DE102017201155A1 - Arrangement for transmitting electrical energy, drive train and working device - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung (100) zum Übertragen elektrischer Energie mit (i) einem mehrphasigen und insbesondere dreiphasigen Inverter (5), (ii) einem ersten und einem zweiten Anschluss (1, 2), welche insbesondere zum Anschließen einer Gleichspannungsquelle (50) ausgebildet sind, (iii) einem dritten und einem vierten Anschluss (3, 4), welche insbesondere zum Anschließen einer Batterie (40) ausgebildet sind, und (iv) mit einer ersten und einer zweiten Schaltereinheit (51, 52), wobei der Inverter (5) zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen (1, 2) einerseits und den dritten und vierten Anschlüssen (3, 4) andererseits angeordnet und mit diesen verbunden ist, und zwar bei direkter Verbindung des zweiten und des vierten Anschlusses (2, 4), wobei eine erste Schaltereinheit (51) zwischen dem ersten Anschluss (1) und dem Inverter (5) und diesem in Reihe vorgeschaltet ausgebildet ist und wobei eine zweite Schaltereinheit (52) parallel zu den ersten und zweiten Anschlüssen (1, 2) mit einem ersten Anschlusspunkt (7) zwischen der ersten Schaltereinheit (51) und dem Inverter (5) und mit einem zweiten Anschlusspunkt (8) zwischen dem zweiten und dem vierten Anschluss (2, 4) ausgebildet ist.The present invention relates to an arrangement (100) for transmitting electrical energy with (i) a polyphase and in particular three-phase inverter (5), (ii) a first and a second terminal (1, 2), which are used in particular for connecting a DC voltage source (50 ), (iii) a third and a fourth terminal (3, 4), which are designed in particular for connecting a battery (40), and (iv) with a first and a second switch unit (51, 52), wherein the Inverter (5) between the first and second terminals (1, 2) on the one hand and the third and fourth terminals (3, 4) on the other hand arranged and connected to this, in direct connection of the second and the fourth terminal (2, 4 ), wherein a first switch unit (51) between the first terminal (1) and the inverter (5) and this upstream in series and wherein a second switch unit (52) parallel to the first and second Ans 1) is formed with a first connection point between the first switch unit and the inverter and with a second connection point between the second and the fourth connection

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie, einen Antriebsstrang für eine Arbeitsvorrichtung sowie eine Arbeitsvorrichtung als solche. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug als solches.The present invention relates to an arrangement for transmitting electrical energy, a drive train for a working device and a working device as such. In particular, the present invention relates to a powertrain for a vehicle and a vehicle as such.

Bei der Versorgung elektrischer Aggregate mit elektrischer Energie werden häufig Anordnungen mit einem Inverter eingesetzt. Derartige Anordnungen sollen möglichst viele Funktionalitäten für verschiedene Betriebssituationen einer Arbeitsvorrichtung und insbesondere eines Fahrzeugs übernehmen. Dies betrifft die eigentliche Versorgung der Aggregate mit elektrischer Energie, aber auch das Aufladen von Energiespeichern mit elektrischer Energie sowie das Weiterleiten von Energie geladener Energiespeicher durch Rückspeisen in ein versorgendes Netz.When supplying electrical units with electrical energy arrangements are often used with an inverter. Such arrangements should take over as many functionalities for different operating situations of a working device and in particular of a vehicle. This concerns the actual supply of the units with electrical energy, but also the charging of energy storage with electrical energy and the forwarding of energy charged energy storage by feeding back into a supplying network.

Um diese Funktionen zu realisieren, sind herkömmlicherweise im Zusammenhang mit einem Inverter eine Vielzahl zusätzlicher Komponenten erforderlich. Die US 2009/0184681 A und die US 2012/0112693 A zeigen derartige Anordnungen mit Invertern.To realize these functions, a multiplicity of additional components are conventionally required in connection with an inverter. The US 2009/0184681 A and the US 2012/0112693 A show such arrangements with inverters.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass verschiedenartige Funktionen mit nur wenigen zusätzlichen Bauteilen realisiert werden können. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 dadurch erreicht, dass eine Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie geschaffen wird, welche ausgebildet ist mit (i) einem mehrphasigen und insbesondere dreiphasigen Inverter, (ii) einem ersten und einem zweiten Anschluss, welche insbesondere zum Anschließen einer Gleichspannungsquelle eingerichtet sind, (iii) einem dritten und einem vierten Anschluss, welche insbesondere zum Anschließen einer Batterie eingerichtet sind, und mit (iv) einer ersten und einer zweiten Schaltereinheit. Dabei ist der Inverter zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen einerseits und den dritten und vierten Anschlüssen andererseits angeordnet und mit diesen verbunden, und zwar bei direkter Verbindung des zweiten und des vierten Anschlusses miteinander. Es ist eine erste Schaltereinheit zwischen dem ersten Anschluss und dem Inverter und diesem in Reihe vorgeschaltet ausgebildet. Ferner ist eine zweite Schaltereinheit parallel zu den ersten und zweiten Anschlüssen mit einem ersten Anschlusspunkt zwischen der ersten Schaltereinheit und dem Inverter und mit einem zweiten Anschlusspunkt zwischen dem zweiten und dem vierten Anschluss ausgebildet. Durch diese Maßnahmen lassen sich mit einem vergleichsweise geringen Aufwand an zusätzlichen Bauteilen verschiedene Funktionen realisieren.The inventive arrangement for transmitting electrical energy with the features of independent claim 1 has the advantage over that various functions can be realized with only a few additional components. This is inventively achieved with the features of independent claim 1, characterized in that an arrangement for transmitting electrical energy is created, which is formed with (i) a polyphase and in particular three-phase inverter, (ii) a first and a second terminal, which in particular Connecting a DC voltage source are arranged, (iii) a third and a fourth terminal, which are in particular adapted for connecting a battery, and with (iv) a first and a second switch unit. In this case, the inverter between the first and second terminals on the one hand and the third and fourth terminals on the other hand arranged and connected to this, with direct connection of the second and the fourth terminal to each other. There is a first switch unit between the first terminal and the inverter and this connected in series upstream. Furthermore, a second switch unit is formed parallel to the first and second terminals with a first connection point between the first switch unit and the inverter and with a second connection point between the second and the fourth connection. These measures can be implemented with a relatively low cost of additional components various functions.

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

Besonders einfache Verhältnisse im Hinblick auf die Reduktion des Bauraums bei gleichzeitiger Zuverlässigkeit in Aufbau und Funktion stellen sich ein, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung die erste Schaltereinheit ein Halbleiterschaltelement ist oder aufweist, insbesondere ein IGBT oder ein MOSFET, insbesondere mit einer parallel geschalteten Diode und mit Durchlassrichtung zum ersten Anschluss hin.Particularly simple conditions with regard to the reduction of the installation space with simultaneous reliability in structure and function occur when according to an advantageous embodiment of the arrangement according to the invention, the first switch unit is or has a semiconductor switching element, in particular an IGBT or a MOSFET, in particular with a parallel Diode and with forward direction to the first port.

Je nach Anwendungsfall kann die zweite Schaltereinheit sehr unterschiedlich ausgelegt sein.Depending on the application, the second switch unit can be designed very differently.

Ist zum Beispiel ausschließlich eine Batterie von einer Gleichspannungsquelle zu laden, und zwar ohne Rückspeisung durch die Batterie in die Gleichspannungsquelle, so ist es besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Anordnung die zweite Schaltereinheit eine Diode ist oder aufweist, insbesondere mit Durchlassrichtung zum ersten Anschlusspunkt hin.If, for example, only a battery is to be charged by a DC voltage source, without being fed back into the DC voltage source by the battery, it is particularly advantageous if, according to an alternative embodiment of the arrangement according to the invention, the second switch unit is or has a diode, in particular with forward direction to first connection point.

Bei höheren Ansprüchen an Funktionalität und Flexibilität ist es aber von Vorteil, wenn die zweite Schaltereinheit ein Halbleiterschaltelement ist oder aufweist, insbesondere ein IGBT oder ein MOSFET, insbesondere mit einer dazu parallel geschalteten Diode und mit Durchlassrichtung zum ersten Anschlusspunkt hin.In the case of higher demands on functionality and flexibility, however, it is advantageous if the second switch unit is or has a semiconductor switching element, in particular an IGBT or a MOSFET, in particular with a diode connected in parallel thereto and with a forward direction to the first connection point.

Werden an die zu einem jeweiligen Halbleiterschaltelement parallel auszubildenden Dioden nur begrenzte Anforderungen gestellt, so stellen sich besonders einfache Verhältnisse ein, wenn eine zu einem Halbleiterschaltelement parallel geschaltete Diode als parasitäre Komponente ausgebildet ist.If only limited requirements are imposed on the diodes to be formed in parallel with a respective semiconductor switching element, then particularly simple conditions arise if a diode connected in parallel with a semiconductor switching element is designed as a parasitic component.

Der erfindungsgemäß vorgesehene mehrphasige und insbesondere dreiphasige Inverter kann verschiedene Strukturen aufweisen.The multi-phase and in particular three-phase inverter provided according to the invention may have different structures.

So ist es bei einer vorderhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie vorgesehen, dass der dreiphasige Inverter für jede Phase einen Schalterstrang mit jeweils einer ersten Schaltereinheit und einer zweiten Schaltereinheit aufweist.Thus, it is provided in a front-end development of the arrangement according to the invention for transmitting electrical energy, that the three-phase inverter for each phase has a switch strand, each having a first switch unit and a second switch unit.

Auch für die Ausgestaltung der jeweiligen Schaltereinheiten eines jeweiligen Schalterstrangs des Inverters bieten sich verschiedene Ausgestaltungsformen an. Also for the configuration of the respective switch units of a respective switch branch of the inverter, various embodiments are available.

Ein besonders hohes Maß an Zuverlässigkeit bei gleichzeitiger Steigerung der Funktionalität ergibt sich, wenn eine jeweilige Schaltereinheit eines Schalterstrangs des Inverters ein Halbleiterschaltelement ist oder aufweist, insbesondere ein IGBT oder ein MOSFET, insbesondere mit einer dazu parallel geschalteten Diode und weiter bevorzugt für die ersten Schaltereinheiten mit Durchlassrichtung zum dritten Anschluss und für die zweiten Schaltereinheiten mit Durchlassrichtung zum vierten Anschluss hin.A particularly high degree of reliability with a simultaneous increase in functionality results when a respective switch unit of a switch branch of the inverter is or has a semiconductor switching element, in particular an IGBT or a MOSFET, in particular with a diode connected in parallel thereto and more preferably for the first switch units Forward direction to the third terminal and the second switch units with forward direction to the fourth port out.

Im Bereich der Antriebstechnik ergeben sich weitere Vorteile, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie zwischen den ersten und zweiten Schaltereinheiten eines Schalterstrangs des Inverters jeweils ein Anschluss zur Verbindung mit einem Anschluss einer, insbesondere entsprechend mehrphasigen, elektrischen Maschine ausgebildet ist, insbesondere zur Verbindung mit einer Induktivität der elektrischen Maschine und/oder zur sternförmigen Verbindung mit einem Anschluss in direkter Verbindung mit dem ersten Anschlusspunkt.In the field of drive technology, there are further advantages if according to another embodiment of the arrangement according to the invention for transmitting electrical energy between the first and second switch units of a switch branch of the inverter, in each case a connection is formed for connection to a connection of an electrical machine, in particular correspondingly multi-phase, in particular for connection to an inductance of the electrical machine and / or to the star-shaped connection to a connection in direct connection with the first connection point.

Für verschiedenartige Anwendungen ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie diese eingerichtet ist, durch Ansteuerung der ersten Schaltereinheit, der zweiten Schaltereinheit und/oder der ersten und zweiten Schaltereinheiten der Schalterstränge des dreiphasigen Inverters

  1. (i) einen Ladebetrieb zum Laden einer am dritten und am vierten Anschluss angeschlossenen Batterie über eine am ersten und zweiten Anschluss angeschlossene Gleichspannungsquelle,
  2. (ii) einen Inverterbetrieb zum Versorgen einer am ersten Anschlusspunkt und an den Anschlüssen der Schalterstränge des dreiphasigen Inverters angeschlossenen elektrischen Maschine und/oder
  3. (iii) einen Rückspeisebetrieb zum Rückspeisen elektrischer Energie aus einer am dritten und am vierten Anschluss angeschlossenen Batterie in eine am ersten und zweiten Anschluss angeschlossene Gleichspannungssenke
zu bewirken.For various applications, it is particularly advantageous if, according to a further embodiment of the arrangement according to the invention for transmitting electrical energy, this is arranged by driving the first switch unit, the second switch unit and / or the first and second switch units of the switch strands of the three-phase inverter
  1. (i) a charging operation for charging a battery connected to the third and the fourth terminals via a DC voltage source connected to the first and second terminals,
  2. (ii) an inverter operation for supplying an electric machine connected to the first terminal and the terminals of the switch strings of the three-phase inverter and / or
  3. (iii) a regenerative operation for returning electrical energy from a battery connected to the third and fourth terminals to a DC voltage sink connected to the first and second terminals
to effect.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Antriebsstrang für eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere für ein Fahrzeug. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang ist mit einem Antrieb ausgebildet und weist eine Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie gemäß der vorliegenden Erfindung auf, um den Antrieb mit elektrischer Energie zu versorgen.Furthermore, the present invention relates to a drive train for a working device and in particular for a vehicle. The drive train according to the invention is formed with a drive and has an arrangement for transmitting electrical energy according to the present invention in order to supply the drive with electrical energy.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug. Diese sind gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie und/oder mit einem erfindungsgemäßen Antriebstrang ausgebildet.Furthermore, the present invention relates to a working device and in particular a vehicle. These are formed according to the present invention with an inventive arrangement for transmitting electrical energy and / or with a drive train according to the invention.

Figurenlistelist of figures

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.

  • 1 ist ein Blockdiagramm, welches in schematischer Weise eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie darstellt.
  • 2 bis 4 zeigen in Form von Schaltdiagrammen andere Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung zum Übertragen elektrischer Energie.
Embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  • 1 Figure 11 is a block diagram schematically illustrating one embodiment of the electrical energy transfer arrangement according to the invention.
  • 2 to 4 show in the form of circuit diagrams other embodiments of the inventive arrangement for transmitting electrical energy.

Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 Ausführungsbeispiele der Erfindung und der technische Hintergrund im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.The following are with reference to the 1 to 4 Embodiments of the invention and the technical background described in detail. Identical and equivalent as well as equivalent or equivalent elements and components are designated by the same reference numerals. Not in every case of their occurrence, the detailed description of the designated elements and components is reproduced.

Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.The illustrated features and other properties can be isolated in any form from each other and combined with each other, without departing from the gist of the invention.

1 ist ein Blockdiagramm, welches in schematischer Weise eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 100 zum Übertragen elektrischer Energie darstellt. 1 is a block diagram which schematically shows an embodiment of the inventive arrangement 100 represents for transmitting electrical energy.

Dem Kern nach ist in der Anordnung 100 gemäß 1 ein 3 phasiger Inverter 5 ausgebildet, der mit seinen Anschlüssen 5-1 bis 5-5 zwischen einem ersten einem zweiten Anschluss 1 bzw. 2 und einem dritten und einem vierten Anschluss 3 bzw. 4 angeordnet und mit diesen verbunden ist. Dabei sind der zweite Anschluss 2 und der vierte Anschluss 4 direkt miteinander verbunden, dagegen der erste Anschluss 1 der dritte Anschluss 3 nur mittelbar, nämlich zumindest über die Schaltungsanordnung des mehr phasigen Inverters 5.The core is in the arrangement 100 according to 1 a 3-phase inverter 5 trained, with his connections 5 - 1 to 5 - 5 between a first and a second port 1 respectively. 2 and a third and a fourth port 3 respectively. 4 arranged and connected to these. Here are the second connection 2 and the fourth connection 4 directly connected, however, the first connection 1 the third connection 3 only indirectly, namely at least via the circuit arrangement of the multi-phase inverter 5 ,

Die ersten und zweiten Anschlüsse 1 und 2 sind eingerichtet, mit einer Gleichspannungsquelle 50 verbunden zu sein oder zu werden. The first and second connections 1 and 2 are set up, with a DC voltage source 50 to be or to be connected.

Die dritten und vierten Anschlüsse 3 und 4 sind dazu eingerichtet, mit einer Batterie 40 verbunden zu sein oder zu werden.The third and fourth connections 3 and 4 are equipped with a battery 40 to be or to be connected.

An den Anschlüssen 5-1 bis 5-3 des Inverters 5 sind Anschlüsse 60-1 bis 60-3 einer zu Grunde liegenden elektrischen Maschine 60, zum Beispiel eines Antriebsaggregates, angeschlossen. Ein weiterer Anschluss 6 der elektrischen Maschine 60 ist mit dem ersten Anschluss 1 verbunden.At the connections 5 - 1 to 5 - 3 of the inverter 5 are connections 60 - 1 to 60 - 3 an underlying electrical machine 60 , For example, a drive unit, connected. Another connection 6 the electric machine 60 is with the first connection 1 connected.

Erfindungsgemäß ist jedoch zwischen dem ersten Anschluss 1 und dem Anschluss 6 der elektrischen Maschine 60 eine erste Schaltereinheit 51 ausgebildet. Diese ist also zwischen dem ersten Anschluss 1 und dem Anschluss 6 der elektrischen Maschine 60 in Reihe geschaltet.According to the invention, however, between the first terminal 1 and the connection 6 the electric machine 60 a first switch unit 51 educated. So this is between the first port 1 and the terminal 6 of the electric machine 60 connected in series.

Erfindungsgemäß ist eine zweite Schaltereinheit 52 parallel zu den ersten und zweiten Anschlüssen 1 bzw. 2 zum Anschließen einer Gleichspannungsquelle 50, die auch als Gleichspannungssenke 50' fungieren kann, ausgebildet. Dies erfolgt mit einem ersten Anschlusspunkt 7 und einem zweiten Anschlusspunkt 8.According to the invention, a second switch unit 52 parallel to the first and second connections 1 respectively. 2 for connecting a DC voltage source 50, which also serves as DC voltage sink 50 ' can function, trained. This is done with a first connection point 7 and a second connection point 8th ,

Dabei ist der erste Anschlusspunkt 7 zwischen dem ersten Anschluss 1 und dem Anschlüssen 5-1 bis 5-3 des Inverters 5 und insbesondere dem Anschluss 6 der dazwischen vorgesehenen elektrischen Maschine 60 ausgebildet.Here is the first connection point 7 between the first connection 1 and the connections 5 - 1 to 5 - 3 of the inverter 5 and especially the connection 6 the interposed electrical machine 60 educated.

Der zweite Anschlusspunkt 8 befindet sich zwischen den zweiten und vierten Anschlüssen 2 bzw. 4, die in direkter elektrischer Verbindung miteinander ausgebildet sind.The second connection point 8th is located between the second and fourth ports 2 respectively. 4 which are formed in direct electrical connection with each other.

Der dritte Anschluss 3 und der vierte Anschluss 4 sind dazu eingerichtet, mit einer Batterie und insbesondere mit einer Hochspannungsbatterie elektrisch verbunden zu sein oder zu werden, und zwar in direkter elektrischer Verbindung mit den Anschlüssen 5-4 und 5-5 des Inverters 5.The third connection 3 and the fourth connection 4 are adapted to be electrically connected to a battery and in particular to a high voltage battery, in direct electrical connection with the terminals 5 - 4 and 5 - 5 of the inverter 5 ,

Die 2 bis 4 zeigen in Form von Schaltdiagrammen andere Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung 100 zum Übertragen elektrischer Energie.The 2 to 4 show in the form of circuit diagrams other embodiments of the inventive arrangement 100 for transmitting electrical energy.

Bei diesen Ausführungsformen sind die Komponenten des Inverters 5, der elektrischen Maschine 60, der Gleichspannungsquelle 50 und der Batterie 40 identisch aufgebaut. Es bestehen jedoch Unterschiede hinsichtlich des Aufbaus der ersten Schaltereinheit 51 und der zweiten Schaltereinheit 52.In these embodiments, the components of the inverter 5 , the electric machine 60 , the DC source 50 and the battery 40 identically constructed. However, there are differences in the structure of the first switch unit 51 and the second switch unit 52 ,

Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 100 gemäß 2 sind die erste Schalteinheit 51 und die zweite Schaltereinheit 52 ganz allgemein als Halbleiterschaltelement dargestellt.In the embodiment of the arrangement according to the invention 100 according to 2 are the first switching unit 51 and the second switch unit 52 generally shown as a semiconductor switching element.

Bei der Ausführungsform gemäß 3 besteht die erste Schalteinheit 51 aus einem IGBT 51-1 mit dazu parallel geschalteter Diode 51-2 in Durchlassrichtung zum ersten Anschluss 1 und der Gleichspannungsquelle 50 hin. Die zweite Schaltereinheit 52 besteht ausschließlich aus einer Diode 52-2 mit Durchlassrichtung vom zweiten Anschlusspunkt 8 zum ersten Anschlusspunkt 7 hin.In the embodiment according to 3 there is the first switching unit 51 from an IGBT 51 - 1 with parallel connected diode 51 - 2 in the direction of passage to the first connection 1 and the DC voltage source 50 out. The second switch unit 52 consists exclusively of a diode 52 - 2 with passage direction from the second connection point 8th to the first connection point 7 out.

Bei der Ausführungsform gemäß 4 ist die erste Schaltereinheit 51 identisch aufgebaut zur ersten Schaltereinheit 51 der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 100 gemäß 3. Die zweite Schaltereinheit 52 besteht aus einem IGBT 52-1 und einer dazu parallelgeschalteten Diode 52-2 in Durchlassrichtung vom zweiten Anschlusspunkt 8 zum ersten Anschlusspunkt 7 hin.In the embodiment according to 4 is the first switch unit 51 identical to the first switch unit 51 the embodiment of the inventive arrangement 100 according to 3 , The second switch unit 52 consists of an IGBT 52 - 1 and a diode connected in parallel therewith 52 - 2 in the forward direction from the second connection point 8th to the first connection point 7 out.

Bei den Ausführungsformen gemäß den 2 bis 4 besteht die elektrische Maschine 60 aus drei Induktivitäten 61, 62 und 63 die sternförmig zwischen einem Anschluss 6 zum ersten Anschlusspunkt 7 und mit Anschlüssen 60-1 bis 60-3 zu Anschlüssen 5-1 bis 5-3 des Inverters 5 hin angeordnet und mit den jeweiligen Anschlüssen elektrisch verbunden sind.In the embodiments according to the 2 to 4 is the electrical machine 60 from three inductors 61 . 62 and 63 the star shape between a connection 6 to the first connection point 7 and with connections 60 - 1 to 60-3 to connections 5 - 1 to 5 - 3 of the inverter 5 arranged and electrically connected to the respective terminals.

Der dreiphasige Inverter 5 besteht aus 3 Schaltersträngen 10, 20 und 30. Diese werden gebildet von Paaren von Schaltereinheiten jeweils mit einer ersten Schaltereinheit 11, 21, 31 und einer zweiten Schaltereinheit 12, 22, 32. Zwischen den Paaren der Schaltereinheiten ist jeweils ein Anschluss 5-1, 5-2, 5-3 des Inverters 5 ausgebildet, insbesondere zum Verbinden mit einem Anschluss 60-1, 60-2, 60-3 einer zu Grunde liegenden elektrischen Maschine 60.The three-phase inverter 5 consists of 3 switch strings 10 . 20 and 30 , These are formed by pairs of switch units, each with a first switch unit 11 . 21 . 31 and a second switch unit 12 . 22 . 32 , Between the pairs of switch units is in each case a connection 5 - 1 . 5 - 2 . 5 - 3 of the inverter 5 designed, in particular for connection to a terminal 60 - 1 , 60-2, 60-3 of an underlying electric machine 60 ,

Jede Schaltereinheit 11, 12, 21, 22, 31, 32 besteht aus einem IGBT 11-1, 12-1, 21-1, 22-1, 31-1, 32-1 und einer dazu parallel geschalteten Diode 11-2, 12-2, 21-2, 22-2, 31-2, 2 30-2 jeweils mit Durchlassrichtung vom vierten Anschluss 4 zum dritten Anschluss 3 hin.Each switch unit 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 consists of an IGBT 11 - 1 . 12 - 1 , 21-1, 22-1, 31-1, 32-1 and a diode connected in parallel thereto 11 - 2 . 12 - 2 . 21 -2, 22-2, 31-2, 2 30-2 each with the direction of passage from the fourth port 4 to the third connection 3 out.

Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:These and other features and characteristics of the present invention will be further elucidated with reference to the following statements:

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Inverter-Lader-Topologie zu schaffen, welche möglichst wenige zusätzliche Bauteile eine Batterie 40 im Zusammenhang mit einer DC-Quelle 50 laden kann.It is an object of the present invention to provide an inverter-charger topology which includes as few additional components as possible 40 in connection with a DC source 50 can load.

Erfindungsgemäß stellen sich folgende Vorteile ein:

  • - Eine Batterie 40 kann mit vergleichsweise geringem apparativen Aufwand und mit wenig zusätzlichen Bauteilen von einer DC-Ladestation und unabhängig von einer Spannungslage geladen werden.
  • - Eine Batterie 40 kann Energie auch auf einfache Weise rückspeisen, z.B. ins Netz (z.B. unter Einsatz eines zusätzlichen Inverters) oder zum Laden einer anderen Batterie, z.B. in einem Notfall.
According to the invention, the following advantages arise:
  • - a battery 40 can be charged from a DC charging station and independently of a voltage situation with relatively little expenditure on equipment and with little additional components.
  • - a battery 40 It can also easily regenerate energy, eg to the grid (eg using an additional inverter) or to charge another battery, eg in an emergency.

Durch die erfindungsgemäße Konzeption kann insbesondere eine Hochvoltbatterie 40 von DC-Quelle 50 geladen werden. Die Ladespannung kann beliebig und unabhängig von der Quelle 50 und also unabhängig von der Spannungslage der Quelle 50 eingestellt werden.Due to the conception according to the invention, in particular a high-voltage battery 40 from DC source 50 getting charged. The charging voltage can be arbitrary and independent of the source 50 and thus independent of the voltage level of the source 50 be set.

Die 1 und 2 zeigen die erfindungsgemäße Konzeption.The 1 and 2 show the conception according to the invention.

Dabei sind folgende Aspekte relevant:

  • - Der in den 1 und 2 gezeigte erste Schalter als erste Schaltereinheit 51 kann z.B. durch einen IGBT 51-1 oder MOSFET realisiert werden, wie dies im Zusammenhang mit 3 und 4 dargestellt ist.
  • - Durch entsprechendes Takten der Low-Side-Schalter, z.B. IGBTs des Inverters 5 und der ersten Schaltereinheit 51, kann die Spannung am Ausgang - nämlich den dritten und vierten Anschlüssen 3 und 4 eingestellt werden, insbesondere durch Tiefsetzen einer höheren Spannung oder durch Hochsetzen einer niedrigeren Spannung . Beide Prozesse können mit derselben Anordnung realisiert werden.
  • - Ein Tiefsetzen kann durch Takten der zusätzlichen Schaltereinheit 51 erfolgen.
  • - Falls die Batterie 40 stets durch die DC-Quelle 50 geladen wird und keine Rückspeisung aus der Batterie 40 in die DC-Quelle erfolgen muss, kann die zusätzliche Schaltereinheit 52 allein durch eine Diode 52-2 realisiert werden, wie dies in 3 dargestellt ist.
  • - Ein Hochsetzen kann durch Takten der Low-Side-Schalter der Brücke des dreiphasigen Inverters 5 erfolgen.
  • - Falls die Schaltereinheit 52 gemäß 1 und 2 durch einen Halbleiterschalter - z.B. einen IGBT - realisiert wird, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist, kann die Bidirektionalität des Energieflusses ermöglicht werden. Dies ist zum Beispiel für eine Rückspeisung elektrischer Energie ins Netz (z.B. im Zusammenwirken mit einem externen Inverter) oder zum Laden einer an den ersten und zweiten Anschlüssen 1 bzw. 2 angeschlossenen anderen Batterie notwendig. Hier kann die Batteriespannung sowohl durch Tiefsetzen als auch durch Hochsetzen generiert werden. Ein Tiefsetzen wird durch gesteuertes Takten der High-Side-Schalter des Inverters erfolgen. Hochsetzen erfolgt durch gesteuertes Takten der zweiten Schaltereinheit 52.
The following aspects are relevant:
  • - The in the 1 and 2 shown first switch as the first switch unit 51 can eg by an IGBT 51 - 1 or MOSFET can be realized, as related to 3 and 4 is shown.
  • - By appropriately clocking the low-side switches, eg IGBTs of the inverter 5 and the first switch unit 51 , can the voltage at the output - namely the third and fourth terminals 3 and 4 can be adjusted, in particular by lowering a higher voltage or by setting a lower voltage. Both processes can be realized with the same arrangement.
  • - Lowering can be achieved by clocking the additional switch unit 51 respectively.
  • - If the battery 40 always through the DC source 50 is charged and no feedback from the battery 40 must be done in the DC source, the additional switch unit 52 solely through a diode 52 - 2 be realized, as in 3 is shown.
  • - A boost can be achieved by clocking the low-side switches of the bridge of the three-phase inverter 5 respectively.
  • - If the switch unit 52 according to 1 and 2 by a semiconductor switch - eg an IGBT - is realized, as shown in the 3 and 4 is shown, the bidirectionality of the energy flow can be made possible. This is for example for a return of electrical energy into the network (eg in conjunction with an external inverter) or for charging one at the first and second terminals 1 respectively. 2 connected other battery necessary. Here the battery voltage can be generated both by stepping down and by stepping up. Stepping down is done by controlled clocking of the high side switches of the inverter. Stepping up takes place by controlled clocking of the second switch unit 52 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (11)

Anordnung (100) zum Übertragen elektrischer Energie, mit: - einem mehrphasigen und insbesondere dreiphasigen Inverter (5), - einem ersten und einem zweiten Anschluss (1, 2), welche insbesondere zum Anschließen einer Gleichspannungsquelle (50) ausgebildet sind, - einem dritten und einem vierten Anschluss (3, 4), welche insbesondere zum Anschließen einer Batterie (40) ausgebildet sind, und - einer ersten und einer zweiten Schaltereinheit (51, 52), wobei: - der Inverter (5) zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen (1, 2) einerseits und den dritten und vierten Anschlüssen (3, 4) andererseits angeordnet und mit diesen verbunden ist, und zwar bei direkter Verbindung des zweiten und des vierten Anschlusses (2, 4) miteinander, - wobei eine erste Schaltereinheit (51) zwischen dem ersten Anschluss (1) und dem Inverter (5) und diesem in Reihe vorgeschaltet ausgebildet ist und - wobei eine zweite Schaltereinheit (52) parallel zu den ersten und zweiten Anschlüssen (1, 2) mit einem ersten Anschlusspunkt (7) zwischen der ersten Schaltereinheit (51) und dem Inverter (5) und mit einem zweiten Anschlusspunkt (8) zwischen dem zweiten und dem vierten Anschluss (2, 4) ausgebildet ist.An arrangement (100) for transmitting electrical energy, comprising: a multiphase and especially a three-phase inverter (5), - A first and a second terminal (1, 2), which are in particular for connecting a DC voltage source (50), - A third and a fourth terminal (3, 4), which are designed in particular for connecting a battery (40), and a first and a second switch unit (51, 52), wherein: - The inverter (5) between the first and second terminals (1, 2) on the one hand and the third and fourth terminals (3, 4) on the other hand arranged and connected to this, in direct connection of the second and the fourth terminal (2 , 4) with each other, - Wherein a first switch unit (51) between the first terminal (1) and the inverter (5) and this is arranged upstream in series and - wherein a second switch unit (52) parallel to the first and second terminals (1, 2) with a first connection point (7) between the first switch unit (51) and the inverter (5) and with a second connection point (8) between the the second and the fourth terminal (2, 4) is formed. Anordnung (100) nach Anspruch 1, bei welcher die erste Schaltereinheit (51) ein Halbleiterschaltelement ist oder aufweist, insbesondere ein IGBT (51-1) oder ein MOSFET, vorzugsweise mit einer parallel geschalteten Diode (51-2), weiter bevorzugt mit Durchlassrichtung zum ersten Anschluss (1) hin.Arrangement (100) according to Claim 1 in which the first switch unit (51) is or has a semiconductor switching element, in particular an IGBT (51-1) or a MOSFET, preferably with a parallel-connected diode (51-2), more preferably with a forward direction to the first terminal (1) , Anordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die zweite Schaltereinheit (52) eine Diode (52-2) ist oder aufweist, insbesondere mit Durchlassrichtung zum ersten Anschlusspunkt (7) hin.Arrangement (100) according to one of the preceding claims, in which the second switch unit (52) is or has a diode (52-2), in particular with the passage direction toward the first connection point (7). Anordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die zweite Schaltereinheit (52) ein Halbleiterschaltelement ist oder aufweist, insbesondere ein IGBT (52-1) oder ein MOSFET, vorzugsweise mit einer dazu parallel geschalteten Diode (52-2), weiter bevorzugt mit Durchlassrichtung zum ersten Anschlusspunkt (7) hin.Arrangement (100) according to one of the preceding claims, in which the second switch unit (52) is or has a semiconductor switching element, in particular an IGBT (52-1) or a MOSFET, preferably with a diode (52-2) connected in parallel thereto preferably with passage direction to the first connection point (7) out. Anordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, rückbezogen auf einen der Ansprüche 4 oder 2, bei welcher eine zu einem Halbleiterschaltelement parallel geschaltete Diode (51-2, 52-2) als parasitäre Komponente ausgebildet ist.Arrangement (100) according to one of the preceding claims, referring back to one of Claims 4 or 2 in which a parallel to a semiconductor switching element connected diode (51-2, 52-2) is designed as a parasitic component. Anordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der dreiphasige Inverter (5) für jede Phase einen Schalterstrang (10, 20, 30) mit jeweils einer ersten Schaltereinheit (11, 21, 31) einer zweiten Schaltereinheit (12, 22, 32) aufweist.Arrangement (100) according to one of the preceding claims, in which the three-phase inverter (5) has for each phase a switch string (10, 20, 30) each having a first switch unit (11, 21, 31) of a second switch unit (12, 22, 32). Anordnung (100) nach Anspruch 6, bei welcher eine jeweilige Schaltereinheit (11, 12; 21, 22; 31, 32) eines Schalterstrangs (10, 20, 30) des Inverters (5) ein Halbleiterschaltelement ist oder aufweist, insbesondere ein IGBT (11-1, 12-1; 21-1, 21-2; 31-1, 31-2) oder ein MOSFET, vorzugsweise mit einer dazu parallel geschalteten Diode (11-2, 12-2; 21-2, 22-2; 31-2, 32-2), weiter bevorzugt für die ersten Schaltereinheiten (11, 21, 31) mit Durchlassrichtung zum dritten Anschluss (3) und für die zweiten Schaltereinheiten (12, 22, 32) mit Durchlassrichtung zum vierten Anschluss (4) hin.Arrangement (100) according to Claim 6 in which a respective switch unit (11, 12, 21, 22, 31, 32) of a switch string (10, 20, 30) of the inverter (5) is or has a semiconductor switching element, in particular an IGBT (11-1, 12-1 21-1, 21-2, 31-1, 31-2) or a MOSFET, preferably with a diode connected in parallel thereto (11-2, 12-2, 21-2, 22-2, 31-2, 32) -2), more preferably for the first switch units (11, 21, 31) with forward direction to the third terminal (3) and for the second switch units (12, 22, 32) with the forward direction to the fourth terminal (4). Anordnung (100) nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher zwischen den ersten und zweiten Schaltereinheiten (11, 12; 21, 22; 31, 32) eines Schalterstrangs (10, 20, 30) des Inverters (5) jeweils ein Anschluss (5-1, 5-2, 5-3) zur Verbindung mit einem Anschluss (60-1, 60-2, 60-3) einer, insbesondere entsprechend mehrphasigen, elektrischen Maschine (60) ausgebildet ist, insbesondere zur Verbindung mit einer Induktivität (61, 62, 63) der elektrischen Maschine (60) und/oder zur sternförmigen Verbindung mit einem Anschluss (6) in direkter Verbindung mit dem ersten Anschlusspunkt (7).Arrangement (100) according to Claim 6 or 7 in which a connection (5-1, 5-2, 5) between the first and second switch units (11, 12; 21, 22; 31, 32) of a switch string (10, 20, 30) of the inverter (5) is provided in each case. 3) for connection to a terminal (60-1, 60-2, 60-3) of a, in particular correspondingly multi-phase, electrical machine (60) is formed, in particular for connection to an inductance (61, 62, 63) of the electrical machine (60) and / or for star-shaped connection to a terminal (6) in direct connection with the first connection point (7). Anordnung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche eingerichtet ist, durch Ansteuerung der ersten Schaltereinheit (51), der zweiten Schaltereinheit (52) und/oder der ersten und zweiten Schaltereinheiten der Schalterstränge (10, 20, 30) des dreiphasigen Inverters (5) - einen Ladebetrieb zum Laden einer am dritten und am vierten Anschluss (3, 4) angeschlossenen Batterie (40) über eine am ersten und zweiten Anschluss (1, 2) angeschlossene Gleichspannungsquelle (50), - einen Inverterbetrieb zum Versorgen einer am ersten Anschlusspunkt (7) und an den Anschlüssen (5-1, 5-2, 5-3) der Schalterstränge (10, 20, 30) des dreiphasigen Inverters (5) angeschlossenen elektrischen Maschine (60) und/oder - einen Rückspeisebetrieb zum Rückspeisen elektrischer Energie aus einer am dritten und am vierten Anschluss (3, 4) angeschlossenen Batterie (40) in eine am ersten und zweiten Anschluss (1, 2) angeschlossene Gleichspannungssenke (50, 50') zu bewirken.Arrangement (100) according to one of the preceding claims, which is set up by driving the first switch unit (51), the second switch unit (52) and / or the first and second switch units of the switch strands (10, 20, 30) of the three-phase inverter ( 5) a charging operation for charging a battery (40) connected to the third and fourth terminals (3, 4) via a DC voltage source (50) connected to the first and second terminals (1, 2), an inverter operation for supplying an electric machine (60) connected to the first connection point (7) and to the connections (5-1, 5-2, 5-3) of the switch strands (10, 20, 30) of the three-phase inverter (5) and or to effect a regenerative operation for feeding electrical energy from a battery (40) connected to the third and fourth terminals (3, 4) into a DC voltage sink (50, 50 ') connected to the first and second terminals (1, 2). Antriebsstrang für eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Antrieb und mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Versorgen des Antriebs mit elektrischer Energie.Drive train for a working device and in particular for a vehicle, with a drive and with an arrangement according to one of Claims 1 to 9 for supplying the drive with electrical energy. Arbeitsvorrichtung und insbesondere Fahrzeug, mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Versorgen mit elektrischer Energie und/oder mit einem Antriebsstrang nach Anspruch 10.Working device and in particular vehicle, with an arrangement according to one of Claims 1 to 9 to supply with electrical energy and / or with a drive train Claim 10 ,
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