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In Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb, d. h. in elektrischen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen sind eine Vielzahl von Leistungshalbleiter verbaut. Ebenso in den damit verbindbaren stationären Ladevorrichtungen oder stationären Netzen finden sich eine Vielzahl von Leistungshalbleitern.
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Jeder Halbleiter ist mit Kosten, Aufwand bei der Verkabelung, Aufwand zur Kühlung und Aufwand bei der Ansteuerung verbunden. Insbesondere Halbleiter, die eine hohe Schaltfrequenz aufweisen bzw. auch Strom abschalten können, beispielsweise MOSFETs, sind mit hohen Kosten verbunden. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich der genannte Aufwand reduzieren lässt.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Ausführungsformen, Merkmale und Eigenschaften ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Um die Verwendung von Leistungshalbleitern effizienter zu gestalten, wird vorgeschlagen, zumindest eine Leistungspfad-Auswahlstufe zu verwenden, mit der mehrere Leistungsquellen oder Leistungssenken einer Leistungs-Modulationsstufe zugeschaltet werden können, um so für mehrere Leistungssenken/Leistungsquellen (und somit für mehrere Funktionen) die gleiche Leistungs-Modulationsstufe zu verwenden. Dies betrifft insbesondere stationäre Funktionen, d. h. Funktionen stationärer Vorrichtungen, etwa stationäre Antriebe, Ladestationen, Wechselrichter für Photovoltaikanlagen (oder andere vorzugsweise regenerative Energieerzeugungsanlagen), Wechselrichter zur Einspeisung von Energie aus mobilen Batterien (etwa Traktionsbatterien) in ein stationäres Versorgungsnetz und anderes.
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Die Leistungs-Modulationsstufe (auch verkürzt als Modulationsstufe bezeichnet) kann für verschiedene Funktionen wiederverwendet werden, indem mindestens eine steuerbare Leistungspfad-Auswahlstufe (auch verkürzt als Auswahlstufe bezeichnet) bereitgestellt wird, die mit der Modulationsstufe verbunden ist. Mittels dieser Stufe lassen sich die geeigneten Leistungspfade wählen, die durch die Modulationsstufe führen. Die Erfindung richtet sich an stationäre Anwendungen oder teilstationäre Anwendungen und insbesondere Anwendungen, bei denen ein elektrisch oder hybrid angetriebenes Fahrzeug elektrisch mit einem stationären Teilnetz oder zumindest einem stationären Fahrzuganschluss verbunden ist.
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Mit der Modulationsstufe kann insbesondere ein Wechselspannungssignal in gewünschter Form erzeugt werden. Die mindestens eine Modulationsstufe ist insbesondere zur Erzeugung eines Leistungssignals eingerichtet, dessen Stromverlauf, Spannungsverlauf oder der Verlauf der Leistung selbst zeitlich gemittelt (etwa Mittelung über ein Zeitfenster oder Tiefpassfilterung) eine (angenäherte) Sinuswelle ergibt, etwa zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine. Als Sinuswelle wird ein ein- oder auch mehrphasiges Signal bezeichnet. Die Modulationsstufe ist gemäß einer ersten Variante insbesondere in der Lage, einen Stromfluss unabhängig von der aktuellen Phasenlage, von dem aktuellen Stromwert und von dem aktuellen Spannungswert, an- und auszuschalten.
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Schaltvorgänge der Modulationsstufe sind nicht an bestimmte Zeitpunkte gebunden, wie es etwa bei Phasenanschnittsteuerungen von Thyristoren der Fall ist. Gemäß einer weiteren Variante ist die Modulationsstufe an Schaltvorgänge zu bestimmten aktuellen Phasenlagen bzw. Bedingungen bzgl. der Phasenlage (des Stroms oder der Spannung) gebunden, etwa an Nulldurchgänge. Die Lebensdauer der Modulationsstufe bzw. der Schaltelemente der Modulationsstufe beträgt insbesondere mindestens 106 und vorzugsweise mindestens 109 oder mindestens 1012 Schaltspiele bei Nennschaltleistung der Modulationsstufe bzw. der Schaltelemente. Besonders bevorzugt werden Schaltelemente verwendet, die keinen Verschleiß aufweisen und in der Anzahl der Schaltspiele unbegrenzt sind. Die Modulationsstufe ist vorzugsweise für Schaltvorgänge mit einer Frequenz von mindestens 20 Hz, 100 Hz oder 200 Hz, und vorzugsweise mindestens 1 kHz, mindestens 5 kHz oder mindestens 10 oder 20 kHz oder mindestens 100 kHz.
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Zumindest eine der Auswahlstufen kann zur einfachen Zuschaltung und Trennung einer oder mehrere Anschlüsse vorgesehen werden, wobei dies als binäre Leistungssteuerung angesehen werden kann, da nur zwei verschiedene Leistungsniveaus (entsprechend 0% und 100%) vorgesehen sind. Vorzugsweise wird jedoch die Zuschaltung und die Trennung der Auswahlstufen im Sinne eines Pulsweitenmodulationsverfahrens ausgeführt, wobei sich durch die zeitliche Mittelung eine Vielzahl weiterer Leistungsniveaus (zwischen 0% und 100%) ergibt. Die Auswahlstufen sind daher zur Phasenanschnittsteuerung oder zur Schwingungspaketsteuerung. Vorzugsweise ist eine Ansteuervorrichtung, die (zumindest) den Ansteuerstufen ansteuernd vorgeschaltet ist, in der Lage, gemäß einer Leistungsvorgabe die Auswahlstufen gemäß einer Phasenanschnittansteuerung oder zur Schwingungspaketansteuerung anzusteuern. Mit anderen Worten ist die mindestens eine Auswahlstufen eingerichtet, die Leistung bzw. Leistungen (oder auch den mindestens einen Leistungspfad) in mehreren Stufen (insbesondere mehr als zwei) oder im Wesentlichen kontinuierlich einzustellen, insbesondere durch Pulsweitenmodulation bzw. durch Einstellen eines Tastverhältnisses. Die mindestens eine Modulationsstufe ist eingerichtet, gemäß einem Modulationssignal die Leistung bzw. den Leistungspfad einzustellen, wobei eine zeitliche Mittelung des Modulationssignals der Leistungsvorgabe entspricht bzw. wobei über den Modulationsgrad und eine Strommessung auf eine Leistung geregelt werden kann.
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Es wird eine stationäre Leistungssteuerungsschaltung beschrieben, die mindestens eine steuerbare Leistungspfad-Auswahlstufe und mindestens einer steuerbaren Leistungs-Modulationsstufe aufweist. Die stationäre Leistungssteuerungsschaltung ist mit einer ersten und einer zweiten Anschlussseite ausgestattet. Die erste und die zweite Anschlussseite sind über die mindestens eine Leistungspfad-Auswahlstufe und die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe miteinander verbunden. Es kann (mindestens) eine Auswahlstufe zwischen der Modulationsstufe und der ersten Anschlussseite geschaltet sein, oder es kann (mindestens) eine Auswahlstufe zwischen der Modulationsstufe und der zweiten Anschlussseite zwischengeschaltet sein. Bei mehreren Auswahlstufen ist vorzugsweise (mindestens) eine zwischen der Modulationsstufe und der ersten Anschlussseite vorgesehen, und es kann mindestens eine weitere Auswahlstufe zwischen der Modulationsstufe und der zweiten Anschlussseite zwischengeschaltet sein.
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Die mindestens eine der Anschlussseiten weist mehrere Anschlüsse (zum Anschluss verschiedener Leistungsquellen oder Leistungssenken) auf, die über die mindestens eine Leistungspfad-Auswahlstufe auswählbar mit einem Leistungsanschluss der mindestens einen Leistungs-Modulationsstufe verbunden sind.
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An die mindestens eine Anschlussseite kann ein stationäres Versorgungsnetz, örtliche Leistungsquellen wie Photovoltaik-, Biogas-, Windkraft oder Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen oder auch andere Leistungsquellen angeschlossen werden. Ferner können Verbraucher angeschlossen werden, wie Pumpen, Lüfter, Förderbänder, Mahlwerke, Zerkleinerungsanlangen, Heizungen, Klimaanlagen oder auch andere elektrische Verbraucher, beispielsweise Verbraucher, wie sie in Industriebetrieben auftreten. Zudem können Energiespeicher angeschlossen werden, die stationär oder mobil sind.
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Die Modulationsstufe umfasst mindestens ein Schaltelement, insbesondere mindestens einen Leistungshalbleiter, vorzugsweise einen durch Ansteuersignale ansteuerbaren Leistungshalbleiter, beispielsweise einen Leistungstransistor. Der Leistungshalbleiter kann insbesondere ein Feldeffekttransistor (insbesondere mit isoliertem Gate) oder ein Bipolartransistor sein, etwa ein MISFET (metal insulator semiconductor field effect transistor, Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistor), insbesondere ein MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate). Ferner kann der Leistungshalbleiter auch ein GTO-Thyristor (GTO: Gate Turn Off) sein.
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Die Auswahlstufe (bzw. jede Auswahlstufe) umfasst ein Schaltelement, vorzugsweise mindestens eines für jeden der Anschlüsse der Auswahlstufe. Das Schaltelement kann als elektromechanischer Schalter ausgebildet sein, ist jedoch vorzugsweise ein Leistungshalbleiter, insbesondere ein ansteuerbarer Leistungshalbleiter.
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Das Schaltelement der Auswahlstufe ist insbesondere ein Transistor, beispielsweise ein Feldeffekttransistor wie ein MOSFET oder ein Bipolartransistor, beispielsweise ein IGBT. Alternativ kann das Schaltelement in Form eines thyristorbasierten elektronischen Schalters vorgesehen sein, beispielsweise in Form mindestens eines Thyristors, oder in Form mindestens eines TRIACs. Ferner kann das Schaltelement einen GTO-Thyristor umfassen.
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Es können mehrere Leistungspfad-Auswahlstufen vorgesehen sein, die parallel an die Leistungs-Modulationsstufe angeschlossen sind. Die mehreren Auswahlstufen sind an der gleichen Seite der Modulationsstufe angeschlossen, wobei dies als ”parallel angeschlossen” bezeichnet wird. Ein Anschluss einer Auswahlstufe ist mit der Modulationsstufe verbunden, wobei ein Anschluss einer zweiten Auswahlstufe an der gleichen Stelle mit der Modulationsstufe verbunden ist. Die der Modulationsstufe entgegengesetzten Enden sind mit unterschiedlichen Leistungsquelle oder Leistungssenken verbunden und können ferner mit unterschiedlichen Anschlüssen (Netzanschlüsse und Fahrzeuganschlüsse) verbunden sein. Es können an eine der Auswahlstufe eine erste Gruppe von Leistungssenken oder Leistungsquellen angeschlossen werden, während an eine Weitere der Auswahlstufen eine zweite Gruppe von Leistungssenken oder Leistungsquelle angeschlossen werden kann. Die erste Gruppe kann stationär sein und an einen Netzanschluss der Auswahlstufe angeschlossen werden, und eine zweite Gruppe kann mobil sein und über einen elektrischen Fahrzeuganschluss der weiteren Auswahlstufe angeschlossen werden.
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Die mehreren Anschlüsse der Anschlussseiten umfassen mindestens einen Netzanschluss, mindestens einen elektrischen Fahrzeuganschluss oder ein oder mehrere Netzanschlüsse sowie ein oder mehrere Fahrzeuganschlüsse. Ein Netzanschluss ist für eine Spannung und die Frequenz eines Versorgungsnetzes ausgelegt und ist insbesondere ein Wechselstromanschluss. Der Netzanschluss kann ein- oder mehrphasig sein und ist insbesondere für Niederspannung ausgelegt. Beispielsweise kann der Netzanschluss für eine Wechselstrom-Nennspannung von 100, 110, 120, 220 oder 230 V bei 50 oder 60 Hz ausgelegt sein. Insbesondere die an die Anschlüsse angeschlossenen Modulations- und Auswahlstufen sind für diese Nennspannung(en) und Frequenz(en) ausgelegt. Der Netzanschluss kann als Steckanschluss, etwa als Buchse, ausgestaltet sein, falls Leistungsquellen oder -senken per Steckkontakt verbunden werden sollen. Alternativ kann der Netzanschluss als Verbindungselement für dauerhafte Verbindungen ausgestaltet sein, etwa als Klemm-, Schraub-, oder Nietverbindung; im einfachsten Fall als ein einfaches Leiterende. Der Fahrzeuganschluss kann als Steckverbinderelement ausgestaltet sein, der zum elektrischen (lösbaren) Anschluss eines Fahrzeugs eingerichtet ist, insbesondere zum Steckanschluss eines Hochvoltbordnetzes eines Fahrzeugs. Der Fahrzeuganschluss ist daher zum Ankoppeln eines PHEV (Plug-in-Hybridfahrzeug, englisch: Plug-In Hybrid Electric Vehicle) oder eines Elektrofahrzeugs) vorgesehen. Der Fahrzeuganschluss ist gemäß der Norm IEC 62196 bzw. kompatibel mit einer der dort definierten Steckverbindervarianten ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine erste der Leistungspfad-Auswahlstufen mindestens einen Netzanschluss. Eine Zweite der Leistungspfad-Auswahlstufen umfasst mindestens einen elektrischen Fahrzeuganschluss. Bei mehreren elektrischen Fahrzeuganschlüssen können diese für unterschiedliche Fahrzeugfunktionen vorgesehen sein, etwa für einen elektrischen Klimakompressor, für einen Heizwiderstand und/oder für eine Bordnetzbatterie (insbesondere eine Hochvolt-Traktionsbatterie) bzw. deren Lademodul.
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Die stationäre Leistungssteuerungsschaltung ist vorzugsweise mit einer Ansteuervorrichtung ausgestattet. Diese ist ansteuernd mit der mindestens einen Modulationsstufe und der mindestens einen Leistungspfad-Auswahlstufe verbunden. Die stationäre Leistungssteuerungsschaltung kann eine Datenschnittstelle aufweisen, die zur Datenübertragung, etwa Steuerbefehle, erfasste Betriebsparameter, ... von einem Fahrzeug und an ein Fahrzeug eingerichtet ist, insbesondere das Fahrzeug, das an einer Anschlussseite der Leistungssteuerungsschaltung angeschlossen ist.
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Die vorangehend genannten Ausführungsformen betreffen eine Leistungssteuerungsschaltung, bei der die Modulationsstufe(n) und die Auswahlstufe(n) stationär sind, wobei betreffende Anschlüsse eine Verbindung mit mobilen Einheiten (Fahrzeugen) ermöglichen. Im Folgenden werden weitere erfindungsgemäße Leistungssteuerungsschaltungen beschrieben, wobei vorgesehen ist, dass zumindest eine der Auswahlstufen und/oder die Modulationsstufe mobil sind und in einem Fahrzeug untergebracht sind. Die Leistungssteuerungsschaltungen weisen daher Anschlüsse zum Anbinden dieser mobilen Komponenten (d. h. mobile Modulationsstufe bzw. mobile Auswahlstufe) auf. Die mobilen Komponenten sind aufgrund der Anschlüsse der Leistungssteuerungsschaltung anbindbar. Es ergibt sich ein teilstationäres bzw. teilmobiles System.
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Es wird daher eine teilstationäre Leistungssteuerungsschaltung beschrieben, mit mehreren steuerbaren Leistungspfad-Auswahlstufen und mindestens einer steuerbaren Leistungs-Modulationsstufe. Die Leistungs-Modulationsstufe ist stationär oder liegt mobil in einem Fahrzeug vor. Eine Erste der Leistungspfad-Auswahlstufen ist stationär. Eine weitere der Leistungspfad-Auswahlstufen liegt mobil in einem Fahrzeug vor. Die Leistungssteuerungsschaltung hat eine erste und eine zweite Anschlussseite. Die erste und die zweite Anschlussseite sind über die Leistungspfad-Auswahlstufen und die mindestens eine Leistungs-Modulationsstufe miteinander verbunden. Die Erste der Anschlussseiten ist stationär. Die zweite der Anschlussseiten weist mehrere Anschlüsse auf, die über die mehreren Leistungspfad-Auswahlstufen auswählbar mit einem Leistungsanschluss der mindestens einen Leistungs-Modulationsstufe verbunden sind.
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Die erste Anschlussseite kann einen Netzanschluss aufweisen. Die Leistungssteuerungsschaltung kann ferner mit einem Gleichrichter ausgestattet sein. Dieser befindet sich zwischen der ersten Anschlussseite und der Leistungs-Modulationsstufe. Zwischen dem Gleichrichter und der Modulationsstufe ergibt sich ein Gleichspannungs-Zwischenkreis. Dieser kann insbesondere mit einer anderen Gleichstrom-Leistungsquelle (oder auch -Senke) verbunden werden, insbesondere mit einer Hochvoltbatterie, einer Photovoltaikanlage oder einer Brennstoffzelle. Diese vorangehend genannten Komponenten sind vorzugsweise stationär und können direkt oder über einen optionalen Spannungswandler oder Spannungsregler mit dem Gleichspannungs-Zwischenkreis verbunden werden. An den Gleichrichter kann ferner eine Biogas-, Windkraft- oder Kraft-Wärme-Kopplungsanlage oder eine andere Leistungsquelle angeschlossen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Modulationsstufe stationär. Die Weitere der Leistungspfad-Auswahlstufen, welche mobil in einem Fahrzeug vorliegt, ist über einen (lösbaren) Fahrzeuganschluss mit der Modulationsstufe verbunden.
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Weiterhin kann die Modulationsstufe stationär sein und über einen Netzanschluss an ein Versorgungsnetz angeschlossen sein (z. B. PV-Wechselrichter). Alternativ liegt die Modulationsstufe mobil in einem Fahrzeug vor. Die Modulationsstufe ist insbesondere über einen Fahrzeuganschluss mittelbar über einen stationären Gleichrichter mit einem Versorgungsnetz verbunden oder ist unmittelbar mit einem Versorgungsnetz verbunden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Modulationsstufe mobil in einem Fahrzeug vorliegt. Die Modulationsstufe verbindet einen mobilen elektrischen Energiespeicher mit der weiteren, mobilen Leistungspfad-Auswahlstufe. Die Modulationsstufe verbindet ferner den mobilen elektrischen Energiespeicher mit der ersten, stationären Leistungspfad-Auswahlstufe über einen Fahrzeuganschluss.
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Zumindest eine der Auswahlstufen kann eingerichtet sein, einzelne Phasen der daran angeschlossenen Anschlussseite, die mehrphasig ausgeführt ist, steuerbar in Stern- oder Dreieckschaltung zu verbinden. Hierzu kann zumindest eine der Auswahlstufen verwendet werden, welche entsprechend angeschlossen sind. Die Stern-Dreieicks-Umschaltung betrifft stationäre und teilstationäre Leistungssteuerungsschaltungen gleichermaßen. Die Auswahlstufen können hierzu Schalterelemente aufweisen, die zwischen verschiedene Phasen geschaltet sind, und die in bekannter Weise die Phasen in Dreieckskonfiguration schalten können, oder wahlweise in Sternkonfiguration (mit Sternpunkt) schalten können. Vorzugsweise ist die betreffende Anschlussseite dreiphasig.
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Schließlich wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der die Modulationsstufe stationär ist. Die Modulationsstufe kann einen Gleichstrom-Netzanschluss aufweisen. An diese ist eine stationäre Energieerzeugungsanlage angeschlossen oder anschließbar. Die Energieerzeugungsanlage ist insbesondere eine Photovoltaikanlage. Die Modulationsstufe verbindet den stationären Gleichstrom-Netzanschluss mit den Leistungspfad-Auswahlstufen.
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Der Präfix „Leistung” bedeutet, dass das so bezeichnete Merkmal (Modulationsstufe, Auswahlstufe, Anschlüsse, Ansteuerungsschaltung, Leistungspfad, Halbleiter, etc.) für eine Stromstärke von mindestens 1 A, mindestens 10 A, mindestens 50 A oder mindestens 100 A, gegebenenfalls von mindestens 200 oder 300 A ausgelegt ist.
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Die Auswahlstufe und/oder die Modulationsstufe sind vorzugsweise für Nenn-Betriebsspannungen von mindestens 12 V, mindestens 42 oder 48 Volt, von mindestens 60 V oder auch von mindestens 350 V, 360 V, 380 V oder 400 V, insbesondere von mindestens 500 V oder 600 V ausgelegt. Ferner können die einzelnen Schaltelemente der Auswahlstufe und/oder der Modulationsstufe mit Spitzensperrspannungen von mindestens 60 V, mindestens 250 V oder von mindestens 400 V oder 600 V, 650 V ausgelegt sein. Es können ferner Schaltelemente mit Spitzensperrspannungen von mindestens 800, 1200 oder mindestens 3300 V verwendet werden.
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Die hier genannten Elemente können ausgestaltet sein, wie in der Anmeldung
DE 10 2013 019 395 und in der Anmeldung
PCT/EP2014/072213 beschrieben ist; es werden für die gleichen Elemente in dieser Beschreibung die gleichen oder entsprechende Bezeichnungen wie in den genannten Anmeldungen verwendet.
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Die 1–5 zeigen beispielhafte Anwendungen zur Erläuterung von Ausführungsformen stationärer und teilstationärer Leistungssteuerungsschaltungen.
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Die 1 zeigt eine stationäre Anwendung, bei der eine Leistungs-Modulationsstufe 10 einer Leistungspfad-Auswahlstufe 20 vorgeschaltet ist. Auf der Seite der Leistungspfad-Auswahlstufe 20, die der Leistungs-Modulationsstufe 10 entgegengesetzt ist, sind mehrere Verbraucher vorgesehen, wobei die Leistungspfad-Auswahlstufe 20 zum einen die Verbraucher einzeln zuschalten oder abtrennen kann, und zum anderen vorzugsweise die Leistung jedes Verbrauchers durch Pulsweitenmodulation oder Schwingungspaketansteuerung oder Phasenanschnittsteuerung einstellen kann. Allgemein sind der Leistungspfad-Auswahlstufe 20 Leistungssenken oder Leistungsquellen (allgemein: Leistungskomponenten 30–36) nachgeschaltet, die stationär sind. Die Leistungskomponenten 30 und 32 können beispielsweise unterschiedliche (stationäre) Antriebe sein, etwa einer Pumpe, eines Lüfters, einer Zerkleinerungsanlage wie ein Mahlwerk, oder ähnliches. Die Leistungskomponenten 34 und 36 können einer (stationären) Heizung oder einer Klimaanlage (bzw. einem elektrisch betriebenen Klimakompressor) entsprechen.
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Die Modulationsstufe ist (über einen optionalen Gleichrichter 40, der auch einen Glättungskondensator umfassen kann) mit einer ersten Seite 50 verbunden, an die sich ein Wechselstrom-Versorgungsnetz anschließt. Die entgegengesetzte Seite entspricht der zweiten Anschlussseite 60, die (unter anderem) über die Modulationsstufe 10 und die Auswahlstufe 20 mit der ersten Seite 50 verbunden ist.
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Die Modulationsstufe 10 ist über den Gleichrichter 40 an ein Wechselstrom-Versorgungsnetz angeschlossen. Zwischen der Modulationsstufe 10 und dem Gleichrichter 40 ist ein Gleichspannungs-Zwischennetz ausgebildet. Dieses kann ggf. direkt an eine (stationäre oder mobile) Gleichspannungs-Komponente angeschlossen werden, etwa an eine Photovoltaikanlage, an eine Brennstoffzellenanlage, oder an einen (stationären oder mobilen bspw. zur Traktion verwendeten) elektrischen Hochvoltspeicher.
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Eine Ansteuervorrichtung C ist ansteuernd mit der Modulationsstufe 10 und der Auswahlstufe 20 verbunden, wie es mit den Doppelpfeilen darstellt ist.
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Mit dem Querstrich, der sich auf einer Verbindungslinie befindet, wird angegeben, dass es sich um eine mehrphasige Verbindung handelt, vorzugsweise um eine dreiphasige Verbindung. An der ersten und/oder an der zweiten Seite 50, 60 können Anschlüsse in Form von Steckanschlüssen aber auch von anderen Verbindungen (Schraub-, Einrast-, Löt- oder Einrastverbindungen) vorgesehen sein, um an der ersten Seite das Versorgungsnetz anzuschließen, oder um an der zweiten Seite die Komponenten 30–36 anzuschließen. In der 1 sind alle dargestellten Elemente stationär, etwa Teil einer elektrischen Anlage eines Gebäudes oder industriellen Betriebs.
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Die 2–6 zeigen teilstationäre Anwendungen. In den 1–6 entsprechen sich Elemente, deren (letzten) beiden Ziffern identisch sind, bzw. haben die gleichen Eigenschaften. Abweichend hiervon können Elemente mit wie vorangehend erwähnt vergleichbaren Bezugszeichen stationär oder mobil sein und hierdurch abweichende Eigenschaften haben.
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Die 2 zeigt einen teilstationären Fall, bei dem eine Modulationsstufe 110 einer Auswahlstufe 120 vorgeschaltet ist, wobei die Modulationsstufe 110 (über einen der Modulationsstufe vorgeschalteten Gleichrichter 140) eine erste Anschlussseite 150 mit einer zweiten Anschlussseite 160 verbindet.
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Die erste Anschlussseite 150 ist zum Anschluss an ein stationäres Versorgungsnetz eingerichtet. Die zweite Anschlussseite 160 ist teilweise für einen stationären Anschluss von Komponenten 130, 132 eingerichtet, sowie für die Anschluss von mobilen Komponenten 134, 136. Die zweite Anschlussseite 160 umfasst daher stationäre Anschlüsse a1, a2 (eingerichtet zur stationären Anbindung von Komponenten an die stationäre Auswahlstufe 120) sowie mobile Anschlüsse b1, b2 eingerichtet für den Anschluss von mobilen Komponenten 134, 136 an die stationäre Auswahlstufe 120. Die Anschlüsse a1, a2 können daher als Netzanschlüsse bezeichnet werden und sind zur stationären Anbindung von Komponenten geeignet. Die Anschlüsse b1, b2 können als elektrischen Fahrzeuganschluss bezeichnet werden, da über diese mobile Komponenten, d. h. Komponenten eines Fahrzeugs angeschlossen werden.
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Wie auch in 2–6 stellt die strichpunktierte Linie eine Grenzstelle zwischen einem mobilen Abschnitt M und einem stationären Abschnitt S dar. Daher befinden sich auch die Anschlüsse b1 und b2 an dieser Linie, da jenseits der Linie (in dem Abschnitt M) mobile Komponenten vorliegen und diesseits der Linie (in dem Abschnitt S) stationäre Komponenten vorliegen.
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In der 2 ist lediglich eine Auswahlstufe 120 dargestellt, die sowohl mit Fahrzeuganschlüssen b1, b2 als auch mit Netzanschlüssen a1, a2 verbunden ist. Diese Auswahlstufe dient daher zur gesteuerten Anbindung von mobilen und stationären Komponenten, insbesondere zur Auswahl von Leistungspfaden, die rein stationär sind, und Leistungspfaden, die zu einer mobilen Komponente führen.
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In der 3 ist wie in den 1 und 2 eine Modulationsstufe 210 dargestellt, die über einen (optionalen) Gleichrichter 240 mit einer ersten Anschlussseite 250 verbunden ist. Diese erste Anschlussseite 250 ist zum Anschluss an ein Versorgungsnetz ausgebildet. Im Gegensatz zu den 1 und 2 sind mehrere Auswahlstufen 220a, b dargestellt, die gemeinsam an die Modulationsstufe 210 angeschlossen sind. Die Auswahlstufe 220a ist mit stationären Komponenten 230, 232 verbunden, insbesondere an der zweiten Seite 260. Es sind vorzugsweise stationäre Anschlüsse bzw. Netzanschlüsse wie in 2 mit den Bezugszeichen a1, a2 vorgesehen, die mit der Auswahlstufe 220a verbunden sind. Es sind ferner vorzugsweise Fahrzeuganschlüsse vorgesehen, etwa wie in 2 mit den Bezugszeichen b1, b2 dargestellt ist, welche mit der anderen Auswahlstufe 220b verbunden sind. Die Auswahlstufe 220a ist zur Anbindung stationärer Komponenten vorgesehen (etwa stationäre Antriebe 230, 232), und die Auswahlstufe 220b ist zur Anbindung mobiler Komponenten vorgesehen, etwa ein elektrisch betriebener Klimakompressor 234 eines Fahrzeugs und ein Heizwiderstand 236 eines Fahrzeugs. In der 3 liegen jedoch beide Auswahlstufen 220a, b stationär vor, d. h. innerhalb des Abschnitt S, während die mobilen Komponenten 234, 236 in dem mobilen Abschnitt M liegen.
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In der 4 ist wie in den vorangehend beschriebenen Figuren eine Modulationsstufe 310 dargestellt, die über einen (ggf. optionalen) Gleichrichter 340 mit einer ersten Anschlussseite 350 angeschlossen ist, welche zur Anbindung an ein (stationäres) Versorgungsnetz dient. Eine erste Auswahlstufe 320a verbindet die Modulationsstufe 310 mit einer zweiten Anschlussseite 360 über Netzanschlüsse und eine zweite Auswahlstufe 320b ist über einen Fahrzeuganschluss mit der Modulationsstufe 310 verbunden und liegt innerhalb eines Fahrzeugs vor. Die an die erste Auswahlstufe 320a angeschlossenen Komponente 330, 332 sind stationär, während die an die zweite Auswahlstufe 320b angeschlossenen Komponenten 334, 336 wie auch die zweite Auswahlstufe selbst mobil in einem Fahrzeug vorliegen. Die mobilen Komponenten sind über die zweite Auswahlstufe leistungsübertragend angebunden, da die zweite Auswahlstufe über einen Fahrzeuganschluss (nicht dargestellt) der Leistungssteuerungsschaltung angeschlossen ist. In den mobilen Abschnitt M fallen daher die Komponenten 334 und 336 sowie die zweite Auswahlstufe 320b. Insbesondere die Modulationsstufe 310 und die erste Auswahlstufe 320a sind stationär. Allgemein ist der Gleichrichter insbesondere eingerichtet, Energie von der ersten Anschlussseite an die Modulationsstufe bzw. in die Richtung der Modulationsstufe zu übertragen. Alternativ oder in Kombination hiermit kann der Gleichrichter eingerichtet sein, Energie von der Modulationsstufe kommend an die ersten Anschlussseite zu übertragen, wobei dies den Fall einer mobilen Energiequelle entspricht, die Energie in eine stationäre Komponente oder ein stationäres (Versogungs-)Netz einspeist.
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In der 5 ist eine mobile Modulationsstufe 410 dargestellt, der eine mobile (zweite) Auswahlstufe 420b nachgeschaltet ist, während eine erste Auswahlstufe 420a stationär ist und über einen Fahrzeuganschluss (nicht dargestellt) an die fahrzeugseitige Modulationsstufe 410 angeschlossen ist. Der mobile Abschnitt M umfasst daher die Modulationsstufe 410 und die zweite Auswahlstufe 420a. Die mobilen Komponenten 434 und 436 sind über die zweite Anschlussseite an die zweite Auswahlstufe angeschlossen. Die stationären Komponenten 430, 432 sind ebenso über die zweite Anschlussseite 460 angeschlossen, insbesondere über die erste Auswahlstufe 420a. Die zweite Anschlussseite 460 umfasst daher einen stationären Teil (mit Netzanschlüssen, nicht dargestellt), sowie einen mobilen Teil, in dem Bordnetzanschlüsse vorgesehen sind, um mobile Komponenten 434 und 436 an die mobile zweite Auswahlstufe 420b anzubinden.
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In der 6 ist eine Modulationsstufe 510 an eine erste Anschlussseite 550 angeschlossen. Die erste Anschlussseite 550 ist in diesem Fall für eine Gleichspannung ausgelegt. Die Modulationsstufe 510 ist daher direkt, d. h. ohne Gleichrichter, an der ersten Anschlussseite 550 angeschlossen. Ein Energiespeicher, beispielsweise ein Hochvoltakkumulator 570, kann an diese erste Anschlussseite 550 angeschlossen sein. Falls die erste Anschlussseite stationär ist, kann eine Photovoltaikanlage bzw. eine Photovoltaikanlage mit vorgeschaltetem DCDC-Wandler anstatt oder in Kombination mit dem Hochvoltakkumulator angeschlossen sein. Der Energiespeicher ist insbesondere ein elektrischer Energiespeicher (d. h. zur Aufnahme und Abgabe elektrischer Energie ausgestaltet) und kann als elektrostatischer Speicher (Kondensator), elektrochemischer Speicher (Akkumulator) oder elektrochemischer Speicher (Superkondensator) ausgebildet sein, oder kann eine nicht elektrisch speichernde Speichereinheit und Wandler aufweisen, etwa eine Brennstoffzellenvorrichtung oder ein Druckluftspeicher mit entsprechenden mechanisch-elektrischen Wandlern.
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In der 6 ist die erste Anschlussseite mobil (d. h. liegt innerhalb des mobilen Bereichs M), und entspricht insbesondere einem Anschluss zur Hochvolt-Traktionsbatterie 570 eines Fahrzeugs. Eine der Modulationsstufe 510 nachgeschaltete zweite Auswahlstufe 520b ist ebenso mobil vorgesehen, während eine erste Auswahlstufe 520a stationär vorliegt (d. h. innerhalb des stationären Bereichs S). Die erste Auswahlstufe 520a kann über einen Fahrzeuganschluss (nicht dargestellt) mit der Modulationsstufe 510 verbunden werden. Stationär sind ferner zwei Komponenten 530, 532 vorgesehen, die über eine zweite Anschlussseite 560 an die erste Auswahlstufe 520a angeschlossen sind. Zudem sind zwei mobile Komponenten 534 und 536 vorgesehen, die über die zweite Anschlussseite mit der zweiten Auswahlstufe verbunden sind. Auch hier umfasst die zweite Anschlussseite zwei Teile, nämlich einen stationären Teil und einen mobilen Teil, der sich in einem Fahrzeug befindet, und an dem die Komponenten 534 und 536 an die zweite Auswahlstufe 520b angeschlossen sind. Der zweite Teil ist somit ein fahrzeugseitiger Bordnetzanschluss. Ferner kann die Auswahlstufe mobil sein (d. h. fahrzeugseitig angeordnet), während mindestens eine angeschlossene Komponenten, etwa ein Verbraucher, stationär ist und mindestens eine Komponente, etwa ein Verbraucher, mobil ist bzw. fahrzeugseitig angeordnet ist. Hier beschreibt ”mobil” die Möglichkeit der Mobilität, so dass auch prinzipiell mobile und dennoch zeitweise stehende (parkende) Komponenten darunter fallen.
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Auf diese Weise kann das Fahrzeug mit den stationären Komponenten verbunden werden und beispielsweise ein Versorgungsnetz mittels der fahrzeugseitigen Traktionsbatterie stützen (oder auch von diesem geladen werden). Ferner kann durch die hier beschriebene Anbindung eine fahrzeugseitige Komponente von dem stationären Versorgungsnetz (oder einer anderen stationären Komponenten wie ein lokales Kraftwerk wie eine Photovoltaikanlage) gespeist werden, etwa eine Klimaanlage oder eine elektrische Heizung an Bord des Fahrzeugs.
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Bei einer anderen als der in 6 dargestellten Unterteilung mittels der strichpunktierten Linie kann der Speicher 550 ein stationärer Energiespeicher sein, etwa eine stationäre Hochvoltbatterie. In diesem Fall kann die Modulationsstufe stationär oder mobil sein und über einen Fahrzeuganschluss angebunden sein. In allen anhand 6 dargestellten Fällen befindet sich die erste Anschlussseite 550 in einem (zweileiterbasiertem) Gleichspannungsnetz. Dieses kann ein lokales (Haus-internes) Gleichspannungsnetz sein, etwa ein Gleichspannungsnetz, in das auch eine Photovoltaikanlage oder eine Brennstoffzellenanlage einspeisen, oder kann ein Zwischenkreis sein, der nur zwischen einem Gleichrichter und der Modulationsstufe besteht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013019395 [0029]
- EP 2014/072213 [0029]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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