ist, hält ein in dem Gleichstrom-Wechselstrom-Inverter 40 enthaltener (nicht gezeigter) Eingangs-Gleichspannungszwischenkreisfilterkondensator oder Glättungskondensator die an den bidirektionalen Gleichspannungswandler 14 angelegte Spannung des Gleichstrombusses 38, wie in 1 beschrieben, aufrecht, um die erste Energiespeichereinrichtung 12 aufzuladen.The drive system 134 also contains a contactor 136 , for example, between phases 54 . 56 of the bidirectional DC-AC inverter 40 with the conductor 34 of the DC bus 38 connected is. In this embodiment, the control device 30 furnished to semi-phase modules 42 - 48 to control that bidirectional DC-AC inverter 40 works as a down / up converter. That is, the controller 30 can cause the bidirectional DC-AC inverter 40 controls the charging voltage or the charging current in dependence on the value of the charging voltage or the charging current downwards or upwards. For example, if the charging voltage is lower than that required to the second energy storage device 76 if it is present, for example when the charging voltage is the voltage on the DC bus 38 falls below, causes the controller 30 the bidirectional DC-AC inverter 40 to regulate the charging voltage upwards. If the charging voltage is greater than that required to the second energy storage device 76 if available, recharge, for example when the charging voltage is on the DC bus 38 exceeds, causes the controller 30 the bidirectional DC-AC inverter 40 to regulate the charging voltage downwards. If the charging voltage is less than that required to the second energy storage device 76 recharge, causes the controller 30 the bidirectional DC-AC inverter 40 to regulate the charging voltage upwards. In a down-regulation mode is a diode 138 the Halbphasenmo module 42 conductive while the control device 30 causes a switch 140 of the half-phase module 46 Power alternately through the switch 140 and a diode 142 of the half-phase module 48 flow. In an upshift mode, the controller causes 30 that the switch 140 of the half-phase module 46 remains on while alternately causing current through a switch 144 of the half-phase module 44 and through the diode 138 of the half-phase module 42 flows. This is how windings work 64 - 66 as inductors. As is the bidirectional DC-AC inverter 40 by means of the control device 30 both as a boost converter and a buck converter, the charge voltage may have any value up to the rated voltage of the semiconductor and associated passive components, while maintaining a near unity power factor throughout the charge voltage swing. If the storage device 76 does not exist, stops in the DC-AC inverter 40 included (not shown) input DC link filter capacitor or smoothing capacitor to the bidirectional DC-DC converter 14 applied voltage of the DC bus 38 , as in 1 described, upright to the first energy storage device 12 charge.
  • 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebssystems 146 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem 146 basiert auf dem Antriebssystem 134 von 3. Das Antriebssystem 146 umfasst jedoch anstelle eines mit einem Versorgungsnetz verbundenen Gleichrichter eine Gleichstromquelle bzw. einen Gleichstromverbraucher 148, die bzw. der unmittelbar mit dem Ladebus 80 über eine Anschlussdose 150 verbunden ist, die Kontakte 152, 154 aufweist, die dazu eingerichtet sind, zu einem Stecker 156 mit Kontakten 158, 160 zu passen. Die Steuereinrichtung 30 betätigt oder steuert den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 so, dass Ladespannungen oder Ströme, die an diesem anliegen bzw. durch diesen fließen, wie oben beschrieben, abwärts oder aufwärts geregelt werden. Die Gleichspannungsquelle 148 kann eine Ladespannungsquelle mit einer Maximalspannung bis zur Nennspannung der Halbleiter und zugeordneter passiver Komponenten. 4 shows a block diagram of a drive system 146 according to a further embodiment of the invention. The drive system 146 based on the drive system 134 from 3 , The drive system 146 However, instead of a connected to a supply network rectifier includes a DC power source or a DC consumer 148 , the or directly with the charging bus 80 via a junction box 150 connected, the contacts 152 . 154 which are adapted to a plug 156 with contacts 158 . 160 to fit. The control device 30 actuates or controls the bidirectional DC-AC inverter 40 such that charging voltages or currents applied thereto or flowing therethrough are regulated downwards or upwards as described above. The DC voltage source 148 may be a charging voltage source having a maximum voltage up to the rated voltage of the semiconductors and associated passive components.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Gleichstromquelle 148 ein Gleichstromverbraucher sein, beispielsweise ein Widerstand oder ein Gleichstrommotor, der es ermöglicht, die Energiespeichereinrichtung 12 und/oder die gegebenenfalls vorhandene Energiespeichereinrichtung 76 durch Betrieb des Aufwärtswandler 14 und der Steuereinrichtung 30 für einen Funktionstest oder eine Kalibrierung, oder für einen Betrieb der Gleichstromlast zu entladen.In a further embodiment of the invention, the DC power source 148 a DC load, for example, a resistor or a DC motor, which allows the energy storage device 12 and / or the optionally existing energy storage device 76 by operating the boost converter 14 and the controller 30 for a bump test or a calibration, or for a DC load operation.
  • 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebssystems 162 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem 162 enthält ähnlich wie das Antriebssystem 102 von 2 erste und zweite bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 40, 104 und elektromechanische Vorrichtungen 60, 106. Allerdings ist der in 5 gezeigte bidirektionale DC-AC-Wechselrichter 104 nicht, wie in 2 gezeigt, über den Gleichstrombus 38 mit dem bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 parallel geschaltet, sondern über einen zweiten Gleichstrombus 164 mit der ersten Energiespeichereinrichtung 12 parallel geschaltet. Dementsprechend wird eine von der externen Spannungsquelle 100 stammende Ladespannung mittels geeigneter Steuerung durch die Steuereinrichtung 30 durch den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 104 aufwärts geregelt. Die aufwärts geregelte Ladespannung bzw. der Ladestrom lädt die erste Energiespeichereinrichtung 12 unmittelbar wieder auf und lädt die gegebenenfalls vorhandene zweite Energiespeichereinrichtung 76 durch Aufwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungs wandlers 14 wieder auf. Die Steuereinrichtung 30 kann ferner dazu eingerichtet sein, zusätzlich die Halbphasenmodule 118, 120 von Phase 128 und/oder die Halbphasenmodule 122, 124 von Phase 130 zu regeln/steuern, um den Anlassinverter 104 während des Ladevorgangs in einem Verschachtelungsmodus als einen Zwei- oder Dreiphasen-Aufwärtsregelungsschaltkreis zu betreiben, um die Welligkeit zu reduzieren. Darüber hinaus kann der Ein-, Zwei- oder Dreiphasenbetrieb während des Ladevorgangs den Wirkungsgrad der Teillastladung maximieren. Die Steuereinrichtung 30 kann ferner dazu eingerichtet sein, zusätzlich Halbphasenmodule 114, 116 von Phase 126, Halbphasenmodule 118, 120 von Phase 128 und Halbphasenmodule 122, 124 von Phase 130 zu regeln/steuern, um den Anlassinverter 104 als einen Wechselstrom-Gleichstrom-Konverter zu betreiben, um der Energiespeichereinrichtung 12 eine geregelte/gesteuerte Ladespannung bereitzustellen, und um mittels Leistung aus dem den Drehstromgenerator 106 antreibenden Verbrennungsmotor 132 Leistung bereitzustellen, um das auf dem Gleichstrom-zu-Wechselstrom-Inverter 40 und der elektrischen Maschine 60 basierende Antriebssystem zu betreiben. 5 shows a block diagram of a drive system 162 according to a further embodiment of the invention. The drive system 162 contains similar to the drive system 102 from 2 first and second bidirectional DC-AC inverters 40 . 104 and electromechanical devices 60 . 106 , However, the in 5 shown bidirectional DC-AC inverters 104 not like in 2 shown over the DC bus 38 with the bidirectional DC-AC inverter 40 connected in parallel, but via a second DC bus 164 with the first energy storage device 12 connected in parallel. Accordingly, one of the external power source becomes 100 originating charging voltage by means of suitable control by the control device 30 through the bidirectional DC-AC inverter 104 regulated upwards. The upwardly regulated charging voltage or the charging current charges the first energy storage device 12 immediately again and loads the possibly existing second energy storage device 76 by up-regulation of the bidirectional DC voltage converter 14 back up. The control device 30 may also be arranged to additionally the half-phase modules 118 . 120 from phase 128 and / or the half-phase modules 122 . 124 from phase 130 to control / steer to the start inverter 104 during the charging operation in an interleave mode as a two- or three-phase step-up circuit to reduce the ripple. In addition, the one, two or three phase operation during charging may maximize the efficiency of the partial load. The control device 30 may also be configured to additionally include half-phase modules 114 . 116 from phase 126 , Half-phase modules 118 . 120 from phase 128 and half-phase modules 122 . 124 from phase 130 to control / steer to the start inverter 104 to operate as an AC-DC converter to the energy storage device 12 to provide a regulated / controlled charging voltage, and by means of power from the the alternator 106 driving internal combustion engine 132 To provide power to that on the DC-to-AC inverter 40 and the electric machine 60 operate based drive system.
  • 6 zeigt ein Antriebssystem 166 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Antriebssystem 166 enthält einen Schalter 168, der mit der Wicklung 64, dem Knoten 74 und dem Leiter 84 des Ladebusses 80 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 30 ist über eine oder mehrere entsprechenden Leitungen 32 mit dem Schalter 168 verbunden. In einem Lademodus veranlasst die Steuereinrichtung 30, dass der Schalter 168 die Wicklung 64 mit dem Leiter 84 verbindet. Auf diese Weise wird die von der externen Spannungsquelle 100, z. B. einem Wechselstromversorgungsnetz, stammende Ladespannung durch den bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40 aufwärts geregelt und genutzt, um die gegebenenfalls vorhandene zweite Energiespeichereinrichtung 76 unmittelbar wiederaufzuladen, und um die erste Energiespeichereinrichtung 12 durch Abwärtsregelung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 14 wiederaufzuladen. In einem Antriebsmodus ist die externe Spannungsquelle 100 von dem Antriebssystem 166 getrennt, und die Steuereinrichtung 30 steuert den Schalter 168, um die Wicklung 64 mit dem Knoten 74 zu verbinden. Auf diese Weise kann Energie von der ersten und/oder zweiten Energiespeichereinrichtung 12, 76 umgewandelt werden und der elektromechanischen Vorrichtung 60 zugeführt werden, um die Räder 62 anzutreiben. 6 shows a drive system 166 according to a further embodiment of the invention. The drive system 166 contains a switch 168 that with the winding 64 , the knot 74 and the leader 84 of the loading bus 80 connected is. The control device 30 is via one or more corresponding lines 32 with the switch 168 connected. In a charge mode, the controller causes 30 that the switch 168 the winding 64 with the conductor 84 combines. In this way, that of the external voltage source 100 , z. B. an AC power supply, originating charging voltage through the bidirectional DC-AC inverter 40 regulated upwards and used to the possibly existing second energy storage device 76 immediately recharge, and the first energy storage device 12 by down-regulation of the bidirectional DC-DC converter 14 recharge. In a drive mode, the external power source is 100 from the drive system 166 disconnected, and the controller 30 controls the switch 168 to the winding 64 with the node 74 connect to. In this way, energy from the first and / or second energy storage device 12 . 76 to be converted and the electromechanical device 60 be fed to the wheels 62 drive.
  • Neben der Steuerung/Regelung der Halbphasenmodule 42–52, um die Ladespannung bzw. den Ladestrom aufwärts zu regeln, regelt/steuert die Steuereinrichtung 30 die Halbphasenmodule 42–52 geeignet, um eine Wechselstromladespannung bzw. einen Wechselstrom gleichzurichten. Dementsprechend kann auf einen Gleichrichter, z. B. den in 1 gezeigten Gleichrichter 86, verzichtet werden.In addition to the control / regulation of the half-phase modules 42 - 52 In order to regulate the charging voltage or charging current upwards, the control device regulates / controls 30 the half-phase modules 42 - 52 suitable for rectifying an AC charging voltage or an alternating current. Accordingly, a rectifier, z. B. the in 1 shown rectifier 86 , be waived.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung verwenden somit Inverter und Maschineninduktivitäten eines Antriebssteuerungssystems, um eine oder mehrere Energiespeichereinrichtungen des Antriebssteuerungssystems wiederaufzuladen. Auf diese Weise können die Inverter und Maschinen sowohl für den Fahrzeugantrieb als auch für das Wiederaufladen der Energiespeichereinrichtungen genutzt werden. Der Einsatz der Inverter und der Maschineninduktivitäten ermöglicht ein oberschwingungsarmes Laden der Energiespeichereinrichtungen mit einem hohen Leistungsfaktor.embodiments Thus, the invention uses inverters and machine inductances Drive control system to one or more energy storage devices of the drive control system. In this way can the inverters and machines both for the vehicle drive as well for the Recharging the energy storage devices are used. The use of the inverters and the machine inductors enables a low-harmonic loading of the energy storage devices with a high power factor.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält ein Antriebswechselrichterschaltkreis eine erste Energiespeichereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung auszugeben, einen ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter, der mit der ersten Energiespeichereinrichtung verbunden ist, und eine erste elektromechanische Vorrichtung. Die erste elektromechanische Vorrichtung enthält eine erste Anzahl von Leitern, die mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter verbunden sind, eine zweite Anzahl von miteinander verbundenen Leitern, und mehrere Wicklungen, die zwischen der ersten Anzahl von Leitern und der zweiten Anzahl von Leitern verbunden sind. Der Antriebskonverterschaltkreis enthält ferner einen Ladebus, der einen ersten Leiter aufweist, der mit der zweiten Anzahl von Leitern der ersten elektromechanischen Vorrichtung verbunden ist, wobei der Ladebus dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom zu der ersten elektromechanischen Vorrichtung zu übertragen, oder einen Ladestrom von dieser aufzunehmen, um die erste Energiespeichereinrichtung über die erste elektromechanische Vorrichtung und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter aufzuladen.According to one embodiment of the invention a drive inverter circuit comprises a first energy storage device, which is adapted to output a DC voltage, one first bidirectional DC-AC inverter with the first Energy storage device is connected, and a first electromechanical Contraption. The first electromechanical device includes a first number of conductors connected to the first bidirectional DC-AC inverter connected, a second number of interconnected conductors, and several windings between the first number of conductors and the second number of conductors are connected. The drive converter circuit contains Further, a charging bus having a first conductor, which with the second number of conductors of the first electromechanical device is connected, wherein the charging bus is adapted to a charging current to transmit to the first electromechanical device, or to receive a charging current from the first energy storage device via the first electromechanical device and via the first bidirectional DC-AC inverter charge.
  • Gemäß noch einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gehören zu einem Verfahren die Schritte: Verbinden einer ersten Gleichstromenergiespeichereinrichtung mit einem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter, und Verbinden einer ersten elektromechanischen Vorrichtung mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter, wobei die erste elektromechanische Vorrichtung dazu eingerichtet ist, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und dazu eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt: Verbinden eines Leiters mit der ersten elektromechanischen Vorrichtung, wobei der Leiter dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom durch die erste elektromechanische Vorrichtung zu übertragen, um die erste Energiespeichereinrichtung über die erste elektromechanische Vorrichtung und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter aufzuladen.According to another embodiment of the invention, a method includes the steps of: connecting a first direct current energy storage device to a first bidirectional DC-AC inverter, and connecting a first electromechanical device to the first bidirectional DC-AC inverter, the first electromechanical device configured therefor is to convert mechanical energy into electrical energy and is adapted to convert electrical energy into mechanical energy. The method further includes the step of connecting a conductor to the first one electromechanical device, wherein the conductor is adapted to transmit a charging current through the first electromechanical device to charge the first energy storage device via the first electromechanical device and via the first bidirectional DC-AC inverter.
  • Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, umfasst ein System eine Maschine, die dazu eingerichtet ist, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, und die dazu eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Zu der Maschine gehören: mehrere Wicklungen, wobei jede Wicklung ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, eine Anzahl von ersten Leitern, wobei jeder der ersten Leiter mit einer entsprechenden Wicklung an ihrem ersten Ende verbunden ist, und eine Anzahl von zweiten Leitern, wobei jeder der zweiten Leiter mit einer entsprechenden Wicklung an ihrem zweiten Ende verbunden ist. Das System weist ferner einen Spannungswechselrichter auf, der dazu eingerichtet ist, Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umzuwandeln, und Gleichstromenergie in Wechselstromenergie umzuwandeln, wobei der Spannungswechselrichter über die Anzahl von ersten Leitern mit den mehreren Wicklungen verbunden ist. Eine erste Energiespeichereinrichtung ist mit dem Spannungswechselrichter verbunden, und ein Ladeleiter ist über die Anzahl von zweiten Leitern mit den mehreren Wicklungen verbunden, wobei der Ladeleiter dazu eingerichtet ist, Ladeenergie durch die Maschine zu übertragen, um die erste Energiespeichereinrichtung aufzuladen.According to one more another embodiment According to the invention, a system comprises a machine adapted thereto is to convert mechanical energy into electrical energy, and which is designed to convert electrical energy into mechanical energy convert. To the machine belong: a plurality of windings, each winding having a first end and a second end, a number of first conductors, each one the first conductor with a corresponding winding at its first End is connected, and a number of second ladders, each one the second conductor with a corresponding winding at its second End is connected. The system further includes a voltage inverter which is set up to use AC power in DC power convert and convert direct current energy into alternating current energy, wherein the voltage inverter over the number of first conductors connected to the several windings. A first energy storage device is connected to the voltage inverter, and a charging conductor is over the number of second conductors connected to the plurality of windings, wherein the charging ladder is set up to charge power through the machine transferred to, to charge the first energy storage device.
  • Während die Erfindung lediglich anhand einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben wurde, sollte es ohne weiteres klar sein, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu verkörpern, die jedoch dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Während vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es ferner selbstverständlich, dass Aspekte der Erfindung lediglich einige der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten können. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorausgehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.While the Invention only with reference to a limited number of embodiments described in detail, it should be clear that the invention is not limited to such disclosed embodiments limited is. Rather, the invention may be modified to any number changes not previously described, amendments, Substitutions or equivalents To embody orders however, are within the scope of the invention. While diverse embodiments of the invention, it is further understood that that aspects of the invention are merely some of the described embodiments may include. Accordingly, the invention is not to be inferred from the preceding Description limited but is limited only by the scope of the appended claims.
  • Ein Antriebswechselrichterschaltkreis enthält eine erste Energiespeichereinrichtung 12, 76, die dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung auszugeben, einen ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40, 104, der mit der ersten Energiespeichereinrichtung 12, 76 verbunden ist, und eine erste elektromechanische Vorrichtung 60, 106. Die erste elektromechanische Vorrichtung 60, 106 enthält mehrere Wicklungen 64–68, 108–112, die mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40, 104 verbunden sind. Der Antriebswechselrichterschaltkreis enthält ferner einen Ladebus 80, der einen ersten Leiter 82 aufweist, der mit den mehreren Wicklungen 64–68, 108–112 der ersten elektromechanischen Vorrichtung 60, 106 verbunden ist, wobei der Ladebus 80 dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom zu der ersten elektromechanischen Vorrichtung 60, 106 zu übertragen, oder einen Ladestrom von dieser aufzunehmen, um die erste Energiespeichereinrichtung 12, 76 über die erste elektromechanische Vorrichtung 60, 106 und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter 40, 104 aufzuladen. BEZUGSZEICHENLISTE 10 Antriebssystem 12 erste Energiespeichereinrichtung 14 bidirektionaler Gleichspannungswandler 16 Induktor 18 Paar Schalter 20 Paar Schalter 18, 22 Paar Dioden 24 Paar Dioden 22, 26 entsprechendes Halbphasenmodul 28 entsprechendes Halbphasenmodul 26, 30 Steuereinrichtung 32 entsprechendes Paar Leitungen 34 Paar Leiter 36 Paar Leiter 34, 38 Gleichstrombus 40 bidirektionaler DC-AC-Wechselrichter 42 Halbphasenmodul 44 Halbphasenmodul 46 Halbphasenmodul 48 Halbphasenmodul 50 Halbphasenmodul 52 Halbphasenmodul 54 Phase 56 Phase 58 Phase 60 elektromechanische Vorrichtung 62 Räder 64 Wicklung 66 Wicklung 68 Wicklung 70 Leiter 72 Leiter 74 Knoten 76 zweite Energiespeichereinrichtung 78 Ladesystem 80 Ladebus 82 Paar Leiter 84 Paar Leiter 82, 86 Gleichrichter 88 Anschlussdose 90 Anschlussdose 88 mit Kontakten 92 Anschlussdose 88 mit Kontakten 90, 94 Stecker 96 Stecker 94 mit Kontakten 98 Stecker 94 mit Kontakten 96, 100 externe Spannungsquelle 102 Antriebssystem 104 bidirektionaler DC-AC-Wechselrichter 106 zweite elektromechanische Vorrichtung 108 Anzahl von Wicklungen 110 Anzahl von Wicklungen 108, 112 Anzahl von Wicklungen 108, 110, und 114 Halbphasenmodul 116 Halbphasenmodul 118 Halbphasenmodul 120 Halbphasenmodul 122 Halbphasenmodul 124 Halbphasenmodul 126 Phase 128 Phase 130 Phase 132 Verbrennungsmotor 134 Antriebssystem 136 Schütz 138 Diode 140 Schalter 142 Diode 144 Schalter 146 Antriebssystem 148 Gleichstromquelle oder -verbraucher(?) 150 Anschlussdose 152 Anschlussdose 150 mit Kontakten 154 Anschlussdose 150 mit Kontakten 152, 156 Stecker 158 Stecker 156 mit Kontakten 160 Stecker 156 mit Kontakten 158, 162 Antriebssystem 164 zweiter Gleichstrombus 166 Antriebssystem 168 Schalter
    A drive inverter circuit includes a first energy storage device 12 . 76 , which is adapted to output a DC voltage, a first bidirectional DC-AC inverter 40 . 104 that with the first energy storage device 12 . 76 is connected, and a first electromechanical device 60 . 106 , The first electromechanical device 60 . 106 contains several windings 64 - 68 . 108 - 112 that with the first bidirectional DC-AC inverter 40 . 104 are connected. The drive inverter circuit further includes a charging bus 80 , the first leader 82 that with the several windings 64 - 68 . 108 - 112 the first electromechanical device 60 . 106 connected, the charging bus 80 is adapted to a charging current to the first electromechanical device 60 . 106 or to receive a charging current from it, around the first energy storage device 12 . 76 over the first electromechanical device 60 . 106 and the first bidirectional DC-AC inverter 40 . 104 charge. LIST OF REFERENCE NUMBERS 10 drive system 12 first energy storage device 14 bidirectional DC-DC converter 16 inductor 18 Pair of switches 20 Pair of switches 18 . 22 Pair of diodes 24 Pair of diodes 22 . 26 corresponding half-phase module 28 corresponding half-phase module 26 . 30 control device 32 corresponding pair of cables 34 Couple of leaders 36 Couple of leaders 34 . 38 DC bus 40 bidirectional DC-AC inverter 42 Half phase module 44 Half phase module 46 Half phase module 48 Half phase module 50 Half phase module 52 Half phase module 54 phase 56 phase 58 phase 60 electromechanical device 62 bikes 64 winding 66 winding 68 winding 70 ladder 72 ladder 74 node 76 second energy storage device 78 charging system 80 charge bus 82 Couple of leaders 84 Couple of leaders 82 . 86 rectifier 88 junction box 90 junction box 88 with contacts 92 junction box 88 with contacts 90 . 94 plug 96 plug 94 with contacts 98 plug 94 with contacts 96 . 100 external voltage source 102 drive system 104 bidirectional DC-AC inverter 106 second electromechanical device 108 Number of windings 110 Number of windings 108 . 112 Number of windings 108 . 110 , and 114 Half phase module 116 Half phase module 118 Half phase module 120 Half phase module 122 Half phase module 124 Half phase module 126 phase 128 phase 130 phase 132 internal combustion engine 134 drive system 136 contactor 138 diode 140 switch 142 diode 144 switch 146 drive system 148 DC source or consumer (?) 150 junction box 152 junction box 150 with contacts 154 junction box 150 with contacts 152 . 156 plug 158 plug 156 with contacts 160 plug 156 with contacts 158 . 162 drive system 164 second DC bus 166 drive system 168 switch

Claims (10)

  1. Antriebswechselrichterschaltkreis, zu dem gehören: eine erste Energiespeichereinrichtung (12, 76), die dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung auszugeben; ein erster bidirektionaler DC-AC-Wechselrichter (40, 104), der mit der ersten Energiespeichereinrichtung (12, 76) verbunden ist; eine erste elektromechanische Vorrichtung (60, 106), mit: mehreren Wicklungen (64–68, 108–112), die mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) verbunden sind; und ein Ladebus (80), der mit dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) verbunden ist und der einen ersten Leiter (82) aufweist, der mit den mehreren Wicklungen (64–68, 108–112) der ersten elektromechanischen Vorrichtung (60, 106) verbunden ist, wobei der Ladebus (80) dazu eingerichtet ist, zu der ersten elektromechanischen Vorrichtung (60, 106) eine Ladespannung zu übertragen oder von dieser eine Ladespannung aufzunehmen, um die erste Energiespeichereinrichtung (12, 76) über die erste elektromechanische Vorrichtung (60, 106) und über den ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) aufzuladen.A drive inverter circuit, comprising: a first energy storage device ( 12 . 76 ) configured to output a DC voltage; a first bidirectional DC-AC inverter ( 40 . 104 ) associated with the first energy storage device ( 12 . 76 ) connected is; a first electromechanical device ( 60 . 106 ), with: several windings ( 64 - 68 . 108 - 112 ) with the first bidirectional DC-AC inverter ( 40 . 104 ) are connected; and a loading bus ( 80 ) with the first bidirectional DC-AC inverter ( 40 . 104 ) and a first conductor ( 82 ) connected to the plurality of windings ( 64 - 68 . 108 - 112 ) of the first electromechanical device ( 60 . 106 ), the charging bus ( 80 ) is adapted to the first electromechanical device ( 60 . 106 ) to transfer a charging voltage or to receive from this a charging voltage to the first energy storage device ( 12 . 76 ) via the first electromechanical device ( 60 . 106 ) and the first bidirectional DC-AC inverter ( 40 . 104 ) to charge.
  2. Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 1, zu dem ferner gehören: ein bidirektionaler Gleichspannungswandler (14), der mit der Energiespeichereinrichtung (12, 76) verbunden ist; und ein Gleichstrombus (38, 164), der zwischen dem bidirektionalen Gleichspannungswandler (14) und dem ersten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) angeschlossen ist.A drive inverter circuit according to claim 1, further comprising: a bidirectional DC-DC converter ( 14 ) associated with the energy storage device ( 12 . 76 ) connected is; and a DC bus ( 38 . 164 ) connected between the bidirectional DC-DC converter ( 14 ) and the first bidirectional DC-AC inverter ( 40 . 104 ) connected.
  3. Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 2, der ferner eine zweite Energiespeichereinrichtung (12 76) umfasst, die mit dem Gleichstrombus (38) verbunden ist.Drive inverter circuit according to claim 2, further comprising a second energy storage device ( 12 76 ) connected to the DC bus ( 38 ) connected is.
  4. Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 3, wobei die zweite Energiespeichereinrichtung (76) eine höhere Spannung als die erste Energiespeichereinrichtung (12) aufweist.A drive inverter circuit according to claim 3, wherein said second energy storage device ( 76 ) a higher voltage than the first energy storage device ( 12 ) having.
  5. Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 2, zu der ferner gehören: ein zweiter bidirektionaler DC-AC-Wechselrichter (40, 104), der mit dem bidirektionalen Gleichspannungswandler (14) verbunden ist; und eine zweite elektromechanische Vorrichtung (60, 106), mit: mehreren Wicklungen (64–68, 108–112), die mit dem zweitem bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) verbunden sind.A drive inverter circuit according to claim 2, further comprising: a second bidirectional DC-AC inverter ( 40 . 104 ), with the bidirectional DC voltage converter ( 14 ) connected is; and a second electromechanical device ( 60 . 106 ), with: several windings ( 64 - 68 . 108 - 112 ) with the second bidirectional DC-AC inverter ( 40 . 104 ) are connected.
  6. Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 5, wobei der zweite bidirektionale DC-AC-Wechselrichter (40, 104) eine Vielzahl von Vollphasenmodulen enthält, die mit dem Gleichstrombus (38) verbunden sind, wobei zu jedem Vollphasenmodul gehören: ein Paar Schalter; und ein Paar Dioden; und zusätzlich ein Schütz (136), das zwischen zwei der mehreren Vollphasenmodule mit dem Gleichstrombus (38) verbunden ist.A drive inverter circuit according to claim 5, wherein said second bidirectional DC-AC inverter ( 40 . 104 ) contains a plurality of full-phase modules connected to the DC bus ( 38 ), wherein each full-phase module includes: a pair of switches; and a pair of diodes; and additionally a contactor ( 136 ) between two of the plurality of full-phase modules with the DC bus ( 38 ) connected is.
  7. Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 6, der ferner eine Steuereinrichtung (30) umfasst, die mit dem zweiten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, basierend auf einem Pegel der Ladespannung den Betrieb des zweiten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichters (40, 104) entweder in einem Aufwärtsregelungsmodus oder in einem Abwärtsregelungsmodus zu steuern, um einen Leistungsfaktor des Antriebswechselrichterschaltkreises dem Wert Eins anzunähern.A drive inverter circuit according to claim 6, further comprising a control device ( 30 ) connected to the second bidirectional DC-AC inverter ( 40 . 104 ), and configured to operate, based on a level of the charging voltage, the operation of the second bidirectional DC-AC inverter ( 40 . 104 ) in either an up-regulation mode or a down-regulation mode to approximate a power factor of the drive inverter circuit to unity.
  8. Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 7, wobei der Ladebus (38) dazu eingerichtet ist, die Ladespannung von einer Wechselstromquelle (100) aufzunehmen.Drive inverter circuit according to claim 7, wherein the charging bus ( 38 ) is adapted to charge the charging voltage from an AC source ( 100 ).
  9. Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 6, der ferner eine Steuereinrichtung (30) umfasst, die mit dem zweiten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichter (40, 104) verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, basierend auf einem Pegel der Ladespannung den Betrieb des zweiten bidirektionalen DC-AC-Wechselrichters (40, 104) (80) entweder in einem Aufwärtsregelungsmodus oder in einem Abwärtsregelungsmodus zu steuern, wobei der Ladebus (80) dazu eingerichtet ist, die Ladespannung von einer Gleichstromquelle (148) aufzunehmen.A drive inverter circuit according to claim 6, further comprising a control device ( 30 ) connected to the second bidirectional DC-AC inverter ( 40 . 104 ), and configured to operate, based on a level of the charging voltage, the operation of the second bidirectional DC-AC inverter ( 40 . 104 ) ( 80 ) in either an up-regulation mode or a down-regulation mode, the charging bus ( 80 ) is adapted to charge the charging voltage from a DC power source ( 148 ).
  10. Antriebswechselrichterschaltkreis nach Anspruch 6, wobei das Paar Schalter auf mindestens einem der Elemente aus der folgenden Gruppe basiert: Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBTs), Feldeffekttransistoren (FETs), Me talloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), bipolare Sperrschichttransistoren (BJTs) und/oder mittels Metalloxid-Halbleiter gesteuerte Thyristoren (MCTs).Drive inverter circuit according to claim 6, wherein the pair of switches on at least one of the elements is based on the following group: bipolar transistors with isolated Gate electrode (IGBTs), field effect transistors (FETs), metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), bipolar junction transistors (BJTs) and / or by means of Metal Oxide Semiconductor controlled thyristors (MCTs).
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