DE102018217309A1 - Mehrphasiger Wechselrichter und verwandte Hochspannungstopologie - Google Patents

Mehrphasiger Wechselrichter und verwandte Hochspannungstopologie Download PDF

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Abstract

Es wird ein elektrisches System zum Betreiben eines Wechselstrommotors in Verbindung mit einem elektrischen Gleichstromenergiespeicher und einer elektrischen Gleichstromenergiequelle dargelegt. Es enthält einen mehrphasigen Wechselrichter oder Satz von Wechselrichtern, wobei mehrere Wechselstromphasen des Wechselrichters oder der Wechselrichter mit dem Motor gekoppelt sind und getrennte Gleichstromverbindungen des Wechselrichters oder der Wechselrichter mit der elektrischen Gleichstromenergiequelle und dem elektrischen Gleichstromenergiespeicher gekoppelt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wechselrichterkonfiguration und insbesondere eine Konfiguration, die für Fahrzeuge mit elektrischem Antriebsmotor, Antrieb oder Antriebsbatterie und Brennstoffzelle von Vorteil ist. Die vorliegende Erfindung verbessert Systeme mit einer Kombination verschiedener Leistungsversorgungen und Ladevorrichtungen, stellt zugehörige Verfahren bereit und liegt auf dem Gebiet von Motoren oder Drehstromgeneratoren, die durch aufladbare Batterien und/oder Brennstoffzellen angetrieben werden. Die Erfindung kann vorteilhafterweise auf Elektrofahrzeuge angewandt werden, in denen die Brennstoffzelle und/oder Batterie den Motor über einen Wechselrichter antreiben kann und vielleicht auch durch ein elektrisches Netz aufgeladen werden kann, wenn das Fahrzeug steht.
  • Elektrifizierte Fahrzeuge, einschließlich Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs) und batterie-elektrische Fahrzeuge (BEVs), weisen in der Regel eine Antriebsbatterie (oder Hochspanungsbatterie) auf, die einen elektrischen Antrieb oder Antriebsmotor oder eine Maschine für den Antrieb mit Leistung versorgt. Wechselrichter werden dazu verwendet, Gleichstromleistung (DC-Leistung) in Wechselstromleistung (AC-Leistung) umzuwandeln. Eine typische AC-Antriebsmaschine ist ein 3-Phasen-Motor, der durch 3 sinusförmige Ströme angetrieben wird, die jeweils mit einer Phasentrennung von 120 Grad angesteuert werden, aber es kommt eine beliebige Anzahl von Phasen in Betracht. Insbesondere kann ein Antriebsmotor 6 Phasen haben.
  • Ein elektrifiziertes Fahrzeug kann zur Bereitstellung von elektrischer Leistung eine Brennstoffzelle entweder als die alleinige Quelle zur Versorgung der Batterie und des Motors mit elektrischer Leistung oder zusätzlich zu einer externen DC- oder AC-Netzversorgung, mit der die Batterie geladen werden kann, verwenden.
  • Zum Aufladen der Hochspanungsbatterien kann das Fahrzeug auch mit einer eingebetteten Ladevorrichtung ausgestattet sein, die einen AC/DC-Wandler aufweist, der es ermöglicht, den Wechselstrom von dem elektrischen Netz zum Laden der Batterien gleichzurichten. Das Fahrzeug kann auch mit einem DC/DC-Wandler ausgestattet sein, um den Netzspannungspegel an den Spannungspegel der Batterien anzupassen.
  • Bei solch einer Konfiguration sind die Batterie und die Brennstoffzelle Gleichstromglieder, und der Antriebsmotor kann ein Wechselstromglied sein, und die Wechselrichter können dazu verwendet werden, die elektrische Energie zwischen den verschiedenen Gliedern zu übertragen.
  • Der Wechselrichter oder die Wechselrichter kann bzw. können Analogphasenspannungswechselrichter sein, wie in den Anmeldungen WO 2017211655 A1 , WO 2017211656 A1 und WO 2017211657 A1 offenbart wird, wobei die Dokumente durch Bezugnahme mit aufgenommen sind. Analogphasenspannungswechselrichter (APV-Wechselrichter) verwenden in der Regel entweder einen Halbbrücken- oder H-Brücken-Hochsetzsteller mit einer hohen Frequenz (zum Beispiel höher als 200 kHz), um die erforderliche Umwandlung zwischen Wechselspannungen und Gleichspannungen zu vollziehen.
  • Bei einigen Konfigurationen können die Brennstoffzelle und die Batterie in verschiedenen Topologien mit einem oder mehreren DC/DC-Wandlern und einem Gleichstromzwischenkreis verbunden sein. Ein Wechselrichter zum Antrieb des Motors kann auch mit dem Gleichstromzwischenkreis verbunden sein.
  • Angesichts der Anzahl von Elementen in einem Fahrzeug mit Batterie und Brennstoffzelle (oder vielleicht mehreren Instanzen von jeder) kann es jedoch von Vorteil sein, die Komplexität der Verbindungstechnologie zu reduzieren, um Kosten und insbesondere die Kosten für Elektronik für Spannungswandler und Wechselrichter, zu optimieren.
  • Insbesondere können die Leistungsschalter eines Wechselrichters oder von Wechselrichtern aufgrund der hohen Strom- und/oder Spannungsanforderungen zu zusätzlichen Kosten führen. Typische Leistungsschalter können MOSFETs oder IGBTs sein. Je mehr Leistungsspeicher- oder Leistungserzeugungs- oder Leistungsaufnahmeelemente beteiligt sind, desto höher die Kosten. Deshalb kann es wünschenswert sein, Ansätze zu finden, die die Kosten der Leistungselektronik, insbesondere in Architekturen und Topologien, in denen mehrere Leistungsspeicher- oder Leistungserzeugungs- und Leistungsaufnahmeelemente vorhanden sind, reduzieren.
  • Bei einigen Systemen sorgt ein Hochspannung-Gleichstromzwischenkreis zwischen der Batterie und dem Wechselrichter zu einer Spannungsunabhängigkeit zwischen dem Triebstrangwechselrichter und der Batteriespannung. Ein Analogphasenspannungswechselrichter (APV-Wechselrichter), ein Halbbrücken-Hochsetzsteller, die mit hohen Frequenzen (>200 kHz) betrieben werden, können dazu verwendet werden, eine Sinuswelle auf der Seite der hochgesetzten Spannung zu erzeugen.
  • Elektrische Bauteile des Spannungsversorgungsteilsystems und des Ladungsteilsystems können zu zusätzlichen Kosten führen. Der Antrieb des Motors und das Laden der Batterien werden mit verschiedenen Phasen durchgeführt. Deshalb kann es von Vorteil sein, die zum Versorgen des Elektromotors mit Leistung verwendeten Komponenten wieder zu verwenden, um die Übertragung von elektrischer Leistung und die Batterieladung durchzuführen. Darüber hinaus kann es möglich sein, den Motor als Teil des vorteilhaften Konzepts wieder zu verwenden.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform der Erfindung weist einen mehrphasigen Wechselrichter oder Satz von Wechselrichtern auf, wobei Wechselstromphasen zwischen einer elektrischen Gleichstromenergiequelle und einer elektrischen Maschine oder einem elektrischen Motor und einem elektrischen Gleichstromenergiespeicher und einer elektrischen Maschine oder einem elektrischen Motor verwendet werden. Die Gleichstromseiten des Wechselrichters oder der Wechselrichter können mit einem elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel einer Batterie, gekoppelt sein und/oder können mit einer elektrischen Energiequelle, wie zum Beispiel einer Brennstoffzelle, gekoppelt sein. Eine besonders vorteilhafte Implementierung weist zwei Dreiphasen-APV-Wechselrichter auf, die auf der Wechselstromseite mit der gleichen elektrischen Maschine (E-Maschine) oder dem gleichen elektrischen Motor verbunden sind, und auf der Gleichstromseite ist einer mit einer Batterie verbunden und ist der andere mit einer Brennstoffzelle verbunden. Die Wechselstromphasen bilden einen Wechselstromzwischenkreis zwischen dem Gleichstromenergiespeicher und den Energiequellenelementen.
  • Bei Ausführungsformen können zwei Wechselrichter verwendet werden, um einen Motor unter Verwendung von geteilten Wechselstromphasen anzutreiben. Zum Beispiel können die Wechselrichter drei Wechselstromphasen teilen, um den Motor oder die E-Maschine anzutreiben. Andere Ausführungsformen können Phasen verwenden, die nicht miteinander verbunden sind, wobei stattdessen jeder Wechselrichter getrennte Phasen eines Mehrphasenmotors ansteuert. Im Falle von Dreiphasenwechselrichtern weist die sich ergebende Konfiguration 6 Phasen auf, die zum Antreiben der E-Maschine oder des Motors zur Verfügung stehen. Eine strenge galvanische Trennung kann somit zwischen einer über einen ersten Wechselrichter mit einem elektrischen Speicher (Batterie) verbundenen Schaltungsanordnung und der über einen zweiten Wechselrichter mit einer elektrischen Quelle (Brennstoffzelle) verbundenen Schaltungsanordnung erreicht werden.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung kann H-Brücken des Wechselrichters zur Verbindung mit einem Wechselstromnetz oder elektrischen Netz sowohl als eine Ladungsquelle zum Beispiel für eine Batterie und/oder zur Aufnahme von elektrischer Leistung verwenden. Eine andere Ausführungsform der Erfindung kann H-Brücken des Wechselrichters zur Verbindung mit einem Gleichstromnetz oder elektrischen Netz sowohl als eine Ladungsquelle zum Beispiel für eine Batterie und/oder zur Aufnahme von elektrischer Leistung verwenden.
  • Figurenliste
    • 1a-1c zeigen verschiedene Topologien einer Batterie und Brennstoffzelle, die in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen verwendet werden.
    • 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die zwei mit einem Wechselstrommotor gekoppelte APV-Wechselrichter verwendet.
    • 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die zwei mit einem Wechselstrommotor gekoppelte APV-Wechselrichter verwendet.
  • Mögliche grundlegende elektrische Topologien eines Brennstoffzellenfahrzeugs werden in den 1a-1c schematisch gezeigt. 1a zeigt eine Topologie, in der die Wechselstromseite eines Wechselrichters INVla einen Elektromotor oder eine E-Maschine EM antreibt. Der Motor treibt wiederum die Räder an. Die Gleichstromseite des Wechselrichters erhält Leistung von einem Brennstoffzellensystem FC und ist mit diesem verbunden. Die Gleichstromverbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem Wechselrichter ist auch mit einem DC/DC-Wandler CV1a, der wiederum mit einer HochspannungsGleichstrombatterie HV verbunden ist, elektrisch verbunden oder gekoppelt. In dieser Topologie werden die Brennstoffzelle und die Gleichstromseite des Wechselrichters mit einer gemeinsamen Gleichspannung betrieben, die in der Regel durch eine geeignete Betriebsspannung für das Brennstoffzellensystem bestimmt wird. Die Wechselspannung für den Elektro- oder Antriebsmotor EM wird wie für den Motor und den Antrieb, der von dem Motor erwünscht wird, angemessen durch den Wechselrichter bestimmt.
  • 1b zeigt eine andere Topologie. Die Wechselstromseite eines Wechselrichters INVlb treibt wieder einen Elektromotor oder eine E-Maschine EM an. Der Motor treibt wiederum die Räder an. Die Gleichstromseite des Wechselrichters erhält Leistung von einer Hochspannungsgleichstrombatterie HV und ist mit dieser verbunden. Die Gleichstromverbindung zwischen der Batterie und dem Wechselrichter ist auch mit einem DC/DC-Wandler CV1b, der wiederum mit einem Brennstoffzellensystem FC verbunden ist, elektrisch verbunden oder gekoppelt. In dieser Topologie werden die Batterie und die Gleichstromseite des Wechselrichters mit einer gemeinsamen Gleichspannung betrieben, die in der Regel durch eine geeignete Betriebsspannung für die Batterie bestimmt wird. Die Spannung für die Brennstoffzelle ist aufgrund des Betriebs des DC/DC-Wandlers von der Batteriespannung unabhängig. Die Wechselspannung für verschiedene Phasen des Elektro- oder Antriebsmotors EM wird wie für den Motor und den von dem Motor erwünschten Antrieb angemessen bestimmt und ist von den Gleichspannungen im Wesentlichen unabhängig.
  • 1c zeigt noch eine andere Topologie. Die Wechselstromseite eines Wechselrichters INV1c treibt einen Elektromotor oder eine E-Maschine EM an. Die Gleichstromseite des Wechselrichters erhält Leistung von zwei DC/DC-Wandlern CVlc und CV2c und ist mit diesen verbunden. Der DC/DC-Wandler CV1a ist wiederum mit einer Hochspannungsgleichstrombatterie HV verbunden. Der DC/DC-Wandler CVlb ist mit einem Brennstoffzellensystem FC verbunden. In dieser Topologie sind die Spannungen für die Brennstoffzelle und die Batteriespannung aufgrund des Betriebs der beiden DC/DC-Wandler voneinander und der Gleichstromseite des Wechselrichters unabhängig und umgekehrt. Die Wechselspannung für verschiedene Phasen des Elektro- oder Antriebsmotors EM wird wie für den Motor und den von dem Motor erwünschten Antrieb angemessen bestimmt und bleibt von den Gleichspannungen im Wesentlichen unabhängig.
  • Auf 2 Bezug nehmend, wird eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei Wechselrichtern INV1 und INV2 gezeigt. Der erste Wechselrichter wird bei dieser Ausführungsform als auf der Gleichstromseite mit einem Gleichstromenergiespeicher ES1, wie zum Beispiel einer Batterie, elektrisch verbunden gezeigt. Der zweite Wechselrichter wird bei dieser Ausführungsform als mit einer Gleichstromenergiequelle ES2, wie zum Beispiel einer Brennstoffzelle, elektrisch verbunden gezeigt. Andere Ausführungsformen könnten zusätzliche Wechselrichter, die mit zusätzlichen Energiespeichern oder -quellen verbunden sind, enthalten. Beide Wechselrichter werden als auf der Wechselstromseite mit einem Elektromotor oder einer elektrischen Maschine (E-Motor oder E-Maschine), als EM gezeigt, elektrisch verbunden gezeigt. Die Verbindung erfolgt über die als PH1, PH2, PH3 gezeigten drei Wechselstromphasen.
  • Eine optionale Verbindung mit einem Wechselstromladegerät (AC-N) wird als Teil des Wechselrichters INV2 gezeigt. Diese Verbindung verwendet die H-Brücken HB1, HB2, HB3 des Wechselrichters 2. Das Ladegerät AC-N könnte auch durch eine Verbindung zur Zuführung von Leistung zu einem Wechselstromnetz als AC-N ersetzt werden, oder AC-N könnte eine bidirektionale Verbindung mit einem AC-Leistungsnetz sein. Wenn das System in einem Fahrzeug implementiert ist, wäre AC-N die Verbindung mit dem ortsfesten Wechselstromnetz, zum Beispiel in einer Garage oder auf einem Parkplatz.
  • Die Wechselrichter INV1, INV2 sind vorzugsweise APV-Netze, die eine höhere Frequenz über die Drosselspulen L1, L2, L3 der jeweiligen Wechselrichter zur Umwandlung der Spannungspegel je nach Bedarf verwenden. Jeder Wechselrichter weist 3 H-Brücken HB1 HB2, HB3 auf. Jede H-Brücke umfasst 4 Schalter, die mit HS bezeichnet werden. Die Leistungsschalter können bei Ausführungsformen MOSFETs oder IGBTs oder andere Halbleiterbauelemente oder andere elektrische Schalter sein.
  • Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, zeigt diese eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei Wechselrichtern INV1 und INV2, wobei zwischen der Wechselstromseite von INV1 und INV2 keine elektrische Verbindung besteht. Der erste Wechselrichter wird bei dieser Ausführungsform als auf der Gleichstromseite mit einem Gleichstromenergiespeicher ES1, wie zum Beispiel einer Batterie, elektrisch verbunden gezeigt. Der zweite Wechselrichter wird bei dieser Ausführungsform als mit einer Gleichstromenergiequelle ES2, wie zum Beispiel einer Brennstoffzelle, elektrisch verbunden gezeigt. Andere Ausführungsformen könnten zusätzliche Wechselrichter, die mit zusätzlichen Energiespeichern oder -quellen verbunden sind, enthalten. Jeder Wechselrichter wird als auf der Wechselstromseite mit getrennten Phasen eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine (E-Motor oder E-Maschine), als EM gezeigt, getrennt elektrisch verbunden gezeigt.
  • Der Wechselrichter INV1 auf der Wechselstromseite erzeugt 3 Phasen (PH1, PH2, PH3) für den Elektromotor EM. Ebenso erzeugt INV2 auf der Wechselstromseite 3 zusätzliche Phasen (PH4, PH5, PH6) für den Elektromotor EM. Die 2 x 3-Phasen-Konfiguration wird als ein Beispiel angeführt, und der Fachmann wird insbesondere in Abhängigkeit von der mechanischen Konfiguration des Elektromotors EM die Möglichkeit anderer Konfigurationen erkennen. In Abhängigkeit von den Systemanforderungen kann die elektrische Aktivierung der Phasen PH1, PH2, PH3 und PH4, PH5, PH6 bei 0 Grad Versatz gleichzeitig sein (zum Beispiel gleichzeitig PH1 und PH4). Alternativ können die Phasen um 60 Grad oder um irgendeinen anderen Versatz versetzt sein.
  • Wie in 2 wird eine optionale Verbindung mit einem Wechselstromladegerät oder Netz (Versorgungsnetz) als (AC-N) als Teil des Wechselrichters INV2 gezeigt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2017211655 A1 [0006]
    • WO 2017211656 A1 [0006]
    • WO 2017211657 A1 [0006]

Claims (15)

  1. Elektrisches System zum Betreiben eines Wechselstrommotors in Verbindung mit einem elektrischen Gleichstromenergiespeicher und einer elektrischen Gleichstromenergiequelle, aufweisend einen mehrphasigen Wechselrichter oder Satz von Wechselrichtern, wobei mehrere Wechselstromphasen des Wechselrichters oder der Wechselrichter zur Kopplung mit dem Motor ausgelegt sind und getrennte Gleichstromverbindungen des Wechselrichters oder der Wechselrichter zur Kopplung mit der elektrischen Gleichstromenergiequelle und dem elektrischen Gleichstromenergiespeicher ausgelegt sind.
  2. System nach Anspruch 1, wobei mehrere Wechselstromphasen eines Wechselrichters, ausgelegt zur Kopplung mit der Gleichstromquelle, mit mehreren Wechselstromphasen eines mit dem Gleichstromspeicher gekoppelten Wechselrichters elektrisch verbunden sind.
  3. System nach Anspruch 1, wobei Wechselstromphasen eines Wechselrichters, ausgelegt zur Kopplung mit der Gleichstromquelle, nicht mit einem mit dem Gleichstromspeicher gekoppelten Wechselrichter elektrisch verbunden sind.
  4. System nach einem vorherigen Anspruch, wobei der elektrische Gleichstromenergiespeicher eine Batterie ist.
  5. System nach einem vorherigen Anspruch, wobei die elektrische Gleichstromenergiequelle eine Brennstoffzelle ist.
  6. System nach einem vorherigen Anspruch, wobei der Wechselrichter oder die Wechselrichter zur Kopplung mit einem zusätzlichen elektrischen Gleichstromenergiespeicher und/oder zusätzlichen elektrischen Gleichstromenergiequellen ausgeführt ist/sind.
  7. System nach einem vorherigen Anspruch, wobei zwei H-Brücken eines Wechselrichters zusätzlich zur elektrischen Verbindung mit einem Gleichstromnetz ausgeführt sind.
  8. System nach einem vorherigen Anspruch, wobei mindestens zwei H-Brücken eines Wechselrichters oder von Wechselrichtern zur elektrischen Verbindung mit einem Wechselstromnetz ausgeführt sind.
  9. System nach Anspruch 8, wobei drei H-Brücken eines Wechselrichters oder von Wechselrichtern zur elektrischen Verbindung mit einem Wechselstromnetz ausgeführt sind.
  10. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Systems, das einen Wechselstrommotor in Verbindung mit einem elektrischen Gleichstromenergiespeicher und einer elektrischen Gleichstromenergiequelle aufweist, wobei ein mehrphasiger Wechselrichter oder Satz von Wechselrichtern zum Bereitstellen von mehreren Wechselstromphasen elektrischer Leistung für den Motor verwendet wird und getrennte Gleichstromverbindungen des Wechselrichters oder der Wechselrichter zur Übertragung von elektrischer Leistung zu und von der elektrischen Gleichstromenergiequelle und dem elektrischen Gleichstromenergiespeicher verwendet werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei mehrere Wechselstromphasen des Wechselrichters, der elektrische Leistung von der Gleichstromquelle überträgt, mit mehreren Wechselstromphasen eines Wechselrichters, der elektrische Leistung zu und von dem Gleichstromspeicher überträgt, elektrisch verbunden sind.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei Wechselstromphasen des Wechselrichters, der elektrische Leistung von der Gleichstromquelle überträgt, nicht mit Wechselstromphasen eines Wechselrichters, der elektrische Leistung zu und von dem Gleichstromspeicher überträgt, elektrisch verbunden sind.
  13. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 12, wobei der elektrische Gleichstromenergiespeicher eine Batterie ist.
  14. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 12, wobei der elektrische Gleichstromenergiespeicher eine Brennstoffzelle ist.
  15. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, aufweisend einen elektrischen Wechselstromantrieb oder Antriebsmotor, eine Batterie, eine Brennstoffzelle und ein System nach einem der Ansprüche 1-9, wobei das System mit dem Elektromotor, der Batterie und der Brennstoffzelle elektrisch gekoppelt ist.
DE102018217309.5A 2018-10-10 2018-10-10 Mehrphasiger Wechselrichter und verwandte Hochspannungstopologie Withdrawn DE102018217309A1 (de)

Priority Applications (6)

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US17/283,331 US11932115B2 (en) 2018-10-10 2019-10-08 Multi-phase inverter and related high voltage topology
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JP2021519790A JP7259022B2 (ja) 2018-10-10 2019-10-08 車両内の複数の源のための多相インバータ、および関連する高電圧トポロジ

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019202374A1 (de) * 2019-02-21 2020-08-27 Robert Bosch Gmbh Antriebssystem, insbesondere für ein Fahrzeug
DE102019210323A1 (de) * 2019-07-12 2021-01-14 Vitesco Technologies GmbH Verbesserte Topologie für einen Brennstoffzellenantriebsstrang

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11569759B2 (en) * 2020-01-03 2023-01-31 Westinghouse Air Brake Technologies Corporation System with active filter for a battery

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011088457A1 (de) * 2011-12-13 2013-06-13 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung
DE102015207413A1 (de) * 2015-04-23 2016-10-27 Continental Automotive Gmbh Leistungsschaltung zur Stromversorgung in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug und stationäres Energieversorgungssystem
DE102015224090A1 (de) * 2015-12-02 2017-06-08 Volkswagen Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung eines Traktionsnetzes eines elektrischen Antriebsstranges
WO2017211655A1 (de) * 2016-06-06 2017-12-14 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz mit wechselrichter, energiespeicher, elektrischer maschine und wechselstrom-übertragungsanschluss
WO2017211656A1 (de) * 2016-06-06 2017-12-14 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz mit wechselrichter, energiespeicher, elektrischer maschine und gleichstrom-übertragungsanschluss
WO2017211657A1 (de) * 2016-06-06 2017-12-14 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz mit wechselrichter, energiespeicher, elektrischer maschine und gleichstrom-übertragungsanschluss

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000125411A (ja) 1998-10-13 2000-04-28 Toyota Motor Corp モータ駆動装置
CN100544179C (zh) 2004-12-28 2009-09-23 丰田自动车株式会社 电机控制单元及配备其的车辆
US7199535B2 (en) 2005-01-26 2007-04-03 General Motors Corporation Doubled-ended inverter drive system topology for a hybrid vehicle
JP2008125258A (ja) 2006-11-13 2008-05-29 Toyota Motor Corp 電力供給システム
EP2114714B1 (de) * 2007-02-09 2013-10-23 A123 Systems, Inc. Steuersystem und hybridfahrzeuge mit neukonfigurierbarem multifunktionsumrichter
JP4770798B2 (ja) * 2007-06-15 2011-09-14 株式会社豊田自動織機 電源装置
US7990098B2 (en) * 2007-07-30 2011-08-02 GM Global Technology Operations LLC Series-coupled two-motor drive using double-ended inverter system
US8002056B2 (en) 2007-07-30 2011-08-23 GM Global Technology Operations LLC Double-ended inverter system with isolated neutral topology
KR100946472B1 (ko) 2007-12-13 2010-03-10 현대자동차주식회사 연료전지 하이브리드 시스템
DE102008037064A1 (de) 2008-08-08 2010-02-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung für einen elektrischen Antrieb
US20100320014A1 (en) 2009-06-17 2010-12-23 Gm Global Technology Operations, Inc. Automotive power electronics with wide band gap power transistors
US8483897B2 (en) 2010-08-13 2013-07-09 GM Global Technology Operations LLC Vehicular propulsion systems and methods for managing the same
DE102010064317A1 (de) * 2010-12-29 2012-07-05 Robert Bosch Gmbh System zur Ankopplung mindestens einer Gleichstromquelle an einen steuerbaren Energiespeicher und zugehöriges Betriebsverfahren
DE102011085731A1 (de) * 2011-11-03 2013-05-08 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrisches System
WO2013182212A1 (en) * 2012-06-05 2013-12-12 Volvo Lastvagnar Ab An electrical apparatus and method for powering an electrical machine
US9731609B2 (en) 2014-04-04 2017-08-15 Dg Systems Llc Vehicle power sharing and grid connection system for electric motors and drives
DE102014218738A1 (de) 2014-09-18 2016-03-24 Continental Automotive Gmbh Elektrisches System für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug
DE102016011238A1 (de) 2016-09-17 2017-04-06 Daimler Ag Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug
KR102284412B1 (ko) * 2017-09-25 2021-08-02 주식회사 엘지화학 전기 자동차
DE102018215085A1 (de) 2018-09-05 2020-03-05 Continental Automotive Gmbh Regelstrategie zum Aufheizen eines Brennstoffzellenfahrzeuges
DE102019202374A1 (de) * 2019-02-21 2020-08-27 Robert Bosch Gmbh Antriebssystem, insbesondere für ein Fahrzeug

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011088457A1 (de) * 2011-12-13 2013-06-13 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung
DE102015207413A1 (de) * 2015-04-23 2016-10-27 Continental Automotive Gmbh Leistungsschaltung zur Stromversorgung in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug und stationäres Energieversorgungssystem
DE102015224090A1 (de) * 2015-12-02 2017-06-08 Volkswagen Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung eines Traktionsnetzes eines elektrischen Antriebsstranges
WO2017211655A1 (de) * 2016-06-06 2017-12-14 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz mit wechselrichter, energiespeicher, elektrischer maschine und wechselstrom-übertragungsanschluss
WO2017211656A1 (de) * 2016-06-06 2017-12-14 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz mit wechselrichter, energiespeicher, elektrischer maschine und gleichstrom-übertragungsanschluss
WO2017211657A1 (de) * 2016-06-06 2017-12-14 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz mit wechselrichter, energiespeicher, elektrischer maschine und gleichstrom-übertragungsanschluss

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019202374A1 (de) * 2019-02-21 2020-08-27 Robert Bosch Gmbh Antriebssystem, insbesondere für ein Fahrzeug
DE102019210323A1 (de) * 2019-07-12 2021-01-14 Vitesco Technologies GmbH Verbesserte Topologie für einen Brennstoffzellenantriebsstrang

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Publication number Publication date
KR20210076050A (ko) 2021-06-23
WO2020074531A1 (en) 2020-04-16
CN112912269A (zh) 2021-06-04
JP7259022B2 (ja) 2023-04-17
US11932115B2 (en) 2024-03-19
KR102533464B1 (ko) 2023-05-16
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