DE102018222733A1 - Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einer solchen Stromrichteranordnung - Google Patents
Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einer solchen Stromrichteranordnung Download PDFInfo
- Publication number
- DE102018222733A1 DE102018222733A1 DE102018222733.0A DE102018222733A DE102018222733A1 DE 102018222733 A1 DE102018222733 A1 DE 102018222733A1 DE 102018222733 A DE102018222733 A DE 102018222733A DE 102018222733 A1 DE102018222733 A1 DE 102018222733A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- converter
- converter arrangement
- switching
- vehicle
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/285—Single converters with a plurality of output stages connected in parallel
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33573—Full-bridge at primary side of an isolation transformer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2200/00—Type of vehicles
- B60L2200/30—Trolleys
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
- H02M1/0054—Transistor switching losses
- H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
- H02M1/007—Plural converter units in cascade
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
- H02M1/0074—Plural converter units whose inputs are connected in series
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
- H02M1/008—Plural converter units for generating at two or more independent and non-parallel outputs, e.g. systems with plural point of load switching regulators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/01—Resonant DC/DC converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
- Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Stromrichteranordnung (1) für ein Fahrzeug, wobei die Stromrichteranordnung (1) auf einer Eingangsseite (2) einen Gleichstrom bereitgestellt bekommt und auf einer Ausgangsseite (3) einen Gleichstrom zum Laden einer Hochvoltbatterie (26) des Fahrzeugs bereitstellt, wobei die Stromrichteranordnung (1) mindestens zwei Schaltmodule (4) umfasst, wobei jedes der Schaltmodule (4) zumindest einen Gleichspannungswandler (5) umfasst, und wobei die mindestens zwei Schaltmodule (4) auf der Eingangsseite (2) in Serie geschaltet sind und auf der Ausgangsseite (3) parallel geschaltet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug (50) mit einer solchen Stromrichteranordnung (1).
Description
- Die Erfindung betrifft eine Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug mit einer solchen Stromrichteranordnung.
- 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.
- 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 Schaltelemente 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 Schaltelemente. Über das zeitliche Ansteuern der Schaltzustände dieser Schaltelemente mit Hilfe vorgegebener Pulsmuster erfolgt eine Wandlung der Ströme.
- 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. 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.
- Aus der
DE 10 2018 002 726 A1 ist ein Verfahren zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, bekannt. Dem Kraftfahrzeug wird hierbei über ein Oberleitungssystem ein Gleichstrom bereitgestellt und die Hochvoltbatterie des Fahrzeugs wird mittels eines Gleichstroms geladen. Hierbei ist vorgesehen, dass ein Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) eine Angleichung der Gleichspannungen zwischen einem Fahrdraht des Oberleitungssystems und einer erforderlichen Ladespannung der Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs vornimmt. - Der Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, eine Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug mit einer solchen Stromrichteranordnung zu schaffen, bei denen das Laden einer Hochvoltbatterie verbessert, insbesondere energieeffizienter, erfolgen kann.
- Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stromrichteranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Insbesondere wird eine Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug geschaffen, wobei die Stromrichteranordnung auf einer Eingangsseite einen Gleichstrom bereitgestellt bekommt und auf einer Ausgangsseite einen Gleichstrom zum Laden einer Hochvoltbatterie des Fahrzeugs bereitstellt. Die Stromrichteranordnung umfasst mindestens zwei Schaltmodule, wobei jedes der Schaltmodule zumindest einen Gleichspannungswandler umfasst, und wobei die mindestens zwei Schaltmodule auf der Eingangsseite in Serie geschaltet sind und auf der Ausgangsseite parallel geschaltet sind.
- Ferner wird ein Fahrzeug geschaffen, umfassend eine solche Stromrichteranordnung.
- Die mindestens zwei Schaltmodule sind auf einer Eingangsseite in Serie geschaltet. In Bezug auf eine Spannung an der Eingangsseite wirken die mindestens zwei Schaltmodule wie ein Spannungsteiler. Dies ermöglicht insbesondere einen energieeffizienten Betrieb mit einer im Vergleich zu einer Ladespannung der Hochvoltbatterie größeren Spannung auf der Eingangsseite. Darüber hinaus hat die Stromrichteranordnung den Vorteil, dass eine Impedanz durch Wahl einer Anzahl der Schaltelemente einstellbar ist. Dies beeinflusst eine Dimensionierung von Drosseln an der Eingangsseite des Stromrichters, sodass diese insbesondere kleiner ausgelegt werden können.
- Auf der Eingangsseite kann der Gleichstrom beispielweise über ein Oberleitungssystem oder ein kabelloses, induktiv arbeitendes System bereitgestellt werden.
- Die Gleichspannungswandler der Schaltmodule sind insbesondere als kombinierte Abwärts- und Aufwärtswandler (engl. Buck-Boost Converter) ausgebildet, das heißt diese können in Bezug auf eine Eingangsspannung dem Betrage nach sowohl eine kleinere als auch eine größere Ausgangsspannung liefern. Die für die angestrebte Anwendung an einem Oberleitungssystem verwendete Betriebsart ist hierbei jedoch insbesondere die eines Abwärtswandlers oder Tiefsetzstellers. Durch die serielle Verschaltung und die jeweilige Möglichkeit eines Gleichspannungswandlers, eine Spannung sowohl abwärts als auch aufwärts zu wandeln, kann trotz eines flexibel einstellbaren Verhältnisses zwischen einer Spannung auf der Eingangsseite und einer Spannung auf der Ausgangsseite besonders energieeffizient gewandelt werden.
- Ein Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisch angetriebenes Nutzfahrzeug, beispielsweise ein elektrisch angetriebener Lastkraftwagen.
- In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Anzahl der Schaltmodule in Abhängigkeit von mindestens einer auf der Eingangsseite bereitgestellten Spannung und einer zum Laden bereitzustellenden Spannung auf der Ausgangsseite gewählt ist. In Oberleitungssystemen üblicherweise verwendete Spannungen sind beispielsweise 650 V, 800 V, 1200 V, 1700 V oder 3300 V. Auf der Ausgangsseite angeordnete Hochvoltbatterien weisen üblicherweise Lade- und Betriebsspannungen im Bereich von 400 V oder im Bereich von 800 V auf. Durch Festlegen einer entsprechenden Anzahl von Schaltmodulen kann die Stromrichteranordnung auf eine jeweils vorliegende Spannung auf der Eingangsseite und eine auf der Ausgangsseite bereitzustellende Spannung angepasst werden. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die Anzahl der Schaltmodule auch in Abhängigkeit von mehreren Spannungen auf der Eingangsseite gewählt ist, beispielsweise, wenn das Fahrzeug an Oberleitungssystemen oder induktiv arbeitenden Systemen betrieben wird, welche abschnittsweise unterschiedliche Spannungen bereitstellen.
- In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zumindest eine Gleichspannungswandler eine galvanische Trennung aufweist. Die galvanische Trennung kann als Teil einer Isolierung eines Stromabnehmers ausgebildet sein, beispielsweise als Teil einer elektrischen Kapselung eines Pantographen.
- In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler einen Hochfrequenztransformator umfasst. Der Hochfrequenztransformator dient hierbei der galvanischen Trennung. Ein weiterer Vorteil eines Hochfrequenztransformators ist, dass dieser sich in relativ kleiner Bauform realisieren lässt und hierdurch eine Leistungsdichte des Systems gesteigert werden kann. Der Hochfrequenztransformator kann hierbei insbesondere auch zusammen mit einem LC-Serienresonanzkreis oder als Teil davon wirken. Vorhandene Streureaktanzen lassen sich hierbei nutzen für den induktiven Anteil in einem am Eingang des Hochfrequenztransformators verwendeten LC-Serienresonanzkreis.
- In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler mindestens einen weich schaltenden hochfrequenten Multilevel-Stromrichter umfasst. Weiches Schalten (engl. soft switching) bedeutet hierbei insbesondere, dass einzelne Schalttransistoren des Multilevel-Stromrichters zu einem Zeitpunkt geschaltet werden, wenn der jeweils zu schaltende Strom einen Nulldurchgang aufweist. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Gleichspannungswandler jeweils einen Hochfrequenztransformator als Teil eines Resonanzkreises aufweisen, der mit dem Multilevel-Stromrichter verbunden ist. Hierdurch kann besonders energieeffizient geschaltet werden. Einzelne Schalttransistoren des mindestens einen Multilevel-Stromrichters können beispielsweise mittels einer Steuerung der Stromrichteranordnung angesteuert werden.
- Es kann vorgesehen sein, dass Schalttransistoren des Gleichspannungswandlers bzw. des weich schaltenden hochfrequenten Multilevel-Stromrichters als SiC-Transistoren ausgebildet sind. Diese erlauben höhere Schaltfrequenzen. Zusammen mit dem weichen Schalten erlauben es die SiC-Transistoren dann insbesondere, in den Gleichspannungswandlern verwendete Hochfrequenztransformatoren kleiner auszubilden.
- In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stromrichteranordnung mindestens eine Schalteinrichtung aufweist, wobei die mindestens zwei Schaltmodule mittels der mindestens einen Schalteinrichtung auf der Eingangsseite wahlweise zumindest abschnittsweise seriell oder parallel geschaltet oder überbrückt werden können. Dies ermöglicht ein flexibles Anpassen der Stromrichteranordnung an eine geänderte Spannung auf der Eingangsseite. Es kann vorgesehen sein, dass alle Schaltmodule auf der Eingangsseite seriell oder parallel geschaltet werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass Schaltmodule gruppenweise seriell und/oder parallel geschaltet werden. Innerhalb einer Gruppe sind die jeweiligen Schaltmodule dann beispielsweise seriell geschaltet, die Gruppen sind hingegen einander parallel geschaltet. Auch ein gruppenweises Überbrücken ist möglich. Je nach Verschaltung erfolgt ein entsprechendes Ansteuern der Gleichspannungswandler der Schaltmodule bzw. der jeweils zugehörigen Schalttransistoren.
- In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stromrichteranordnung eine Steuerung umfasst, wobei die Steuerung derart ausgebildet ist, die mindestens eine Schalteinrichtung anzusteuern und eine serielle oder parallele Verschaltung oder eine Überbrückung der mindestens zwei Schaltmodule in Abhängigkeit einer an der Eingangsseite bereitgestellten Spannung festzulegen. Dies ermöglicht es, auf einen Wechsel der Spannung auf der Eingangsseite flexibel, insbesondere automatisiert, zu reagieren. So kann das Fahrzeug beispielsweise mit verschiedenen Oberleitungssystemen oder induktiv arbeitenden Systemen unterschiedlicher Betreiber mit jeweils unterschiedlichen Betriebsspannungen betrieben werden. Ein netz- bzw. betreiber- oder sogar länderübergreifender Betrieb des Fahrzeugs wird hierdurch ermöglicht.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug; -
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug; -
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug. - In
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Stromrichteranordnung1 gezeigt. Die Stromrichteranordnung1 kann beispielsweise in einem Fahrzeug50 angeordnet sein und einem Wandeln einer von einem Oberleitungssystem25 abgegriffenen Spannung dienen. - Die Stromrichteranordnung
1 umfasst zwei Schaltmodule4 . Jedes der Schaltmodule4 umfasst zumindest einen Gleichspannungswandler5 . Die zwei Schaltmodule4 sind auf der Eingangsseite2 in Serie geschaltet. Auf der Ausgangsseite3 sind die zwei Schaltmodule4 parallel geschaltet. Diese Verschaltung wirkt auf der Eingangsseite2 wie ein Spannungsteiler. Eine Spannung auf der Eingangsseite2 kann hierdurch besonders energieeffizient in eine Spannung auf der Ausgangsseite3 gewandelt werden. - Es kann vorgesehen sein, dass die Gleichspannungswandler
5 jeweils eine galvanische Trennung aufweisen. - Ferner kann vorgesehen sein, dass die Gleichspannungswandler
5 jeweils einen Hochfrequenztransformator umfassen. - Es kann vorgesehen sein, dass die Gleichspannungswandler
5 mindestens einen weich schaltenden hochfrequenten Multilevel-Stromrichter umfassen. - In
2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Stromrichteranordnung1 für ein Fahrzeug dargestellt. Hierbei ist vorgesehen, dass die Stromrichteranordnung1 an einer Eingangsseite2 über Schütze22 und Drosseln23 einen mittels eines Pantographen24 von einer Oberleitung25 abgegriffenen Gleichstrom bereitgestellt bekommt und auf einer Ausgangsseite3 einen Gleichstrom zum Laden einer Hochvoltbatterie26 des Fahrzeugs bereitstellt. Die Oberleitung25 stellt beispielsweise eine Spannung von 650 V, 800 V, 1200 V, 1700 V oder 3300 V bereit. Die Hochvoltbatterie26 kann beispielsweise die üblicherweise bei elektrischen Fahrzeugen verwendeten Spannungen von 400 V oder 800 V aufweisen. Mit der Ausgangsseite3 sind neben der Hochvoltbatterie26 mehrere elektrische Verbraucher27 des Fahrzeugs verbunden, wie beispielsweise ein weiterer Gleichspannungswandler28 zum Laden einer Niedervoltbatterie29 oder Umrichter30 zum Betreiben eines Motors31 oder eines elektrischen Antriebs32 . - Die Stromrichteranordnung
1 umfasst drei Schaltmodule4 . Jedes der Schaltmodule4 umfasst zumindest einen Gleichspannungswandler5 . Die Gleichspannungswandler5 umfassen jeweils einen Wechselrichter10 , einen Hochfrequenztransformator11 zur galvanischen Trennung20 und einen Gleichrichter12 . Zusammen mit dem Hochfrequenztransformator12 bilden der Wechselrichter10 und der Gleichrichter12 je eine Vollbrücke aus. Der Hochfrequenztransformator12 ist Teil eines Resonanzkreises14 . Der Wechselrichter10 ist insbesondere als weich schaltender Multilevel-Stromrichter13 ausgebildet. Im gezeigten Beispiel weist der Wechselrichter10 eine 2-Level-Topologie auf. Auch der Gleichrichter12 ist insbesondere derart ausgebildet bzw. wird derart angesteuert, dass ein weiches Schalten erfolgt. - Die drei Schaltmodule
4 sind auf der Eingangsseite2 in Serie geschaltet. Auf der Ausgangsseite3 sind die drei Schaltmodule4 parallel geschaltet. Die drei Schaltmodule4 wirken wie ein Spannungswandler, sodass eine Spannung an der Eingangsseite2 insbesondere auf eine geringere Spannung auf der Ausgangseite3 gewandelt werden kann. Beträgt die Spannung, die von dem Oberleitungssystem25 auf der Eingangsseite2 bereitgestellt wird, beispielsweise 1700 V, so kann diese mittels der drei in Serie geschalteten Schaltmodule4 mit hoher Energieeffizienz auf eine Ladespannung der Hochvoltbatterie26 im Bereich von 400 V oder 800 V umgewandelt werden. Hierzu werden die Schalttransistoren der Wechselrichter10 und der Gleichrichter12 der einzelnen Gleichspannungswandler5 entsprechend angesteuert. Das Ansteuern kann beispielsweise mittels einer entsprechenden Steuerung erfolgen (nicht gezeigt). - Es kann vorgesehen sein, dass die Schaltmodule
4 teilweise von einer elektrischen Kapselung21 des Pantographen24 umfasst sind. - In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Stromrichteranordnung
1 drei Schaltmodule4 . Es können prinzipiell jedoch auch lediglich zwei Schaltmodule4 oder auch mehr als drei Schaltmodule4 vorgesehen sein. - In
3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Stromrichteranordnung1 für ein Fahrzeug gezeigt. Der Aufbau der Stromrichteranordnung1 ist nahezu identisch zu der in der1 gezeigten Ausführungsform. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale und Begriffe. Zusätzlich umfasst die Stromrichteranordnung Schalteinrichtungen6 in Form von Schützen auf der Eingangsseite2 , mit denen sich die drei Schaltmodule4 eingangsseitig wahlweise parallel oder seriell schalten lassen. Hierdurch kann flexibel, das heißt jeweils nach Bedarf eine Änderung einer Verschaltung der Schaltmodule4 auf der Eingangsseite2 vorgenommen werden. Beträgt eine Ladespannung der Hochvoltbatterie26 beispielsweise 800 V und ändert sich eine von dem Oberleitungssystem25 bereitgestellte Spannung40 von 1700 V auf 800 V, so können die drei Schaltmodule4 von einer Serienschaltung auf eine Parallelschaltung geschaltet werden, indem die Schalteinrichtung6 entsprechend umgeschaltet wird. Auf diese Weise kann für verschiedene Spannungen40 auf der Eingangsseite2 jeweils eine maßgeschneiderte Verschaltung bereitgestellt werden, sodass eine hinsichtlich der Energieeffizienz optimale Wandlung der Spannungen bzw. erfolgen kann. - Das Schalten der Schalteinrichtung
6 kann beispielsweise mittels einer Steuerung7 gesteuert werden. Die Steuerung7 kann eine Steuerung sein, welche auch die Schalttransistoren der Gleichspannungswandler5 steuert. Die Steuerung7 steuert die mindestens eine Schalteinrichtung6 an und legt eine serielle oder parallele Verschaltung der mindestens zwei Schaltmodule4 in Abhängigkeit einer an der Eingangsseite2 bereitgestellten Spannung40 fest. Die bereitgestellte Spannung40 kann beispielsweise von einem Betreiber des Oberleitungssystems oder des induktiv betriebenen Systems abgefragt und/oder von diesem bereitgestellt werden. - Es kann zusätzlich zu einer seriellen oder parallelen Verschaltung auch eine Überbrückung eines oder mehrerer der Schaltmodule
4 vorgesehen sein, sodass einzelne oder mehrere der Schaltmodule4 gezielt deaktiviert werden können. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Stromrichteranordnung
- 2
- Eingangsseite
- 3
- Ausgangsseite
- 4
- Schaltmodul
- 5
- Gleichspannungswandler
- 6
- Schalteinrichtung
- 7
- Steuerung
- 10
- Wechselrichter
- 11
- Hochfrequenztransformator
- 12
- Gleichrichter
- 13
- weich schaltender Multilevel-Stromrichter
- 14
- Resonanzkreis
- 20
- galvanische Trennung
- 21
- elektrische Kapselung
- 22
- Schütz
- 23
- Drossel
- 24
- Pantograph
- 25
- Oberleitungssystem
- 26
- Hochvoltbatterie
- 27
- elektrischer Verbraucher
- 28
- Gleichspannungswandler
- 29
- Niedervoltbatterie
- 30
- Umrichter
- 31
- Motor
- 32
- elektrischer Antrieb
- 40
- Spannung (Eingangsseite)
- 50
- Fahrzeug
- 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
-
- DE 102018002726 A1 [0005]
Claims (8)
- Stromrichteranordnung (1) für ein Fahrzeug (50), wobei die Stromrichteranordnung (1) auf einer Eingangsseite (2) einen Gleichstrom bereitgestellt bekommt und auf einer Ausgangsseite (3) einen Gleichstrom zum Laden einer Hochvoltbatterie (26) des Fahrzeugs (50) bereitstellt, gekennzeichnet durch mindestens zwei Schaltmodule (4), wobei jedes der Schaltmodule (4) zumindest einen Gleichspannungswandler (5) umfasst, und wobei die mindestens zwei Schaltmodule (4) auf der Eingangsseite (2) in Serie geschaltet sind und auf der Ausgangsseite (3) parallel geschaltet sind.
- Stromrichteranordnung (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Schaltmodule (4) in Abhängigkeit von mindestens einer auf der Eingangsseite (2) bereitgestellten Spannung und einer zum Laden bereitzustellenden Spannung auf der Ausgangsseite (3) gewählt ist. - Stromrichteranordnung (1) nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Gleichspannungswandler (5) eine galvanische Trennung (20) aufweist. - Stromrichteranordnung nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (5) einen Hochfrequenztransformator (11) umfasst. - Stromrichteranordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (5) mindestens einen weich schaltenden hochfrequenten Multilevel-Stromrichter (13) umfasst.
- Stromrichteranordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichteranordnung (1) mindestens eine Schalteinrichtung (6) aufweist, wobei die mindestens zwei Schaltmodule (4) mittels der mindestens einen Schalteinrichtung (6) auf der Eingangsseite (2) wahlweise zumindest abschnittsweise seriell oder parallel geschaltet oder überbrückt werden können.
- Stromrichteranordnung (1) nach
Anspruch 6 , gekennzeichnet durch eine Steuerung (7), wobei die Steuerung (7) derart ausgebildet ist, die mindestens eine Schalteinrichtung (6) anzusteuern und eine serielle oder parallele Verschaltung oder eine Überbrückung der mindestens zwei Schaltmodule (4) in Abhängigkeit einer an der Eingangsseite (2) bereitgestellten Spannung festzulegen. - Fahrzeug (50), umfassend eine Stromrichteranordnung (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis7 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018222733.0A DE102018222733A1 (de) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einer solchen Stromrichteranordnung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018222733.0A DE102018222733A1 (de) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einer solchen Stromrichteranordnung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018222733A1 true DE102018222733A1 (de) | 2020-06-25 |
Family
ID=70969245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018222733.0A Pending DE102018222733A1 (de) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einer solchen Stromrichteranordnung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018222733A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023047364A1 (en) * | 2021-09-23 | 2023-03-30 | Ftex Inc. | Electric dynamic power conversion system |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2073366B1 (de) * | 2007-12-18 | 2016-04-27 | ABB Research Ltd. | Gleichstromsteller mit Resonanzwandler |
DE102018002726A1 (de) | 2018-04-05 | 2018-10-04 | Daimler Ag | Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs |
-
2018
- 2018-12-21 DE DE102018222733.0A patent/DE102018222733A1/de active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2073366B1 (de) * | 2007-12-18 | 2016-04-27 | ABB Research Ltd. | Gleichstromsteller mit Resonanzwandler |
DE102018002726A1 (de) | 2018-04-05 | 2018-10-04 | Daimler Ag | Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023047364A1 (en) * | 2021-09-23 | 2023-03-30 | Ftex Inc. | Electric dynamic power conversion system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102009052680A1 (de) | Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs mit Tiefsetzsteller | |
DE102011089648A1 (de) | Energiespeichereinrichtung, System mit Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung | |
EP2885853B1 (de) | Schaltbare energiespeichervorrichtung sowie verfahren zum betreiben einer schaltbaren energiespeichervorrichtung | |
DE102009000096A1 (de) | Verfahren für die Steuerung einer Stromversorgungseinrichtung mit einem Wechselrichter | |
EP0116925A2 (de) | Bord-Batterieladegerät | |
EP2609676B1 (de) | Traktionsstromrichter | |
EP2623363B1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs | |
DE102017221184A1 (de) | Stromrichterkomponente und Halbleitermodul einer solchen Stromrichterkomponente | |
EP2586646B1 (de) | Elektrische Energieversorgungsanordnung für Antriebseinrichtungen, zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs an elektrischen Versorgungsnetzen | |
DE102014110981A1 (de) | Leistungswandlungssystem und Verfahren zum Steuern des Leistungswandlungssystems | |
DE102013203734B4 (de) | Modularer Hochfrequenz-Umrichter | |
EP2845303B1 (de) | Stromrichter und betriebsverfahren zum wandeln von spannungen | |
WO2018188894A1 (de) | Lade-schaltanordnung für ein fahrzeug, sowie verfahren für eine lade-schaltanordnung | |
EP2067227B1 (de) | Antriebsenergieversorgung bei schienenfahrzeugen | |
WO2018041493A1 (de) | Bidirektionaler bordnetzumrichter und verfahren zu dessen betrieb | |
DE102011082730A1 (de) | Bidirektionaler Gleichspannungswandler | |
DE102018222733A1 (de) | Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einer solchen Stromrichteranordnung | |
DE102018221519B4 (de) | Fahrzeugseitige Ladevorrichtung | |
DE102012206801A1 (de) | Schaltung mit einer stromrichterschaltung und verfahren zur leistungsanpassung | |
DE102011086545A1 (de) | Energiespeichereinrichtung, System mit Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung | |
DE102018218824B3 (de) | Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einer solchen Stromrichteranordnung | |
DE102019207045A1 (de) | Halbleitermodul für eine Stromrichteranordnung, Stromrichteranordnung und Fahrzeug mit einer Stromrichteranordnung | |
DE102022207229B3 (de) | Symmetrieoptimierte Wandlereinrichtung zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie | |
WO2019201893A1 (de) | Spannungsversorgungseinrichtung mit zwischenkreis, stromrichter und bremschopper | |
DE102018008604A1 (de) | Hochsetzsteller sowie Verfahren zum Betreiben eines Hochsetzstellers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication |