DE102016200668A1 - Transport means and circuit arrangement for operation of an electrical machine by means of two energy storage - Google Patents

Transport means and circuit arrangement for operation of an electrical machine by means of two energy storage Download PDF

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Abstract

Es werden ein Fortbewegungsmittel und eine Schaltungsanordnung für einen Betrieb einer elektrischen Maschine (1) vorgeschlagen. Die Schaltungsanordnung umfasst: – einen Mehrspannungsinverter mit – einem ersten Anschluss (2) für eine erste Spannungsquelle, – einem zweiten Anschluss (3) für eine zweite Spannungsquelle und – einem dritten Anschluss (4) für die elektrische Maschine (1), und – ein zusätzliches nichtlineares Bauelement (T19, T20), wobei das zusätzliche nichtlineare Bauelement (T19, T20) einen Knotenpunkt (0) zwischen dem ersten Anschluss (2) und dem zweiten Anschluss (3) in einen dem ersten Anschluss zugeordneten oberen Knotenpunkt (0b) und einen dem zweiten Anschluss (3) zugeordneten unteren Knotenpunkt (0a) trennt.A means of locomotion and a circuit arrangement for operation of an electric machine (1) are proposed. The circuit arrangement comprises: a multi-voltage inverter with a first terminal (2) for a first voltage source, a second terminal (3) for a second voltage source, and a third terminal (4) for the electrical machine (1), and additional nonlinear device (T19, T20), wherein the additional nonlinear device (T19, T20) has a node (0) between the first port (2) and the second port (3) in an upper node (0b) and associated with the first port a lower node (0a) associated with the second port (3).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel und eine elektrische Anordnung für einen Betrieb einer elektrischen Maschine mittels zweier elektrischer Energiespeicher. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Erweiterung des Funktionsumfangs sowie des Aufbaus im Stand der Technik bekannter Mehrspannungsinverter, nachfolgend "Multilevel-Inverter" genannt.The present invention relates to a means of locomotion and an electrical arrangement for operation of an electrical machine by means of two electrical energy storage. In particular, the present invention relates to an extension of the functional scope and the structure known in the art multi-voltage inverter, hereinafter referred to as "multilevel inverter".

Hybride Batteriesysteme können unterschiedlich ausgestaltet sein und mit verschiedenen Leistungselektronik-Toppologien aufgebaut werden. Vor allem ist das System mit Multilevel-Invertern für Hybrid-Anwendungen von großer Bedeutung. Auch für die Multilevel-Inverter gibt es verschiedene Toppologien, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Multilevel-Inverter mit einem neutralen Anschlusspunkt (Neutral Point Clampet(NPC)-Multilevel-Inverter) betrachtet werden soll. NPC-Multilevel-Inverter sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt und üblicherweise wie in der später noch eingehend diskutierten 1 dargestellt aufgebaut. Hierbei sind zwei Energiequellen für den Betrieb eines Fortbewegungsmittels bzw. eines jeweiligen Fortbewegungsmittels vorgesehen. Hybrid battery systems can be designed differently and constructed with different power electronics topologies. Above all, the system with multilevel inverters is of great importance for hybrid applications. There are also different topologies for the multilevel inverters, in particular a multilevel inverter with a neutral connection point (neutral point clamp (NPC) multilevel inverter) being considered within the scope of the present invention. NPC multilevel inverters are basically known in the prior art and usually as discussed in detail later 1 shown constructed. In this case, two energy sources for the operation of a means of locomotion or a respective means of locomotion are provided.

Aufgabe der Erfindung ist es, Energie von einer Energiequelle und/oder von der zweiten Energiequelle auf einen Elektromotor zu bringen, wobei möglichst geringe ohmsche Verluste in den Halbleitern erzeugt werden sollen. The object of the invention is to bring energy from an energy source and / or from the second energy source to an electric motor, wherein the lowest possible ohmic losses are to be generated in the semiconductors.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Energiespeicher, welcher am Multilevel-Inverter angeschlossen ist, durch einen zweiten Energiespeicher, welcher am Multilevel-Inverter angeschlossen ist, zu laden.A further object of the present invention is to charge an energy store, which is connected to the multilevel inverter, by means of a second energy store, which is connected to the multilevel inverter.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung für einen Betrieb einer elektrischen Maschine gelöst. Die elektrische Maschine kann beispielsweise als Synchron-Maschine ausgestaltet sein. Die elektrische Maschine kann beispielsweise als mehr-phasige elektrische Maschine, insbesondere als Drehstrommaschine, ausgestaltet sein. Grundsätzlich umfasst die Schaltungsanordnung einen Multilevel-Inverter, wie er im Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist. Dieser weist einen ersten Anschluss für eine erste Spannungsquelle (z. B. eine Batterie, eine Brennstoffzelle, o. ä.) und einen zweiten Anschluss für eine zweite Spannungsquelle (eine Batterie, ein Akkumulator o. ä.) auf. Ein dritter Anschluss ist vorgesehen, um die elektrische Maschine elektrisch zu kontaktieren. Während die vorgenannten Elemente aus dem Stand der Technik bekannt sind, ist ein zusätzliches nichtlineares Bauelement (z. B. eine Diode und/oder ein Schalter, insbesondere ein steuerbarer Schalter) vorgesehen, welches einen Knotenpunkt zwischen dem ersten Anschluss für die erste Spannungsquelle und dem zweiten Anschluss für die zweite Spannungsquelle teilt. Mit anderen Worten wird der Knotenpunkt zwischen dem ersten Anschluss/ der ersten Spannungsquelle und dem zweiten Anschluss/ der zweiten Spannungsquelle geteilt und das zusätzliche nicht lineare Bauelement zur anschließenden elektrischen Verbindung zwischen die Teile des Knotenpunktes geschaltet. Auf diese Weise werden ein erster (oberer) Knotenpunkt und ein zweiter (unterer) Knotenpunkt erhalten, welche durch das nichtlineare Bauelement elektrisch miteinander verbunden werden (können). Gegenüber einem im Stand der Technik bekannten Multilevel-Inverter, welcher lediglich die Betriebspunkte "nur die erste Batterie wird für den Betrieb der elektrischen Maschine verwendet", "nur die zweite Batterie wird für den Betrieb der elektrischen Maschine verwendet" und "die beiden Batterien werden in Serie geschaltet, um die elektrische Maschine zu betreiben", kennt, kennt die wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zusätzlich den Betriebspunkt "die beiden Quellen werden parallel geschaltet". Für den Fall der Parallelisierung der zwei Quellen wurde hinsichtlich Spannungslage der Quellen nichts vorausgesetzt, aber bei unterschiedlichen Spannungslagen wird zuerst die Quelle mit der höheren Spannungslage verwendet, bis die beiden Quellen in etwa dieselbe Spannungslage haben. Erst anschließend wird Energie aus beiden Spannungsquellen entnommen. Auf diese Weise kann mittels der vorliegenden Erfindung bei Bedarf ein hoher Strom mit gleicher Spannungslage entnommen werden. Die Spannung an der elektrischen Maschine kann durch Addieren der beiden Batteriespannungen drastisch erhöht werden. Zusätzlich kann ein Ladungsausgleich der verwendeten Energiespeicher ohne zusätzliche Bauteile und Steuerungsaufwand realisiert werden. Zudem können 650 V-IGBT verwendet werden (z. B. bei einer Quellenspannungslage von jeweils bis zu 450 V). Schließlich kann die Zellenlebensdauer durch die Entlastung erhöht werden, da die Parallelisierung die zwei Quellen jeweils mit einer halben Stromstärke pro Quelle anstatt mit einer vollen Stromstärke und daher erheblich geringeren Verlusten innerhalb der Batterie und innerhalb der elektrischen Schaltung betreibt. Die Spannung an der Last (z.B. der elektrischen Maschine) ist durch vorbestimmtes Schalten der in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung enthaltenen Schalter einstellbar. Je nach Ausführung und Anzahl der Stränge bzw. nach Anzahl der Phasen der elektrischen Maschine können in den Grundzügen entsprechende Schaltmuster verwendet werden, um die erfindungsgemäß erzielten Vorteile zu verwirklichen.The above-identified object is achieved by a circuit arrangement for operation of an electric machine. The electrical machine can be configured, for example, as a synchronous machine. The electric machine can be designed, for example, as a multi-phase electric machine, in particular as a three-phase machine. Basically, the circuit arrangement comprises a multilevel inverter, as is basically known in the prior art. This has a first connection for a first voltage source (eg a battery, a fuel cell, or the like) and a second connection for a second voltage source (a battery, an accumulator or the like). A third connection is provided to electrically contact the electric machine. While the foregoing elements are known in the art, an additional non-linear device (eg, a diode and / or a switch, in particular a controllable switch) is provided which provides a node between the first terminal for the first voltage source and the first terminal second connection for the second voltage source shares. In other words, the node between the first terminal / the first voltage source and the second terminal / the second voltage source is divided and the additional non-linear component connected for subsequent electrical connection between the parts of the node. In this way, a first (upper) node and a second (lower) node are obtained which can be electrically connected to each other by the nonlinear device. Compared to a known in the art multilevel inverter, which only the operating points "only the first battery is used for the operation of the electric machine", "only the second battery is used for the operation of the electric machine" and "the two batteries connected in series in order to operate the electric machine ", knows the circuit arrangement according to the invention as described above additionally the operating point" the two sources are connected in parallel ". In the case of the parallelization of the two sources, nothing was presupposed with regard to the voltage situation of the sources, but at different voltage levels, first the source with the higher voltage position is used until the two sources have approximately the same voltage level. Only then energy is taken from both voltage sources. In this way, by means of the present invention, if necessary, a high current with the same voltage level can be removed. The voltage on the electric machine can be drastically increased by adding the two battery voltages. In addition, a charge balance of the energy storage used can be realized without additional components and control effort. In addition, 650 V IGBTs can be used (eg with a source voltage level of up to 450 V each). Finally, the cell life can be increased by the discharge, since the parallelization operates the two sources each with a half current per source rather than a full amperage and therefore significantly lower losses within the battery and within the electrical circuit. The tension on the load (Eg the electric machine) can be adjusted by predetermined switching of the switch contained in the circuit arrangement according to the invention. Depending on the design and number of strands or according to the number of phases of the electrical machine corresponding switching pattern can be used in the basic features in order to realize the advantages achieved according to the invention.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Das nichtlineare Bauelement kann eine Diode umfassen, wodurch sich der Aufbau des zusätzlichen nichtlinearen Bauelementes insbesondere für den Fall vereinfacht, dass die Diode das alleinige zusätzliche nichtlineare Bauelement darstellt. Um zusätzlich ein Laden der ersten Spannungsquelle durch die zweite Spannungsquelle zu ermöglichen, kann das zusätzliche nichtlineare Bauelement mindestens einen ersten gesteuerten Schalter aufweisen. In der Praxis werden häufig zwei gegenläufig in Reihe miteinander geschaltete Bipolar-Transistoren mit isoliertem Gate (IGBT) verwendet, welche eine Freilaufdiode umfassen.The non-linear device may comprise a diode, thereby simplifying the structure of the additional non-linear device, in particular in the event that the diode is the sole additional non-linear device. In order additionally to allow charging of the first voltage source by the second voltage source, the additional non-linear component may have at least one first controlled switch. In practice, two oppositely series-connected bipolar insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are often used which comprise a freewheeling diode.

Alternativ oder zusätzlich kann den Dioden eines jeden Brückenzweiges des Multilevel-Inverters ein jeweiliger steuerbarer Schalter parallel geschaltet sein. Bei geeignet getakteter Ansteuerung der steuerbaren Schalter kann eine Vielzahl Betriebszustände erzielt werden, auf welche in Verbindung mit den beigefügten Figuren im Detail eingegangen wird.Alternatively or additionally, the diodes of each bridge branch of the multilevel inverter, a respective controllable switch may be connected in parallel. With suitably clocked control of the controllable switch, a plurality of operating states can be achieved, which will be discussed in detail in connection with the accompanying figures.

Ein Beispiel für eine mögliche Ansteuerung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schaltungsanordnung wird durch die in Anspruch 3 enthaltene Tabelle beschrieben. Hierbei werden die in den Betriebszuständen I bis IV jeweils enthaltenen Zeilen beispielsweise chronologisch von oben nach unten durchlaufen, sodass sich eine entsprechende Zeitfolge für die Zustände der enthaltenen Elemente ableiten lässt. Die Schalter T1 bis T12 sind einzelnen Halbbrücken (1. HB, 2. HB, 3. HB) bzw. Strängen zugeordnet. Die dargestellte Tabelle stellt also Schaltanweisungen für den Fall dar, dass drei Halbbrücken (z. B. für den Betrieb einer drei-phasigen elektrischen Maschine) in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehen sind. Die Schaltzustände der Schalter T19, T20 als exemplarische Bestandteile eines zusätzlichen nichtlinearen Bauelementes stellen einen wesentlichen Unterschied zum Stand der Technik in Verbindung mit dem Betriebszustand III dar. In der Tabelle nach Anspruch 3 bedeutet eine leere Zelle einen offenen Schalter, D einen Betrieb als Freilaufdiode und 1 einen geschlossenen (leitenden) Schalter.An example of a possible activation of the circuit arrangement proposed according to the invention is described by the table contained in claim 3. In this case, the rows contained in the operating states I to IV, for example, are chronologically traversed from top to bottom, so that a corresponding time sequence for the states of the contained elements can be derived. The switches T1 to T12 are assigned to individual half bridges (1st HB, 2nd HB, 3rd HB) or strands. The illustrated table thus represents switching instructions for the case where three half-bridges (eg for the operation of a three-phase electrical machine) are provided in the circuit arrangement according to the invention. The switching states of the switches T19, T20 as exemplary components of an additional non-linear component represent a significant difference from the prior art in connection with the operating state III. In the table according to claim 3, an empty cell means an open switch, D an operation as a freewheeling diode and 1 a closed (conductive) switch.

Um die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zusätzlich zum Laden einer ersten Batterie durch eine zweite Batterie (im Fahrbetrieb oder im Standbetrieb, wobei sich in Letzterem die elektrische Maschine nicht dreht) verwenden zu können, kann in mindestens einem Brückenzweig des Multilevel-Inverters eine Induktivität als Speicherdrossel vorgesehen werden. Die Induktivität bzw. Speicherdrossel kann beispielsweise zwischen dem ersten Anschluss für die erste Spannungsquelle und dem dritten Anschluss für die elektrische Maschine (z. B. eines jeweiligen Strangs des Multilevel-Inverters) vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Induktivität bzw. Speicherdrossel beispielsweise zwischen dem zweiten Anschluss für die zweite Spannungsquelle und dem dritten Anschluss für die elektrische Maschine (z. B. eines jeweiligen Strangs des Multilevel-Inverters) angeordnet sein. Durch die Induktivität kann ein Strom auch entgegen einer höheren Spannungslage getrieben werden, indem eine zunächst einen Strom durch die Induktivität treibende Spannungsquelle abgeschaltet bzw. von der Induktivität getrennt wird. Auf diese Weise kann beispielsweise eine erste Batterie mit einer geringeren Spannungslage verwendet werden, um eine zweite Batterie mit einer höheren Spannungslage zu laden.In order to be able to use the circuit arrangement according to the invention in addition to charging a first battery by a second battery (in driving operation or in stationary operation, in which latter the electric machine does not rotate), an inductance can be provided as a storage choke in at least one bridge branch of the multilevel inverter , The inductance or storage choke can be provided, for example, between the first connection for the first voltage source and the third connection for the electrical machine (for example of a respective strand of the multilevel inverter). Alternatively or additionally, the inductance or storage choke can be arranged, for example, between the second connection for the second voltage source and the third connection for the electrical machine (for example of a respective strand of the multilevel inverter). By means of the inductance, a current can also be driven against a higher voltage position by disconnecting a voltage source which initially drives a current through the inductance or disconnecting it from the inductance. In this way, for example, a first battery with a lower voltage level can be used to charge a second battery with a higher voltage level.

Um mittels der Induktivität eine Ausgangsspannung am dritten Anschluss für die elektrische Maschine unabhängig von einer Spannungslage der jeweiligen Spannungsquellen einstellen zu können, kann die Anordnung eingerichtet sein, vordefinierte Schalter des Multilevel-Inverters getaktet zu betreiben. Ein Beispiel für eine Betriebsweise der Schaltungsanordnung mit zusätzlichen Induktivitäten bzw. Speicherdrosseln wird durch die Tabelle nach Anspruch 6 dargestellt, für welche die in Verbindung mit der Tabelle nach Anspruch 3 gemachten Aussagen ebenfalls gelten. Der Betriebszustand IV bezieht sich nun auf den Fall, dass im Wesentlichen eine am ersten Anschluss anliegende Spannung gleich einer am zweiten Anschluss anliegenden Spannung ist, während die Betriebszustände V, VI und VII neue Betriebszustände zum parallelen Betreiben der elektrischen Maschine mit zwei Spannungsquellen unterschiedlicher Spannungslage (Betriebszustände V und VI) bzw. das Laden eines am zweiten Anschluss angeschlossenen Energiespeichers durch einen am ersten Anschluss angeschlossenen Energiespeicher ermöglichen, wobei im Wesentlichen eine am ersten Anschluss anliegende Spannung größer als eine am zweiten Anschluss anliegende Spannung ist (Betriebszustand VII).In order to be able to set an output voltage at the third connection for the electrical machine independently of a voltage position of the respective voltage sources by means of the inductance, the arrangement can be set up to operate clocked switches of the multilevel inverter in clocked fashion. An example of an operation of the circuit arrangement with additional inductors or storage chokes is represented by the table according to claim 6, for which the statements made in connection with the table according to claim 3 also apply. The operating state IV now relates to the case that substantially a voltage applied to the first terminal is equal to a voltage applied to the second terminal, while the operating conditions V, VI and VII new operating states for operating the electric machine in parallel with two voltage sources of different voltage ( Operating states V and VI) and the charging of an energy store connected to the second terminal by an energy store connected to the first terminal, wherein substantially a voltage applied to the first terminal is greater than a voltage applied to the second terminal (operating state VII).

Zusätzlich zur Tabelle nach Anspruch 3 sind in der Tabelle nach Anspruch 6 die Bezeichnungen „FDT" für eine Stromkommutierung durch die Freilaufdioden des jeweiligen Schalters bei getaktetem Betrieb, „T“ für einen getakteten Betrieb des jeweiligen Schalters und „k“ als Parameter für das Tastverhältnis beim getakteten Betrieb des jeweiligen Schalters enthalten. Als mögliche Bereichsgrenzen für das Taktverhältnis seien hiermit sämtliche ganzzahlig durch zehn teilbaren Prozentsätze zwischen 0 und 100 offenbart.In addition to the table according to claim 3 are in the table according to claim 6, the designations "FDT" for a current commutation by the freewheeling diodes of the respective switch in clocked operation, "T" for a clocked operation of the respective switch and "k" included as a parameter for the duty cycle in the clocked operation of the respective switch. As possible range limits for the clock ratio are hereby all integer divided by ten divisible percentages between 0 and 100.

Die Spannung an der elektrischen Maschine ist durch geeignetes Ansteuern der Schalter der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung einstellbar. Um sinusförmige Ströme in der elektrischen Maschine zu erzielen, müssen bestimmte Schalter der Schaltungsanordnung in geeigneter Weise getaktet betrieben werden. Die zu taktenden Schalter können beispielsweise im Gleichtakt geschaltet werden. Das Tastverhältnis des Schaltmusters kann in Abhängigkeit der Spannungslagen der beiden Spannungsquellen am ersten Anschluss und am zweiten Anschluss gewählt werden. Auch in der Anordnung mit Speicherdrosseln bzw. beim Betrieb gemäß der Tabelle aus Anspruch 6 kann ein Schalter des nichtlinearen zusätzlichen Bauelements durch eine Diode ersetzt werden, sofern ein Laden eines ersten Energiespeichers durch einen zweiten Energiespeicher nicht willkürlich vorgenommen werden können soll. Die durch die Tabelle gemäß Anspruch 6 definierte Betriebsweise kann in Abhängigkeit einer angepassten Schaltungsvariante durch den Fachmann in entsprechender Weise angepasst werden, ohne dass dieser hierzu einer expliziten Anleitung bedarf. Bevorzugt kann ein vierter Anschluss als Netzanschluss zwischen der Induktivität (Speicherdrossel) und dem dritten Anschluss vorgesehen sein. Um die Batterie mit möglichst wenig Bauteilen von verschiedenen Energiequellentypen (Wechselstrom, Gleichstrom, ein-phasig, drei-phasig etc.) laden zu können, kann sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung die in der Praxis an elektrischen Netzanschlüssen stets vorhandenen Netzfilterkondensatoren zu Nutze machen. Mit anderen Worten kann an dem vierten Anschluss (welcher ebenso wie der dritte Anschluss z.B. ein-phasig oder mehr-phasig ausgestaltet sein kann) eine elektrische Verbindungsleitung zu einem Energienetz angeschlossen werden, wobei mit drei Netzfilterkondensatoren die am ersten Anschluss angeschlossene Batterie mit einer drei-phasigen Quelle geladen werden kann, mit nur einem Netzfilterkondensator die Batterie am ersten Anschluss von einer zwei-phasigen Quelle geladen werden kann und ohne zusätzliche Bauteile die Batterie am ersten Anschluss von einer Gleichspannungsquelle unter der Voraussetzung, dass die Spannungslage der Gleichspannungsquelle kleiner oder gleich der Spannungslage der Batterie am ersten Anschluss ist, geladen werden kann.The voltage on the electric machine can be adjusted by suitably activating the switches of the circuit arrangement according to the invention. In order to achieve sinusoidal currents in the electrical machine, certain switches of the circuit arrangement must be operated clocked in a suitable manner. For example, the switches to be clocked can be switched in common mode. The duty cycle of the switching pattern can be selected depending on the voltage levels of the two voltage sources at the first terminal and the second terminal. Also in the arrangement with storage chokes or during operation according to the table of claim 6, a switch of the non-linear additional device can be replaced by a diode, unless charging a first energy storage by a second energy storage should not be arbitrarily made. The mode of operation defined by the table according to claim 6 can be adapted in a corresponding manner by the person skilled in the art, depending on a modified circuit variant, without requiring an explicit instruction for this purpose. Preferably, a fourth connection can be provided as a network connection between the inductance (storage choke) and the third connection. In order to be able to charge the battery with as few components as possible from different types of energy sources (alternating current, direct current, single-phase, three-phase, etc.), the circuit arrangement according to the invention can make use of the line filter capacitors which are always present in practice at electrical mains connections. In other words, an electrical connecting line to a power grid can be connected to the fourth connection (which, like the third connection, may be single-phase or multi-phase), with three mains filter capacitors connecting the battery connected to the first connection with a three-line filter capacitor. can be charged with only a line filter capacitor, the battery at the first terminal of a two-phase source and without additional components, the battery at the first terminal of a DC voltage source, provided that the voltage level of the DC voltage source is less than or equal to the voltage level the battery is on the first port, can be charged.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel (z. B. ein Pkw, ein Transporter, ein Lkw, ein Luft- und/oder Wasserfahrzeug) vorgeschlagen, welches eine Schaltungsanordnung gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Die Schaltungsanordnung kann zur Versorgung einer elektrischen Traktionsmaschine oder einer anderen elektrischen Maschine des Fortbewegungsmittels verwendet werden. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen daher derart ersichtlich denjenigen des erstgenannten Erfindungsaspekts, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.According to a second aspect of the present invention, there is proposed a means of transportation (eg, a car, a van, a truck, an air and / or water vehicle) having a circuit arrangement according to the first aspect of the invention. The circuit arrangement can be used to supply an electric traction machine or another electric machine of the means of locomotion. The features, combinations of features and the advantages arising therefrom therefore correspond so clearly to those of the first-mentioned aspect of the invention that reference is made to the above statements to avoid repetition.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:

1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Multilevel-Inverters mit neutralem Anschlusspunkt (NPC-MLI) mit zwei Batterien als Gleichspannungsquellen und einer drei-phasigen elektrischen Maschine; 1 a circuit diagram of an embodiment of a multilevel inverter with neutral connection point (NPC-MLI) with two batteries as DC voltage sources and a three-phase electric machine;

2 ein Schaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Modifikation des NPC-MLI nach 1; 2 a circuit diagram of a first modification according to the invention of the NPC-MLI after 1 ;

3 ein Schaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Modifikation des NPC-MLI nach 1; 3 a circuit diagram of a second inventive modification of the NPC-MLI according to 1 ;

4 ein Schaltbild einer dritten erfindungsgemäßen Modifikation eines NPC-MLI nach 1; 4 a circuit diagram of a third inventive modification of an NPC-MLI according to 1 ;

5 ein Schaltbild einer vierten erfindungsgemäßen Modifikation eines NPC-MLI nach 1; 5 a circuit diagram of a fourth inventive modification of an NPC-MLI after 1 ;

6 ein Schaltbild einer fünften erfindungsgemäßen Modifikation eines NPC-MLI nach 1; und 6 a circuit diagram of a fifth inventive modification of an NPC-MLI according to 1 ; and

7 eine Prinzipskizze veranschaulichend Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels. 7 a schematic diagram illustrating components of an embodiment of a means of transport according to the invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt einen NPC-MLI, welcher an einem ersten Anschluss 2 eine Batterie B1 als Gleichspannungsquelle mit einem Innenwiderstand Ri1 und an einem zweiten elektrischen Anschluss 3 eine zweite Batterie B2 als elektrische Gleichspannungsquelle mit einem Innenwiderstand Ri2 aufweist. Ausgangsseitig ist der NPC-MLI mit einer dreiphasigen elektrischen Maschine 1 gekoppelt, welche drei Induktivitäten L1, L2, L3 und jeweils in Reihe zu diesen geschaltete ohmsche Widerstände R1, R2, R3 zur Repräsentanz der ohmschen Verluste aufweist. Ein an dem ersten Anschluss 2 angeschlossener erster Strang SI weist einen ersten Schalter T1, einen zweiten Schalter T2, einen dritten Schalter T3 und einen vierten Schalter T4 auf. Sämtliche Schalter sind in der dargestellten Schaltung als Bipolartransistoren mit isoliertem Gate („IGBT“) ausgestaltet. 1 shows an NPC MLI which is connected to a first port 2 a battery B1 as a DC voltage source with an internal resistance R i1 and at a second electrical connection 3 a second battery B2 as a DC electric power source having an internal resistance R i2 . On the output side is the NPC-MLI with a three-phase electrical machine 1 coupled, which has three inductances L1, L2, L3 and each connected in series with these ohmic resistors R1, R2, R3 for representing the ohmic losses. One at the first connection 2 connected first strand SI has a first switch T1, a second switch T2, a third switch T3 and a fourth switch T4. All switches in the illustrated circuit are implemented as insulated gate bipolar transistors ("IGBTs").

Zwischen einem zweiten Anschluss des ersten Schalters T1 und einem ersten Anschluss des zweiten Schalters T2 ist eine erste Diode D1 angeschlossen, welche andererseits an den neutralen Anschlusspunkt 0 angeschlossen ist. Die Flussrichtung der Diode D1 ist in Richtung des ersten Schalters T1 orientiert. Zwischen dem zweiten elektrischen Anschluss 3 und dem zweiten Schalter T2 sind ein dritter Schalter T3 und ein vierter Schalter T4 vorgesehen, wobei eine zweite Diode D2 zwischen einem zweiten Anschluss des dritten Schalters T3 und einem ersten Anschluss des vierten Schalters T4 angeschlossen und andererseits mit dem neutralen Anschlusspunkt 0 elektrisch verbunden ist. Die Flussrichtung der zweiten Diode D2 ist in Richtung des neutralen Anschlusspunktes 0 orientiert. Zwischen dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters T2 und dem ersten Anschluss des dritten Schalters T3 ist eine Phase der elektrischen Maschine 1 angeschlossen. Der Aufbau der beiden übrigen Stränge SII, SIII, welche bezüglich der elektrischen Anschlüsse 2, 3 des NPC-MLI dem ersten Strang SI parallel geschaltet sind, entspricht jeweils dem Aufbau des vorstehend beschriebenen Strangs SI, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Between a second terminal of the first switch T1 and a first terminal of the second switch T2, a first diode D1 is connected, which on the other hand to the neutral connection point 0 connected. The flow direction of the diode D1 is oriented in the direction of the first switch T1. Between the second electrical connection 3 and the second switch T2, a third switch T3 and a fourth switch T4 are provided, wherein a second diode D2 connected between a second terminal of the third switch T3 and a first terminal of the fourth switch T4 and on the other hand to the neutral terminal point 0 electrically connected. The flow direction of the second diode D2 is in the direction of the neutral connection point 0 oriented. Between the second terminal of the second switch T2 and the first terminal of the third switch T3 is a phase of the electric machine 1 connected. The structure of the two remaining strands SII, SIII, which with respect to the electrical connections 2 . 3 of the NPC-MLI are connected in parallel to the first strand SI, corresponds in each case to the structure of the above-described strand SI, so reference is made to the above statements to avoid repetition.

2 zeigt eine erste erfindungsgemäße Modifikation des NPC-MLI, wie er in Verbindung mit 1 im Detail vorgestellt worden ist. Ein Teil der Modifikation besteht darin, dass der neutrale Anschlusspunkt 0 (NPC) durch einen ersten IGBT T19 und einen zweiten IGBT T20 als Bestandteile eines nichtlinearen Bauelementes in einen oberen Knotenpunkt 0b und einen unteren Knotenpunkt 0a aufgeteilt worden ist. Mit anderen Worten wurden die den jeweiligen Batterien B1, B2 parallel geschalteten Stränge SI, SII, SIII am gemeinsamen Anschlusspunkt 0 zunächst getrennt und anschließend über die IGBTs T19, T20 wieder elektrisch miteinander verbindbar gestaltet. Zudem wurden die Dioden D1 bis D6 durch jeweilige IGBTs T13 bis T18 ersetzt, welche hinsichtlich einer Orientierung ihrer inhärenten Dioden identisch den dem jeweiligen dritten Anschlusspunkt 4 zugeordneten IGBTs T2, T3, T6, T7, T10, T11 sind. Ein getakteter Betrieb gemäß den in der Tabelle nach Anspruch 6 genannten Zuständen ermöglicht eine parallele Betriebsweise der Batterien B1, B2 zur Energieversorgung der elektrischen Maschine 1. 2 shows a first modification of the invention NPC-MLI, as in connection with 1 has been presented in detail. Part of the modification is that the neutral connection point 0 (NPC) by a first IGBT T19 and a second IGBT T20 as components of a nonlinear device in an upper node 0b and a lower node 0a has been divided. In other words, the strands SI, SII, SIII connected in parallel to the respective batteries B1, B2 became at the common connection point 0 initially separated and then again electrically connected to each other via the IGBTs T19, T20. In addition, the diodes D1 to D6 have been replaced by respective IGBTs T13 to T18, which are identical in orientation to their respective inherent diodes to the respective third connection point 4 associated IGBTs T2, T3, T6, T7, T10, T11. A clocked operation according to the states mentioned in the table according to claim 6 allows a parallel operation of the batteries B1, B2 for the power supply of the electrical machine 1 ,

3 und 4 zeigen eine bevorzugte Modifikation der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung, in welcher eine jeweilige Induktivität L zwischen einem Sternpunkt der jeweiligen drei Schalter T1, T2, T13; T5, T6, T15; T9, T10, T17 in 3 bzw. T3, T4, T14; T7, T8, T16; T11, T12, T18 in 4 und dem jeweiligen dritten Anschlusspunkt 4 für die elektrische Maschine 1 angeordnet ist. Durch eine getaktete Ansteuerung gemäß der Tabelle in Anspruch 6 können die Induktivitäten L verwendet werden, um einen Parallelbetrieb bei unterschiedlichen Spannungslagen der Batterien B1, B2 und/oder einen Ladebetrieb einer Batterie durch die jeweils andere Batterie zu ermöglichen. 3 and 4 show a preferred modification of in 2 illustrated circuit arrangement in which a respective inductance L between a neutral point of the respective three switches T1, T2, T13; T5, T6, T15; T9, T10, T17 in 3 or T3, T4, T14; T7, T8, T16; T11, T12, T18 in 4 and the respective third connection point 4 for the electric machine 1 is arranged. By a clocked drive according to the table in claim 6, the inductors L can be used to allow a parallel operation at different voltage levels of the batteries B1, B2 and / or a charging operation of a battery by the other battery.

Die 5 und 6 zeigen eine Modifikation der Schaltungsanordnungen gemäß den 3 bzw. 4 durch Einfügung eines zusätzlichen vierten Anschlusses 5 als Netzanschluss zwischen der Induktivität und dem dritten Anschluss. Über den vierten Anschluss 5 kann ein externer Energieversorgungsanschluss mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gekoppelt werden. Die in kommerziellen Energieversorgungsanschlüssen stets vorhandenen Netzfilterkondensatoren bilden in Verbindung mit der jeweiligen Drosselspule L einen jeweiligen Schwingkreis, durch welchen die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eingerichtet werden kann, eine Batterie mit besonders wenig Bauteilen durch eine Vielzahl unterschiedlicher Energiequellentypen (z. B. Wechselspannung, Gleichspannung, ein-phasig, drei-phasig bzw. mehr-phasig) laden kann.The 5 and 6 show a modification of the circuit arrangements according to the 3 respectively. 4 by inserting an additional fourth port 5 as mains connection between the inductance and the third connection. About the fourth connection 5 An external power supply connection can be coupled to the circuit arrangement according to the invention. The mains filter capacitors, which are always present in commercial power supply connections, form, in conjunction with the respective choke coil L, a respective resonant circuit by means of which the circuit arrangement according to the invention can be set up, a battery with particularly few components by a multiplicity of different types of energy sources (eg AC voltage, DC voltage, phase, three-phase or multi-phase) can charge.

7 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels 10, in welchem eine elektrische Maschine 1 als Traktionsmaschine verwendet wird. Die drei Phasen der elektrischen Maschine 1 sind mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 6 elektrisch verbunden, deren erster und zweiter Anschluss mit einer jeweiligen Batterie B1, B2 und deren vierter Anschluss als Netzanschluss mit einem Netzstecker 7 elektrisch verbunden ist. Auf diese Weise kann das dargestellte Fortbewegungsmittel 10 dieselben Merkmale, Betriebszustände und Vorteile annehmen, welche in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorstehend im Detail beschrieben worden sind. 7 shows a schematic view of an embodiment of a means of transport according to the invention 10 in which an electric machine 1 is used as a traction machine. The three phases of the electric machine 1 are with a circuit arrangement according to the invention 6 electrically connected, the first and second terminals with a respective battery B1, B2 and the fourth connection as a power connection with a power plug 7 electrically connected. In this way, the illustrated means of transport 10 assume the same features, operating conditions and advantages, which have been described in detail in connection with the circuit arrangement according to the invention.

Claims (10)

Schaltungsanordnung für einen Betrieb einer elektrischen Maschine (1) umfassend – einen Mehrspannungsinverter, nachfolgend „Multilevel-Inverter“ genannt, mit – einem ersten Anschluss (2) für eine erste Spannungsquelle, – einem zweiten Anschluss (3) für eine zweite Spannungsquelle und – einem dritten Anschluss (4) für die elektrische Maschine (1), und – ein zusätzliches nichtlineares Bauelement (T19, T20), wobei das zusätzliche nichtlineare Bauelement (T19, T20) einen Knotenpunkt (0) zwischen dem ersten Anschluss (2) und dem zweiten Anschluss (3) in einen dem ersten Anschluss zugeordneten oberen Knotenpunkt (0b) und einen dem zweiten Anschluss (3) zugeordneten unteren Knotenpunkt (0a) trennt.Circuit arrangement for operation of an electrical machine ( 1 ) comprising - a multi-voltage inverter, hereinafter called "multilevel inverter", having - a first terminal ( 2 ) for a first voltage source, - a second connection ( 3 ) for a second voltage source and - a third connection ( 4 ) for the electric machine ( 1 ), and - an additional non-linear component (T19, T20), wherein the additional non-linear component (T19, T20) is a node ( 0 ) between the first port ( 2 ) and the second connection ( 3 ) in an upper node associated with the first port ( 0b ) and a second port ( 3 ) associated lower node ( 0a ) separates. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei – das nichtlineare Bauelement (T19, T20) eine Diode umfasst, und/oder – den Dioden (D1–D6) eines jeden Brückenzweiges des Multilevel-Inverters ein jeweiliger steuerbarer Schalter (T13–T18) parallel geschaltet ist.Circuit arrangement according to claim 1, wherein - The non-linear component (T19, T20) comprises a diode, and / or - The diodes (D1-D6) of each bridge branch of the multilevel inverter, a respective controllable switch (T13-T18) is connected in parallel. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das nichtlineare Bauelement (T19, T20) einen steuerbaren Schalter, insbesondere einen IGBT, bevorzugt zwei IGBTs, umfasst, wobei der Schalter äußerst bevorzugt eingerichtet ist, Schaltzustände gemäß der nachfolgend wiedergegebenen Tabelle einzunehmen,
Figure DE102016200668A1_0002
Figure DE102016200668A1_0003
in welcher – „I“ für einen ersten Betriebszustand, in welchem die Anordnung lediglich mit einer am ersten Anschluss (2) angeschlossenen ersten Spannungsquelle (B1) betrieben wird, – „II“ für einen zweiten Betriebszustand, in welchem die Anordnung lediglich mit einer am zweiten Anschluss (3) angeschlossenen zweiten Spannungsquelle (B2) betrieben wird, – „III“ für einen dritten Betriebszustand, in welchem die Anordnung mit einer am ersten Anschluss (2) angeschlossenen ersten Spannungsquelle (B1) in Reihe mit einer am zweiten Anschluss (3) angeschlossenen zweiten Spannungsquelle (B2) betrieben wird, – „IV“ für einen vierten Betriebszustand, in welchem die Anordnung mit einer am ersten Anschluss (2) angeschlossenen ersten Spannungsquelle (B1) in Reihe mit einer am zweiten Anschluss (3) angeschlossenen zweiten Spannungsquelle (B2) betrieben wird, – „1. HB“ für eine erste Halbbrücke des Multilevel-Inverters, – „2. HB“ für eine zweite Halbbrücke, sofern vorhanden, des Multilevel-Inverters, – „3. HB“ für eine dritte Halbbrücke, sofern vorhanden, des Multilevel-Inverters, – „U_R1“ für eine erste Spannung am dritten Anschluss (4) für einen ersten Strang der elektrischen Maschine (1), – „U_R2“ für eine zweite Spannung am dritten Anschluss (4) für einen zweiten Strang, sofern vorhanden, der elektrischen Maschine (1), – „U_R3“ für eine dritte Spannung am dritten Anschluss (4) für einen dritten Strang, sofern vorhanden, der elektrischen Maschine (1), – „S_B1“ für einen Schaltzustand eines ersten IGBTs, sofern vorhanden, im steuerbaren Schalter, – „S_B2“ für einen Schaltzustand eines zweiten IGBTs, sofern vorhanden, im steuerbaren Schalter, – „1“ für einen leitenden Zustand, – „D“ für einen Betrieb einer Diode als Freilaufdiode, – „T1“ bis „T12“ für die Schalter der Halbbrücken – soweit vorhanden – des Multilevel-Inverters und – „u“ für eine maximale Spannung am dritten Anschluss (4) steht.
Circuit arrangement according to Claim 1 or 2, the non-linear component (T19, T20) comprising a controllable switch, in particular an IGBT, preferably two IGBTs, the switch being arranged in an extremely preferred manner to assume switching states in accordance with the table reproduced below.
Figure DE102016200668A1_0002
Figure DE102016200668A1_0003
in which - "I" for a first operating state, in which the arrangement only with one at the first port ( 2 ) is operated for a second operating state, in which the arrangement is connected only to one at the second connection (FIG. 3 ) connected second power source (B2) is operated, - "III" for a third operating condition, in which the arrangement with one at the first connection ( 2 ) connected in series with one at the second port (B1) 3 ) is operated - "IV" for a fourth operating state, in which the arrangement with a at the first port ( 2 ) connected in series with one at the second port (B1) 3 ) is operated second power source (B2), - "1. HB "for a first half-bridge of the multilevel inverter, -" 2. HB "for a second half bridge, if present, of the multilevel inverter, -" 3. HB "for a third half-bridge, if present, of the multilevel inverter, -" U_R1 "for a first voltage at the third connection ( 4 ) for a first strand of the electrical machine ( 1 ), - "U_R2" for a second voltage at the third terminal ( 4 ) for a second strand, if any, of the electric machine ( 1 ), - "U_R3" for a third voltage at the third terminal ( 4 ) for a third strand, if any, of the electric machine ( 1 ), - "S_B1" for a switching state of a first IGBT, if present, in the controllable switch, - "S_B2" for a switching state of a second IGBT, if present, in the controllable switch, - "1" for a conducting state, - "D "For operation of a diode as freewheeling diode, -" T1 "to" T12 "for the switches of the half bridges - if present - of the multilevel inverter and -" u "for a maximum voltage at the third connection ( 4 ) stands.
Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei – in mindestens einem Brückenzweig des Multilevel-Inverters eine Induktivität (L) vorgesehen ist, welche insbesondere – zwischen dem ersten Anschluss (2) für die erste Spannungsquelle (B1) und dem dritten Anschluss (4) für die elektrische Maschine (1) und/oder – zwischen dem zweiten Anschluss (3) für die zweite Spannungsquelle (B2) und dem dritten Anschluss (4) für die elektrische Maschine (1) angeordnet ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein - in at least one bridge branch of the multilevel inverter, an inductance (L) is provided, which in particular - between the first terminal ( 2 ) for the first voltage source (B1) and the third terminal ( 4 ) for the electric machine ( 1 ) and / or - between the second port ( 3 ) for the second voltage source (B2) and the third terminal ( 4 ) for the electric machine ( 1 ) is arranged. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Anordnung eingerichtet ist, vordefinierte Schalter des Multilevel-Inverters getaktet zu betreiben.Circuit arrangement according to claim 4, wherein the arrangement is arranged to operate predefined switches of the multilevel inverter clocked. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Anordnung eingerichtet ist, das getaktete Betreiben der vordefinierten Schalter gemäß der nachfolgend wiedergegebenen Tabelle vorzunehmen,
Figure DE102016200668A1_0004
Figure DE102016200668A1_0005
in welcher – „I“ für einen ersten Betriebszustand, in welchem die Anordnung lediglich mit einer am ersten Anschluss (2) angeschlossenen ersten Spannungsquelle (B1) betrieben wird, – „II“ für einen zweiten Betriebszustand, in welchem die Anordnung lediglich mit einer am zweiten Anschluss (3) angeschlossenen zweiten Spannungsquelle (B2) betrieben wird, – „III“ für einen dritten Betriebszustand, in welchem die Anordnung mit einer am ersten Anschluss (2) angeschlossenen ersten Spannungsquelle (B1) in Reihe mit einer am zweiten Anschluss (3) angeschlossenen zweiten Spannungsquelle (B2) betrieben wird, – „IV“ für einen vierten Betriebszustand, in welchem die Anordnung mit einer am ersten Anschluss (2) angeschlossenen ersten Spannungsquelle (B1) parallel zu einer am zweiten Anschluss (3) angeschlossenen zweiten Spannungsquelle (B2) betrieben wird, wobei im Wesentlichen eine am ersten Anschluss (2) anliegende Spannung gleich einer am zweiten Anschluss (3) anliegenden Spannung ist, – „V“ für einen fünften Betriebszustand, in welchem die Anordnung mit einer am ersten Anschluss (2) angeschlossenen ersten Spannungsquelle (B1) parallel zu einer am zweiten Anschluss (3) angeschlossenen zweiten Spannungsquelle (B2) betrieben wird, wobei im Wesentlichen eine am ersten Anschluss (2) anliegende Spannung kleiner als eine am zweiten Anschluss (3) anliegende Spannung ist, – „VI“ für einen sechsten Betriebszustand, in welchem die Anordnung mit einer am ersten Anschluss (2) angeschlossenen ersten Spannungsquelle (B1) parallel zu einer am zweiten Anschluss (3) angeschlossenen zweiten Spannungsquelle (B2) betrieben wird, wobei im Wesentlichen eine am ersten Anschluss (2) anliegende Spannung größer als eine am zweiten Anschluss (3) anliegende Spannung ist, – „VII“ für einen siebten Betriebszustand, in welchem die Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie vom ersten Anschluss (2) zum zweiten Anschluss (3) betrieben wird, wobei im Wesentlichen eine am ersten Anschluss (2) anliegende Spannung größer als eine am zweiten Anschluss (3) anliegende Spannung ist, – „VIII“ für einen achten Betriebszustand, in welchem die Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie vom ersten Anschluss (2) zum zweiten Anschluss (3) betrieben wird, wobei im Wesentlichen eine am ersten Anschluss (2) anliegende Spannung kleiner als eine am zweiten Anschluss (3) anliegende Spannung ist, – „IX“ für einen neunten Betriebszustand, in welchem die Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie vom zweiten Anschluss (3) zum ersten Anschluss (2) betrieben wird, wobei im Wesentlichen eine am ersten Anschluss (2) anliegende Spannung kleiner als eine am zweiten Anschluss (3) anliegende Spannung ist, – „X“ für einen zehnten Betriebszustand, in welchem die Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie vom zweiten Anschluss (3) zum ersten Anschluss (2) betrieben wird, wobei im Wesentlichen eine am ersten Anschluss (2) anliegende Spannung größer als eine am zweiten Anschluss (3) anliegende Spannung ist, – „1. HB“ für eine erste Halbbrücke des Multilevel-Inverters, – „2. HB“ für eine zweite Halbbrücke, sofern vorhanden, des Multilevel-Inverters, – „3. HB“ für eine dritte Halbbrücke, sofern vorhanden, des Multilevel-Inverters, – „U_R1“ für eine erste Spannung am dritten Anschluss (4) für einen ersten Strang der elektrischen Maschine (1), – „U_R2“ für eine zweite Spannung am dritten Anschluss (4) für einen zweiten Strang, sofern vorhanden, der elektrischen Maschine (1), – „U_R3“ für eine dritte Spannung am dritten Anschluss (4) für einen dritten Strang, sofern vorhanden, der elektrischen Maschine (1), – „S_B1“ für einen Schaltzustand eines ersten IGBTs im steuerbaren Schalter, – „S_B2“ für einen Schaltzustand eines zweiten IGBTs, sofern vorhanden, im steuerbaren Schalter, – „1“ für einen leitenden Zustand, – „D“ für einen Betrieb einer Diode als Freilaufdiode, – „T1“ bis „T12“ für die Schalter der Halbbrücken – soweit vorhanden – des Multilevel-Inverters, – „u“ für eine maximale Spannung am dritten Anschluss (4), – „FDT“ für eine Stromkommutierung über Freilaufdioden, wenn der getaktet betriebene Schalter ausgeschaltet wird, – "+" eine positive Gleichspannung in einem jeweiligen Strang, – "–" eine negative Gleichspannung in einem jeweiligen Strang – „T“ für einen getakteten Betrieb des jeweiligen Schalters und – „k“ für ein Tastverhältnis zum getakteten Betreiben der Schalter steht.
Circuit arrangement according to claim 4 or 5, wherein the arrangement is set up to perform the clocked operation of the predefined switches in accordance with the following table,
Figure DE102016200668A1_0004
Figure DE102016200668A1_0005
in which - "I" for a first operating state, in which the arrangement only with one at the first port ( 2 ) is operated for a second operating state, in which the arrangement is connected only to one at the second connection (FIG. 3 operated second power source (B2), - "III" for a third operating state, in which the arrangement with a at the first port ( 2 ) connected in series with one at the second port (B1) 3 ) is operated - "IV" for a fourth operating state, in which the arrangement with a at the first port ( 2 ) connected in parallel to one at the second terminal (B1) 3 ) is operated, wherein substantially one at the first terminal ( 2 ) voltage equal to one at the second terminal ( 3 ) voltage is, - "V" for a fifth operating state, in which the arrangement with one at the first port ( 2 ) connected in parallel to one at the second terminal (B1) 3 ) is operated, wherein substantially one at the first terminal ( 2 ) voltage is less than one at the second terminal ( 3 ) voltage is, - "VI" for a sixth operating state, in which the arrangement with one at the first terminal ( 2 ) connected in parallel to one at the second terminal (B1) 3 ) is operated, wherein substantially one at the first terminal ( 2 ) voltage greater than one at the second terminal ( 3 ) voltage is, - "VII" for a seventh operating state, in which the arrangement for transmitting electrical energy from the first terminal ( 2 ) to the second port ( 3 ), essentially one at the first port ( 2 ) voltage greater than one at the second terminal ( 3 ) is applied voltage, - "VIII" for an eighth operating condition in which the arrangement for transmitting electrical energy from the first terminal ( 2 ) to the second port ( 3 ), essentially one at the first port ( 2 ) voltage is less than one at the second terminal ( 3 ) voltage is, - "IX" for a ninth operating state, in which the arrangement for transmitting electrical energy from the second terminal ( 3 ) to the first connection ( 2 ), essentially one at the first port ( 2 ) voltage is less than one at the second terminal ( 3 ) voltage is, - "X" for a tenth operating state, in which the arrangement for transmitting electrical energy from the second terminal ( 3 ) to the first connection ( 2 ), essentially one at the first port ( 2 ) voltage greater than one at the second terminal ( 3 ) voltage is, - "1. HB "for a first half-bridge of the multilevel inverter, -" 2. HB "for a second half bridge, if present, of the multilevel inverter, -" 3. HB "for a third half-bridge, if present, of the multilevel inverter, -" U_R1 "for a first voltage at the third connection ( 4 ) for a first strand of the electrical machine ( 1 ), - "U_R2" for a second voltage at the third terminal ( 4 ) for a second strand, if any, of the electric machine ( 1 ), - "U_R3" for a third voltage at the third terminal ( 4 ) for a third strand, if any, of the electric machine ( 1 ), - "S_B1" for a switching state of a first IGBT in the controllable switch, - "S_B2" for a switching state of a second IGBT, if present, in the controllable switch, - "1" for a conducting state, - "D" for operation a diode as freewheeling diode, - "T1" to "T12" for the switches of the half bridges - if available - the multilevel inverter, - "u" for a maximum voltage at the third connection ( 4 ), - "FDT" for a current commutation over freewheeling diodes when the clocked switch is turned off, - "+" a positive DC voltage in a respective string, - "-" a negative DC voltage in a respective string - "T" for a clocked Operation of the respective switch and - "k" stands for a duty cycle for the clocked operation of the switch.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei ein vierter Anschluss (5) als Netzanschluss zwischen der Induktivität (L) und dem dritten Anschluss (4) vorgesehen ist. Circuit arrangement according to claim 4, 5 or 6, wherein a fourth connection ( 5 ) as a grid connection between the inductance (L) and the third terminal ( 4 ) is provided. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei – die elektrische Maschine (1) eine Synchronmaschine und/oder eine Traktionsmaschine für ein Fortbewegungsmittel ist. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein - the electric machine ( 1 ) is a synchronous machine and / or a traction machine for a means of transportation. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei – der dritte Anschluss (4) dreiphasig ausgelegt ist und die elektrische Maschine (1) eine dreiphasige Maschine ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein - the third connection ( 4 ) is designed three-phase and the electric machine ( 1 ) is a three-phase machine. Fortbewegungsmittel umfassend eine Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche.Means comprising a circuit arrangement according to one of the preceding claims.
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WO2019101421A1 (en) * 2017-11-22 2019-05-31 Robert Bosch Gmbh Device for supplying power to an electric machine, electric drive system, and method for controlling a multi-level inverter

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