DE102012200841B4 - Elektrisches system und verfahren - Google Patents

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Abstract

Elektrisches System (100), aufweisend:eine Gleichstrom-, DC, Schnittstelle (102);eine Wechselstrom-, AC, Schnittstelle (114);einen DC-Buskondensator (103), der elektrisch parallel zur DC-Schnittstelle (102) gekoppelt ist;ein erstes Energiewandlungsmodul (104), das eine Mehrzahl Schaltelemente aufweist;ein zweites Energiewandlungsmodul (108), das eine Mehrzahl Schaltelemente aufweist;ein Isolationsmodul (106), das zwischen dem ersten und zweiten Energiewandlungsmodul (104, 108) gekoppelt ist, um eine galvanische Isolation zwischen dem ersten und zweiten Energiewandlungsmodul (108) bereitzustellen;ein zwischen dem zweiten Energiewandlungsmodul (108) und der AC-Schnittstelle (114) gekoppeltes induktives Element (110);einen Schnittstellen-Kurzschlussschalter (115), der zur AC-Schnittstelle (114) elektrisch parallel gekoppelt ist, um die AC-Schnittstelle (114) selektiv kurzzuschließen; undein Steuermodul (116), das mit dem ersten Energiewandlungsmodul (104), dem zweiten Energiewandlungsmodul (108) und dem Schnittstellen-Kurzschlussschalter (115) gekoppelt ist, wobei das Steuermodul (116) konfiguriert ist zum:Erkennen eines Zustands, der die Notwendigkeit einer Entladung des DC-Buskondensators (103) angibt;Betätigen des Schnittstellen-Kurzschlussschalters (115), um die AC-Schnittstelle (114) elektrisch kurzzuschließen; undBetätigen der Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls (104) und der Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls (108), um den DC-Buskondensator (103) zumindest teilweise zu entladen.

Description

  • ERKLÄRUNG BEZÜGLICH STAATLICH GEFÖRDERTER FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG
  • Die Regierung der Vereinigten Staaten [von Amerika] besitzt eine bezahlte Lizenz für diese Erfindung und ist unter eingeschränkten Umständen berechtigt, vom Patentbesitzer die Vergabe von Lizenzen an Dritte unter angemessenen Bedingungen zu verlangen, wie sie durch die Bedingungen des Auftrags Nummer DE-FC26-07NT43123 festgelegt sind, der vom United States Department of Energy [Energieministerium der USA] erteilt wurde.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstands betreffen allgemein elektrische Umwandlungssysteme in Fahrzeugen. Insbesondere betreffen Ausführungsformen des Gegenstands die Entladung eines Buskondensators eines elektrischen Konvertersystems eines Fahrzeugs.
  • HINTERGRUND
  • Matrixkonverter können in Elektro- und/oder Hybridfahrzeugen verwendet werden, um die Lieferung einer relativ hohen Leistung über einen relativ breiten Bereich von Betriebsspannungen bereitstellen zu können, während gleichzeitig eine galvanische Isolation, relativ hohe Leistungsfaktoren, niedrige harmonische Verzerrung, eine relativ hohe Leistungsdichte und niedrige Kosten erzielt werden. Bidirektionale galvanisch getrennte Matrixkonverter können z. B. zur Lieferung von Energie von einer Wechselstrom- (Wechselstrom (AC)) Energiequelle, wie einem Einphasenstromnetz, das in den meisten Wohn- und Geschäftsgebäuden üblich ist, verwendet werden, um ein Gleichstrom-Gleichstrom (DC)) Energiespeicherelement, wie eine wiederaufladbare Hochspannungsbatterie, in einem Fahrzeug zu laden.
  • Ein bidirektionaler Matrixkonverter enthält einen Hochspannungs-Gleichstrombuskondensator, der über die Wechselstrom-Eingangsschnittstelle gekoppelt ist. Unter bestimmten Bedingungen ist es wünschenswert, die Spannung über den Gleichstrombuskondensator zu entladen. Wenn z. B. die Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle (Batterie) von der Wechselstrom-Eingangsschnittstelle getrennt ist, oder wenn der bidirektionale Matrixkonverter aus dem Fahrzeug entfernt wird, sollte der Gleichstrombuskondensator auf einen sicheren Spannungspegel entladen werden.
  • Die US 2011 / 0 031 927 A1 zeigt ein Ladesystem für eine Batterie mit einer DC-Schnittstelle und einer AC-Schnittstelle, die über einen Transformator miteinander gekoppelt sind. Die DE 10 2008 043 943 A1 zeigt das Entladen eines DC-Buskondensators über einen Gleichstromwandler. Die US 2010 / 0 294 586 A1 , die EP 1 643 631 A1 und die JP 2010 - 220 287 A zeigen Entladeverfahren für DC-Buskondensatoren.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Systems enthält eine Gleichstromschnittstelle, eine Wechselstromschnittstelle, einen Gleichstrombuskondensator, der parallel zur Gleichstromschnittstelle elektrisch gekoppelt ist, ein erstes Energiewandlungsmodul, das eine Mehrzahl Schaltelemente aufweist, ein zweites Energiewandlungsmodul, das eine Mehrzahl Schaltelemente aufweist, und ein Isolationsmodul, das zwischen dem ersten und dem zweiten Energiewandlungsmodul gekoppelt ist, um eine galvanische Isolation zwischen dem ersten und dem zweiten Energiewandlungsmodul zu bewirken. Das elektrische System enthält außerdem ein induktives Element, das zwischen dem zweiten Energiewandlungsmodul und der Wechselstromschnittstelle gekoppelt ist, einen Schnittstellen-Kurzschlussschalter, der parallel zur Wechselstromschnittstelle elektrisch gekoppelt ist, um die Wechselstromschnittstelle selektiv kurzzuschließen, und ein Steuermodul, das mit dem ersten und dem zweiten Energiewandlungsmodul und dem Schnittstellen-Kurzschlussschalter gekoppelt ist. Das Steuermodul ist zum Detektieren eines Zustands ausgebildet, der angibt, dass die Notwendigkeit vorliegt, den Gleichstrombuskondensator zu entladen, zum Betätigen des Schnittstellen-Kurzschlussschalters, um die Wechselstromschnittstelle elektrisch kurzzuschließen, und zum Betätigen der Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls und der Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls, um den Gleichstrombuskondensator zumindest teilweise zu entladen. In der Praxis wird die Wechselstromschnittstelle nach dem Trennen der Wechselspannungsquelle von der Wechselstromschnittstelle kurzgeschlossen.
  • Außerdem wird eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Systems bereitgestellt. Das elektrische System enthält eine Gleichstromschnittstelle, eine Wechselstromschnittstelle, einen Gleichstrombuskondensator, der parallel zur Gleichstromschnittstelle elektrisch gekoppelt ist, ein erstes Energiewandlungsmodul, das eine Mehrzahl Schaltelemente aufweist, ein zweites Energiewandlungsmodul, das eine Mehrzahl Schaltelemente aufweist und ein Isolationsmodul, das zwischen dem ersten und dem zweiten Energiewandlungsmodul gekoppelt ist, um eine galvanische Isolation zwischen dem ersten und dem zweiten Energiewandlungsmodul zu bewirken, und ein induktives Element, das zwischen dem zweiten Energiewandlungsmodul und der Wechselstromschnittstelle gekoppelt ist. Das Verfahren beinhaltet das Detektieren eines Zustands, der angibt, dass die Notwendigkeit den Gleichstrombuskondensators zu entladen vorliegt, das elektrisch Kurzschließen der Wechselstromschnittstelle, das Anordnen der Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls zu einer Entladekonfiguration, um einen elektrischen Strompfad von einem ersten Anschluss des Isolationsmoduls, über das induktive Element und zu einem zweiten Anschluss des Isolationsmoduls aufzubauen, und das Modulieren eines oder mehrerer der Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls, um den Strom im induktiven Element abwechselnd zu laden und zu entladen, wobei die Entladekonfiguration der Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls beibehalten wird. In der Praxis wird die Wechselstromschnittstelle nach dem Trennen der Wechselspannungsquelle von der Wechselstromschnittstelle kurzgeschlossen.
  • Außerdem wird eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zum Entladen eines Buskondensators eines bidirektionalen Matrixkonverters eines Fahrzeugs mit einer Gleichstromenergiequelle bereitgestellt. Der bidirektionale Matrixkonverter enthält eine Gleichstromschnittstelle für die Gleichstrom-Energiequelle, eine Wechselstromschnittstelle für eine Wechselstrom-Energiequelle, um die Gleichstrom-Energiequelle über den bidirektionalen Matrixkonverter zu laden, ein erstes Energiewandlungsmodul, ein zweites Energiewandlungsmodul, ein Isolationsmodul, das zwischen dem ersten und dem zweiten Energiewandlungsmodul gekoppelt ist, und ein induktives Element, das zwischen dem zweite Energiewandlungsmodul und der Wechselstromschnittstelle gekoppelt ist. Das Verfahren beinhaltet das elektrische Kurzschließen der Wechselstromschnittstelle nachdem die Wechselstrom-Energiequelle von der Wechselstromschnittstelle getrennt worden ist, das Anordnen der Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls zu einer Entladekonfiguration, um einen elektrischen Strompfad von einem ersten Anschluss des Isolationsmoduls, über das induktive Element und zu einem zweiten Anschluss des Isolationsmoduls aufzubauen, und das Modulieren eines oder mehrerer der Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls, wobei die Entladekonfiguration der Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls beibehalten wird, um den Gleichstrombuskondensator zumindest teilweise zu entladen.
  • Diese Zusammenfassung soll eine Übersicht verschiedener Konzepte in vereinfachter Form bieten, die in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung näher erläutert werden. Diese Zusammenfassung hat weder die Absicht, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch soll sie als Hilfsmittel dienen, den Gültigkeitsbereich des beanspruchten Gegenstands zu definieren.
  • Figurenliste
  • Ein tieferes Verständnis des Gegenstands lässt sich aus der ausführlichen Beschreibung und den Ansprüchen in Zusammenhang mit den folgenden Figuren gewinnen, in denen identische Bezugszeichen ähnliche Elemente in allen Figuren kennzeichnen.
    • 1 ist eine schematische Ansicht eines elektrischen Systems, das zur Verwendung in einem Fahrzeug geeignet ist, gemäß einer Ausführungsform;
    • 2 ist eine schematische Ansicht des elektrischen Systems von
    • 1 beim Betrieb in Entladekonfiguration;
    • 3 ist ein repräsentatives Diagramm des Induktorstroms über der Zeit für das Induktanzelement im elektrischen System von 1;
    • 4 ist ein repräsentatives Diagramm der Induktorspannung über der Zeit für das Induktanzelement im elektrischen System von 1;
    • und
    • 5 ist ein Graph, der die repräsentativen Diagramme der Induktorspannung und des Induktorstroms für das Induktanzelement im elektrischen System von 1 enthält.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die nachfolgende ausführliche Beschreibung ist nur beispielhaft und soll die Ausführungsformen des Gegenstands sowie die Verwendungen und die Anwendungen dieser Ausführungsformen nicht einschränken. Wie hierin verwendet, bedeutet das Wort „beispielhaft“ „als Beispiel, Fall oder zu Verdeutlichung dienend“. Jegliche hierin als beispielhaft beschriebene Implementierung ist nicht notwendigerweise so zu verstehen, dass sie gegenüber anderen Implementierungen bevorzugt oder vorteilhafter wäre. Ferner ist nicht beabsichtigt, die in den obigen Abschnitten ‚Technisches Gebiet‘, ‚Hintergrund‘, ‚Kurze Zusammenfassung‘ oder in der folgenden detaillierten Beschreibung ausdrücklich genannten oder implizierten Theorien als maßgeblich zu sehen.
  • Wie hierin verwendet, ist unter „Knoten“ jeder interne oder externe Bezugspunkt, Verbindungspunkt, Übergang, jede Signalleitung, jedes leitfähige Element oder dgl. zu verstehen, wo ein gegebenes Signal, ein gegebener Logikpegel, eine gegebene Spannung, ein gegebenes Datenmuster, ein gegebener Strom oder eine gegebene Größe vorliegt. Ferner können zwei oder mehr Knoten durch ein physikalisches Element verwirklicht sein (und zwei oder mehr Signale können gemultiplext, moduliert oder anderweitig voneinander verschieden sein, obwohl sie an einem gemeinsamen Knoten empfangen oder ausgegeben werden).
  • In der folgenden Beschreibung werden Elemente, Knoten oder Merkmale als miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ beschrieben. Sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, bedeutet „verbunden“ wie hierin verwendet, dass ein Element/ Knoten/ Merkmal mit einem anderen Element/ Knoten/ Merkmal direkt verbunden ist (oder direkt mit diesem kommuniziert), was nicht notwendigerweise mechanisch sein muss. Analog bedeutet „gekoppelt“ wie hierin verwendet, sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/ Knoten/ Merkmal mit einem anderen Element/ Knoten/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist (oder direkt oder indirekt mit diesem kommuniziert), was nicht notwendigerweise mechanisch sein muss.
  • Die hierin erörterten Technologien und Konzepte betreffen allgemein elektrische Konverter, die Energie von einer Wechselstrom- (AC) Schnittstelle zu einer Gleichstrom- (DC) Schnittstelle und umgekehrt liefern können, wobei an der AC-Schnittstelle eine niedrige harmonische Gesamtverzerrung vorliegt. So kann beispielsweise ein bidirektionaler Matrixkonverter in einem Elektro- oder Hybrid-/Elektrofahrzeug genutzt werden. Bei einer derartigen Anwendung erleichtert der bidirektionale Matrixkonverter das Laden einer Hochspannungs-DC-Energiequelle (wie eine Batterie), indem eine AC-Energiequelle (wie eine Haushalt-Steckdose) verwendet wird. Bei manchen Ausführungsformen kann der bidirektional Matrixkonverter zum Erzeugen einer AC-Spannung von der Hochspannungs-DC-Energiequelle dienen.
  • Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, enthält ein bidirektionaler Matrixkonverter einen Hochspannungs-DC-Buskondensator, der mit der am Hochspannungs-DC-Bus des Fahrzeugs anliegenden Spannung geladen wird. In bestimmten Situationen ist es wünschenswert, den DC-Buskondensator aus einem Hochspannungszustand (z. B. mehrere hundert Volt) auf einen Niederspannungszustand zu entladen, der den Sicherheitsbestimmungen entspricht. Wenn z. B. die Hochspannungs-DC-Energiequelle vom Hochspannungs-DC-Bus des Fahrzeugs getrennt oder wenn der bidirektionale Matrixkonverter aus dem Fahrzeug entfernt wird, sind bestimmte Maßnahmen zu ergreifen, um sicherzustellen, dass die Spannung über den DC-Buskondensator auf einen sicheren Pegel entladen wird. Nachfolgend wird eine beispielhafte Entladetechnik für einen DC-Buskondensator in einem bidirektionalen Matrixkonverter ausführlich beschrieben. Für das nachstehend beschriebene System und die zugehörige Technik ist keine zusätzliche Hardware oder eine externe Entladungsplatine oder eine Entladungsmodul erforderlich. Außerdem ist für das nachstehend beschriebene System und die zugehörige Technik keine Kühlvorrichtung erforderlich, um die Wärme aufzunehmen, die sonst durch die Anwendung passiver Ohm'scher Entladungsmethoden erzeugt werden könnte. Statt dessen verstärkt die hier präsentierte Methodik die vorhandene Schaltungstopologie des bidirektionalen Matrixkonverters selbst und moduliert die Schalter im bidirektionalen Matrixkonverter auf eine solche Weise, dass der Hochspannungs-DC-Buskondensator entladen wird, während der Betrag des Stromflusses entsprechend der Kapazität der Schalter und den gewünschten thermischen Auslegungsparametern gesteuert wird.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Systems 100 (oder wahlweise eines bidirektionalen Matrixkonverters, eines Ladesystems, eines Ladegeräts, eines Lademoduls oder dgl.), das sich zur Verwendung in einem Fahrzeug wie einem Elektroautomobil oder einem Hybridautomobil eignet ohne darauf beschränkt zu sein. Das elektrische System 100 enthält ohne Einschränkung: eine erste Schnittstelle 102; einen DC-Buskondensator 103, der parallel zur ersten Schnittstelle 102 elektrisch gekoppelt ist; ein erstes Energiewandlungsmodul 104 mit einer Mehrzahl Schaltelemente; ein Isolationsmodul 106; ein zweites Energiewandlungsmodul 108 mit einer Mehrzahl Schaltelemente; ein induktives Element 110; ein kapazitives Element 112; eine zweite Schnittstelle 114; einen Schnittstellen-Kurzschlussschalter 115, der parallel zur zweiten Schnittstelle 114 elektrisch gekoppelt ist, um die zweite Schnittstelle wie erforderlich selektiv kurzzuschließen; und ein Steuermodul 116. Das induktive Element 110 ist zwischen dem zweiten Energiewandlungsmodul 108 und der zweiten Schnittstelle 114 gekoppelt, und das kapazitive Element 112 ist über die zweite Schnittstelle 114 gekoppelt. Das Steuermodul 116 ist mit mindestens dem ersten Energiewandlungsmodul 104, dem zweiten Energiewandlungsmodul 108 und dem Schnittstellen-Kurzschlussschalter 115 funktional gekoppelt. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Steuermodul 116 mit einem oder mehreren zusätzlichen Bauteilen, Elementen oder Merkmalen des elektrischen Systems 100 funktional gekoppelt sein, um eine weitere Funktionalität, die hier nicht im Einzelnen beschrieben ist, zu unterstützen.
  • Die erste Schnittstelle 102 enthält einen oder entspricht einem Knoten 120 und einen Knoten 122. Wie in 1 dargestellt ist, ist der DC-Buskondensator 103 über diese Knoten 120, 122 verbunden. Mit anderen Worten, der DC-Buskondensator 103 ist elektrisch parallel zur ersten Schnittstelle 102 gekoppelt. Das erste Energiewandlungsmodul 104 enthält eine Mehrzahl Schaltelemente (mit Bezugszeichen 9 bis 12 gekennzeichnet), die zwischen diesen Knoten 120, 122 gekoppelt sind.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform weist das erste Energiewandlungsmodul 104 vier Schaltelemente auf, von denen jedes eine Diode (mit Bezugszeichen 29 bis 32 gekennzeichnet) hat, die antiparallel zum jeweiligen Schaltelement konfiguriert ist, um eine bidirektionale Energielieferung bereitstellen zu können. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die Schaltelemente 9 bis 12 als Transistoren verwirklicht und können mit jedem geeigneten HalbleiterTransistorschalter wie einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (insulated gate bipolar transistor (IGBT)), einem Feldeffekttransistor (field-effect transistor (z. B. einem MOSFET oder dgl.) oder jedem anderen im Stand der Technik bekannten vergleichbaren Gerät implementiert werden. Die Schalter und Dioden sind antiparallel, was bedeutet, dass Schalter und Diode elektrisch parallel geschaltet sind mit umgekehrter oder entgegengesetzter Polarität. Die antiparallele Konfiguration gestattet einen bidirektionalen Stromfluss, während die Spannung in einer Richtung gesperrt wird, was im Stand der Technik bekannt ist. Bei dieser Konfiguration ist die Stromrichtung durch die Schalter der Richtung des zulässigen Stroms durch die Dioden entgegengesetzt.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Schaltelement 9 zwischen dem Knoten 120 und einem Knoten 124 verbunden, der einem Anschluss einer Primärwicklung (oder eines Wicklungssatzes) 126 des Isolationsmoduls 106 entspricht, und das Schaltelement 10 ist zwischen dem Knoten 124 und dem Knoten 122 verbunden. Analog ist das Schaltelement 11 zwischen dem Knoten 120 und einem Knoten 128 verbunden, der einem anderen Anschluss der Primärwicklung 126 entspricht, das Schaltelement 12 ist zwischen dem Knoten 128 und dem Knoten 122 verbunden. Im Betrieb ist das Schaltelement 9 dazu ausgebildet, dass es im geschlossenen Zustand einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 120 zum Knoten 124 bereitstellt. In gleicher Weise stellt das Schaltelement 10 im geschlossenen Zustand einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 124 zum Knoten 122 bereit, das Schaltelement 11 stellt im geschlossenen Zustand einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 120 zum Knoten 128 bereit, und das Schaltelement 12 stellt im geschlossenen Zustand einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 128 zum Knoten 122 bereit.
  • Die Anode der Diode 29 ist mit dem Knoten 124 gekoppelt, und die Katode der Diode 29 ist mit dem Knoten 120 gekoppelt. Bei dieser bestimmten Ausführungsform ist die Diode 29 zwischen dem Knoten 124 und dem Knoten 120 verbunden, um einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 124 zum Knoten 120 bereitzustellen (z. B. ist die Diode 29 antiparallel zum Schaltelement 9 geschaltet). Analog gilt für die dargestellte Ausführungsform: die Anode der Diode 30 ist mit dem Knoten 122 gekoppelt, und die Kathode der Diode 30 ist mit dem Knoten 124 gekoppelt, um einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 122 zum Knoten 124 bereitzustellen; die Anode der Diode 31 ist mit dem Knoten 128 und die Katode der Diode 31 mit dem Knoten 120 gekoppelt, um einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 128 zum Knoten 120 bereitzustellen; und die Anode der Diode 32 ist mit dem Knoten 122 und die Katode der Diode 32 mit dem Knoten 128 gekoppelt, um einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 122 zum Knoten 128 bereitzustellen.
  • Das zweite Energiewandlungsmodul 108 ist mit den Anschlüssen einer Sekundärwicklung (oder eines Wicklungssatzes) 134 des Isolationsmoduls 106 gekoppelt. Dabei ist ein Anschluss der Sekundärwicklung 134 mit einem (oder entspricht einem) Knoten 135 gekoppelt, und ein anderer Anschluss der Sekundärwicklung 134 ist mit einem (oder entspricht einem) Knoten 136 gekoppelt. Ein anderer Knoten 137 des zweiten Energiewandlungsmoduls 108 ist mit dem induktiven Element 110 gekoppelt, und ein weiterer Knoten 138 des zweiten Energiewandlungsmoduls 108 ist mit dem kapazitiven Element 112 gekoppelt. Das zweite Energiewandlungsmodul 108 enthält eine Mehrzahl Schaltelemente (mit den Bezugszeichen 1 bis 8 gekennzeichnet), die zwischen den Knoten 135, 136 gekoppelt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das zweite Energiewandlungsmodul 108 acht Schaltelemente auf, von denen jedes eine zugehörige Diode (mit den Bezugszeichen 21 bis 28 gekennzeichnet) hat, die antiparallel zum entsprechenden Schaltelement konfiguriert ist, um eine bidirektionale Energielieferung bereitstellen zu können. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die Schaltelemente 1 bis 8 als Transistoren verwirklicht und können mit jedem geeigneten Halbleitertransistorschalter implementiert werden (wie oben beschrieben).
  • Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Schaltelement 1 zwischen dem Knoten 135 und einem Knoten 142 verbunden, das Schaltelement 2 ist zwischen dem Knoten 142 und dem Knoten 137 verbunden, das Schaltelement 3 ist zwischen dem Knoten 138 und einem Knoten 144 verbunden, und das Schaltelement 4 ist zwischen dem Knoten 144 und dem Knoten 136 verbunden. Außerdem ist das Schaltelement 5 zwischen einem Knoten 146 und dem Knoten 136, das Schaltelement 6 zwischen dem Knoten 137 und dem Knoten 146, das Schaltelement 7 zwischen einem Knoten 148 und dem Knoten 138 und das Schaltelement 8 zwischen dem Knoten 135 und dem Knoten 148 verbunden. Im Betrieb ist das Schaltelement 1 so konfiguriert, dass es im geschlossenen Zustand einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 135 zum Knoten 142 bereitstellt. In gleicher Weise stellt das Schaltelement 2 im geschlossenen Zustand einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 137 zum Knoten 142 bereit, das Schaltelement 3 stellt im geschlossenen Zustand einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 138 zum Knoten 144 bereit, das Schaltelement 4 stellt im geschlossenen Zustand einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 136 zum Knoten 144 bereit, das Schaltelement 5 stellt im geschlossenen Zustand einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 136 zum Knoten 146 bereit, das Schaltelement 6 stellt im geschlossenen Zustand einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 137 zum Knoten 146 bereit, das Schaltelement 7 stellt im geschlossenen Zustand einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 138 zum Knoten 148 bereit und das Schaltelement 8 stellt im geschlossenen Zustand einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 135 zum Knoten 148 bereit.
  • Für diese besondere Ausführungsform gilt: die Anode der Diode 21 ist mit dem Knoten 142 und die Katode der Diode 21 mit dem Knoten 135 gekoppelt, um einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 142 zum Knoten 135 bereitzustellen; die Anode der Diode 22 ist mit dem Knoten 142 und die Katode der Diode 22 mit dem Knoten 137 gekoppelt, um einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 142 zum Knoten 137 bereitzustellen; die Anode der Diode 23 ist mit dem Knoten 144 und die Katode der Diode 23 mit dem Knoten 138 gekoppelt, um einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 144 zum Knoten 138 bereitzustellen; und die Anode der Diode 24 ist mit dem Knoten 144 und die Katode der Diode 24 mit dem Knoten 136 gekoppelt, um einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 144 zum Knoten 136 bereitzustellen. Analog ist die Anode der Diode 25 mit dem Knoten 146 und die Katode der Diode 25 mit dem Knoten 136 gekoppelt, um einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 146 zum Knoten 136 bereitzustellen; die Anode der Diode 26 ist mit dem Knoten 146 und die Katode der Diode 26 mit dem Knoten 137 gekoppelt, um einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 146 zum Knoten 137 bereitzustellen; die Anode der Diode 27 ist mit dem Knoten 148 und die Katode der Diode 27 mit dem Knoten 138 gekoppelt, um einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 148 zum Knoten 138 bereitzustellen; und die Anode der Diode 28 ist mit dem Knoten 148 und die Katode der Diode 28 mit dem Knoten 135 gekoppelt, um einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 148 zum Knoten 135 bereitzustellen.
  • Die erste Schnittstelle 102 stellt allgemein die physikalische Schnittstelle dar (z. B. Anschlüsse, Verbinder und dgl.), um das elektrische System 100 mit einer DC-Energiequelle 154 zu koppeln, und die zweite Schnittstelle 114 stellt allgemein die physikalische Schnittstelle dar (z. B. Anschlüsse, Verbinder und dgl.), um das elektrische System 100 mit einer AC-Energiequelle 156 zu koppeln. Der Einfachheit halber kann deshalb die erste Schnittstelle 102 hierin als die DC-Schnittstelle und die zweite Schnittstelle 114 als die AC-Schnittstelle bezeichnet werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Steuermodul 116 mit den Energiewandlungsmodulen 104, 108 gekoppelt und betreibt die Energiewandlungsmodule 104, 108 so, dass sie Energie zwischen der AC-Energiequelle 156 und der DC-Energiequelle 154 wie erforderlich liefern.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die DC-Energiequelle 154 (oder wahlweise die Energiespeicherquelle (energy storage source oder ESS) einen Gleichstrom (mit dem Pfeil 158 angedeutet) vom elektrischen System 100 auf einem bestimmten DC-Spannungspegel (mit dem Pfeil 160 angedeutet) empfangen. Gemäß einer Ausführungsform ist die DC-Energiequelle 154 als ein wiederaufladbarer Hochspannungs-Batteriesatz verwirklicht, der einen Nenn-Gleichspannungsbereich von ca. 200 bis ca. 500 V hat. Dabei kann die DC-Energiequelle 154 die primäre Energiequelle für ein anderes elektrisches System und/oder einen Elektromotor in einem Fahrzeug aufweisen. Die DC-Energiequelle 154 kann z. B. mit einem Wechselrichter gekoppelt sein, der zur Lieferung einer Spannung und/oder eines Stroms an den Elektromotor konfiguriert ist, der wiederum an ein Getriebe gekuppelt wird, um das Fahrzeug auf herkömmliche Weise anzutreiben. Bei anderen Ausführungsformen kann die DC-Energiequelle 154 als eine Batterie, ein Ultrakondensator oder ein anderes geeignetes Energiespeicherelement verwirklicht werden.
  • Die AC-Energiequelle 156 (oder Spannungsquelle) liefert einen Wechselstrom (durch den Pfeil 170 angedeutet) mit einem bestimmten Wechselspannungspegel (durch den Pfeil 180 angedeutet) an das elektrische System 100 und kann als eine Hauptspannungsversorgung oder ein elektrisches Versorgungssystem für ein Gebäude, ein Wohnhaus oder ein anderes Bauwerk innerhalb eines elektrischen Spannungsnetzes (z. B. Netzelektrizität oder Netzleistung) verwirklicht werden. Gemäß einer Ausführungsform weist die AC-Energiequelle 156 eine einphasige Spannungsversorgung auf, wie sie bei den meisten Wohngebäuden üblich ist, die in Abhängigkeit von der geographischen Zone variiert. In den Vereinigten Staaten [von Amerika] kann die AC-Energiequelle 156 z. B. mit 120 V (effektiv) oder 240 V (effektiv) bei 60 Hz verwirklicht werden, während die AC-Energiequelle 156 in anderen Zonen mit 110 V (effektiv) oder 220 V (effektiv) bei 50 Hz verwirklicht werden kann. Bei alternativen Ausführungsformen kann die AC-Energiequelle 156 als jede AC- Energiequelle verwirklicht werden, die für den Betrieb mit dem elektrischen System 100 geeignet ist.
  • Die DC-Schnittstelle 102 ist mit dem ersten Energiewandlungsmodul 104 und die AC-Schnittstelle 114 mit dem zweiten Energiewandlungsmodul 108 über das induktive Element 110 gekoppelt. Das Isolationsmodul 106 ist zwischen den Energiewandlungsmodulen 104, 108 gekoppelt, um eine galvanische Isolation zwischen den beiden Energiewandlungsmodulen 104, 108 bereitzustellen. Das Steuermodul 116 ist mit den Energiewandlungsmodulen 104, 108 gekoppelt und betreibt das zweite Energiewandlungsmodul 108, um die Energie von der AC-Energiequelle 156 in eine hochfrequente Energie über das Isolationsmodul 106 zu wandeln, die dann vom Energiewandlungsmodul 104 in die DC-Energie an der DC-Schnittstelle 102 gewandelt wird. Das Steuermodul 116 kann auch zum Betreiben der Energiewandlungsmodule 104, 108 verwendet werden, um Fahrzeug-zu-Netz-Anwendungen zu unterstützen (z. B. die Energie an die AC-Schnittstelle 114 und/oder AC-Energiequelle 156 liefernde DC-Energiequelle 154). Außerdem betreibt das Steuermodul 116 die Energiewandlungsmodule 104, 108 auf eine geeignete Weise, um dem DC-Buskondensator 103 erforderlichenfalls zu entladen.
  • Die antiparallelen Dioden sind über jedes Schaltelement verbunden, um einen Strompfad zur DC-Energiequelle 154 zum Laden der DC-Energiequelle 154 bereitzustellen, wenn das entsprechende Schaltelement ausgeschaltet ist. Um Energie zur DC-Energiequelle 154 zu liefern (oder diese zu laden), wandelt das erste Energiewandlungsmodul 104 die hochfrequente Energie an den Knoten 124, 128 in eine DC-Energie, die der DC-Energiequelle 154 an der DC-Schnittstelle 102 bereitgestellt wird. Dabei arbeitet das erste Energiewandlungsmodul 104 als Gleichrichter, wenn es die hochfrequente AC-Energie in eine DC-Energie wandelt. Wie dargestellt ist der DC-Buskondensator 103 elektrisch parallel über die DC-Schnittstelle 102 geschaltet, um die Spannungswelligkeit an der DC-Schnittstelle 102 zu verringern, wie im Stand der Technik bekannt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform stellt das zweite Energiewandlungsmodul 108 den Stromfluss (oder den Energiefluss) von der AC-Energiequelle 156 und/oder dem induktiven Element 110 zum Isolationsmodul 106 (und umgekehrt) bereit. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das zweite Energiewandlungsmodul 108 als ein Eingangs-Einphasen-Matrixwandlungsmodul, das die acht Schaltelemente und die acht Dioden aufweist, ausgebildet. Während des Normalbetriebs moduliert das Steuermodul 116 (z. B. öffnet und/oder schließt) die Schaltelemente 1 bis 8 gemäß einem PWM (pulse width modulation)- Impulsbreitenmodulations-Einschaltdauersteuerwert, um eine hochfrequente Spannung an den Knoten 135, 136 zu erzeugen, die in einem Leistungsfluss zur DC-Schnittstelle 102 und/oder zur DC-Energiequelle 154 resultiert, um eine gewünschte Ausgangsspannung an der DC-Schnittstelle 102 zu erhalten. Dabei kann das Steuermodul 116 die verschiedenen Schaltelemente wie erforderlich betätigen, um eine Spannung über die Primärwicklung 126 für eine gesteuerte, voreingestellte oder anderweitig vorgegebene Zeitspanne festzulegen und um das Laden des DC-Buskondensators 103 für eine gesteuerte, voreingestellte oder anderweitig vorgegebene Zeitspanne zu ermöglichen. In der Praxis ist die Zeitspanne zum Festlegen der Spannung über die Primärwicklung 126 gleich der Zeit, die zum Laden des DC-Buskondensators 103 mit der Primärwicklung 126 erforderlich ist.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform von 1 ist ein erstes Paar Schaltelemente 1, 2 und Dioden 21, 22 zwischen dem Knoten 137 und dem Knoten 135 gekoppelt, wobei die Kombination des Schaltelements 1 mit der Diode 21 mit einer entgegengesetzten Polarität zu der des Schaltelements 2 und der Diode 22 konfiguriert ist. Auf diese Weise stellen das Schaltelement 1 und die Diode 22 einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 135 zum Knoten 137 bereit, wenn das Schaltelement 1 geschlossen ist und die Spannung am Knoten 135 einen höheren positiven Wert hat als die Spannung am Knoten 137. Das Schaltelement 2 und die Diode 21 sind so angeordnet, dass sie einen Pfad für den Stromfluss vom Knoten 137 zum Knoten 135 bereitstellen, wenn das Schaltelement 2 geschlossen ist und die Spannung am Knoten 137 einen höheren positiven Wert hat als die Spannung am Knoten 135.
  • Auf ähnliche Weise ist ein zweites Paar Schaltelemente 3, 4 und Dioden 23, 24 zwischen dem Knoten 136 und dem Knoten 138 gekoppelt, ein drittes Paar Schaltelemente 5, 6 und Dioden 25, 26 ist zwischen dem Knoten 137 und dem Knoten 136 und ein viertes Paar Schaltelemente 7, 8 und Dioden 27, 28 zwischen dem Knoten 135 und dem Knoten 138 gekoppelt. Das Stromflussverhalten dieser Schaltelemente und Dioden entspricht den oben für das erste Paar Schaltelemente 1, 2 und Dioden 21, 22 dargelegten Grundsätzen, die hinreichend bekannt sind.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform weisen die Schaltelemente 1, 3, 5 und 7 einen ersten Satz Schalter auf, die den Strom (iL) durch das induktive Element 110 (mit dem Pfeil 190 angedeutet) vom Knoten 138 zum Knoten 137 kommutieren können, wenn der Strom durch das induktive Element 110 in negativer Richtung fließt (z. B. iL < 0), und die Schaltelemente 2, 4, 6 und 8 weisen einen zweiten Satz Schalter auf, die den Strom durch das induktive Element 110 vom Knoten 137 zum Knoten 138 kommutieren können, wenn der Strom durch das induktive Element 110 in positiver Richtung fließt (z. B. iL > 0). Mit anderen Worten, die Schaltelemente 1, 3, 5 und 7 können zumindest einen Teil des in negativer Richtung durch das induktive Element 110 fließenden Stroms leiten, und die Schaltelemente 2, 4, 6 und 8 können zumindest einen Teil des in positiver Richtung durch das induktive Element 110 fließenden Stroms leiten. Wie hierin verwendet, ist unter „kommutieren“ der Prozess der zyklischen Durchlaufs des Stroms durch das induktive Element 110 mittels der Schaltelemente und Dioden des zweiten Energiewandlungsmoduls 108 in der Weise zu verstehen, dass der Stromfluss durch das induktive Element 110 nicht unterbrochen wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Isolationsmodul 106 einen ersten Satz Wicklungen 126, die zwischen den Knoten 124, 128 des ersten Energiewandlungsmoduls 104 verbunden sind, und einen zweiten Satz Wicklungen 134, die zwischen den Knoten 135, 136 des zweiten Energiewandlungsmoduls 108 verbunden sind. Die Wicklungen 126, 134 bilden induktive Elemente, die auf herkömmliche Weise magnetisch gekoppelt sind, um einen Transformator zu bilden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Isolationsmodul 106 als ein Hochfrequenz-Transformator verwirklicht. Dabei weist das Isolationsmodul 106 einen Transformator auf, der für einen bestimmten Spannungspegel bei hoher Frequenz ausgelegt ist, wie die Schaltfrequenz der Schaltelemente der Energiewandlungsmodule 104, 108 (z. B. 50 kHz), was dazu führt, dass die physische Größe des Transformators im Vergleich zu einem für den gleichen Spannungspegel bei einer niedrigeren Frequenz ausgelegten Transformator, wie die Frequenz der AC-Energiequelle 156 (z. B. die Netzfrequenz) verringert wird.
  • Das induktive Element 110 ist als ein Induktor verwirklicht, der elektrisch in Reihe zwischen dem Knoten 137 des zweiten Energiewandlungsmoduls 108 und einem Knoten 192 der AC-Schnittstelle 114 geschaltet ist. Das induktive Element 110 fungiert als induktives hochfrequenz Energiespeicherelement während des Betriebs des elektrischen Systems 100. Das kapazitive Element 112 ist als ein Kondensator verwirklicht, der zwischen dem Knoten 192 und einem anderen Knoten 194 der AC-Schnittstelle 114 gekoppelt ist, d. h., das kapazitive Element 112 ist elektrisch parallel zur AC-Schnittstelle 114 geschaltet. Das kapazitive Element 112 und das induktive Element 110 wirken zusammen und sind so konfiguriert, dass sie ein Hochfrequenzfilter zum Minimieren der Spannungswelligkeit an der AC-Schnittstelle 114 bereitstellen, die auf das Modulieren der Schaltelemente 1 bis 8 zurückzuführen ist.
  • Der Schnittstellen-Kurzschlussschalter 115 ist über den Knoten 192, 194 gekoppelt. Das Steuermodul 116 regelt die Betätigung des Schnittstellen-Kurzschlussschalters 115 so, dass das elektrische System 100 im Normalmodus arbeitet, wenn der Schnittstellen-Kurzschlussschalter 115 offen ist (wie in 1 dargestellt). Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, wird der Schnittstellen-Kurzschlussschalter 115 geschlossen, um das elektrische System in eine Entladekonfiguration zum Entladen des DC-Buskondensators 103 zu bringen. Es ist zu beachten, dass die AC-Energiequelle 156 vor dem Schließen des Schnittstellen-Kurzschlussschalters 115 getrennt wird.
  • Das Steuermodul 116 stellt im Allgemeinen die Hardware, Firmware und/oder Software dar, die zum Betreiben und/oder Modulieren der Schaltelemente des Energiewandlungsmoduls 104, 108 wie erforderlich konfiguriert ist, um den gewünschten Leistungsfluss während des Normalbetriebs des elektrischen Systems 100 bereitzustellen und um den Betrieb der Schaltelemente der Energiewandlungsmodule 104, 108 wie erforderlich zu steuern, um das Entladen des DC-Buskondensator 103 zu ermöglichen. Je nach Ausführungsform kann das Steuermodul 116 mit einem Universalprozessor, einem Mikroprozessor, einem Mikrocontroller, einem Assoziativspeicher, einem digitalen Signalprozessor, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, einem feldprogrammierbaren Gate Array, jedem geeigneten programmierbaren Logikgerät, diskreter Gate- oder Transistorlogik, diskreten Hardware-Bauelementen oder jeder Kombination davon implementiert oder verwirklicht werden, die zur Unterstützung und/oder Ausführung der hierin beschriebenen Funktionen ausgelegt sind.
  • Während des Normalbetriebs von Netz-zu-Fahrzeug-Anwendungen bestimmt das Steuermodul 116 PWM-Befehlssignale, die die Taktung und die relative Einschaltdauer der Schaltelemente 1 bis 8 des zweiten Energiewandlungsmoduls 108 steuern, um eine hochfrequente Wechselspannung über die Wicklungen 134 des Isolationsmoduls 106 zu erzeugen. Die hochfrequente Wechselspannung über die Wicklungen 134 induziert eine Spannung über die Wicklungen 126 an den Knoten 124, 128, die in einem zur DC-Schnittstelle 102 fließenden gewünschten Strom resultiert, um die DC-Energiequelle 154 zu laden oder anderweitig mit Energie zu versorgen. In der Praxis steuert das Steuermodul 116 die relative Einschaltdauer der Schaltelemente 1 bis 8, um das passende Schaltmuster während eines Schaltintervalls zu implementieren (z. B. Invertieren der Schaltfrequenz). Während des Schaltintervalls (oder PWM-Zyklus) wechselt das Steuermodul 116 zwischen dem Betrieb der Schaltelemente 1 bis 8, um die Knoten 137, 138 effektiv kurzzuschließen und Energie durch das zweite Energiewandlungsmodul 108 zu leiten, um eine Spannung über das induktive Element 110 anzulegen, bevor die Schaltelemente 1 bis 8 betätigt werden, um die gespeicherte Energie und/oder Spannung des induktiven Elements 110 freizusetzen bzw. abzubauen (alternativ die Sperrspannung). Die Summe aus Sperrspannung und Eingangsspannung 180 an der AC-Schnittstelle 114 wird an die Wicklungen 134 des Isolationsmoduls 106 gelegt, was in einem Spannungsübergang zu den Knoten 124, 128 und/ oder zur DC-Energiequelle 154 resultiert. Auf diese Weise betreibt das Steuermodul 116 die Schaltelemente 1 bis 8 des zweiten Energiewandlungsmoduls 108, um zwischen dem Leiten von Energie durch das induktive Element 110 und der Energiezufuhr zur DC-Schnittstelle 102 zu wechseln.
  • Es ist zu beachten, dass 1 zur Verdeutlichung eine vereinfachte Darstellung des elektrischen Systems 100 zeigt und den Gültigkeitsbereich oder die Anwendbarkeit des hierin beschriebenen Gegenstands in keiner Weise begrenzen soll. Obwohl 1 direkte elektrische Verbindung zwischen Schaltungselementen und/oder Anschlüssen zeigt, können alternative Ausführungsformen zwischengeschaltete Schaltungselemente und/oder Bauteile verwenden, wobei sie auf eine im Wesentlichen gleichartige Weise funktionieren. Obwohl des elektrische System 100 hierin außerdem in Zusammenhang mit einem bidirektionalen Matrixkonverter für ein Fahrzeug beschrieben wird, ist nicht beabsichtigt, den Gegenstand auf fahrzeugtechnische und/oder automobiltechnische Anwendungen zu beschränken, und der hierin beschriebene Gegenstand kann in anderen Anwendungen eingesetzt werden, wo ein Energiewandlungsmodul zur Energieübertragung durch Schaltelemente genutzt wird.
  • Das Steuermodul 116 kann auch einen oder mehrere Sensoren, Detektoren oder Überwachungseinrichtungen (nicht dargestellt) enthalten oder mit diesen zusammenwirken, die es dem Steuermodul ermöglichen, bestimmte Bedingungen zu erkennen, die die Notwendigkeit einer Entladung des DC-Buskondensators 103 anzeigen. Das Steuermodul 116 kann z. B. geeignet konfiguriert sein, um den Verbindungsstatus zwischen der DC-Energiequelle 154 und der DC-Schnittstelle 102 zu überwachen oder zu erfassen, so dass das elektrische System 100 in eine Entladekonfiguration gebracht wird, um den DC-Buskondensator 103 zumindest teilweise zu entladen, wenn die DC-Energiequelle 154 getrennt wird. Bei einem anderen Beispiel kann der Steuermodul 116 geeignet konfiguriert sein, um zu erkennen, ob das elektrische System 100 selbst vom Host-Fahrzeug getrennt ist (was zur Wartung erforderlich sein kann), so dass das elektrische System 100 in die Entladekonfiguration gebracht werden kann. Gemäß einer beispielhaften Funktionsweise wird der DC-Buskondensator 103 zumindest teilweise wie folgt entladen. Zunächst werden die AC-Energiequelle 156 und die DC-Energiequelle 154 von ihren jeweiligen Schnittstellen 114, 102 getrennt. Bei einer typischen Fahrzeuganwendung werden das Steuermodul, die Schaltelemente und möglicherweise andere Bauelemente des elektrischen Systems 100 weiterhin von einer Niederspannungs-Energiequelle (etwa einer 12 V-DC-Batterie) mit Spannung versorgt, obwohl die AC-Energiequelle 156 und die DC-Energiequelle 154 getrennt worden sind. In der Praxis könnte das Steuermodul 116 zum Verifizieren, dass die Energiequellen 154, 156 entfernt worden sind, verwendet werden, bevor die Entladeprozedur fortgesetzt wird. Nachdem die Energiequellen 154, 156 getrennt worden sind, betätigt (d. h. schließt) das Steuermodul 116 den Schnittstellen-Kurzschlussschalter 115 um die AC-Schnittstelle 114 elektrisch kurzzuschließen. Als Ergebnis des Schließen des Schnittstellen-Kurzschlussschalters 115 wird das induktive Element 110 real zwischen den Knoten 137, 138 in Reihe geschaltet (siehe 2).
  • Nach dem Kurzschließen der AC-Schnittstelle 114 betätigt das Steuermodul 116 die Schaltelemente der Energiewandlungsmodule 104, 108 auf eine geregelte Weise, um den DC-Buskondensator 103 über eine Zeitspanne zumindest teilweise zu entladen. Dabei kann das Steuermodul 116 die Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls 108 in einer vorgegebenen Entladekonfiguration anordnen, um einen elektrischen Strompfad von einem Anschluss der Sekundärwicklung 134 des Isolationsmoduls 106 über das induktive Element 110 zu einem anderen Anschluss der Sekundärwicklung 134 bereitzustellen und ein oder mehrere Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls 104 zu modulieren, um Strom im induktiven Element 110 abwechselnd zu laden und entladen (wobei die Entladekonfiguration des zweiten Energiewandlungsmoduls 108 beibehalten wird).
  • Das Steuermodul 116 betätigt die Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls 108 wie folgt, um die Entladekonfiguration zu erhalten: das Schaltelement 1 wird geschlossen und während der gesamten Entladeprozedur in der geschlossenen Position gehalten; das Schaltelement 3 wird geschlossen und während der gesamten Entladeprozedur in der geschlossenen Position gehalten; und die Schaltelemente 2, 4, 5, 6, 7 und 8 werden geöffnet und während der gesamten Entladeprozedur in der geöffneten Position gehalten. 2 zeigt den Zustand des zweiten Energiewandlungsmoduls 108, nachdem seine Schaltelemente in der gewünschten Entladekonfiguration angeordnet worden sind. 2 ist gegenüber 1 insofern vereinfacht, als alle Schalterverzweigungen, die offene Schaltungsbedingungen darstellen, entfernt worden sind. Ferner ist der Schnittstellen-Kurzschlussschalter 115 in 2 nicht getrennt dargestellt, da er in Wirklichkeit als ein einfacher elektrischer Leiter fungiert. Wie 2 zeigt, legt die Anordnung des zweiten Energiewandlungsmoduls 108 in seiner Entladekonfiguration einen elektrischen Strompfad fest, der die Sekundärwicklung 134, den Knoten 135, das Schaltelement 1, die Diode 22, das induktive Element 110, das Schaltelement 3, die Diode 24 und den Knoten 136 enthält.
  • Zum Entladen des DC-Buskondensators 103 betätigt das Steuermodul 116 die Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls 104 wie folgt: das Schaltelement 9 wird geöffnet und während der gesamten Entladeprozedur in der geöffneten Position gehalten; das Schaltelement 12 wird geöffnet und während der gesamten Entladeprozedur in der geöffneten Position gehalten; und die Schaltelemente 10, 11 werden mit einer Schaltfrequenz moduliert, um den Strom im induktiven Element 110 abwechselnd zu laden und zu entladen. Bei dieser bestimmten Ausführungsform werden die Schaltelemente 10, 11 mit einer festen Nenn-Schaltfrequenz (z. B. 50 kHz) in Tandemanordnung geöffnet und geschlossen. Das Steuermodul 116 konfiguriert die Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls 104 abwechselnd zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand. Der erste Zustand entspricht der Zeit, während der die Schaltelemente 10, 11 geschlossen sind, und der zweite Zustand entspricht der Zeit, während der die Schaltelemente 10, 11 offen sind. 2 zeigt das erste Energiewandlungsmodul 104 im zweiten Zustand konfiguriert.
  • Im ersten Zustand legt das Energiewandlungsmodul 104 die Spannung des DC-Buskondensators 103 über die Primärwicklung 126 des Isolationsmoduls 106 fest (das Schließen der Schaltelemente 10, 11 schaltet die Primärwicklung 126 elektrisch parallel zum DC-Buskondensator 103). In diesem ersten Zustand induziert der durch die Primärwicklung 126 fließende Strom einen Strom in der Sekundärwicklung 134, wodurch im induktiven Element 110 ein Strom erzeugt wird. Im ersten Zustand wird die Spannung über die Primärwicklung 126 vom Steuermodul 116 für einen gesteuerten, voreingestellten oder anderweitig vorgegebenen Zeitraum eingeregelt. Nach dem Laden des induktiven Elements 110 auf die oben beschriebene Weise über die vorgegebene Zeitspanne (durch die dem ersten Energiewandlungsmodul 104 zugeordnete Schaltfrequenz bestimmt) öffnet das Steuermodul 116 die Schaltelemente 10, 11, um den in 2 dargestellten zweiten Zustand herzustellen. Die Schaltfrequenz wird so gewählt, dass eine Sättigung des induktiven Elements 110 vermieden wird. Dadurch wird das induktive Element 110 wirksam „rückgesetzt“ und das induktive Element 110 kann in den DC-Buskondensator 103 zurück entladen werden. Im zweiten Zustand lädt das erste Energiewandlungsmodul 104 den DC-Buskondensator 103 mit der Primärwicklung 126 des Isolationsmoduls 106. Während dieses zweiten Zustands hält das induktive Element 110 den Stromfluss in derselben Richtung durch die Stromschleife des zweiten Energiewandlungsmoduls 108 aufrecht. Dieser aufrechterhaltene Strom induziert einen Strom in der Primärwicklung 126, der durch die Diode 29 und die Diode 32 fließt, um den DC-Buskondensator 103 zu laden. Im zweiten Zustand wird der DC-Buskondensator vom Steuermodul 116 für einen gesteuerten, voreingestellten oder anderweitig vorgegebenen Zeitraum oder eine Zeitdauer geladen. In der Praxis ist diese Zeitspanne gleich der Zeitspanne im ersten Zustand. 3 ist ein repräsentatives Diagramm des Induktorstroms über der Zeit für das induktive Element 110 während eines typischen Entladevorgangs. Dieses Diagramm zeigt, wie der Induktorstrom von einer Spitze von ca. 24 A auf ca. 2 A über eine Zeit von ca. 150 msec abfällt. 4 ist ein repräsentatives Diagramm der Induktorspannung über der Zeit für das induktive Element 110 während eines typischen Entladevorgangs. Dieses Diagramm zeigt, wie die Induktorspannung zwischen positiven und negativen Werten pendelt (was aus der gleichbleibenden Richtung des durch das induktive Element 110 fließenden Stroms resultiert), und wie die Induktorspannung von einem absoluten Spitzenwert von nahezu 500 V auf einen Absolutwert von ca. 50 V über die gleiche Zeit von 150 msec rasch abfällt. Diese beiden Diagramme zeigen, wie der DC-Buskondensator 103 rasch und wirksam durch Modulieren der Schaltelemente 10, 11 entladen werden kann, während die Entladekonfiguration des zweiten Energiewandlungsmoduls 108 beibehalten wird.
  • 5 ist ein Graph, der die repräsentativen Diagramme der Induktorspannung 202 und des Induktorstroms 204 für das induktive Element 110 während zweier typischer Entladezyklen enthält. Im Gegensatz zur Darstellung der 3 und 4 ist jedoch die Zeitspanne in 5 wesentlich kürzer. Folglich sind die in den 3 und 4 dargestellten Gesamt-Abfallkennlinien in 5 nicht zu unterscheiden. Die Induktorspannung 202 entspricht dem Schaltmuster der Schaltelemente 10, 11. Demnach ähnelt das Diagramm der Induktorspannung 202 einer Rechteckwelle, die um 0 V zentriert ist. Das Diagramm des Induktorstroms 204 zeigt, wie das induktive Element 110 mit Strom geladen wird, während die Schaltelemente 10, 11 geschlossen sind und wie der Induktorstrom abnimmt, während die Schaltelemente 10, 11 offen sind.
  • Obwohl in der obigen ausführlichen Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform präsentiert worden ist, liegt es auf der Hand, dass eine große Anzahl Variationen möglich ist. Außerdem versteht es sich, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die Ausführungsformen, die hierin beschrieben werden, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration des beanspruchten Gegenstands in keiner Weise einschränken. Die obige ausführliche Beschreibung soll vielmehr dem Fachmann eine praktische Anleitung für die Implementierung der beschriebenen Ausführungsform oder Ausführungsformen an die Hand geben. Es versteht sich, dass Änderungen der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne von dem durch die Ansprüche, die bekannte Äquivalente und zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Patentanmeldung vorhersehbare Äquivalente enthalten, definierten Gültigkeitsbereich abzuweichen.
  • WEITERE AUSFÜHRUNGSFORMEN:
    1. 1. Elektrisches System, aufweisend:
      • eine Gleichstrom- (direct current; DC) Schnittstelle;
      • eine Wechselstrom- (alternating current; AC) Schnittstelle;
      • einen DC-Buskondensator, der elektrisch parallel zur DC-Schnittstelle gekoppelt ist;
      • ein erstes Energiewandlungsmodul, das eine Mehrzahl Schaltelemente aufweist;
      • ein zweites Energiewandlungsmodul, das eine Mehrzahl Schaltelemente aufweist;
      • ein Isolationsmodul, das zwischen dem ersten und zweiten Energiewandlungsmodul gekoppelt ist, um eine galvanische Isolation zwischen dem ersten und zweiten Energiewandlungsmodul bereitzustellen;
      • ein zwischen dem zweiten Energiewandlungsmodul und der AC-Schnittstelle gekoppeltes induktives Element;
      • einen Schnittstellen-Kurzschlussschalter, der zur AC-Schnittstelle elektrisch parallel gekoppelt ist, um die AC-Schnittstelle selektiv kurzzuschließen; und
      • ein Steuermodul, das mit dem ersten Energiewandlungsmodul, dem zweiten Energiewandlungsmodul und dem Schnittstellen-Kurzschlussschalter gekoppelt ist, wobei das Steuermodul konfiguriert ist zum:
        • Erkennen eines Zustands, der die Notwendigkeit einer Entladung des DC-Buskondensators angibt;
        • Betätigen des Schnittstellen-Kurzschlussschalters, um die AC-Schnittstelle elektrisch kurzzuschließen; und
        • Betätigen der Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls und der Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls, um den DC-Buskondensator zumindest teilweise zu entladen.
    2. 2. Elektrisches System der Ausführungsform 1, wobei das Steuermodul die Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls betätigt, um einen elektrischen Strompfad bereitzustellen, der das induktive Element enthält.
    3. 3. Elektrisches System der Ausführungsform 2, wobei der elektrische Strompfad eine Sekundärwicklung des Isolationsmoduls enthält.
    4. 4. Elektrisches System der Ausführungsform 3, wobei das Steuermodul die Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls mit einer Schaltfrequenz moduliert, um Strom im induktiven Element abwechselnd zu laden und zu entladen.
    5. 5. Elektrisches System der Ausführungsform 1, wobei:
      • das Steuermodul die Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls abwechselnd in einem ersten und einem zweiten Zustand konfiguriert;
      • wobei das erste Energiewandlungsmodul im ersten Zustand eine Spannung des DC-Buskondensators über eine Primärwicklung des Isolationsmoduls für eine erste gesteuerte Zeitspanne festlegt; und
      • wobei das erste Energiewandlungsmodul im zweiten Zustand den DC-Buskondensator mit der Primärwicklung des Isolationsmoduls für eine zweite gesteuerte Zeitspanne lädt, die gleich ist der ersten gesteuerten Zeitspanne.
    6. 6. Elektrisches System der Ausführungsform 1, wobei das zweite Energiewandlungsmodul aufweist:
      • einen ersten Knoten, der mit einem ersten Anschluss des Isolationsmoduls gekoppelt ist;
      • einen zweiten Knoten, der mit einem zweiten Anschluss des Isolationsmoduls gekoppelt ist;
      • einen dritten und einen vierten Knoten, wobei das induktive Element zwischen dem dritten und vierten Knoten in Reihe gekoppelt ist;
      • ein erstes Schaltelement, das zwischen dem ersten und einem fünften Knoten gekoppelt ist;
      • ein zweites Schaltelement, das zwischen dem fünften und dritten Knoten gekoppelt ist;
      • ein drittes Schaltelement, das zwischen dem vierten und einem sechsten Knoten gekoppelt ist;
      • ein viertes Schaltelement, das zwischen dem sechsten und zweiten Knoten gekoppelt ist;
      • ein fünftes Schaltelement, das zwischen dem zweiten und einem siebten Knoten gekoppelt ist;
      • ein sechstes Schaltelement, das zwischen dem dritten und siebten Knoten gekoppelt ist;
      • ein siebtes Schaltelement, das zwischen dem vierten und einem achten Knoten gekoppelt ist; und
      • ein achtes Schaltelement, das zwischen dem ersten und achten Knoten gekoppelt ist, wobei das Steuermodul das erste und das dritte Schaltelement schließt, und das zweite, vierte, fünfte, sechste, siebte und achte Schaltelement öffnet, um den DC-Buskondensator zumindest teilweise zu entladen.
    7. 7. Elektrisches System der Ausführungsform 6, wobei das zweite Energiewandlungsmodul aufweist:
      • eine erste Diode, deren Anode mit dem fünften Knoten und deren Katode mit dem ersten Knoten gekoppelt ist;
      • eine zweite Diode, deren Anode mit dem fünften Knoten und deren Katode mit dem dritten Knoten gekoppelt ist;
      • eine dritte Diode, deren Anode mit dem sechsten Knoten und deren Katode mit dem vierten Knoten gekoppelt ist;
      • eine vierte Diode, deren Anode mit dem sechsten Knoten und deren Katode mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist;
      • eine fünfte Diode, deren Anode mit dem siebten Knoten und deren Katode mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist;
      • eine sechste Diode, deren Anode mit dem siebten Knoten und deren Katode mit dem dritten Knoten gekoppelt ist;
      • eine siebte Diode, deren Anode mit dem achten Knoten und deren Katode mit dem vierten Knoten gekoppelt ist; und
      • eine achte Diode, deren Anode mit dem achten Knoten und deren Katode mit dem ersten Knoten gekoppelt ist.
    8. 8. Elektrisches System der Ausführungsform 1, wobei das erste Energiewandlungsmodul aufweist:
      • einen neunten Knoten, der mit einem dritten Anschluss des Isolationsmoduls gekoppelt ist;
      • einen zehnten Knoten, der mit einem vierten Anschluss des Isolationsmoduls gekoppelt ist;
      • einen elften und einen zwölften Knoten, wobei der DC-Buskondensator über den elften und zwölften Knoten gekoppelt ist;
      • ein neuntes Schaltelement, das zwischen dem zehnten und elften Knoten gekoppelt ist;
      • ein zehntes Schaltelement, das zwischen dem zehnten und zwölften Knoten gekoppelt ist;
      • ein elftes Schaltelement, das zwischen dem neunten und elften Knoten gekoppelt ist; und
      • ein zwölftes Schaltelement, das zwischen dem neunten und zwölften Knoten gekoppelt ist, wobei das Steuermodul das neunte und zwölfte Schaltelement und gleichzeitig das zehnte und elfte Schaltelement öffnet und schließt, um den DC-Buskondensator zumindest teilweise zu entladen.
    9. 9. Elektrisches System der Ausführungsform 8, wobei das erste Energiewandlungsmodul aufweist:
      • eine neunte Diode, deren Anode mit dem zehnten Knoten und deren Katode mit dem elften Knoten gekoppelt ist;
      • eine zehnte Diode, deren Anode mit dem zwölften Knoten und deren Katode mit dem zehnten Knoten gekoppelt ist;
      • eine elfte Diode, deren Anode mit dem neunten Knoten und deren Katode mit dem elften Knoten gekoppelt ist; und
      • eine zwölfte Diode, deren Anode mit dem zwölften Knoten und deren Katode mit dem neunten Knoten gekoppelt ist.
    10. 10. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Systems, das eine Gleichstrom- (DC) Schnittstelle, eine Wechselstrom- (AC) Schnittstelle, einen DC-Buskondensator, der parallel zur DC-Schnittstelle elektrisch gekoppelt ist, ein erstes Energiewandlungsmodul mit einer Mehrzahl Schaltelemente, ein zweites Energiewandlungsmodul mit einer Mehrzahl Schaltelemente, ein Isolationsmodul, das zwischen dem ersten und zweiten Energiewandlungsmodul gekoppelt ist, um eine galvanische Isolation zwischen dem ersten und zweiten Energiewandlungsmodul bereitzustellen, und ein induktives Element, das zwischen dem zweiten Energiewandlungsmodul und der AC-Schnittstelle gekoppelt ist, aufweist, wobei das Verfahren aufweist:
      • Erkennen eines Zustands, der die Notwendigkeit einer Entladung des DC-Buskondensators angibt;
      • elektrisches Kurzschließen der AC-Schnittstelle;
      • Anordnen der Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls zu einer Entladekonfiguration, um einen elektrischen Strompfad von einem ersten Anschluss des Isolationsmoduls über das induktive Element zu einem zweiten Anschluss des Isolationsmoduls herzustellen; und
      • Modulieren eines oder mehrerer der Vielzahl von Schaltelementen des ersten Energiewandlungsmoduls, um den Strom im induktiven Element abwechselnd zu laden und zu entladen, wobei die Entladekonfiguration der Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls aufrechterhalten wird.
    11. 11. Verfahren der Ausführungsform 10, das ferner das Trennen der DC-Schnittstelle von ihrer DC-Energiequelle aufweist.
    12. 12. Verfahren der Ausführungsform 10, wobei das elektrische Kurzschließen der AC-Schnittstelle das Betätigen eines Schnittstellen-Kurzschlussschalters aufweist, der über der AC-Schnittstelle gekoppelt ist.
    13. 13. Verfahren der Ausführungsform 10, bei dem das Modulieren des einen oder der mehreren der Mehrzahl Schaltelemente mit einer festen Frequenz erfolgt.
    14. 14. Verfahren der Ausführungsform 10, wobei:
      • das Modulieren des einen oder der mehreren der Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls die Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls abwechselnd in einem ersten und einem zweiten Zustand anordnet;
      • wobei im ersten Zustand das erste Energiewandlungsmodul eine Spannung des DC-Buskondensator über eine Primärwicklung des Isolationsmoduls für eine erste gesteuerte Zeitspanne festlegt; und
      • im zweiten Zustand das erste Energiewandlungsmodul den DC-Buskondensator mit der Primärwicklung des Isolationsmoduls für eine zweite gesteuerte Zeitspanne lädt, die gleich ist der ersten gesteuerten Zeitspanne.
    15. 15. Verfahren der Ausführungsform 10, wobei das Erkennen des Zustands das Erfassen einer Trennung einer Hochspannungsbatterie von der DC-Schnittstelle aufweist.
    16. 16. Verfahren zum Entladen eines Buskondensators eines bidirektionalen Matrixkonverters eines Fahrzeugs mit einer Gleichstrom- (DC) Energiequelle, wobei der bidirektionale Matrixkonverter eine DC-Schnittstelle für die DC-Energiequelle, eine Wechselstrom-(AC) Schnittstelle für eine AC-Energiequelle zum Laden der DC-Energiequelle über den bidirektionalen Matrixkonverter, ein erstes Energiewandlungsmodul, ein zweites Energiewandlungsmodul, ein Isolationsmodul, das zwischen dem ersten und zweiten Energiewandlungsmodul gekoppelt ist, und ein induktives Element, das zwischen dem zweiten Energiewandlungsmodul und der AC-Schnittstelle gekoppelt ist, aufweist, wobei das Verfahren aufweist:
      • elektrisches Kurzschließen der AC-Schnittstelle, nachdem die AC-Energiequelle von der AC-Schnittstelle getrennt worden ist;
      • Anordnen einer Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmodul zu einer Entladekonfiguration, um einen elektrischen Strompfad von einem ersten Anschluss des Isolationsmoduls über das induktive Element zu einem zweiten Anschluss des Isolationsmodul herzustellen; und
      • Modulieren einer Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls, wobei die Entladekonfiguration des zweiten Energiewandlungsmoduls aufrechterhalten wird, um den DC-Buskondensator zumindest teilweise zu entladen.
    17. 17. Verfahren der Ausführungsform 16, ferner aufweisend:
      • Erkennen eines Zustands, der die Notwendigkeit einer Entladung des DC-Buskondensators angibt; und
      • Verifizieren der Trennung der AC-Energiequelle, bevor die AC-Schnittstelle elektrisch kurzgeschlossen wird.
    18. 18. Verfahren der Ausführungsform 16, ferner aufweisend:
      • Erkennen eines Zustands, der die Notwendigkeit einer Entladung des DC-Buskondensators angibt; und
      • Verifizieren der Trennung der DC-Energiequelle, bevor die AC-Schnittstelle elektrisch kurzgeschlossen wird.
    19. 19. Verfahren der Ausführungsform 16, wobei das Modulieren der Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls Strom im induktiven Element abwechselnd lädt und entlädt.
    20. 20. Verfahren der Ausführungsform 19, wobei:
      • das Modulieren der Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls die Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls abwechselnd in einem ersten und einem zweiten Zustand anordnet;
      • wobei im ersten Zustand das erste Energiewandlungsmodul eine Spannung des DC-Buskondensator über eine Primärwicklung des Isolationsmoduls für eine erste gesteuerte Zeitspanne festlegt; und
      • im zweiten Zustand das Energiewandlungsmodul den DC-Buskondensator mit der Primärwicklung des Isolationsmoduls für eine zweite gesteuerte Zeitspanne lädt, die gleich ist der ersten gesteuerten Zeitspanne.

Claims (10)

  1. Elektrisches System (100), aufweisend: eine Gleichstrom-, DC, Schnittstelle (102); eine Wechselstrom-, AC, Schnittstelle (114); einen DC-Buskondensator (103), der elektrisch parallel zur DC-Schnittstelle (102) gekoppelt ist; ein erstes Energiewandlungsmodul (104), das eine Mehrzahl Schaltelemente aufweist; ein zweites Energiewandlungsmodul (108), das eine Mehrzahl Schaltelemente aufweist; ein Isolationsmodul (106), das zwischen dem ersten und zweiten Energiewandlungsmodul (104, 108) gekoppelt ist, um eine galvanische Isolation zwischen dem ersten und zweiten Energiewandlungsmodul (108) bereitzustellen; ein zwischen dem zweiten Energiewandlungsmodul (108) und der AC-Schnittstelle (114) gekoppeltes induktives Element (110); einen Schnittstellen-Kurzschlussschalter (115), der zur AC-Schnittstelle (114) elektrisch parallel gekoppelt ist, um die AC-Schnittstelle (114) selektiv kurzzuschließen; und ein Steuermodul (116), das mit dem ersten Energiewandlungsmodul (104), dem zweiten Energiewandlungsmodul (108) und dem Schnittstellen-Kurzschlussschalter (115) gekoppelt ist, wobei das Steuermodul (116) konfiguriert ist zum: Erkennen eines Zustands, der die Notwendigkeit einer Entladung des DC-Buskondensators (103) angibt; Betätigen des Schnittstellen-Kurzschlussschalters (115), um die AC-Schnittstelle (114) elektrisch kurzzuschließen; und Betätigen der Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls (104) und der Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls (108), um den DC-Buskondensator (103) zumindest teilweise zu entladen.
  2. Elektrisches System (100) nach Anspruch 1, wobei: das Steuermodul (116) die Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls (104) abwechselnd in einem ersten und einem zweiten Zustand konfiguriert; wobei das erste Energiewandlungsmodul (104) im ersten Zustand eine Spannung des DC-Buskondensators (103) über eine Primärwicklung des Isolationsmoduls (106) für eine erste gesteuerte Zeitspanne anlegt; und wobei das erste Energiewandlungsmodul (104) im zweiten Zustand den DC-Buskondensator (103) mit der Primärwicklung des Isolationsmoduls (106) für eine zweite gesteuerte Zeitspanne lädt, die gleich ist der ersten gesteuerten Zeitspanne.
  3. Elektrisches System (100) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das zweite Energiewandlungsmodul (108) aufweist: einen ersten Knoten, der mit einem ersten Anschluss des Isolationsmoduls (106) gekoppelt ist; einen zweiten Knoten, der mit einem zweiten Anschluss des Isolationsmoduls (106) gekoppelt ist; einen dritten und einen vierten Knoten, wobei das induktive Element (110) zwischen dem dritten und vierten Knoten in Reihe gekoppelt ist; ein erstes Schaltelement, das zwischen dem ersten und einem fünften Knoten gekoppelt ist; ein zweites Schaltelement, das zwischen dem fünften und dritten Knoten gekoppelt ist; ein drittes Schaltelement, das zwischen dem vierten und einem sechsten Knoten gekoppelt ist; ein viertes Schaltelement, das zwischen dem sechsten und zweiten Knoten gekoppelt ist; ein fünftes Schaltelement, das zwischen dem zweiten und einem siebten Knoten gekoppelt ist; ein sechstes Schaltelement, das zwischen dem dritten und siebten Knoten gekoppelt ist; ein siebtes Schaltelement, das zwischen dem vierten und einem achten Knoten gekoppelt ist; und ein achtes Schaltelement, das zwischen dem ersten und achten Knoten gekoppelt ist, wobei das Steuermodul (116) das erste und das dritte Schaltelement schließt, und das zweite, vierte, fünfte, sechste, siebte und achte Schaltelement öffnet, um den DC-Buskondensator (103) zumindest teilweise zu entladen.
  4. Elektrisches System (100) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das zweite Energiewandlungsmodul (108) aufweist: eine erste Diode, deren Anode mit dem fünften Knoten und deren Katode mit dem ersten Knoten gekoppelt ist; eine zweite Diode, deren Anode mit dem fünften Knoten und deren Katode mit dem dritten Knoten gekoppelt ist; eine dritte Diode, deren Anode mit dem sechsten Knoten und deren Katode mit dem vierten Knoten gekoppelt ist; eine vierte Diode, deren Anode mit dem sechsten Knoten und deren Katode mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist; eine fünfte Diode, deren Anode mit dem siebten Knoten und deren Katode mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist; eine sechste Diode, deren Anode mit dem siebten Knoten und deren Katode mit dem dritten Knoten gekoppelt ist; eine siebte Diode, deren Anode mit dem achten Knoten und deren Katode mit dem vierten Knoten gekoppelt ist; und eine achte Diode, deren Anode mit dem achten Knoten und deren Katode mit dem ersten Knoten gekoppelt ist.
  5. Elektrisches System (100) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste Energiewandlungsmodul (104) aufweist: einen neunten Knoten, der mit einem dritten Anschluss des Isolationsmoduls (106) gekoppelt ist; einen zehnten Knoten, der mit einem vierten Anschluss des Isolationsmoduls (106) gekoppelt ist; einen elften und einen zwölften Knoten, wobei der DC-Buskondensator (103) über den elften und zwölften Knoten gekoppelt ist; ein neuntes Schaltelement, das zwischen dem zehnten und elften Knoten gekoppelt ist; ein zehntes Schaltelement, das zwischen dem zehnten und zwölften Knoten gekoppelt ist; ein elftes Schaltelement, das zwischen dem neunten und elften Knoten gekoppelt ist; und ein zwölftes Schaltelement, das zwischen dem neunten und zwölften Knoten gekoppelt ist, wobei das Steuermodul (116) das neunte und zwölfte Schaltelement öffnet und gleichzeitig das zehnte und elfte Schaltelement öffnet und schließt, um den DC-Buskondensator (103) zumindest teilweise zu entladen.
  6. Elektrisches System (100) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste Energiewandlungsmodul (104) aufweist: eine neunte Diode, deren Anode mit dem zehnten Knoten und deren Katode mit dem elften Knoten gekoppelt ist; eine zehnte Diode, deren Anode mit dem zwölften Knoten und deren Katode mit dem zehnten Knoten gekoppelt ist; eine elfte Diode, deren Anode mit dem neunten Knoten und deren Katode mit dem elften Knoten gekoppelt ist; und eine zwölfte Diode, deren Anode mit dem zwölften Knoten und deren Katode mit dem neunten Knoten gekoppelt ist.
  7. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Systems (100), das eine Gleichstrom-, DC, Schnittstelle, eine Wechselstrom-, AC, Schnittstelle, einen DC-Buskondensator (103), der parallel zur DC-Schnittstelle (102) elektrisch gekoppelt ist, ein erstes Energiewandlungsmodul (104) mit einer Mehrzahl Schaltelemente, ein zweites Energiewandlungsmodul (108) mit einer Mehrzahl Schaltelemente, ein Isolationsmodul (106), das zwischen dem ersten und dem zweiten Energiewandlungsmodul (108) gekoppelt ist, um eine galvanische Isolation zwischen dem ersten und dem zweiten Energiewandlungsmodul (104, 108) bereitzustellen, und ein induktives Element (110), das zwischen dem zweiten Energiewandlungsmodul (108) und der AC-Schnittstelle (114) gekoppelt ist, aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Erkennen eines Zustands, der die Notwendigkeit einer Entladung des DC-Buskondensators (103) angibt; elektrisches Kurzschließen der AC-Schnittstelle (114); Anordnen der Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls (108) zu einer Entladekonfiguration, um einen elektrischen Strompfad von einem ersten Anschluss des Isolationsmoduls (106), über das induktive Element (110) zu einem zweiten Anschluss des Isolationsmoduls (106) herzustellen; und Modulieren eines oder mehrerer der Vielzahl von Schaltelementen des ersten Energiewandlungsmoduls (104), um den Strom im induktiven Element (110) abwechselnd zu laden und zu entladen, wobei die Entladekonfiguration der Mehrzahl Schaltelemente des zweiten Energiewandlungsmoduls (108) aufrechterhalten wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das elektrische Kurzschließen der AC-Schnittstelle (114) das Betätigen eines Schnittstellen-Kurzschlussschalters (115) aufweist, der über die AC-Schnittstelle (114) gekoppelt ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei: das Modulieren des einen oder der mehreren der Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls (104) die Mehrzahl Schaltelemente des ersten Energiewandlungsmoduls (104) abwechselnd in einem ersten und einem zweiten Zustand anordnet; wobei im ersten Zustand das erste Energiewandlungsmodul (104) eine Spannung des DC-Buskondensator (103) über eine Primärwicklung des Isolationsmoduls (106) für eine erste gesteuerte Zeitspanne legt; und im zweiten Zustand das erste Energiewandlungsmodul (104) den DC-Buskondensator (103) mit der Primärwicklung des Isolationsmoduls (106) für eine zweite gesteuerte Zeitspanne lädt, die gleich ist der ersten gesteuerten Zeitspanne.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Erkennen des Zustands das Erfassen einer Trennung einer Hochspannungsbatterie von der DC-Schnittstelle (102) aufweist.
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