DE102017212844A1

DE102017212844A1 - Bidirectional inverter loader

Info

Publication number: DE102017212844A1
Application number: DE102017212844.5A
Authority: DE
Inventors: Taleb Janbein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2019-01-31

Abstract

Es wird ein Inverterlader beschrieben, welcher auch zum Laden einer Batterie aus einer Gleich- oder Wechselstromquelle verwendet werden kann, wobei der Inverterlader möglichst wenige elektrische Komponenten aufweist. Der Inverterlader umfasst Brücken (4), welche die beiden Ladeanschlüsse (2a, 2b) mit Induktivitäten (8) von einer mindestens sechsphasigen elektrischen Maschine verbindet und welche jeweils von einer Steuerung, gesteuert werden. Der Inverterlader hat mindestens zwei Quellenanschlüsse (10a, 10b), an die eine Wechselstromquelle oder eine Gleichstromquelle anschließbar ist, wobei die Quellenanschlüsse (10a, 10b) mit Sternpunkten (9) der mindestens sechsphasigen elektrischen Maschine verbunden sind.

An inverter charger is described, which can also be used to charge a battery from a DC or AC source, the inverter charger having as few electrical components as possible. The inverter charger comprises bridges (4) which connect the two charging terminals (2a, 2b) with inductors (8) from an at least six-phase electrical machine and which are each controlled by a controller. The inverter charger has at least two source terminals (10a, 10b) to which an AC power source or a DC power source is connectable, the source terminals (10a, 10b) being connected to star points (9) of the at least six-phase electric machine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft einen bidirektionalen Inverterlader, ein Fahrzeug umfassend einen solchen bidirektionalen Inverterlader, ein Verfahren zum Laden einer Batterie mittels eines solchen Inverterladers und eine Verwendung von einer mindestens sechsphasigen elektrischen Maschine, die mindestens zwei Sternpunkte aufweist, und einem geeigneten Inverter zum Laden einer Batterie aus einer mit der elektrischen Maschine verbundenen Gleich- oder Wechselstromquelle.The present invention relates to a bidirectional inverter charger, a vehicle comprising such a bidirectional inverter charger, a method of charging a battery by means of such an inverter charger, and use of an at least six-phase electric machine having at least two neutral points and a suitable inverter for charging a battery from a DC or AC source connected to the electrical machine.

Batterien stellen elektrische Energie über einen Gleichstrom bereit. Wiederaufladbare Batterien können, wenn sie ihre elektrische Energie abgegeben haben, erneut aufgeladen werden. Zum Aufladen einer Batterie mit Gleichstrom aus einer Wechselstromquelle muss der Strom einer Wechselstromquelle in einen Gleichstrom für die Batterie umgewandelt werden.Batteries provide electrical energy via a DC current. Rechargeable batteries can be recharged once they have lost their electrical energy. To charge a battery with DC power from an AC power source, you need to convert the power of an AC power source into a DC power supply for the battery.

Es ist bekannt, einen Inverter, der mit einer elektrischen Maschine verbunden ist, zum Laden einer Batterie zu verwenden. Dazu wird in solchen sogenannten Inverterladern ein aktiver Gleichrichter eingesetzt. Hierzu sind verschiedene Inverterladertopologien wie bspw. eine geschaltete B6-Brücke bekannt.It is known to use an inverter connected to an electric machine for charging a battery. For this purpose, an active rectifier is used in such so-called inverter loaders. For this purpose, various inverter charging topologies such as, for example, a switched B6 bridge are known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Im Folgenden werden ein bidirektionaler Inverterlader und ein entsprechendes Kraftfahrzeug sowie entsprechende Verfahren beschrieben, mit denen es möglich ist, eine Batterie mittels einer mindestens sechsphasigen Maschine mit mindestens zwei Sternpunkten aufzuladen. Dabei können an Stelle der einen sechsphasigen Maschine zwei dreiphasige Maschinen eingesetzt werden, wobei die dreiphasigen Maschinen in separaten Gehäusen oder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein können. In the following, a bidirectional inverter charger and a corresponding motor vehicle as well as corresponding methods are described with which it is possible to charge a battery by means of an at least six-phase machine having at least two neutral points. In this case, two three-phase machines can be used instead of a six-phase machine, wherein the three-phase machines can be arranged in separate housings or in a common housing.

In einer weiteren Ausführungsform kann an Stelle der sechsphasigen Maschine eine neunphasige elektrische Maschine mit drei Sternpunkten eingesetzt werden, wobei dann ein entsprechend angepasster Inverter zu verwenden ist. Die neunphasige elektrische Maschine kann wiederum durch drei dreiphasige Maschinen, die in einem gemeinsamen oder separaten Gehäusen angeordnet sein können, ersetzt werden.In a further embodiment, instead of the six-phase machine, a nine-phase electric machine with three star points can be used, in which case a correspondingly adapted inverter is to be used. The nine-phase electric machine can in turn be replaced by three three-phase machines, which can be arranged in a common or separate housings.

Der bidirektionale Inverterlader umfasst:

- zwei Ladeanschlüsse zum Anschließen einer Batterie;
- mindestens zwei geschaltete B6-Brücken, welche die beiden Ladeanschlüsse mit Induktivitäten der mindestens sechsphasigen elektrischen Maschine verbinden und welche jeweils von einer Steuerung gesteuert werden; und
- mindestens zwei Quellenanschlüsse, an die eine Wechselstromquelle oder eine Gleichstromquelle anschließbar sind, wobei die Quellenanschlüsse mit Sternpunkten der mindestens sechsphasigen elektrischen Maschine verbunden sind.

The bidirectional inverter charger includes:

- two charging ports for connecting a battery;
- At least two switched B6 bridges, which connect the two charging ports with inductors of the at least six-phase electric machine and which are each controlled by a controller; and
- At least two source terminals to which an AC power source or a DC power source can be connected, wherein the source terminals are connected to neutral points of the at least six-phase electric machine.

Die Steuerung ist dabei zum einen so eingerichtet, dass der Inverterlader der Wechselstromquelle nahezu keine Blindleistung entnimmt, das heisst, dass an den Quellenanschlüssen zwischen Strom und Spannung eine möglichst kleine, im Idelfall gar keine, Phasenverschiebung Φ auftritt, also Φ≈0 und damit cos(Φ)≈1 ist. Jedenfalls soll gelten: cos(Φ)≈1, jedenfalls cos(Φ)≥0,98. Zum anderen werden die B6-Brücken idealerweise so geschaltet, dass möglichst wenige, im Idealfall kein, Oberwellen der Frequenz der Wechselstromquelle in die versorgende Quelle bzw. das versorgende Netz eingespeist werden. Um dies zu erreichen steuert die Steuerung insbesondere die Low-Side Schalter der B6-Brücken in geeigneter Weise an, sodass der über die Quellenanschlüsse entnommene Strom (im Wesentlichen oder exakt) in Phase mit der Spannung der Wechelstromquelle und damit die entnommene Blindleistung im Idealfall null ist.The controller is on the one hand set up so that the inverter charger takes the AC power source almost no reactive power, that is, at the source terminals between current and voltage as small as possible, in the ideal case no, phase shift Φ occurs, ie Φ≈0 and thus cos (Φ) ≈1. In any case: cos (Φ) ≈1, in any case cos (Φ) ≥ 0.98. On the other hand, the B6 bridges are ideally switched so that as few as possible, ideally no harmonics of the frequency of the AC source are fed into the supplying source or the supplying network. In order to achieve this, the control in particular activates the low-side switches of the B6 bridges in a suitable manner, so that the current taken over the source connections (substantially or exactly) in phase with the voltage of the alternating current source and thus the removed reactive power ideally zero is.

Mittels des bidirektionalen Inverterladers kann die Batterie aus einer Gleich- oder aus einer Wechselstromquelle geladen werden, sowie auch in einem Rückspeisemodus entweder ins Netz Energie zurückspeisen oder eine andere Batterie laden. Ein Wechselstrom der Wechselstromquelle wird dabei durch die Induktivitäten der mindestens sechsphasigen elektrischen Maschine und durch geeignetes Schalten der B6-Brücken in eine Gleichspannung umgewandelt.By means of the bidirectional inverter charger, the battery can be charged from a DC or from an AC source, as well as in a regenerative mode either back into the grid energy or load another battery. An alternating current of the alternating current source is converted by the inductances of the at least six-phase electric machine and by suitable switching of the B6 bridges in a DC voltage.

Die Wechselstromquelle wird dazu über die Quellenanschlüsse an zwei der Sternpunkte der mindestens sechsphasigen elektrischen Maschine bzw. an die an Sternpunkte der neunphasigen elektrischen Maschine angeschlossen. Die Sternpunkte der elektrischen Maschine sind jeweils mit drei Induktivitäten der jeweiligen elektrischen Maschine elektrisch verbunden. Jede der Induktivitäten ist jeweils mit einem ersten Anschluss jeweils eines Low-Side-Schalters und jeweils mit einem zweiten Anschluss eines in Reihe geschalteten High-Side-Schalters verbunden. Alle zweiten Anschlüsse der Low-Side-Schalter sind mit dem ersten Ladeanschluss verbunden. Alle ersten Anschlüsse der High-Side-Schalter sind mit dem zweiten Ladeanschluss verbunden. Der erste und der zweite Ladeanschluss bilden dabei die Anschlüsse für eine wiederaufladbare Batterie. Dabei sind die Low-Side-Schalter und die High-Side-Schalter über ihre Steueranschlüsse (Gate) mit einer Steuerung, insbesondere einer Leistungsfaktorkorrektursteuerung (Power-Factor-Correction-(PFC-)Steuerung), verbunden. Die Steuerung ist zu einem Schalten der High-Side-Schalter und der Low-Side-Schalter eingerichtet, so dass an den Ladeanschlüssen im Wesentlichen eine Gleichspannung anliegt und die Batterie im Wesentlichen mit einem Gleichstrom aufgeladen wird, auch wenn eine Wechselstromquelle an den Quellenanschlüssen angeschlossen ist. Die Induktivitäten der elektrischen Maschine bewirken dabei eine Dämpfung von Stromspitzen, die beim Schalten der Low-Side- oder High-Side-Schalter entstehen.The AC power source is connected via the source terminals to two of the star points of the at least six-phase electric machine or to the star points of the nine-phase electric machine. The star points of the electric machine are each electrically connected to three inductors of the respective electric machine. Each of the inductors is in each case connected to a first terminal of a respective low-side switch and in each case to a second terminal of a series-connected high-side switch. All second terminals of the low-side switches are connected to the first charging port. All first connections of the high-side switches are connected to the second charging port. The first and the second charging connection form the connections for a rechargeable battery. The low-side switches and the high-side switches are connected via their control terminals (gate) to a controller, in particular a power factor correction (PFC) control. The controller is configured to switch the high-side switches and the low-side switches such that a DC voltage is applied to the charging terminals and the battery is substantially charged with a DC current, even if an AC source is connected to the source terminals is. The inductances of the electric machine cause an attenuation of current peaks, which arise when switching the low-side or high-side switch.

Der vorliegende Inverterlader bietet eine aufwandsarme Möglichkeit, eine Batterie ohne separates Ladegerät über eine mindestens sechsphasige elektrische Maschine mit mindestens zwei Sternpunkten und mit vorhandenen B6-Brücken aufzuladen. Dies trägt zur Reduktion der Herstellungskosten bei.The present inverter charger offers a low-cost way to charge a battery without a separate charger via a minimum of six-phase electrical machine with at least two star points and existing B6 bridges. This contributes to the reduction of manufacturing costs.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist wenigstens ein Low-Side-Schalter oder ein High-Side-Schalter der B6-Brücken z. B. ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated-Gate Bipolar-Transistor (IGBT)) oder ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET)).According to a further aspect, at least one low-side switch or a high-side switch of the B6 bridges z. For example, an insulated gate bipolar transistor (Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)) or a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET)).

IGBTs sowie auch MOSFETs sind Leistungselektronikbauteile, die auch hohe Ströme von mehreren Ampere zuverlässig schalten können. Durch geeignete Verschaltung und Ansteuerung über die Steuerungen kann durch IGBTs bzw. MOSFETs der Strom einer Gleich- oder Wechselstromquelle zuverlässig in einen elektrischen Strom zum Laden der Batterie umgewandelt werden, wobei die Stromquelle entsprechend der Art der Quelle gesteuert wird.IGBTs as well as MOSFETs are power electronics components that can reliably switch high currents of several amperes. By suitable interconnection and control via the controllers can be converted by IGBTs or MOSFETs the current of a DC or AC power source reliably into an electric current for charging the battery, the power source is controlled according to the type of source.

Der Einsatz von IGBTs bzw. MOSFETs trägt zu der Zuverlässigkeit des bidirektionalen Inverterladers bei.The use of IGBTs or MOSFETs contributes to the reliability of the bidirectional inverter charger.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der bidirektionale Inverterlader eine parallel zur Batterie angeordneten Kapazität. In einer Ausführungsform kann diese ein Kondensator sein, welcher die an der Batterie anliegende Spannung glättet.According to a further aspect, the bidirectional inverter charger comprises a capacitor arranged parallel to the battery. In one embodiment, this may be a capacitor that smoothes the voltage applied to the battery.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der bidirektionale Inverterlader im Falle einer neunphasigen elektrischen Maschine mindestens drei Quellenanschlüsse. Die zweiphasige Wechselstromquelle oder die Gleichstromquelle kann dabei an zwei beliebige Quellenanschlüsse angeschlossen sein.In a further aspect, in the case of a nine-phase electric machine, the bidirectional inverter charger comprises at least three source terminals. The two-phase AC power source or the DC power source can be connected to any two source connections.

Für den Fall der neunphasigen elektrischen Maschine oder der drei dreiphasigen elektrischen Maschinen sind entsprechend drei B6-Brücken zum Laden der Batterie verschaltet. So kann an einem beliebigen der drei Sternpunkte der neunphasigen oder der drei dreiphasigen elektrischen Maschinen ein Anschluss der Stromquelle (Gleichstromquelle oder Wechselstromquelle) angeschlossen werden. Die drei dreiphasigen elektrischen Maschinen können dabei bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Die Steuerung der B6-Brücken schaltet die Low-Side-Schalter und die High-Side-Schalter entsprechend, um eine im Wesentlichen konstante Gleichspannung an den Ladeanschlüssen zum Laden der Batterie bereitzustellen. In einer Ausführungsform können auch eine drei oder mehrphasige Stromquelle zum Laden der Batterie an die drei oder mehr Quellenanschlüsse und die drei oder mehr dreiphasigen Maschinen angeschlossen werden.In the case of the nine-phase electric machine or the three three-phase electric machines, three B6 bridges are connected to charge the battery. Thus, at any of the three star points of the nine-phase or the three three-phase electrical machines, a connection of the power source (DC source or AC source) can be connected. The three three-phase electrical machines can preferably be arranged in a common housing. The control of the B6 bridges correspondingly switches the low-side switches and the high-side switches to provide a substantially constant DC voltage at the charging terminals for charging the battery. In one embodiment, a three or more phase current source for charging the battery may also be connected to the three or more source terminals and the three or more three-phase machines.

Es kann eine Anzahl k an dreiphasigen elektrischen Maschinen durch eine einzige (3·k)-phasige elektrische Maschine ersetzt werden. So können in einer Ausführungsform zwei dreiphasige Maschinen durch eine sechsphasige (k = 2) Maschine ersetzt werden. Die Verschaltung der B6-Brücken ändert sich dabei nicht. Es werden lediglich die Anzahl k an B6-Brücken der ersetzten dreiphasigen elektrischen Maschinen entsprechend an die (3·k)-phasige elektrische Maschine angeschlossen. Die Verwendung einer mehrphasigen (3·k-phasigen) elektrischen Maschine ist eine mögliche Alternative zur Verwendung von mehreren dreiphasigen elektrischen Maschinen.A number k of three-phase electric machines can be replaced by a single (3 · k) -phase electric machine. Thus, in one embodiment, two three-phase machines may be replaced by a six-phase (k = 2) machine. The interconnection of the B6 bridges does not change. Only the number k of B6 bridges of the replaced three-phase electrical machines are connected to the (3 · k) -phase electrical machine accordingly. The use of a polyphase (3 × k-phase) electric machine is a possible alternative to the use of several three-phase electrical machines.

Gemäß einem weiteren Aspekt bilden die elektrischen Maschinen einen elektrischen Traktionsmotor. Elektrische Traktionsmotoren wie sie bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, sind geeignet, um mit dem bidirektionalen Inverterlader eine Batterie durch eine Gleichstromquelle oder eine Wechselstromquelle zu laden. Es kann auch eine Kombination aus Traktionsmotoren und anderen elektrischen Maschinen wie Generatoren, Lichtmaschinen, Anlassern und der gleichen zum Einsatz kommen.In another aspect, the electric machines form an electric traction motor. Electric traction motors, such as those used in motor vehicles, are suitable for charging a battery with a DC power source or an AC power source using the bidirectional inverter charger. It can also be a combination of traction motors and other electrical machines such as generators, alternators, starters and the like used.

Die Verwendung von Traktionsmotoren ist eine besonders einfache und kostengünstige Alternative, um eine Batterie über eine Stromquelle (Gleichstromquelle oder Wechselstromquelle) zu laden.The use of traction motors is a particularly simple and cost effective alternative for charging a battery from a source of power (DC source or AC source).

Gemäß einem weiteren Aspekt besteht der bidirektionale Inverterlader im Wesentlichen ausschließlich aus den zuvor genannten elektrischen Komponenten.According to a further aspect, the bidirectional inverter charger consists essentially exclusively of the aforementioned electrical components.

Mit dem entsprechend ausgebildeten bidirektionalen Inverterlader kann eine wiederaufladbare Batterie, welche mittels der elektrischen Maschinen mit einer Stromquelle (Gleichstromquelle oder Wechselstromquelle) verbunden ist, aufgeladen werden, ohne dass dazu weitere elektrische Komponenten nötig sind. With the appropriately designed bidirectional inverter charger, a rechargeable battery, which is connected by means of electrical machines with a power source (DC power source or AC power source) can be charged without the need for additional electrical components are required.

Der bidirektionale Inverterlader bietet somit eine besonders aufwandsarme und daher kostengünstige Möglichkeit, eine Batterie aufzuladen.The bidirectional inverter charger thus offers a particularly low-cost and therefore cost-effective way to charge a battery.

Hier auch beschrieben werden soll ein System umfassend eine mindestens sechsphasige elektrische Maschine mit mindestens zwei Sternpunkten und einen bidirektionalen Inverterlader gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.Also to be described here is a system comprising an at least six-phase electrical machine having at least two star points and a bidirectional inverter charger according to one of the embodiments described above.

Über die elektrische Maschine und die zugeordneten B6-Brücken mit Steuerung kann die Batterie ohne separates Ladegerät von einer Gleichstromquelle oder Wechselstromquelle wie bspw. dem öffentlichen Stromnetz aufgeladen werden.The electric machine and the associated B6 bridges with control, the battery can be charged without a separate charger from a DC power source or AC power source such as the public power grid.

Ein Fahrzeug mit den oben genannten elektrischen Maschinen und bidirektionalem Inverterlader trägt durch die besonders aufwandsarme Lademöglichkeit für die Batterie zur Reduktion der Herstellungskosten und somit auch der Anschaffungskosten bei.A vehicle with the above-mentioned electrical machines and bidirectional inverter charger contributes to the reduction of the manufacturing costs and thus also of the acquisition costs by the particularly low-cost charging possibility for the battery.

Das Verfahren zum Laden einer Batterie ermöglicht es, die Batterie ohne ein zusätzliches Ladegerät über die mindestens sechsphasige oder neunphasige elektrische Maschinen und entsprechend geschaltete B6-Brücken aufzuladen. Dies verringert die Herstellungskosten und Anschaffungskosten deutlich.The method of charging a battery makes it possible to charge the battery without the need for an additional charger via the at least six-phase or nine-phase electrical machines and correspondingly connected B6 bridges. This significantly reduces the manufacturing costs and acquisition costs.

Darüber hinaus vorgestellt wird eine Verwendung einer mindestens sechsphasigen elektrischen Maschine mit geschalteten B6-Brücken, welche jeweils mit einer Steuerung, insbesondere einer Leistungsfaktorkorrektursteuerung (Power-Factor-Correction-(PFC-)Steuerung), verbunden sind, insbesondere von einem bidirektionalen Inverterlader gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen, zum Laden einer Batterie. Dabei ist die Batterie mit zwei Ladeanschlüssen verbunden, wobei die Ladeanschlüsse mit Induktivitäten der mindestens sechsphasigen elektrischen Maschine über die B6-Brücken verbunden sind. Für den Fall, dass die sechs- bzw. neunphasige Maschine durch zwei bzw. drei dreiphasige Maschinen ersetzt ist, können die zwei bzw. drei dreiphasigen elektrischen Maschinen bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ferner sind eine Wechselstromquelle oder eine Gleichstromquelle mit zwei von mindestens zwei Quellenanschlüssen verbunden, wobei die Quellenanschlüsse mit Sternpunkten der mindestens sechsphasigen elektrischen Maschinen verbunden sind.In addition, a use of an at least six-phase electrical machine with switched B6 bridges, each of which is connected to a controller, in particular a power factor correction (PFC) control, is presented, in particular by a bidirectional inverter charger according to the previous embodiments, for charging a battery. In this case, the battery is connected to two charging terminals, wherein the charging terminals are connected to inductances of the at least six-phase electrical machine via the B6 bridges. In the event that the six- or nine-phase machine is replaced by two or three three-phase machines, the two or three three-phase electrical machines can preferably be arranged in a common housing. Further, an AC power source or a DC power source is connected to two of at least two source terminals, the source terminals being connected to star points of the at least six-phase electric machines.

Die Batterie wird von einer Wechselstromquelle oder einer Gleichstromquelle mit Gleichstrom aufgeladen, indem der Wechselstrom oder Gleichstrom, der an den Quellenanschlüssen anliegt, über die Induktivitäten der elektrischen Maschinen zu den B6-Brücken geleitet wird. An den B6-Brücken werden durch geeignete Ansteuerung über die Steuerung Low-Side-Schalter und High-Side-Schalter der B6-Brücken derart geschaltet, dass an den Ladeanschlüssen eine Gleichspannung zum Laden der Batterie anliegt.The battery is charged with DC current from an AC or DC source by passing the AC or DC current applied to the source terminals through the inductors of the electrical machines to the B6 bridges. By means of suitable control via the control, low-side switches and high-side switches of the B6 bridges are connected to the B6 bridges in such a way that a DC voltage for charging the battery is applied to the charging connections.

Durch die beschriebene Verwendung kann ohne ein zusätzliches Ladegerät die Batterie mittels der sechsphasigen oder neunphasigen elektrischen Maschinen und der B6-Brücken aufgeladen werden. Dies trägt zu einem besonders kostengünstigen Produkt bei.By the use described, the battery can be charged by means of the six-phase or nine-phase electric machines and the B6 bridges without an additional charger. This contributes to a particularly cost-effective product.

Der bidirektionale Inverterlader und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten zeigen, die die vorstehenden Erläuterungen jedoch nicht beschränken. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines bidirektionalen Inverterladers mit einer sechsphasigen elektrische Maschine bzw. zwei dreiphasigen elektrischen Maschinen;
2 eine schematische Darstellung eines bidirektionalen Inverterladers mit neunphasigen elektrische Maschine bzw. drei dreiphasigen elektrische Maschine;

The bidirectional inverter charger and the technical environment will be explained in more detail by way of example with reference to the figures. It should be noted that the figures show particularly preferred embodiments, which do not limit the above explanations. Show it:

1 a schematic representation of a bidirectional inverter charger with a six-phase electric machine or two three-phase electric machines;
2 a schematic representation of a bidirectional inverter charger with nine-phase electric machine or three three-phase electric machine;

1 zeigt einen bidirektionalen Inverterlader 1 zum Laden einer Batterie 3 mit zwei dreiphasigen elektrischen Maschinen mit jeweils einem Sternpunkt. An Stelle der zwei dreiphasigen elektrischen Maschinen kann eine sechsphasige elektrische Maschine mit zwei Sternpunkten gleichwirkend eingesetzt werden. Lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit zeigt das Ausführungsbeispiel zwei dreiphasige statt einer sechsphasigen Maschine. 1 shows a bidirectional inverter charger 1 to charge a battery 3 with two three-phase electrical machines with one star point each. Instead of the two three-phase electrical machines, a six-phase electric machine with two star points can be used with equal effect. Merely for reasons of clarity, the embodiment shows two three-phase instead of a six-phase machine.

Die Batterie 3 ist an einem ersten Ladeanschluss 2a und einem zweiten Ladeanschluss 2b angeschlossen. Die Ladeanschlüsse 2a, 2b sind mit zwei parallel geschalteten B6-Brücken 4 verbunden. Dabei ist der erste Ladeanschluss 2a jeweils mit drei zweiten Ausgängen von High-Side-Schaltern 5 der zwei B6-Brücken eines Inverters 4 verbunden. Der zweite Ladeanschluss 2b ist jeweils mit drei ersten Anschlüssen von drei Low-Side-Schaltern 6 der zwei B6-Brücken 4 verbunden. Je ein High-Side-Schalter 5 und ein Low-Side-Schalter 6 der B6-Brücken 4 sind über ihren ersten Anschluss bzw. zweiten Anschluss mit einer dreiphasigen elektrischen Maschine 7 verbunden. Dabei ist jeder dreiphasigen elektrischen Maschine 7 eine B6-Brücke 4 zugeordnet. Die beiden dargestellten dreiphasigen elektrischen Maschinen können dabei in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Je eine Kombination von in Reihe geschaltetem Low-Side-Schalter 6 und High-Side-Schalter 5 ist mit einer Induktivität 8 der dreiphasigen elektrischen Maschinen 7 verbunden. Dabei sind jeweils drei parallel geschaltete Kombinationen von Low-Side-Schaltern 6 und High-Side-Schaltern 5 einer B6-Brücke mit den drei Induktivitäten 8 einer der elektrischen Maschinen 7 verbunden. Die drei Induktivitäten 8 der beiden elektrischen Maschinen 7 sind jeweils in einem Sternpunkt 9 miteinander verbunden. Ein erster Quellenanschluss 10a ist mit einem Sternpunkt 9 einer der elektrischen Maschinen 7 verbunden. Ein zweiter Quellenanschluss 10b ist mit dem Sternpunkt der anderen elektrischen Maschine 7 verbunden. An die Quellenanschlüsse 10a, 10b kann eine Gleichstromquelle oder eine Wechselstromquelle angeschlossen werden.The battery 3 is at a first charging port 2a and a second charging port 2 B connected. The charging ports 2a . 2 B are connected to two B6 bridges 4 connected in parallel. Here is the first charging port 2a each with three second outputs of high-side switches 5 the two B6 bridges of an inverter 4 connected. The second charging port 2 B is each with three first connections of three low-side switches 6 the two B6 bridges 4 connected. One high-side switch each 5 and a low-side switch 6 the B6 bridges 4 are via their first connection or second connection with a three-phase electrical machine 7 connected. Here is every three-phase electric machine 7 a B6 bridge 4 assigned. The two illustrated three-phase electrical machines can be arranged in a common housing. One combination of low-side switches in series 6 and high-side switches 5 is with an inductance 8th the three-phase electric machines 7 connected. There are three parallel combinations of low-side switches 6 and high-side switches 5 a B6 bridge with the three inductors 8th one of the electrical machines 7 connected. The three inductors 8th of the two electrical machines 7 are each in a star point 9 connected with each other. A first source connection 10a is with a star point 9 one of the electrical machines 7 connected. A second source connection 10b is with the neutral point of the other electric machine 7 connected. To the source connections 10a . 10b a direct current source or an ac source can be connected.

Die dreiphasigen elektrischen Maschinen 7 können auch in einem Antriebsmodus, indem die Gleichstromquelle oder die Wechselstromquelle von den Quellenanschlüssen 10a, 10b getrennt ist, von der Batterie 3 mit elektrischer Energie versorgt werden. Dabei wird über die B6-Brücken die Gleichspannung der Batterie 3 in eine passende Wechselspannung für die beiden dreiphasigen elektrischen Maschinen 7 umgewandelt.The three-phase electrical machines 7 can also operate in a drive mode by connecting the DC source or the AC source from the source terminals 10a . 10b is disconnected from the battery 3 be supplied with electrical energy. In doing so, the DC voltage of the battery is generated via the B6 bridges 3 into a suitable alternating voltage for the two three-phase electrical machines 7 transformed.

Zur Batterie 3 ist an den Ladeanschlüssen 2a, 2b eine Kapazität 11, in einer Ausführungsform ein Ladekondensator 11, parallel angeschlossen. Der Ladekondensator dämpft mögliche Schwankungen in der an den Ladeanschlüssen 2a, 2b anliegenden Spannung.To the battery 3 is at the charging ports 2a . 2 B a capacity 11 in one embodiment, a charging capacitor 11 connected in parallel. The charging capacitor dampens possible fluctuations in the charging connections 2a . 2 B applied voltage.

2 zeigt einen bidirektionalen Inverterlader 1 einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu dem Inverterlader 1 aus 1 umfasst der Inverterlader drei dreiphasige elektrische Maschinen 7 und entsprechend drei miteinander verschaltete B6-Brücken eines Inverters 4. Die dreiphasigen elektrischen Maschinen können dabei wieder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. An Stelle der drei dreiphasigen elektrischen Maschinen kann auch eine neunphasige elektrische Maschine mit drei Sternpunkten eingesetzt werden. 2 shows a bidirectional inverter charger 1 a further embodiment. Unlike the inverter loader 1 out 1 The inverter loader includes three three-phase electrical machines 7 and correspondingly three interconnected B6 bridges of an inverter 4 , The three-phase electrical machines can be arranged again in a common housing. Instead of the three three-phase electrical machines, a nine-phase electric machine with three star points can also be used.

Die Batterie 3 ist an den Ladeanschlüssen 2a, 2b angeschlossen und wird von einer Gleichstromquelle oder einer Wechselstromquelle geladen. Die Gleichstromquelle oder die zweiphasige Wechselstromquelle ist dazu an zwei beliebigen der drei Quellenanschlüsse 10a, 10b, 10c angeschlossen. Die dreiphasige Wechselstromquelle ist an die drei Quellenanschlüsse 10a, 10b, 10c angeschlossen.The battery 3 is at the charging ports 2a . 2 B is connected and charged from a DC source or AC source. The DC source or the two-phase AC source is for this purpose at any two of the three source terminals 10a . 10b . 10c connected. The three-phase AC power source is at the three source terminals 10a . 10b . 10c connected.

Zum Laden der Batterie 3 mittels einer Gleichstromquelle oder einer Wechselstromquelle, die an den Quellenanschlüssen 10a, 10b angeschlossen ist, können die Low-Side-Schalter 6 in einem Aussetzmodus (interleave mode) oder einem Gleichschaltmodus (simultane mode) betrieben werden. Nachfolgend wird das Schalten der Low-Side-Schalter 6 der B6-Brücke 4 erläutert, die mit dem ersten Quellenanschluss 10a verbunden ist, wobei nachfolgend angenommen ist, dass an dem ersten Quellenanschluss eine positive Spannung anliegt.To charge the battery 3 by means of a DC source or an AC source connected to the source terminals 10a . 10b connected, the low-side switches can 6 in an interleave mode or a simultaneous mode. Below is the switching of the low-side switch 6 the B6 bridge 4 explained with the first source connection 10a it is assumed below that a positive voltage is applied to the first source terminal.

Im Falle einer Wechselstromquelle muss die Schaltung der Low-Side-Schalter 6 beim Wechsel des Vorzeichens der anliegenden Spannung dementsprechend wie zuvor bei der jeweils anderen B6-Brücke 4 erfolgen.In the case of an AC power source, the circuit must be the low-side switch 6 when changing the sign of the applied voltage accordingly as before with the other B6 bridge 4 respectively.

Im Aussetzmodus (interleave mode) werden die Low-Sideschalter 6 zeitlich versetzt, also nacheinander freigeschaltet, so dass jeder Schalter mit einem Drittel der Schaltfrequenz und entsprechend mit einem maximalen Drittel Tastverhältnis (duty cycle) angesteuert wird, wobei zu einer Zeit immer nur einer der Schalter freigeschaltet ist.In interleave mode, the low-side switches become 6 offset in time, so unlocked sequentially, so that each switch with one third of the switching frequency and correspondingly with a maximum third duty cycle (duty cycle) is driven, wherein at a time only one of the switches is enabled.

Im Gleichschaltmodus werden alle drei Low-Side-Schalter 6, die mit dem ersten Quellenanschluss 10a verbunden sind, gleichzeitig freigschaltet und gleichzeitig gesperrt. Somit fließt ein Strom in der technischen Stromrichtung über alle High-Side-Schalter 5, welche mit dem ersten Quellenanschluss 10a verbunden sind, immer dann, wenn die Low-Side-Schalter 6 gesperrt sind.In the same mode, all three low-side switches 6 connected to the first source connection 10a are connected, simultaneously enabled and locked at the same time. Thus, a current in the technical current direction flows through all high-side switches 5 , which with the first source connection 10a are connected whenever the low-side switch 6 are locked.

Im Gleichschaltmodus wird die Batterie 3 daher mit einem gepulsten Ladestrom über die High-Side-Schalter 5 aufgeladen, wobei die Stromstärke zwischen 0 A [Ampere] und einem Maximalwert springt. Die Spannung der Batterie 3 steigt dabei nicht gleichmäßig, sondern nur bei jedem Strompuls an.In the same mode, the battery becomes 3 therefore with a pulsed charging current through the high-side switch 5 charged, the current between 0 A [amp] and a maximum value jumps. The voltage of the battery 3 does not rise evenly, but only at each current pulse.

Im Auslassmodus wird die Batterie 3 mit einem gleichmäßigeren Ladestrom über die High-Side-Schalter 5 aufgeladen, wobei die Stromstärke unter bestimmten Bedingungen nicht auf 0 A abfällt. Die Spannung der Batterie 3 steigt dabei gleichmäßiger an.In exhaust mode, the battery becomes 3 with a smoother charging current across the high-side switches 5 charged under certain conditions, the current does not drop to 0 A. The voltage of the battery 3 increases evenly.

Claims

A bidirectional inverter charger (1) comprising: - two charging terminals (2a, 2b) for connecting a battery (3); - At least two switched B6 bridges (4) which connect the two charging terminals (2a, 2b) with inductors (8) from an at least six-phase electric machine and which are each controlled by a controller; and - at least two source terminals (10a, 10b) to which an AC source or a DC source is connectable, the source terminals (10a, 10b) being connected to star points (9) of the at least six-phase electrical machine.

Bidirectional inverter charger (1) to Claim 1 in which at least one low-side switch (5) or a high-side switch (6) of the B6 bridges is an insulated gate bipolar transistor, insulated gate bipolar transistor, IGBT, or a metal-oxide semiconductor Field effect transistor, metal oxide semiconductor field-effect transistor, MOSFET, is.

A bidirectional inverter loader (1) according to any one of the preceding claims, comprising at least three source terminals (10a, 10b, 10c), said AC source or said DC source being connected to any two source terminals (10a, 10b, 10c).

Bidirectional inverter loader (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least six-phase electric machine is replaced by at least two three-phase electrical machines (7).

Bidirectional inverter loader (1) according to one of the preceding claims, wherein the electric machine is an electric traction motor.

Bidirectional inverter charger (1) according to one of the preceding claims, wherein the bidirectional inverter charger (1) consists exclusively of said electrical components.

Bidirectional inverter charger (1) according to one of the preceding Claims 4 - 6 wherein the at least two three-phase electric machines are arranged in a common housing.

Motor vehicle comprising an at least six-phase electric machine and a bidirectional inverter charger (1) according to one of the preceding claims.

A method for charging a battery (3) with a bidirectional inverter charger (1) according to one of Claims 1 to 7 comprising the steps of: a) switching low-side switches (5) of two or more B6 bridges (4) for applying a negative supply voltage of a DC or AC source to a charging port (2a); and b) switching high-side switches (6) of the two or more B6 bridges (4) to apply a positive supply voltage of the DC or AC source to the other charging port (2b).

Method according to Claim 9 wherein the two or more B6 bridges (4) are driven so that the current drawn at the source terminals is in phase with the voltage of the connected AC source.

Use of an at least six-phase electrical machine with switched B6 bridges (4), which are each connected to a controller, and with a bidirectional inverter charger (1) according to one of Claims 1 to 7 for charging a battery (3), wherein the battery (3) is connected to the two charging terminals (2a, 2b).