DE102018222727A1 - Semiconductor module for a converter arrangement, converter arrangement for a vehicle and vehicle with a converter arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul (1) für eine Stromrichteranordnung (10), umfassend einen ersten Modulteil (2), wobei der erste Modulteil (2) nach einem T-NPC Design ausgebildet ist, wobei das Halbleitermodul (1) einen zweiten Modulteil (3) aufweist, und wobei der zweite Modulteil (3) eine Halbbrücke (4) umfasst. Ferner betrifft die Erfindung eine Stromrichteranordnung (10) mit mindestens einem solchen Halbleitermodul (1) und ein Fahrzeug (50) mit einer solchen Stromrichteranordnung (10).The invention relates to a semiconductor module (1) for a converter arrangement (10), comprising a first module part (2), the first module part (2) being designed according to a T-NPC design, the semiconductor module (1) having a second module part (3 ), and wherein the second module part (3) comprises a half bridge (4). The invention further relates to a converter arrangement (10) with at least one such semiconductor module (1) and a vehicle (50) with such a converter arrangement (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul für eine Stromrichteranordnung, eine Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug mit einer Stromrichteranordnung.The invention relates to a semiconductor module for a converter arrangement, a converter arrangement for a vehicle and a vehicle with a converter arrangement.
Stromrichter dienen der Umwandlung eines Stroms von einem Gleichstrom in einen Wechselstrom bzw. eines Wechselstroms in einen Gleichstrom. Auch zur Wandlung von Parametern des Stroms, wie einer Spannung und/oder einer Frequenz, werden Stromrichter eingesetzt. Häufig eingesetzte Varianten des Stromrichters sind Gleichrichter, Wechselrichter, Leistungssteller oder Umrichter.Power converters are used to convert a current from a direct current to an alternating current or an alternating current to a direct current. Power converters are also used to convert parameters of the current, such as a voltage and / or a frequency. Frequently used variants of the converter are rectifiers, inverters, power controllers or converters.
Die Wandlung erfolgt mit Hilfe von Hochleistungshalbleitern, wobei Transistoren oder Thyristoren, insbesondere Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistoren (MOSFETs), Insulated-Gate Bipolar Transistoren (IGBTs) und Integrated Gate-Commutated Thyristoren (IGCTs), zum Einsatz kommen. Diese Schalttransistoren werden in der Regel binär betrieben und haben deshalb zwei Schaltzustände („an“ oder „aus“). Es kann jedoch auch ein „weiches“ Schalten mit langsam ansteigenden Flanken vorgesehen sein. Ein Stromrichter umfasst in der Regel eine Vielzahl dieser Schalttransistoren. Über das zeitliche Ansteuern der Schaltzustände dieser Schalttransistoren mit Hilfe vorgegebener Pulsmuster erfolgt eine Wandlung der Ströme.The conversion takes place with the help of high-performance semiconductors, with transistors or thyristors, in particular metal oxide semiconductor field-effect transistors (MOSFETs), insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) and integrated gate-commutated thyristors (IGCTs) being used. These switching transistors are usually operated in binary mode and therefore have two switching states ("on" or "off"). However, “soft” switching with slowly rising edges can also be provided. A power converter usually includes a large number of these switching transistors. The currents are converted by timing the switching states of these switching transistors with the aid of predetermined pulse patterns.
Auf dem Gebiet der Elektromobilität werden zunehmend auch Konzepte zur Elektrifizierung des Antriebsstrangs von Nutzfahrzeugen entwickelt. Hierbei ist eine zu geringe Energiedichte der verwendeten Energiespeicher jedoch ein Problem. Eine Lösung des Problems stellt das Bereitstellen von elektrischer Energie von außen über ein Oberleitungssystem oder über ein kabelloses, induktiv arbeitendes System dar. Der Energiespeicher kann dann während einer Fahrt geladen werden. Hierbei müssen jedoch große Energiemengen von der Oberleitung bzw. dem induktiven System in das Fahrzeug transportiert werden, was zu entsprechenden Anforderungen bei der Auslegung und Dimensionierung der Bauelemente der verwendeten Stromrichter führt. Ein Problem stellen jedoch Streckenabschnitte dar, an denen keine externe Energieversorgung verfügbar ist.In the field of electromobility, concepts for the electrification of the drive train of commercial vehicles are also increasingly being developed. However, an insufficient energy density of the energy storage used is a problem. One solution to the problem is to provide electrical energy from the outside via a catenary system or via a wireless, inductively operating system. The energy store can then be charged during a journey. However, large amounts of energy have to be transported from the overhead line or the inductive system into the vehicle, which leads to corresponding requirements in the design and dimensioning of the components of the converters used. However, sections of the route where no external power supply is available pose a problem.
Aus der
Der Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, ein Halbleitermodul, eine Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug mit einer solchen Stromrichteranordnung zu schaffen, welche einfach und kompakt aufgebaut sind und bei denen das Laden einer Hochvoltbatterie mittels einer externen Energieversorgung verbessert erfolgen kann.The invention is based on the technical problem of creating a semiconductor module, a converter arrangement for a vehicle and a vehicle with such a converter arrangement, which are simple and compact and in which the charging of a high-voltage battery can be improved by means of an external energy supply.
Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Halbleitermodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Stromrichteranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The technical problem is solved according to the invention by a semiconductor module with the features of claim 1, a converter arrangement with the features of claim 5 and a vehicle with the features of
Insbesondere wird ein Halbleitermodul für eine Stromrichteranordnung geschaffen, umfassend einen ersten Modulteil, wobei der erste Modulteil nach einem T-NPC Design ausgebildet ist, und wobei das Halbleitermodul einen zweiten Modulteil aufweist, wobei der zweite Modulteil eine Halbbrücke umfasst.In particular, a semiconductor module for a converter arrangement is created, comprising a first module part, the first module part being designed according to a T-NPC design, and the semiconductor module having a second module part, the second module part comprising a half bridge.
Ferner wird insbesondere eine Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug geschaffen, umfassend mindestens ein solches Halbleitermodul.Furthermore, in particular a converter arrangement for a vehicle is created, comprising at least one such semiconductor module.
Weiter wird insbesondere ein Fahrzeug geschaffen, umfassend eine solche Stromrichteranordnung.Furthermore, in particular a vehicle is created, comprising such a converter arrangement.
Es ist einer der Grundgedanken der Erfindung, ein Halbleitermodul zu schaffen, welches einfach und kompakt aufgebaut ist und dennoch in skalierbarer Weise und flexibel in einer Stromrichteranordnung verwendet werden kann. Hierzu werden insbesondere ein erster Modulteil und ein zweiter Modulteil elektrisch voneinander getrennt ausgebildet. Durch eine Trennung in einen ersten und einen zweiten Modulteil kann das Halbleitermodul mit Hilfe einer äußeren Verschaltung der einzelnen Modulteile für eine konkrete Anwendung ausgelegt werden. Insbesondere können durch Verwendung mehrerer Halbleitermodule in Form eines Stapels bzw. Stacks konkrete Stromrichteranordnungen ausgebildet werden. Durch die Trennung der einzelnen Modulteile ist ferner eine Gruppierung von elektronischen Bauteilen (z.B. der Chipdies) der einzelnen Modulteile möglich. Dies ermöglicht es insbesondere, auch unterschiedliche Technologien, wie beispielsweise Si-IGBTs und SiC-MOSFETs, auf einfache Weise miteinander kombinieren zu können. Das Halbleitermodul ist insbesondere kompakt ausgebildet. Hierzu weist das Halbleitermodul insbesondere ein hinsichtlich der Form und der Abmessungen kompaktes Gehäuse mit elektrischen Abgriffen auf, welche von außen kontaktiert bzw. verschaltet werden können. Durch die kompakte Bauweise ist insbesondere ein Stapeln und eine beidseitige Kühlung des Halbleitermoduls möglich.It is one of the basic ideas of the invention to provide a semiconductor module which is simple and compact and yet can be used in a scalable manner and flexibly in a converter arrangement. For this purpose, in particular a first module part and a second module part are designed to be electrically separate from one another. By separating into a first and a second module part, the semiconductor module can be designed for a specific application by means of an external connection of the individual module parts. In particular, concrete converter arrangements can be formed by using a plurality of semiconductor modules in the form of a stack or stack. By separating the individual module parts, it is also possible to group electronic components (eg the chip dies) of the individual module parts. In particular, this makes it possible to combine different technologies, such as Si-IGBTs and SiC-MOSFETs, with one another in a simple manner. The semiconductor module is particularly compact. For this purpose, the semiconductor module has, in particular, a housing which is compact in terms of shape and dimensions and has electrical taps which can be contacted or connected from the outside. Due to the compact design, a Stacking and cooling of the semiconductor module on both sides possible.
Im einfachsten Fall umfasst eine Stromrichteranordnung lediglich ein einziges erfindungsgemäßes Halbleitermodul. Dieses Halbleitermodul kann dann beispielsweise einer einfachen Ansteuerung von zwei elektrischen Maschinen dienen. Jedoch kann eine Stromrichteranordnung auch weitere Halbleitermodule aufweisen.In the simplest case, a converter arrangement comprises only a single semiconductor module according to the invention. This semiconductor module can then be used, for example, for simple control of two electrical machines. However, a converter arrangement can also have further semiconductor modules.
Es kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der erste Modulteil im T-NPC RB Design ausgebildet ist.In one embodiment it can be provided that the first module part is designed in the T-NPC RB design.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Modulteil zwei serielle Schalttransistoren mit jeweils antiparallelen Dioden, und zwei antiparallele Schalttransistoren mit Reverse Blocking-Fähigkeit, und eine Diode umfasst, wobei die seriellen Schalttransistoren mit einem Lowsideabgriff und einem Highsideabgriff und an einem Mittenpunkt mit einem Modulabgriff verbunden sind, wobei die zwei antiparallelen Schalttransistoren mit einem Mittenabgriff und einem Modulabgriff verbunden sind, und wobei die Diode kathodenseitig mit einem Modulabgriff und anodenseitig modulintern mit dem Lowsideabgriff verbunden ist.In one embodiment it is provided that the first module part comprises two serial switching transistors, each with anti-parallel diodes, and two anti-parallel switching transistors with reverse blocking capability, and a diode, the serial switching transistors having a low-side tap and a high-side tap and at a center point with a module tap are connected, the two antiparallel switching transistors being connected to a center tap and a module tap, and the diode being connected to a module tap on the cathode side and to the low side tap internally on the module side.
In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Modulteil im T-NPC Design ausgebildet ist, wobei der erste Modulteil zwei serielle Schalttransistoren mit jeweils antiparallelen Dioden, und zwei serielle gegenpolige Schalttransistoren mit jeweils antiparallelen Dioden, und eine Diode umfasst. Die seriellen Schalttransistoren sind mit einem Lowsideabgriff, einem Highsideabgriff und an einem Mittenpunkt mit einem Modulabgriff verbunden. Die zwei seriellen gegenpoligen Schalttransistoren sind mit einem Mittenabgriff und einem Modulabgriff verbunden. Die Diode ist kathodenseitig mit einem Modulabgriff und anodenseitig modulintern mit dem Lowsideabgriff verbunden.In an alternative embodiment it is provided that the first module part is designed in the T-NPC design, the first module part comprising two serial switching transistors, each with anti-parallel diodes, and two serial opposite-pole switching transistors, each with anti-parallel diodes, and one diode. The serial switching transistors are connected to a low-side tap, a high-side tap and at a center point to a module tap. The two serial opposite-pole switching transistors are connected to a center tap and a module tap. The diode is connected to a module tap on the cathode side and to the lowside tap internally on the module side.
Es kann hierbei vorgesehen sein, das die Schalttransistoren als IGBTs ausgebildet sind. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Schalttransistoren alternativ hierzu als MOSFETs, insbesondere auf Basis von Siliziumkarbid (SiC) ausgebildet sind. Eine Verwendung von SiC-MOSFETs ist insbesondere vorteilhaft im Hinblick auf die beim Schalten auftretenden Verluste und die Möglichkeit, höhere Schaltfrequenzen zu verwenden. Prinzipiell sind beim Ausbilden der Modulteile auch Kombinationen aus IGBTs und MOSFETs möglich.It can be provided here that the switching transistors are designed as IGBTs. However, it can also be provided that the switching transistors are alternatively designed as MOSFETs, in particular based on silicon carbide (SiC). The use of SiC-MOSFETs is particularly advantageous with regard to the losses that occur during switching and the possibility of using higher switching frequencies. In principle, combinations of IGBTs and MOSFETs are also possible when forming the module parts.
Das Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Fahrzeug ein zumindest zeitweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug ist, welches eine Hochvoltbatterie aufweist und ferner von außen elektrische Energie über ein Oberleitungssystem und/oder ein kabelloses, induktiv arbeitendes System bereitgestellt bekommt.The vehicle is in particular a motor vehicle, in particular a commercial vehicle. In particular, it is provided that the vehicle is an at least temporarily electrically driven vehicle, which has a high-voltage battery and furthermore receives electrical energy from the outside via an overhead line system and / or a wireless, inductively operating system.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Modulteil nach einem Drei-Level NPC Design ausgebildet ist. Durch die Serienschaltung von Schalttransistoren im Drei-Level NPC Design können insbesondere die Anforderungen an die Nennspannungen einzelner Schalttransistoren reduziert werden. Die Nennspannungen der Schalttransistoren können hierbei insbesondere bei den üblichen 600/650 V verbleiben, auch wenn eine Eingangsspannung erhöht wird. Ferner können thermische Verluste auf eine größere Anzahl von Schalttransistoren verteilt werden, wodurch eine Lebensdauer der Schalttransistoren erhöht werden kann.In one embodiment it is provided that the second module part is designed according to a three-level NPC design. The series connection of switching transistors in the three-level NPC design can in particular reduce the requirements for the nominal voltages of individual switching transistors. The nominal voltages of the switching transistors can remain at the usual 600/650 V, even if an input voltage is increased. Furthermore, thermal losses can be distributed over a larger number of switching transistors, which can increase the service life of the switching transistors.
In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Modulteil vier serielle Schalttransistoren mit jeweils antiparallelen Dioden, und zwei serielle Dioden, welche inneren der seriellen Schalttransistoren antiparallel geschaltet sind, umfasst, wobei die seriellen Schalttransistoren einen Lowsideabgriff, einen Highsideabgriff und an einem Mittenpunkt einen Modulabgriff aufweisen, und wobei die seriellen Dioden an einem Mittenpunkt einen Mittenabgriff aufweisen.In a further embodiment, it is provided that the second module part comprises four serial switching transistors, each with anti-parallel diodes, and two serial diodes, which inner ones of the serial switching transistors are connected anti-parallel, the serial switching transistors having a low-side tap, a high-side tap and a module tap at a center point and wherein the serial diodes have a center tap at a center point.
In einer Ausführungsform der Stromrichteranordnung ist vorgesehen, dass die Stromrichteranordnung drei Halbleitermodule umfasst, wobei die ersten Modulteile derart verschaltet sind, dass diese gemeinsam einen Multilevel-Umrichter zum Antreiben einer elektrischen Maschine ausbilden, und wobei die zweiten Modulteile derart verschaltet sind, dass diese gemeinsam einen Gleichspannungswandler ausbilden. Je eines der drei Halbleitermodule ist hierbei jeweils einer Phase der elektrischen Maschine zugeordnet. Dies ist insbesondere von Vorteil bei einer externen Energieversorgung über ein Oberleitungssystem oder ein kabelloses, induktiv arbeitendes System, denn durch eine solche Verschaltung kann eine eingangsseitig bereitgestellte Gleichspannung mittels des Gleichspannungswandlers auf eine Ladespannung einer Hochvoltbatterie des Fahrzeugs oder eine Betriebsspannung des Multilevel-Umrichters gewandelt werden. Hierzu werden die Schalttransistoren der Halbbrücken der zweiten Modulteile der einzelnen Halbleitermodule entsprechend angesteuert. Stellt ein Oberleitungssystem beispielsweise eine Spannung von 1200 V bereit, so kann der Gleichspannungswandler durch entsprechendes Ansteuern diese auf eine Ladespannung bzw. Betriebsspannung von beispielsweise 800 V bzw. 600 V (nominell) wandeln. Es können prinzipiell auch andere Spannungen vorgesehen sein, auf Eingangsseite beispielsweise 650 V, 800 V, 1200 V, 1700 V oder 3300 V. Auf der Ausgangsseite weisen Hochvoltbatterien üblicherweise Lade- und Betriebsspannungen im Bereich von 400 V oder im Bereich von 800 V auf. Das Ansteuern des Multilevel-Umrichters und des Gleichspannungswandlers kann beispielsweise in an sich bekannter Weise mittels einer Steuerung der Stromrichteranordnung erfolgen. Die Steuerung kann als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.In one embodiment of the converter arrangement, it is provided that the converter arrangement comprises three semiconductor modules, the first module parts being connected in such a way that they jointly form a multilevel converter for driving an electrical machine, and the second module parts being connected in such a way that they jointly combine one Train DC converters. One of the three semiconductor modules is assigned to a phase of the electrical machine. This is particularly advantageous in the case of an external energy supply via a catenary system or a wireless, inductively operating system, because such a connection can be used to convert a DC voltage provided on the input side by means of the DC voltage converter to a charging voltage of a high-voltage battery in the vehicle or an operating voltage of the multilevel converter. For this purpose, the switching transistors of the half bridges of the second module parts of the individual semiconductor modules are controlled accordingly. If, for example, a catenary system provides a voltage of 1200 V, the DC-DC converter can convert it to a charging voltage or operating voltage of, for example, 800 V or 600 V (nominal) by appropriate control. In principle, other voltages can also be provided, for example 650 V, 800 V, 1200 V, 1700 V or 3300 V on the input side, pointing on the output side High-voltage batteries usually have charging and operating voltages in the range of 400 V or in the range of 800 V. The multilevel converter and the DC / DC converter can be activated, for example, in a manner known per se by means of a control of the converter arrangement. The controller can be designed as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor.
In einer weiteren Ausführungsform der Stromrichteranordnung ist vorgesehen, dass die ersten Modulteile derart verschaltet sind, dass diese wahlweise vollständig zu einer Funktionalität des Multilevel-Umrichters beitragen oder teilweise zur Funktionalität eines Boost-Converters und teilweise zur Funktionalität des Multilevel-Umrichters. Befindet sich die Stromrichteranordnung im geteilten Betriebsmodus, so kann eine Hochvoltbatterie des Fahrzeugs bei verringerter Motorleistung zusätzlich mittels des Boost-Converters mit größerer Leistung geladen werden. Insbesondere kann der erste Modulteil je nach ausgewählter Verschaltung in einem 3-Level-Betriebsmodus nach dem T-NPC oder T-NPC RB IGBT Design arbeiten oder in einem 2-Level-Betriebsmodus, wobei die sonst im 3-Level-Betriebsmodus zusätzlich verwendeten Komponenten, insbesondere zwei serielle gegenpolige Schalttransistoren im T-NPC Design bzw. die antiparallelen Schalttransistoren im T-NPC RB IGBT Design, als Teil des Boost-Converters verwendet werden. Der Boost-Converter kann zusätzlich noch weitere Komponenten umfassen wie beispielsweise eine Induktivität. Trotz dieser gesteigerten Funktionalität lässt sich eine besonders kompakte Bauweise der Halbleitermodule erreichen, da elektronische Bauteile der Halbleitermodule für beide Funktionalitäten gemeinsam genutzt werden können. Hierdurch kann eine Komplexität der Halbleitermodule und der Stromrichteranordnung reduziert werden, da insgesamt eine zum Ausbilden der Stromrichteranordnung notwendige Anzahl von elektronischen Bauteilen reduziert werden kann. In a further embodiment of the converter arrangement it is provided that the first module parts are connected in such a way that they either contribute completely to a functionality of the multilevel converter or partly to the functionality of a boost converter and partly to the functionality of the multilevel converter. If the converter arrangement is in the divided operating mode, a high-voltage battery of the vehicle can also be charged with greater power using the boost converter with a reduced engine output. In particular, depending on the selected interconnection, the first module part can work in a 3-level operating mode according to the T-NPC or T-NPC RB IGBT design or in a 2-level operating mode, the components which are also used in the 3-level operating mode , in particular two serial opposite-pole switching transistors in the T-NPC design or the anti-parallel switching transistors in the T-NPC RB IGBT design can be used as part of the boost converter. The boost converter can additionally include further components such as an inductor. Despite this increased functionality, a particularly compact construction of the semiconductor modules can be achieved, since electronic components of the semiconductor modules can be used together for both functionalities. As a result, the complexity of the semiconductor modules and the converter arrangement can be reduced, since overall a number of electronic components required for forming the converter arrangement can be reduced.
In einer weiterbildenden Ausführungsform der Stromrichteranordnung ist vorgesehen, dass die ersten Modulteile jeweils mit einem steuerbaren Schaltmittel gekoppelt sind, wobei die steuerbaren Schaltmittel derart ausgebildet sind, je nach Ansteuerung die ersten Modulteile in die Funktionalität des Multilevel-Umrichters oder in die geteilte Funktionalität des Boost-Converters und des Multilevel-Umrichters zu schalten. Zum Verbinden der ersten Modulteile mit dem steuerbaren Schaltmittel sind entsprechende Modulabgriffe an dem Halbleitermodul vorgesehen. Die Schaltmittel können beispielsweise als steuerbare Schütze ausgebildet sein.In a further embodiment of the converter arrangement, it is provided that the first module parts are each coupled to a controllable switching means, the controllable switching means being designed such that, depending on the control, the first module parts are divided into the functionality of the multilevel converter or into the divided functionality of the boost Switch the converter and the multilevel converter. Corresponding module taps are provided on the semiconductor module for connecting the first module parts to the controllable switching means. The switching means can be designed, for example, as controllable contactors.
In einer weiterbildenden Ausführungsform der Stromrichteranordnung ist vorgesehen, dass die Stromrichteranordnung eine Schaltsteuerung zum Steuern der Schaltmittel umfasst, wobei die Schaltsteuerung derart ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer auf einer vorausliegenden Strecke zur Verfügung stehenden Energieversorgung die steuerbaren Schaltmittel anzusteuern. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Schaltsteuerung von einer Navigationseinrichtung des Fahrzeugs eine Streckenkarte bereitgestellt wird, wobei in der Streckenkarte Streckenabschnitte hinterlegt sind, an denen eine externe Energieversorgung beispielsweise mittels eines Oberleitungssystems bereitgestellt wird. Bewegt das Fahrzeug sich auf einen Streckenabschnitt zu, an dem keine externe Energieversorgung bereitgestellt wird, so schaltet die Schaltsteuerung die Schaltmittel in den geteilten Betriebsmodus, sodass die Hochvoltbatterie für die verbleibende Strecke mit bereitgestellter externer Energieversorgung mittels des Boost-Converters mit einer erhöhten Ladeleistung geladen wird. Am Beginn des nachfolgenden Streckenabschnitts, an dem keine externe Energieversorgung mehr bereitgestellt wird, hat die Hochvoltbatterie dann eine größere Ladung als dies bei normaler Ladeleistung der Fall gewesen wäre. Die Ausführungsform ermöglicht daher eine vorausschauende Ladesteuerung der Hochvoltbatterie. Auch im Ruhezustand des Fahrzeugs kann der geteilte Betriebsmodus dazu verwendet werden, die Hochvoltbatterie mit einer erhöhten Ladeleistung zu laden. Die Schaltsteuerung kann als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.In a further embodiment of the converter arrangement, it is provided that the converter arrangement comprises a switching control for controlling the switching means, the switching control being designed to control the controllable switching means as a function of an energy supply available on a route ahead. For example, provision can be made for a route map to be provided to the shift control by a navigation device of the vehicle, route sections being stored in the route map on which an external energy supply is provided, for example by means of an overhead line system. If the vehicle moves to a section of the route on which no external energy supply is provided, the switching controller switches the switching means to the split operating mode, so that the high-voltage battery for the remaining route with external energy supply provided is charged with an increased charging power by means of the boost converter . At the beginning of the following section of the route, where no external energy supply is provided, the high-voltage battery then has a larger charge than would have been the case with normal charging power. The embodiment therefore enables predictive charge control of the high-voltage battery. Even when the vehicle is idle, the split operating mode can be used to charge the high-voltage battery with an increased charging capacity. The switching controller can be designed as a combination of hardware and software, for example as program code, which is executed on a microcontroller or microprocessor.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Halbleitermoduls für eine Stromrichteranordnu ng; -
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Halbleitermoduls für eine Stromrichteranordnung; -
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Stromrichteranordnung.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the semiconductor module for a converter arrangement; -
2nd a schematic representation of a further embodiment of the semiconductor module for a converter arrangement; -
3rd is a schematic representation of an embodiment of the converter arrangement.
In
Der erste Modulteil
Das zweite Modulteil
Prinzipiell kann die Halbbrücke
Die Schalttransistoren Tx können als IGBTs ausgebildet sein. Insbesondere können die antiparallelen Schalttransistoren
Für die Ansteuerung der einzelnen Schalttransistoren Tx sind weitere Niedervoltabgriffe vorgesehen, welche der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht gezeigt sind.Additional low-voltage taps are provided for the control of the individual switching transistors Tx, but these are not shown for the sake of clarity.
Das Halbleitermodul
In einfacher Ausführung kann das Halbleitermodul
In
Im Gegensatz zu der in der
In
Die gezeigte Stromrichteranordnung
Die Stromrichteranordnung
Die zweiten Modulteile
Die Hochvoltbatterie
Die ersten Modulteile
Zwischen dem Gleichspannungswandler
In dem Antriebs-Betriebsmodus wird der Umrichter
Die Schaltmittel bzw. die Schaltschütze
Es kann vorgesehen sein, dass die Schaltsteuerung
Der Vorteil der beschriebenen Stromrichteranordnung
Die in der
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- HalbleitermodulSemiconductor module
- 22nd
- erster Modulteilfirst module part
- 33rd
- zweiter Modulteilsecond part of the module
- 44th
- HalbbrückeHalf bridge
- 1010th
- StromrichteranordnungPower converter arrangement
- 11 11
- GleichspannungswandlerDC converter
- 1212th
- UmrichterConverter
- 1313
- SchaltsteuerungSwitching control
- 2020
- OberleitungssystemCatenary system
- 2121
- HochvoltbatterieHigh-voltage battery
- 2222
- elektrische Maschineelectrical machine
- 2323
- SchützContactor
- 2424th
- Drosselthrottle
- 3030th
- StreckenkarteRoute map
- 5050
- Fahrzeugvehicle
- HS1HS1
- Highsideabgriff (erster Modulteil)Highside tap (first module part)
- LS1LS1
- Lowsideabgriff (erster Modulteil)Lowside tap (first module part)
- HS2HS2
- Highsideabgriff (zweiter Modulteil)Highside tap (second module part)
- LS2LS2
- Lowsideabgriff (zweiter Modulteil)Lowside tap (second module part)
- HS+HS +
- HighsidepotentialHighside potential
- LS+LS +
- LowsidepotentialLowside potential
- GNDGND
- ErdpotentialEarth potential
- M1M1
- ModulabgriffModule tap
- M2M2
- ModulabgriffModule tap
- M3M3
- ModulabgriffModule tap
- M4M4
- ModulabgriffModule tap
- N1N1
- MittenabgriffCenter tap
- N2N2
- MittenabgriffCenter tap
- T1T1
- SchalttransistorSwitching transistor
- T2T2
- SchalttransistorSwitching transistor
- T3T3
- SchalttransistorSwitching transistor
- T4T4
- SchalttransistorSwitching transistor
- T5T5
- SchalttransistorSwitching transistor
- T6T6
- SchalttransistorSwitching transistor
- T7T7
- SchalttransistorSwitching transistor
- T8T8
- SchalttransistorSwitching transistor
- D1D1
- Diodediode
- D2D2
- Diodediode
- D3D3
- Diodediode
- D4D4
- Diodediode
- D5D5
- Diodediode
- D6D6
- Diodediode
- D7D7
- Diodediode
- D8D8
- Diodediode
- D9D9
- Diodediode
- D10D10
- Diodediode
- D11D11
- Diodediode
- D12D12
- Diodediode
- C1C1
- Kondensatorcapacitor
- C2C2
- Kondensatorcapacitor
- C3C3
- Kondensatorcapacitor
- C4C4
- Kondensatorcapacitor
- C5C5
- Kondensatorcapacitor
- LALA
- InduktivitätInductance
- LBLB
- InduktivitätInductance
- LCLC
- InduktivitätInductance
- S0S0
- steuerbares Schütz (Schaltmittel)controllable contactor (switching means)
- S1S1
- steuerbares Schütz (Schaltmittel)controllable contactor (switching means)
- S2S2
- steuerbares Schütz (Schaltmittel)controllable contactor (switching means)
- S3S3
- steuerbares Schütz (Schaltmittel)controllable contactor (switching means)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102017203065 A1 [0005]DE 102017203065 A1 [0005]
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---|---|---|---|---|
DE102017203065A1 (en) | 2017-02-24 | 2018-08-30 | Volkswagen Aktiengesellschaft | DRIVE CONVERTER WITH INTEGRATED BOOST CONVERTER |
DE102017221184A1 (en) * | 2017-11-27 | 2019-05-29 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Power converter component and semiconductor module of such a power converter component |
-
2018
- 2018-12-21 DE DE102018222727.6A patent/DE102018222727A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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Ahmed Sheir ; Mohamed Z. Youssef ; Mohamed OrabiIEEE A Novel Bidirectional T-Type Multilevel Inverter for Electric Vehicle ApplicationsTransactions on Power ElectronicsYear: 2019 | Volume: 34, Issue: 7 | Journal Article | Publisher: IEEEFirst publication: 20 September 2018 * |
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